Антон Мартынович Бирун
профессор, доктор химических наук
Практикум
по органической
химии
*** 1961 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
HEKOTOPЫЕ БECCИCTEMHO И HEУBEPEHHO PACПOЗHAHHЫE ФPAГMEHTЫ КНИГИ
ПРЕДИСЛОВИЕ Курс органической химии мбжег быть усвоен только в том случае, если студенты на (проводимых ими самими опытах и синтезах будут лично знакомиться с веществами и их превращениями. Опыт показывает, что привлечение студентов к выполнению упражнений по органической химии параллельно лекционному курcy и лабораторному практикуму должно стать неотъемлемым элементом учебного процесса, а теоретические упражнения должны входить в учебный план. Для более сознательного прохождения студентами-заочниками лабораторного практикума к каждой работе дана краткая теоретическая справка. Поэтому предварительные пояснения преподавателя в начале работы сводятся к минимуму, и студенты должны самостоятельно разбираться в условиях течения реакций и относящихся к данной теме теоретических вопросах. Этой же целизакреплению структурно-химических представлений и развитию более глубокого химического мышления — служат вопросы и упражнения, помещенные в конце каждой работы. Для более углубленного изучения курса органической химии и приобретения экспериментальных лабораторных навыков, необходи-мых при выполнении научных исследований, во II часть практикума включены синтезы органических веществ жирного и ароматического рядов. Изучение общих методов лабораторной практики необходимо, так как они лежат в основе будущей практической и исследовательской работы студентов. Проведение экспериментальной работы в лаборатории требует соблюдения ряда условий. Эти условия позволяют обеспечить доведение работы до конца, предупредить возможные случаи аварий и создают безопасность работы как для ведущего ее, так и для окружающих. Необходимо: 1) строго соблюдать все правила безопасности, установленные для данной лаборатории; 2) к экспериментальной части работы приступать только после предварительного ознакомления с теорией вопроса, с устройством приборов, с необходимыми (мерами безопасности; 3) работу проводить аккуратно, тщательно, без излишней торопливости, но в то же время достаточно интенсивно; 4) не отходить от прибора, в котором ведется реакция с нагреванием или перегонкой; особое внимание обратить на приемы работы с огнеопасными и сильнодействующими веществами (эфир, бензин, бензш, азотная кислота, серная кислота и др.); 5) тщательно следить за чистотой посуды, приборов и рабочего места. Автор надеется, что настоящее руководство принесет пользу студентам нашего института, поможет им усвоить курс органической химии, знание которой столь необходимо для последующего успешного изучения ряда технических дисциплин. ВВЕДЕНИЕ Органическая химия не так давно, каких-нибудь сто лет назад, занимала незначительное место среди других дисциплин. Она как наука оформилась в XIX столетии; однако знакомство человека с органическими веществами и применение их для практических целей началось еще в глубокой древности. В середине XVIII в. один из величайших сынов русского народа М. В- Ломоносов установил основной закон природы — закон сохранения материи, положил начало физической химии и атомно-молекулярному учению, а также создал первую в мире научную химическую лабораторию. В 1842 г. мировую известность получил Н. Н. Зинин, открытие которого — превращение нитробензола и его гомологов в анилин и соответствующие аминопроизводные алкил-бензолов — является краеугольным камнем всего здания анилокра-сочной промышленности. Во второй половине XIX в. великий русский ученый Д. И- Менделеев открыл периодический закон, заложивший незыблемый фундамент современного учения о химических элементах- Выдающийся русский химик А. М. Бутлеров в 1861 г. создал теорию строения органических соединений, являющуюся и в наше время основой органической химии и сопредельных с ней дисциплин. Однако несколько лет спустя после создания теории строения А. М Бутлерову пришлось выступить в защиту своего приоритета от зарубежных химиков, которые вначале не признавали и даже не понимали его теории, а впоследствии пытались приписать честь создания основных положений этой теории себе. К началу XX в. достижения наших крупнейших творцов органического синтеза и катализа — В. В. Марковникова, А. М. Зайцева, Н. Д- Зелинского, А. Е. Фаворского, Н. Я. Демьянова, открытия виднейших русских физико-химиков — Н. Н. Бекетова, Д. П. Коновалова, основателя физико-химического анализа Н. С. Курникова, замечательного химика Л. А. Чугаева — получили широкую известность и всеобщее признание. Однако условия для широкого развития химических исследований и создания химических школ в дореволюционное время были в высшей степени неблагоприятными. Химическая промышленность дореволюционной России но-своим ничтожным размерам совершенно не отвечала потребностям страны и в значительной своей частя находилась в руках иностранных капиталистов. В годы Советской власти была по существу заново создана в-сй отечественная химическая промышленность с ее многочисленными и разнообразными производствами. Быстрое развитие советской химии, повышение ее роля в народном хозяйстве и в подъеме культуры нашли отражение в известном лозунге, провозглашенном на XVIII съезде партии: «Третья пятилетка — пятилетка химии». Съезд постановил: «Превратить химическую промышленность в одну из ведущих отраслей промышленности, полностью удовлетворить потребности народного хозяйства и обороны страны» Советская органическая химия развивалась в тесной связи с подъемом угольной и нефтяной промышленности, использованием богатейших лесных и растительных ресурсов, а также в соответствии с быстро развивавшимися потребностями народного хозяйства, обороны и здравоохранения. Особенно большое развитие получили разнообразные отрасли основного и тонкого органического синтеза, химия моторного топлива и производство высокомолекулярных соединений- За годы пятилеток было создано промышленное производство различных видов синтетического каучука, моторного топлива, пластических масс, искусственного волокна, взрывчатых веществ, спиртов, органических кислот и эфиров, а также красителей, лекарственных средств, витаминов и других тонких органических продуктов. Советская органическая химия усвоила и продолжила славные традиция корифеев русской науки — Н. Н. Зинина, А. А. Воскресенского, А. М. Бутлерова, В. В- Марковникова, А. М. Зайцева, Е. Е. Вагнера я других крупнейших представителей органической химии. Если всемирно известные открытия Н. Н. Зинина, заложившие фундамент анилокрасочной промышленности, остались в свое время незамеченными и неиспользованными в России, но были подхвачены и использованы германскими промышленниками, то осуществленный в 1928 г. С. В. Лебедевым синтез каучука был положен в основу первой в мире советской промышленности синтетического каучука и послужил толчком для создания подобных же производств в Германии, а затем в США. Помимо промышленности синтетического каучука за годы пятилеток было создано много других отраслей органической химической промышленности: анилокрасочная; химико-фармацевтическая; пластических масс и искусственного волокна;целлюлозная; промышленность тяжелого органического синтеза на основе крекинга газов, окиси углерода, ацетилена; промышленность моторного топлива (каталитический крекинг и другие виды переработки нефтяного сырья). 1 Резолюции ВКП(б). Изд, 6-е, т. II, стр. 732. Одним из направлений советской органической химии, получившим яркое и своеобразное развитие, является химия углеводородов и их превращений. Углеводороды издавна интересовали русских химиков, быть может, потому, что наша страна — родина ценнейших и крупнейших нефтяных месторождений. С развитием химии углеводородов связаны имена А. М. Бутлерова, В- В. Марковнико-ва, Г. Г. Густавсона, К- Н. Кижнера, Н. Я. Демьянова, Н- Д. Зелинского, А. Е. Фаворского, С- В. Лебедева, С. С. Наметкина и многих других. Синтез каучука, исходя из спирта, всецело принадлежит выдающемуся советскому исследователю С. В. Лебедеву. Его метод лег в основу новой промышленности синтетического каучука, развившейся быстрыми темпами и освободившей Советский Союз от необходимости ввоза его из-за границы. И действительно, новые заводы синтетического каучука, созданные в предвоенные годы, позволили Советскому Союзу избежать затруднений в снабжении каучуком армии, флота и авиации во вто-рой мировой войне. Крупных успехов достигли советские химики в области одного из важнейших непредельных углеводородов — ацетилена- Академик А. Е. Фаворский и созданная им школа