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;

„Organiczna analiza jakościowa” J. Woliński, J. Terpiński, PWN, 1973;

„Krótkie wykłady: Biochemia” B.D. Hames, N.M. Hooper, J.D. Houghton, PWN, 2001;

„Ćwiczenia z biochemii” L. Kłyszejko-Stefanowicz, PWN, 1999;

„Biochemia Harpera” R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell, PZWL, 2004;

STAŁE FIZYCZNE CHARAKTERYZUJĄCE

ZWIĄZKI ORGANICZNE

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.

Dt – skręcalność odczytywana

l – droga optyczna [dm]

c – wagowe stężenie procentowe [%]

cl][

t

Dt

D

100

OZNACZANIE 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.

Próba Beilsteina:

wykrywanie chlorowców, zielona barwa płomienia po umieszczeniu w nim drucika

zanurzonego w substancji.

Stapianie z sodem:

N – tworzy cyjanki; wykrycie – tworzenie błękitu pruskiego.

S – tworzy Na2S; wykrycie – reakcja z solami Pb(II) lub z nitroprusydkiem sodu (purpurowe

zabarwienie roztworu).

Cl, Br, I – tworzą halogenki sodu; wykrycie – reakcja z AgNO3 i rozpuszczanie osadu w

roztworze amoniaku, wykrycie I – reakcja z NaNO2 z dodatkiem CCl4.

Wykrycie Br – próba eozynowa (po reakcji z NaNO2 i usunięciu jodu) z papierkiem

fluoresceinowym, w obecności bromu barwi się na różowo.

6 CN- Fe2+ Fe(CN)64-+ 3 Fe(CN)6

4- 4 Fe3+ Fe4[Fe(CN)6]3+

2 I- 2 NO2- 4 H+ I2 2 NO 2 H2O+ + + +

2 Br- PbO2 4 H+ Br2 Pb2+ 2 H2O+ + + +

OZNACZANIE GRUPY ROZPUSZCZALNOŚCI

Niższe homologi: alkohole, aldehydy,

ketony, kwasy, estry, aminy itp.

Kwasy wielokarboksylowe, glikole,

poliaminy, kwasy sulfonowe, sole

Mocne kwasy: kwasy

karboksylowe, sulfonowe

Słabe kwasy: fenole, tiole

Zasady: aminy

Węglowodory nienasycone

Węglowodory nasycone, aromatyczne

i ich chlorowcopochodne

Związki nitrowe, amidy, nitryle

woda

eter

rozp.

nierozp.

rozp.

rozp.

rozp.

nierozp.

nierozp.

nierozp.

nierozp.

rozp.

I

II

III A

III B

IV

V

VI

VII

NaOH

NaHCO3

HClH2SO4

zawiera N, S

rozp.

nierozp.

POCHODNE KRYSTALICZNE

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.

WĘGLOWODORY

Nasycone i aromatyczne – VI grupa rozpuszczalności; nienasycone – V grupa

Wykrywanie układu aromatycznego

W wyniku reakcji Friedla-Craftsa z bezwodnym AlCl3 otrzymujemy barwne związki:

- związki jednopierścieniowe: czerwone bądź pomarańczowe,

- dwupierścieniowe: czerwone lub niebieskie,

- wielopierścieniowe: zielone.

5 C6H6 2 CHCl3

AlCl3(C6H5)3CCl (C6H5)2CH2 5 HCl+ + +

Inne reakcje:

- Friedla-Craftsa z AlCl3 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 KMnO4 (wykrycie – odbarwienie roztworu

i izolacja kwasu karboksylowego jako pochodnej krystalicznej).

