شیمی کاربردی و آزمایشگاه

تهیه صابون

عمل هیدرولیز چربی یا روغن را اصطلاحا صابونی کردن مینامند. برای این کار، چربی (a) را با محلول سود حرارت میدهند. در نتیجه گلیسرین (b) و مخلوطی از نمک سدیم اسیدهای چرب (c) مطابق واکنش زیر حاصل میشود:

          چربیها و روغنهای طبیعی استر اسیدهای آلیفاتیک یک ظرفیتی با تعداد اتمهای کربن زوج و گلیسرین میباشند که آنها را گلیسرید نیز مینامند. چربیها و روغنها به طور کلی دارای ساختمان (a) میباشند. چربیها جامد و روغنها مایع میباشند. نقطه ذوب چربیها بالاتر از نقطه ذوب روغنها است. این اختلاف بستگی به نوع و مقدار اسید مربوطه دارد. هرچه مقدار اسیدهای اشباع نشده در ساختمان یک چربی بیشتر باشد، نقطه ذوب پایین تری دارد. اگر چربی تنها از اسیدهای اشباع شده تشکیل شده باشد مانند پیه گوسفند و غیره نقطه ذوب بالا خواهد داشت.

روغنهای نباتی مانند روغن زیتون، خرما، نارگیل و کرچک علاوه بر این که دارای اسیدهای چرب (اولئیک، استئاریک و پالمیتیک) هستند، اسیدهای اشباع نشده با چند پیوند دوگانه مانند اسید لینولئیک به فرمول زیر نیز در ساختمان آنها شرکت میکنند.

مولکولهای صابون د ارای یک انتهای قطبی است که در آب حل می شود و انتهای دیگر آن یک دنباله طویل هیدروکربن است که در روغن محلول است واین عامل باعث میشود تا مثل یک واسطه چربیها را در آب حل کند.

مکانیزم عمل هیدرولیز استر را در محیط بازی میتوان به صورت زیر نوشت:

ابتدا یون هیدروکسید به عنوان نوکلئوفیل (هسته دوست) به کربن گروه کربنیل حمله کرده، پس از خارج شدن یک مولکول الکل، انیون اسید به صورت هیبرید رزونانس فوق، پایدار میگردد.

بخش عملی

تهیه صابون

50 گرم چربی را در یک بشر 250 میلی لیتری ریخته و به طور ملایم آنرا حرارت دهید تا ذوب شود (دما نباید از 70 درجه بالاتر برود).

در حالیکه چربی را حرارت میدهید ضمن به همزدن مداوم محلول سود (7گرم در 50 میلی لیتر آب) را در قسمتهای 5 میلی لیتر به چربی اضافه کنید. پس از افزودن اولین 5 میلی لیتر سود، زمان اضافه نمودن 5 میلی لیتر بعدی وقتی است که سود اضافه شده قبلی تقریبا مصرف شده باشد. (برای اطمینان از مصرف سود، نوک اسپاتول را در بشر فرو برده و یک قطره معرف فنل فتالئین روی آن بچکانید، چنانچه رنگ آن فورا ارغوانی شد دلیل آن است که هنوز سود در محیط وجود دارد و باید به هم زدن را ادامه داد).

پس از افزودن آخرین قسمت سود، آنقدر به هم بزنید تا صابون یک حالت کشدار به خود بگیرد (بوی صابون در این حالت به خوبی استشمام میشود.) صابون حاصل را در قالب ریخته و بگذارید یک هفته بماند تا عمل صابونی شدن کامل شود. صابون حاصل دارای مقدار زیادی گلیسیرین است، چنانچه بخواهند گلیسیرین آنرا جدا کنند، قبل از ریختن در قالب، صابون را به مدت 24 ساعت در محلول اشباع شده نمک طعام قرار میدهند، سپس قرص صابون را از درون ظرف خارج کرده و پس از شستن به قطعات کوچک تقسیم نموده، در هوا خشک میکنند.

