Giáo trình thực hành hóa hữu cơ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Trần Đức Mạnh (Chủ biên) Đỗ Thị Thúy Vân, Trần Thị Ngọc Bích, Phan Thảo Thơ Nguyễn Trần Nguyên, Nguyễn Văn Din GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH HĨA HỮU CƠ ĐÀ NẴNG – NĂM 2021 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 16990021594411000000 TRẦN ĐỨC MẠNH (Chủ biên) ĐỖ THỊ THÚY VÂN, TRẦN THỊ NGỌC BÍCH PHAN THẢO THƠ, NGUYỄN TRẦN NGUN, NGUYỄN VĂN DIN GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH HĨA HỮU CƠ (Giáo trình dùng cho sinh viên Đại học ngành Hóa học) ĐÀ NẴNG – NĂM 2021 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Bài QUY ĐỊNH VÀ KỸ THUẬT TRONG THỰC HÀNH HÓA HỮU CƠ 1.1 Các quy định sinh viên việc chuẩn bị thực thực hành hóa hữu 1.2 Các quy tắc an toàn lao động 1.3 Những tai nạn thường gặp phương pháp sơ cứu 1.4 Dụng cụ dùng thực hành hóa hữu 1.5 Những kỹ thuật thường dùng thực nghiệm hóa hữu 13 1.6 Thực hành xác định số vật lý 21 Bài PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH CÁC NGUYÊN TỐ TRONG CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ .27 2.1 Cơ sở lí thuyết .27 2.2 Triển khai thực hành 30 2.3 Kết thực hành .33 Bài HYDROCARBON 35 3.1 Cơ sở lí thuyết .35 3.2 Triển khai thực hành 39 3.3 Kết thực hành .42 BÀI DẪN XUẤT HALOGEN .45 4.1 Cơ sở lý thuyết 45 4.2 Triển khai thực hành 45 4.3 Kết thực hành .47 Bài ALCOHOL - ETHER .49 5.1 Cơ sở lý thuyết 49 5.2 Triển khai thực hành 50 5.3 Kết thực hành .53 BÀI PHENOL 55 6.1 Cơ sở lý thuyết 55 6.2 Triển khai thực hành 59 6.3 Kết thực hành .63 BÀI ALDEHYDE VÀ KETONE 67 7.1 Cơ sở lý thuyết 67 7.2 Triển khai thực hành 68 7.3 Kết thực hành .75 ÔN TẬP 76 BÀI CARBOXYLIC ACID 77 8.1 Cơ sở lý thuyết 77 8.2 Triển khai thực hành 79 8.3 Kết thực hành .84 ÔN TẬP 84 BÀI ESTER VÀ CHẤT BÉO 85 9.1 Cơ sở lý thuyết 85 9.2 Triển khai thực hành 87 9.3 Kết thực hành .92 BÀI 10 CARBOHYDRATE .96 10.1 Cơ sở lý thuyết 96 10.2 Triển khai thực hành .100 10.3 Kết thực hành 105 BÀI 11 HỢP CHẤT HỮU CƠ CHỨA NITROGEN .109 11.1 Cơ sở lý thuyết 109 11.2 Triển khai thực hành .113 11.3 Kết thực hành 116 Bài 12 NHẬN BIẾT CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ 117 12.1 Cơ sở lý thuyết 117 12.2 Hóa chất dụng cụ 119 12.3 Thực hành .120 TÀI LIỆU THAM KHẢO .121 LỜI NÓI ĐẦU Trong giảng dạy nghiên cứu Hóa học, thí nghiệm, thực hành đóng vai trị quan trọng Thơng qua thí nghiệm, thực hành người học kết hợp chặt chẽ lý thuyết với thực tiễn, chứng minh kiến thức lý thuyết học vào thực hành Đặc biệt thông qua thực hành người học hình thành giới quan khoa học rèn luyện phát triển kỹ năng, phẩm chất, đức tính tính sáng tạo Giáo trình thực hành Hóa hữu biên soạn nhằm phục vụ cho môn học bậc đại học đồng thời tài liệu tham khảo cho cán giảng dạy hóa học hữu cơ, sinh viên ngành hóa hữu nhà nghiên cứu quan tâm đến Hóa hữu Giáo trình biên soạn sở kiến thức học phần sở lý thuyết hóa hữu cơ, hydrocarbon dẫn xuất hydrocarbon, hợp chất tạp chức cao phân tử, phù hợp với chương trình đào tạo cho ngành Sư phạm Hóa học cử nhân Hóa học Giáo trình biên soạn phù hợp với đổi chương trình đào tạo đặc biệt phần thuật ngữ kinh nghiệm qua nhiều năm triển khai học phần thực hành Hóa hữu Bố cục giáo trình thực hành Hóa hữu gồm 12 với nội dung bao gồm Giới thiệu chung quy định phịng thí nghiệm q trình thực hành, kỹ thuật phịng thí nghiệm 11 thực hành với 70 thí nghiệm chứng minh tính chất hóa học hợp chất hữu học phần lý thuyết Nhận biết hợp chất hữu cơ Trong trình biên soạn, có nhiều cố gắng khơng thể tránh khỏi thiếu sót Nhóm tác giả mong nhận nhiều ý kiến nhận xét bạn bè đồng nghiệp, anh chị em sinh viên độc giả Đà Nẵng, tháng 11 năm 2021 Nhóm tác giả BÀI QUY ĐỊNH VÀ KỸ THUẬT TRONG THỰC HÀNH HÓA HỮU CƠ MỤC TIÊU HỌC TẬP Bài thực hành, thí nghiệm “Quy định kỹ thuật thực hành hóa hữu cơ” xây dựng nhằm trang bị cho người học số kiến thức lí thuyết kỹ thực hành liên quan đến an toàn sử dụng thiết bị thực hành hóa hữu Sau học xong thực hành, thí nghiệm này, sinh viên có thể: Nắm nội quy, quy định làm việc phòng thí nghiệm Hóa học; Phịng tránh xử lý ban đầu tai nạn hay xảy phòng thí nghiệm; Sử dụng thành thạo dụng cụ trang thiết bị phịng thí nghiệm; Xác định xác số vật lý chất nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng 1.1 Các quy định sinh viên việc chuẩn bị thực thực hành hóa hữu - Đến phịng thí nghiệm - Trước buổi thực hành, thí nghiệm, sinh viên phải đọc kỹ tài liệu, hiểu rõ thí nghiệm trước làm lường trước cố xảy để chủ động phịng tránh - Khi làm thí nghiệm phải mặc áo blouse - Trong làm thí nghiệm, phải nghiêm túc, giữ trật tự Tuân thủ quy tắc an toàn cháy nổ, giữ chỗ làm việc gọn gàng - Mỗi sinh viên phải tuân thủ quy định sau: vị trí làm thí nghiệm, nội dung thí nghiệm giám sát giảng viên phụ trách thực hành - Không ăn uống, hút thuốc, tiếp khách phịng thí nghiệm - Không vứt giấy lọc, chất rắn, acid, kiềm, chất dễ cháy chất dễ bay vào bể nước rửa, phải đổ vào nơi quy định phịng thí nghiệm - Rửa dụng cụ sẽ, tránh làm đổ vỡ Nếu vỡ phải báo cáo với giáo viên hay nhân viên phụ trách phịng thí nghiệm ghi vào nhật ký phịng thí nghiệm - Không tự tiện mang dụng cụ, hóa chất khỏi phịng thí nghiệm, không dùng dụng cụ, máy móc không thuộc phạm vi thí nghiệm dụng cụ, máy móc chưa hiểu tính cách sử dụng - Phải tiết kiệm điện, nước, hóa chất - Làm xong thí nghiệm, phải dọn chỗ làm việc, vệ sinh dụng cụ, thiết bị xếp vị trí điều kiện ban đầu Phải tắt đèn, điện, khóa nước báo cáo để giáo viên phụ trách phịng thí nghiệm kiểm tra Sau xong thí nghiệm, phải báo cáo kết với giảng viên phụ trách, không đạt phải làm lại 1.2 Các quy tắc an toàn lao động 1.2.1 Quy tắc làm việc với chất độc Đa số hợp chất hữu nhiều độc, tiếp xúc với hóa chất phải biết đầy đủ độc tính quy tắc chống độc - Khi làm việc với hóa chất độc phải đeo kính hay mặt nạ bảo hiểm, phải làm tủ hút - Khi làm việc với kim loại Na (sodium), K (potassium) phải đeo kính bảo hiểm; dùng kẹp gắp để lấy kim loại K, Na, khỏi bình, không dùng tay; lau khô kim loại giấy lọc, phải tránh cho kim loại tiếp xúc với nước hay tetrachloride carbon, phải hủy kim loại dư chưa phản ứng hết lượng nhỏ ethanol khan Phải bảo quản Na, K dầu hỏa - Khi làm việc với dung dịch H2SO4 đặc, oleum, NH3 phải rót cẩn thận vào bình qua phễu làm tủ hút Khi pha lỗng dung dịch H2SO4, phải rót cẩn thận từng phần acid vào nước khuấy, không pha loãng oleum - Không chưng cất ethyl ether, tetrahydrofuran (THF) dioxane chưa biết chất lượng chúng Trong tất trường hợp, phải tiến hành khử peroxide trước chưng cất chúng 1.2.2 Quy tắc làm việc với chất dễ cháy, nổ - Khi làm việc với alcohol, ether, benzene, aceton, ethyl acetate, disulfide carbon, ether dầu hỏa chất dễ cháy khác phải để xa lửa, không đun nóng lửa đèn trần hay lưới bình hở Khi đun nóng hay chưng cất, phải dùng bếp cách thủy, cách dầu, cách cát hay bếp điện bọc - Phải tắt nguồn nhiệt gần trước tháo máy có chất dễ cháy - Không giữ chất dễ cháy chỡ nóng, gần bếp điện hay đèn, tủ sấy nóng - Không giữ chất dễ cháy chất lỏng hay rắn dễ tách khí dễ cháy bình mỏng có nút chặt, phải giữ ether lọ nút chặt có mao quản hay ống calcium chloride - Không đổ chất dễ cháy vào thùng rác hay máng nước - Tất hóa chất chỡ làm việc phải đựng lọ có dán nhãn rõ ràng Bảng 1.1 Một số kí hiệu ý nghĩa hóa chất nguy hiểm Kí hiệu Ý nghĩa kí hiệu Chất dễ nổ (E: Explosive) Chất dễ oxy hóa (O: Oxidized) Cách phịng tránh Tránh khuấy, lắc, lửa nhiệt Tránh tiếp xúc với chất dễ bén lửa, tránh xa lửa, ánh sáng Chất độc (T: Toxic, T+: cực Chất gây nguy hiểm đến sức khỏe, tiếp xúc cần độc) phải bảo vệ Chất nguy hại Chất