Dành để thực hành môn Hóa hữu cơ Academic year: 2023/2024 CommentsPreview textNG TH THU N (Ch biên) NGUYN MINH THO VĂN NG C HƯ NG NGUY N TH HU NGUYN H!U ĐNH Thực tập HOÁ HỌC HỮU Cơ In lầ n t h ứ 2 NHÀ XU%T BN Đ& 039;I H C QUC GIA HÀ N*I 2001 DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠNĐóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú LÒI NÓI Đ1U Hóa học nói chung và hóa học hữu cơ nói riêng là ngành khoa học thực nghiệm Các môn học, ngay cả các môn nặng về lý thuyết, cũng có chương trình tliực tập và thí nghiệm kèm theo. Vì vậy, cùng vối giáo trình lý thuyết cần có giáo trình thực tập để sinh viên dùng làm tài liệu học tập và thí nghiệm. Đáp ứng yêu cầu đó, chúng tôi đã nhiều lần biên soạn giáo trình “Hướng dẫn thưc tập hóa hữu cơ” nhưng mới chỉ in ở dạng sử dụng nội bộ. Những năm trưốc đây cũng đã có một số’tài liệu dịch và viết về thực hành hóa hữu cơ nhưng nội dung, tính chất, mục đích và đối titợng sử dụng mỗi cuốn sách một khác. Hơn nữa, yều cầu nâng cao chất lượng đào tạo cũng đòi hỏi các giáo trình thực tập phải được tăng cường tính khoa học hiện đại và các phương pháp kĩ thuật mới nhưng lại rất cơ bản. Lần này, sau khi rú t kinh nghiệm của nhiều năm hướng dẫn sinh viên làm thực tập hóa hữu cơ, cũng như tham khảo nhiều giáo trình về thực tập hóa hữu cơ của nưốc ngoài, chúng tôi biên soạn lại, có sửa chữa yà bổ sung giáo trình thực tập hóa hữu cơ và được Nhà xuất bản Đại học Quốc gia in và phát hành. Ị Nội dung của giáo trình gồm ba phần: V Pliần thao tác và kĩ th uật cơ bản trong phòng thực tập hóa hữu cơ. ở đây giói thiệu các loại dụng cụ và cách sử dụng chúng trong khi làm thí nghiệm, các phtìơng pháp phân tách, tinh chế các hợp chất hữu cơ, các phương pháp chưng cất, làm khô và cách xác định các hằng sô& 039; vật lý của hợp chất hữu cơ, phương pháp tinh chế một số’dung môi. V Phần tổng hợp hữu cơ: đây là phần chủ yếu của giáo trình, các bài tổng hợp đặc trưng n hất được lựa chọn cho các loại phản ứng hữu cơ điển hình. Bên cạnh phần thực hành, mỗi loại phản ứng đều có phần lý thuyết kèm theó để độc giả dễ theo dõi. V Phần phân tích định tính nguyên tố" và nhóm chức của các hợp chất hữu cơ. Phầtt này hưống dẫn cho sinh viên thực hành các phương pháp định tính các nguyên tố và nhóm chức cũng như cách nhận biết một hợp chất hữu cơ. Vối nội dung như vậy, cuôn giáo trình này chẳng những được làm tài liệu chính thức cho sinh viên khoa Hóa học trường Đại liọc Khoa học Tit nhiên thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội, cũng như sinh viên của trường Đại học khác có học hóa hữu cơ, mà còn có thể được dùng làm tài liệu tham khảo và được sử dụng có ích cho các cán bộ giảng dạy, cán bộ nghiên cứu, làm việc trong lĩnh vực hóa học hữu cơ. Mặc dù lần biên soạn này đã được chuẩn bị tương đối chu đáo, nhưng chắc chắn vẫn còn có thiếu sót. Chúng tôi rấ t mong nhận được ý kiến đóng góp xây dựng của các bạn đồng nghiệp. Các tác g iả3 DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú 1.3 Phản ứng của các hợp chất chứa halogen của photpho và DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN - 3 Phương pháp sắc kí.......................................................................................... - 3.7 Kiến thức cơ sở........................................................................................ - 3.7 Sắc kí bản m ỏng.......... ........................................................................... - 3.7 Sắc kí cột ...........................................
