1

WYDZIAŁ KSZTAŁTOWANIA ŚRODOWISKA I ROLNICTWA

Kierunek: ROLNICTWO, studia Io, stacjonarne

PRZEWODNIK DO ĆWICZEŃ Z CHEMII W ROKU AKADEMICKIM 2011/2012 SEMESTR LETNI

Imię i nazwisko studenta Nr grupy nr stanowiska program ćwiczeń opracowała dr Jolanta Paprocka

2

Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa Studia niestacjonarne

KIERUNEK: Rolnictwo

Harmonogram ćwiczeń na rok akademickim 2011/2012 – semestr letni 20 godzin lekcyjnych

ĆWICZENIE I (3 h) 3 kwiecień 2012 r. Budowa związków organicznych. Nazewnictwo alkanów, alkenów, alkinów. Rodzaje izomerii – ćwiczenia audytoryjne. ĆWICZENIE II (3 h) 17 kwiecień 2012 r. SPRAWDZIAN I Ilościowe oznaczanie CH3COOH metodą alkalimetryczną w analizowanej próbie. ĆWICZENIE III (3 h) 8 maj 2012 r. SPRAWDZIAN II. Metody wydzielania i oczyszczania związków organicznych. Krystalizacja, ekstrakcja, destylacje. ĆWICZENIE IV (3 h) 15 maj 2012 r SPRAWDZIAN III. Reakcje charakterystyczne węglowodorów, alkoholi i fenoli, kwasów karboksylowych – ćwiczenia laboratoryjne i audytoryjne. ĆWICZENIE V (3 h) 22 maj 2012 r. Otrzymywanie kwasu acetylosalicylowego. Poprawy sprawdzianów I – III ĆWICZENIE VI (3 h) 29 maj 2012 r. SPRAWDZIAN IV. Alkalimetryczne oznaczanie kwasu acetylosalicylowego w preparacie farmakologicznym. Poprawa sprawdzianów III i IV. ĆWICZENIE VII (2 h) 5 czerwiec 2012 r. Zaliczanie zaległych ćwiczeń i sprawdzianów. Wpisy do indeksów. Na każdych ćwiczeniach jest możliwość poprawy zaległych sprawdzianów. Na każdych zajęciach, w zależności od potrzeb studentów będą realizowane ćwiczenia audytoryjne.

3

Zagadnienia obowiązujące przy zaliczaniu sprawdzianów SPRAWDZIAN I. Nazewnictwo alkanów, cykloalkanów, alkenów, alkinów, węglowodorów aromatycznych. Pojęcie szeregu homologicznego, homologu, izomeru. Rodzaje izomerii występujące w alkanach, alkenach i alkinach. Właściwości chemiczne alkanów – reakcje substytucji rodnikowej. Alkeny – reakcje addycji chlorowców, chlorowcowodorów, wody, wodoru, reakcje polimeryzacji. Alkiny – reakcje addycji chlorowców, chlorowcowodorów, wodoru, wody. Tautomeria. SPRAWDZIAN II. Alkohole jednowodorotlenowe, budowa, nazewnictwo, rzędowość. Właściwości chemiczne – amfoteryczność, utlenianie, dehydratacja. Alkohole wielowodorotlenowe – gliokol i gliceryna – znajomość wzorów. Utlenianie glikolu. Fenole. Właściwości kwasowe fenolu. Aldehydy i ketony. Budowa, szereg homologiczny, zasady nazewnictwa. Reakcje grupy aldehydowej z odczynnikiem Tollensa i Fehlinga. Reakcje prostej addycji nukleofilowej – z HCN. Reakcje z alkoholami – tworzenie hemiacetali i acetali. Addycja nukleofilowa z wydzieleniem wody – reakcje z hydroksyloaminą, hydrazyną oraz fenylohydrazyną. Reakcja kondensacji aldolowej – warunki w jakich zachodzi ta reakcja. Reakcja Cannizzaro – przebieg i warunki reakcji. SPRAWDZIAN III. Kwasy monokarboksylowe. Budowa, nazewnictwo. Reakcje kwasów: •związane z zastępowaniem wodoru w grupie karboksylowej – tworzenie soli z metalami, tlenkami metali i wodorotlenkami(np. Na2O, KOH). •związane z zastępowaniem grupy hydroksylowej w grupie karboksylowej – tworzenie chlorków kwasowych w reakcjach z PCl5, reakcja estryfikacji, tworzenie amidów kwasowych oraz bezwodników kwasowych. •związane z usuwaniem grupy karbonylowej z grupy karboksylowej – reakcje dekarboksylacji •związane z podstawieniem wodoru w rodniku kwasowym – tworzenie hydroksy- i chlorowcokwasów. Moc kwasów monokarboksylowych. Hydroksykwasy, kwasy dikarboksylowe – wzory i nazwy. Wyższe kwasy tłuszczowe. Tłuszcze – budowa , zmydlanie i utwardzanie. Fosfolipidy: wzory lecytyny i kefaliny. Woski. SPRAWDZIAN IV. Aminy, nazewnictwo, rzędowość. Aminokwasy – wzory i nazwy !!! oraz podział na egzo- i endogenne. Reakcje grupy karboksylowej i aminowej. Wiązanie peptydowe. Punkt izoelektryczny. Budowa białka, struktura I, II, III i IV rzędowa. Monosacharydy – budowa, właściwości i nazewnictwo. Konfiguracja D i L, pojęcie anomerów α i β . Wzory łańcuchowe, półacetalowe i taflowe. Mutarotacja, epimeryzacja, tworzenie O-glikozydów i N-glikozydów.

