Реактивы: хлоруксусная кислота, гидрокарбонат натрия, нитрометан, раствор нитрита натрия (100 г нитрита натрия в 60 мл воды), нитрит натрия кристаллический, 3-процентный раствор хлорида железа (III), 5-процентный раствор гидроксида натрия, концентрированный раствор гидроксида натрия, 5-процентный спиртовой раствор гидроксида калия, 5-процентный раствор серной кислоты, диэтиловый эфир, цинк (пыль), 1-процентный спиртовой раствор фенолфталеина.
Оборудование: химические стаканы (25 и 100 мл), технические весы, лед, кристаллизаторы, круглодонные колбы (100 мл), изогнутые газоотводные трубки с пробками для колб, кипятильники, лакмусовая бумага (красная и синяя).
а) Получение нитрометана. В круглодонной колбе емкостью 100 мл растворяют 5 г хлоруксусной кислоты в 10 мл воды. Колбу охлаждают в кристаллизаторе с ледяной водой. Хлоруксусную кислоту нейтрализуют, добавляя к ней небольшими порциями 5 г гидрокарбоната натрия. Во время нейтрализации реакционную смесь непрерывно перемешивают; она вспенивается от выделяющегося оксида углерода (IV). Нейтрализацию проводят при охлаждении во избежание гидролиза хлоруксусной кислоты - превращения ее в оксиуксусную (гликолевую) кислоту.
Напишите уравнение реакции нейтрализации хлоруксусной кислоты гидрокарбонатом натрия.
Когда выделение оксида углерода (IV) закончится, к натриевой соли хлоруксусной кислоты приливают охлажденный раствор 10 г нитрита натрия в 6 мл воды. Реакционную смесь перемешивают и вносят в нее кипятильники. Колбу укрепляют в лапке штатива и закрывают пробкой с длинной газоотводной трубкой, конец которой опускают в пустую пробирку, охлаждаемую ледяной водой (рис. 11). Колбу осторожно нагревают небольшим пламенем горелки, следя за тем, чтобы жидкость равномерно кипела и чтобы пены не было слишком много. Постепенно реакционная смесь приобретает бурый цвет. В пробирку-приемник отгоняется смесь нитрометана (в виде тяжелой бесцветной маслообразной жидкости) и воды. Нагревание реакционной смеси прекращают, когда начнет отгоняться одна вода.
Напишите уравнения следующих реакций: взаимодействие натриевой соли хлоруксусной кислоты с нитритом натрия (рассмотрите механизм реакции —SN2; гидролиз натриевой соли нитроуксусной кислоты; декарбоксилирование нитроуксусной кислоты.
Рисунок 11. Прибор для получения нитрометана: 1- круглодонная колба
(100 мл); 2- пробирка-приемник; 3- стакан с ледяной водой.
б) Таутомерия нитрометана. В пробирку помещают 2-3 капли нитрометана и при энергичном встряхивании по каплям добавляют воду до полного растворения нитрометана. Каплю водного раствора нитрометана наносят на синюю лакмусовую бумагу. Изменяется ли окраска индикатора? Затем добавляют 1-2 капли 1-процентного спиртового раствора фенолфталеина и при встряхивании по каплям приливают 5-процентный раствор гидроксида натрия до появления устойчивой розовой окраски.
Напишите схему таутомерных превращений нитрометана и уравнение реакции между ациформой нитрометана и гидроксидом натрия. Объясните высокую подвижность водорода в СН3-группе нитрометана.
К полученному раствору добавляют 2-3 капли 3-процентного раствора хлорида железа (III) и 1-2 мл диэтилового эфира. Смесь встряхивают. Появляется интенсивная окраска, переходящая в эфирный слой. Окраску обусловливают комплексная соль железа (III) и ациформы нитрометана. Эта соль растворима в эфире.
в) Взаимодействие нитрометана с азотистой кислотой. В пробирку помещают 0,5 мл нитрометана, 1 мл 5-процентного спиртового раствора гидроксида калия и 0,5 г нитрита натрия. Реакционную смесь перемешивают, охлаждают в ледяной воде и осторожно по каплям при встряхивании приливают 5-процентный раствор серной кислоты. Появляется оранжево-красное окрашивание. При добавлении избытка серной кислоты окраска постепенно исчезает.
