Тема №4 «Именные химические реакции»

Содержание

I. Именные реакции в неорганической химии. 55

1. Реакция Бунзена. 55

2. Реакция Несслера. 55

3. Реакция Велера. 56

4. Реакция Маргграфа. 56

5. Реакция Бертолле (Бертолетова соль) 57

6. Смесь Кибальчича. 57

7. Реакция Каро. 57

8. Жидкость Ваккенродера. 58

9. Проба по Гемпелю.. 58

10. Реакция Глаубера. 58

11. Реакция Дикона. 59

12. Реакция Фогеля. 59

13. Реакция Марша. 60

14. Реакция Чугаева. 60

15. Реакция Гриньяра. 60

16. Реакция Вюрца. 61

II. Именные реакции в органической химии. 62

1. Реакция Вюрца. 62

2. Реакция Дюма. 62

3. Реакция Кольбе. 62

4. Реакция Вюрца-Фиттига. 62

5. Реакция Кучерова. 62

6. Реакция Зелинского. 62

7. Реакция Зелинского–Казанского. 62

8. Реакция Коновалова. 62

9. Реакция Зинина. 62

10. Реакция Густавсона. 62

11. Реакция Фриделя–Крафтса. 63

12. Реакция Прилежаева. 63

13. Реакция Вагнера. 63

14. Реакция Лебедева. 63

 

 

 

I. Именные реакции в неорганической химии

 

Реакция Бунзена

Прямое назначение реактива Фишера (Карл Фишер — немецкий химик-аналитик) — определение содержания воды в органических и неорганических веществах. Реакция, положенная в основу этого метода, — взаимодействие иода I2 с диоксидом серы SO2:

 

I2 + SO2 + 2H2O=2HI + H2SO4

 

была открыта Бунзеном еще в 1853 г. В безводной среде I2 с SO2 не реагирует, но достаточно уже следов влаги, чтобы реакция началась. В 1935 г. Фишер сделал реакцию Бунзена аналитической, проходящей со 100%-м выходом, добавив к I2 и SO2 пиридин C5H5N и метанол СН3ОН. Пиридин связывает продукты реакции, а метанол служит растворителем исходных веществ:

 

2C5H5N • I2 + C5H5N • SO2 + Н2O=2C5H5N • HI + C5H5N • SO3.

 

Смесь метанола, пиридина, йода и диоксида серы получила название реактива Фишера.

Реакция Несслера

Чаще всего в лаборатории используют для анализа азотсодержащих веществ методы Несслера или Кьельдаля.

Юлиус Несслер (1827—1905) —немецкий химик-аналитик — предложил в 1868 г. для качественного и количественного определения примесей аммиака NH3 и солей аммония (например, хлорида аммония) в различных веществах реакцию взаимодействия аммиака с щелочным раствором комплексного соединения тетраиодомеркурата калия K2[HgI4]:

 

2K2[HgI4] + NH3 + ЗКОН=(Hg2N)I Н2О + 7KI + 2Н2О.

В результате реакции образуется вещество (Hg2N)I*H2О, придающее анализируемому раствору желтый цвет, когда аммиака очень мало. При больших его количествах выпадает осадок бурого цвета.

Позднее, в 1883 г., Иохан-Густав-Кристоффер Кьельдаль (1849— 1900), датский химик, разработал другой метод анализа, названный впоследствии его именем. Вещество, которое предстоит анализировать, он сначала разлагал кипячением с концентрированной серной кислотой, часто в присутствии катализаторов. При этом азот органического соединения превращался в сульфат аммония (NH4)2SО4, как, например, в случае анализа карбамида CO(NH2)2:

 

CO(NH2)2 + H2SО4 + Н2О=СО2 + (NH4)2SО4.

 

После добавления к сульфату аммония раствора гидроксида натрия NaOH выделялся газообразный аммиак, который нагреванием удаляли из раствора:

 

(NH4)2SО4 + 2NaOH=2NH3 + Na2SО4 + 2H2О

 

и поглощали точно отмеренным количеством разбавленной серной кислоты. Можно для определения количества аммиака (или катиона аммония) в завершающей части анализа использовать и реакцию Несслера.