Phần I K4 THU T TRONG PHÒNG THÍ NGHI M HOÁ H!U Cơ
ĩ. l CÁC NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM Phải đọc kỹ tài liệu, hiểu rõ mọi chi tiết của thí nghiệm trưốc lúc làm và lường trước các sự cố có thể xảy ra để chủ động phòng tránh. Phải thận trọng khi làm việc với các chất dễ cháy như xăng, ete, benzen,..., các chất dễ nổ như hiđro, natri kim loại, hợp chất polinitro,..., các chất gây bỏng như brom, axit sunfuric đặc,... Phải biết sử dụng thành thạo và biết chỗ để các dụng cụ cứu hoả, các bin chữa cliáy và hộp thuốc cứu& 039;thương. Không lrút thuốc, ăn uống và làm ồn ào trong phòng thí nghiệm.1 CÁCH S ơ CỨU MỘT SỐ TRƯỜNG HƠP• • c h a n t h ư ơ n g v à n g ộ• đ ộ c« Bỏng do axit sunfuric đặc, brom, phenol gây ra, phải rửa bằng nước cho sạch, sau đó bằng dung dịch NaHCOg 2%, rửa lại bằng nưóc rồi bôi thuốc sát trung như cồn, thuốc đỏ, sau đó bôi vazơliii; Bỏng do xút, natri kim loại gây ra phải rửa bằng nưốc, sau đó bằng dung dịch axit axetic 1 %, rồi bằng nưốc và bôi thuốc sát trùng. ** €áclQại;bỏngVdolửar,đỉệávgay:.Ka^ìVbôi*vv 0 (&sá& 039;t&039;trùngi;và,Vvazơlin. ^ Các vễt thương do thủy tinh gây ra, phải gắp hết mảnh thủy tinh, rửa sạch máu và bôi thuốc sát trùng rồi băng bó vết thương bằng bông băng. Khi bị ngộ độc thì cho ngửi amoniac và làm hô hấp nhân tạo ồ nơi ít người và thoáng khí. &039;Tr&039; Khi bị điện giật thì lập tức ngắt cầu dao điện rồi cứu ngưòi, làm hô hẩp nhân tạo nếu bị ngất. r<r Cần chú ý trong mọi trường hợp nếu bệnh nhân nặng thì lập tức đưa đi bệnh viện.13 DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú CÁC DỤNG CỤ THƯỜNG DÙNG VÀ CÁCH s ử DỤNG 1.3 Bộ g iá đỡ d ụ n g cụ Hình 1. Giá sắt cả bộ: 1,2Acặp bé; 3,4Acặp lớn; 5,6,7Acặp vòng; 8 Adĩa; 9Anóa để giữ cặp và vòng vào giá. 1,3 D ạ n g cụ th ủ y tin h Thủy tinh dùng trong phòng thí nghiệm là loại thủy tinh chịu nhiệt, bền vổi nước, axit cũng như kiềm, có hệ sô& 039; giãn 11 Ở bé, đó là thủy tinh bosilicat, ví dụ thủy tinh Pirex, Rasotherm,... Chúng được dùng để chế tạo các loại dụng cụ thí nghiệm.V Các loại b ỉn h (hình 2) oBình cầu đáy tròn Bình cầu đáy bằng Bình Claíáen Binh Vuyềc ỠBình tam giác Bình tam giác có nhánh Bình cầu 3 cổ Hình 2. Câc loại bình. 14 DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠNĐóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú Ngoài ra còn có bộ khuấy từ bao gồm mô tơ có từ tính và con từ. Con từ là thanh nam châm có bọc thủy tinh hay nhựa teflon để bảo vệ (4g). con từ nam châm Hình 4. Cấc loi que khu y. Để cho hệ được kín, ngươi ta phải dùng các phương pháp làm kín thích hợp. Sau đây là một số phương thức làm kín que khuấy (hình 5). a b c d Hình 5. Các phương pháp làm kín que khu y. 1.3 M ộ t s ố b ộ d ụ n g c ụ t iê u c h u ẩ n c h o p h ả n ứ n g h ữ u cơ Để lắp các bộ dụng cụ bằng thủy tinh, ngưòi ta dùng nút lie, nú t cao su, hoặc mài nhám chỗ nối của các dụng cụ thủy tinh để nôl vào