Proseminarium identyfikacji związków organicznych

Proseminarium identyfikacji związków organicznych pracował: Wojciech Augustyniak Dr Wojciech Augustyniak Pracownia Peptydów Gmach Chemii p. 230 (tel. wew. 509) Gmach Radiochemii p. 118, 122, 165, 169 (wew. 432), 115 (wew. 434) Email: august@chem.uw.edu.pl URL: www.chem.uw.edu.pl/people/waugustyniak/ Polecana lektura: Ćwiczenia z organicznej analizy jakościowej i chemii bioorganicznej K. Bańkowski, A. Krawczyk, R. Siciński, J. Stępiński, A. Temeriusz Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 1990

pracował: Wojciech Augustyniak Stałe fizyczne charakteryzujące związki organiczne Temperatura topnienia substancje stałe Temperatura wrzenia ciecze Współczynnik załamania światła (szybkość światła w ośrodku/szybkość światła w próżni) refraktometr Abbego, pomiar w cieczach Skręcalność właściwa polarymetr, skręcalność właściwa [α t D ], pomiar dla roztworów związków czynnych optycznie [ α] t D 100 α = l c t D α t D skręcalność odczytywana l droga optyczna [dm] c wagowe stężenie procentowe [%]

pracował: Wojciech Augustyniak znaczanie składu pierwiastkowego 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 CN - Fe 2+ Fe(CN) 4- + 6 3 Fe(CN) 4-6 + 4 Fe 3+ Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 S tworzy Na 2 S; wykrycie reakcja z solami Pb(II) lub z nitroprusydkiem sodu (purpurowe zabarwienie roztworu) Cl, Br, I tworzą halogenki sodu; wykrycie reakcja z AgN 3 i rozpuszczanie osadu w roztworze amoniaku, wykrycie I reakcja z NaN 2 z dodatkiem CCl 4 + + + + 2 I - 2 N 2-4 H + I 2 2 N 2 H 2 wykrycie Br próba eozynowa (po reakcji z NaN 2 i usunięciu jodu) z papierkiem fluoresceinowym, wobecności bromu barwi się na różowo 2 Br - Pb 2 4 H + Br 2 Pb 2+ 2 H 2 + + + + Próba Beilsteina: wykrywanie chlorowców, zielona barwa płomienia po umieszczeniu w nim drucika zanurzonego w substancji

pracował: Wojciech Augustyniak znaczanie grupy rozpuszczalności eter rozp. I Niższe homologi: alkohole, aldehydy, ketony, kwasy, estry, aminy, etc. rozp. nierozp. II Kwasy wielokarboksylowe, glikole, poliaminy, kwasy sulfonowe, sole woda nierozp. NaHC 3 rozp. rozp. nierozp. III A III B Mocne kwasy: kwasy karboksylowe, sulfonowe Słabe kwasy: fenole, tiole NaH nierozp. HCl rozp. nierozp. rozp. IV V Zasady: aminy Węglowodory nienasycone H 2 S 4 zawiera N, S nierozp. VI VII Węglowodory nasycone, aromatyczne i ich chlorowcopochodne Związki nitrowe, amidy, nitryle

pracował: Wojciech Augustyniak Pochodne krystaliczne Rozróżnienie związków ze względu na temperaturę topnienia pochodnej Łatwe do otrzymania Szybko można je wyizolować Łatwa krystalizacja trzymanie dużych, łatwych do wysuszenia kryształów

Węglowodory Nasycone i aromatyczne VI grupa rozpuszczalności; nienasycone V grupa Wykrywanie układu aromatycznego: reakcja Friedla-Craftsa z bezwodnym AlCl 3 daje barwne związki: -związki jednopierścieniowe: czerwone bądź pomarańczowe -dwupierścieniowe: czerwone lub niebieskie - wielopierścieniowe: zielone AlCl 3 5 C 6 H 6 2 CHCl 3 (C 6 H 5 ) 3 CCl (C 6 H 5 ) 2 CH 2 5 HCl + + + pracował: Wojciech Augustyniak Inne reakcje: - Friedla-Craftsa z AlCl 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) - otrzymywanie krystalicznych adduktów z kwasem pikrynowym (jako pochodnych krystalicznych) -utlenianie łańcucha bocznego za pomocą KMn 4 (wykrycie odbarwienie roztworu i izolacja kwasu jako pochodnej krystalicznej) Wykrywanie układów nienasyconych: - próba Bayera utlenienie wiązań podwójnych do glikoli i ketonów, odbarwienie KMn 4 - reakcja addycji bromu odbarwienie czerwonawego roztworu

pracował: Wojciech Augustyniak Chlorowcopochodne węglowodorów 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-dibromozwiazki, sole, halogenki kwasowe - po podgrzaniu: chlorki i bromki alkilowe - brak reakcji: halogenki winylowe, chlorowcoareny, geminalne trichloropochodne, CCl 4 Reakcja z acetonowym roztworem NaI (wytrącanie 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, CCl 4 Pochodne krystaliczne: - etery alkilowo-2-naftylowe (z 2-naftolanem sodu) i ich pikryniany -dla związków aromatycznych: pochodne nitrowe, pikryniany, kwasy karboksylowe powstałe po utlenieniu łańcucha bocznego