gây nguy hiểm đến sức khỏe, gây kích ứng da mắt, tiếp xúc cần có dụng cụ bảo hộ Chất ăn mòn Tránh tiếp xúc với mắt, da, áo quần, tiếp xúc cần có dung cụ bảo hộ Chất dễ cháy (F, chất dễ cháy Tránh xa lửa, nguồn nóng F+) 1.2.3 Quy tắc làm việc với dụng cụ thủy tinh - Khi đặt dụng cụ thuỷ tinh lên bếp điện phải tăng nhiệt từ từ, tránh bị nứt vỡ - Khi cho nút vào ống thủy tinh, ống sinh hàn, phễu nhỏ giọt hay nhiệt kế cần phải dùng tay giữ gần chỗ cho nút vào, không ấn mạnh mà xoay nhẹ dần vào Nếu dùng nút cao su, phải bôi ống thủy tinh hay nút glycerine, sau cho nút vào xong phải lau glycerol cịn lại bên ngồi - Không đun nóng không đổ dung dịch nóng vào chậu hay bình thủy tinh dày 1.2.4 Quy tắc làm việc với chân không - Khi làm việc với thiết bị chân không, thiết phải đeo kính bảo hiểm dùng mặt nạ màng bảo vệ thủy tinh hữu - Không dùng bình đáy để chưng cất chân không Phải tuân thủ nghiêm ngặt quy tắc chưng cất áp suất thấp hay chân không 1.2.5 Quy tắc làm việc với khí nén - Phải cẩn thận làm việc với khí nén (hydrogen, oxygen, chlorine, methane, acetylene, ammonia, ) vì dễ gây nổ, cháy ngộ độc - Phải để bình khí nén trạng thái đứng chắn tránh đổ vỡ - Phải để bình khí nén cách xa chỡ đun nóng nơi gây tiếng động mạnh, tránh tiếp xúc với ánh sáng mặt trời - Khi di chuyển bình khí, phải dùng xe hay cáng, không vác vai - Tất bình khí phải lắp áp kế van điều chỉnh để kiểm soát lượng khí - Trước làm việc với bình khí nén phải xem màu đặc trưng cho loại khí dùng nhãn cho chắn, đặt bình chỗ ổn định, kiểm tra van áp kế, dây dẫn khí vào máy 1.2.6 Quy tắc làm việc với áp suất cao - Nếu tiến hành phản ứng điều kiện áp suất cao thì dùng nồi hấp kim loại chịu áp suất có đồng hồ theo dõi nhiệt độ áp suất tuân theo quy tắc sử dụng nồi áp suất phịng thí nghiệm - Trước làm việc, cần phải biết áp suất dung môi dùng, đánh giá áp suất mao quản thời gian phản ứng cùng với chất tạo thành 1.2.7 Phương pháp dập tắt đám cháy - Trường hợp chất lỏng bị cháy, phải tắt hết điện, phủ lửa khăn mặt, chăn, cát bình khí CO2 - Nếu chất cháy tan nước (alcohol, acetone, ) thì dập tắt nước Nếu chất cháy không tan nước (ether, benzene, ) thì không dùng nước mà dùng cát hay bình cứu hỏa - Khi quần áo bị cháy, không chạy mà dội nước vào chỗ cháy nằm lăn sàn nhà áp chỗ cháy xuống sàn nhà phủ khăn vào chỗ cháy Khi áo blouse bị cháy thì bỏ - Khi có đám cháy lớn, phải gọi quan phịng cháy chữa cháy 1.3 Những tai nạn thường gặp phương pháp sơ cứu - Khi bị bỏng acid, rửa chỗ bị bỏng nhiều lần nước dung dịch NaHCO3 3% dung dịch NaOH 3% - Khi bị bỏng kiềm đặc, rửa chỗ bị bỏng nhiều lần nước, acetic acid loãng hay dung dịch boric acid 1% - Khi bỏng nhiệt, bôi dung dịch KMnO4 lỗng hay ethanol vào chỡ bỏng, sau bôi glycerine mỡ vaseline vào vết thương - Khi bị bỏng bromine, rửa nhiều lần ethanol hay benzene, dung dịch sodium thiosulfate 10%, sau bôi mỡ vaseline vào chỗ bị bỏng - Khi bị bỏng phenol, rửa nhiều lần glycerine màu da trở lại bình thường, nước, sau băng chỡ bỏng bông tẩm glycerine - Khi rơi chất hữu da, đa số trường hợp rửa nước không có tác dụng, thì rửa dung môi thích hợp (ethanol, benzene, ) Cần rửa nhanh với lượng lớn dung môi vì dung môi dễ làm thâm nhập chất độc hữu qua da nên tránh tạo thành dung dịch đậm đặc chất hữu da - Khi hít phải nhiều chất khí chlorine hay bromine, thì ngửi dung dịch ammonia lỗng hay alcohol chỡ thống - Khi bị uống nhầm hóa chất uống lượng tương đối nhiều nước, bị uống nhầm acid thì uống cốc dung dịch NaHCO3 2% khối lượng, bị uống nhầm kiềm thì uống cốc dung dịch acetic acid 2% khối lượng - Khi bị ngộ độc nặng, đưa chỡ thống, làm hô hấp nhân tạo, gọi y bác sĩ đưa cấp cứu - Khi bị thương thủy tinh, gắp hết mảnh thủy tinh khỏi vết thương, bôi cồn iodine 3%, băng vết thương lại Nếu chảy máu nhiều thì cột garô đưa bệnh