4

ZALECANA LITERATURA: „Podstawy chemii organicznej teoria i praktyka” – M. K. Łuczyński, J. Wilamowski, M.Góra, B. Kozik, L. Smoczyński „Chemia organiczna’ – skrypt ART. A. Bukowska, A. Benedict, K.Lipski „Wstęp do chemii organicznej” – G. Kupryszewski „Podstawy chemii organicznej” – F. Karczyński tom I i II „Elementarna chemia organiczna” – P. Mastalerz „Podręcznik chemii organicznej” – P. Mastalerz „Chemia organiczna” – E. Białecka-Floriańczyk, J. Włostowska

5

PRZYKŁADOWE PYTANIA DO SPRAWDZIANÓW

SPRAWDZIAN I

Alkany, alkeny,alkiny 1. Przedstawić strukturę cząsteczki: metanu, , etenu, etinu (typ hybrydyzacji atomu C,

kąty między wiązaniami, rodzaje wiązań). 2. Co to jest izomeria. Podaj jakie rodzaje izomerii występują w związkach o wzorze

sumarycznym: np. C6H14, C6H12, C8H18, C8H16. Podać po dwa przykłady izomerów. Podać pełne wzory i nazwy proponowanych izomerów powyższych związków.

3. Na przykładzie następujących reakcji wyjaśnić regułę Markownikowa, nazwać produkty reakcji: a) 4-metyloheks-1-en + HBr → b) pent-1-en + H2O →

+H c) but-1-en + HCl → d) hept-1-in + HCl → 4. Na przykładzie reakcji wyjaśnić zjawisko tautomerii. Nazwać produkty reakcji:

a) etyn + H2O → ; b) propyn + H2O → 5. Synteza Wurtza – wyjaśnić na czym polega ta reakcja. Nazwać produkty reakcji:

a) 1-chloropropan + 1-chloropropan + 2Na → b) 2-chlorobutan + chlorometan + 2Na → c) 1-bromopropan + bromometan + 2Na →

6. Dokończyć równania reakcji chemicznych. Nazwać produkty reakcji: a) 2-metylookt-1-en + HI → b) 2-bromohept-1-en + HCl → c) heks-1-en + H2O →

+H d) propen + Br2 → cowyczerpują

7. Narysować wzory strukturalne następujących związków: a) izopropylocyklopentan b) 2,4-dibromo-2,3,4,5-tetrametylononan c) 1,3-difluoro-2-metylocykloheksan d) 1-chloro-3-fenyloheksan e) 2-metylopent-1,3-dien f) cis-2-okten g) okt-1-en-5-yn h) 1,1,4-trimetylocykloheksan

8. Nazwać następujące związki:

C C C C C

C C

C C

C C

a)

CC C C C C C C

C

C C

C

C

C

b)

ClCC

6

c)

C C C C C C

C

C

C C C C

Br

C C C C C C C

C

C C

C C

C C

d)

C

C C C C C

C

C C

Br

C C C C C C

C

C

C

C

C

C C

e) f)

C C C C C

C

C

CCl

C

C C C C C

C

C Cl

C

C

C

Br

Cg) h)

C

C C C C

C C

C

C

C C

C C

CC

C

BrC

i) j) k)

C

C

7

SPRAWDZIAN II

Alkohole

1. Nazwać następujące związki: a. CH3 CH2 CH(OH) CH(OH) CH3

b. CH3 CH(Cl) CH(Br) CH(OH) C(Cl2) CH3

c. CH2(OH) C(CH3)2 CH(CH3) CH(OH) CH(OH) CH2 CH3

d. CH3 CH2 CH(Br) CH C(Br)2 CH(OH) CH3

CH

CH3 CH3

e.OH

CH2 CH3

f.OH

Cl

CH3 2. Podaj po jednym przykładzie alkoholu 2o i 3o mającego w swojej budowie 5 (6, 7, 8 lub 9) atomów węgla. Podać pełne wzory i nazwy. 3. Na podstawie wybranych reakcji chemicznych wykazać amfoteryczny charakter alkoholi. Nazwać produkty reakcji. 4. Utlenianie glikolu – wzory i nazwy produktów utleniania. Znać wzór gliceryny.

Aldehydy i ketony 1. Podać nazwy związków:

CH3 CH2 CH CH CO

HCH3 CH3

CH2 CH C

C

O

CH2CH3

C

O

CH3

CH3 CH2 CH CH C CH CH CH3

Cl Cl Br Br

O

a) b)

c) d) e)

OH OHH

O

2. Narysować wzory strukturalne związków: a) 4,5,5-tribromo-6-metylookt-3-on, b) 3,4-

dimetyloheptanal, c) 2,3-dimetylopentanal, d) 1,3-difenylopropan-2-on, e) keton difenylowy, f) 2,3,4-tribromoheptanal, g) heks-5-en-3-on, h) keton fenylowo-metylowy, i) keton dibenzylowy.

3. Wyjaśnić jakie aldehydy ulegają reakcji Cannizzaro. Jakie są warunki tej reakcji? Podać przykład takiej reakcji, nazwać powstałe produkty.

4. Wyjaśnić jakie aldehydy i w jakich warunkach ulegają reakcji kondensacji aldolowej. Podać przykład takiej reakcji, nazwać powstałe produkty.

