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;
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
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) 4-6 3 Fe(N) 4-6 4 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 - 2 4 I 2 2 N 2 2 2 Br - Pb 2 4 Br 2 Pb 2 2 2
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
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.
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 3 5 6 6 2 l 3 ( 6 5 ) 3 l ( 6 5 ) 2 2 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
WĘGLWDRY Wykrywanie układów nienasyconych próba Bayera utlenienie wiązań podwójnych do glikoli i ketonów, odbarwienie KMn 4 KMn 4 KMn 4 2 2 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
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 1 3 3 34 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
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 4. - 2 -Br NaI - 2 -I NaBr 2 Br 3 2 Br Br NaI NaBr I 2 NaI 2 2 2 NaBr I 2 3
ALKLE Niższe homologi: I grupa rozpuszczalności, związki polihydroksylowe II grupa, wyższe homologi: V grupa. Wykrywanie grupy hydroksylowej Acetylowanie chlorkiem acetylu, wykrywanie zapach estru: 2 3 2 3 l l Reakcja z sodem, wykrywanie pęcherzyki gazowego wodoru: 2-2 - 2 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 2 2 3) 3 NaI I 3 3-2 2 Na 3 2 Na jodoform
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
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)
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
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.
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
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 2 2 2 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 2 2 2 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'
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
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 3 2 2 [Ag(N 3 ) 2 ] 2-2 [Ag(N 3 ) 2 ] R- - 2-2 Ag 3-2 4 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() 2 - - u 2 2 3 R Wykrywanie metyloketonów próba jodoformowa z jodem w środowisku zasadowym, wytrącanie żółtego jodoformu 3 NaI I 3 R - Na 2 Na R R' 2
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 4 2 5 2 3 2 5 trzymywanie kwasu o-acetylosalicylowego - aspiryny
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
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
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 2 2 3 2 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
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
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).