1.4.10 Колебания ОН-групп спиртов, фенолов и карбоновых кислот
Валентные колебания О-Н-связей в ИК-спектрах проявляются в виде очень широких и интенсивных полос поглощения в диапазоне волновых чисел между 3600 и 3200 см-1 («ОН-полос»), Несмотря на то, что в этой области спектра также присутствуют широкие полосы колебаний групп - NH2-, характерная форма последних делает идентификацию О-Н-групп довольно простой. Если соединения не содержат ОН - или NH2-гpyпп, однако при значении волнового числа v ~ 3400 см-1 регистрируются полосы поглощения, то следует предполагать, что образцы содержат воду. Если в молекуле аналита гидроксильная группа связана с атомом углерода, то, помимо широкой ОН-полосы, также наблюдается широкая интенсивная полоса валентных колебаний связи С-О - при v =1250-1000 см-1. Такие полосы можно проиллюстрировать ИК-спектром 1-гексанола, изображенным на рис. 8
Рисунок 8 – ИК-спектр 1 –гексанола
Колебания карбонильных соединений
Вследствие высокой полярности двойной связи С=0 полоса поглощения карбонильной группы отличается шириной и высокой интенсивностью (рис. 9). Наличие этой полосы в ИК-спектре в диапазоне волновых чисел v = 1820-1650 см-1 позволяет сделать однозначный вывод о том, что в молекуле присутствует карбонильная группа, которая является характеристичной для насыщенных кетонов и альдегидов, карбоновых кислот, сложных эфиров и т. д. В ИК-спектрах таких соединений дополнительно проявляются другие типичные полосы поглощения, которые предоставляют существенную информацию о строении молекул.
Рисунок 9 – ИК-спектр бензальдегида
На рис. 11 приведены важнейшие полосы поглощения в ИК-спектрах некоторых важнейших классов органических соединений:
-Насыщенные альдегиды: полосы валентных колебаний связи v(О=CH) проявляются при волновых числах порядка 2800 см-1.
-Карбоновые кислоты: полосы валентных колебаний связи v(C-O) проявляются при v ~ 1300 см-1, а деформационные колебания д(О-Н) — при v ~ 1400 см-1.
Рисунок 11 – Положение полос наиболее важных функциональных групп в ИК-спектрах
Сложные эфиры: v(C-O-C); две полосы поглощения при v = 1300 см-1, которые проявляются из-за колебаний С-О-связей. Другие валентные колебания С-О- связи (спиртового остатка эфира) проявляются в диапазоне v = 1200-1000 см-1 и находятся в той же области спектра, что и колебания простых эфиров.
Амиды кислот: д(NH2), деформационные колебания аминогруппы (-NH2) приводят к появлению полос поглощения при v ~ 1400 см-1. Полосы поглощения кетонов находятся в области v = 1325-1210 см-1, и их не всегда можно уверенно распознать.
Колебания простых эфиров
Характеристическим структурным элементом молекул простых эфиров является С-О-С-группа, валентные колебания которой чаще всего проявляются в ИК-спектрах в виде широких и интенсивных полос поглощений при v = 1100 см-1. Так как такие полосы находятся в области скелетных колебаний, то их интерпретация может содержать ошибки.
2 Цель лабораторной работы:
получение вторичной терефталевой кислоты (ТФК) из бутылочного полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в растворе этиленгликоля в присутствии щелочи натрия; определение кислотного числа полученной терефталевой кислоты Измерение ИК-спектра полученной ТФК и его анализ.Переработка ПЭТФ проводится в несколько этапов:
- подготовка сырья (сортировка, измельчение, отмывка);
- гликолиз в среде этиленгликоля в присутствии щелочи натрия (рисунок 2);
- фильтрование от механических примесей на фильтровальной бумаге;
- нейтрализация полученной массы разложения раствором HCl;
- фильтрование ТФК из кислого раствора под вакуумом (рисунок 3);
- промывка дистиллированной водой;
- фильтрование ТФК из водного раствора под вакуумом (рисунок 3);
- сушка ТФК в муфельной печи.
3 Реактивы:
ПЭТФ-бутылка; Этиленгликоль; Твердый NaOH; Дистиллированная вода; Раствор HCl; Раствор NaOH.3.1 Требования безопасности при работе с реагентами
3.1.1 Терефталевая кислота (ТФК)
Терефталевая кислота (п-фталевая кислота) - бесцветное кристаллическое вещество, слабо растворима в воде, спиртах, диметилсульфоксиде. Не образует мономерного ангидрида; при нагревании с уксусным ангидридом превращается в полимерный ангидрид. Взаимодействие терефталевой кислоты со спиртами приводит к эфирам, из которых наиболее практическое значение имеет диметилтерефталат.
