Основные вопросы химии

Метод является одним из старейших в лабораторной практике и используется, преимущественно, для синтеза несимметричных эфиров[124]. Другим направлением использования реакции Вильямсона является синтез краун-эфиров.

Вариант 19

Получите акриловую кислоту, опишите её химические свойства, в том числе и способность полимеризоваться.

СH3CH2CH2OH (H2SO4)=H2O + CH2=CH-CH3 +H2O

СН2=СН-СН3 + O2 = СН2=СН-СООН

СН2=СН-СООН +NaOH = СН2=СН-СООNa + H2O

СН2=СН-СООH +HCl = СН2(Cl)СН2-СООH

СН2=СН-СООН +H2O = CH2(OH)-CH2COOH

СН2=СН-СООН +CH3OH =СН2=СН-СООCH3 +H2O

СН2=СН--СООН может быть получена из аллилового спирта СН2=СН--СН2ОН присоединением брома с последующим окислением полученного дибромпропилового спирта азотной кислотой в дибромпропионовую кислоту, от которой бром отщепляется при действии металлического цинка:

Проще получать акриловую кислоту омылением акрилонитрила. Промышленное применение имеет также способ непосредственного получения акриловой кислоты конденсацией ацетилена с окисью углерода и водой в присутствии никелевого катализатора:

Акриловая кислота -- жидкость, имеющая острый запах; кипит при 141 С, плавится при 13 С, относительная плотность 1,0621 (при 16 С).

Нитрил акриловой кислоты, или акрилонитрил, получается дегидратацией этиленциангидрина:

Важными способами его получения являются: присоединение синильной кислоты к ацетилену (в присутствиисолей закисной меди)

Акрилонитрил -- подвижная жидкость, немного растворимая в воде; т. кип. 77 С, относительная плотностьd420=0,8060. Пары акрилонитрила токсичны. При омылении кислотами цианогруппа акрилонитрилапревращается сначала в амидную, а затем в карбоксильную.

Действием спиртов в присутствии минеральных кислот из акрилонитрила могут быть получены эфиры акриловой кислоты: метиловый, или метилакрилат (т. кип. 85 С), и этиловый, или этилакрилат (т. кип. 101 С). Полимеры этих эфиров имеют большое значение в производстве пластических масс, в частностиорганических стекол.

Акрилонитрил легко вступает в химические реакции, получившие название реакций цианэтилирования,например:

Благодаря наличию в молекуле системы сопряженных кратных связей -- двойной и тройной -- акрилонитрилможет участвовать в реакциях типа «диеновых синтезов», а также полимеризоваться как раздельно, так и совместно с другими мономерами, например с бутадиеном.

Полимер акрилонитрила применяется для изготовления тканей, заменяющих шерсть. Синтетическое волокноиз полиакрилонитрила выпускается под названиями нитрон, орлон и др. Сополимеры бутадиена сакрилонитрилом -- ценные синтетические каучуки, устойчивые к действию бензина и углеводородных масел.

Вариант 20

Напишите уравнения реакций взаимодействия трёхатомного спирта со стеариновой, пальмитиновой, олеиновой кислотой. Назовите полученный триглицерид и укажите его консистенцию. Напишите продукты взаимодействия этого глицерида с NaOH и укажите, где применяются полученные вещества.

Решение:

СH2(OH)CH(OH)CH2(OH)+С15Н31СООН+С17Н35СООН+С17Н33СООН = H2SO4

глицерин пальмитиновая кислота стеариновая кислота олеиновая кислота

CH2O- (C=O) С15Н31

|

CHO- (C=O) С17Н35

|

CH2O- (C=O) С17Н33

Сложный эфир глицерина и пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот.

Триглицерид состоит из двух предельных и одной непредельной кислот будет мягким

Вариант 21

Охарактеризуйте строение глюкозы. Какими реакциями можно подтвердить наличие альдегидной группы и спиртовых гидроксилов в глюкозе?

Решение:

Молекулы глюкозы имеют циклическое строение:

Рис.

В водном растворе циклические молекулы глюкозы раскрываются в линейные формы молекул глюкозы.

Рис.

Таблица

Вариант 22

Напишите схему реакции получения анилина. Почему у анилина основные свойства проявляются слабее по сравнению с метиламином? Напишите схемы реакций взаимодействия анилина с: а) серной кислотой; б) азотистой кислотой (в присутствии НСl); в) бромом.

