Учебно-методический комплекс по дисциплине: «Элементоорганическая химия» для студентов 2 курса магистратуры очной формы обучения Направление 020100 Химия

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание Примерный перечень вопросов Примерный перечень лабораторных работ Примеры лабораторных работ Цветная реакция с кетоном Михлера (проба Гилмана) Перечень основных понятий (словарь терминов) Примеры терминов по разделу Ковалентная связь Металлорганические соединения Переходные металлы

Подобный материал:

• Учебно-методический комплекс по дисциплине: «Высокомолекулярные соединения» для студентов, 837.59kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине: «Прикладная органическая химия» для студентов, 352.37kb.
• Программа дисциплины опд. Ф. 01 Неорганическая химия для студентов специальности 020101, 373.27kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине цикла гсэ. Ф. 06 Для студентов очной формы, 809.49kb.
• Учебно-методический комплекс для студентов очной формы обучения по специальностям:, 555.7kb.
• Учебно-методический комплекс для студентов очной формы обучения по специальностям:, 805.3kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине цикла опд. Ф. 17 Для студентов очной формы, 350.17kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины цикла ен. Н-в. 00 для студентов очной и заочной, 322.68kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине цикла опд. В. 01а для студентов очной формы, 669.3kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине цикла опд. Ф. 12 Для студентов очной формы, 1316.74kb.

^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ

ПРИ ДОПУСКЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ


Общие положения. Как правило, при синтезе элементоорганических соединений строгое соблюдение техники безопасности и предосторожностей при проведении опыта является обязательным условием. За сравнительно редкими исключениями элементоорганические соединения ядовиты: иногда токсичны они сами, иногда продукты их распада, они легко разлагаются при соприкосновении с воздухом или влагой. В любом случае экспериментатор должен быть исключительно точным и аккуратным, а порой – находчивым и решительным. Работа с элементоорганическими соединениями требует безупречной техники и хороших экспериментальных навыков. Очень реакционноспособные соединения, такие, как алкильные и арильные производные элементов I-III групп периодической таблицы, лучше получать в атмосфере сухого инертного газа. Для получения летучих реакционноспособных соединений должен быть тщательно собран прибор в хорошем вытяжном шкафу, особое внимание необходимо обращать на то, что бы прибор был защищен от воздуха слоем инертного газа, например аргона или азота. Такую атмосферу обычно очень легко можно получить в лаборатории, заполняя аппаратуру до начала реакции сухим аргоном или азотом. Для этого из аппаратуры (круглодонная колба, капельная воронка, обратный холодильник, заканчивающийся насадкой с краном) предварительно откачивают воздух в вакууме масляного или водоструйного насоса, а затем постепенно заполняют инертным газом. Во время реакции атмосфера в аппаратуре может поддерживаться продуванием через выходной конец прибора тока сухого азота.


Примерные вопросы

1. Как следует работать с веществами, выделяющими вредные пары?
   
2. Какие вещества способны выделять вредные пары?
   
3. Как удалять отработанные остатки натрия (лития)?
   
4. Можно ли сливать органические растворители и другие вещества в раковину? Куда необходимо сливать отработанные растворители?
   
5. Можно ли хранить полученные вещества без этикеток? Что должно быть написано на этикетке?
   
6. Как следует разбавлять кислоты и щелочи?
   
7. Как правильно производить нагрев жидкостей?
   
8. Каково назначение обратного холодильника при нагреве жидкостей?
   
9. Как правильно производить перегонку эфиров? Какую опасность представляют образующиеся пероксиды?
   
10. Можно ли вакуумировать плоскодонные колбы?
    
11. Как правильно производить обезвоживание растворителей?
    
12. Назовите осушители для спиртов, кетонов, углеводородов, аминов, эфиров.
    
13. Как производить возгонку при атмосферном давлении и в вакууме?
    
14. Объясните правила фильтрования в инертной атмосфере.
    
15. Как можно получить мелкораздробленные (порошки) щелочных металлов?
    
16. Как получить литий в виде ленты?
    

