МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НИЖНЕТАГИЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СОЦИАЛЬНО-ПЕДАГОГЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ
Методические рекомендации для проведения семинарских и лабораторных занятий по органической химии со студентами химико-биологического факультета
Авт.-сост.: Т.А. Шатунова
Нижний Тагил
2004
Печатается по решению кафедры химии и МПХ НТГСПА (протокол № от )
Т.А. Шатунова. Функциональные соединения: Методические рекомендации для проведения семинарских и лабораторных работ по органической химии со студентами химико-биологического факультета.
Нижний Тагил, 2004. с.
Рецензенты: И.Г. Белавина, канд. хим. наук, профессор каф. химии и
МПХ НТГСПА;
В.С. Пятыгина, ст. преподаватель каф. биологии НТГСПА.
Настоящие методические рекомендации предназначены для студентов химико-биологического факультета, изучающих органическую химию. Они содержат перечень теоретических вопросов, упражнений и задач для проведения семинарских занятий, описание методик проведения лабораторных опытов по изучаемым темам, задания для самостоятельной работы студентов и список необходимой литературы.
Нижнетагильская государственная
социально-педагогическая академия, 2003
Производные карбоновых кислот
1. Теоретические вопросы
Функциональные производные карбоновых кислот: сложные эфиры, галогенангидриды, ангидриды, амиды. Методы их получения и свойства. Механизм реакции этерификации. Электронное строение амидов, влияние р-p сопряжения на основные свойства. Механизм кислотного и щелочного омыления сложных эфиров.
2. Упражнения
1. Составьте структурные формулы следующих соединений: а) этилового эфира муравьиной кислоты, б) метилового эфира пропионовой кислоты, в) метилацетата, г) метилформиата, д) бутилацетата, е) ацетилхлорида, ж) пропионилбромида, з) хлорангидрида изомасляной кислоты, и) уксуснопропионового ангидрида, к) формамида, л) втор.валерамида.
2. Дайте названия следующим соединениям: а) СН3 – СО – О – СО – СН3, б) СН3СН2СОNН2, в) СН3СООNа, г) СН3ССН2СОСl, д) СН3 – СН – СООСН3.
½
СН3
3. Напишите структурные формулы изомерных сложных эфиров, имеющих состав:С4Н8О2 (четыре изомера), С5Н10О2 ( девять изомеров).
4. Напишите структурные формулы сложных эфиров, изомерных по составу валериановой кислоте.
5. Напишите уравнения реакции этерификации пропионовой кислоты метиловым спиртом. Разберите её механизм.
6. Напишите уравнения реакции получения из бромистого пропила и неорганических соединений изопропилового эфира изомасляной кислоты.
7. Получите этилацетат, используя в качестве исходного вещества ацетилен.
8. Получите этиловый эфир уксусной кислоты по реакции Тищенко из уксусного альдегида. Объясните механизм данной реакции.
9. Объясните следующие факты: а) этерификация большинства карбоновых кислот практически не идет без добавления сильной минеральной кислоты; б) высокая концентрация минеральной кислоты производит «антикаталитический» эффект – скорость этерификации резко снижается.
10. Для метилпропионата напишите следующие уравнения реакций: а) гидролиза, б) алкоголиза (пропиловым спиртом), в) аммонолиза. Укажите условия их осуществления.
11. Какие вещества можно получить при взаимодействии этилбутирата со следующими веществами: а) водным раствором серной кислоты, б) водным раствором гидроксида натрия, в) пропилмагний иодидом, г) водным раствором аммиака, д) изопропиловым спиртом.
12. Рассмотрите механизм кислотного гидролиза метилпропионата.
13. Напишите структурные формулы следующих соединений: а) ацетилхлорида, б) пропионилбромида, в) хлорангидрида изомасляной кислоты, г) уксуснопропионового ангидрида, д) масляновалерианового ангидрида.
14. Из уксусной кислоты всеми известными способами получите хлористый ацетил.
15. Из этилена получите бромангидрид a-бромпропионовой кислоты.
16. Получите ангидрид пропионовой кислоты: а) из пропионовой кислоты, б) из пропионата натрия.
17. Из ацетилена и неорганических реагентов получите уксуснопропионовый ангидрид.
18. Путем каких реакций можно осуществить превращение 3-метил-1-бутена в хлорангидрид 2,2-диметилбутановой кислоты.
19. Сравните ацилирующую способность хлорангидрида, ангидрида и пропионовой кислоты.
20. Напишите уравнения реакций пропионового ангидрида: а) с водой, б) с этиловым спиртом, в) с аммиаком, г) с этиламином. Назовите полученные соединения.
21. Какое соединение получится в результате следующих превращений:
SOCl2 2CH3MgI H2O
CН3 – СН2 – СООН ¾¾® А ¾¾¾® В ¾¾® С
(аб.эфир) Н+
22. Сравните механизмы нуклеофильного замещения на примере реакции гидролиза хлористого бутила и хлористого бутирила. Отметьте общее в этих механизмах.
