KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM HÓA HỮU CƠ

Trang 1 KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM HÓA HỮU CƠ I. AN TOÀN TRONG THÍ NGHIỆM 1. SỬ DỤNG HÓA CHẤT: Biết sử dụng đúng các hóa chất hữu cơ, các dụng cụ thủy tinh không những mang lại hiệu quả kinh tế mà quan trọng hơn hết là tránh được các biến cố nguy hiểm xảy ra. Để hạn chế và tránh được các biến cố có thể xảy ra trong phòng thí nghiệm cần lưu ý một số điểm sau đây: - Các chất, các dung môi dể cháy không được để gần lửa, không đun bằng ngọn lửa trần không có lưới Amiăng. - Các chất các dung môi có độc tính khi pha chế và sử dụng đều tiến hành trong tủ hút. - Khi sử dụng các acid đặc, natri kim loại, brom, hợp chất Xianua,… phải rất cẩn thận. ( Khi pha chế acid Sunfuric không được đổ nước vào acid đặc, Natri kim loại không được để gần nước, nó phải được bảo quản trong benzen). - Không được ngửi trực tiếp các chất dễ cháy, dễ bay hơi khi chưa biết chất đó là chất gì, không được cúi mặt sát để nhìn khi đun các chất hoặc khuấy trộn các chất. - Nếu bị acid đặc H 2 SO 4 , HNO 3 rơi trên da lập tức rửa nhiều và kỹ bằng nước, sau đó rửa bằng dung dịch loãng 3% NaHNO 3 , và cuối cùng bằng nước. - Nếu bị bazo cũng rửa lập tức bằng nhiều nước sau đó với acid acetic 1% và cuối cùng rửa bằng nước. - Nếu bị hóa chất, acid rơi vào mặt lập tức rửa nhiều lần bằng nước. trường hợp nặng phải cấp cứu đi bệnh viện. 2. SỬ DỤNG CÁC DỤNG CỤ THỦY TINH Thủy tinh rất dễ vỡ cho nên khi sử dụng phải lưu ý các trường hợp sau: - Khi cho ống thủy tinh qua nút phải cẩn thận, rất dễ gãy… - Khi dùng đũa thủy tinh để khuấy chất rắn, đũa dễ bị gãy có thể gây thương tích. - Không được cho nước nóng, nước đang sôi vào dụng cụ thủy tinh đang lạnh ở nhiệt độ thường, rất dễ vỡ. - Khi đun các dụng cụ thủy tinh ở nhiệt độ cao cần gia nhiệt từ lạnh đến nóng. - Không được dùng các dụng cụ thủy tinh đáy bằng như erlen tạo chân không rất dễ vỡ. Chỉ sử dụng các dụng cụ thủy tinh riêng được dùng cho chân không. - Không được rửa dụng cụ thủy tinh, nhất là nhiệt kế đang nóng bằng nước lạnh, để nguội mới được rửa. Trang 2 - Nếu bị đứt tay bằng thủy tinh, thường để máu chảy vài giây để lôi cuốn chất bẩn ra. Sau đó dùng cồn 90 o sát trùng rồi băng lại…Trường hợp nặng phải đi bệnh viện. II. CAC DỤNG CỤ THỦY TINH CƠ BẢN PHÒNG THÍ NGHIỆM ADG Trang 3 1. CỐC(LY), BÌNH TAM GIÁC (Hình 1) 2. BÌNH CẦU VÀ BÌNH CHƯNG CẤT ( Hình 2) Bình cầu và bình chưng cất có nhiều kiểu khác nhau. Có loại nút nhám và loại không nút nhám. Trên đây giới thiệu một số thông dụng( hình 2). Trang 4 Hình 3: Co nối các loại Trang 5 Hình 4: Các loại ống sinh hàn III. CÁC PHƯƠNG PHÁP TINH CHẾ HỢP CHẤT HỮU CƠ Tinh chế các hợp chất hữu cơ là một khâu không thể thiếu được trong quá trình tổng hợp hữu cơ. Có nhiều phương pháp tinh chế. Sau đây chỉ trình bày một số phương pháp đơn giản và thông dụng được sử dụng nhiều trong các phòng thí nghiệm và trong công nghiệp. 