химиков посвятили многочисленные работы превращениям этого углеводорода, основанным, прежде всего, на открытой А. Е. Фаворским способности ацетилена реагировать со спиртами, кетонами и альдегидами в присутствии едкого натра. Химия органических соединений металлов и других элементов (фосфора) с большим успехом развивалась в Советском Союзе. Научные школы, созданные А. Е. Арбузовым, А- В. Топчиевым, А. Н. Несмеяновым, В. М. Родионовым, нашли новые методы синтеза подобных соединений, новые типы их превращений и содействовали их практическому использованию. Крупнейший теоретический, а отчасти и практический интерес представляют работы советских химиков в области терпенов: Е. Е- Вагнера и Л. А. Чугаева. Эти работы в основном обязаны своим возникновением исследованиям С. С. Наметкина и его школы, а также школы А. Е. Арбузова. Начало нового этапа в развитии отечественной химической промышленности связано с постановлением Пленума ЦК КПСС от 7 мая 1958 г. по докладу товарища Н. С- Хрущева «Об ускорении развития химической промышленности и особенно производства синтетических материалов и изделий из них для удовлетворения потребностей населения и нужд народного хозяйства». План ускоренного развития производства синтетических материалов и всей химической промышленности СССР по своему значению стоит в ряду таких гигантских свершений Коммунистической партии и советского народа, как план ГОЭЛРО, планы индустриализации страны и коллективизации сельского хозяйства. В докладе на Пленуме ЦК КПСС товарищ Н. С. Хрущев сказал: «Новейшие открытия в области хкмии дают возможность полнее использовать богатейшие природные ресурсы в Народном хозяйстве страды, в невиданных ранее масштабах развернуть производство высококачественных товаров из синтетических материалов, что вместе с крутым подъемом сельского хозяйства позволит в ближайшие годы в достатке обеспечить удовлетворение растущих потребностей населения в одежде, обуви, предметах домашнего и хозяйственного обихода». Намеченные XXI съездом КПСС мероприятия по ускоренному развитию промышленности предусматривают рост производства химической продукции. в 1959 — 1965 гг. примерно в 3 раза, причем производство пластических масс и синтетических смол должно увеличиться более чем в 7 раз, производство искусственных волокон — в 4 раза, а наиболее ценных — синтетических волокон — в 12 — 13 раз- В химической промышленности и в смежных с ней отраслях намечено построить и реконструировать более 270 предприятий. На развитие химической промышленности предусмотрено вложить свыше-100 млрд. рублей. Осуществление этой грандиозной программы явится новым крупным вкладом в решение намеченной XX съездом КПСС основной экономической задачи СССР: в кратчайший срок догнать и перегнать наиболее развитые капиталистические страны по производству продукции на душу населения. Весьма быстрый темн внедрения полимерных материалов в различные отрасли промышленности обусловлен их замечательными свойствами. Важнейшими качествами синтетических высокополимеров, благодаря которым они имеют столь большое распространение, являются малый удельный вес, высокая механическая прочность, эластичность, химическая стойкость, высокие герметизирующие свойства, способность поглощать и гасить вибрации, клеящая способность и, самое главное, возможность легко получать изделия, обладающие широким комплексом физико-механических свойств. Широкий диапазон физико-химических и механических свойств полимерных Материалов в значительней степени определяется природой атомов и боковых групп, величиной, формой и степенью гибкости цепных молекул. В зависимости от потребности получают высокомолекулярные соединения с самыми разнообразными свойствами: от горючих, легковоспламеняющихся до абсолютно негорючих; от растворимых в воде до практически не поглощающих влаги; от твердых, приближающихся по прочности к стали, до эластичных, резннаподобных и даже вязкотекучих. В создании новых химических веществ — полимеров — огромны заслуги мировой науки. Почетная роль здесь принадлежит русским и советским химикам. Основополагающие работы ,в этой области были сделаны А. М. Бутлеровым. С. В. Лебедев впервые разработал научные методы промышленного получения синтетического каучука. Большие заслуги в развитии теории и (Промышленности полимеров