Analiza związków organicznych

Transkrypt

1 Analiza związków organicznych Literatura: Ćwiczenia z organicznej analizy jakościowej i chemii bioorganicznej K. Bańkowski, A. Krawczyk, R. Siciński, J. Stępiński, A. Temeriusz, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, 1990; Preparatyka organiczna A.Vogel, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1984; Analiza jakościowa związków organicznych Z. Jerzmanowska, PZWL, 1975; rganiczna analiza jakościowa J. Woliński, J. Terpiński, PWN, 1973; Krótkie wykłady: Biochemia B.D. ames, N.M. ooper, J.D. oughton, PWN, 2001; Ćwiczenia z biochemii L. Kłyszejko-Stefanowicz, PWN, 1999; Biochemia arpera R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell, PZWL, 2004;

2 STAŁE FIZYZNE ARAKTERYZUJĄE ZWIĄZKI RGANIZNE Temperatura topnienia substancje stałe; związki jonowe - wysokie temperatury topnienia; Temperatura wrzenia ciecze; im wyższy homolog tym wyższa temperatura wrzenia; spośród związków różniących się grupa funkcyjną wyższą temperaturą wrzenia charakteryzują się związki tworzące wiązania wodorowe: kwasy karboksylowe > alkohole > aldehydy > węglowodory Współczynnik załamania światła (szybkość światła w ośrodku/szybkość światła w próżni) refraktometr Abbego, pomiar w cieczach; Skręcalność właściwa polarymetr, skręcalność właściwa [ Dt ], pomiar dla roztworów związków optycznie czynnych. [ ] t D Dt skręcalność odczytywana l droga optyczna [dm] c wagowe stężenie procentowe [%] 100 l c t D

3 ZNAZANIE SKŁADU PIERWIASTKWEG Spalanie w płomieniu palnika: - związki organiczne zostawiają czarną pozostałość znikająca po prażeniu, - związki aromatyczne palą się kopcącym płomieniem, - związki zawierające metal pozostawiają popiół po prażeniu. Stapianie z sodem: N tworzy cyjanki; wykrycie tworzenie błękitu pruskiego. 6 N - Fe 2 Fe(N) Fe(N) Fe 3 Fe 4 [Fe(N) 6 ] 3 S tworzy Na 2 S; wykrycie reakcja z solami Pb(II) lub z nitroprusydkiem sodu (purpurowe zabarwienie roztworu). l, Br, I tworzą halogenki sodu; wykrycie reakcja z AgN 3 i rozpuszczanie osadu w roztworze amoniaku, wykrycie I reakcja z NaN 2 z dodatkiem l 4. Wykrycie Br próba eozynowa (po reakcji z NaN 2 i usunięciu jodu) z papierkiem fluoresceinowym, w obecności bromu barwi się na różowo. Próba Beilsteina: wykrywanie chlorowców, zielona barwa płomienia po umieszczeniu w nim drucika zanurzonego w substancji. 2 I - 2 N I 2 2 N Br - Pb 2 4 Br 2 Pb 2 2 2

4 ZNAZANIE GRUPY RZPUSZZALNŚI eter rozp. I Niższe homologi: alkohole, aldehydy, ketony, kwasy, estry, aminy itp. rozp. nierozp. II Kwasy wielokarboksylowe, glikole, poliaminy, kwasy sulfonowe, sole woda nierozp. Na 3 rozp. rozp. nierozp. III A III B Mocne kwasy: kwasy karboksylowe, sulfonowe Słabe kwasy: fenole, tiole Na nierozp. l rozp. nierozp. rozp. IV V Zasady: aminy Węglowodory nienasycone 2 S 4 zawiera N, S nierozp. VI VII Węglowodory nasycone, aromatyczne i ich chlorowcopochodne Związki nitrowe, amidy, nitryle

5 PDNE KRYSTALIZNE Przeprowadzenie substancji w pochodną krystaliczną pozwala na rozróżnienie związków ze względu na temperatury topnienia ich pochodnych. ostra temperatura topnienia, łatwe do otrzymania, szybka izolacja, łatwa krystalizacja, otrzymuje się duże, łatwe do wysuszenia kryształy.