5. Dokończyć reakcje chemiczne, nazwać powstałe produkty:

8

a) butanal (lub butanon) + HCN → b) pentanal (lub pent-2-on) + H2NOH → c) propanal (lub propanon) + H2N NH2 → d) heksanal (lub heks-3-on) + H2N NHC6H5 → e) propanal + metanol → hemiacetal → acetal f) butanal + etanol → hemiacetal → acetal g) pentanal + Cu(OH)2 → (współczynniki do reakcji dobrać na podstawie

bilansu elektronowego) h) propanol – reakcja Tollensa → (współczynniki do reakcji dobrać na

podstawie bilansu elektronowego) i) 2 cząsteczki etanalu →

−OH j) 2 cząsteczki benzaldehydu →

−OH

SPRAWDZIAN III

Kwasy karboksylowe. Tłuszcze. 1. Narysować wzory strukturalne związków:

a) kwas 3-metylooktanowy, b) kwas 4-hydroksy oktanowy, c) kwas fenylooctowy d) kwas 2,3-dibromopent-3-enowy, e) kwas 2,2-dichloro-3,3-dimetylohept-4-enowy, f) β-hydroksywalerianowy, g) kwas etanodiowy (szczawiowy), h) kwas butanodiowy (bursztynowy) i) kwas mlekowy j) kwas 2-hydroksybenzoesowy (salicylowy) k) kwas glikolowy l) diamid kwasu węglowego m) benzoesan izopropylu n) butanian propylu o) etanian fenylometylu (octan benzylu)

2. Który z kwasów w podanych parach jest mocniejszy. Odpowiedź uzasadnić. a) CHCl2 COOH czy CH3 COOH b) CH3 CH2 CHBr COOH czy CH3 CH2 CH2 COOH c) CH3 CH2 CH(CH3) CH(CH3) COOH czy CH3 CH2 CH2 CH2 COOH 3. Zaproponować przebieg syntezy. Narysować i nazwać wszystkie produkty pośrednie: a) CH3 CH2 CH2OH → do amid kwasu propanowego b) CH3 CH2 CH2 CH2OH → ]o[ A → ]o[ B → ]Br[ 2 C →

−OH D c) etin → chlorek kwasu octowego 4. Dokończyć reakcje chemiczne, nazwać powstałe produkty: a) kwas butanowy + Na2O (K2O, NaOH, Ca(OH)2) → b) kwas pentanowy + PCl5 → c) kwas heptanowy + NH3 → A →T B d) chlorek kwasu propanowego + NH3 → e) kwas walerianowy + Cl2 → A → 3NH,T B f) kwas masłowy + Br2 → A →

−OH,T B

9

g) kwasbutanowy + alkohol metylowy →+H

5. Napisać wzory : soli magnezowej, chlorku, amidu kwasu propanowego ( lub innego kwasu) estru metylowego

SPRAWDZIAN IV

Aminokwasy

1. Za pomocą odpowiednich reakcji chemicznych przedstawić amfoteryczną naturę dowolnie wybranego aminokwasu. Nazwać produkty reakcji.

2. Podać definicję i wyjaśnić znaczenie punktu izoelektrycznego. 3. Dokończyć reakcje chemiczne. Nazwać produkty:

a) alanina + seryna → b) leucyna + tyrozyna → c) treonina + fenyloalanina → d) kwas glutaminowy + glicyna → e) seryna + metanol → (w środowisku H2SO4) f) walina + HBr → g) glicyna + KOH → h) izoleucyna + PCl5 →

4. Napisać wzory strukturalne waliny, seryny, tyrozyny, metioniny, fenyloalaniny, alaniny w formie jonu obojnaczego. 5. Narysować wzory strukturalne następujących dipeptydów. Zaznaczyć wiązanie

peptydowe: a) Ser – Gly; b) Leu – Ala; c) Cys – Phe; d) Wal – Leu.

Cukry

1. Narysować wzór łańcuchowy D-glukozy oraz wzory półacetalowy i taflowy β -D- glukopiranozy. 2. Narysować wzór łańcuchowy D-glukozy oraz wzory półacetalowy i taflowy α -D-

glukofuranozy. 3. Narysować wzór łańcuchowy D-2-deoksyrybozy oraz wzory półacetalowy β -D-2-

deoksyrybozy. 4. Narysować wzór łańcuchowy D-fruktozy. 5. Narysować wzór β-D-2-deoksyrybofuranozo-5-fosforanu (fosforan(V) β-D-2-

deoksyrybofuranoza). 6. Wyjaśnić zjawisko mutarotacji D-glukozy. 7. Narysować wzór strukturalny optycznie czynnego związku organicznego mającego 3

atomy C w cząsteczce. Wskazać i wyjaśnić czym charakteryzuje się węgiel asymetryczny.

8. Dokończyć reakcje chemiczne. Nazwać produkty: a) α-D-glukopiranoza + etanol → b) β-D-glukopiranoza + dimetyloamina →

10

COOH

H2N C H

R

WZORY AMINOKWASÓW

1. Jedna grupa ─NH2 i jedna grupa ─COOH a) R to ─H lub grupa alkilowa

COOH

H2N C H

COOH

H2N C H

COOH

H2N C H

H CH3CH

CH3 CH3GlicynaGly (G)

AlaninaAla (A) Walina

Val (V)

COOH

H2N C H

COOH

H2N C H

CH2

CH

CH3 CH3

CH CH3

CH2

CH3

LeucynaLeu (L)

IzoleucynaIle (I)

b) R zawiera grupę ─OH c) R zawiera siarkę

COOH

H2N C H

COOH

H2N C H

CH2 OH CH OH

CH3SerynaSer (S)

TreoninaThr (T)

COOH

H2N C H

COOH

H2N C H

CH2

SHCH2

CH2

S

CH3

CysteinaCys (C)