принадлежат И. И. ОстромысленСкому, Б. В. Бызову, И. JI. Кондакову, П. П. Шорьггину, Г. С. Петрову — пионеру отечественной науки и промышленности пластически,х масс — и многим другим совет-оким ученым и инженерам. К. А. Андрианов впервые разработал метод синтеза кремнийорганических полимеров — силиконов!, получивших -сейчас широкое применение. А. И. Динце-с еще в середине тридцатых годов впервые опубликовал результаты лабораторных опытов по полимеризации этилена под высоким давлением. Первая научная публикация по эмульсионной полимеризации принадлежит Б. А. До-гаДкину. На основании -своих теоретических исследований Б. А. До-моплоск разработал промышленный метод эмульсионной полимеризации с применением окислительно-восстановительных составов. С. Н. Ушаков и А. А. Берлин предложили новНй метод изменения Свойств п-олимеров (привитая полимеризация) и применили, его к получению разных типов .полимерных материалов. В. А. Каргин и Н. В. Михайлов предложили новый метод упрочнения вискозного волокна (пластификация горячей водой), который сейчас широко применяется в промышленности. Большой вклад в полимерную науку и технику внесли А. Н. Несмеянов, С. С. Медведев, И. JI. Кнунянц, В. В. Коршак, А. А. Короегнов. Всеобщее признание получили труды акад. Н. Н. Семенова по теории цепных процессов, позволяющие Подойти к научно-обоснованному управлению химическими реакциями. Мировое производство, синтетически полимерных материалов уже превысило 7,5 млн. т и продолжает развиваться быстрыми темпами. Через 15 — 20 лет мировая продукция этих полимерных материалов достигнет 20 — 35 млн. г, что составит 23 объема современного Производства стали. Всю историю человечества археологи делят на каменный, бронзовый и железный века. Если название века определяется видом материала, из которого изготовляются основные орудия производства, 1*0 вполне возможно, что грядущий век получит название века полимеров. Наряду с однородными -полимерными материалами -все большее Значение приобретают комбинированные. Особенно прочными является полимеры, армированные текстильны-ми тканями, стеклотканью, стекловолокном, древесным шпо-ном, а также полимерными волокнами. Армированные пластики по прочности приближаются к дюралюминию, а некоторые из них — к стали. Большие технические перспективы открывают сверхлегкие пластические массы — пенно- и сотопласты. Эти материалы в 10 — 100 раз легче воды, с-бдадают непревзойденными тепло- и звукоизоляционными свойегвами и сравнительно высокой прочностью. Комбинируя Пено- и сото-пласты с армированными пластиками, получают легкие конструктивные материалы, которые находят все -олее широкое применение в самолето- и автостроении, строительном деле и других отраслях промышленности. Введение фтора в состав полимеров создало новую группу фторсодержащих пластиков, близких по химической стойкости к благородным -металлам. Исключительно высокий рост производства пластических масс обусловлен наряду с технологическими эксплуатационными преимуществами также и экономичностью. Удельные капиталовложения, необходимые для организации производства пластических масс, в несколько раз ниже, чем для производства черных и цветных -металлов. Сырьем для производства полимерных материалов являются нефть, природные и промышленные газы, целлюлоза. Их сырьевые запа-сы практически неограничены. При ежегодном выпуске полимеров -в количестве, близком к выпуску стали, требуется переработать всего 6 — 7% годовой добычи нефти. Производство полимерных материалов в передовых технико-экономических странах намного опережает по темпа-м своего развития все другие отрасли химического производства. За 10 лет (1946 — -1956 гг.) выпуск продукции химической промышленности в США увеличился на 110%, а выработка высокополимерных материалов — на 220%. В Федеративной республике Германии за 4 года (с 1953 по 1956 гг.) среднегодовой прирост химической промышленности составил 14 — 15%, а высокополимерных материалов — 23 — 27%. В Советском Союзе те-мпы роста промышленности полимерных материалов были более высокими: за 6 лет (с 1950 по 1956 гг.) выпуск изделий химической промышленности в целом вырос приблизительно в 2,5 раза, -а полимерных материалов — 2,8 раза. Однако майский Пленум ЦК КПСС 1958 г. констатировал серьезное отставание С-ССР по объему