viện 1.4 Dụng cụ dùng thực hành hóa hữu 1.4.1 Bình cầu Có nhiều loại bình cầu thủy tinh với nhiều kiểu dáng khác nhau: bình cầu đáy tròn, đáy bằng, bình hình lê, bình cổ ngắn, bình cổ dài, bình có nhánh, bình không nhánh, bình cổ, cổ, cổ, với dung tích khác tùy thuộc vào mục đích sử dụng như: - Bình cầu bình lê cổ đáy tròn; - Bình cầu cổ không có khóa có khóa; - Bình cầu cổ; - Bình Vuyếc hay bình cầu cổ có nhánh Hình 1.1 Các loại bình cầu đáy tròn Bình cầu đáy tròn thường dùng để thực phản ứng nhiệt độ thường đun nóng nhiệt độ sôi, chưng cất áp suất thường áp suất thấp Bình cầu hình lê thường dùng thực với lượng nhỏ Bình cầu đáy thường dùng để đựng chuẩn bị hóa chất hay thực phản ứng có đun nóng nhiệt độ thấp 100oC, tuyệt đối không sử dụng loại bình thực áp suất thấp 1.4.2 Bình hình nón (bình elen, bình tam giác) Bình hình nón dùng làm bình hứng, thực kết tinh, chuẩn bị hóa chất, tiến hành phản ứng hóa học đơn giản, (Hình 1.2) 10.3.6 Phiếu kết quả thí nghiệm Cách tiến hành Hiện tượng Giải thích tượng Nhận xét kết luận Giải thích tượng Nhận xét kết luận Giải thích tượng Nhận xét kết luận Giải thích tượng Nhận xét kết luận 10.3.7 Phiếu kết quả thí nghiệm Cách tiến hành Hiện tượng 10.3.8 Phiếu kết quả thí nghiệm Hiện tượng Cách tiến hành 10.3.9 Phiếu kết quả thí nghiệm Cách tiến hành Hiện tượng 107 10.3.10 Phiếu kết quả thí nghiệm 10 Cách tiến hành Hiện tượng Giải thích tượng Nhận xét kết luận ƠN TẬP Trình bày lưu ý an tồn phịng thí nghiệm làm việc với thí nghiệm hợp chất carbohydrate Trình bày kỹ thường hay sử dụng kỹ thuật thực kỹ cách thí nghiệm định tính hợp chất carbohydrate Vận dụng thí nghiệm định tính để chứng minh fructose ketohexose Viết phương trình phản ứng minh họa Nêu ý nghĩa phản ứng tạo osazone Viết phương trình phản ứng minh họa Phân biệt disaccharide khử không khử phản ứng hóa học nào? Viết phương trình phản ứng Điều chế glucose từ nguyên liệu nào? Viết phương trình phản ứng xảy Giải thích ý nghĩa nhiệt độ nóng chảy hợp chất hóa học trình bày phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy? Tại phenolphthalein lại thay đổi màu sắc môi trường khác Mục đích sử dụng phenolphthalein thí nghiệm định tính gì? Để nhận biết hợp chất phenol sử dụng thí nghiệm định tính nào? Viết phương trình phản ứng minh họa 108 BÀI 11 HỢP CHẤT HỮU CƠ CHỨA NITROGEN MỤC TIÊU HỌC TẬP Bài thực hành thiết kế nhằm trang bị cho sinh viên kỹ triển khai thí nghiệm định tính hợp chất amine, amide dị vịng; kỹ giao tiếp làm việc nhóm hiệu quả; tư phản biện, sáng tạo lực giải vấn đề trình tiến hành thí nghiệm liên quan Sau học xong thực hành, sinh viên có thể: Trình bày giải thích phản ứng hóa học xảy thí nghiệm định tính hợp chất amine, amide hợp chất dị vòng Tiến hành thí nghiệm định tính amine, amide hợp chất dị vịng Quan sát, giải thích báo cáo kết thí nghiệm định tính liên quan đến hợp chất chứa nitrogen 11.1 Cơ sở lý thuyết 11.1.1 Amine Amine dẫn xuất ammoniac, hay nhiều nguyên tử hydrogen thay hay nhiều gốc alkyl aryl 11.1.1.1 Tính base Trong phân tử amine mạch hở amine thơm, nguyên tử nitrogen cặp điện tử p tự nên amine có tính base Mật độ điện tử nguyên tử nitrogen lớn thì tính base mạnh Trong amine mạch hở, gốc alkyl có hiệu ứng +I đẩy điện tử, làm tăng mật độ điện tử ngun tử nitrogen Trong nhóm amine thơm (ví dụ aniline), cặp điện tử p nitrogen tham gia liên hợp với điện tử π nhân thơm (liên hợp p, π) làm cho mật độ điện tử nitrogen giảm, tính base amine thơm thường yếu amin mạch hở [1, 6, 7] R NH2 NH2 Aniline amine thơm đầu dãy, dung dịch nước, aniline tạo muối amoni bậc giải phóng anion hydroxyl Dung dịch aniline nước mang tính base yếu nên không làm chuyển màu giấy quỳ Do đó, nhận biết anion hydroxyl dung dịch FeCl₃ 109 11.1.1.2 Phản ứng nhân thơm [1, 6, 7] Trong phân tử aniline, cặp điện tử p nitơ liên