W.1.IZO 1 Metody identyfikacji związków organicznych W.1.IZO 2 W
Transkrypt
W.1.IZO 1 Metody identyfikacji związków organicznych W.1.IZO 2 W
2011--10 2011 10--03 Tematy: Metody identyfikacji związków organicznych Identyfikacja związków organicznych metodami chemicznymi; Cel: Poznanie metod stosowanych przy identyfikacji związków organicznych Analiza związku organicznego; Identyfikacja grup funkcyjnych; Zagadnienia: Rozdzielanie mieszanin metodami chemicznymi; Identyfikacja i rozdzielanie związków organicznych metodami chromatograficznymi; • Identyfikacja związków organicznych metodami chemicznymi; Chromatografia cienkowarstwowa; • Rozdzielanie mieszanin metodami chemicznymi; Chromatografia kolumnowa; • Identyfikacja i rozdzielanie związków organicznych metodami Identyfikacja związków organicznych metodami spektroskopowymi; chromatograficznymi; Spektroskopia w ultrafiolecie i świetle widzialnym (UV, Vis); Spektroskopia w podczerwieni (IR); • Identyfikacja związków organicznych metodami spektroskopowymi. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego 1HNMR, 13C NMR; Spektrometria masowa (MS) W.1.IZO 1 JJManaj W.1.IZO JJManaj 2 Skład pierwiastkowy Identyfikacja związków organicznych metodami chemicznymi Analiza nieznanego związku 3. Ustalenie składu elementarnego 1. Stan skupienia, Stapianie z sodem: zabarwienie; Umieścić małą ilość związku w probówce; 2. Czystość Dodać skrawek sodu; oznaczenie właściwości fizykochemicznych Rozżarzyć probówkę, a następnie ją oziębić; związki stałe – temperatura topnienia Dodać 0,5 cm3 etanolu; związki ciekłe – temperatura wrzenia, współczynnik załamania światła Ostrożnie ogrzewać probówkę, odparować nadmiar etanolu; 3. Skład pierwiastkowy; Jeszcze raz rozżarzyć probówkę, następnie ostrożnie włożyć do 4. Oznaczenie grupy rozpuszczalności; parownicy z wodą destylowaną; 5. Ustalenie rodzaju grupy funkcyjnej na podstawie charakterystycznych reakcji; Jeśli probówka nie pęknie –stłuc ją – do wody przejdą sole sodowe. 6. Wykonanie pochodnej krystalicznej i oznaczenie stałych fizykochemicznych; 7. Porównanie otrzymanych wyników z danymi literaturowymi . W.1.IZO 3 JJManaj W.1.IZO 4 JJManaj 1 2011--10 2011 10--03 Skład pierwiastkowy Skład pierwiastkowy Siarka → Na2S Badanie wodnego roztworu soli nieorganicznych Na2S + – wykrywanie azotu, siarki, chloru, bromu, jodu Azot NaCN Fe2+ / OH – NaCN PbS ↓ + 2 CH3COONa czarny osad NaCN, Na2S, NaSCN → (CH3COO)2Pb Azot i Siarka Fe3+ / H+ Na4Fe(CN)6 Fe4[Fe(CN)6]3 Nadmiar sodu: NaSCN + 2Na → NaCN + Na2S błękit pruski (błękitne zabarwienie lub osad) NaSCN z solami żelaza (III) daje czerwone zabawienie 2NaCN + FeSO4 → Fe(CN)2 + Na2 SO4 Fe(CN)2 + 4 NaCN → Na4Fe(CN)6 heksacyjanożelazian(II) sodu 3Na4Fe(CN)6 + 4 FeCl3 → Fe4[Fe(CN)6]3 + 12 NaCl heksacyjanożelazian (II) żelaza(III) W.1.IZO 5 JJManaj W.1.IZO Skład pierwiastkowy chlor, brom, jod 6 JJManaj Skład pierwiastkowy