производства пластических ма-ос и синтетических волокон. В связи с этим Пленум наметил программу ускоренного развития промышленности пластических ма-dc. Успешное осу-ществлёние поставленной задачи имеет огромное значение для дальнейшего технического прогресса всех отраслей нар-одного хозяйства и удовлетворения потребностей на-ссления в тканях, -одежде, обуви и других товарах Широкого потребления. РАБОТА № 1 ПОЛУЧЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ЧИСТОМ ВИДЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ПЛАВЛЕНИЯ Органические соединения, с которыми нам приходится встречаться, являются в большинстве случаев твердыми веществами, чаще кристаллическими, или жидкостями и значительно реже газами. Реакции, в которых участвуют органические вещества, в противоположность большинству реакций неорганических веществ, редко протекают строго в одном направлении и с образованием только тех продуктов, которые предусмотрены уравнением реакций- Как правило, они всегда сопровождаются побочными реакциями, что приводит к образованию смеси продуктов. Выделение из реакционной смеси чистого однородного вещества часто сопряжено со значительными трудностями. Приемы для разделения и очистки органических веществ очень разнообразны, но в основном могут быть разделены на физические и химические. ¦Физические приемы основываются на различии физических Свойств разделяемых соединений; химические — на различии их химического характера. Между методами выделения вещества из смеси продуктов реакции и методами его последующей очистки нет резкой разницы. Химические приемы выделения веществ будут разобраны во второй части лабораторного практикума при синтезах соответствующих соединений. Что же касается физических методов выделения и очищения органических веществ, то в настоящем руководстве мы вынуждены ограничиться использованием различия в растворимости органических веществ — методам перекристаллизации — и различия их температур кипения — методом перегонок. 1. Выделение и очищение вещества кристаллизацией Разделение и очистка смеси твердых веществ- чаще всего достигается методом кристаллизации — обычной или дробной — из соответствующих растворителей. В качестве растворителей употребляют воду, этиловый спирт, пегролейный эфир, ацетон, бензол, серо-углерод, хлороформ, уксусную кислоту и др. Они должны: а) хорошо растворять вещество в горячем состоянии и плохо в холодном; б) не быть химически активными по отношению к растворяемому веществу; в) употребляться в небольшом количестве, так как в противном случае растворенное вещество не выделяется или не выкри-сталлязовыв ается полностью. Сущность метода кристаллизации основана на том, что из горячего раствора кристаллизуется сначала то вещество, которое труднее растворимо в данном растворителе или присутствует в большом количестве, так как относительно этого вещества охлаждающийся раствор окажется пересыщенным и из него начнут выделяться кри- сталлы растворенного вещества. Из полученного и отфильтрованного раствора при охлаждении или при испарений растворителя вещество выделяется в более чистом виде- Дробную кристаллизацию можно изобразить следующей схемой, приняв А за более труднорастворимое вещество и В — за более легкорастворимое: (...) Помещают в стеклянную щрабирку 2 г неочищенной щавелевой кислоты, 5 см3 воды и напревают содержимое пробирки до кипения. Горячий раствор фильтруют через складчатый фильтр и наблюдают за выпадением кристаллов. Щавелевая кислота кристаллизуется в виде иголочек. Величина кристаллов зависит от скорости охлаждения. Кристаллы отфильтровывают через обычную воронку и высушивают их между листами фильтровальной бумаги. Растворимость щавелевой кислоты (...) 