روش دیگر تهیه صابون

در یک بالن، cc50 روغن مایع را با cc40 اتانول و gr3 پتاسیم هیدروکسید ریخته و بمدت نیم ساعت رفلاکس کنید. پس از اتمام این مدت چند قطره از مخلوط را در مقدار کمی آب حل کنید که اگر قطره روغنی روی آب قرار نگرفت واکنش پایان یافته و اگر روغن در سطح آب مشاهده شد عمل رفلاکس را به مدت 15 دقیقه دیگر ادامه دهید. سپس الکل موجود در مخلوط را به وسیله تقطیر ساده جدا کنید و ماده باقیمانده در بالن را در cc 75 آب مقطر گرم حل کنید. دقت کنید که حتما الکل موجود در بالن از مخلوط خارج شود سپس آزمایش زیر را انجام دهید.

الف) مقدار 25 میلی لیتر محلول به دست آمده را به 25 میلی لیتر آب نمک اشباع به آهستگی اضافه کنید مخلوط را صاف کرده و ماده جامد که صابون میباشد روی کاغذ صافی میماند. آنرا با آب نمک اشباع بشوئید و صابون را در روی یک ظرف شیشه ای پهن کنید.

ب) مقدار 10 میلی لیتر آب شهر را با 10 میلی لیتر محلول صابون مخلوط کرده تکان دهید و نتیجه را گزارش کنید.

تهیه دی بنزال استون

آزمایش رفلکس

هدف آزمایش: آشنایی با آزمایش رفلکس و چگونگی انجام آن

وسایل و مواد لازم: مبرد-بالن-قیف-هیتر-اسید نیتریک و اسید سولفوریک وتولوئن

تئوری آزمایش: رفلکس یا همان تقطیر بازگشت است که عوامل موثر بر انجام واکنش،برخورد شدید و در راستای مناسب است.

تعریف رفلکس: شرایط مناسب برای مولکول های واکنش دهنده را ایجاد می کند در رفلکس از انواع مبردها از قبیل مبرد حبابی ،لوله ای و مارپیچی استفاده می شود.

طبق تعریف دیگر رفلکس عمل تبخیر و میعان مکرر را رفلکس می نامند. زمان رفلکس از لحظه‌ی افتادن اولین قطره حساب می شود.

نکات مهم: تنظیم دمای هیتر مهم است ودر سرعت رفلکس شرایط باید طوری باشد که مواد اولیه خارج نشود.

HNO3   →  NO2+H2O

چون نیترو دی اکسید  گازی سمی است و ممکن است وارد هوای آزمایشگاه شود و به این ترتیب باید این آزمایش را در زیر هود انجام بدهیم و اگر دمای آزمایش طوری باشد که مواد اولیه از سیستم خارج شود لازم است از حمام یخ استفاده شود.

روش کار: ابتدا اسید نیتریک غلیظ را با اسیدسولفوریک 0.5 مولار را در داخل بالن ریخته و بعد از آن مقداری تولوئن بهآن اضافه می کنیم و می بینیم که وارد واکنش شده و بعد مبرد را به دستگاه وصل و دستگاه مورد آزمایش را آماده می کنیم و بعد به وسیله هیتر به آن گرما می دهیم می بینیم که گاز زرد پر رنگ از آن در داخل مبرد شده این با آزمایش را با حمام یخ انجام می دهیم میبینیم که اوضاع به حالت قبلی باز گشت و رنگ گاز زرد پر رنگ کم رنگ تر شد.

واکنش و محاسبات:

 + HNO3 + H2SO4   تولوئن

 چند میلی لیتر تولوئن برای انجام واکنش با 2 میلی لیتر اسید نیتریک لازم است؟

         d =0.85        M =92تولوئن

HNO3         d =1.4         M =63

2 میلی اسید نیتریک چند مول است؟

mol HNO3=2ml×1lit/1000ml×1.4kg/1lit×1000gr/1kg×1mol/63gr = 0.04mol

چند میلی لیتر تولوئن نیاز است؟

 = 0.04mol×92gr/1mol×1ml/0.85gr = 4.32mlتولوئن

منبع:www.shimikarbordi.vov.ir

تست های شناسایی کربوکسیلیک اسیدها

 1- pH

شناسایی این ترکیبات عمدتاً از طریق خصوصیات انحلال پذیری آنها صورت می پذیرد.

