Дослід №4. Реакція альдегідів з фуксинсірчистою кислотою.

Реактиви: р-н формальдегіду, фуксинсірчиста кислота.

Виконання. Помістіть у пробірку 2-3 краплі розчину формальдегіду. Додайте 1-2 мл фуксинсірчистої кислоти, обережно струсіть і спостерігайте за змінами забарвлення протягом 2-3 хвилин. Опишіть спостереження.

Дослід №5. Кольорова реакція на резорцин з формальдегідом.

Реактиви: 0,5% р-н резорцину, 10% р-н формальдегіду, концентрована H₂SO_4.

Виконання. В пробірку внесіть 2 мл 0,5% р-ну резорцину і 1 мл 10% р-ну формальдегіду. Потім піпеткою по стінці пробірки в реакційну суміш добавте 2 мл концентрованої сульфатної кислоти. Стежте за тим щоб сульфатна кислота не перемішалась з реакційною сумішшю. Що ви спостерігаєте на межі поділу рідин?

Контрольні запитання до практикуму.

1. Яку роль – окисника чи відновника – виконує мідна дротинка в реакції утворення оцтового альдегіду?

2. Чи можна реакцією «срібного дзеркала» визначити кетон? Відповідь поясніть.

3. Які кольорові реакції на альдегіди і кетони вам відомі? Опишіть їх зовнішній ефект.

Найважливіші поняття та терміни

▪Альдольна конденсація – взаємодія двох молекул карбонільних сполук, що мають хоча б один атом Гідрогену біля α-атома Карбону, при цьому утворюються β-оксикарбонільні сполуки.

▪Ацеталі – продукти взаємодії альдегідів та спиртів у співвідношенні 1:2. ▪Напівацеталі - продукти взаємодії альдегідів та спиртів у співвідношенні 1:1

▪Реактив Толленса – амоніачний розчин аргентум(І) оксиду - [Ag(NH₃)₂]OH.

▪Реакція «срібного дзеркала» - якісна реакція на альдегіди. Спостерігається випадання металічного срібла при нагріванні проби, що містить альдегід, з реактивом Толленса.

▪ Формалін – це розчин формальдегіду з масовою часткою 35-40%, що містить 5-10% метанолу для стабілізації.

Практичне заняття №11

Тема. Одноосновні карбонові кислоти.

Мета. Сформувати знання про методи добування і хімічні властивості карбонових кислот. Оволодіти методами ідентифікації одноосновних карбонових кислот.

Актуальність. Знання фізичних і хімічних властивостей карбонових кислот дає можливість їх цілеспрямованого використання в медицині і фармації. Серед одноосновних насичених карбонових кислот найбільше значення мають мурашина, оцтова, масляна, валеріанова, ізовалеріанова, бензойна кислоти. Велика кількість лікарських засобів є функціональними похідними карбонових кислот. Наприклад, ацетат калію є діуретичним засобом, ацетат свинцю –в’яжучим засобом, ізовалеріанова кислота є складником препарату «Валідол», бензоат натрію – відхаркувальним і слабо дезинфікуючим, етилформіат застосовується у виробництві вітаміну В₁ (тіаміну), бензилбензоат застосовується для лікування корости. Полімери на основі складних ефірів акрилової кислоти (поліакрилати) знаходять застосування при виготовленні зубних протезів. Важливе значення серед вищих карбонових кислот мають пальмітинова C₁₅H₃₁COOH і стеаринова C₁₇H₃₅COOH кислоти. У вигляді естерів гліцеролу вони входять до складу більшості природних жирів. Твердий жир (Державна Фармакопея України, перше видання), який є сумішшю три-, ди-, моногліцеридів природного походження, використовується як основа для мазей. Суміш етилових ефірів жирних кислот (переважно олеїнової) етилолеат (Державна Фармакопея України, перше видання), що виробляється з тканин ссавців або з речовин, одержаних від теплокровних тварин, використовується у фармації як розчинник. Пальмітинова кислота у вигляді естеру є складовою частиною бджолиного воску. Суміш етилових ефірів олеїнової (близько 15%), ліноленової (близько 15%) і лінолевої (близько 57%) кислот входить до складу препарату «Лінетол», який застосовується в медицині для профілактики та лікування гіпертонії та атеросклерозу, а також при опіках і променевій хворобі.

Форма роботи. Лабораторно-практичне заняття.

Теоретичні питання

1. Класифікація карбонових кислот.

2. Номенклатура та ізомерія аліфатичних та ароматичних одноосновних карбонових кислот.

3. Способи одержання аліфатичних та ароматичних карбонових кислот.

4. Будова карбоксильної групи і хімічна поведінка карбонових кислот: кислотні властивості, реакції нуклеофільного заміщення S_N (утворення складних ефірів, галогенангідридів, ангідридів). Вплив карбоксильної групи на вуглеводневий радикал: підвищена рухливість атома Гідрогену в α-положенні. Реакції за участю бензенового ядра для ароматичних карбонових кислот.

5. Ідентифікація одноосновних карбонових кислот. Особливості хімічної поведінки мурашиної кислоти.