MetioninaMet (M)

d) R = CH3, to alanina. Jeden atom H w alaninie zastąpiony jest przez pierścień aromatyczny

COOH

H2N C H

CH2

COOH

H2N C H

CH2

COOH

H2N C H

CH2

OH

N

Hfenyloalanina Phe (F) tyrozyna

Tyr (Y)tryptofan Trp (W)

2. Jedna grupa ─NH2 i dwie grupy ─COOH

COOH

H2N C H

CH2

COOH

H2N C H

COOH

H2N C H

CH2

COOH

H2N C H

COOH

(CH2)2

COOH CNH2

(CH2)2

CNH2

kwas asparaginowy Asp (D)

kwas glutaminowy Glu (E)

lub amidytych kwasów

asparagina Asn (N)

glutamina Gln

O O

(Q) Dwie grupy ─NH2 i jedna grupa ─COOH

COOH

H2N C H

COOH

H2N C H

COOH

H2N C H

(CH2)3

CH2 NH2

(CH2)3

NH

CNH2

NH

CH2

NN H

lizynaLys (K)

Arginina Arg (R)

Histydyna His (H)

4. Prolina - jedyny aminokwas, który jest aminą 2o

N

COOH

H

Prolina (P)

11

ĆWICZENIE I Budowa związków organicznych. Nazewnictwo alkanów, alkenów i alkinów.

Rodzaje izomerii – ćwiczenia audytoryjne.

12

ĆWICZENIE II Oznaczanie CH3COOH metodą alkalimetryczną

Ćwiczenie wykonuje się w trzech etapach: 1. Przygotowanie 250 cm3 roztworu NaOH o stężeniu około 0,1 M. 2. Oznaczenie dokładnego stężenia molowego roztworu NaOH za pomocą mianowanego roztworu H2C2O4. 3. Wykonanie zadanie kontrolnego: oznaczenie zawartości CH3COOH w analizowanym roztworze Wykonanie ćwiczenia: 1. Przygotowanie 0,25 dm3 ok. 0,1 M roztworu NaOH 1000 cm3 1M --------- 40 g NaOH 250 cm3 0,1M --------- x g NaOH x = 1 g NaOH W celu przygotowania 0,25 dm3 ok.0,1 M roztworu NaOH odważa się na wadze technicznej ok. 1 g stałego NaOH, przenosi do kolby miarowej, rozpuszcza w wodzie destylowanej i po uzupełnieniu kolby do kreski dokładnie miesza. 2. Oznaczanie dokładnego stężenia molowego (zmianowanie) przygotowanego roztworu NaOH przy użyciu roztworu substancji podstawowej o dokładnie znanym stężeniu. Oznaczenie stężenia molowego roztworu NaOH za pomocą roztworu H2C2O4 o dokładnie znanym stężeniu oparte jest na reakcji przebiegającej zgodnie z równaniem: 2NaOH + H2C2O4 → Na2C2O4 + 2H2O Roztwór substancji podstawowej przygotowuje się przez rozpuszczenie odpowiedniej odważki krystalicznego (dwuwodnego) kwasu szczawiowego w kolbie miarowej o określonej objętości. Na tej podstawie oblicza się stężenie molowe roztworu kwasu szczawiowego. Oznaczanie molowego stężenia (mianowanie) roztworu NaOH Biuretę przepłukać roztworem NaOH, następnie napełnić roztworem zasady „powyżej zera”. Przed miareczkowaniem każdej próby biuretę należy „zerować” tak aby dolny menisk cieczy był styczny do kreski zerowej. Ta sama zasada dotyczy odmierzania objętości roztworów pipetą. Czystą pipetę przepłukać roztworem kwasu szczawiowego H2C2O4 Do trzech kolb stożkowych odmierzyć po jednej objętości pipety roztworu kwasu szczawiowego, do każdej dodać po dwie krople wskaźnika - -fenoloftaleiny (roztwór po dodaniu wskaźnika nadal będzie bezbarwny, zmiana barwy tego wskaźnika w zakresie pH od 8,3 do 10,0 na kolor malinowy). Następnie kolejno miareczkować przygotowane w kolbkach stożkowych roztwory H2C2O4 roztworem NaOH z biurety do momentu pierwszego zabarwienia wskaźnika na kolor różowy utrzymującego się w ciągu 1 minuty. Przed każdym miareczkowaniem pamiętać o „wyzerowaniu” biurety. Zapisać objętości zużytego w każdym miareczkowaniu roztworu NaOH.

13

V1 = ……… cm3 NaOH V2 = …… cm3 NaOH V3 = ………… cm3 NaOH

średnia objętość: 3321 ............3

cmVVV

VśrNaOH =++

=

Obliczenia dotyczące stężenia molowego roztworu NaOH: z reakcji (1) wynika, że 2 mole NaOH reagują z 1 molem H2C2O4 obliczenia wykonujemy na podstawie proporcji: 2 ·1000 cm3 1M NaOH ------------ 1000 cm3 1M H2C2O4 Vśr.z CmNaOH ------------ Vkw Ckw Vśr.z - uśredniona wartość objętości NaOH odczytana z biurety podczas miareczkowania z dokładnością do 0,1 cm3

Vkw - pojemność pipety wyrażona w cm3 (20 lub 25 cm3) C kw - stężenie molowe kwasu szczawiowego w mol/dm3 (napisane na butelkach z tym roztworem).