Реакция Велера

В воздухе животноводческого помещения всегда повышенное содержание аммиака; аммиак отлично поглощается водой и кислотами, а это приводит к большому искажению результатов химического анализа.

Вёлер в 1828 г. Случайно обнаружил, что при нагревании водного раствора цианата аммония NH4NCO образуется карбамид (NH2)2CO (мочевина). Это был первый синтез органического вещества из неорганического, проведенный чисто химическим методом в лаборатории:

NH4NCO = (NH2)2CO,

а сама реакция получила название реакции Вёлера. Это пример обратимой реакции таутомерии — превращения одного структурного изомера в другой.

Прошло сорок лет, и карбамид стали получать по реакции Александра Ивановича Базарова (1845—1907), русского химика и агронома, директора Никитского ботанического сада в Крыму. Синтез карбамида по Базарову состоял во взаимодействии аммиака NH3 и диоксида углерода СО2 при 180° С в присутствии пара воды как катализатора:

2NH3 + СО2=(NH2)2CO + Н2О

Любопытно, что применение другой реакции Вёлера сохранилось до наших дней. Она лежит в основе современного промышленного способа получения белого фосфора:

Ca3(PО4)2+5C + 3SiО2=P2 + 5CO + 3CaSiО3

Фосфат кальция Са3(РО4)2 (апатит, фосфорит) смешивают с коксом С и диоксидом кремния SiО2 (песок), а затем прокаливают. Фосфор состава Р2 возгоняется из реакционной смеси и конденсируется в холодильнике уже в виде белого воскообразного вещества состава Р4 — белого фосфора. Вместе с ним удаляется и газообразный монооксид углерода СО, а в реакторе остается расплавленный метасиликат кальция CaSiО3.

Реакция Маргграфа

В основе одного из самых старых способов получения чистой ортофосфорной кислоты лежит реакция Маргграфа.

Маргграф предложил получать ортофосфорную кислоту Н3РО4 нагреванием белого или красного фосфора с азотной кислотой:

 

Р4 + 20HNO3 = 4Н3РО4 + 20NO2 + 4Н2О.

 

После удаления газообразного диоксида азота остается только водный раствор ортофосфорной кислоты.

Реакция Бертолле (Бертолетова соль)

Для получения триоксохлората калия КСlO3 Бертолле предложил пропускать хлор С12 в горячий раствор гидроксида калия КОН в воде. Уже через несколько минут из раствора начинают выпадать белые пластинчатые кристаллы КСlO3:

 

6КОН + С12=КСlO3+5КС1 + ЗН2O.

Кристаллы отфильтровывают и высушивают при температуре не выше 100° С. Триоксохлорат калия применяют в производстве спичек. Описанная выше простая реакция получила впоследствии название реакции Бертолле, а ее продукт — «бертолетова соль».

Смесь Кибальчича

Так называли смесь, состоящую из триоксохлората калия КС1О3 и сахара С12Н22О11. Ее использовали в качестве запала к кустарно изготовленным бомбам. Если смочить смесь каплей концентрированной серной кислоты H2S04, то происходит сильная вспышка:

 

ЗКС1О3 + H2SО4 = 2С1О2 + КСlO4 + k2so4 + Н2О.

 

Выделяющийся диоксид хлора СlО2 тотчас же разлагается на хлор С12 и кислород О2:

 

2 СlО 2 = С12 +2О2,

 

С12Н22О11+12О2=12СО2 + 11Н2О.

Реакция Каро

Реакция Каро (Никодем Каро, 1871—1935, немецкий химик) — это реакция взаимодействия триоксохлоросульфата водорода HSC1О3 с безводным пероксидом водорода Н2О2:

HSC1О3 + Н2О2=H2SO5 + НС1.

 

Один из продуктов реакции — пероксомоносерную кислоту H2SО5 — еще до сих пор называют кислотой Каро. Она образует легкоплавкие бесцветные красивые кристаллы, прикосновение которых к бензолу С6Н6 сопровождается взрывом. Это один из сильнейших окислителей. Есть еще способ получения кислоты: надо смешать концентрированную серную кислоту с пероксодисульфатом калия K2S208, а затем добавить в полученную кашицу лед:

 

K2S2O8+Н2О=K2SO4+H2SO5.