1. Kết tinh: Kết tinh là phương pháp thông dụng để tách các chất rắn ra khỏi hỗn hợp của chúng. Có thể kết tinh từ dung dịch bão hòa và từ trạng thái nóng chảy. Phương pháp kết tinh đơn giản nhất là phương pháp kết tinh từ dung dịch bão hòa. Hòa tan chất rắn cần kết tinh trong dung môi thích hợp ở nhiệt độ sôi (thường là nhiệt độ sôi của dung môi) với một lượng chất hòa tan xác định, lúc đầu cho lượng dung môi vừa phải. Đun sôi sau đó tiếp tục bổ sung thêm dung môi cho đến khi chất rắn tan hoàn toàn ( ở nhiệt độ sôi). Chú ý dung môi chỉ đủ hòa tan hết, không được thừa. Trang 6 Nếu quá trình hòa tan như trên xuất hiện lớp dầu cần thêm dung môi tiếp và đun cho tan hết lớp dầu. Nếu dung dịch hòa tan có màu thì cần thêm than hoạt tính ( với lượng bằng 1 – 2% hàm lượng chất hòa tan) vào dung dịch và đun sôi lại dung dịch. Sau khi hòa tan xong cần phải lọc nóng ngay để loại các chất bẩn không tan, ta có dung dịch trong suốt. Giai đoạn lọc nóng phải thao tác nhanh, tránh chất rắn kết tinh trong khi lọc. Dung dịch sau khi lọc để nguội từ từ sẽ kết tinh. Có trường hợp quá trình kết tinh như vậy lặp đi lặp lại hai, ba lần mới đạt được độ tinh khiết cao. Trường hợp để dung dịch nguội không kết tinh cần cho thêm vào dung dịch vài hạt nhỏ tinh thể tinh khiết của chính chất kết tinh hoặc dùng đũa thủy tinh cọ vào thành bình… dung dịch sẽ kết tủa. Dung dịch quá loãng cũng khó kết tinh hoặc kết tinh không hết. Trong trường hợp này cần phải cô dung dịch đặc lại cho đúng dung dịch bão hòa. Các tinh thể kết tinh đem lọc, làm khô và xác định nhiệt độ nóng chảy. Điều quan trọng là phải biết chọn và thử dung môi hòa tan. Các chất phân cực dễ tan trong dung môi phân cực. Các chất không phân cực dễ tan trong dung môi không phân cực. Các dung môi phân cực thường dùng: Nước, ancol, ete, este, acid acetic, acid Focmit. Các dung môi không phân cực: Benzen, hexan, xyclohexan, cacbontetraclorua, cacbon dissunfua… Nếu không chọn được một dung môi thích hợp để hòa tan, thì phải dùng hỗn hợp dung môi. Hỗn hợp dung môi có thể dùng: Nước – etanol, Axeton – nước, acid acetic – nước, clrofoem – ete dầu hỏa,… Hỗn hợp dung môi có thể hai hoặc ba nhưng phải hòa tan lẫn nhau tốt. Các dung môi được chọn phải thỏa mãn một số tính chất sau: - Phải tan tốt chất hòa tan ở nhiệt độ cao và rất ít tan ở nhiệt độ thường và lạnh. Trang 7 - Không phản ứng hóa học với chất tan. - Các tạp chất không tan với dung môi chọn ở nhiệt độ cao. Hoặc hòa tan tốt ở nhiệt độ thường và lạnh. - Dung môi chọn phải dễ dàng bay hơi khỏi bề mặt tinh thể. - Nhiệt độ sôi của dung môi phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của chất rắn khoảng 10 – 15 0 C. 2. Chưng cất ( thường, phân đoạn, lôi cuốn hơi nước) Chưng cất là phương pháp quan trọng và rất thông dụng dễ tách và làm sạch các chất hữu cơ ở nhiệt độ thường tồn tại trạng thái lỏng. Có thể chưng cất các chất ở áp suất thường và dưới áp suất thấp( chưng trong chân không). Các chất có nhiệt độ sôi dưới 150 0 C, bền với nhiệt độ, không bị phân hủy ở nhiệt độ sôi. Thường được chưng cất thường, các chất có nhiệt độ sôi cao hơn 150 0 C hoặc kém bền với nhiệt độ nhiệt độ, kém bền với chất Oxy hóa… thường được chưng cất dưới áp suất thấp. Chưng cất là quá trình dùng nhiệt độ cho chất đó bay hơi (sôi) ở áp suất thường hoặc áp suất thấp. Hơi của chất lỏng được bay qua hệ thống sinh hàn - ống sinh hàn ( thiết bị làm lạnh) ngưng tụ lại thành chất lỏng tinh khiết. Các chất có nhiệt độ sôi dưới 180 0 C hơi được làm ngưng tụ trong ống sinh hàn bằng nước lạnh, các chất có nhiệt độ sôi cao hơn 180 o C hơi được ngưng tụ bằng sinh hàn không khí, cao hơn 200 o C không cần Sinh hàn. Trong trường hợp các chất có nhiệt độ sôi khác nhau nhiều(50 