C

H2

CH3

COOHKMnO4

H+

CH3

CH3

COOH

COOH

KMnO4

H+

kwas o-ftalowykwas benzoesowy

WĘGLOWODORY

Wykrywanie układów nienasyconych

próba Bayera – utlenienie wiązań podwójnych do glikoli i ketonów, odbarwienie KMnO4

reakcja z AgNO3 – dla terminalnych alkinów

reakcja addycji bromu – odbarwienie brunatnego roztworu (tłuszcze nienasycone np.

kwas oleinowy, karotenoidy – barwniki roślinne)

KMnO4 + H2O → 2 KOH + 2 MnO2 + 3/2 O2

β-karoten

Br

BrBr2

OH

OH O

KMnO4

C C HCH3

C CCH3+ AgNO3 Ag+ + HNO3

CHLOROWCOPOCHODNE WĘGLOWODORÓW

Próby na reaktywność chlorowca:

Reakcja z etanolowym roztworem AgNO3 (wytrącanie osadu halogenku srebra wg Sn1):

- w temperaturze pokojowej: halogenki alkilowe trzeciorzędowe, allilowe, benzylowe, jodki

alkilowe, 1,2-dibromozwiązki, sole, halogenki kwasowe,

- po podgrzaniu: chlorki i bromki alkilowe,

- brak reakcji: halogenki winylowe, chlorowcoareny, geminalne trichloropochodne, CCl4.

C1

CH3

CH3

CH3

X C34

CH3

CH3

CH3

OH+ AgNO3 AgX+X - Cl, Br, I

CC

CH

H

H

X

H H

CX

HH

CH3

X

O

CCH

H

H

XX

C H

X

X

X

nie reagują:

Reakcja chloro- i bromopochodnych z acetonowym roztworem NaI (wytrącanie

osadu halogenku sodu wg Sn2):

- 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, CCl4.

CHLOROWCOPOCHODNE WĘGLOWODORÓW

CH3-CH

2-Br CH

3-CH

2-I+ NaI + NaBr

CH2

Br

CH2

Br

CH2

CH2

+ 2 NaI + 2 NaBr + I2

CH

CH3

CH3

BrCH

CH3

CH3

I+ NaI + NaBr

ALKOHOLE

Wykrywanie grupy hydroksylowej

Acetylowanie chlorkiem acetylu, wykrywanie – zapach estru:

Niższe homologi: I grupa rozpuszczalności, związki polihydroksylowe – II grupa,

wyższe homologi: V grupa.

Reakcja z sodem, wykrywanie – pęcherzyki gazowego wodoru:

CH3

Cl

OCH2

OH

C

H2

CH3

O

O

+ + HCl

zapach jaśminu

2 CH3-CH2-OH + 2 Na → 2 CH3-CH2-ONa + H2↑

Próba jodoformowa z alkalicznym roztworem jodu, wykrywanie metylokarbinoli poprzez

wytrącenie żółtego osadu jodoformu:

I2 2 NaOH H2ONaOI NaI+ + +

jodoform

CH3

CH2

OH

CH3 CH

3CH

2

O

CH3

+ + NaINaOI + H2O

CH3

CH2

O

CH3

C

ONa

O

H3C-CH

2+ +CHI33 NaOI + 2 NaOH

1)

2)

3)

ALKOHOLE

Rozróżnianie rzędowości alkoholi

Próba Lucasa (wytrząsanie z roztworem ZnCl2 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,

Odróżnienie alkoholi drugo- i trzeciorzędowych - reakcja ze stężonym HCl (wytrząsanie):

- roztwór klarowny: alkohole drugorzędowe (i pierwszorzędowe)

- zmętnienie po kilku minutach: alkohole trzeciorzędowe

- natychmiastowe zmętnienie roztworu, i rozdzielenie się faz: alkohole trzeciorzędowe i

benzylowe,

CH3

C

CH3

H

OH CH3

C

CH3

H

ClZnCl2

+ HCl + H2O

CH3

C

CH3

CH3

OH CH3

C

CH3

CH3

ClZnCl2

+ HCl + H2O

Grupa rozpuszczalności III B, niekiedy (przy kilku podstawnikach II rodzaju) III A,

lub I (fenole polihydroksylowe)

Wykrywanie fenoli i enoli:

Reakcja z FeCl3: fenole - roztwór fioletowy, niebieski lub zielony (barwa zależy od

rodzaju podstawników)