23. Напишите структурные формулы: а) формамида, б) ацетамида, в) пропиониламида, г) амида изомасляной кислоты.
24. Из ацетилена и неорганических реагентов получите ацетамид.
25. Получите ацетамид: а) ацилированием аммиака, б) из аммонийной соли карбоновой кислоты, в) из нитрила.
26. Напишите уравнения реакции, лежащие в основе получения амида изомасляной кислоты из пропилена.
27. Предложите способ получения ацетамида из ацетилена и диметиламина.
28. Рассмотрите строение молекулы ацетамида. Объясните причину амфотерных свойств амидов карбоновых кислот.
29. Расположите следующие соединения в порядке возрастания их основных свойств: а) метиламин, б) ацетамид, в) N-метилацетамид.
30. Напишите уравнения реакций взаимодействия амида валериановой кислоты: а) с водным раствором гидроксида калия при нагревании, б) с разбавленной серной кислотой, в) с азотистой кислотой.
31. Напишите формулы конечного и промежуточных продуктов в данной схеме многостадийного синтеза:
2[Н] SOCl2 Mg CO2 H2O
CH3 – CH2 – CO – CH3 ¾¾® A ¾¾® B ¾¾¾® C ¾¾¾® D ¾¾® E
NH3 t° KOBr (аб.эфир) (аб.эфир) HCl
¾¾® F ¾¾® G ¾¾®H
32. Образец смеси метилацетата и метилформиата общей массой 15.52 г обработан при нагревании 68 мл раствора гидроксида бария с концентрацией 2.5 моль/л Избыток основания может прореагировать с 45.4 мл раствора хлорида меди (II) (массовая доля соли 13.5%, плотность раствора 1.1 г/мл) с образованием осадка. Вычислите массовые доли сложных эфиров в исходной смеси и объем оксида углерода (IV) (н. у.), который мог бы прореагировать с раствором, образующимся после нагревания исходной смеси со щелочью.
33. Для полного гидролиза 14.38 г смеси двух сложных эфиров потребовалось160 г 7% -ного раствора гидроксида калия. При добавлении к такой же массе смеси избытка аммиачного раствора оксида серебра выделилось 6.48 г осадка. Определите строение сложных эфиров и их мольные доли в исходной смеси.
34. При нагревании 25.8 г смеси этилового спирта и уксусной кислоты нагрели с несколькими каплями серной кислоты. Для нейтрализации полученной смеси веществ потребовалось 84 г 10% -ного раствора гидрокарбоната натрия. Какие вещества и в каком количестве содержались в смеси после реакции, если в реакцию вступило 80% исходной уксусной кислоты? (При расчетах не учитывать расход гидрокарбоната натрия, пошедшего на нейтрализацию серной кислоты).
Лабораторная работа «Производные карбоновых кислот»
Получение сложных эфиров
В сухую пробирку поместите 3 лопаточки порошка безводного ацетата натрия и 3 капли этанола. Добавьте 2 капли концентрированной серной кислоты и осторожно нагрейте над пламенем горелки (раствор может выплеснуться). Через несколько секунд появляется приятный освежающий запах.
Проделайте аналогичный опыт, взяв вместо этанола изоамиловый спирт. После нагревания смеси появляется характерный запах грушевой эссенции.
Вопросы и задания
1. Как называется реакция карбоновой кислоты со спиртом?
2. Напишите схемы реакций уксусной кислоты с этиловым и изоамиловым спиртами и назовите полученные продукты
3. Приведите механизм этих реакций и объясните роль концентрированной серной кислоты.
4. Задания для самостоятельной работы студентов
1. Напишите структурную формулу этилового эфира изомасляной кислоты и назовите его по международной номенклатуре.
2. Напишите уравнения реакций гидролиза соединений:
а) СН3 – СООС(СН3)3, б) NC – CH2 – COOC2H5, в) H2NOC – CH2 – CH2 – CN,
г) CH3 – CH – CH2 – CONH2
ç
СН3
3. Из бутилового спирта получите хлористый бутирил. Напишите уравнение реакции его с безводным ацетатом натрия.
4. Какие соединения получатся из бутановой кислоты при последовательном действии на нее тионилхлорида и аммиака?
5. Напишите схему получения метилпропионата, взяв в качестве одного из компонентов хлорангидрид соответствующей кислоты.
6. Как можно получить ангидрид валериановой кислоты? Напишите схему реакции.
7. Напишите схему кислотного гидролиза пропилового эфира муравьиной кислоты.
8. Напишите схему восстановления этилацетата.
9. Напишите схемы взаимодействия хлористого ацетила : а) с аммиаком, б) с этилатом натрия. Назовите продукты реакций.
10. Почему хлорангидриды карбоновых кислот – более энергичные ацилирующие реагенты, чем сами кислоты?
1. Теоретические вопросы
Номенклатура и изомерия непредельных кислот. Акриловая, кротоновая, метакриловая, винилуксусная кислоты. Геометрическая изормерия. Малеиновая и фумаровая кислоты. Химические свойства непредельных кислот.