o C) hoặc chỉ có một chất bay hơi các chất khác không bay hơi. Chỉ cần chưng cất 1 lần với tốc độ 1- 2 giọt trong một giây sẽ đạt được độ tinh khiết cao. Các chất có nhiệt độ sôi gần nhau. Không thể chưng cất thường tách chúng ra riêng được, phải chưng cất phân đoạn. Chưng cất phân đoạn phải sử dụng các cột cất đặc biệt như cột chưng Hempen, cột chưng Vigrơ, cột chưng có đĩa chưng… Trang 8 Chưng cất phân đoạn là dựa vào sự khác nhau về thành phần hơi và thành phần ở thể lỏng của các cấu tử. Đây là một sự tổ hợp liên tiếp những quá trình bay hơi và ngưng tụ trong cột chưng phân đoạn, cuối cùng hướng hơi giàu cấu tử có nhiệt độ sôi thấp, tướng lỏng sẽ còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao hơn. Bằng cách chưng cất phân đoạn lặp đi lặp lại nhiều lần có thể tách các cấu tử lỏng ra riêng biệt ở dạng tinh khiết. Trường hợp tạo thành hỗn hợp đẳng phí, không thể tách ra riêng các cấu tử bằng phương pháp chưng cất thường được. Hiện tượng đẳng phí là do sự tác dụng tương hỗ phức tạp giữa các phân tử các chất lỏng với nhau, có thể là do lực Solvat hóa, liên kết đime, trime, liên kết hidro… Hỗn hợp đẳng phí có thể có hai hoặc ba cấu tử. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đẳng phí có thể thấp hơn hoặc cao hơn nhiệt độ sôi của từng cấu tử trong hỗn hợp. Ví dụ một số hỗn hợp đẳng phí thường gặp: - Nước sôi 100 o C + rượu etylic sôi ở 78,3 o C = nhiệt độ sôi của hỗn hợp là 78,15. Hàm lượng của nước trong hỗn hợp tính theo phần trên là 4,4%. - Rượu etylic 78,3 + benzen 80,2 o C, hỗn hợp sôi ở 64,5 o C. Hàm lượng etylic trong hỗn hợp 32,4%. - Aceton 56,4 o C + Clorofom 61,2 o C, hỗn hợp sôi 64,5 o C, hàm lượng Clorofom chiếm 79,5%. - CHCl 3 62,2 o C + Metylaxetat 57 o C, hỗn hợp sôi 64,8 o C. Hàm lượng Metylaxetat 23% có thể dùng phương pháp chưng cất phân đoạn dưới áp suất thấp, phương pháp làm lạnh tạo băng để tách các cấu tử ở hỗn hợp đẳng phí ra riêng được. Hoặc có thể dùng phương pháp hóa học cho các chất hóa học chỉ tác dụng một trong các chất trong hỗn hợp để tách ra… - Hỗn hợp đẳng phí cũng có ý nghĩa để tách và làm sạch các chất khác nhau. Như để tách nước ra khỏi hỗn hợp, để tạo ra dung môi tuyệt đối… Trang 9 - Đối với các chất hữu cơ ít tan trong nước, không phản ứng với nước, có áp suất hơi lớn ở nhiệt độ sôi của nước thường dùng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước để tinh chế. - Các chất được tách ra khỏi hỗn hợp của nó có thể bằng cách đun trực tiếp hỗn hợp đó với nước, nước bay hơi sẽ lôi cuốn nó theo. Và được làm lạnh ngưng tụ lại. Hoặc tốt hơn là dẫn hơi nước vào hỗn hợp đó, hơi sẽ lôi cuốn chất ra, qua hệ thống làm lạnh ngưng tụ lại. - Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước tốt nhất áp dụng cho các chất có nhiệt độ sôi cao hơn 100 o C, dùng để làm sạch các hợp chất hữu cơ khi nó có một phần bị hóa nhựa. 3. Chiết: Chiết là quá trình chuyển một chất ở dạng hòa tan hay dạng huyền phù sang một tướng lỏng khác. Sự phân bố một chất hòa tan giữa 2 tướng lỏng không tan vào nhau ( hoặc ít tan) tuân theo định luật phân bố của Nest, theo định luật này ở nhiệt độ xác định tỷ lệ nồng độ của chất hòa tan trong hai tướng lỏng A và B không hòa tan vào nhau ở trạng thái cân bằng là một hằng số phân bố, ký hiệu là K CB CA K = Muốn chiết một chất ra khỏi một chất khác ta phải chọn dung