Klasická organická analýza 011208 /JP 1
Analytická chemie organických látek I
(Klasická organická analýza)
1. Úvod. Charakteristiky analýzy organických látek. Metodika analýzy, trendy a vývoj.
Stanovení fyzikálních konstant: bod tání a varu, refraktivita, optická aktivita, rozdělovací
konstanty extrakce, molekulová hmotnost, spektrální konstanty.
2. Elementární analýza. Rozklad vzorku, detekce a stanovení C, H, O, N, Cl, Br, I, S, P, F.
Automatické metody elementální analýzy.
3. - 4. Detekce funkčních skupin: třídy rozpustnosti, klasifikační reakce na uhlovodíky, alkoholy,
fenoly, aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny, anhydridy kyselin, estery, amidy a imidy,
ethery, epoxidy, peroxidy, aminy, nitrily a isonitrily, nitro-, nitroso-, azo-, azoxy-, hydrazo- a
diazo sloučeniny, thioly, sulfonové a sulfinové kyseliny, halogenosloučeniny.
5. - 6. Stanovení organických sloučenin na bázi reakcí jejich funkčních skupin. Stanovení aktivního
vodíku, stanovení hydroxy-, karbonyl-, karboxyl-, amino-, nitro-, nitroso-, thio- a halogeno-
sloučenin.
7. Extrakce kapalina-kapalina, chromatografie tenkovrstvá (TLC). Instrumentální metody
organické analýzy – principy (plynová chromatografie (GC), kapalinová chromatografie
(LC), spektroskopie, optická rotační disperze (ORD), cirkulární dichroismus (CD), nukleární
magnetická rezonance (NMR) a hmotnostní spektroskopie (MS)).
Literatura:
Z. Stránský a kol., Analýza organických sloučenin, UP Olomouc 1981.
V. Kalous, Jak moderní chemie zkoumá strukturu molekul, SNTL 1983.
V. Stužka, Instrumentální metody chemické analýzy, UP Olomouc, různá vydání.
Z. Holzbecher a kol., Analytická chemie, SNTL, různá vydání.
Klasická organická analýza 011208 /JP 2
Úvod. Charakteristiky analýzy organických látek. Metodika analýzy,
trendy a vývoj.
• omezený počet prvků: C, H, N, O, S, X
• termicky labilní, rozklad do 400 ºC
• cca 5.10 6
sloučenin - izomery:
sloučeniny, které mají stejný chemický vzorec
např. konstituční : C2H6O
polohové : 1-propanol, 2-propanol
tautomery : acetaldehyd vinylalkohol
• polymery: polystyren -(C6H5-C2H4)n•
bez náboje, nabité
Základní pojmy. Typické úkoly organické analýzy
• důkaz prvku, sloučeniny nebo složek směsi (jen bližší klasifikace)
• identifikace látky: zjištění identity s konkrétní (čistou) látkou (derivátem), kontrola čistoty
• charakterizace sloučeniny: systémový popis fyzikálních a chemických vlastností (bod tání, varu,
hustota, index lomu, spektra...)