2. Выделение и очистка веществ перегонкой Одним из наиболее часто Используемых методов очистки и выделения органических веществ является перегонка. Перегонкой называют процесс, имеющий своей целью отделение жидких веществ от нелетучих примесей (иногда твердых) или отделение летучих веществ друг от друга. Сущность метода разделения смесей перегонками заключается в том, что вещество переводят в парообразное состояние, а затем охлаждением паров возвращают его в жидкое состояние. Применяются различные приемы перегонок, а именно: а) простая, б) дробная или фракционированная, в) с водяным паром, г) под уменьшенным давлением. Каждая однородная жидкость имеет определенную температуру кипения, зависящую от давления. С увеличением давления температура кипения возрастает- Зависимость упругости пара от температуры исследована для многих чистых жидкостей; она выражается характерной для каждой жидкости кривой. I Если нагревать до кипения смесь жидкостей, имеющих разные Температуры кипения, то состав выделяющегося пара будет отливаться отсостава жидкой части; в пар переходит вначале более летучая часть смеси. Вследствие этого, температура пара во время Перегонки все время непрерывно повышается. С повышением температуры пара во время перегонки растет содержание в нем жидкости с более высокой температурой кипения. Поэтому при разгонке более летучий компонент концентрируется в первой фракции, а менее летучий- — в последней фракции или в остатке. Теория перегонки смесей вещества была детально разработана Д. П. Коноваловым в 1880 — 1884 гг. а) Простая перегонка Простая перегонка позволяет разделить лишь такие вещества, температуры кипения которых значительно (на несколько десятков градусов) отличаются друг суг друга. Опыт 2. Простая -перегонка осуществляется следующим образом (рис. 1). Вещество помещают в круглодонную колбу (колбу Вюрца) с отводной трубкой, припаянной к горлу (). При перегонке легколетучих веществ пользуются колбами с высоко расположенной трубкой; в случае перегонки высококипящих веществ применяют колбы с низко припаянной трубкой. Колба подбирается такой величины, чтобы перегоняемая смесь занимала не более 3U ее объема. Колбу Рис. 1. Простая перегонка, соединяют с холодильником так, чтобы конец отводной трубки выступал из пробки в холодильник не менее чем на 3 — 4 см. В горло колбы при помощи просверленной пробки вставляется термометр (2) так, чтобы он не касался стенок -горла колбы и верхняя часть ртутного шарика термометра находилась на одинаковом уровне с ниж-Ним краем -отводной трубки. Для конденсации паров вещества применяются холодильники (3) различных размеров. Размер холодильника выбирают в зависимости от скорости перегонки и температуры кипения отгоняемой жидкости; холодильник должен обеспечивать полную конденсацию паров. Нагревание вещества в перегонной колбе производится или непосредственно обычной горелкой под асбестовой сеткой или посредством бань: водяной, масляной или металлической в зависимости от температуры кипения смеси. (Металлический сплав Вуда состоит из 50 вес. ч. висмута, 25 вес. ч. свинца, 12,5 вес. ч. олова и 12,5 вес. ч. кадмия; температура плавления 61°). Перегонку ведут с такой скоростью, чтобы можно было вести счет каплям конденсата в приемнике. Для равномерного кипения смеси высококипящих веществ помещают в перегонную колбу части битого шамота, стеклянные капилляры, кусочки битого фарфора или кирпича. б) Дробная (фракционная) перегонка смеси бензола и ксилола Дробная перегонка применяется при перегонке смеси веществ, имеющих более близкие температуры кипения. В этих случаях простой перегонкой нельзя добиться полного разделения смеси, а можно лишь выделить отдельные фракции: первую — -обогащенную более летучим компонентом, и последнюю — обогащенную высококипящим компонентом. Чтобы добиться хорошего разделения смеси, применяют повторную перегонку этих фракций. Если перегонять, например, смесь равных количеств бензола (7\.и„ = 80°) и толуола (Гш = 110°) методом обычной перегонки, то вначале отгоняется смесь, содержащая много бензола и лишь немного толуола. Температура кипения смеси повышается постепенно во время процесса перегонки, и в отгоняющейся смеси увеличивается количество толуола. Таким образом, перегоняются не отдельные вещества, образующие смесь, а их смеси; отделить бензол от толуола указанным путем очень трудно. Поэтому разделение таких смесей производят, видоизменяя простую перегонку; дополняют ее деталью особой конструкции — дефлегматором, который способствует лучшему разделению компонентов.г В дефлегматоре, за счет охлаждения наружным воздухом, часть паров перегоняемой смеси конденсируется, причем конденсат будет содержать менее летучий компонент, а пары окажутся обогащенными Рис. 2. Дробная перегонка более летучей составной частью смеси. Когда стекающий вниз конденсат приходит в соприкосновение с парами, менаду ними будет происходить взаимодействие, приводящее к дополнительной .