6 WĘGLWDRY Nasycone i aromatyczne VI grupa rozpuszczalności; nienasycone V grupa Wykrywanie układu aromatycznego W wyniku reakcji Friedla-raftsa z bezwodnym All 3 otrzymujemy barwne związki: - związki jednopierścieniowe: czerwone bądź pomarańczowe, - dwupierścieniowe: czerwone lub niebieskie, - wielopierścieniowe: zielone. All l 3 ( 6 5 ) 3 l ( 6 5 ) l Inne reakcje: - Friedla-raftsa z All 3 i bezwodnikiem ftalowym (wykrycie - otrzymywanie kwasów aroilobenzoesowych jako pochodnych krystalicznych), - sulfonowanie (rozpuszczanie się związku w dymiącym kwasie siarkowym), - nitrowanie (wykrycie - izolacja nitrozwiązku jako pochodnej krystalicznej), - utlenianie łańcucha bocznego za pomocą KMn 4 (wykrycie odbarwienie roztworu i izolacja kwasu karboksylowego jako pochodnej krystalicznej). 2 3 KMn 4 KMn 4 kwas benzoesowy kwas o-ftalowy

7 WĘGLWDRY Wykrywanie układów nienasyconych próba Bayera utlenienie wiązań podwójnych do glikoli i ketonów, odbarwienie KMn 4 KMn 4 KMn K 2 Mn 2 3/2 2 reakcja addycji bromu odbarwienie brunatnego roztworu (tłuszcze nienasycone np. kwas oleinowy, karotenoidy barwniki roślinne) Br 2 Br Br β-karoten reakcja z AgN 3 dla terminalnych alkinów AgN 3 Ag N 3 3 3

8 LRWPDNE WĘGLWDRÓW Próby na reaktywność chlorowca: Reakcja z etanolowym roztworem AgN 3 (wytrącanie osadu halogenku srebra wg S n 1): - w temperaturze pokojowej: halogenki alkilowe trzeciorzędowe, allilowe, benzylowe, jodki alkilowe, 1,2-dibromozwiązki, sole, halogenki kwasowe, 3 X AgN AgX X X 3 X X - l, Br, I - po podgrzaniu: chlorki i bromki alkilowe, - brak reakcji: halogenki winylowe, chlorowcoareny, geminalne trichloropochodne, l 4. nie reagują: X X X X X

9 LRWPDNE WĘGLWDRÓW Reakcja chloro- i bromopochodnych z acetonowym roztworem NaI (wytrącanie osadu halogenku sodu wg S n 2): - w temperaturze pokojowej: bromki pierwszorzędowe, halogenki allilowe i benzylowe, - po ogrzaniu: drugo- i trzeciorzędowe bromki, bromki allilowe, pierwszo- i drugorzędowe chlorki allilowe, - z wydzielaniem jodu: 1,2-dichloro i dibromozwiązki, - brak reakcji: halogenki winylowe i arylowe, trzeciorzędowe chlorki alkilowe, geminalne trichloropochodne, l Br NaI - 2 -I NaBr 2 Br 3 2 Br Br NaI NaBr I 2 NaI NaBr I 2 3

10 ALKLE Niższe homologi: I grupa rozpuszczalności, związki polihydroksylowe II grupa, wyższe homologi: V grupa. Wykrywanie grupy hydroksylowej Acetylowanie chlorkiem acetylu, wykrywanie zapach estru: l l Reakcja z sodem, wykrywanie pęcherzyki gazowego wodoru: Na 2-2 -Na 2 zapach jaśminu Próba jodoformowa z alkalicznym roztworem jodu, wykrywanie metylokarbinoli poprzez wytrącenie żółtego osadu jodoformu: 1) I 2 2 Na NaI NaI 2 2) 3 2 NaI NaI ) 3 NaI I Na 3 2 Na jodoform

11 ALKLE Rozróżnianie rzędowości alkoholi Próba Lucasa (wytrząsanie z roztworem Znl 2 w stężonym l, tworzenie chlorków alkilowych): - roztwór klarowny (brak reakcji): alkohole pierwszorzędowe do pentanolu - dwie rozdzielone, klarowne warstwy (brak reakcji): alkohole pierwszorzędowe wyższe niż pentanol - zmętnienie roztworu po kilku minutach, następnie rozdzielenie się faz: alkohole drugorzędowe i allilowe, Znl 2 3 l 3 l 2 - natychmiastowe zmętnienie roztworu, i rozdzielenie się faz: alkohole trzeciorzędowe i benzylowe, Znl 2 3 l 3 l 2 dróżnienie alkoholi drugo- i trzeciorzędowych - reakcja ze stężonym l (wytrząsanie): - roztwór klarowny: alkohole drugorzędowe (i pierwszorzędowe) - zmętnienie po kilku minutach: alkohole trzeciorzędowe