• určení konstituce: racionální strukturní vzorec
• stanovení: prvku, funkčních skupin, celé sloučeniny
⇒⇒⇒⇒VOLBA ANALYTICKÉ METODY
CH3 CH=OH C
H
H
C
O
H
CH2=CHOHC C
H
H
OH
H
Klasická organická analýza 011208 /JP 3
KLASICKÝ POSTUP IDENTIFIKACE
1. zjištění vnějších vlastností vzorku
2. předběžné zkoušky
3. příprava chemického individua
4. stanovení fyzikálních konstant
5. elementární analýza
6. důkaz a stanovení funkčních skupin
7. příprava derivátů a stanovení jejich fyzikálních konstant (viz bod 4) + konečná identifikace
8. konfrontace s literaturou
9. ( určení konstituce )
POŽADAVKY: mg až desítky mg vzorku
POSTUP IDENTIFIKACE INSTRUMENTÁLNÍMI METODAMI
• chromatografie (relativní metoda)
• kombinace spektrálních metod UV, IČ, NMR, MS
• interpretace výsledků, identifikace v knihovnách, předpověď struktury
POŽADAVKY: µg - mg vzorku
Klasická organická analýza 011208 /JP 4
1/ ZJIŠTĚNÍ VNĚJŠÍCH VLASTNOSTÍ
- skupenství (l) - relativně malá M, polarita ?, viskózní = polymerní, polyfunkční sloučenina
(s) - soli, silně polární látky (krystaly), amorfní = polymerní sloučenina
- barva nažloutlá = -NO2, -NO (s), -N(O)N- (azoxy-), -NH-NH- (hydrazo-), konjugované
systémy
žlutá = α-diketony (s) (v roztoku bezb. hydráty!), chinony, nitrofenoly, nitroaniliny,
osazony, azo-sloučeniny
oranžovočervené = nitroaminofenoly, azosloučeniny, nitrofenyly = hydraziny
(NH2.NH-), hydrazony (NH2.N=), o-chinony, azo-sloučeniny
fialové = azo-sloučeniny, aminoantrachinony
modrá = terpeny, aminoantrachinony, azuleny
zelená = chinhydrony, nitrososloučeniny v roztoku, trifenylmethanová barviva
"hněda / černá" = organická barviva, oxidovatelné látky
- zápach (zápach příměsi?)
- ( chuť ! ) sladká = polyoly, α-aminokyseliny
hořká = alkaloidy, kyselina pikrová
kyselá = kyseliny
Klasická organická analýza 011208 /JP 5
2/ PŘEDBĚŽNÉ ZKOUŠKY
zkouška zahříváním a spalováním
hoření ! např. nespalitelný zbytek = soli
čadivost = aromáty
bílé dýmy SiO2 = silikony
tání a rozklad, exploze, barva plamene, zápach, zhášivost
např. karamelizace sacharidů
důkaz C: pyrolýza bez O2, ! C (černý kok)
pyrolýza s CuO ! CO2 do roztoku Ba(OH)2
Lassaigneova zkouška = alkalické reduk. tavení s Na (i pro další prvky, viz dále)
Zkouška na jednotnost vzorku
(l) - odparek, destilační křivka, GC, TLC
(s) - srovnání fyzikálních veličin před a po přečištění (rekrystalizace, chromatografie)
Zkoušky čistoty : 1/ fyzikální konstanty
2/ chromatografická čistota
3/ PŘÍPRAVA INDIVIDUA
zakoncentrování, izolace, čištění
krystalizace, destilace, sublimace, extrakce, vymrazování, pásmové (zónové) tavení,
preparativní chromatografie
C
(NH4
+
)
Na, t
CN
- Fe
2+
Fe
3+
[Fe(CN)6]
4-
Fe4[Fe(CN)6]3
berlínská modř
Klasická organická analýza 011208 /JP 6
4/ STANOVENÍ FYZIKÁLNÍCH KONSTANT
teplota tání
nespecifická, ale důležitá u izomerů:
104 °C, 118 °C, 169 °C
bodotávek, s mikroskopem, Koflerova lavice
"směsný bod tání" = směs zkoumané a standardní látky má stejnou t.t. ! totožné látky
teplota varu
= teplota, kdy se tlak par látky vyrovná okolnímu tlaku
aditivní vlastnost skupin a vazeb,
v homologických řadách - empirické formule (inkrementy skupin σ ≈ a, b)
provedení:
z kapilárky v kapalině umístěné v mikrozkumavce v lázni (H2SO4) vychází nepřetržitě bublinky
OH
OH
pyrokatechin
OH
OH
resorcin
OH
OH
hydrochinon
Klasická organická analýza 011208 /JP 7
index lomu
taveniny (metoda skelného prášku)
kapaliny : inkrementy refrakce atomů/skupin ( )
ρ).2(
.1
2
2
+
−
=
n
Mn
Rm
hustota
0,75 - 1,05 g/ml : pyknometricky / Anderssonův mikropyknometr
spektra + spektrální analýza: polohy maxim, pásů, čar a jejich relativní intenzita (viz další
přednáška)
optická otáčivost
schopnost krystalu nebo roztoku stáčet rovinu polarizovaného světla
[ ] )100(
.
x
d
t
l
α
α λ = .........specifická otáčivost
[ ] [ ]
100
.