Решение:

Анилин получают из бензола, но бензол из ацетилена не получают. Это автор вашего учебника или задачника просто неграмотный. Дело в том, что существует такая реакция:

3 С2Н2 -----> С6Н6,

так называемая тримеризация ацетилена в бензол на активированном угле. Реально так бензол никто и нигде не получает, так как ацетилен намного дороже бензола. Бензол получают из бензиновых фракций, состоящих в основном из алифатических и алициклических (нафтеновых) углеводородов в процессах, называемых "платформинг" или "каталитический риформинг".

Из бензола нужно получить нитробензол:

С6Н6 + HNO3 -----> C6H5NO2 + H2O.

Далее нитробензол восстанавливают железом в соляной кислоте до анилина:

C6H5NO2 + 3 Fe + 6 HCl -----> C6H5NH2 + 3 FeCl2 + 2H2O.

Анилин энергично реагирует с бромной водой с образованием 2,4,6-триброманилина (белый осадок):

Рис.

Практическое значение имеет реакция взаимодействия анилина с азотистой кислотой при пониженной температуре (около 0?С). В результате этой реакции (реакции диазотирования) образуются соли диазония, которые используются в синтезе азокрасителей и ряда других соединений.

При более высокой температуре реакция идет с выделением азота и анилин превращается в фенол:

Взаимодействие с серной кислотой

2C6H5NH2+H2SO4 => (C6H5NH3)2SO4 (сульфат фениламмония)

Вариант 23

Вопросы заданий:

В заданиях опишите получение, строение высокомолекулярных соединений. Какие из них относятся к натуральным, искусственным или синтетическим полимерам? Какие из предлагаемых полимеров получают полимеризацией, а какие поликонденсацией? Опишите физические свойства и области применения указанных полимеров.

Полиметилметакрилат

ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТ [-СН2С(СН3)(СООСН3)-]n. В пром-сти производят аморфный атактический полиметилметакрилат (только ок. 80% мономерных звеньев входит в полимерную цепь в синдиотактич. последовательности); бесцветен и прозрачен; мол. масса от десятков тыс. до нескольких млн. (для полимера, получаемого блочной полимеризацией при УФ облучении); плотн. 1,19 г/см3; 1,492. Раств. в карбоновых к-тах, сложных эфирах (в т.ч. в собств. мономере), кетонах, ароматич. углеводородах; устойчив в воде, разб. р-рах щелочей и минер. к-т, алифатич. углеводородах; полностью гидроли-зуется водным р-ром щелочи при т-ре не ниже 200 С и конц. H2SO4 при 75 С. Обладает высокой проницаемостью для лучей видимого и УФ света (светопропускание при толщине 5 мм и l 340 мкм составляет 11 %), высокой атмосферостой-костью, хорошими физ.-мех. (sраст 78 МПа, ударная вязкость 18-20 кДж/м2) и электроизоляц. св-вами. При нагр. выше 105-110 С полиметилметакрилат размягчается, переходит в высокоэластичное состояние и легко формуется. При 300-400 С в вакууме практически количественно деполимеризуется.

Известны стереорегулярные полиметилметакрилаты-кристаллизующиеся полимеры, обладающие более высокой плотностью и высокой стойкостью к действию р-рителей, чем атактический полиметилметакрилат; в пром-сти их не производят.

В пром-сти полиметилметакрилат получают преим. радикальной полимеризацией метилметакрилата при умеренных т-рах в при-сут. инициаторов гл. обр. в блоке (массе) или суспензии, а также в эмульсии и р-ре.Блочной полимеризацией в формах из силикатного стекла получают листовой полиметилметакрилат толщиной 0,8-200 мм (см. Стекло органическое).

Суспензионную полимеризацию метилметакрилата проводят в водной среде в присут. стабилизаторасуспензии (напр., сополимера М с метакриловой к-той, поливинилового спирта, коллоидного фосфата Са) и регулятора мол. массы (алифатич. тиоспирты). Получаемый полиметилметакрилат ("бисер") представляет собой прозрачные шарики размерами 0,1-1 мм. Обычно из него изготовляют гранулы размерами 3-5 мм. Суспензионный гранулированный полиметилметакрилат (мол. м. 90-150 тыс.), т. наз. формовочный полиметилметакрилат (sраст 74 МПа, ударная вязкость 18-20 кДж/м2), близок по св-вам блочному листовому полиметилметакрилату; в вязкотекучее состояние переходит при т-рах выше 160-180 С. Чаще всего синтезируют сополимеры метилметакрилата с 2-10% по массе акриловых мономеров (метил-, этил-,бутилакрилата или др.), к-рые вводят для снижения вязкости расплава полиметилметакрилата.

В связи с проблемами экологии в 80-х гг. началось вытеснение суспензионного метода непрерывной полимеризацией метилметакрилата в массе; полиметилметакрилат получают в виде расплава, из к-рого формуют листы или гранулы.