môi chiết có độ hòa tan nhiều hơn chất kia ( K>>1). Nếu hệ số phân bố nhỏ hơn 100 phải chiết nhiều lần. - Có một lượng dung môi xác định dùng để chiết không nên chiết một lần với số dung môi đó, mà phải chia ra nhiều lần để chiết có hiệu quả hơn. - Dung môi dùng để chiết: dietylete, benzen, ete dầu hỏa, este clorofom, cacbon tetre clorua… - Các dung môi dùng để chiết ngoài tính không tan trong dung dịch và hòa tan nhiều chất cần thiết ra như trên đã nói, nó còn phải có nhiệt độ sôi càng thấp càng tốt. Trang 10 - Trong phòng thí nghiệm thường dùng các dụng cụ chiết như các phễu chiết, thiết bị chiết. - Phương pháp chiết đơn giản là dùng phễu chiết: Cho dung dịch chất tan và dung môi chiết vào phễu chiết ( tổng thể tích không quá ¾ thể tích phễu) lắc khoãng 5 – 15 phút. Sau đó để yên cho cân bằng rồi chiết ra. - Trường hợp sau khi lắc dung dịch tạo thành nhũ tương, không phân lớp ra được. Để phá dung dịch nhũ tương thường cho thêm ít muối ăn tinh khiết để làm thay đổi tỷ trọng cân bằng thiết lập nhanh hơn ( phân lớp nhanh hơn) hoặc cho vào dung dịch vài giọt rượu ( hoặc axeton) làm giảm sức căng bề mặt phân lớp sẽ nhanh hơn. - Trường hợp chất tan hòa tan tốt trong nước hơn trong dung dịch một hữu cơ chiết bằng phương pháp trên không cho kết quả tốt, phải dùng phương pháp chiết liên tục. - Chiết một chất rắn ra khỏi hỗn hợp các chất rắn khác người ta thường sử dụng chiết Soclet. IV. ĐUN NÓNG, LÀM LẠNH, LÀM KHÔ 1. ĐUN NÓNG: Các phản ứng hóa học thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bình thường. cần phải gia nhiệt. Trong phạm vi phòng thí nghiệm để gia nhiệt cho phản ứng người ta thường dùng bếp điện. Đun các chất dễ bay hơi, dễ cháy tốt nhất đun bằng hơi nước, đun cách thủy, bếp đun phải kín. Các chất có nhiệt độ sôi trên 100 o C, các phản ứng thực hiện ở nhiệt độ trên 100 o C có thểh đun trực tiếp bằng điện hoặc gas. Có lưới amiang đặt dưới dụng cụ đun. Hoặc đun gián tiếp cách dầu… Người ta dùng glyxerin, dầu khoáng, paraphin, cát… làm chất tấm để đun. Dùng glyxerin có thể đun đến 200 o C, paraphin đến 220 o C, đun nhiệt độ cao hơn 300 o C tốt nhất đun cách cát… [...]... trình khử 3 Nêu các ứng dụng của sản phẩm ở bài thí nghiệm này Trang 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hóa học hữu cơ – Trần Văn Thạnh, Bộ mơn hữu cơ – Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM [2] Kỹ thuật thực hành tổng hợp hữu cơ – Bộ mơn hữu cơ trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM [3] Sổ tay dung mơi hữu cơ – Lê Ngọc Thạnh, XNBGD [4] Hóa học hữu cơ hiện đại – NXB Khoa học và kỹ thuật Trang 36 ... CHUẨN BỊ: 1 Mục đích thí nghiệm và cơ chế phản ứng 2 Tác nhân sinh hàn trong thí nghiệm 3 Vì sao nhiệt độ phải nằm trong khoảng 180 – 190oC 4 Tại sao phải kết tinh sản phẩm trong đá lạnh? Trang 19 BÀI 2: PHẢN ỨNG ESTER HĨA – TỔNG HỢP ACETATETYL MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Ester là dung mơi hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm, dược,… cũng như các ngành cơng nghiệp khác Do đó, mục đích thí nghiệm nhằm giúp... trong thí nghiệm 2 Rửa bằng CaCl2 50% để làm gì? 3 Cơ chế phản ứng thí nghiệm 4 Nêu vài ứng dụng của ethyl ether 5 Tại sao phải bổ sung rượu từng giọt vào hỗn hợp phản ứng sao cho tốc độ bổ sung bằng tốc độ eter cất ra? Trang 28 Bài 6: PHẢN ỨNG NITRO HĨA – TỔNG HỢP