ویژگی هایی که در شناسایی کربوکسیلیک اسیدها مورد استفاده قرار می گیرد.  چنانچه

ترکیب در آب انحلال پذیر باشد، به آسانی می توان pH محلول آبی آنرا بوسیله کاغذ pH

بررسی کرد. اگر ترکیب اسید باشد، pH محلول پائین است.

ترکیباتی که در آب نامحلول هستند باید در محلول اتانول و اب و یا متانول و آب حل شوند.

ابتدا ترکیب را در الکل حل کنید و سپس به آن کم کم آب اضافه کنید تا کدر شود. با افزودن

چند قطره الکل محلول زلال می شود و سپس pH آنرا امتحان کنید.

 2- سدیم بی کربنات

مقدار کمی از ترکیب را در محلول آبی سدیم بی کربنات 10 % حل کنید. محلول را به دقت

بررسی کنید. اگر ترکیب اسید باشد، تشکیل حبابهای کربن دی اکسید مشاهده می شود.

2/0 گرم اسید را به دقت وزن نموده در یک ارلن مایر 125 میلی لیتر در 50 میلی لیتر آب

یا محلول اتانول حل نمایید .

 ۳- نقره نیترات اتانولی

یک قطره از مجهول یا چنانچه جامد است 5 قطره از محلول اتانولی غلیظ آن را به 2 میلی

لیتر از محلول نقره نیترات اتانولی 2 % اضافه کنید. اگر تا 5 دقیقه واکنشی انجام نشد.

محلول را بوسیله حمام بخار حرارت دهید چنانچه رسوبی تشکیل شود، در اثر افزایش 2

قطره نیتریک اسید 5 %، رسوب کربوکسیلات نقره حل می شود.

  ۴- معادل خنثی شدن N.E

کربوکسیلیک اسیدها را به دلیل خاصیت اسیدی می توان با یک قلیای استاندارد مورد

سنجش قرار داد و معادل خنثی شدن آنرا محاسبه کرد. معادل خنثی شدن یا وزن معادل اسید

در واقع وزن ملکولی اسید تقسیم بر تعداد عوامل اسید موجود در ملکول ،  n، است و به

عبارت دیگر چنانچه معادل خنثی شدن را در تعداد گروههای کربوکسیلیک اسید ضرب کنید

وزن ملکولی اسید بدست می آید.

ممکن است برای حل کامل اسید لازم باشد مخلوط را گرم کرد. اسید را با استفاده از

شناساگر فنول فتالئین بوسیله محلول سدیم هیدروکسید با نرمالیته معلوم (N 1/0) تیتر

نمایید. معادل خنثی شدن از معادله زیر بدست می آید.

اگر اسید فقط یک گروه کربوکسیلی داشته باشد در اینصورت معادل خنثی شدن با وزن

ملکولی اسید برابر است.

چنانچه از اتانول 95% به عنوان حلال استفاده شود، شناساگر فنول فتالئین نقطه پایان را

دقیقا نشان نمی دهد و باید از شناساگر برموتیمول آبی استفاده شود. هم چنین بعضی اسیدها

را می توان در مخلوطی از دو حلال نظیر اتانول و بنزن یا اتانول و تولوئن مورد سنجش

حجمی قرار داد.

معادل خنثی شدن برای کارهای معمولی با تقریب 1±% محاسبه می شود. اما چنانچه

نمونه به دقت تخلیص و خشک شده باشد با استفاده از یک روش خوب خطا را می توان به 3/0

±% کاهش داد. اگر مقدار معادل خنثی شدن بدست آمده با مقادیر تئوری مطابقت نداشته

باشد، پس از خشک کردن کامل دوباره مورد سنجش حجمی قرار داد.

برای اسیدهای فرار آلیفاتیک استخلاف نشده سبک ملکول یک تا شش کربنه از آزمایش

تعیین ثابت دوکلاکس استفاده می شود. هم چنین برای تعیین خصوصیات استرهایی که از

چنین اسیدهایی مشتق شده اند ارزشمند است، می توان این اسیدها را از هیدرولیز چنین

استرهایی نیز بدست آورد.