Напишите уравнения реакций: выделение азотистой кислоты из нитрита натрия в кислой среде; натриевой соли ациформы нитрометана с азотистой кислотой с образованием натриевой соли метилнитроловой кислоты (ONCH = NOONa); выделение метилнитроловой кислоты из ее натриевой соли в кислой среде; приведите таутомерные формы метилнитроловой кислоты.
Описанная цветная реакция характерна только для первичных нитросоединений, которые реагируют с азотистой кислотой с образованием нитроловых кислот. Щелочные соли нитроловых кислот окрашены в яркий оранжево-красный цвет.
г) Восстановление нитрометана. Растворяют в пробирке при встряхивании несколько капель нитрометана в 1-2 мл концентрированного раствора гидроксида натрия. Затем вносят в раствор немного цинковой пыли и нагревают реакционную смесь пламенем горелки. К отверстию пробирки подносят влажную красную лакмусовую бумагу. Что с ней происходит? Осторожно нюхают пары, выделяющиеся из пробирки.
Напишите уравнение реакции восстановления нитрометана металлическим цинком в щелочной среде.
Лабораторная работа №14
Оксикислоты
Опыт 1. Качественное определение силы кислот.
Реактивы: 0,1 н растворы кислот: серной, муравьиной, уксусной, щавелевой, винной, лимонной, 0,5% раствор индикатора метилового оранжевого, цинк (гранулированный).
а) Реакция кислот с металлическим цинком. В 6 пробирок наливают по 2 мл 0,1 н растворов кислот: серной, муравьиной, уксусной, щавелевой, винной, лимонной. Вносят в каждую пробирку по кусочку цинка одинаковой величины. Располагают пробирки с кислотами (в штативе) в порядке уменьшения интенсивности реакции с цинком.
б) Реакция растворов кислот с метиловым оранжевым. Повторяют опыт 1, а, но вместо цинка в каждую пробирку добавляют по 2 капли индикатора метилового оранжевого.
Опыт 2.Свойства молочной кислоты.
Реактивы: молочная кислота, H2SO4 (к), разбавленная H2SO4 (1 часть кислоты и 2 части воды), фуксинсернистая кислота, 1% раствор FeCl3 (III)? 1% раствор фенола, уксусная кислота, 5% раствор перманганата калия.
Оборудование: изогнутые газоотводные трубки, газоотводные трубки с оттянутыми концами, стаканы химические (50-100 мл), кипятильники, молочная сыворотка (рассол).
а) Реакция молочной кислоты с хлоридом железа (III). К 3-4 мл 1% раствора фенола, добавляют, несколько капель 1% раствора фенола добавляют несколько капель 1% раствора хлорида железа (III). Раствор становится фиолетовым. Его делят на три части. К одной части раствора приливают 0,5 мл молочной кислоты, к другой – 0,5 мл уксусной кислоты и к третьей – 0,5 мл молочной сыворотки. В пробирках с молочной кислотой и молочной сывороткой появляется характерное для α-оксикислот зеленовато-желтое окрашивание. В пробирке с уксусной кислотой такого окрашивания не появляется.
б) Разложение молочной (α-оксипропионовой) кислоты при нагревании с концентрированной серной кислотой (тяга!). В пробирке, закрытой пробкой с газоотводной трубкой, имеющей оттянутый конец, нагревают до кипения смесь из 0,5 мл молочной кислоты и 1мл H2SO4 (к). Для равномерного кипения в реакционную смесь кладут кипятильники (2-3 кусочка битого фарфора). Выделяющийся газ поджигают у отверстия газоотводной трубки.
в) Разложение молочной кислоты при нагревании с разбавленной серной кислотой (1:2). В пробирку помещают кипятильники, наливают 1 мл молочной кислоты, 1мл разбавленной серной кислоты (1:2) и закрывают её пробкой с изогнутой газоотводной трубкой. Конец газоотводной трубки опускают в другую пробирку с 2 мл фуксинсернистой кислоты, погруженную в стакан с холодной водой. Реакционную смесь нагревают до кипения. Через 2-3 минуты раствор фуксинсернистой кислоты становится фиолетово-красным.
г) Окисление молочной кислоты перманганатом калия в кислой среде. В пробирку наливают 0,5 мл молочной кислоты, 0,5 мл разбавленной серной кислоты (1:2) и 1мл 5% раствора перманганата калия. Смесь осторожно нагревают.
Что происходит с реакционной смесью? (Осторожно нюхают содержимое пробирки).