NITROBENZEN I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Nitro hóa là phản ứng thế ngun tử hydro hoặc ngun tử halogen,… bằng nhóm nitro( - NO2) Mục đích thí nghiệm. .. HYDROCACBON NO, CHƯA NO I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Đun nóng muối của các acid cacboxilic với vơi tơi – xút là phương pháp chung để điều chế hydrocacbon no trong phòng thí nghiệm Phản ứng điều chế CH4 xãy ra như sau: to CH3COONa + NaOH → CH4↓ + Na 2CO3 Thí nghiệm 1: Điều chế CH4 Hóa chất: CH3COONa khan ( hoặc canxi acetat) Vơi tơi xút ( hỗn hợp NaOH rắn + CaO) Dụng cụ: Ống nghiệm chịu nhiệt(khơ) Nút cao su... 7 Có thể thay H2SO4 bằng H3PO4 được khơng? Giải thích? 8 Khi dùng H2SO4 làm xúc tác thì sản phẩm phụ sau phản ứng là gì? Trang 26 Bài 5: PHẢN ỨNG DEHYDRAT HĨA – TỔNG HỢP DIETHYL ETHER MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Mục đích thí nghiệm nhằm giúp sinh viên thấy được phản ứng dehydrat hóa thơng qua việc điều chế tổng hợp diethyl ether từ rượu etylic II TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1 Phương trình phản ứng: H2SO4, 140oC C2H5OH... hiệu suất Trang 16 x100 BÀI 1: PHẢN ỨNG SULFO HĨA – ĐIỀU CHẾ ACID SULFANILIDE Mục đích thí nghiệm: Sulfo hóa là phản ứng thế ngun tử hydro của hợp chất hữu cơ bằng nhóm sulfo (- SO2OH) Mục đích thí nghiệm nhằm điều chế các sản phẩm hữu cơ như acid sulfanilide, benzensulforic,… từ tác nhân sulfo hóa là: acid sulfuric, oleum, sulfurylcolorua, acid closulforic,… II Phần thực hành tổng hợp Acid Sulfanilide... thí nghiệm nhằm tạo ra các sản phẩm hợp chất nitro dùng cho kỹ nghệ nhuộm, thuốc nổ, y học,… và các sản phẩm trung gian cho q trình tổng hợp hữu cơ Tác nhân nitro hóa thường là acid nitric, hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đậm đặc (1:1), anhydrit acectic,… II TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1 Phương trình phản ứng: H2SO4 NO2 + HNO3 → + H2O 2 Dụng cụ và hóa chất: Hóa chất: Benzen: 27ml H2SO4 đặc: 37,5ml HNO3 đặc: 30ml CaCl2... TỔNG HỢP ACETANILID I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Phản ứng acetyl là q trình thay thế ngun tử H của nhóm chức ( - OH, - NH2, hydroaren,…) bằng nhóm acyl Amin thơm được acetyl hóa bằng các tác nhân acetyl hóa khác nhau như: clorua acetyl CH3COCl, anhydric acid, hay acid acetic II TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1 Phương trình phản ứng: NH2 NH – COCH3 + CH3COOH ↔ + H2O 2 Dụng cụ và hóa chất: Hóa chất: Anilin: 10ml Acid acetic... nước làm khơ nước tốt, nhanh cho nhiều chất hữu cơ Na2SO4 khan nước làm khơ tốt, nhanh cho nhiều chất hữu cơ trừ amin, este P2O5 làm khơ tốt và nhanh thường được sử dụng trong trường hợp u cầu độ khơ cao Hợp chất hữu cơ Các chất làm khơ R – X ( Cl, Br, I…) CaCl2, CaSO4, P2O5 Rượu MgSO4, CaSO4, K2SO4, CaO Ê te CaCl2, CaSO4 Aldehyt CaCl2, MgSO4, Na2SO4 Acid hữu cơ MgSO4, Na2SO4, CaSO4 Amin KOH, NaOH, K2CO3,... + chày II TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM( thao tác trong tủ hút) Cho vào cối sứ khơ một thìa nhỏ acetat natri khan + 1 thìa NaOH rắn + 1 thìa CaO ( hỗn hợp thí nghiệm có tỉ lệ một phần muối acetat và hai phần vơi tơi – xút về khối lượng) Dùng chày nghiền nhỏ và trộn thật nhanh tay, sau đó cho hỗn hợp trên vào ống nghiệm khơ, đậy ống nghiệm bằng nút cao su có gắn ống dẫn khí Kẹp nghiêng ống nghiệm trên giá rồi