Magda Łabęcka
gr.23 A

Raport z ćwiczeń laboratoryjnych z chemii organicznej

Synteza i identyfikacja kwasu 4-nitrobenzoesowego

1. Data wykonania ćwiczenia: 16.01.2014 r.

2. Cel ćwiczenia:

• Przeprowadzenie syntezy kwasu 4-nitrobenzoesowego.

• Oczyszczenie produktu reakcji poprzez krystalizację z etanolu i wody.

• Identyfikacja produktu przy pomocy widm spektroskopowych ¹H NMR, MS i IR.

1. Odczynniki:

• 4 - nitrotoluen

• wodorotlenek sodu

• dichromian sodu

• stężony kwas siarkowy

• etanol

1. Równanie zachodzącej reakcji:
   
   
   m. cz. 137,2 m. cz. 167,1

2. Opis ćwiczenia:

• W kolbie kulistej kulistej o pojemności 100 cm ³ umieszczono 1 g 4-nitrotoluenu, 2,45 g dichromianu sodu i 15 cm³ wody. Kolbę zaopatrzono w chłodnicę zwrotną i energicznie wstrząsano dodając małymi porcjami 4,1 cm³ stężonego kwasu siarkowego w czasie ok. 10 minut.

• Zawartość kolby ogrzewano następnie do wrzenia w ciągu 4 godzin.

• Po ostudzeniu osad odsączono na lejku sitowym i przemyto wodą.

• Otrzymany osad rozpuszczono w 7,5 cm³ 5 % roztworu wodorotlenku sodu. Wytrącony osad wodorotlenku chromu odsączono tak jak poprzednio na lejku sitowym.

• Do żółtego przesączu dodano stale mieszając stężonego kwasu siarkowego, doprowadzając do pH kwaśnego (3-5) wobec papierka wskaźnikowego

• Wytrącony jasnożółty, krystaliczny osad odsączono na lejku sitowym i przemyto wodą.

• Produkt wysuszono i zważono. Masa produktu przed krystalizacją wyniosła

• Oznaczono temperaturę wrzenia, która przed krystalizacją mieściła się w zakresie

• Produkt przekrystalizowano z rozcieńczonego etanolu poprzez rozpuszczenie surowego kwasu 4-nitrobenzoesowego w 6 cm³ etanolu i w temperaturze wrzenia dodano wody do momentu otrzymania pierwszego zmętnienia.

• Oczyszczony produkt odsączono na lejku sitowym, a następnie wysuszono.

• Masa produktu po krystalizacji wyniosła , a temperatura wrzenia wynosiła

• Po zakończeniu wszystkich czynności posprzątano stanowisko pracy.

1. Wydajność krystalizacji

η= $\frac{m_{1}}{m_{2}}*100\%$

• m₁ – masa substancji po krystalizacji =

• m₂ – masa substancji przed krystalizacją =

η_k = $\frac{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}*100\% =$

1. Obliczenie wydajności:

• wydajność literaturowa
  137,2 --- 161,7
  1 --- x ,
  x = 1,18 (g) kwasu 4 –nitrobenzoesowego

η₁ = $\frac{1}{1,18}*100\% = 84,75\%$

• Wydajność teoretyczna

η_t = $\frac{}{1,18}*100\% = \ \ \ \ \ \ \ \ \%$

• Wydajność praktyczna

η_p = $\frac{}{1}*100\% = \ \ \ \ \ \ \ \%$

1. Wygląd zewnętrzny: jasnożółte, krystaliczne ciało stałe
   Literaturowa temperatura wrzenia: 237 – 239 ˚C
   Temperatura wrzenia:
   Waga:

2. Analiza widm spektroskopowych:
   a. widmo IR

Analiza widma 4- nitrotoluenu

Zakres liczby falowej [cm^-1]	Wiązanie, grupa funkcyjna	Rodzaj występujących drgań	Intensywność pasma
1300 – 1370	Wiązanie C - N w połączeniu grupy nitrowej z pierścieniem aromatycznym	Symetryczne drgania rozciągające	Bardzo silna
1500 – 1570	Pierścień aromatyczny Wiązanie C - N w połączeniu grupy nitrowej z pierścieniem aromatycznym	Rozciągające drgania pierścienia aromatycznego Asymetryczne drgania rozciągające	Średnia Bardzo silna
1700	Brak charakterystycznego pasma w tym obszarze
2500 - 3500	Wiązania –C-H i =C-H pierścienia aromatycznego	Drgania rozciągające	Średnia

Analiza widma kwasu 4-nitrobenzoesowego

Zakres liczby falowej [cm^-1]	Wiązanie, grupa funkcyjna	Rodzaj występujących drgań	Intensywność pasma
1300 – 1370	Wiązanie C - N w połączeniu grupy nitrowej z pierścieniem aromatycznym; Wiązanie C-O w grupie -COOH	Symetryczne drgania rozciągające Symetryczne drgania rozciągające	Bardzo silna
1500 – 1570	Pierścień aromatyczny Wiązanie C - N w połączeniu grupy nitrowej z pierścieniem aromatycznym	Rozciągające drgania pierścienia aromatycznego, Asymetryczne drgania rozciągające	Średnia Bardzo silne
1700	Wiązanie C=O w grupie karbonylowej pochodzącej od kwasu karboksylowego	Rozciągające	Średnia
2500 - 3500	Wiązania –C-H i =C-H pierścienia aromatycznego Wiązanie O-H w grupie karboksylowej	Rozciągające Rozciągające	Średnia Średnia

Wnioski: Przy analizie porównawczej widm 4-nitrotoluenu i kwasu 4-nitrobenzoesowego należy zwrócić uwagę na charakterystyczne drgania pochodzące od grupy –COOH obecnej w kwasie, występujące w obszarze 1700 cm^-1 ( drgania wiązania C=O), 1300 – 1370 cm^-1 ( drgania wiązania C-O) oraz 2500 – 3500 cm^-1 ( drgania wiązania O-H), które pozwalają na odróżnienie produktu i substratu i zaobserwowanie zmian zaistniałych w wyniku reakcji.

b. widmo MS

Analiza widma 4-nitrotoluenu
M⁺ = 137 (78%)
M⁺ -46 (-R^-) = 91 (100%)
M⁺ - 60 ( - NO₂) = 77 (15%)
M⁺ - 72 ( - C₂H₂) = 65 (59%)
M⁺ - 86 (- C₂H₂) = 51 (10%)
M⁺ - 98 (- C₂H₂ ) = 39 (20%)

Analiza widma kwasu 4-nitrobenzoesowego
M⁺ = 167 (73%)
M⁺ - 46 (-COOH) = 121 (40%)
M⁺ - 74 ( -NO⁺) = 93 (16%)
M⁺ - 102 ( - CO) = 65 (59%)
M⁺ - 116 (- C₂H₂) = 51 (10%)
M⁺ - 128 (- C₂H₂ ) = 39 (20%)