hợp với điện tử π nhân thơm, làm cho mật độ điện tử nhân thơm tăng lên có phân bố không vài vị trí Mật độ điện tử tăng vị trí ortho para nên vị trí dễ tham gia phản ứng điện tử (Sᴇ) Khi cho aniline tác dụng với dung dịch bromoine bão hòa nước nhiệt độ thường, thu tủa trắng 2,4,6-tribomoaniline NH2 NH2 Br Br 3Br2 3HBr Br 11.1.2 Amide [1, 6, 7] Amide dẫn xuất carboxylic acid, nhóm hydroxyl nhóm carboxyl thay nhóm amino O R O R C OH C NH2 Amide mạch hở O Ar O C Ar OH Amide thơm 110 C NH2 Trong nhóm chức amide có liên hợp cặp điện tử p nguyên tử nitrogen với cặp điện tử π nhóm carbonyl nên amide khơng tham gia phản ứng đặc trưng ketone có tính base yếu O C NH2 Amide tham gia phản ứng sau đây: - Amide thể tính acid yếu base yếu qua phản ứng tạo muối với oxyd kim loại nặng với acid vô yếu - Amide dễ bị thủy phân có mặt chất xúc tác base tạo muối tương ứng Ví dụ: O H3C O HOH C O NaOH H3C C H3C NH3 C t NH2 ONH4 ONa - Loại nước tác nhân hút nước mạnh tạo nitrile - Phản ứng thóai phân Hoffman: tác dụng Natri hypochlorite, amide chuyển thành amine bậc (kém amide ban đầu carbon) 11.1.3 Hợp chất dị vòng [6, 7] Dị vịng phân tử đóng vịng bền vững có dị tố đỉnh Thông thường, dị tố oxygen, lưu huỳnh hay nitrogen Có nhiều loại dị vịng 3, 4, 5, 6, 7, cạnh… Dị vòng thường gặp dị vòng 5, cạnh Dị vịng mang nhiều đặc tính hợp chất thơm như: - Có hệ thống điện tử π giống benzene - Tương đối bền với oxygen tố, khó cho phản ứng cộng dễ cho phản ứng điện tử Dị vòng hợp chất quan trọng có nhiều ứng dụng ngành Dược Trong giáo trình này, khảo sát dị vịng cạnh có nitrogen dị vịng ngưng tụ 111 11.1.3.1 Pyridine N Pyridine dị vòng cạnh có dị tố nitrogen có hóa tính đặc biệt cấu tạo gây Pyridine có cấu tạo vịng phẳng với điện tử π tương tự hệ vịng thơm nên có tính thơm Dị tố N điểm có độ âm điện cao làm phân cực hóa hệ thống thơm, hóa tính dị tố không mà bị giảm, pyridine có tính base yếu Pyridine mang hai tính hóa học đặc trưng là: - Tính chất dị tố: tính base yếu Tính chất nhân thơm: Pyridine thường bền vững với oxygen tố 11.1.3.2 Nhóm Purine Tạo thành cách ngưng tụ dị vòng pyrimidine imidazole - Purine giống pyrimidine imidazole có tính thơm - Giống pyrimidine, purine thể tính hỡ biến dạng ketone- enol Việc nghiên cứu tính hỗ biến nhân purine ứng dụng y học Ví dụ: acid uric tích lũy thể người nguyên nhân gây bệnh Gout (hay gút) Muốn chữa bệnh người ta tìm cách hịa tan acid uric Các hợp chất có chứa nhân purine acid uric, caffeine, theobromoine cho phản ứng Murexide Các hợp chất có nhân purine đem đun cách thủy với nitric acid đặc H₂O₂ cắn màu vàng nâu, thêm dung dịch ammoniac xuất màu đỏ tươi tạo thành murexide (muối ammonium acid purpuric) Murexide (màu đỏ) 112 11.2 Triển khai thực hành 11.2.1 Thí nghiệm 1: Tính chất base của amine mạch hở 11.2.1.1 Hóa chất dụng cụ Hóa chất dụng cụ thí nghiệm thể Bảng 11.1 Bảng 11.1 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Hóa chất Dụng cụ - Methylamine; - Giấy quỳ tím; - Ống nghiệm; - Dung dịch phenolphthalein; - Kẹp gỗ; - Dung dịch FeCl₃ 1%; - Pipette; - Dung dịch CuSO4 0,2N - Đũa thuỷ tinh - Nước cất 11.2.1.2 Cách tiến hành a Phản ứng với phenolphthalein - Lấy pipette 0,1 mL dung dịch methylamine vào ống nghiệm - Thêm tiếp ống nhỏ giọt, giọt dung dịch phenolphthalein - Quan sát thay đổi màu dung dịch b Phản ứng với quỳ tím - Lấy ống nhỏ giọt, giọt dung dịch methylamine nhỏ lên giấy quỳ tím chuẩn bị sẵn - Quan sát thay đổi màu quỳ tím c Phản ứng với dung dịch CuSO4 - Lấy pipette 0,1 mL dung dịch methylamine vào ống nghiệm - Lấy pipette 0,1 mL dung dịch CuSO4 0,2N cho tiếp vào ống nghiệm - Quan sát màu sắc kết tủa tạo thành ống nghiệm - Lấy ống nhỏ giọt dung dịch methylamine nhỏ vào ống nghiệm kết tủa tan hoàn toàn - Quan sát màu dung dịch tạo thành d Phản ứng với FeCl3 - Lấy pipette 