Гранулированный полиметилметакрилат перерабатывают экструзией в листы, применяемые для изготовления светильников, реклам, дорожных знаков и др., в профилир. изделия и трубы, а литьем под давлением-в элементы оптики, осветитб. приборы в автомобилестроении, шкалы и индикаторы приборов, элементы приборов для переливания крови в мед. технике. Гомополимер метилметакрилата (мол. м. 400-500 тыс.) в виде бисера используют как отделочный лак в кожевенной пром-сти, сополимеры метилметакрилата с акриловыми мономерами-в произ-ве лаков и эмалей (см. Полиакриловые лаки). Развивается также применение полиметилметакрилата в произ-ве оптич. полимерных волокон и оптич. дисков для лазерных видеопроигрывателей. Массы, содержащие смесь бисерного полиметилметакрилата с метилметакрилатом и др. компонентами, применяют в стоматологии. полиметилметакрилат легко обрабатывается обычными мех. методами, склеивается и сваривается.

Суспензионный полиметилметакрилат производится под торговыми назв.: дакрил (СНГ), люсайт (США), диакон (Великобритания), плексиглас, плексигум (ФРГ), ведрил (Италия), делпет, парапет (Япония).

Произ-во полиметилметакрилата в Зап. Европе 160 тыс. т (1986), в т.ч. 99 тыс. т формовочного полиметилметакрилата.

Фиброин

Химический состав и структура фиброина являются предметом исследований в течение уже более 100 лет, однако до сих пор не найдены окончательные ответы на все вопросы. Установлено, что в состав фиброина шелка входят различные аминокислоты, основными из которых считаются:

Таблица

Всего расшифровано 85% состава фиброина, остальная же часть его пока остается невыясненной.

По наиболее распространенной в настоящее время полипептидной теории строения фиброина соединение различных аминокислот, общая формула которых:

происходит в макромолекуле фиброина благодаря образованию полипептидных связей:

по типу кислотных амидов:

Если принять полипептидную теорию строения, то полипептидную цепь макромолекулы фиброина можно представить следующим образом:

Рентгеноскопический метод исследования структуры фиброина шелка показал, что он (фиброин) состоит из мельчайших частиц (мицелл) удлиненной формы, расположенных параллельно оси волокна. Степень ориентации полипептидных цепей 40--60%. У мицелл различимы кристаллические и аморфные участки. Отдельные цепи макромолекул в поперечном направлении связаны водородными связями, а также межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса.

Переходя к рассмотрению химических свойств фиброина, следует отметить, что это вещество не растворяется в спирте, эфире, бензоле, ацетоне, сероуглероде и других органических растворителях. В воде фиброин также не растворяется, но набухает, причем поперечное сечение его увеличивается на 19, а длина на 1,2%. Растворение с образованием вязких коллоидных растворов наблюдается в концентрированных растворах нейтральных солей кальция, стронция, бария и галлоидоводородных кислот, в щелочных растворах, медно-аммиачном растворе (реактив Швейцера), никелево-аммиачном (реактив Ричардсона) и др.

При низких температурах (ниже 10 С) фиброин растворяется в концентрированных фосфорной, серной и соляной кислотах, а также в жидком аммиаке.

Из вязких коллоидных растворов фиброин может быть регенерирован, т. е. превращен в фиброиновое волокно при продавливании раствора через фильеры. В настоящее время имеются патенты на производство фиброинового волокна.

Как и всякое белковое вещество, фиброин благодаря наличию свободных амино- и карбоксильных групп обладает кислотными и основными свойствами, т. е. является амфолитом. Преобладают у фиброина кислотные свойства. Изоэлектрическая точка фиброина, при которой количество положительно и отрицательно ионизированных групп одинаково, находится в зоне рН = 3,5?5,2.

Фиброин чувствителен к щелочам. При действии щелочей он гидролитически расщепляется до аминокислот. Гидролиз происходит по полипептидным связям. Макромолекулы фиброина при этом укорачиваются. Степень гидролиза (деструкции) фиброина, которую в СССР измеряют по методу М. В. Корчагина (фиброин растворяют в реактиве Швейцера и по изменению вязкости раствора определяют степень деструкции), зависит от концентрации щелочного раствора, температуры и продолжительности действия щелочи.

Наиболее сильное повреждающее действие на фиброин оказывают едкие щелочи. Так, 5--7%-ные растворы едкого натра при кипячении разрушают фиброин в течение 10 мин; 0,04%-ные растворы заметно разрушают фиброин в течение 30 мин. Концентрированные растворы едких щелочей разрушают фиброин на холоду.