6. Практичне значення окремих представників.

Ідентифікація карбонових кислот

Хімічні методи ідентифікації карбонових кислот основані на особливостях хімічної поведінки карбоксильної групи, зокрема на здатності до утворення важкорозчинних солей з важкими металами (Fe, Ag, Cu і ін.) Наприклад, під час взаємодії ацетату натрію з ферум(ІІІ) хлоридом відбувається обмін між йонами даних солей і утворюється ферум(ІІІ) ацетат, який частково гідролізує до комплексної сполуки [Fe₃(OH)₂(CH₃COO)₆]Cl червоно-бурого кольору. При кип’ятінні гідроліз проходить інтенсивніше і утворюється осад у вигляді нерозчинного основного ацетату Fe(CH₂COO)₂OH:

+2Н₂О +Н₂О

6 CH₃OONa + 3 FeCl₃ [Fe₃(OH)₂(CH₃COO)₆]Cl

-6NaCl - 2HCl хлорид основного

гексаацетату феруму

3Fe(CH₃COO)₂OH + НCl

основний ацетат феруму

При дії карбонових кислот на карбонати або гідрогенкарбонати лужних металів виділяється карбон(ІV), що утворює з баритовою водою осад ВаСО₃.

Бензойна кислота теж дає забарвлений комплекс з ферум(ІІІ) хлоридом – утворюється осад рожево-червоного кольору. Її можна також відкрити реакцією нітрування:

СООН COOH

| t⁰, k.H₂SO₄

+ HO–NO₂ + H₂O

NO₂

Після охолодження реакційної суміші випадають кристали м-нітробензойної кислоти.

Завдання. Поясніть, чому в процесі нітрування бензойної кислоти утворюється мета-нітробензойна кислота, а не її орто- або пара-ізомер.

Специфічні реакції ідентифікації мурашиної кислоти

Через особливості будови (які?) мурашина кислота дає ряд специфічних реакцій, які можуть служити для її ідентифікації.

1. Реакція «срібного дзеркала»:

О О

// NH₃ //

H –C–OH + Ag₂O HO–C–OH + 2Ag

СО₂ + H₂O

2. Розклад мурашиної кислоти при нагріванні з концентрованою H₂SO₄

При нагріванні з конц.H₂SO₄ мурашина кислота розкладається з утворенням карбон(ІІ) оксиду і води:

к.H₂SO_4,t⁰

Н -СООН СО + Н₂О

Карбон(ІІ) оксид, що виділяється, горить голубуватим полум’ям.

Завдання для аудиторної та позааудиторної роботи

1. Напишіть структурні формули таких кислот:

а) 2-метилбутанової д) 2-фенілгексанової

б) 2,3-диметилпентанової е) 2,2-дибромопропанової

в) 2-етилгептанової

г) 2,3,4-триметилпентанової

2. Напишіть електронні формули мурашиної, пропіонової та масляної кислот. Вкажіть, як відбувається зміщення електронної густни в цих молекулах? Яка з даних кислот найсильніша і чому?

3. Напишіть рівняння реакцій за наведеною схемою перетворень. Назвіть сполуки:

+Cl₂ +Cl₂ +Cl₂

о цтова кислота А Б В

Порівняйте кислотні властивості речовин А, Б, В.

4. Напишіть структурні формули можливих ізомерів складу C₅H₁₀O₂ і назвіть їх.

5. Напишіть рівняння реакцій взаємодії таких речовин і назвіть продукти:

1. пропіонова кислота + бром

2. олеїнова кислота + бромоводень

3. 2-метилпентанова кислота + метанол

4. пропанова кислота + натрій гідроксид

5. барій ацетат + натрій сульфат

6. мурашина кислота + натрій карбонат

7. оцтова кислота + алюміній гідроксид

8. акрилова кислота + водень

9. етанова кислота + кальцій гідроксид

10. пропанова кислота + етанол

6. Напишіть рівняння хімічних реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

а) 1 2 3 4

вуглець → кальцій карбід → ацетилен → оцтова кислота → ферум(ІІІ) ацетат

1 2 3

б) етилацетат → оцтова кислота → магній ацетат → ацетон

1 2 3 4

в) етен → ацетилен → етаналь → Х → етилацетат

1 2 3 4

г) синтез-газ → метанол → метаналь → метанова кислота → метилформіат

д) 2 3 О

1 Л М //

C ₂H₆ CH₃–CH₂–CH₂–C–O–C₂H₅

5 6 7 8

4 А Б К Д

7. Запропонуйте кілька методів добування:

а) етилацетату з вапняку, вугілля , води;

б) бензойної кислоти з н-гептану.

8. При дії концентрованої сульфатної кислоти на суміш оцтової та мурашиної кислот масою 34,6 г при нагріванні виділилося 2,24 л газу (н.у.). Розрахуйте масовий склад суміші.(Відповідь: ω(НСООН) = 13,29% , ω (CH₃COOH) = 86,71%).