0,1 mL dung dịch methylamine cho vào ống nghiệm; - Lấy pipette 0,1 mL dung dịch FeCl3 1% cho vào ống nghiệm trên; - Quan sát tượng xảy ống nghiệm 11.2.2 Thí nghiệm 2: Tính chất base của aniline 11.2.2.1 Hóa chất dụng cụ Hóa chất dụng cụ thí nghiệm thể Bảng 11.2 113 Bảng 11.2 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Hóa chất Dụng cụ - Aniline; - Ống nghiệm; - Giấy quỳ tím; - Kẹp gỗ; - Dung dịch FeCl₃ 1%; - Pipette; - Nước cất - Đũa thuỷ tinh 11.2.2.2 Cách tiến hành - Cho vào ống nghiệm nhỏ giọt aniline, thêm mL nước cất Lắc Dùng đũa thủy tinh chấm dung dịch lên miếng giấy quỳ đỏ Nhận xét tượng xảy - Thêm vài giọt dung dịch FeCl₃ 1% vào ống nghiệm trên, lắc Quan sát tượng xảy 11.2.3 Thí nghiệm 3: Phản ứng halogen hóa nhân thơm 11.2.3.1 Hóa chất dụng cụ Hóa chất dụng cụ thí nghiệm thể Bảng 11.3 Bảng 11.3 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Hóa chất Dụng cụ - Ống nghiệm; - Aniline; - Kẹp gỗ; - Dung dịch bromoine bão hòa/H2O; - Pipette; - Nước cất - Đũa thuỷ tinh 11.2.3.2 Cách tiến hành - Cho vào ống nghiệm nhỏ giọt aniline, thêm mL nước cất Lắc Quan sát - Thêm vài giọt dung dịch bromoine bão hòa nước Lắc lên quan sát tượng xảy 11.2.4 Thí nghiệm 4: Phản ứng thủy phân acetamide 11.2.4.1 Hóa chất dụng cụ Hóa chất dụng cụ thí nghiệm thể Bảng 11.4 Bảng 11.4 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Hóa chất Dụng cụ - Ống nghiệm; - Kẹp gỗ; - Giấy lọc - Pipette; - Đèn cồn - Acetamide - Dung dịch NaOH 10%; - Giấy quỳ tím 114 11.2.4.2 Cách tiến hành Cho vào ống nghiệm 0,05g acetamide 2mL dung dịch NaOH 10% Lắc đều, để yên vài phút, ngửi mùi Sau đậy ống nghiệm miếng giấy lọc có đính mảnh giấy quỳ đỏ tẩm ướt nước cất Đun sôi nhẹ ống nghiệm đèn cồn Quan sát tượng xảy 11.2.5 Thí nghiệm 5: Tính base của dị vòng Pyridine 11.2.5.1 Hóa chất dụng cụ Hóa chất dụng cụ thí nghiệm thể Bảng 11.5 Bảng 11.5 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Hóa chất Dụng cụ - Pyridine - Ống nghiệm; - Giấy quỳ tím; - Kẹp gỡ; - Dung dịch FeCl₃ 1% - Đũa thuỷ tinh 11.2.5.2 Cách tiến hành - Cho mL nước cất vào ống nghiệm sau nhỏ giọt pyridine, lắc đều, dùng đũa thủy tinh chấm dung dịch lên giấy quỳ đỏ Quan sát tượng - Tiếp tục cho vào ống nghiệm giọt dung dịch FeCl₃ 1% Lắc Quan sát tượng xảy 11.2.6 Thí nghiệm 6: Phản ứng tạo pyridine picrate 11.2.6.1 Hóa chất dụng cụ Hóa chất dụng cụ thí nghiệm thể Bảng 11.6 Bảng 11.6 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Hóa chất Dụng cụ - Ống nghiệm; - Pyridine; - Kẹp gỗ; - Dung dịch acid picric bão hòa/H2O - Pipette 11.2.6.2 Cách tiến hành Cho mL nước cất vào ống nghiệm nhỏ tiếp giọt pyridine Sau thêm mL dung dịch acid picric bão hòa nước Lắc kỹ Quan sát tượng xảy 11.2.7 Thí nghiệm 7: Phản ứng murexide 11.2.7.1 Hóa chất dụng cụ Hóa chất dụng cụ thí nghiệm thể Bảng 11.7 115 Bảng 11.7 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Hóa chất Dụng cụ - Ống nghiệm; - Acid uric, caffeine, theobromoine; - Kẹp gỗ; - Dung dịch HCl 10%; - Đũa thủy tinh; - H₂O₂ đặc; - Bếp cách thủy; - Dung dịch ammonia - Pipette 11.2.7.2 Cách tiến hành Cho 0,02g acid uric (caffeine, theobromoine) vào chén sứ, thêm 10 giọt HCl 10% vài giọt H₂O₂ đặc Hơ nhẹ đèn cồn đến cạn Để nguội Thêm vài giọt dung dịch ammonia đặc Quan sát tượng xảy 11.3 Kết thực hành Các kết quả, tượng ghi nhận trình triển khai thực hành giải thích kết quả, tượng thí nghiệm phải ghi chép đầy đủ vào phiếu kết có mẫu đây Phiếu kết quả thí nghiệm 1,2,3,4,5,6 Hiện tượng Giải thích tượng Nhận xét kết luận Cách tiến hành ƠN TẬP Trình bày lưu ý an tồn phịng thí nghiệm làm việc với thí nghiệm hợp chất chứa Nitrogen Trình bày kỹ thường hay sử dụng kỹ thuật thực kỹ cách thí nghiệm định tính hợp chất nitrogen Vận dụng thí nghiệm định tính để nhận biết nhóm OH⁻ dung dịch Aniline Pyridine nước Giải thích phản