NaCl, NaBr NaI Azot, siarka i chlorowce → NaCN, Na2S, NaX Ag+ NaX AgX 1. Związek barwa Rozpuszczalność w NH3aq Ag Cl biały osad dobrze AgBr jasno-żółty trudno ciemno-żółty źle AgI Analiza na azot i siarkę; 2. Usunięcie jonów CN– i S– ; ● dodanie HNO3 CN– + H+ → HCN ↑ S– H+ → H2S ↑ CHCl3 2NaBraq + Cl2 2NaCl + Br2 brunatna warstwa organiczna + CHCl3 2NaIaq + Cl2 2NaCl + I2 W.1.IZO fioletowa warstwa organiczna 7 JJManaj 3. Identyfikacja jonów X– W.1.IZO 8 JJManaj 2 2011--10 2011 10--03 Identyfikacja związku organicznego Identyfikacja związku organicznego Inne próby Inne próby Chlorowiec łatwo odszczepialny (ruchliwość chlorowca) Próba na zimno Chlorki (bromki) kwasowe rozpuszczone w wodzie dają odczyn kwasowy O O R + HCl R + HOH OH Cl Azot łatwo odszczepialny w postaci amoniaku — ogrzewanie z roztworem zasady O (Fenoloftaleina dodana do zasadowego wodnego roztworu ulega odbarwieniu po dodaniu halogenku kwasowego) O + R + R NaOH NH2 NH3 Chlowcopochodne allilowe,benzylowe,IIIrz.alifatyczne dają osad z roztworem AgNO3 ONa + Ag , HOH OH X wilgotny papierek wskaźnikowy zabarwia się na zielono W.1.IZO AgX JJManaj 9 W.1.IZO 10 JJManaj Identyfikacja związku organicznego Grupy rozpuszczalności Inne próby Chlorowiec łatwo odszczepialny (ruchliwość chlorowca) Próba na ciepło r Ogrzewanie z rozcieńczonym roztworem etanolanu sodu, następnie dodanie AgNO3 H2O → nr AgX↓ r związki rozpuszczalne w wodzie i eterze etylowym I (E1) nr związki rozpuszczalne w wodzie II (E21) eter etylowy r X– + Ag+ GRUPY ROZPUSZCZALNIKI r silne kwasy IIIa (Kw1) nr słabe kwasy IIIb (Kw2) NaHCO3 NaOH nr r r alkilowe(IIIrz) >> alkilowe(IIrz) > alkilowe(Irz) >> aromatyczne, winylowe nr R X R R CH X R CH2 X R W.1.IZO X; R R 11 związki obojętne V (O) H2SO4 stęż. nr R IV (Z) związki zasadowe HCl rozc. Reaktywność maleje w szeregu: związki niereaktywne VI (N) związki obojętne zawierające azot i siarkę VII (R) X JJManaj W.1.IZO 12 JJManaj 3 2011--10 2011 10--03 Grupy rozpuszczalności JJManaj Grupy rozpuszczalności Grupa I Związki kwasowe, zasadowe i obojętne o małej cząsteczce (do 6 atomów węgla) Sprawdzenie charakteru chemicznego. Postępowanie według procedury odpowiedniej dla: ♦ związków kwasowych ♦ związków zasadowych ♦ związków obojętnych W.1.IZO 13 W.1.IZO JJManaj 14 Grupy rozpuszczalności rozpuszczalno ci Grupa II Grupy rozpuszczalności Postępowanie: Sole — identyfikacja w postaci odpowiednio: ► wolnego kwasu ► wolnej zasady Grupa II Związki polarne: Aminokwasy — identyfikacja próbą ninhydrynową identyfikacja grup aminowej i karboksylowej sole, Związki polarne — identyfikacja grup funkcyjnych aminokwasy, związki zawierające wiele grup polarnych, takich jak OH, COOH, grupy COOH, OH (grupy fenolowe) – związki kwasowe grupy OH (grupy alkoholowe)– związki obojętne Cukry – odpowiednie reakcje (np. grupy aldehydowe, ketonowe) W.1.IZO 15 JJManaj W.1.IZO 16 JJManaj 4 2011--10 2011 10--03 Grupy