ТФК относится к чрезвычайно опасным веществам к первому классу опасности (ГОСТ 12.1.007). Может вызывать раздражение слизистых оболочек, кожных покровов и вызывать экзему. Обладает общетоксическими, наркотическими, аллергическими и раздражающими свойствами, способностью поражать печень. Почки, кровь, воздействовать на центральную нервную систему, желудочно-кишечный тракт.
При работе с препаратом следует применять индивидуальные средства защиты (противопыльные респираторы, защитные очки, резиновые перчатки), а также соблюдать меры личной гигиены. Помещения, в которых проводятся работы с веществом, должны быть оборудованы общей приточно-вытяжной механической вентиляцией. Анализ препарата следует проводить в вытяжном шкафу лаборатории.
3.1.2 Этиленгликоль
Этиленгликоль — густая бесцветная жидкость, без запаха, сладкая на вкус, ядовита. Температура плавления – 13.2°С, температура кипения 197.6°С. Плотность 1.11 г/см3. Хорошо растворяется в воде и в органических растворителях – спиртах, кетонах, в глицерине, в уксусной кислоте и др. Обладает высокой гигроскопичностью, вследствие чего находит применение при изготовлении печатных красок (текстильных, типографских и штемпельных), а также косметических препаратов, для сохранения определенной влажности табака и т. д.
Этиленгликоль обладает наркотическим действием. При попадании внутрь может вызвать хроническое отравление с поражением жизненно важных органов (действует на сосуды, почки, нервную систему). Может проникать через кожные покровы. Этиленгликоль относится к третьему классу опасности (ГОСТ 12.1.005). Из-за низкой упругости паров этиленгликоль не представляет опасности острых отравлений при вдыхании. Помещения, в которых проводятся работы с этиленгликолем, должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией. Оборудование должно быть герметичным. Производственный персонал должен быть обеспечен специальной одеждой согласно отраслевым нормам и средствами защиты: фартук из пленочной ткани, резиновые перчатки и сапоги, противогаз по ГОСТ 12.4.034 или марки БКФ.
Доврачебная помощь. При попадании продукта в организм человека через рот необходимо промыть желудок обильным количеством воды или насыщенным раствором питьевой соды, обеспечить пострадавшему покой, тепло и немедленно доставить в медсанчасть.
При попадании этиленгликоля на кожу следует снять одежду и обмыть облитые участки кожи теплой водой с мылом.
Этиленгликоль, пролитый на землю или оборудование, необходимо смыть обильной струей воды. Все производственные помещения должны быть обеспечены средствами пожаротушения в соответствии с табелем, утвержденным в установленном порядке. При загорании следует применять тонкораспыленную воду, пену и инертные газы.
3.1.3 Гидроксид натрия
Натрия гидроксид - сильное основание, относится к щелочам. Со спиртами образует алкоголяты. Расплавленный натрия гидроксид раств. Na и NaH. Разрушает материалы орг. происхождения (бумагу, кожу и др.). Из водных растворов при 12,3—61,8 °C кристаллизуется моногидрат (сингония ромбическая), температура плавления 65,1 °C, плотность 1,829 г/смі.
Едкий натр представляет собой едкое вещество. При попадании на кожу вызывает химические ожоги, а при длительном воздействии может вызывать язвы и экземы. Сильно действует на слизистые оболочки. Опасно попадание едкого натра в глаза.
Предельно допустимая концентрация аэрозоля едкого натра в воздухе рабочей зоны производственных помещений (ПДК) - 0,5 мг/м3.
Едкий натр относится к вредным веществам 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.
Производственный персонал должен быть обеспечен специальной одеждой и средствами индивидуальной защиты (костюм из хлопчатобумажной ткани, резиновые сапоги, резиновые перчатки, защитные очки, фильтрующий промышленный противогаз по ГОСТ 12.4.121, марки БКФ).
При розливе раствора продукта его обезвреживают, поливая место розлива обильным количеством воды.
При рассыпании твердого продукта его следует собрать совком, а место рассыпания обмыть обильным количеством воды.
3.1.4 Полиэтилентерефталат
Полиэтилентерефталат — термопластик, наиболее распространённый представитель класса полиэфиров, твёрдое, бесцветное, прозрачное вещество в аморфном состоянии и белое, непрозрачное в кристаллическом состоянии. Переходит в прозрачное состояние при нагреве до температуры стеклования и остаётся в нём при резком охлаждении и быстром проходе через т. н. «зону кристаллизации». Одним из важных параметров ПЭТ является характеристическая вязкость определяемая длиной молекулы полимера. С увеличением присущей вязкости скорость кристаллизации снижается. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик. Плотность — 1,38–1,4 г/смі, температура плавления tпл. — 260 °C, температура стеклования tст. — 70 °C.
При комнатной температуре нерастворим в воде и большинстве органических растворителей.