FENOLE I ENOLE

Rodzaj związku Barwa

fenol fioletowy

(1) o-, m-, p-krezol niebieski

(2) 2-naftol białozielony-biały osad

(3) pirokatechol zielony

(4) rezorcynol fioletowoczerwony

(5) hydrochinon niebieskogranatowy

(6) pirogalol czerwony-fioletowy-

czarny

(7) floroglucyna niebieskofioletowy

CH3

OH

OH

COOH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OHOH

OH

RO

R

O

RO R

FeCl3

Fe

COOH

NH2

OH

tyrozyna

OH

OHOH

kwas salicylowy

(1) (2)

(3) (4) (5)

(6) (7)

FENOLE I ENOLE

Reakcja z Br2 na fenole: odbarwianie czerwonobrunatnego roztworu - bromowanie

Tworzenie barwników azowych fenoli z kwasem azotowym (III)

Reakcja z FeCl3: enole – roztwór czerwonobrunatny

CH3

OH

C

H

H

OH OH

Br

Br

Br

+ Br2 + HBr

NH2 N N

+

ONaON N

NaNO2

HCl+

Sudan I

czerwonożółty barwnik

preparatów mikrobiologicznych

sól diazoniowa

Wykrywanie tlenu

próba jodowa z I2:

- brązowe zabarwienie: związki tlenowe,

- fioletowe zabarwienie: węglowodory i ich chlorowcopochodne.

V grupa rozpuszczalności; etery dwuarylowe - VI grupa

Popularne etery:

ETERY

O

O

OO

eter dietylowy tetrahydrofuran 1,4-dioksan

Związki pierwszo- i drugorzędowe - III, związki trzeciorzędowe i aromatyczne - VII grupa

R NO2

RC

H

NO2 R NO

2

NO

R NO2

NOH

N O

-

OH- +

Określanie 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

- zabarwienie niebieskie pojawiające się po zakwaszeniu: związki drugorzędowe

nitrozopochodne

- brak zmian: związki trzeciorzędowe

NITROZWIĄZKI

RR'C

N

NO2

O

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 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

ArNH2HNO2

H+ ArN2+ 2 H2O+ + + ArN2

+ H2O ArOH N2+ +

- roztwór klarowny z wydzielaniem się gazu: pierwszorzędowa amina alifatyczna

RNH2 HNO2H+ RN2

+ 2 H2O+ + + RN2+ H2O R+ N2+ +

RNH

R' RN

R'

NO

+ HNO2H2O+- żółty olej: amina drugorzędowa

- zielone zabarwienie: trzeciorzędowa

amina aromatyczna

OH

OH

NN

Ar

ArN2+ H+++

AMINY

NRR' NRR'

ON

+ HNO2

Rozróżnianie rzędowości amin

Próba Hinsberga: 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

SO2Cl SO

2NHR SO

2NR

RNH2-+

OH-

Próba na zasadowość amin: zobojętnianie kwasem wobec papierka uniwersalnego

Sole amin: tworzenie w reakcji z kwasem, odzyskiwanie aminy po alkalizacji

AMINY

R

R'

O

NHNH2

NO2

O2N

NO2

O2N

NH

N

R

R' H2O++

Wykrywanie grupy ketonowej - reakcja z 2,4-dinitrofenylohydrazyną (hydroksyloaminą)

w środowisku kwaśnym: wytrącanie żółtych kryształów 2,4-dinitrofenyloydrazonów

V grupa rozpuszczalności, poza aldehydami: mrówkowym, octowym i propionowym i acetonem;

homologi zawierające więcej niż 9 atomów węgla nie rozpuszczają się w 85% H3PO4

Rozróżnianie aldehydów i ketonów

próba Tollensa z roztworem jonów diaminosrebrowych:

