Методические рекомендации для проведения семинарских и лабораторных занятий по органической химии для студентов химико-биологического факультета (стр. 1 из 4)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НИЖНЕТАГИЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

МНОГОЯДЕРНЫЕ

ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ

СОЕДИНЕНИЯ

Методические рекомендации для проведения семинарских и

лабораторных занятий по органической химии для студентов

химико-биологического факультета

Составитель Т. А. Шатунова

Нижний Тагил

2003

Печатается по решению кафедры органической и физической химии НТГПИ и по решению учебно-методического совета НТГПИ (Протокол № 5 от 30.01.02)

Многоядерные и гетероциклические соединения. Методические рекомендации для проведения семинарских и лабораторных работ по органической химии для студентов химико-биологического факультета. Сост. Т. А. Шатунова. Нижний Тагил, 2003, 22 с.

Рецензенты: И. Г. Белавина, к.х.н., доцент кафедры химии НТГПИ;

В. А. Трофимов, к.х.н., профессор кафедры химии НТГПИ.

Настоящие методические рекомендации являются учебным пособием и предназначены для студентов химико-биологического факультета, изучающих органическую химию. Они содержат перечень теоретических вопросов и упражнений для проведения семинарских занятий, описание методик проведения лабораторных опытов по изучаемым темам, задания для самостоятельной работы студентов и список необходимой литературы.

Редакторы А.Н. Садриева, А.В. Кожевникова

Корректор Е.С. Шарипова

Лицензия на издательскую деятельность

ЛР 021301 от 02.07.98

Подписано в печать с оригинала. Формат 60´84 ¹/16

Бумага для множительных аппаратов. Гарнитура «Таймс».

Печать офсетная. Усл. печ. л. _________________. Уч.-изд. л. _____________.

Тираж 50 экз. Заказ № Оригинал-макет изготовлен в РИО НТГПИ. Адрес: 622031, Нижний Тагил, ул. Красногвардейская, 57.

Многоядерные ароматические соединения

с неконденсированными бензольными кольцами

1. Теоретические вопросы

Дифенил. Фенилметаны. Синтезы трифенилметана, трифенилхлорметана и трифенилкарбинола. Основные и кислотные свойства трифенилкарбинола. Устойчивые трифенилметильные радикалы. Сопоставление устойчивости алкильных, аллильных, бензильных и трифенилметильных радикалов.

Красители трифенилметанового ряда. Синтез малахитового зеленого. Изменение окраски при взаимодействии с избытком кислоты. Фенолфталеин. Причины появления окраски в щелочной среде, действие на фенолфталеин избытка щелочи.

2. Упражнения

1. Составьте структурные формулы следующих соединений: 1) 4-бромнитродифенила, б) 4,4'-диамино-2,-2'-дибромдифенила, в) 4,4'-диметоксидифенилметана, г) 4-бром-4'-сульфодифенил; д) 2,2'динитро-5,5'-диоксидифенилметана.

2. Каковы структурные формулы следующих производных трифенилметана: а) 4,4',4''-триаминотрифенилметана, б) ди-n-толил-о-толилкарбинола, в) 4,4'-бис-диметиламинотрифенилкарбинола?

3. Сколько изомеров могут иметь монопроизводные дифенила? Сравните с бензолом, ответ поясните.

4. Напишите уравнения реакций (в кислой среде): а) бензола (2 моль) с уксусным альдегидом; б) толуола (2 моль) с формальдегидом; в) фенола (2 моль) с ацетоном. Рассмотрите механизм реакции а.

5. Напишите уравнения реакций получения дифенилметана и трифенилметана: а) по реакции Фриделя-Крафтса, б) по реакции Вюрца-Фиттига, в) конденсацией ароматических углеводородов с альдегидами.

6. Как можно получить: а) n,n'-диаминодифенил (бензидин), б) n,n'-дибромдифенил из нитробензола? Напишите уравнения соответствующих реакций.

7. Как можно получить по реакции Гриньяра: а) дифенил-n-толилкарбинол, б) ди-о-толилкарбинол? Напишите уравнения соответствующих реакций.

8. Составьте схемы получения из бензола: n-иоддифенила, дифенилхлорметана, трифенилкарбинола.

9. Каково электронное и геометрическое строение молекулы дифенила? Сравните его энергию сопряжения с энергией сопряжения бензола. Охарактеризуйте химические свойства дифенила.

10. Заполните следующую схему превращений:

NH₂

2NaNO₂+ 4HCl SO₃H

H₂N NH₂ ¾¾¾¾¾¾® A ¾¾¾¾¾¾® B .

0°

11. Каковы особенности химических свойств трифенилкарбинола? Напишите уравнение реакции взаимодействия трифенилкарбинола с концентрированной серной кислотой. Что является движущей силой этой реакции?

12. Почему бесцветный эфирный раствор трифенилметана становится красным при добавлении к нему амида натрия?

13. Объясните следующее явление: при действии цинка на бензольный раствор трифенилметана появляется желтое окрашивание; при взбалтывании раствора на воздухе происходит обесцвечивание; при стоянии раствор вновь окрашивается в желтый цвет. Напишите уравнения реакций происходящих процессов.