NaOHMV

C252M1cm1000VCcm25cm10002C

śrNaOH

kw3

śrNaOH

kw33

mNaOH ...................=⋅⋅

=⋅⋅⋅⋅⋅

=

3. Zadanie kontrolne: oznaczenie zawartości CH3COOH w badanej próbie. Oznaczenie zawartości CH3COOH oparte jest na reakcji zobojętniania: CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O Wykonanie oznaczenia: Otrzymany w kolbie miarowej o poj. 100 cm3 roztwór kwasu octowego dopełnić wodą do kreski (zgodnie z meniskiem dolnym), następnie bardzo dokładnie wymieszać. Do trzech kolb stożkowych odmierzyć po jednej objętości pipety (bezpośrednio z kolbki) analizowanego roztworu CH3COOH oraz dodać po dwie krople fenoloftaleiny – przed miareczkowaniem roztwory pozostaną bezbarwne. Następnie kolejno miareczkować przygotowane roztwory zmianowanym wcześniej roztworem NaOH. Koniec miareczkowania wyznacza pojawienie się różowego zabarwienia utrzymującego się w ciągu 1 minuty. Należy pamiętać także o „wyzerowaniu” biurety przed rozpoczęciem każdego miareczkowania. Zapisać objętości roztworu NaOH zużytego w każdym miareczkowaniu. objętość roztworu NaOH zużyta w trakcie miareczkowania (odczyt z biurety): V1 = …………. cm3 NaOH V2 = …………..cm3 NaOH V3 = ………… cm3 NaOH

średnia objętość: 3321 ...........

3cmVVVVśrNaOH =

++=

14

obliczenia z reakcji (2) wynika, że 1 mol NaOH reaguje z 1 molem CH3COOH, zatem 1000 cm3 1M NaOH ---------- 60,05 g CH3COOH Vśr.NaOH CmNaOH ---------- x g CH3COOH

COOHCHg.........................)cm25(V)cm100(V

1100005,60CVx 33

p

3kmNaOHśrNaOH =⋅

⋅⋅⋅

=

Vśr.NaOH - uśredniona wartość objętości NaOH odczytana z biurety CmNaOH - stężenie molowe roztworu NaOH obliczone w etapie 2 x - ilość gram kwasu octowego zawarta w objętości roztworu pobranej do jednorazowego miareczkowania (20 lub 25 cm3 ) Numer analizy…………. Zawartość CH3COOH w analizowanym roztworze: ………………..g CH3COOH

15

ĆWICZENIE III Wybrane metody oczyszczania związków organicznych

KRYSTALIZACJA

Najważniejszym sposobem oddzielania stałych związków chemicznych od zanieczyszczeń jest krystalizacja. Metoda ta wykorzystuje różnice w rozpuszczalności substancji i ich zanieczyszczeń w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku w wysokiej oraz niskiej temperaturze. Zasada jest taka, że substancja poddawana krystalizacji powinna rozpuszczać się trudno w wybranym rozpuszczalniku na zimno a łatwo na gorąco. Najczęściej zanieczyszczony produkt rozpuszcza się na gorąco w takiej ilości rozpuszczalnika, aby otrzymać roztwór nasycony, następnie szybko odsącza na gorąco nierozpuszczalne zanieczyszczenia i pozostawia roztwór do oziębienia. Substancja krystalizuje z roztworu z reguły w czystej postaci.

Proces krystalizacji można podzielić na niżej przedstawione etapy:

1. Rozpuszczenie zanieczyszczonej substancji w odpowiednim rozpuszczalniku, w temperaturze wrzenia lub w pobliżu temperatury wrzenia rozpuszczalnika.

2. Odsączenie gorącego roztworu od nierozpuszczalnych zanieczyszczeń. 3. Pozostawienie przesączu do ostygnięcia, co zazwyczaj powoduje krystalizacje

związku. 4. Odsączenie kryształów związku od roztworu zwanego ługiem pokrystalicznym.

Jeżeli wiadomo jaki związek ma być oczyszczany, właściwy rozpuszczalnik wyszukuje się w literaturze chemicznej, np. w podręczniku preparatyki organicznej, lub kalendarzu chemicznym. Opis ćwiczenia: Odważyć na wadze 10 g zanieczyszczonego kwasu szczawiowego (H2C2O4) i umieścić w kolbie stożkowej o pojemności 300 cm3, wrzucić 2 kamyczki wrzenie. Następnie wlać ok. 40 cm3 wody destylowanej. Kolbę umieścić na siatce zabezpieczającej nad płomieniem palnika.. Ogrzewać małym płomieniem do wrzenia i obserwować przebieg rozpuszczania kwasu szczawiowego. W międzyczasie należy przygotować zestaw do sączenia na gorąco. Do lejka zaopatrzonego w wodny płaszcz grzejny wlać wodę destylowaną i umieszczony z boku tubus ogrzewać płomieniem palnika. Następnie wewnątrz lejka metalowego umieścić lejek szklany, a na mim karbowany sączek bibułowy. Po czym możliwie szybko przelać gorący roztwór kwasu szczawiowego, przesącz pokrystalizacujny zebrać w krystalizatorze. Zanieczyszczenia pozostaną na sączku. Przesącz zebrany w krystalizatorze umieścić w łaźni lodowej do momentu wykrystalizowania białych igiełkowatych kryształków czystego H2C2O4. Następnie przesączyć pod zmniejszonym ciśnieniem na lejku Büchnera. Resztki osadu z krystalizatora wypłukać przy pomocy niewielkich objętości zimnej wody destylowanej. Otrzymaną substancję suszy się w temperaturze pokojowej. Przechować do następnych zajęć i dokonać pomiaru temperatury topnienia

16

DESTYLACJA PROSTA, REKTYFIKACJA. Destylacja jest najważniejszą metodą rozdzielania i oczyszczania substancji ciekłych. W najprostszym przypadku ciecz doprowadza się do wrzenia, a powstającą parę skrapla się w chłodnicy jako destylat. Destylację, w czasie której w ruchu jest tylko jedna faza – para, nazywa się destylacją prostą. Destylację tę wykonuje się w przypadkach, gdy temperatury wrzenia destylowanych cieczy zawarte są w granicach od 40 do 150oC. Powyżej tej temperatury wiele substancji rozkłada się. Gdy część skondensowanej pary (tzw. flegma lub orosienia)spływa stale do kolby destylacyjnej, destylację taką nazywa się rektyfikacją. Podczas rektyfikacji na kolbie destylacyjnej umieszcza się kolumnę rektyfikacyjną.