- tworzenie lustra srebrnego: aldehydy, brak reakcji: ketony

2 AgNO3 + 2 NH3 + H2O → Ag2O↓ + 2 NH4NO3 Ag2O + 4 NH3 + H2O → 2 [Ag(NH3)2]+ + 2 OH-

ALDEHYDY I KETONY

CH3

R

O

+ 3 NaOI CHI3 + RCOO- Na+ + 2 NaOH

Wykrywanie metyloketonów

próba jodoformowa z jodem w środowisku zasadowym, wytrącanie żółtego jodoformu

Próba Fehlinga z winianowym kompleksem jonów Cu2+:

- wytrącanie czerwonego Cu2O: aldehydy alifatyczne i niektóre aromatyczne

- brak reakcji: niektóre aldehydy aromatyczne i ketony

CH3CHO + Cu(OH)2 + OH- → CH3COO- + Cu2O↓ + H2O

2 [Ag(NH3)2]+ + R-COO- + 2 OH- → 2 Ag↓ + HCO3

- + H2O + 4 NH3

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

NaOH wobec fenoloftaleiny

Wykrycie grupy karboksylowej – estryfikacja - tworzenie estrów etylowych w stężonym

H2SO4, wykrycie zapachu estru

KWASY KARBOKSYLOWE

CH3

OH

O

CH3

O

O

C2H

5

+ C2H5OH + H2OH2SO4

OHO

OH

O

O O

OHO

O

O

CH3

OH

O

+ +

Otrzymywanie kwasu o-acetylosalicylowego - aspiryny

Niższe homologi – I lub III grupa rozpuszczalności; wyższe – V grupa

Halogenki kwasowe – wykrywanie chlorowca – reakcja z AgNO3 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 Fe3+ o czerwonym zabarwieniu

HALOGENKI I BEZWODNIKI KWASOWE

O

O O

OH

O

+ H2O 2

R

Cl

O

R

NH-OH

O

+ +NH2OH HCl

R O

O

R

O

R

NH-OH

O

+ +NH2OH RCOOH

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 NH3

ESTRY, AMIDY I NITRYLE

R

NH2

O

R

ONa

O

+ +NaOH NH3

R C N R COONa+ +NaOH NH3+H2O

O

O

O

R

NH2

COOH

O

N

OH

O

O

2 RCHO CO23 H2O+ ++ +

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)

Identyfikacja peptydów

reakcja biuretowa, granatowe zabarwienie roztworu w obecności Cu2+

AMINOKWASY I PEPTYDY

Reakcja ksantoproteinowa – żółte zabarwienie roztworu – wykrywanie aromatycznych

aminokwasów (np. Trp, Tyr, Phe) w wyniku reakcji nitrowania

OH

COOH

NH2

OH

COOH

NH2

O2NHNO3

Mono- i oligosacharydy – II grupa rozpuszczalności; polisacharydy nie rozpuszczają się

w wodzie.

Identyfikacja cukrów

reakcja Molisha z α-naftolem z dodatkiem stężonego H2SO4,(powstaje 5-

hydroksymetylofurfural) powstaje czerwonofioletowy pierścień na styku kwasu z resztą

roztworu; w reakcji z tymolem roztwór ma barwę czerwoną.

Sacharydy są optycznie czynne.

Polisacharydy powstają w wyniku połączenia wiązaniami glikozydowymi.

SACHARYDY

Podział sacharydów:

monosacharydy (cukry proste) – pentozy (ryboza), heksozy (glukoza, galaktoza, fruktoza),

oligosacharydy – disacharydy (sacharoza, laktoza, maltoza),

polisacharydy (cukry złożone) – celuloza, skrobia, glikogen.

O

CH2OH

OH

OH

OH

OH

O

OOH

OH O

OH

OH

OH

H2SO4

+

+

SACHARYDY

Wykrywanie cukrów redukujących (wykrywanie aldoz i ketoz )

Reakcja Fehlinga

ReakcjaTollensa

+ Ag2O 2 Ag +glukoza kwas glukonowy

+ 2 Cu(OH)2 Cu2O +glukoza kwas glukonowy + H2O

Próby pozwalają na wykrycie monosacharydów oraz niektórych disacharydów (laktoza,

maltoza).