rozpuszczalności Grupa II – aminokwasy Grupa II — aminokwasy O O OH OH N-CH2R - 2 H2O; -CO2 O O Reakcja z siarczanem (VI) miedzi R + H2N-CH-COOH N=CHR O OH zasada Schiffa O H2O + RCHO + R NH2 O O NH2 + OH O NH2 + CuSO4 NH2 OH R O H C O Cu O O H2N R O O HO OH + H2O N HO O OH O niebiesko-fioletowe zabarwienie kompleks ciemnoniebieski Purpura Ruhenmana 2-amino-3-hydroksy-1H-inden-1-on W.1.IZO 17 JJManaj W.1.IZO JJManaj 18 Grupa II – cukry Grupa II – cukry Reakcja Molischa Tworzenie osazonów H O H OH H reszta N-NH-Ph lub + 3 NH2-NH N-NH-Ph + Ph-NH2 + NH3 + 2H2O H reszta H OH O osad osazonu reszta W.1.IZO 19 JJManaj W.1.IZO 20 JJManaj 5 2011--10 2011 10--03 Identyfikacja grup funkcyjnych Grupa III Podgrupa IIIA Związki o charakterze kwasowym, które nie należą do grupy I Podgrupa IIIA ▬ kwasy karboksylowe: Kwasy karboksylowe, fenole z grupami wzmacniającymi kwasowość (jak tribromofenol, kwas pikrynowy, 2,4 dinitrofenol) Estryfikacja Właściwości: O rozpuszczalność w rozcieńczonych roztworach NaOH i NaHCO3 RCOOH + NaHCO3 → RCOONa + R O R'OH / H + R OH NaHCO3 aq H2CO3 OR' obserwacje: zapach estru ↓ H2O + W.1.IZO 21 CO2 JJManaj W.1.IZO Identyfikacja grup funkcyjnych Reakcja z JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych Podgrupa IIIB ▬ fenole z podstawnikami zwiększającymi kwasowość: solami Fe3+ 22 Słabe kwasy: fenole, nitropochodne weglowodorów, oksymy, imidy, z niektóre amidy, merkaptany, tiofenole, itp OH + z O FeCl3 Właściwości: O Fe z + HCl rozpuszczalność w rozcieńczonych roztworach NaOH O O ▬ fenole: Bromowanie z O OH OH Br O z = C OH , C H , C OR , o- lub m-NO2 , itp. + Br2aq Br 0o C + 3HBr Obserwacje: Br zabarwienie kompleksu — purpurowe, purpurowe, fioletowe, fioletowe, granatowe, granatowe, zielone czasem zabarwienie szybko znika 2,4,6-tribromofenol Obserwacje: odbarwienie wody bromowej, wydzielanie bromowodoru W.1.IZO 23 JJManaj W.1.IZO 24 JJManaj 6 2011--10 2011 10--03 Reakcja nitrowania Inne próby NO2 HNO3 rozc. OH OH OH + O2 N Reakcja nitrozowania Reakcja kwasu azotowego(III) z fenolami: + H rozc. HO-N=O NO + NO2 R R HNO3 stęż. OH O2 N NO+ NO HO HO NO2 szybko pojawia się drobny osad żółty lub pomarańczowy osad W.1.IZO 25 W.1.IZO JJManaj 26 JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych Reakcja z kwasem azotowym(III) w stężonym kwasie siarkowym (fenole z grupy IIIB, niepodstawione w pozycji para) ▬ alifatyczne nitrozwiązki I i II rz. Tworzenie soli z alkaliami HNO2 HO N HO N O O R CH2 + NaOH R CH2 N N O ONa OH O OH forma aci R CH2 N + HOH O O H2SO4 O N OH + OH O N OH zabarwienie od niebieskiego do czerwonego 27 JJManaj OH R R CH N O indofenol W.1.IZO O R R CH forma aci ONa R + NaOH N R CH + N HOH O O Obserwacje: mieszanina reakcyjna ma żółte zabarwienie W.1.IZO 28 JJManaj 7 2011--10 2011 10--03 Identyfikacja grup funkcyjnych Identyfikacja grup funkcyjnych Reakcja z kwasem azotowym(III) w temp. OoC Grupa IV