1. kolbka destylacyjna 2. nasadka destylacyjna 3. chłodnica destylacyjna 4. przedłużacz 5. odbieralnik 6. kolumna rektyfikacyjna 7. termometr

Zestaw do destylacji frakcyjnej

Oczyszczanie alkoholu etylowego metodą destylacji prostej

1. kolba destylacyjna 2. nasadka destylacyjna 3. chłodnica 4. przedłużacz 5. odbieralnik 6. termometr

Zestaw do destylacji prostej Wykonanie ćwiczenia:

Kolbę destylacyjną napełnić zanieczyszczonym alkoholem etylowym do połowy objętości, wrzucić kamyczki wrzenne i umieścić nad płaszczem grzejnym. Na kolbie umieścić nasadkę destylacyjną zaopatrzoną w termometr. Następnie do nasadki przyłączyć chłodnicę destylacyjną (uruchomić obieg wody). Pod chłodnicą umieścić odbieralnik i włączyć ogrzewanie. Zbiornik rtęci termometru powinien znajdować się na tyle głęboko w nasadce, aby podczas prowadzenia destylacji był całkowicie omywany oparmi. Na początku ogrzewania termometr wykazuje temperaturę niższą od temperatury wrzenia cieczy destylowanej (etanol Twrz = 78oC), a pomimo to w chłodnicy zaczynają się skraplać pierwsze krople. Ta pierwsza frakcja nazywa się przedgonem, należy ją zebrać i usunąć. Frakcję główną czyli właściwy destylat zbiera się wtedy, kiedy termometr wskaże temperaturę wrzenia alkoholu etylowego. Destylację frakcji głównej prowadzi się w tempie nie szybszym niż uzyskanie jednej kropli destylatu na sekundę (prawidłowe

17

ustawienie źródła ogrzewania). Przekroczenie temperatury wrzenia destylowanej cieczy jest wskazaniem do zmiany odbieralnika, odłączenia źródła grzania i przerwania destylacji. Destylacji nigdy nie prowadzi się do sucha, tzn. w kolbie destylacyjnej zawsze po zakończonej destylacji powinna pozostać niewielka objętość cieczy.

DESTYLACJA Z PARĄ WODNĄ Dotyczy substancji ciekłych nie mieszających się z wodą (mieszanina niejednorodna) i ma na celu obniżenie temperatury wrzenia substancji wydzielanej. Ciecz zaczyna wrzeć , jeżeli prężność jej par zrówna się z ciśnieniem zewnętrznym tego układu. Całkowitą prężność par nad mieszaniną niejednorodną wyraża się sumą prężności par nasyconych obu składników (prawo Daltona). Zatem ponieważ woda i destylowany składnik(A) nie mieszają się ze sobą, ogólna prężność par jest sumą prężności cząstkowych. pogólna = pwody + psubstancji A Tak więc temperatura wrzenia takiej mieszaniny jest zawsze niższa od temperatury wrzenia każdego z jej składników pod tym samym ciśnieniem. Skład kondensatu można wyliczyć ze wzoru:

W

A

W

A

pp

nn

= nA i nW - liczba moli substancji A i pary wodnej

Wprowadzając jednostki masy wzór można przekształcić do postaci:

W

AA

w

A

p18pM

mm

⋅⋅

= MA - masa cząsteczkowa substancji A

mA i mW - masa substancji A oraz pary wodnej W ten sposób w łagodnych warunkach można przedestylować substancję o temperaturze wrzenia dużo wyższej niż 100oC.

Wyodrębnienie limonenu z owoców cytrusowych za pomocą destylacji z parą wodną

1. kociołek wytwarzający parę wodną 2. chłodnica destylacyjna 3. kolba destylacyjna 4. przedłużacz 5. odbieralnik 6. rurka bezpieczeństwa

Zestaw do destylacji z parą wodną Limonen jest głównym składnikiem olejku eterycznego występującego w skórkach owoców cytrusowych. Temperatura wrzenia tego związku wynosi twrz = 198oC. Skórkę pomarańczy pokroić na drobne kawałki i rozetrzeć w moździerzu wraz z 100 cm3 wody. Otrzymaną miazgę przenieść do kolby destylacyjnej i zmontować zestaw do destylacji z parą wodną. Połączyć kolbę destylacyjną z kociołkiem do wytwarzania pary wodnej z jednej strony a z drugiej z chłodnicą (włączyć obieg wody). Włączyć ogrzewanie pod kociołkiem i pod kolbą. Zebrać ok. 50 cm3 destylatu.