Mtt
M λλ
αα = ........molární otáčivost
[α]D
20
[αM]D
20
sacharóza +66,53° 227,12°
D-vinná kyselina +11,98° 17,98°
D-2-pentanol +13,70° 12,08°
Klasická organická analýza 011208 /JP 8
rozpustnost
pravidla:
- similis similibus solventur
- závisí na intermolekulárních silách
- v homologických řadách klesá (makromolekulární látky jsou málo rozpustné)
- zavisí na solvataci (dipolární, vodíkové vazby)
rozpuštědla =
" polární (voda)
" "nepolární" (Et2O)
" reaktivní (5% HCl, 5% NaOH, 5% NaHCO3, konc.H2SO4)
s rozpustností souvisí
rozdělovací konstanta (mezi organickou a vodnou fází)
[ ]
[ ]w
o
D
c
c
K =
Klasická organická analýza 011208 /JP 9
skupiny rozpustnosti:
1. Látky rozpustné ve vodě i v etheru (monofunkční sloučeniny, obvykle do C5)
2. Látky rozpustné ve vodě a nerozpustné v etheru (difunkční a polyfunkční sloučeniny)
3. Zásadité látky - nerozpustné ve vodě, ale rozpustné v HCl
4. Slabě kyselé látky - nerozpustné ve vodě i v hydrogenuhličitanu, ale rozpustné v NaOH.
5. Silně kyselé látky - nerozpustné ve vodě, ale rozpustné v hydrogenuhličitanu
6. Neutrální látky obsahující C, H, případně také O a halogeny, které nepatří do předcházejících skupin a jsou
rozpustné v konc. kyselině sírové (aromatické a nenasycené uhlovodíky).
7. Neutrální látky obsahující také N, případně S a jiné prvky, které nepatří do předcházejících skupin.
8. Inertní látky - obsahující jen C, H, případně O a halogeny, které nepatří do předcházejících skupin a jsou
nerozpustné v konc. kyselině sírové (např. nasycené uhlovodíky).
provedení: (s) 3% (w/w)
(l) 5% (v/v)
URČENÍ TŘÍDY ROZPUSTNOSTI
S1
S2
B
A2
A1
N
M
I
VODA
NaOH
HCl ETHER+-
S2S1
N I
A1
B
NaHCO3
A2
N v S +
-
M
H2SO4
+ +
-
+ +
-
+ -
Klasická organická analýza 011208 /JP 10
5/ ELEMENTÁRNÍ ANALÝZA
mineralizace : oxidační (kyslík, vzduch, směsi, kyslíkové plazma) ! oxidy, halogeny
redukční : kovy (Na = Lasseignova zkouška) ! C, CN,
CO3
2,
OH,
oxidy,
halogenidy, sulfidy
příp. hydrogenace s katalyzátorem (Ni, Pt) v proudu vodíku ! amoniak, halogenovodíky
askarit (na CO2) anhydron (na H2O)
O2
50% KOH
bubláček
50 % KOH
Ag Cu
CuO
lodička se
vzorkem
O2
Aparatura na stanovení uhlíku a vodíku
sušící trubice
CO2 + 2 NaOH Na2CO3 + H2O
H2O + Mg(ClO4)2 Mg(ClO4)2 . 2 H2O
C + O2 CO2
4 H + O2 2 H2O
Klasická organická analýza 011208 /JP 11
Spalování v kyslíku dle Schönigera (stanovení S)
NaHCO3 (s)
vyvíječ CO2
Spalovací trubice
síťka CuO CuO-drát síťka Cu
azotometr
Hg
50% KOH
(+Ba(OH)2)
bubláček
Aparatura na stanovení dusíku dle Dumase a Dubského
N + x/2 O2 NOx
NOx N2
Cu
t
SO4
2+
Ba
2+
BaSO4
S + x O2 SO3, SO2