конденсации вьюококипящего компонента и испарению легколетучего. Прибор, применяемый при дробной перегонке, изображен на рис. 2. Смесь, подлежащую разделению, помещают в колбу () с укороченным .горлом, которую при помощи пробки соединяют с дефлегматором (2). В верхней части дефлегматора помещают термометр, как и при простой перегонке. При помощи пробки дефлегматор соединен с холодильником. Пары веществ, образующиеся в колбе при нагревании, прежде чем перейти в холодильник, должны пройти через дефлегматор. Дробная перегонка благодаря введению дефлегматора представляет собой совмещение двух самостоятельно идущих процессов: а) повторного частичного испарения жидкости (ректификации) и б) повторной или частичной ее конденсации (дефлегмации). При дробной перегонке дистиллат собирают, разделяя его на ряд фракций в зависимости от интервала температуры этой смеси. Полученные фракции, каждую в отдельности, вновь подвергают разгонке, обычно из колб меньшего раз-мера, причем сначала перегоняют низкокипящую фракцию. Отогнав из нее дистиллат до определенной температуры,« остатку прибавляют следующую фракцию, перегоняя ее точно таким же образом, и т. д. Опыт 3. Собирают прибор, изображенный на рис. 2. Только при полной исправности прибора -можно приступить к проведению опыта. Исправление прибора во время проведения опыта затруднительно и ведет ,к большой -потере времени и реактивов. До начала перегонки подготовляют также восемь сухих колбочек. А. Помещают в кругл од он-ную перегонную колбу 80 см3 смеси, состоящей из равных количеств бензола {Ткип — 80,5°) и ксилола (7кап =140°) и небольшой (с горошину) кусочек пемзы или кирпича, после чего -тщательно соединяют прибор. Нагревание перегонной колбы со смесью производят обычным образом. Дистиллат разбивают на четыре фракции. Подставляют в качестве приемника колбочку () и начинают осторожно нагр-ев-ать колбу; следят за равномерностью кипения, за ноказания-ми термометра и за поступлением отгона в приемник. Отмечают и записывают температуру при падении в приемник первой капли отгона. Перегонку производят не быстро, а так, чтобы можно было считать капли, поступающие из холодильника- в приемник. Меняя приемники (колбочки), собирают четыре фракции в следующих температурных интервалах: I — до 90й; II — от 90 до 110°; III — от 110 до 125° и IV — от 125 до 140°. Когда температура паров-достигнет 125°, прекращают перегонку, дают колбе немного остыть и переливают остаток содержимого в четвертый приемник-колбочку (IV — -от 125 до 140°). П-о объему фракция I несколько меньше остальных. Б. Каждую из полученных фракций подвергают новой -перегонке. При второй разгонке, для выделения более чистых компонентов, раз-16 бивают крайние фракции (I и IV) на более узкие и собирают отгон. При второй разгонке фракцию I (до 90°) помещают в круглодонную колбу и -перегоняют, собирая bi приемник (5) жидкость, кипящую до 90°; затем нагревание прекращают, колбе дают остыть и к остатку прибавляют фракцию II из первой перегонки. После этого продолжают нагрев и собирают отгон до 90° в колбочку (1), а фракцию 90 — 110° — во вторую колбочку. Нагревание прекращают, когда термометр покажет 110°. По охлаждении колбы к остатку прибавляют фракцию III -и вновь перегоняют, собирая новые порции отгона в соответствующих температурных интервалах. По достижении температуры 125° перегонку прекращают, колбе дают остыть и к остатку приливают фракцию IV. Продолжая затем нагревание, собирают -в третий приемник часть, кипящую до 125°, и в четвертый приемник — погон, переходящий в интервале 125 — 140°. Таким обра-зом, после второй перегонки получают снова четыре фракции, ню с тем различием, что здесь фракции I и IV сильно увеличены за счет уменьшения фракций II и III. При помощи мензурки узнают объем каждой фракции. Выход продуктов вычисляют в процентах ко взятому для разгонки количеству ом-еюи. Записав в р-абочую Тетрадь полученные данные о -в-есе и составе каждой фракции, устанавливают, как изменяются эти показатели при первой и второй разгонка х. в) Перегонка с водяным даром Этот способ перегонки имеет большое значение для выделения Й очистки органических веществ. Метод перегонки органических веществ с водяным паром позволяет перегонять без разложения такие