pracował: Wojciech Augustyniak Alkohole (1) Niższe homologi: I grupa rozpuszczalności, związki polihydroksylowe II grupa, wyższe homologi: V grupa Wykrywanie grupy hydroksylowej: - acetylowanie chlorkiem acetylu, wykrywanie zapach estru - reakcja z sodem, wykrywanie pęcherzyki wodoru Rozróżnianie rzędowości alkoholi: Próba Lucasa (wytrząsanie z roztworem ZnCl 2 w stężonym HCl, 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 - natychmiastowe zmętnienie roztworu, i rozdzielenie się faz: alkohole trzeciorzędowe i benzylowe dróżnienie alkoholi drugo- i trzeciorzędowych - reakcja ze stężonym HCl (wytrząsanie): - roztwór klarowny: alkohole drugorzędowe (i pierwszorzędowe) -zmętnienie po kilku minutach: alkohole trzeciorzędowe

pracował: Wojciech Augustyniak Alkohole (2) Próba jodoformowa z alkalicznym roztworem jodu, wykrywanie metylokarbinoli poprzez wytrącenie żółtego osadu jodoformu + + + I 2 2 NaH NaI NaI H 2 H R NaI NaI H 2 R + + + R + 3 NaI CHI 3 + RCNa + 2 NaH Pochodne krystaliczne: estry kwasu 3,5-dinitrobenzoesowego (synteza z SCl 2 )

pracował: Wojciech Augustyniak Fenole i enole Grupa rozpuszczalności III B, niekiedy (przy kilku podstawnikach II rodzaju) III A, lub I (fenole polihydroksylowe) Wykrywanie - reakcja z FeCl 3 : - roztwór czerwonobrunatny: enole - roztwór fioletowy, niebieski lub zielony: fenole Reakcja z Br 2 na fenole: odbarwianie roztworu Tworzenie barwników azowych fenoli z kwasem azotawym Pochodne krystaliczne fenoli: -estry kwasu 3,5-dinitrobenzoesowego - kwasy aryloksyoctowe (otrzymywanie w środowisku zasadowym z kwasu chlorooctowego)

pracował: Wojciech Augustyniak Etery V grupa rozpuszczalności; etery dwuarylowe - VI grupa Wykrywanie tlenu - próba jodowa z I 2 : -brązowe zabarwienie: związki tlenowe - fioletowe zabarwienie: węglowodory i ich chlorowcopochodne Pochodne krystaliczne eterów alkilowoarylowych: - produkty rozszczepienia za pomocą HI (fenole i jodki alkilowe) - nitropochodne - pikryniany - kwasy karboksylowe powstające z utlenienia alkilowych łańcuchów bocznych

Nitrozwiązki pracował: Wojciech Augustyniak Związki pierwszo- i drugorzędowe - III, związki trzeciorzędowe i aromatyczne - VII grupa kreślanie rzędowości nitrozwiązków alifatycznych reakcja z azotynami w środowisku zasadowym: - czerwone zabarwienie pojawiające się po dodaniu azotynu, znikające po zakwaszeniu: związki pierwszorzędowe - zabarwienie niebieskie pojawiające się po zakwaszeniu: związki drugorzędowe - brak zmian: związki trzeciorzędowe H - + R N 2 R C H - N N 2 R N 2 N R N 2 NH Pochodne krystaliczne: - benzamidy utworzone przez pierwszorzędowe aminy powstałe po redukcji związków nitrowych za pomocą Sn/HCl - polinitrozwiązki - kwasy karboksylowe powstałe przez utlenienie łańcuchów bocznych związków aromatycznych

Aminy (1) pracował: Wojciech Augustyniak Homologi 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 azotawym: - roztwór klarowny, i) po dodaniu 2-naftolu uzyskuje się pomarańczową barwę, ii) po zagotowaniu wydzielają się pęcherzyki gazu: pierwszorzędowa amina aromatyczna ArNH 2 HN 2 H + ArN + + + 2 + 2 H 2 ArN + 2 + H 2 ArH + N 2 H N N Ar ArN + 2 H + H + + - roztwór klarowny z wydzielaniem się gazu: pierwszorzędowa amina alifatyczna RNH 2 HN 2 H + RN + + + 2 + 2 H 2 RN + 2 + H 2 R + + N 2 - żółty olej: amina drugorzędowa - zielone zabarwienie: trzeciorzędowa amina aromatyczna R NH R' N + HN 2 R N + H 2 R' NRR' + HN 2 N NRR'