ứng bromoine hóa aniline xảy dễ dàng nhiệt độ phịng thí nghiệm Hãy giải thích vì Pyridine có tính acid tính thơm? Viết phương trình phản ứng minh hoạ Để nhận biết hợp chất dị vịng có nhân purine sử dụng thí nghiệm định tính nào? Viết phương trình phản ứng minh họa 116 BÀI 12 NHẬN BIẾT CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ MỤC TIÊU HỌC TẬP Bài thực hành thiết kế nhằm trang bị cho sinh viên kỹ triển khai thí nghiệm định tính phân biệt hợp chất hữu cơ; kỹ giao tiếp làm việc nhóm hiệu quả; tư phản biện, sáng tạo lực giải vấn đề q trình tiến hành thí nghiệm liên quan Sau học xong thực hành, sinh viên có thể: Nêu phản ứng định tính hóa chất hữu cơ (liên kết C=C, alcohol, phenol, aldehyde, ceton, carboxylic acid, amine, amide, dị vòng, carbohydrate) Làm thí nghiệm để nhận biết, phân biệt số chất hữu điển hình thuộc loại hóa chất khác Giải thích viết phương trình phản ứng xảy 12.1 Cơ sở lý thuyết Các phản ứng định tính hóa chất hữu cơ trình bày lý thuyết thực hành 11 thực tập trước đây Ở thực tập sinh viên ôn tập cách hệ thống phản ứng định tính học vận dụng thực nghiệm để nhận biết, phân biệt số chất hữu điển hình thuộc loại hóa chất khác Có thể nêu tóm tắt phản ứng định tính hóa chất hữu cơ học sau: 12.1.1 Các phản ứng định tính các liên kết C=C ; -C=CPhản ứng cộng hợp bromoide (làm màu nước bromoide) Phản ứng oxy hóa với KMnO₄ (làm màu dung dịch KMnO₄ loãng) 12.1.2 Các phản ứng định tính alcol Phản ứng với Na tạo alcoholate hydro; alcoholate dễ phân hủy tạo alcohol ban đầu NaOH (nhận biết phenolphthalein) Phản ứng este hóa với carboxylic acid (thường dùng acetic acid) để tạo este có mùi thơm Có thể nhận biết ethylic alcohol phản ứng tạo iodoform CHI₃ (cho ethylic alcohol tác dụng với iod môi trường kiềm) Phản ứng phân biệt monoalcohol polyalcohol: Khi cho tác dụng với đồng hydroxyde, riêng polyalcohol có phản ứng, hịa tan Cu(OH)₂ để tạo dung dịch phức chất màu xanh đậm 12.1.3 Các phản ứng định tính các phenol Phản ứng với FeCl₃: phenol tác dụng với dung dịch FeCl₃ nước cho màu khác nhau, đặc trưng mỡi loại phenol 117 Phản ứng nitroso hóa phenol (phản ứng Liebermann) phản ứng màu, dùng để nhận biết phenol có nguyên tử H vị trí ortho para nhóm – OH phenol Phản ứng ngưng tụ phenol với aldehyd formic môi trường acid sulfuric đặc (phản ứng Marquis) tạo thành sản phẩm ngưng tụ có màu đỏ Phản ứng dung dịch phenol nước với nước bromoide tạo sản phẩm khác Ví dụ: phenol tác dụng với nước bromoide tạo 2, 4, – tri-bromoidephenol chất kết tinh màu trắng 12.1.4 Các phản ứng định tính aldehyde và aceton Có thể nhận biết aldehyde phản ứng sau đây: Phản ứng aldehyd với thuốc thử Schiff (fucxino sulfuro acid) cho màu tím hồng Phản ứng aldehyde với thuốc thử Tollens (AgNO₃/NH₄OH) tạo lớp gương (tráng bạc) bám vào thành ống nghiệm (phản ứng tráng gương) Phản ứng aldehyde với Cu(OH)₂ tạo kết tủa đỏ Cu₂O Có thể nhận biết ceton phản ứng: Với hydroxylamin (H₂N – OH) tạo cetoxim kết tủa Với sodium bisulfite (NaHSO₃) tạo hợp chất bisulfite kết tinh Với hợp chất hydrazin (Ar – NH - NH₂) tạo hợp chất hydrazon tương ứng có điểm nóng chảy xác định 12.1.5 Các phản ứng định tính carboxylic acid Có thể làm thí nghiệm sau đây để nhận biết nhóm chức carboxyl (-COOH): Làm chuyển màu giấy quỳ xanh sang đỏ Phản ứng với Na₂CO₃ giải phóng CO₂ Nhận biết diacid phản ứng nhiệt phân tạo CO₂ Nhận biết acid formic (HCOOH) phản ứng oxy hóa với KMnO₄ tạo CO₂ Phản ứng dùng để phân biệt acid formic với carboxylic acid khác 12.1.6 Các phản ứng định tính hợp chất chứa nitrogen (amine – amide – dị vòng) Các hợp chất chứa nitơ có cấu trúc đa dạng Ở đây, nêu lại vài phản ứng định tính hợp chất thuộc loại chất amine, amide, dị vòng học Amine: Có thể nhận biết tính base cách thử sau: Dung dịch amin nước thử với giấy quỳ đỏ, chuyển thành xanh amine