12 Grupa rozpuszczalności III B, niekiedy (przy kilku podstawnikach II rodzaju) III A, lub I (fenole polihydroksylowe) Wykrywanie fenoli i enoli: Reakcja z Fel 3 : fenole - roztwór fioletowy, niebieski lub zielony (barwa zależy od rodzaju podstawników) R Fel 3 R FENLE I ENLE Fe R kwas salicylowy tyrozyna N 2 R Rodzaj związku fenol fioletowy (1) o-, m-, p-krezol niebieski Barwa (1) (2) (2) 2-naftol białozielony-biały osad (3) pirokatechol zielony (4) rezorcynol fioletowoczerwony (5) hydrochinon niebieskogranatowy (6) pirogalol czerwony-fioletowyczarny (7) floroglucyna niebieskofioletowy (3) (4) (5) (6) (7)

13 FENLE I ENLE Reakcja z Fel 3 : enole roztwór czerwonobrunatny 3 Reakcja z Br 2 na fenole: odbarwianie czerwonobrunatnego roztworu - bromowanie Br Br Br2 Br Tworzenie barwników azowych fenoli z kwasem azotowym (III) Br N 2 N N Na N N NaN 2 l sól diazoniowa Sudan I czerwonożółty barwnik preparatów mikrobiologicznych

14 ETERY V grupa rozpuszczalności; etery dwuarylowe - VI grupa Popularne etery: eter dietylowy tetrahydrofuran 1,4-dioksan Wykrywanie tlenu próba jodowa z I 2 : - brązowe zabarwienie: związki tlenowe, - fioletowe zabarwienie: węglowodory i ich chlorowcopochodne.

15 NITRZWIĄZKI Związki pierwszo- i drugorzędowe - III, związki trzeciorzędowe i aromatyczne - VII grupa kreślanie rzędowości nitrozwiązków alifatycznych Reakcja z azotanem (III) sodu w środowisku zasadowym: - czerwone zabarwienie pojawiające się po dodaniu azotanu (III) sodu znikające po zakwaszeniu: związki pierwszorzędowe - R N 2 R - N N 2 R N 2 N R N 2 N - zabarwienie niebieskie pojawiające się po zakwaszeniu: związki drugorzędowe nitrozopochodne - brak zmian: związki trzeciorzędowe RR' N N 2

16 omologi do 6 atomów węgla w cząsteczce I grupa rozpuszczalności; wyższe homologi amin alifatycznych i aminy monoaromatyczne IV grupa; aminy di- i triaromatyczne VII grupa, sole amin II grupa. Rozróżnianie rzędowości amin Reakcja z kwasem azotowym (III) -roztwór klarowny, 1) po dodaniu 2-naftolu uzyskuje się pomarańczową barwę (Sudan I), 2) po zagotowaniu wydzielają się pęcherzyki gazu: pierwszorzędowa amina aromatyczna ArN 2 N 2 ArN ArN 2 2 Ar N 2 N N Ar ArN 2 AMINY - roztwór klarowny z wydzielaniem się gazu: pierwszorzędowa amina alifatyczna RN 2 N 2 RN RN 2 2 R N 2 - żółty olej: amina drugorzędowa R N R' N N 2 R N 2 R' - zielone zabarwienie: trzeciorzędowa amina aromatyczna NRR' N 2 N NRR'

17 AMINY Rozróżnianie rzędowości amin Próba insberga: wytrącenie p-toluenosulfonamidu z chlorkiem p-toluenosulfonylu z kwaśnego roztworu i alkalizacja - p-toluenosulfonamid rozpuszcza się po alkalizacji: amina pierwszorzędowa - osad / olej nie rozpuszcza się po alkalizacji: amina drugorzędowa - nie tworzy się p-toluenosulfonamid: amina trzeciorzędowa S 2 l S 2 NR - S 2 NR RN 2 - Próba na zasadowość amin: zobojętnianie kwasem wobec papierka uniwersalnego Sole amin: tworzenie w reakcji z kwasem, odzyskiwanie aminy po alkalizacji

18 R R' ALDEYDY I KETNY V grupa rozpuszczalności, poza aldehydami: mrówkowym, octowym i propionowym i acetonem; homologi zawierające więcej niż 9 atomów węgla nie rozpuszczają się w 85% 3 P 4 Wykrywanie grupy ketonowej - reakcja z 2,4-dinitrofenylohydrazyną (hydroksyloaminą) w środowisku kwaśnym: wytrącanie żółtych kryształów 2,4-dinitrofenyloydrazonów 2 N NN 2 N 2 2 N N N N 2 Rozróżnianie aldehydów i ketonów próba Tollensa z roztworem jonów diaminosrebrowych: - tworzenie lustra srebrnego: aldehydy, brak reakcji: ketony 2 AgN 3 2 N 3 2 Ag 2 2 N 4 N 3 Ag 2 4 N [Ag(N 3 ) 2 ] 2-2 [Ag(N 3 ) 2 ] R Ag N 3 Próba Fehlinga z winianowym kompleksem jonów u 2 : - wytrącanie czerwonego u 2 : aldehydy alifatyczne i niektóre aromatyczne - brak reakcji: niektóre aldehydy aromatyczne i ketony u() u R Wykrywanie metyloketonów próba jodoformowa z jodem w środowisku zasadowym, wytrącanie żółtego jodoformu 3 NaI I 3 R - Na 2 Na R R' 2