Незначительно повреждают фиброин при кипячении в течение 1 ч слабые растворы щелочных солей -- карбонаты калия и натрия, рН которых равен 10,3--10,5.

Относительно большой устойчивостью обладает фиброин к действию растворов соды, поташа при рН = 10,3-10,5, а также растворов мыла, что является основанием для использования последних на практике при обесклеивании шелка-сырца.

К кислотам фиброин более устойчив, чем к щелочам, причем действие кислот зависит от природы кислоты, ее концентрации, температуры и длительности обработки.

Разбавленные растворы органических кислот (муравьиной, уксусной и молочной) не повреждают фиброин даже при кипячении в течение 30 мин. Разбавленные растворы минеральных кислот-- соляной и серной -- при кипячении в течение 30 мин повреждают фиброин. Более концентрированные минеральные кислоты при высокой температуре разрушают фиброин.

Обработка разбавленными органическими кислотами -- муравьиной, уксусной и молочной -- при температуре 25--30 С в течение 20 мин придает волокну характерный скрип, повышает его природный блеск.

Фиброин шелка устойчив к действию протеолитических ферментов (трипсина, пепсина и др.), разрушающих белки. Фиброин также относительно устойчив к действию бактерий и процессам гниения.

Рассматриваемое вещество чувствительно к таким окислителям, как соли хлорноватистой кислоты (гипохлорит натрия и кальция). При обработке фиброина даже в слабых растворах гипохлорита натрия (активного хлора 0,25 г/л) волокно желтеет и становится жестким. Менее чувствителен фиброин к перекиси водорода; этим пользуются на практике при белении шелка.

Фиброин чувствителен к фотохимическому окислению (разрушение на свету при действии кислорода воздуха). Прочность натурального шелка понижается на 50% при инсоляции (освещении его прямым солнечным светом) в течение 200 ч. По светоустойчивости натуральный шелк занимает среди текстильных волокон одно из последних мест.

Фотохимической деструкции натурального шелка способствуют кислая реакция волокна (рН = 1?2), соли меди, олова, свинца, некоторые кубовые красители (желтые, оранжевые, красные, фиолетовые). Задерживают деструкцию остатки щелочи (рН = 9?10), тиомочевина, танин.

Неустойчивость фиброина к фотохимическому окислению сказывается на сроках эксплуатации шелковых изделий, особенно в летнее время.

Восстановители -- гидросульфит, ронгалит, бисульфит -- не оказывают разрушающего действия на фиброин; это обстоятельство используют на практике для обесцвечивания подкрасок шелка, приготовления печатных красок, обесцвечивания неравномерной окраски ткани. Из физических свойств фиброина нужно указать на следующие.

Нить натурального шелка после обесклеивания имеет белый или слегка желтоватый цвет (вообще цвет шелка зависит от окраски кокона). Для шелка характерны красивый матовый блеск, большая мягкость и упругость.

Удельный вес фиброина -- 1,25, шелка-сырца -- 1,37. Влажность фиброина в стандартных условиях 11%. В мокром состоянии фиброин теряет 15% первоначальной прочности. Фиброин -- плохой проводник тепла и электричества. Поэтому натуральный шелк применяют для электроизоляции. Нагревание фиброин выдерживает до 140 С, при температуре 180 С он разрушается. Горит фиброин медленно, при горении появляется запах жженых перьев.

Вариант 24

молярный масса гомогенный баланс

Вопросы заданий:

Охарактеризуйте строение красителя (приведите структурную формулу), свойства (отношение к кислотам и щелочам), практическое использование.

Фенолфталеин

ФЕНОЛФТАЛЕИН [3,3-бмс-(4-гидроксифенил)фталид], ф-ла I, мол. м. 318,3; бесцв. кристаллы, т. пл. 277-2790C (с разл.); раств. в этаноле и диэтиловом эфире, плохо раств. в воде. При сплавлении фенолфталеина с NaOH образуется 4,4'-дигидрокси-бензофенон, при натр, с конц. H2SO4 - фенол и 2-гидроксиан-трахинон. Получают фенолфталеин сплавлением фенола с фталевым ангидридом при 105-110 0C в присут. ZnCl2.

Фенолфталеин- кислотно-основной индикатор (интервал перехода окраски при рН 8,2-9,8). При растворениифенолфталеина в разб. р-рах щелочей он приобретает пурпурный цвет (соед. II) и обесцвечивается при прибавлении к-ты, а также в сильно щелочном р-ре (соед. III):

Рис.

Под назв. "пурген" фенолфталеин применяют в медицине в качестве слабительного ср-ва (обладает кумулятивными св-вами, может оказывать раздражающее действие на почки).

Размещено на Allbest.ru