منبع:www.shimikarbordi.vov.ir

                                                  اکسیم ها

یک روش جا لب برای اکسیداسیون ترکیبا ت آلی روش فوتوکاتالیزوری ( استفا ده از انرژی نور و پودر نیمه رسانای تیتانیم دی اکسید ) است0 این قبیل فوتوکاتالیزورهای هتروژن در حلال های آلی معمولا استونیتریل به کار می روند. وقتی سوسپانسیون TiO₂ در معرض نور UV قرار می گیرد فرآیند فوتوکاتالیزوری آغا ز شده جفت الکترون- حفره ایجاد می گردد. تحریک نیمه رسانا توسط نوری با انرژی بیشتر از نوار شکا ف صورت گرفته، لذا الکترون از نوار ظرفیت به نوار هدایت ارتقا می یا بد. سپس حفره ،از جای خالی الکترون در نوار ظرفیت ایجاد می گردد.

شکست اکسیم و ایجاد آلدهید و کتن تحت شرایط ملایم از واکنش های مهم است زیرا اکسیم ها به عنوان یک گروه محافظ برای حفاظت آلدهید وکتن به کار می روند و به طور گسترده برای خالص سا زی ترکیبا ت کربونیل استفاده می شوند. در این تحقیق اکسایش فوتو کاتالیزوری اکسیم در حضور فوتو کا تا لیزور TiO₂ مورد بررسی قرار گرفت. اثر نور UV حاصل از لامپ 400 وات جیوه،اکسیژن، تیتانیم دی اکسید، زمان تابش، مقدار TiO₂و بازده آزما یش شد. در این روش برای ایجاد ترکیبا ت کربونیل از اکسیم، از تیتا نیم دی ا کسید در حضور اکسیژن و نور UV حا صل از لامپ 400 وات جیوه استفاده شد. مد ت زما ن تابش برای حداکثر تبدیل ترکیبات اکسیم به کربونیل، بین 5/0 تا 20 سا عت به دست آمد.

در یک آزمایش نمونه ای از اکسیم در حلا ل استونیتریل، بدون آن که TiO₂به آن افزوده شود، تحت تابش نور UV قرار گرفت. در آزمایش دیگر اکسیم در حلا ل استو نیتریل حل، سپس TiO₂به آن افزوده، در غیاب نور UV به هم زده شد. در هر مورد، پیشرفت قابل ملا حظه ای مشاهده نشد.

هم چنین در حضور اکسیژن ، سرعت و کارآیی واکنش فو تو کاتالیزوری بهبود یافت. در اصل مولکول اکسیژن به طور مؤثر الکترون نوار هدایت را به دام انداخته، از ترکیب مجدد حفره و الکترون جلوگیری می نماید.

د ر آزما یش دیگر، تا ثیر مقدار کا تا لیزور بر روی پیشرفت واکنش در حضور نور UV و اکسیژن مورد بررسی قرار گرفت. مخلوط واکنش شا مل استوفنون اکسیم (1- میلی مول )،استونیتریل (17 - میلی لیتر) وتیتانیم دی اکسید به ترتیب با مقادیر 1/03 ، 0/518، 0/337، 0/250، 0/200، 0/100 و 0/060 میلی مول آزمایش شد. مخلوط واکنش به مد ت 4 ساعت تحت تابش نور UV قرار گرفت. پیشرفت واکنش در همه موارد 100 % به دست آمد. پیشرفت واکنش فوتو کا تا لیزوری توسط TLC دنبا ل گردید. تیتانیم دی اکسید با استفاده از سانتریفوژ از مخلوط واکنش جدا، سپس حلال تبخیر، توسط کروماتوگرافی صفحه سیلیکاژل، محصول جداسازی و خالص سازی شد. بازده ترکیبات کربونیلی حاصل، بین ( 96-60 ) درصد به دست آمد که توسط روش های دستگاهی IR و ¹H NMR شناسایی شد.