19 KWASY KARBKSYLWE Grupa rozpuszczalności III A, niższe homologi i kwasy wielokarboksylowe grupa I lub II Wykrycie kwasu karboksylowego Próby na odczyn kwaśny papierek uniwersalny, lakmusowy lub Kongo, zobojętnianie Na wobec fenoloftaleiny Wykrycie grupy karboksylowej estryfikacja - tworzenie estrów etylowych w stężonym 2 S 4, wykrycie zapachu estru 3 2 S trzymywanie kwasu o-acetylosalicylowego - aspiryny

20 ALGENKI I BEZWDNIKI KWASWE Niższe homologi I lub III grupa rozpuszczalności; wyższe V grupa alogenki kwasowe wykrywanie chlorowca reakcja z AgN 3 i identyfikacja halogenu w wytrąconym osadzie ydroliza: - barwienie wilgotnego papierka uniwersalnego na czerwono: chlorek kwasowy - obojętny odczyn wodnego roztworu na zimno, kwaśny po ogrzaniu: bezwodnik kwasowy 2 2 Próba hydroksamowa tworzenie kwasów hydroksamowych z hydroksyloaminą tworzących kompleksy z jonami Fe 3 o czerwonym zabarwieniu R N 2 R l l N- R N 2 R R N- R

21 ESTRY, AMIDY I NITRYLE Estry: grupa rozpuszczalności V, niższe homologi I lub II grupa Amidy: grupa VII, niższe homologi I lub II grupa, imidy i niektóre kwaśne amidy III B Nitryle: grupa VII, niższe homologi I lub II grupa Identyfikacja estrów owocowy zapach tworzenie kwasów hydroksamowych z hydroksyloaminą (próba wykonywana po negatywnych testach na aldehydy i ketony) Wykrywanie amidów pierwszorzędowych i nitryli hydroliza zasadowa z wydzieleniem N 3 R Na R N 3 N 2 Na R N Na 2 R Na N 3

22 Grupa rozpuszczalności - II 20 podstawowych aminokwasów białkowych (biogennych) szereg L Aminokwasy: endogenne (wytwarzane w organizmie) egzogenne (dostarczane z pożywieniem) Phe, Ile, Lys, Leu, Met, Thr, Val, Trp Aminokwasy mają wysokie temperatury topnienia ze względu na swój jonowy charakter. Identyfikacja aminokwasów reakcje na grupę karboksylową i aminową Próba ninhydrynowa - niebieskie zabarwienie rozworu (prolina i hydroksyprolina żółte) 2 R N R N Identyfikacja peptydów AMINKWASY I PEPTYDY Reakcja ksantoproteinowa żółte zabarwienie roztworu wykrywanie aromatycznych aminokwasów (np. Trp, Tyr, Phe) w wyniku reakcji nitrowania N 2 reakcja biuretowa, granatowe zabarwienie roztworu w obecności u 2 N 3 2 N N 2

23 Mono- i oligosacharydy II grupa rozpuszczalności; polisacharydy nie rozpuszczają się w wodzie. Podział sacharydów: Identyfikacja cukrów SAARYDY monosacharydy (cukry proste) pentozy (ryboza), heksozy (glukoza, galaktoza, fruktoza), oligosacharydy disacharydy (sacharoza, laktoza, maltoza), polisacharydy (cukry złożone) celuloza, skrobia, glikogen. Sacharydy są optycznie czynne. Polisacharydy powstają w wyniku połączenia wiązaniami glikozydowymi. reakcja Molisha z α-naftolem z dodatkiem stężonego 2 S 4,(powstaje 5- hydroksymetylofurfural) powstaje czerwonofioletowy pierścień na styku kwasu z resztą roztworu; w reakcji z tymolem roztwór ma barwę czerwoną. 2 2 S 4

24 SAARYDY Wykrywanie cukrów redukujących (wykrywanie aldoz i ketoz ) Reakcja Fehlinga glukoza 2 u()2 u 2 kwas glukonowy 2 ReakcjaTollensa glukoza Ag 2 2 Ag kwas glukonowy Próby pozwalają na wykrycie monosacharydów oraz niektórych disacharydów (laktoza, maltoza).