^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


Большинство примеров лабораторных работ взято непосредственно из оригинальных статей, диссертаций и адаптировано для студенческого практикума. Лабораторные работы взаимозаменяемы и выполняются в зависимости от имеющихся в наличии реактивов.

1. Синтез фениллития (толиллития, п-фенетиллития, -нафтиллития, п-бифениллития).
   

2. Синтез циклопентадиениллития (натрия).
   

3. Синтез бутиллития (4 методики).
   

4. Синтез п-хлорбензойной кислоты.
   

5. Качественный анализ литийорганических соединений.
   

6. Количественный анализ щелочноорганических соединений.
   

7. Общий метод получения литийалкилов.
   

8. Магнийорганические синтезы.
   

9. Синтезы оловоорганических соединений.
   

10. Синтез свинецорганических соединений (дифенилплюбилендиметакрилат).
    

11. Синтезы органических производных переходных металлов. Циклопентадиениллитий.
    

12. Бис-(циклопентадиенил)железо. (Ферроцен) – 3 метода.
    

13. Синтез никелецена.
    

14. Синтез моноацетилферроцена.
    

15. Аминометилирование ферроцена.
    

16. Синтез четвертичных солей ферроцена.
    

17. Синтез ацетилацетонатов железа, кобальта, никеля, марганца.
    

^ ПРИМЕРЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


Синтез фениллития


C₆H₅Br + 2 Li → C₆H₅Li + LiBr


Литий металлический 1,7 г (0,2 г-атома + 20% изб.)

Бромбензол (свежеперегнанный) 15,2 г или 10 мл (0,1 моля)

Эфир абсолютный 100 мл


В трехгорлую колбу, предварительно заполненную азотом, снабженную мешалкой, обратным холодильником с трубкой для ввода эфира и 1,7 г (0,2 г-атома + 20% избытка) измельченного металлического лития. Затем пускают в ход мешалку и из общего рассчитанного количества свежеперегнанного бромбензола 15,2 г (0,1 моля) прибавляют к реакционной массе 1,5-2 мл для того, чтобы началась реакция (если реакция не идет, осторожно нагревают). Остальное количество бромбензола разбавляют 50 мл абсолютного эфира и прикапывают с такой скоростью, чтобы эфир все время спокойно кипел. Прибавление эфирного раствора бромбензола занимает около 1 часа. Затем реакционную смесь кипятят 30-40 мин., охлаждают до комнатной температуры и отфильтровывают под азотом от непрореагировавшего лития и мути, образовавшейся при реакции. Остаток после фильтрования осторожно разлагают, внося его по частям в большой объем холодной воды. Операцию проводят в хорошо действующем вытяжном шкафу, так как частицы окиси лития (или гидроокиси лития) сильно раздражают носоглотку.

Полученный раствор фениллития представляет собой прозрачную, слегка окрашенную жидкость, устойчивую при хранении под азотом. Выход 85-90%. Для синтеза фениллития можно использовать также йодбензол (выход 82,3%), хлорбензол (выход 48,7%).

По проведенной методике получают эфирные растворы п-толиллития, п-анизиллития, п-фенетиллития, п-диметиламинофениллития, -нафтиллития и п-бифениллития.


Идентификация литийорганических соединений


Для качественного определения щелочноорганических соединений существует целый ряд цветных реакций. Некоторые из них применимы одновременно и для других металлоорганических соединений, способных взаимодействовать с карбонильной группой; другие реакции специфичны только для щелочноорганических соединений или их отдельных групп, например, только для ароматических или только алифатических RM (где М-щелочной металл).

Одной из самых распространенных цветных реакций на присутствие в растворе литийорганических соединений является цветная реакция с кетоном Михлера, разработанная на примере магнийорганических соединений. Эта реакция применима ко всем МОС, способным взаимодействовать с карбонильной группой. С помощью этой реакции можно открыть незначительные количества RM. Она может быть полезна там, где необходимо установить, полностью ли использовано RM для реакции с другими веществами.