nhau. Các chỗ nối có thể tiếp xúc (6a), luồn vào nhau (6b), hình clióp (6c) hay hình côn (6d), Để chuyển từ kích thước nọ sang kích thước kia, ngưòi ta dùng cổ n i (Ge). Hiện nay người& 039; ta dùng các loại nhám tiêu chuẩn có đưòng kính 14,5mm, 19mm, 24mm, 29mm, 44mm, V .V ....16 Hình 6. Các loại cổ nối. DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú Khi dùng thủy tinh nhám, bao giò cũng dùng thủy tinh có độ giãn nở như nhau để nối vào nhau (cùng loại thủy tinh), bất đắc dĩ có thể dùng loại nhám ngoài có hệ sô" giãn nở lớn hơn, không dùng ngược lại. Khi lắp các đầu nhám vào nhau, bao giò cũng dùng mõ (vazdlin hoặc silicon) để & 039;bôi một lốp rấ t mỏng vào nhám trong rồi vặn nhẹ nhám ngoài vào cho đến khi VIihìn thấy trong suốt. Việc lắp các bộ dụng cụ được tiến hành theo nhu cầu của công việc. Sau đây là một số bộ dụng cụ thường dùng (xem hình 7).Hình 7. Các bộ dụng cụ nhám tiêu chuẩn dùng để tiến hành phản ứng hữu cơ. á. Đun hồi lưu và có ống chống ẩm. b. Đun hồi lưu và có dòng khí đi vào. c. Đun hồi lưu và có phễu nhỏ giọt. d. Đun hổi lưu, có khuấy và có phễu nhỏ giọt. e. Đun hồi lưu, khuấy, nhỏ giọt và theo doi nhiệt độ g. Phản ứng có kèm theo bộ phận tảch loại nựòc. 17 DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú tục đun sẽ sôi đột ngột cực mạnh và phụt nổ. Trong đa sô& 039; trường hợp, để khắc phục hiểm hoạ này người ta cho thêm đá bọt vào chất lỏng trước lúc đun (mảnh nhỏ sàưh, sứ không tráng men), c ầ n chú ý rằng đá bọt chỉ dùng một lần vì khi nhiệt độ giảm đá bọt hút chất lỏng vào lỗ xốp nến không còn tác dụng. c) Tuyệt đối không cho đá bọt vào chất lỏng gần sôi, đang sôi và nhất là quá sôi. Làm lạnh là công việc thưòng gặp trong phòng thí nghiệm hoá hữu cơ. Nguồn làm lạnh tốt và rẻ tiền nhất là míốc. Trong trường hợp muốn làm lạnh sâu hơn thì người ta dùng nưốc đá. Hỗn hợp nước đá và muối ăn theo tỷ lệ 3:1 có khả năng làm lạnh đến V20°c. Muôn làm lạnh đến A78°c ta dùng C 0 2 rắn trong axeton, đến V196°c dùng nitơ lỏng.II. XÁC ĐNH CÁC H>NG s @ V T LÍ CAA HBP CH%T H!U cơ Các chất nguyên chất có các hằng sô& 039; vật lí xác định. Vì vậy có thể căn cứ vào chúng để xác định độ tinh khiết của chất. Một chất được coi là tinh khiết nếu qua tinh chế nhiều lần mà hằng số v ật lí của nó khôug thav đỔL,2 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NÓNG CHAY c ủ a c h a t r a n Các h iểu biết chung: Nhiệt độ nóng chảy (t°c) của một chất là nhiệt độ tại đó pha rắn và pha lỏng cân bằng nhau. Các chất tinh khiết có nhiệt độ nóng chảy rõ ràng và cố& 039; định. Một lượng rấ t nhỏ tạp chất cũng làm thay đổi đáng kể nhiệt độ nóng chảy và khoảng nóng chảy rộng. Vì thế, khi trộn kĩ hai cllất rắn với lượng bằng nhau mà t°c của chúng không đổi thì hai chất đó là một (trừ trường&039; hợp các chất đồng hình). Nếu. t°c bị hạ thấp và khoảng chảy rộng thi chúng hoạn toàn khác nhau. Khi nóng chảy, nhiều hợp chất hữu cơ bị biến dạng hay bị phân huỷ (chuyển màu hay bôc hơi). Đó thường là các axit hữu cơ, muối của axit, lacton... Có chất tháng hoa mà không • , Hình 10. DụngVcụỊ đo nhiệt độ cliayA nóng chảy mao quản.19 DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú Nhiệt độ nóng chảy liên quan chặt chẽ vối