Związki o charakterze zasadowym: Aminy I rz. aromatyczne - Aminy nierozpuszczalne w wodzie, które nie należą do grupy I X NH2 Właściwości: X NaNO2 / HCl Obserwacje: + N2 0oC brak zmian rozpuszczalność w rozcieńczonych roztworach kwasu solnego; • Reakcja z kwasem azotowym(III) w temp. OoC + _ N2 Cl X aminy I rz. alifatyczne NR2 N _ N2 Cl N N X HO + N2 NaNO2 + HCl czerwone osady barwników azowych + X + NR2 OH lub 0 oC R NH2 N X R Cl + NaCl + 2 HOH lub Obserwacje: wydzielają się pęcherzyki gazu W.1.IZO 29 woda, temp.wrzenia Ar-N2+ zapach fenolu Ar-OH W.1.IZO JJManaj 30 JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych Identyfikacja grup funkcyjnych Reakcja z kwasem azotowym(III) w temp. OoC Reakcja z kwasem azotowym(III) w temp. OoC Aminy II rzędowe, alifatyczne lub aromatyczne R N R + HNO 2 0oC N R Obserwacje: + HOH W temperaturze NO H N R Aminy III rzędowe — alifatyczne R + 0oC HNO2 H N R + HOH NO 0oC reakcja nie zachodzi brak zmian; Stwierdzenie obecności HNO2 - papierek jodoskrobiowy: 4H+ + 2I ¯ + 2NO2¯ na skrobi fioletowa barwa jodu = I2 + 2NO + 2H2O Obserwacje: żółte lub zielone zabarwienie, olej lub osad W.1.IZO 31 JJManaj W.1.IZO 32 JJManaj 8 2011--10 2011 10--03 Identyfikacja grup funkcyjnych Identyfikacja grup funkcyjnych Reakcja z kwasem azotowym(III) w temp. OoC Próba Hinsberga — ustalenie rzędowości amin reakcja z chlorkiem benzenosulfonylu lub tosylu I rz. amina — tworzy sulfonamid rozpuszczalny w alkaliach Aminy III rz. — aromatyczne O RNH2 + Cl N H O R + N HNO2 ON N R + HOH O R N H R' Cl + O R N CH3 S R' O HCl CH3 + S O Obserwacje: osad p-toluenosulfonamidu nierozpuszczalny w alkaliach barwa zielona lub brunatna, potem osad III rz. amina — nie ulega reakcji; → R3N brak reakcji W.1.IZO JJManaj 34 JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych Identyfikacja grup funkcyjnych identyfikacja grupy karbonylowej; aldehydy, ketony; Grupa V Reakcja z fenylohydrazyną i jej pochodnymi: Związki obojętne, nie zawierające azotu czy siarki R R O Związki niskocząsteczkowe mogą należeć do grupy I + H 2N NH + H 2N NH NO 2 + N NH NO 2 + HOH N NH NO 2 + HOH HOH z z R R B) estry, bezwodniki; chlorki kwasowe NH R O A) aldehydy, ketony; N z z R O + H 2N NH NO 2 z z O 2N C) alkohole, etery; O 2N Z = H, R, Ar tworzenie barwnych osadów fenylohydrazonów, para-nitrofenylohydrazonów, 2,4-dinitrofenylohydrazonów D) alkeny; Reakcja z hydroksyloaminą: E) areny. R R O + H2N z W.1.IZO S O O pochodna C-nitrozowa 33 O _ R :N II rz. amina — powstający sulfonamid nie rozpuszcza się w zasadach R W.1.IZO + Na + HCl S osad rozpuszczalny w alkaliach R 0oC NaOH O R S 35 JJManaj N OH OH + HOH Z = H, R, Ar z powstaje osad oksymu W.1.IZO 36 JJManaj 9 2011--10 2011 10--03 Identyfikacja grup funkcyjnych Identyfikacja grup funkcyjnych Odróżnienie aldehydów od ketonów Reakcja Tollensa RCHO + Ag2O → 2Ago estry, bezwodniki, chlorki kwasowe ↓ + RCOOH Zapach: lustr ustro o srebrowe estry — mają zazwyczaj przyjemne zapachy, Próba Fehlinga, (Benedicta, Tromera) RCHO + 2CuO → Cu2O ↓ + bezwodniki i chlorki kwasowe — mają drażniące zapachy. RCOOH ceglasty osad W.1.IZO 37 W.1.IZO JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych 38 JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych estry, bezwodniki, chlorki kwasowe Bezwodniki i chlorki estry — mają zazwyczaj przyjemne zapachy, bezwodniki i chlorki kwasowe — mają drażniące zapachy. Hydroliza szybko przebiega — kolor fenoloftaleiny dodanej do próbki zanika Tworzenie kwasów hydroksamowych w reakcji z hydroksyloaminą w środowisku zasadowym! _ O OH R C OR O + NH2OH O R C NHOH + C R + NH2OH + NaOH 2 R C ONa + HOH + O O O R C NHOH O 2 NaOH R OH O O R C O O O R C O C R + R C ONa + NaCl + HOH R C Cl + 2 NaOH R C ONa O O + R C Cl NH2OH + NaOH R C NHOH + NaCl kwasy hydroksamowe dają purpurowe kompleksy z solami O R O NHOH + FeCl3 W.1.IZO R roztwór zasadowy bezwodnik lub chlorek roztwór obojętny Fe3+ 3+ _ NHO 3 Fe + 3HCl 39 JJManaj W.1.IZO 40 JJManaj 10 2011--10 2011 10--03 Identyfikacja grup funkcyjnych Identyfikacja grup funkcyjnych Alkohole i etery Bezwodniki i chlorki Rozróżnienie alkoholi i eterów: Tworzenie amidów z aminami I rz. i II rz. O O R C O C R + ArNH2 + NaOH O R C Cl + ArNH2 + NaOH O etery nie reagują z chlorkami kwasowymi. O R C NHAr + R C ONa + HOH Reakcja z chlorkiem acetylu Alkohole I rzędowe i II rzędowe — gwałtowny przebieg O R C NHAr + NaCl + HOH CH3COCl + RCH2OH osad → CH3COOCH2R + HCl↑ powstaje druga warstwa estru o miłym zapachu Tworzenie estrów z alkoholami O R C O Alkohole III rz. nie reagują tak gwałtownie i tworzą chlorowcopochodne O O C R + 2 ROH 2 R C OR + HOH CH3COCl + R3C-OH → CH3COOH + R3C-Cl O O R C Cl + ROH + NaOH obserwuje się tworzenie drugiej warstwy R C OR + NaCl + HOH zapach W.1.IZO 41 W.1.IZO JJManaj 42 JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych Grupa benzylowa Ustalenie rzędowości alkoholu, próba Lucasa Wpływ mezomerii grupy benzylowej H+ CH2 OH + CH2 Wyjątki: + CH2 -H2O + CH2 CH2 CH2 CH2 + + + W.1.IZO 43 JJManaj W.1.IZO 44 JJManaj 11 2011--10 2011 10--03 Inne próby Identyfikacja grup funkcyjnych Próba jodoformowa na związki zawierające atom tlenu przy drugim atomie węgla: OH O H3C CH ; H3C C Estry Hydroliza aldehyd octowy, etanol, alkohole II rz. i ketony O OH O H3C CH R + NaOI H3C R + R' NaI + H2O O R R-OH OH O O + 3 NaOI I3C C R + NaOH H3C + O H2O R' R I3C R + 3 NaOH Identyfikacja kwasu i alkoholu O CHI3 + RCOONa żółty osad W.1.IZO 45 W.1.IZO JJManaj 46 JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych Etery Węglowodory nienasycone alifatyczne Reakcje addycji w temperaturze pokojowej Reakcja z wodą bromową Etery są mało reaktywne R Br2aq Rozszczepienie pod działaniem stężonego HI R' (ciśnienie, temperatura) R2O + HI → 2RI + H2O lub R Br Br R' zanik brunatnego zabarwienia wody