вещества, которые разлагаются при температуре кипения или же ;Ймеют высокие точки кипения; с другой стороны, этим способом разделяют см-е-сч твердых и жидких тел. Если вещества нерастворимы в воде, то давление паров смеси Йа-вню сумме давлений паров каждого из составляющих смесь ком- Ргейтов. Когда, вследствие нагревания, общее давление станет рав-и атмосферному, смесь закипит, причем точка кипения ее ниже ек кипения воды и растворимых веществ. При перегонке с водяным паром нагревание производится самим ййром. Относительное количество вещества, отгоняемое с водяным Царом, может быть найдено следующим образом. Допустим, имеется фмесь бензола и воды. Бензол кипит при 80,5°, вода — при 100°. При Пропускании водяного пара через эту смесь, -при достижении атмосферного давления, т. е. 760 мм рт. ст., смесь закипит и будут отгоняться -бензол и вода. Температура кипящей смеси равна 69,2°. Парциальное давление пара бензола при этой температуре равняется 535 мм, а воды — 225 мм. Если объем пара смеси при 760 мм давления принять за 100, то Объем пара бензола будет = 70,4%, а объем воды в парах 100 — 70,4 = 29,6%,- По закону Авогадро объемы газов пропорциональны их молек лярным весам, а так как молекулярный вес бензола (С6Н6) — 7 а воды (Н20) — 18, то вес бензола будет 70,4X78 = 5 491,2, вес в ды — 29,6x18 = 532,9. Откуда имеем, что на одну часть воды прих! дится 10,3 частей бензола. Для перегонки с водяным паром устанавливают прибор (рис. 3 состоящий из парообразователя — паровичка, снабженного опуще] ной почти до дна предохранительной трубкой, перегонной колбы, холодильника и приемника. Труба, по которой пар входит в колб; должна доходить почти до самого дна колбы. Колбу располагав, несколько наклонно для уменьшения возможного переброса nepersняемой жидкости в приемник. Колбу наполняют жидкостью не более, чем на одну треть. Паровичок подогревают сильной горелкой одновременно осторожно подогревают колбу. Колбу подогревав, для того, чтобы избежать значительного увеличения объема жщщхх ти за счет конденсации паров воды. Рис. 3. Перегонка с водяным паром. Опыт 4. Провести перепонку живицы или скипидара, или иго: сосны, или эфирного масла из каких-нибудь эфироносных растени! с водяным паром по разработанному выше методу и выделить ве щество из указанных смесей в чистом виде. (Одна установка н* группу). 3. Определение температуры плавления нафталина — С10Н8 Температура плавления — очень важная физическая константа для распознавания органических соединений, так как каждое химически чистое вещество имеет определенную температуру плав ления. Температурой плавления называется температура, при которой вещество из твердого состояния переходит в жидкое- Определение точки плавления (Производится в особых, несложных приборах ?(рис. 4). Тщательно измельченное испытуемое вещество помешают ¦в стеклянные капилляры, один конец которых заплавлен. Наполнение капилляра производится так: открытым концом его погружают в вещество, затем «.вещество утрамбовывается топкой стеклянной палочкой. Обычно капилляр заполняют на высоту (рте более 0,5 см, сам же капилляр берут длиной 30 — 40 мм и диаметрам 1 — 2 мм. Капилляр с ®е-рцествам укрепляют на термометре резиновым (кольцом; столбик вещества должен находиться на уровне ртутного шарика. Термометр с капилляром погружают в стакан -с серной кислотой или ,®азелишвым маслом. Так как торячая серная кинолога макет причинить тяжелые ожоги, то при ..работе с ней надо соблюдать осторожность (оде-.вать предохранительные очки). Резиновое кольцо не должно быть в кислоте. Нагревание ведут ©начале большим пламенем, но при приближении температуры к точке плавления нагревают с таким расчетом, чтобы температура не поднималась бо-?лее чем на 1° в минуту. Началом плавления считается момент з амока- ния вещества, концам — момент превращения ве-рцества в прозрачную жидкость. Если вещество чистое, то оно плавится в пределах 0,5 — 1,0°. Точка плавления нафталина 80°. Вопросы 1. Разберите методы выделения органических веществ кристаллиацией, перегонкой, возгонкой. 2. В каких случаях применяется фракционная перегонка? Теория ого процесса. 3. Почему прймеСИ влияют на точку плавления вещества? 4. Метод определения точки кипения вещества. 5. Методы определения молекулярных весов органических веществ. |