có tính base mạnh (amine mạch hở) Các amin có tính base yếu (amin thơm) thì dung dịch nước không chuyển màu giấy quỳ đỏ, có tác dụng với FeCl₃ thì tạo tủa nâu Fe(OH)₃ Các amine thơm (ví dụ aniline) cho phản ứng điện tử vào nhân thơm phản ứng bromo tạo dẫn chất kết tủa dễ nhận biết Amide: nhận biết phản ứng thủy phân môi trường kiềm tạo amin ammonia (đối với amide không thế) dễ nhận biết Dị vịng có cấu trúc đa dạng, từng loại dị vịng có phản ứng định tính riêng 118 Chất dị vịng học pyridin nhận biết cách thử tính base phản ứng tạo pyridine picrate Các dị vịng có chứa nhân purin (uric acid, cafein, theophylline) định tính phản ứng Murexit: oxy hóa H₂O₂ cho tác dụng với ammonia, xuất màu đỏ tía 12.1.7 Các phản ứng định tính carbohydrate Có thể nhận biết chất monosaccharide disaccharide khử phản ứng sau đây: Phản ứng với thuốc thử Fehling tạo tủa Cu₂O màu đỏ gạch Phản ứng với phenylhydrazine tạo osazon, có hình dạng tinh thể khác soi kính hiển vi, phân biệt Phản ứng với thuốc thử Selivanov (resorcinol/HCl đặc) dùng phân biệt aldose cetose Chỉ riêng cetose cho phản ứng dương tính xuất màu đỏ anh đào 12.2 Hóa chất dụng cụ 12.2.1 Hóa chất - Dung dịch bromoo/nước - Dung dịch KMnO₄ 1% - Dung dịch CuSO₄ 10% - Dung dịch NaOH 10% - Dung dịch FeCl₃ 1% - Dung dịch natri acetat 1% - Dung dịch phenylhydrazine 1% - Dung dịch sodium bisulfite bão hòa - Nước vôi - Sulfuric acid đặc - Acetic acid đặc - Hydroxylamin hydrochloride - sodium carbonat - Giấy quỳ xanh, đỏ - Thuốc thử Schiff - Thuốc thử Tollens - Thuốc thử Xeelivanốp - Thuốc thử FehlingA, B 12.2.2 Dụng cụ - Ống nghiệm (nhỏ to) - Ống dẫn khí - Cốc thủy tinh - Đèn cồn - Kính hiển vi, lam kính 119 12.3 Thực hành Rút phiếu câu hỏi Làm bài, nộp cho giáo viên hướng dẫn (không xem tài liệu thực tập, thực tập) Làm thực nghiệm (được xem tài liệu thực tập) Viết báo cáo kết thực nghiệm Nộp cho giáo viên hướng dẫn Lưu ý: Các câu hỏi thuộc dạng xác định nêu tên mẫu chất nhãn Nếu hồn tồn không có thông tin gì thì địi hỏi phải phân tích hệ thống, cần nhiều thời gian để làm Trong thực hành này, câu hỏi đơn giản thuộc dạng nhận biết, phân biệt vài chất biết tên dung dịch nhãn Ví dụ: Câu hỏi: Trình bày cách nhận biết chất sau đây mẫu dung dịch nhãn thực nghiệm hóa học Viết phương trình phản ứng (nếu có) Ethanol, phenol, glycerol Acetic acid, acid formic, glycerol Fructose, glucose, alcol ethylic Glucose, fructose, lactose 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Ngô Thị Thuận (Chủ biên) (2001), Thực tập hóa học hữu cơ, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Lê Tuấn, Hoàng Nữ Thùy Liên, Nguyễn Thị Việt Nga (2009), Giáo trình thực hành hóa hữu cơ, Trường Đại học Quy Nhơn Phan Thanh Sơn Nam, Trần Thị Việt Hoa (2011), Giáo trình hóa hữu cơ, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Võ Thị Ngà, Hồng Minh Hảo, Hồ Phương (2020), Giáo trình thí nghiệm Hóa hữu cơ, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Tiếng Anh Joaquín Isac−García, José A Dobado, Francisco G Calvo−Flores, Henar Martínez−García (2016), Experimental Organic Chemistry Laboratory Manual, Elsevier Inc John C Gilbert, Stephen F Martin (2011), Experimental Organic Chemistry, Brooks/Cole B Haynes (1966), Qualitative Organic Analysis, St Martin’s Press Inc W J Criddle, G P Ellis (1967), Qualitative Organic Chemical Analysis, Butterworth & Co (Publishers) Ltd P A Claret (1961), Qualitative Organic Analysis, Sir Isaac Pitman & Sons, Ltd 10 I M Kolthoff, E A Pearson (), Stability of potassium ferrocyanide solutions, Ind Eng Chem Anal Ed 1931, (4), 381–382 11 I P Rhodes, A review of techniques in the lassaigne sodium-fusion, Journol of Chemical Education 1969, 46 (9), 606–607 12 John McMurry (2008), Organic Chemistry, Thomson Learning, 7th edition, Belmont, United States of America 121