Занимательная химия для детей и взрослых

Несколько таких экспериментов провели со своими студентами американские преподаватели С. И. Макгоуэнс и Э. Ф. Силверсмит. В одном из опытов бромированию был подвергнут 2,4-диметиланилин. Если аминогруппа «сильнее» двух метильных групп, замещение должно пойти в положение 6, если же верх возьмут два метила, должно получиться 3– и (или) 5-бромпроизводное. Чтобы узнать, как идет реакция на самом деле, был использован известный метод качественного анализа аминосоединений; в соответствии с этим методом вещество ацетилируют, т. е. вводят ацетильную группу СН₃СО (например, с помощью уксусного ангидрида), в результате чего образуется N-ацетильное производное (в данном случае ацетанилид): R–NH₂ + (CH₃CO)₂O → R–NH–COCH₃ + CH₃COOH. Здесь R – бензольное кольцо с заместителями. Как правило, анилиды – хорошо кристаллизующиеся соединения, имеющие четкую температуру плавления, которую можно найти в справочниках. Так, ацетанилиды, образованные 3-, 5– и 6-бром-2, 4-диметиланилинами, имеют температуры плавления соответственно 152, 169 и 200 °С. Полученный ацетанилид имел температуру плавления 200 °С, что доказывало «победу» одной аминогруппы над двумя метильными. Этот вывод был подтвержден также методом протонного магнитного резонанса: спектр ПМР продукта бромирования свидетельствовал о том, что два эквивалентных атома водорода в кольце находятся в мета-положении относительно аминогруппы.

Во втором опыте бромированию подвергли 2,6-диметиланилин. И в этом случае верх одержала аминогруппа: температура плавления ацетанилида показала, что образовался 4-бром-2,6-диметиланилин.

В третьем опыте взяли более хитрое соединение – ванилин (4-гидрокси-3-метоксибензальдегид), в молекуле которого действию метоксильной группы СН₃О (ориентант 1-го рода) совместно противостояли гидроксильная группа (ориентант 1-го рода) и альдегидная группа (ориентант 2-го рода). Температура плавления ацетанилида показала, что образовался 5-бром-4-гидрокси-3-метоксибензальдегид, т. е. здесь победа досталась «коалиции союзников». Отметим, что если бы гидроксильная группа оказалась не в пара-, а в мета– положении относительно альдегидной группы, то эти группы оказались бы уже не союзниками, а противниками и победителями, без сомнения, оказались бы два ориентанта 1-го рода.

В заключение несколько слов об этом эксперименте. Чтобы не работать с опасным бромом, использовали его образование в ходе окислительно-восстановительной реакции между бромидом и броматом в кислой среде: 5Br^– + BrO₃^– + 6H+ → 3Br₂ + 3H₂O. Смешивая известные количества реагентов, легко получить нужное количество брома, который тут же вступает в реакцию. Вот как много интересных фактов удалось выяснить, благодаря «простой» экзаменационной задаче.

«Ряд активности металлов Бекетова» – миф или реальность?

В учебниках химии при изложении темы «Кислоты» в том или ином виде упоминается так называемый вытеснительный ряд металлов, составление которого часто приписывается Беке́тову.

Например, в самом распространенном некогда учебнике для 8-го класса Г. Е. Рудзитиса и Ф. Г. Фельдмана (с 1989 по 1995 г. он был издан общим тиражом 8,3 млн экземпляров), говорится следующее. На опыте легко убедиться, что магний быстро реагирует с кислотами (на примере соляной кислоты), несколько медленнее – цинк, еще медленнее – железо, а медь с соляной кислотой не реагирует. «Аналогичные опыты были проделаны русским ученым Н. Н. Бекетовым, – пишут далее авторы учебника. – На основе опытов он составил вытеснительный ряд металлов: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. В этом ряду все металлы, стоящие до водорода, способны вытеснять его из кислот». Сообщается также, что Бекетов – «основоположник физической химии. В 1863 г. составил вытеснительный ряд металлов, который называется по имени ученого». Далее учащимся сообщают, что в ряду Бекетова металлы, стоящие левее, вытесняют металлы, стоящие правее, из растворов их солей. Исключение составляют самые активные металлы. Аналогичные сведения можно найти и в других школьных учебниках и пособиях, например: «Русский химик Н. Н. Бекетов исследовал все металлы и расположил их по химической активности в вытеснительный ряд (ряд активности)» и т. п.

Здесь может возникнуть несколько вопросов.

Вопрос первый. Неужели до опытов Бекетова (т. е. до 1863 г.) химики не знали, что магний, цинк, железо и ряд других металлов реагируют с кислотами с выделением водорода, а медь, ртуть, серебро, платина и золото этим свойством не обладают?

Вопрос второй. Неужели химики до Бекетова не замечали, что одни металлы могут вытеснять другие из растворов их солей?