При нормальных условиях ПЭТФ не токсичен и не оказывает вредного воздействия на организм человека. Аэрозоль полиэтилентерефталата относится к третьему классу опасности, ПДК в воздухе рабочей зоны производственных помещений - 5мгм3.
Помещения, в которых проводятся работы с веществом, должны быть оборудованы общей приточно-вытяжной механической вентиляцией.
Работающие с полиэтилентерефталатом должны быть обеспечены спецодеждой из хлопчатобумажной ткани и индивидуальными средствами защиты: очками, перчатками, респираторами, а также противогазом марки А для использовании в аварийных ситуациях.
4 Описание экспериментальной установки:
1 - Термометр (диапазон измерения шкалы 0…200 °С)
2 - Двугорлая круглодонная колба
3 - Мешалка
4 - Электропривод для мешалки
5 – Электроплитка
Рисунок 2 – Установка разложения ПЭТФ
1- Колба Бюнзена
2 - Воронка Бюхнера
3 - Вакуумный насос
4 - Фильтровальная бумага
Рисунок 3 – Установка фильтрования ТФК
5 Методика эксперимента
ПЭТФ-бутылку отмывают от грязи и режут ножницами на мелкие частицы размером 5-7 мм, взвешивают 12 г образца.
В круглодонную двухгорлую колбу объемом 100 мл наливают 50 мл этиленгликоля, всыпают 12 г предварительно подготовленного образца ПЭТФ. Ставят на плитку и включают мешалку, скорость мешалки должна быть достаточной, чтоб частицы постоянно перемешивались и не налипали на стенки стакана. При достижении температуры 40 – 60 °С в стакан всыпают 6,2 г NaOH. Разложение ведут при температуре 140 °С в течение 3 часов до получения однородной белой суспензии.
Полученную реакционную массу переливают в коническую колбу на 500 мл и в нее добавляют дистиллированную воду до полного растворения образовавшегося терефталата натрия, остатки реакционной массы в стакане также растворяют водой и переливают в колбу. Полученный раствор фильтруют через фильтровальную бумагу.
Отфильтрованный от грязи и механических примесей раствор нейтрализуют раствором HCl до кислой среды, при этом образованная ТФК выпадает в осадок.
Далее ТФК необходимо отфильтровать под вакуумом. Получается белая пастообразная масса, которая сушится в фарфоровой чаше в муфельной печи при температуре 200 °С в течении 30 – 40 минут. Периодически необходимо дробить высушенные комки ТФК и следить, чтоб ТФК не начала возгоняться и обжигаться.
Полученный порошок измельчается в ступке до однородного мелкозернистого порошка.
Необходимо составить материальный баланс каждой стадии и суммарный материальный баланс всего процесса разложения ПЭТФ в соответствии с таблицей 5.1.
Таблица 5.1 – Материальный баланс
Взято | Получено | ||||||
Реагенты | мл | г | % | Продукты | мл | г | % |
1…………………… 2…………………… И т. д. | 1…………………… 2……………………. И т. д. Потери | ||||||
Итого | Итого |
Определение кислотного числа полученной вторичной ТФК
Взвешивается навеска полученной вторичной ТФК массой 0,05 г и растворяется в 80 мл раствора этилового спирта. Так как ТФК обладает плохой растворимостью, необходимо подогревать раствор на плитке и перемешивать.
В полученный раствор добавляют 5 капель фенолфталеина и титруют раствором NaOH, фиксируя объем пошедший на титрование.
Кислотное число полученной вторичной ТФК рассчитывается по формуле:
К. ч. = 56,1*СN(NaOH)*V(NaOH)*1000/mнавески
где 56,1 – молярная масса КОН, г/моль;
СN(NaOH) – нормальность NaOH, г*экв/литр;
V(NaOH) – объем NaOH пошедший на титрование, мл;
mнавески – масса навески ТФК
Определение теоретически возможного кислотного числа ТФК
К. ч. = 2*56,1*1000/166
где 166 – молярная масса ТФК, г/моль.
Измерение ИК-спектра вторичной ТФК
Анализ твердых соединений на ИК-Фурье спектрометрах проводят, либо получая таблетку из сухой смеси KBr и исследуемого образца, либо суспензию образца в вазелиновом масле.
Приготовление суспензии ТФК в вазелиновом масле. На стекло наносится небольшое количество вазелинового масла и исследуемого вещества, перемешивается стеклянной палочкой до однородной массы.
На центральную часть KBr-стекла из кюветы наносится капля приготовленной суспензии и закрывается другим KBr - стеклом, кювета закрывается и завинчивается, вставляется в кюветное отделение спектрометра. Проводится измерение.
На спектрометре исследуют три образца: чистого вазелинового масла, суспензии чистой ТФК в вазелиновом масле и суспензии полученной вторичной ТФК в вазелиновом масле.
Полученные спектры сравниваются и анализируются.
ОСТАЛОСЬ СДЕЛАТЬ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ!
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