18

Ekstrakcja ciągła przy użyciu aparatu Soxhleta

1. gilza wykonana z porowatej bibuły 2. kolbka zawierająca rozpuszczalnik 3. rurka odprowadzająca opary

rozpuszczalnika z substancją do chłodnicy

4. rurka odprowadzająca rozpuszczalnik do kolbki do ponownej ekstrakcji

5. chłodnica zwrotna

Aparat Soxhleta Wykonanie ćwiczenia: Materiał biologiczny (zielone liście, czerwoną paprykę, czerwoną kapustę,

pomarańczowe skórki cytrusów) pokroić na drobne kawałki, umieścić w torebce z porowatej bibuły (gilzy). Gilzę z rozdrobnionym materiałem biolologicznym umieścić w ekstraktorze w aparacie Soxhleta. Do kolby okrągłodennej wlać do 1/2 - 2/3 objętości odpowiedniego rozpuszczalnika oraz 2 – 3 kamyczki wrzenie. Do ekstrakcji chlorofilu z zielonych liści odpowiedni jest aceton. Kolbkę umieścić w elektrycznym płaszczu grzejnym (aceton, Twrz = 65oC). Obserwować przebieg ekstrakcji i omówić zasadę działania.

19

ĆWICZENIE IV Wybrane reakcje alkoholi, fenoli, aldehydów, ketonów i kwasów

karboksylowych 1. Otrzymywanie alkoholanu sodowego Do suchej probówki z małą ilością alkoholu etylowego wrzucić kawałek oczyszczonego metalicznego sodu. Obserwować efekt. Po zakończonej reakcji kilka kropli roztworu przenieść na szkiełko zegarkowe i poczekać aż odparuje nadmiar alkoholu. Otrzymany etanolan sodowy zwilżyć wodą destylowaną i zbadać odczyn roztworu kroplą fenoloftaleiny. Napisać odpowiednie równania reakcji: 2. Wykrywanie grupy alkoholowej Do ok. 2 cm3 etanolu w probówce dodać taką samą ilość 2 M roztworu KOH i kilka kropli płynu Lugola do jasnożółtego zabarwienia mieszaniny. Stopniowo wytrąca się żółty osad jodoformu CHI3 o charakterystycznym szpitalnym zapachu. Napisać odpowiednie równania reakcji: 3. Badanie właściwości gliceryny – reakcja z Cu(OH)2 Do probówki wlać parę kropli rozc. CuSO4 i dodać kilka kropli 2 M NaOH. Wytrąca się niebieski osad Cu(OH)2. Następnie dodać kilka kropli gliceryny i obserwować rozpuszczanie się niebieskiego osadu wodorotlenku miedzi(II), oraz powstawanie intensywnie niebieskiego roztworu. Ten sam efekt daje reakcja z glikolem. Tej reakcji ulegają drugorzędowe (2o) at. C połączone z grupą –OH. Napisać równanie reakcji:

20

4. Utlenianie glikolu Do probówki wlać ok. 2 cm3 alkoholu dihydroksylowego – glikolu, następnie dodać kilka kropli 0,5% roztw. KMnO4. Roztwór manganianu(VII) potasu odbarwia się z powodu utleniania grup hydroksylowych. Napisać produkty utleniania glikolu zachodzące podczas tej reakcji: 5. Reakcje substytucji elektrofilowej fenolu – reakcja nitrowania Do probówki dodać niewielką ilość roztworu fenolu a następnie ok. 2 cm3 2 M roztworu H2SO4 oraz 2M HNO3. Probówkę ogrzewać na łaźni wodnej ok. 20 min.. Po ochłodzeniu mieszaninę rozcieńczyć równą obj. wody destylowanej. Produktem tej reakcji są żółte kryształki kwasu pikrynowego (2,4,6-trinitrofenolu). Napisać r-nie reakcji: 6. Reakcja Tollensa – właściwości redukcyjne aldehydów Do probówki wlać ok. 1 cm3 roztworu AgNO3 oraz taką samą objętość roztworu NH4OH, aż wytrącający się biały osad ulegnie rozpuszczeniu. Do tak przygotowanego roztworu dodać ok. 1 cm3 badanego aldehydu. Probówkę z zawartością ogrzewać w zlewce z gorącą wodą (łaźnia wodna). W przypadku obecności grupy aldehydowej na ściankach probówki osadzi się metaliczne srebro. Napisąć odpowiednie równania reakcji:

21

7. Reakcja z jonami Cu(II) Fehlinga lub Trommera W probówce zmieszać po 1 cm3 roztworów 2 M NaOH oraz 2 M CuSO4, powstanie niebieski osad Cu(OH)2. Następnie dodać związku zawierającego grupę aldehydową. Całość ogrzać w zlewce z gorącą wodą. Po kilku minutach wytrąca się ceglasty osad tlenku miedzi(I). Napisać odpowiednie równania reakcji: 8. Reakcja jodoformowa – identyfikuje obecność grupy ketonowej Do probówki wlaćj ok. 1 cm3 roztworu związku zawierającego grupę ketonową dodać ok. 1 cm3 2 M roztworu NH3H2O a następnie kroplami płyn Lugola (roztwór I2 w KI). W przypadku obecności grupy ketonowej pojawi się w roztworze żółty, o charakterystycznym zapachu osad jodoformu 9. Reakcja kwasów karboksylowych z węglanem sodu W probówce umieścić ok. 2 cm3 2 M roztworu CH3COOH i wrzucić kilka kryształków Na2CO3 lub NaHCO3. Reakcja zachodzi z burzliwym wydz. CO2. Przebieg tej reakcji przedstawić odpowiednie równania reakcji:

22

ĆWICZENIE V Kwas acetylosalicylowy

Kwas acetylosalicylowy (octan kwasu salicylowego; kwas o-acetylobenzoesowy) to powszechnie stosowany lek znanym pod nazwą ASPIRYNA. Jest to popularny środek o działaniu przeciwbólowym, przeciwgorączkowym i przeciwzapalnym. Przy długotrwałym stosowaniu małych dawek wykazuje działanie przeciwzakrzepowe. Występuje w postaci białych igiełkowatych kryształków. Są one trudno rozpuszczalne w wodzie, rozpuszczają się w eterze i etanolu. Wykonywana reakcja jest przykładem reakcji estryfikacji. Substratem w tej reakcji nie jest jednak alkohol lecz fenol, który nie ulega bezpośredniej estryfikacji metodą Fischera. Dlatego też w miejsce kwasu octowego stosuje się jego bardziej reaktywną pochodną – bezwodnik octowy.