14. Охарактеризуйте строение и свойства трифенилметильного радикала. В чем причина его устойчивости?

15. Расположите следующие свободные радикалы в порядке их устойчивости: а) С₆Н₅–

Н–СН₂–С₆Н₅; б) (С₆Н₅)₃

; в) (С₆Н₅)₂

Н;

г)

(С₆Н₅)₂. Дайте объяснения.

16. Расположите следующие вещества в порядке уменьшения подвижности брома в реакциях нуклеофильного замещения: а) дифенилбромметан; б) 2-бром-2фенилпропан; в) 2-бром-2-метилпропан; г) трифенилбромметан. Чем объясняется различная реакционная способность этих соединений?

17. Краситель малахитовый зеленый синтезируют согласно схеме:

бензальдегид PbO₂

диметиланилин (2 моль) ¾¾¾¾¾® А (лейкосоединение) ¾¾¾® B (кар-

H₂SO₄ (HCl)

HCl

бинольное основание) ¾¾¾® малахитовый зеленый.

Напишите уравнения реакций согласно данной схеме.

18. Кристаллический фиолетовый можно получить нагреванием бис-(N,N-диметиламино)-бензофенона (кетон Михлера) с N,N-диметиланилином в присутствии хлороксида фосфора. Напишите уравнения реакций получения этого красителя.

19. Фенолфталеин получают по схеме:

фталевый ангидрид (1 моль)

Фенол (2 моль) ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾® (карбинольное соединение) ®

ZnCl₂

NaOH

¾¾¾® 4,4'-диоксифталофенол (лактон фенолфталеина) ¾¾¾® мононат-

–H₂O

NaOH

риевая соль фенолфталеина (желтого цвета) ¾¾® динатриевая соль фенол-

фталеина (малинового цвета) ¾¾® тринатриевая соль (бесцветная).

Напишите соответствующие уравнения реакций.

20. Флуоресцеин синтезируют из резорцина (2 моль) и фталевого ангидрида, которые нагревают в присутствии хлорида цинка. Образующийся 2,2',4,4'-тетраоксифталофенон теряет молекулу воды (из двух оксигрупп, расположенных в 2- и 2'-положениях) и превращается в диоксифлуоран – бесцветную лактонную форму флуоресцеина. Последняя в результате таутомерного превращения переходит в желтую хиноидную форму. Солеобразование закрепляет хиноидную форму. Динатриевую соль флуоресцеина называют уранином. Напишите уравнения перечисленных реакций.

3. Лабораторная работа

«Многоядерные ароматические соединения

с неконденсированными бензольными кольцами»

Получение аурина

В сухой пробирке смешивают несколько кристаллов щавелевой кислоты с двойным количеством фенола. Содержимое пробирки встряхивают, чтобы смешать оба вещества, добавляют одну-две капли концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают в пламени горелки до образования плава. Пробирку охлаждают, приливают пять капель воды и энергично встряхивают. Затем добавляют несколько капель щелочи. Что наблюдаете? Запишите соответствующие уравнения реакций.

4. Задания для самостоятельной работы студентов

1. Назовите следующие соединения: а) С₆Н₅СН₂–С₆Н₅; б) (С₆Н₅)₃СОН;

в) С₆Н₅–С₆Н₅; г) H₂N NH₂; д) О₂N NO₂;

СН₃ СН₃

е) (С₆Н₅)₃–ССl.

2. Напишите уравнения реакций получения следующих соединений, исходя из бензола: а) n-метилдифенила; б) 4,4'-диаминодифенила; в) 3,4-дигидроксидифенил-6,6'-дикарбоновой кислоты; г) 2,4-ксилилфенилметана;

д) 4,4'-дихлордифенилметана.

3. Напишите формулы строения промежуточного и конечного продуктов в следующей схеме:

700 ºС HNO₃

2С₆Н₆ ¾¾¾® А ¾¾¾® B

H₂SO₄

4. С помощью каких реакций можно из бензальдегида получить дифенилметанол? Спирт подвергните окислению.

5. Напишите уравнения реакций получения трифенилметанола магнийорганическим синтезом, используя бромбензол и этилбензоат.

6. Чем объясняется стойкость свободных радикалов типа трифенилметила?

7. Какие вещества образуются при действии на трифенилметан: а) хлором; б) окислителем; в) натрием? Подтвердите уравнениями реакций.

8. Какое соединение легче будет образовывать радикалы: гексафенилэтан или 1,1,2,2,-тетрафенилэтан? Напишите предельные структуры радикалов.

9. Краситель фуксин можно получить следующим образом: анилин (2 моль) конденсируют с формальдегидом. Полученный 4,4'-диаминоди-фенилметан окисляют совместно с о-толуидином. Образующееся лейкооснование фуксина при дальнейшем окислении превращается в карбинольное основание (бесцветное). Окраска появляется при добавлении соляной кислоты (1 моль). Составьте уравнения перечисленных реакций и предельные структуры катиона красителя.