Aminy (2) pracował: Wojciech Augustyniak Próby na rzędowość amin (cd) wytrącenie p-toluenosulfonamidu z chlorkiem p-toluenosulfonylu z kwaśnego roztworu i alkalizacja (próba Hinsberga): - 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 Cl S 2 NHR H - S 2 NR RNH 2 - + Próba na zasadowość amin: zobojętnianie kwasem wobec papierka uniwersalnego Sole amin: tworzenie w reakcji z kwasem, odzyskiwanie aminy po alkalizacji Krystaliczne pochodne: - benzamidy, otrzymane z chlorku benzoilu w obecności pirydyny - p-toulenosulfonamidy - pikryniany

pracował: Wojciech Augustyniak Aldehydy i ketony V grupa rozpuszczalności, poza aldehydami: mrówkowym, octowym i propionowym, oraz acetonem; homologi zawierające więcej niż 9 atomów węgla nie rozpuszczają się w 85% H 3 P 4 Wykrywanie grupy ketonowej - reakcja z 2,4-dinitrofenylohydrazyną (lub hydroksyloaminą) w środowisku kwaśnym: wytrącanie żółtych kryształów 2,4-dinitrofenyloydrazonów R R' + 2 N NHNH 2 N 2 2 N Rozróżnianie aldehydów i ketonów - próba Tollensa z roztworem jonów diaminosrebrowych: - tworzenie lustra srebrnego: aldehydy - brak reakcji: ketony Próba Fehlinga z winianowym kompleksem jonów Cu 2+ : -wytrącanie czerwonego Cu 2 : aldehydy alifatyczne i niektóre aromatyczne - brak reakcji: niektóre aldehydy aromatyczne i ketony Wykrywanie metyloketonów próba jodoformowa z jodem w środowisku zasadowym, wytrącanie żółtego jodoformu Pochodne krystaliczne: - 2,4-dinitrofenlohydrazony - p-nitrofenylohydrazony - semikarbazony (otrzymywane z chlorowodorku semikarbazydu H 2 NNHCNH 2 HCl) H N N N 2 R R' + H 2

pracował: Wojciech Augustyniak Kwasy karboksylowe Grupa rozpuszczalności III A, niższe homologi i kwasy wielokarboksylowe grupa I lub II Próby na odczyn kwaśny papierek uniwersalny, lakmusowy lub Kongo, zobojętnianie NaH wobec fenoloftaleiny Wykrycie grupy karboksylowej -tworzenie estrów etylowych w stężonym H 2 S 4, wykrycie zapachu estru Pochodne krystaliczne: - amidy otrzymywane z NH 3 i SCl 2 - anilidy i p-toluidydy

pracował: Wojciech Augustyniak Halogenki i bezwodniki kwasowe Niższe homologi I lub III grupa rozpuszczalności; wyższe V grupa Halogenki kwasowe wykrywanie chlorowca reakcja z AgN 3 i identyfikacja halogenu w wytrąconym osadzie Hydroliza: - barwienie wilgotnego papierka uniwersalnego na czerwono: chlorek kwasowy - obojętny odczyn wodnego roztworu na zimno, kwaśny po ogrzaniu: bezwodnik kwasowy Próba hydroksamowa tworzenie kwasów hydroksamowych z hydroksyloaminą tworzących kompleksy z jonami Fe 3+ o czerwonym zabarwieniu Pochodne krystaliczne: anilidy i p-toluidydy

pracował: Wojciech Augustyniak 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 NH 3 Pochodne krystaliczne estrów: - uzyskane po uprzedniej zasadowej hydrolizie: kwas karboksylowy i ester kwasu 3,5-dinitrobenzoesowego alkoholu - hydrazyd kwasu karboksylowego uzyskany po hydrazynolizie estrów Pochodne krystaliczne amidów: kwas karboksylowy i pochodne amin uzyskanych po zasadowej lub kwaśnej hydrolizie amidu Pochodne krystaliczne nitryli: - amid pierwszorzędowy uzyskany po częściowej kwaśnej hydrolizie - kwas karboksylowy uzyskany po całkowitej hydrolizie

Grupa rozpuszczalności - II Aminokwasy i peptydy pracował: Wojciech Augustyniak Aminokwasy białkowe szereg L, konfiguracja S (wyjątki: cysteina i glicyna) Aminokwasy mają wysokie temperatury topnienia ze względu na swój jonowy charakter Identyfikacja aminokwasów reakcje na grupę karboksylową i aminową, np. próba ninhydrynowa, niebieskie zabarwienie rozworu (prolina żółte) 2 + R CH N + RCH + NH 2 C 2 + 3 H 2 H Pochodne krystaliczne aminokwasów: N-benzoilopochodne Identyfikacja peptydów reakcja biuretowa, granatowe zabarwienie roztworu w obecności Cu 2+

pracował: Wojciech Augustyniak Sacharydy Mono- i oligosacharydy II grupa rozpuszczalności; polisacharydy nie rozpuszczają się w wodzie Sacharydy są czynne optycznie Identyfikacja reakcja Molisha z α-naftolem z dodatkiem stężonego H 2 S 4, czerwonofioletowa barwa na styku kwasu z resztą roztworu; w podobnej reakcji z tymolem roztwór ma barwę czerwoną Wykrywanie cukrów redukujących: reakcje Fehlinga i Tollensa, wykrywanie aldoz i ketoz Pochodne krystaliczne: osazony tworzone w reakcji z fenylohydrazyną R H H N N C 6 H 5 3 C 6 H 5 NHNH 2 C 6 H 5 NH 2 NH 3 2 H N C 6 H 2 5 R N H + + + +