bromowej Reakcja z manganianem(VII) potasu: ArOR + HI → ArOH + RI + 4KMnO4 + 2H2O ↑ R zapach fenolu LUB R' R R' 3 + 2KMnO4 + 4H2O H + 4 MnO2 + 4 KOH O + 3 O 3 R R' R R' R R' R 3 + HO H R' 3 2 MnO2 + 2 KOH OH zanik fioletowego zabarwienia roztworu manganianu (VII) potasu W.1.IZO 47 JJManaj W.1.IZO 48 JJManaj 12 2011--10 2011 10--03 Identyfikacja grup funkcyjnych Identyfikacja grup funkcyjnych Węglowodory aromatyczne Reakcja z manganianem(VII) potasu, Cykliczne alkeny: (nierozpuszczalne na zimno w H2SO4 stęż. będą należeć do grupy VI) OH _ zanik fioletowego zabarwienia roztworu manganianu (VII) potasu KMnO4, OH temp. pokojowa Chlorowcopochodne węglowodorów aromatycznych Alkiny: R R OH 2 R COOH R' + 2 KMnO4 + 2 H2O + 2 MnO2 + 2 KOH X R zanik fioletowego zabarwienia roztworu manganianu (VII) potasu Reakcja z wodą bromową w temperaturze pokojowej Woda bromowa nie ulega odbarwieniu, gdy związek zawiera dezaktywujące podstawniki W.1.IZO 49 W.1.IZO JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych AlCl3 AlCl3 Ph3CCl Ph3CCl + JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych Identyfikacja układu aromatycznego: PhH + CHCl3 50 Identyfikacja układu aromatycznego: PhH + CHCl3 Y Ph2CH2 AlCl3 ? Reakcja nie zajdzie gdy w pierś pierścieniu znajdują znajdują się się _ + Ph3C AlCl4 podstawniki silnie dezaktywują dezaktywujące albo grupy aminowe ! barwna sól triarylokarboniowa Reakcja z bezwodnikiem ftalowym R O O O OH AlCl 3 żółty lub pomarańczowy O niebieski + R zielony R O po zakwaszeniu wypada osad zabarwienie zależy od liczby pierścieni w układzie aromatycznym kwasu aroilobenzoesowego W.1.IZO 51 JJManaj W.1.IZO 52 JJManaj 13 2011--10 2011 10--03 Identyfikacja grup funkcyjnych Grupa VI Węglowodory nierozpuszczalne w H2SO4; grupa VI Węglowodory alifatyczne, mogą ulegać zesmoleniu Węglowodory alifatyczne, chlorowcopochodne weglowodorów alifatycznych węglowodory alifatyczne i ich chlorowcopochodne pod działaniem stężonego kwasu siarkowego. identyfikacja na podstawie właściwości fizycznych: Węglowodory aromatyczne nie ulegają zesmoleniu pod działaniem — współczynnika załamania światła, stężonego kwasu siarkowego, a w wyższej temperaturze — temperatury wrzenia lub topnienia . mogą ulegać reakcji sulfonowania Potwierdzenie identyfikacji – metody spektroskopowe W.1.IZO 53 W.1.IZO JJManaj 54 JJManaj Identyfikacja grup funkcyjnych Grupa VII Aromatyczne związki nitrowe Związki obojętne, zawierające heteroatomy Związki obojętne zawierające azot: amidy, hydroliza O R' Niektóre aromatyczne związki nitrowe tworzą barwne kompleksy z acetonem O H2O + R' NH R R-NH2 OH Nastepnie identyfikacja kwasu i aminy O2N Sn/H R-NO2 O R O2N R _ zasada NO2 + _ H R związki nitrowe (aromatyczne, trzeciorzędowe alifatyczne) Redukcja do amin O O NO2 barwny produkt R-NH2 Powstałe aminy identyfikujemy X NO2 H X NH2 W.1.IZO odpowiednimi reakcjami 55 JJManaj W.1.IZO 56 JJManaj 14