SO2, SO3 + H2O2 H2SO4
Klasická organická analýza 011208 /JP 12
Stanovení N dle Kjeldahla
modifikace stanovení dle Kjeldahla:
heterocyklický N se nemineralizuje ! ⇒ katalyzátory Cu2+
, Hg2+
, Se
pro zvýšení t.v.: K2SO4
redukovadla: glukóza
Kozák + Jureček: směs kyseliny sírové a chromové (chromsírová směs):
C-N ! NH3, N-N ! N2, N-O ! HNO3
mineralizace
konc. H2SO4 NaOH destilace
alkalimetrická
titrace NaOH
nadbytek
zř. H2SO4
Klasická organická analýza 011208 /JP 13
DŮKAZ A STANOVENÍ KYSLÍKU
pyrolýza v proudu inertního N2
-O- ! CO + CO2 ! CO (na vrstvě uhlíku, t = 1 120 °C)
důkaz:
" rhodanidem železitým (feroxtest): činidlo Fe[Fe(SCN)6] zčervená = jednoznačný důkaz
přítomnosti O, opačně pouze pravděpodobná nepřítomnost
" 8 CO + Cu2Cl2 ! 2 Cu(CO)4Cl
" PdCl2 + CO + OH!
Pd + CO2 + H2O + 2 Cl(paladiová
čerň)
stanovení: kyselinou hydrogentrijodičnou/oxidem jodičným
t=120 °C, jód se absorbuje do NaOH
bróm v acetátovém pufru
15 CO + 2 HI3O8 15 CO2 + 3 I2 + H2O
I2 + 5 Br2 + 6 H2O 2 IO3
+
10 Br
+
12 H
+
IO3
+
5 I
+
6 H
+
3 I2 + 3 H2O
I2 + 2 S2O3
2-
S4O6
2+
2 I
-
Klasická organická analýza 011208 /JP 14
DŮKAZ A STANOVENÍ HALOGENŮ
důkaz: Beilsteinova zkouška (v nesvítivém plameni)
a/ na měděné kopisti
(pozitivně reagují i -CN, -SCN, chelatující....),
proto modifikace:
b/ Pt-očko, měděná síťka
--- modrozelené zbarvení halogenidů
stanovení Cl, Br, I:
spalování v kyslíku dle Schönigera
univerzální absorpce
vlastní stanovení = argentometrie
s indikací bodu ekvivalence barevným indikátorem (chroman), potenciometricky,
elektrogravimetricky........
FLUOR:
po mineralizaci = F alizarinsulfonová
kyselina + Zr(IV+) = červenofialový lak
přítomnost Fodbarvuje
= tvorba [ZrF6]2-
2 X2 + N2H4 N2 + 4 HX
X2 + SO3
2+
H2O 2 HX + SO4
2Br2
+ 2 NaOH + H2O2 NaBr + H2O + O2
I2 + 2 NaOH NaI + NaIO + H 2O
X
1+
O2 X2
X2 + H2O2 HX
Klasická organická analýza 011208 /JP 15
interferenty - zachycení:
NOx : na granulovaném MnO2 ! Mn(NO3)2 nebo 100% kyseliny sírové
X + Ag = AgX (stříbrný drátek nebo vlna)
Hg se zachycuje jako amalgám na houbovitém stříbře
CO2 v hydroxidu draselném (ne sodném)
vysoká automatizace : ANALYZÁTOROVÝ SYSTÉM
stejný princip jako výše: navážení+spalování+(separace)+detekce (GC nebo IČ)
kryoskopie, MS ! SUMÁRNÍ VZOREC
S
OH
OH
O
O
S
ONO
OH
O
O
NO2+ 2 + HNO3
HF SiO2 SiF4 H2O+ +4 2
Klasická organická analýza 011208 /JP 16
AUTOMATIZACE V ELEMENTÁRNÍ ANALÝZE
chemicky stejné principy, koncovka GC, IČ
Klasická organická analýza 011208 /JP 17
6/ DŮKAZ A STANOVENÍ FUNKČNÍCH SKUPIN
a) heteroatomy, sumární vzorec
b) funkční skupiny: -OH, -COOH, -NO2 ..........