^ Цветная реакция с кетоном Михлера (проба Гилмана):



К 0,5 мл раствора (обычно эфирного) литийорганического соединения прибавляют 0,5 мл 1% сухого бензольного раствора кетона Михлера. Происходит выпадение объемистого желтого осадка. Смесь гидролизуют добавлением 1 мл воды, встряхивают и добавляют 1-2 капли 0,2% раствора йода в уксусной кислоте. Сразу же появляется интенсивная ярко-зеленая окраска. Интенсивность и оттенки окраски изменяются в зависимости от радикала в R-Li. Окраска раствора обусловлена образованием комплекса с переносом заряда (I₂ карбинол). При малых концентрациях испытуемого раствора йода должно быть минимальным (1 капля), иначе может получиться нехарактерная зеленовато-бурая окраска. Растворы реагентов для этой пробы устойчивы при хранении.


Синтез ферроцена




Циклопентадиенил таллия 9 г

Хлорное железо 1,3 г

Тетрагидрофуран абсолютный 40 мл


В трехгорлую колбу с капельной воронкой, мешалкой и обратным холодильником помещают при помешивании в циклопентадиенил таллия, 1,3 г безводного хлорного железа и 40 мл абсолютного тетрагидрофурана (наблюдается разогревание), через 2 мин окраска FeCl₃ исчезает, реакционная смесь остывает; на водяной бане реакционная смесь кипятят 2 часа, затем перемешивают при комнатной температуре еще 2 часа. Осадок 6,01 г, не содержащий исходного C₅H₅Tl, отфильтрован, промыт 7 мл тетрагидрофурана, раствор испаряют на воздухе, остаток растворяют в бензоле, фильтруют. После удаления бензола получено 1,43 г ферроцена, температура плавления 165-169С, после кристаллизации из гептана температура плавления 172С, выход 96%.

^ ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ (СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ)


По каждому разделу изучаемой темы студенты самостоятельно составляют свой глоссарий (по своему усмотрению). Наиболее часто встречающиеся термины в этих глоссариях и их правильное толкование составляют банк данных терминов по изучаемой теме. В ходе последующих занятий эти термины могут быть использованы для активной работы при фронтальном опросе студентов.


^ Примеры терминов по разделу

«Строение и природа связи в элементоорганических соединениях»


Алкильная группа (алкил) – фрагмент, который остается после отрыва атома водорода от алкана. Например: -CH₃ метил, -CH₂CH₃ этил и т.д.

^ Ковалентная связь – связь между двумя ядрами за счет обобщенной электронной пары между ними. Она может рассматриваться как результат электростатистического притяжения двух атомов к этой электронной паре. Обычно ковалентные связи бывают как -, так и -типа.

Лиганды – ионы, радикалы или нейтральные молекулы, которые координируются при образовании комплекса вокруг центрального иона или металла. Примером могут быть галогенид-анион Hal^-, нитрат-ион NO₃^-, нейтральные молекулы CO, NH₃, SO₂ и др. С центральным атомом лиганды связаны -, - и -двухцентровыми или многоцентровыми связями.

^ Металлорганические соединения – соединения, содержащие связь углерод-металл.

Непереходные элементы – элементы, образующие химические связи за счет s-, p- и гибридных sp³-, sp²- и sp-орбиталей. Химические связи обычно -связи – двухэлектронные, двухцентровые, локализованные.

^ Переходные металлы – металлы, образующие химические связи за счет d-заполненных, d-вакантных и гибридных spd-орбиталей. Химические связи, как правило, многоцентровые, делокализованные.

Плоскость симметрии – плоскость, делящая объект на две части, относящиеся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение. Если молекула имеет плоскость симметрии, она считается ахиральной и оптически неактивной.

Простая (одинарная) связь – связь, возникающая в результате обобществления одной пары электронов между атомами. Простые связи являются обычно -связями.

-Связь – ковалентная связь, обладающая осью симметрии. Перекрывание электронных орбиталей происходит по линии, соединяющей центры атомов (ось симметрии).

-Связь – ковалентная связь, образованная перекрыванием двух p-орбиталей, главные оси которых параллельны. -Связь имеет плоскость симметрии.