cấu trúc phân tử: phân tử đối xứng có nhiệt độ nóng chảy cao, dạng trans nóng chảy cạo hơn dạng cis, dạng iso thấp hơn dạng thẳng, liên kết hiđro giữa các phân tử làm tăng t°c của chất. Th nghim 1 XÁC ĐNH NHI T Đ* NÓNG CHAY B>NG PHƯƠNG PHAP mao qu In Đưa Vmột ít tinh thể urê lên giấy lọc, tán nhỏ rồi dùng mao quản thủy tinh có đưòng kính 1 mm đã hàn kín một đầu, chấm đầu chưa hàn vào tinh thể urê rồi thả vào ống thủy tinh dài 40 cm, đặt thẳng đứng trên bàn theo chiều đầu hàn xuống dưổi. Làm như vậy nhiều lần cho đến khi tinh thể urê nén chặt xuống đầu hàn của mao quản có chiều dài 6 mm. Buộc mao quản vào nhiệt kế bằng vòng cao su sao cho đầu có tinh thể urê ngang vối bầu thủy ngân nhiệt kế, cho nhiệt kế vào nút cao su có khe hỗ rồi lắp vào dụng cụ đo nhiệt độ nóng chảy (hình 10) sao cho đầu trên của mao quản cách mặt chất truyền nhiệt trong máy 1 cm (chất truyền nhiệt thường là glixerin hay chất khác tuỳ theo yêu cầu nhiệt độ nóng chảy của chất đo). Dùng đèn cồn đun chỗ cong của dụng cụ đồng thòi theo dõi nhiệt độ của nhiệt kế. Nhiệt độ nóng chảy của chất là nhiệt độ đọc được khi chất rắn nóng chảy trong suốt. Sai số của phương pháp là 0,5°c. Nên thử 3 lần rồi lấy kết quả trung bình. Trong trường& 039; hợp chất không tinh khiết thì từ khi chất bắt đầu nóng chảy đếiĩ khi trong suốt có một khoảng&039; nhiệt độ. Khoảng này càng lốn, chất càng không tinh ■khiết. Tiến hành thứ nhiệt độ nóng chảy như trên đối vói hỗn hợp axĩt benzoic chứa 25% urê rồi so sánh kết quả và rút ra kết luận.2 XÁC ĐỊNH NHĨỆT đ ộ s ô i c ủ a c h ấ t l ỏ n g Một chất lỏng tinh khiết có nhiệt độ sôi (t° ) xác định ỏ một áp suất xác định. Ngưòi ta thường lấy nhiệt độ chưng cất của chất lỏng làm nhiệt độ sôi. Phương pháp này eó sai số’ lốn khi lắp nhiệt kế không đúng vị trí, đun quá lửa làm cho hơi quá nhiệt, vì thế không lấy làm lạ rằng trong các tài liệu khác nhau vối cùng một chất nhưng có nhiệt độ sôi khác nhau. Khi thêm một số chất có cùng nhiệt độ sôi vào chất đó thì nhiệt độ sôi của nó không bị ảnh hưởng (trừ trưòng hợp có tương tác vối nhau). Điều này làm cho việc dùng nhiệt độ sôi để xác định độ tinh khiết kém tin cậy. Nhiệt độ sôi phụ thuộc rấ t nhiều vào lực liên kết giữa các phân tử như lực Van Đe Van, liền kết hiđro, vì th ế ancol có nhiệt độ sôi cao hơn có cùng phân tử khối, nó cũng phụ thuộc vào phân tử khõì và cấu trúc phân tử, dạng cis sôi thấp hơn dạng trans, dạng iso tliấp hơn dạng mạch thẳng. 20 DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú chặt chốt, lau sạch các ông kính bằng bông và vặn nút điểu chỉnh sao cho hai miền sáng tối th ật rõ nét, điều chỉnh n út thứ hai sao cho ranh giới sáug tối nằm đúng chính giữạ giao điểm của chữ thập chia đường thẳng trong máy. Đọc chỉ số’khúc xạ trêu trục số qua Ống& 039; kính.Nếu hoàn toàn nguyên chất th ì chỉ số’ khúc xạ của 1UÍỐC ỏ 20 °c là 1,3330, nếu không đúng như vậy thì hoặc là nirôc bẩn hoặc là khúc xạ kế sai cần điều chỉnh lại cbo đúng vối 1,3330. Đó chính là phương pháp chuẩn máy. Đo chỉ số khúc xạ của toluen và đối chiếu vối tài liệu. 2 XÁC ĐỊNH TỈ KHOI CỦA CHAT LỎNGV K h á i n iê m chung: Tỉ khối của một chất lỏng là tỉ sô& 039; giữa khối lượng của thể tích chất lỏng và khối lượng của cùng một thể tích nước. Vì thể tích phụ thuộc vào nhiệt độ nên khi đo tỉ khối bao giò cũng cluí ý đến nhiệt độ. Nêu đo tỉ khối của cliất lỏng và nước cùng nhiệt độ, thường là 20 °c, người ta ghi d™, nếu đo khác nhiệt độ, thưòng đo chất lỏng ỏ 20°c, nước ỏ 4°c, vì ở nhiệt độ này nước có thể tích bé nhất và khi đó ta ghi d f.