COOH H3C

OH H3C+ O

CO

CO

COOH

O

CO CH3

+ CH3COOH kat. H2SO4

138 g mol-1 102 g mol-1 180 g mol-1 Odczynniki: kwas salicylowy 1,34 g (10 mmoli) kezwodnik octowy 2,40 cm3 (2,60 g, 25 mmoli) stężony kwas siarkowy(VI) 2 krople WYKONANIE UWAGA!!! Bezwodnik octowy jest cieczą o właściwościach parzących i łzawiących. Kwas siarkowy(VI) ma właściwości żrące, dlatego odczynniki potrzebne do przeprowadzenia reakcji należy przygotować pod wyciągiem. Podczas pracy zaleca się korzystanie z okularów ochronnych oraz rękawic. Bezwodnik octowy jest nietrwały i rozkłada się pod wpływem wilgoci z powietrza, dlatego też wszystkie czynności związane z tym odczynnikiem należy wykonywać szybko. Do kolbki okrągłodennej o poj. 100 cm3 wprowadza się 1,34 g kwasu salicylowego, 2,40 cm3 bezwodnika octowego oraz 2 krople stężonego H2SO4 . Zawartość kolbki należy delikatnie wymieszać, po czym umieścić w niej kilka kamyczków wrzennych. Kolbkę instaluje się w elektrycznym płaszczu grzejnym i zabezpiecza powietrzną chłodnicą zwrotną. Wylot chłodnicy powinien być zamknięty rurką zawierającą środek higroskopijny np. bezwodny chlorek wapnia. Mieszaninę reakcyjną miesza się i utrzymuje w temperaturze 55 - 65 oC

23

przez ok. 15 – 20 minut. Po tym czasie zawartość kolbki pozostawia się do ostygnięcia, następnie przelewa do zlewki zawierającej ok. 20 cm3 wody i starannie miesza. Wydzielone kryształy preparatu należy odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem na lejku Büchnera, kilkakrotnie przemyć niewielką ilością zimnej wody, wysuszyć w temperaturze pokojowej, zważyć i oznaczyć temperaturę topnienia (lit. tt. 129 – 133oC). W razie rozbieżności wyznaczonej temperatury topnienia z literaturową w celu poprawienia czystości otrzymanego preparatu można przeprowadzić jego krystalizację z mieszaniny etanol – woda (1:2 czyli np. 5 cm3 etanolu i 2,5 cm3 wody). Po wykonaniu preparatu należy obliczyć wydajność reakcji.

24

ĆWICZENIE VI Oznaczanie kwasu acetylosalicylowego metodą alkalimetryczną w preparacie

farmakologicznym. Kwas acetylosalicylowy (octan kwasu salicylowego; kwas o-acetylobenzoesowy) to powszechnie stosowany lek znanypod nazwą farmaceutyczną jako ASPIRYNA. Jest to popularny środek o działaniu przeciwbólowym, przeciwgorączkowym i przeciwzapalnym. Przy długotrwałym stosowaniu małych dawek wykazuje działanie przeciwzakrzepowe. Występuje w postaci białych igiełkowatych kryształków. Są one trudno rozpuszczalne w wodzie, rozpuszczają się w eterze i etanolu. Substancje organiczne, podobnie jak nieorganiczne można oznaczać klasycznymi metodami analizy ilościowej. Alkalimetryczne oznaczenie kwasu acetyloaskorbinowego opiera się na reakcji zobojętniania grupy karboksylowej kwasu mianowanym roztworem NaOH. Oznaczenie przebiega zgodnie z równaniem reakcji:

COOH

O CO

CH3

Na+OH-COO- Na+

O CO

CH3

H2O++

masa molowa C9 H8 O4 180,16 g ∙ mol-1

Oznaczenie zawartości kwasu acetylosalicylowego w tabletce. Tabletkę aspiryny zważyć na wadze laboratoryjnej. Umieścić tabletkę w kolbce stożkowej i dodać 50 cm3 wody destylowanej. Kolbkę z zawartością ogrzewać w temp. 85oC do rozpuszczenia tabletki ( na dnie kolbki może pozostać nierozpuszczony wypełniacz tabletki). Roztwór pozostawić do ostygnięcia. Po wystudzeniu roztworu do temperatury pokojowej dodać 2 – 3 krople fenoloftaleiny i miareczkować zmianowanym wcześniej roztworem NaOH do uzyskania trwałego różowego zabarwienia. Odczytać z biurety ilość użytego titranta. Obliczyć zawartość aspiryny w tabletce.

Obliczenia: 1000 cm3 1 M NaOH →reaguje 180,16 g aspiryny Vśr CmNaOH → x g aspiryny

aspirynyg...........................1000

16,180CmV NaOHlśr =⋅⋅

masa tabletki (mt) - ……………….. g mt → 100 % masa aspiryny → x % Wynik podać w gramach ………………, oraz w procentach wagowych …………………