ترکیبات سمی کاربازون به طور گسترده بزای محافظت و خالص سازی ترکیبات کربونیل به کار می رود. در این تحقیق،اکسایش فوتوکاتالیزوری سمی کاربازون در حضور فوتوکاتالیزور TiO₂مورد بررسی قرار گرفت و ایجاد آلدهید و کتن از ترکیبات سمی کاربازون، با استفاده از فوتوکاتالیزور تیتانیم دی اکسید مطالعه شد.

برای نمونه،مخلوط واکنش شامل: استوفنون سمی کاربازون ( 0/5

میلی مول )، استونیتریل(15 میلی لیتر) و تیتانیم دی اکسید ( 0/5

میلی مول) بود که به مدت 5 روز تحت تابش نور UV ، حاصل از لامپ

جیوه 400 وات جیوه به هم زده شد. تیتانیم دی اکسید با استفاده از

سانتریفوژ از مخلوط واکنش جدا، سپس حلال تبخیر، توسط

کروماتوگرافی صفحه سیلیکاژل، محصول جداسازی و خالص سازی

شد.

منبع: www.shimikarbordi.vov.ir

واکنش دیلز آلدر

ترکیبات دی اِن (مانند 1و3 بوتادی اِن) و ترکیبات دی انوفیل (مانند اتیلن یا استیلن) به هم اضافه شده و ایجاد حلقه 6 تایی غیر اشباع میکنند. محصول تشکیل شده محصول افزایشی (Adduct) نام دارد.

مکانیسم رادیکالی و گاهی قطبی برای این واکنشها پیشنهاد شده است و از مشخصه دیگر این واکنشها، افزایش بازده واکنش با قرار گرفتن استخلافهای الکترون کشنده بر روی دی انوفیل و الکترون دهنده بر روی دی اِن است.

ذوب قلیایی

در یک لوله آزمایش کاملا خشک (حدود 150 در 12 میلیمتر غیر پیرکس) یک تکه سدیم

کوچک تمیز به ابعاد تقریبی 4 میلیمتر بیندازید (سدیم را به وسیله کاردک تمیز و خشک

بردارید) و لوله را با گیره بگیرید و ته لوله را با شعله کوتاه به ملایمت حرارت دهید تا

سدیم در داخل لوله ذوب شده و به صورت دود سفید در آید و بخارات تا ارتفاع حدود 2

سانتی متر بالا رود، سپس لوله را از شعله دور کرده و به آن چند ذره جسم جامد (حدود 20

میلی گرم) یا حدود سه قطره مایع مورد آزمایش (ترجیحا طی چند نوبت) طوری اضافه کنید

که مستقیما در ته لوله و بر روی دود سفید سدیم ریخته شود (دقت کنید ممکن است انفجار

کوچکی رخ دهد بنابر این این آزمایش را حتما زیر هود و تحت نظر مربی آزمایشگاه انجام

دهید) و بعد بتدریج لوله را تا سرخ شدن گرم کنید (احتیاط: موقع حرارت دادن، دهانه لوله

را به طرف خود یا فرد دیگری نگیرید) سپس لوله داغ را داخل یک بشر کوچک حاوی 10

میلی لیتر آب مقطر وارد کنید تا بشکند. مخلوط را تا جوش حرارت داده و سپس صاف کنید

محلول صاف شده باید زلال و قلیایی باشد. در صورتیکه تیره باشد، احتمالا تجزیه ناقص

بوده و ذوب قلیایی باید دوباره تکرار شود.

روش دیگر استفاده از لوله آزمایش پیرکس است. در این روش مطابق بالا عمل کنید اما

پس از ذوب قلیایی اجازه دهید لوله سرد شود و سپس 3 الی 4 میلی لیتر متانول به آن

اضافه کنید تا سدیم اضافی را تجزیه کند سپس بر روی آن آب مقطر بریزید تا نصف لوله پر

شود و برای چند دقیقه به ملایمت بجوشانید. سپس مخلوط را صاف کنید و ازمایشات

مربوطه را انجام دهید.