Độ chính xác của phép đo tỉ khối đến con số lẻ thứ 3, liên người ta dùng tỉ khối để xác định độ tinh khiết eủa chất lỏng, hay qua tỉ khối mà hiểu được phần nào thành phần của chất lỏng. Thí nghim 4 XÁC ĐNH TJ KHI CAA TOLUEN Cân picnomet đã được rửa sạch và sấy khô với độ chính xác ±0,001 g, được 11 gam, cho toluen vào picnomet bằng ốiig nhỏ giọt (contơgút) sao cho không có bọt khí trong đó. Ân nút picnomet vào và không để bọt khí trong picnomet, nếu có toluen thừa trào qua lỗ của nú t thì dùng khăn hoặc giấy mịn lau sạch, cân pìcnomet đã có toluen được m gam. Cũng làm như vậy với ntíớc cất hai lần và cân được 1 gam ỏ 20 ° c. Tỉ khối của tóluen được tính như sau: , _ m A n 20 , 1 V n Chú ý: Quá trình thao tác đo tỉ khối cần tiến hành nhanh chóng trong cùng một điều kiện nhiệt độ. Hình 12. Picnomet. 22 DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP NHƠN Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú III. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN L P VÀ TINH CHO HBP CH%T H!U cơ Để tiến hành nghiên cứu cấu trúc phân tỉt, tính chất vật lí, tính chất hóa học và hoạt tính sinh học cần có chất tinh khiết, do đó việc tìm kiếm các phương pháp phân lập yà tinh chế các hợp chất hữu cơ hiện quả cao là rất quan trọng. Sau đây là một số phương pháp chính. 3 PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT (HAY CẤT) Cluing cất là quá trình chuyển chất lỏng thành hơi rồi ngưng tụ hơi thành lỏng, lỵiuốn chuyển chất lỏng thành hơi ngưồi ta đun sôi chất lỏng. C hất íỏng sôi khi áp suất hơi của nó bằng áp suất bên ngoài. Khi áp suất bên ngoài giảm thì nhiệt độ sôi giảm, thông thưòng khi áp suất giảm một nửa thì nhiệt độ sôi giảm 15°c. Ví dụ, chất A sôi ở 180°C/760 tor, 165°C/380 tor. Trong quá trình chưng cất một chất tinh khiết, nhiệt độ sôi của nó không đổi nêu không có hiện tượng hơi quá nhiệt& 039;do đun mạnh.Vối các chất có nhiệt độ sôi xa nhau (trên 80°C) người ta dùng phương pháp cất đơn, vối các chất có nhiệt độ sôi gần nhau thì dùng phương pháp cất phân đoạn để tinh chế. Cả hai phương pháp này có thể thực hiện ở áp suất thuồng nếu cấu & 039;tử sôi fcaơ không qưá 15Q°C, nếtt cấit tử sôi eaơ hơ® ttó phải tiếK:tònlv eất ổ áp siiấfc tfeấp (cất chân không) để tránli sự phân huỷ của chất do nhiệt gây ra.3.1 C h ư n g c ấ t đ ơ n ở á p s u ấ t th ư ờ n g Cơ sở lí thuyết: Có hai chất A và B có nhiệt độ sôi xa nhau, đủ để tinh chế bằng phương pháp cất đơn. .* Gọi áp suất liơi của A và B khi chúng nguyên chất là PA và PB; pAvà P b là áp suất hơi riêng phần của chúng trong pha hơi của hệ ta có: Pa = p a Xa (1) . Piì — p rX r —p Ii(lA XA) (2) Vì là hệ hai cấu tử nên XB:= 1 V XA; XA, XBlà phân số' mol của A và B trong pha lỏng. Gọi Ya, Yb là phân sô" mol cua A và B trong pha hơi. p là áp suất hơi chung của hỗn hợp, ta cỏ: Pa = P .Y a; Pb A P .Y b = P (1AY a) (3) Từ ( 1 ), (2), (3) ta có: |