9. При сплавлянні натрієвої солі монокарбонової насиченої кислоти з натрій гідроксидом виділилося 1,12 л (н.у.) газоподібної органічної речовини, яка за нормальних умов має густину 1,34 г/л. Встановіть формулу карбонової кислоти, а також масу солі, що прореагувала. (Відповідь: CH₃–СH₂–СH₂–COOH; 4,2 г).

10. 40 г оцтового ангідриду розчинили у 400 г розчину оцтової кислоти з масовою часткою кислоти 20%. Розрахуйте масову частку кислоти в одержаному розчині. (Відповідь: 29%).

Лабораторний практикум

Вихідний рівень знань

1. Кислотні властивості карбонових кислот. Порівняння кислотності аліфатичних і ароматичних кислот.

2. Хімічні методи ідентифікації карбонових кислот: взаємодія із солями важких металів та карбонатами або гідрогенкарбонатами лужних металів.

3. Якісні реакції на мурашину кислоту.

Дослід №1. Добування солей карбонових кислот.

Реактиви та обладнання: 2н оцтова кислота, бензойна кислота, 0,5н р-н NaOH

Виконання. Кілька краплин чи кристаликів кожної з кислот збовтайте з 2 мл води в пробірці. Якщо кислота не розчиняється, суміш нагрійте. Охолодіть нагріті розчини, відзначте чи виділяться знову кислоти, які розчинились під час нагрівання. Опишіть розчинність кожної кислоти у воді. До розчинів кислот додайте кілька крапель їдкого натру. Відзначте розчинність кислот і їх солей у воді.

Дослід №2. Відкриття ацетат-аніону взаємодією з ферум(ІІІ) хлоридом.

Реактиви та обладнання: кристалики ацетату натрію, 0,1н р-ну FeCl₃, розчин бензоату натрію з попереднього досліду.

Виконання. В пробірку кілька крупинок ацетата натрію і добавте кілька краплин води. До цього розчину і до розчину бензоату натрію з попереднього досліду добавте по 2 краплі 0,1н р-ну FeCl_3. Відмітьте наявні зміни (колір розчину, випадання осаду). Потім розчин ацетату феруму нагрійте протягом 1-2 хв. до виділення червоно-бурого пластівчастого осаду. Запишіть рівняння реакцій. Чи можна за допомогою FeCl₃ відкрити бензоат-йон?

Дослід №3. Взаємодія мурашиної кислоти з карбонатом натрію.

Реактиви: мурашина кислота,10% р-н Na₂CO₃, вапняна (баритова) вода.

Виконання. У пробірку влийте 2 мл 10% р-ну карбонату натрію і обережно краплями мурашину кислоту (Обережно! Спінювання!). Реакційну суміш швидко закрийте пробкою з газовідвідною трубкою, кінець якої опустіть у пробірку з 2 мл вапняної (або баритової) води. Спостегігається виділення газоподібного СО₂ і помутніння вапняної (баритової) води. Отже, мурашина кислота сильніша за карбонатну і витісняє її з карбонатів. Наведіть рівняння реакцій, що відбулися.

Дослід №4. Взаємодія мурашиної кислоти з амоніачним розчином аргентум(І) оксиду (реакція «срібного дзеркала»).

Реактиви і обладнання: 80% мурашина кислота, реактив Толленса, спиртівка.

Виконання. До 0,5 мл 80%-ної мурашиної кислоти додайте 1 мл аміакату гідроксиду аргентуму [Ag(NH₃)₂]OH. Реакційну суміш злегка нагрійте. Спостерігається утворення осаду металічного срібла темно-сірого кольору. Отже, мурашина кислота має відновні властивості і дає реакцію «срібного дзеркала», характерну для альдегідів. Наведіть рівняння реакції, яка відбулась.

Контрольні запитання до практикуму

1. Які властивості карбонових кислот виявляються у їх взаємодії з гідроксидом натрію? Яка кислота сильніша: oцтова чи бензойна і чому?

2. Поясніть хімізм взаємодії оцтової кислоти з ферум(ІІІ) хлоридом. Чому ця реакція є якісною на карбонові кислоти? Який зовнішній ефект цієї реакції у випадку бензойної кислоти?

3. Поясніть, чому мурашина кислота дає реакцію «срібного дзеркала».

Найважливіші поняття та терміни

О

▪Ацетати – солі та естери етанової кислоти (оцтової). //

▪Ацил (ацильний залишок) – залишок карбонової кислоти R–C– :

О О

// //

Н–C– форміл або метаноїл (ацильний залишок метанової к-ти), CH₃–C– ацетил або етаноїл (ацильний залишок етанової к-ти)

▪Гемінальне (гем-) положення – положення двох або трьох замісників біля одного і того самого атома Карбону

▪Льодяна оцтова кислота – безводна оцтова кислота з температурою замерзання 16,7⁰С.

▪Мила – натрієві та калієві солі вищих жирних кислот.

▪Мурашиний спирт – розчин мурашиної кислоти в етиловому спирті з масовою часткою 1,25%. Використовується для розтирань при невралгіях, міозитах тощо.

▪Основність карбонової кислоти – визначається числом карбоксильних груп у молекулі карбонової кислоти.

▪Форміати – солі та естери мурашиної (метанової) кислоти.