- zařazení do třídy rozpustnosti
- klasifikační reakce
- spektra
Důkaz (přítomnost skupiny)
identifikace (srovnání se standardem)
Nasycené uhlovodíky (často směsi)
GLC (GSC na adsorbentech či molekulových sítech) ! retenční data (např. Kovátsovy indexy),
fyzikální konstanty, IČ, NMR.
Nenasycené uhlovodíky
adice nebo oxidace
DVOJNÁ VAZBA (ALKENY=OLEFINY)
důkaz: reakce s Br = odbarvení hnědavého roztoku bromové vody ADICÍ. Kvůli vyloučení
substituční reakce lze provádět v CCl4, kde je bromovodík nerozpustný.
+ Br2
BrBr
BrH
+ HBr (CCl4)
?
Klasická organická analýza 011208 /JP 18
reakce s KMnO4 v org. nebo vodném roztoku, i suspenzi.
pozn.: reagují i ostatní snadno oxidovatelné látky (aldehydy, alkoholy)!
identifikace: chromatografie, spektra
nebo teplota tání adičních produktů (β-chlorsulfidy), dle Markovnikovova pravidla (při iontové adici
se težší částice aduje na C s menším počtem H) (v případech, kdy R je negativně substituovaný, např.
styren)
TROJNÁ VAZBA (ALKINY)
důkaz: jako dvojná (s bromem, s manganistanem)
koncová trojná vazba: amoniakální roztok Cu+ soli ! červenohnědá sraženina ACETYLENIDU
- " - Ag+ (silně explozivní !!! # NEIZOLOVAT!!!)
monosubst. alkiny: Nesslerovo činidlo (alk. roztok K2[HgI4] ) ! R-C≡C-Hg, neexplozivní
identifikace: jako alkeny, β-chlorsulfidy
2 KMnO4 2 MnO2 + K2O + 3 (O)
R R´
(O)
R
OH OH
R' R
OH
O
R'
HO
O
+
Adice težšího iontu
NO2
ClS
NO2
R H
H H
+
(kryst.)
NO2
S
NO2
R
H ClH
H
NO2
S
NO2
R
H Cl
(kryst.)
R H
H H
NO2
ClS
NO2
+
Klasická organická analýza 011208 /JP 19
Katalytická hydrogenace (stanovení nenasycených vazeb)
>C=C< + 2 H ! >CH-CH<
-C≡C- + 4 H ! -CH2-CH2stanovení:
látka je rozpuštěna v kapalině s katalyzátorem (Ni, Pt) a uzavřena s plynným H2.
Spotřebované množství se stanoví z poklesu objemu nebo tlaku.
Klasická organická analýza 011208 /JP 20
AROMÁTY
důkaz:
reakce s konc. H2SO4 a formaldehydem
rozpuštěný vzorek (voda,ethanol, ether...) + HCOH (0,001%), Fe(3+), konc. H2SO4 !
barevné produkty: benzen - oranžový
naftalen - modré
anthracen - šedě fialové
fenanthren - zelenomodré
Friedel-Craftsova alkylace
benzen - oranžová
naftalen - modrá
anthracen - zelená
fenanthren - purpurová
identifikace:
" UV spektrum : zakázaný pás 260-280 nm, fluorescence !
" chromatografie: HPLC, GC
" nitrace + t.t. krystalických produktů
" sulfonace (krystalické sulfonamidy)
" Friedel-Craftsova acylace (vzniká kyselina aroylbenzoová)
" π-komplexy s polynitrosloučeninami
kys. pikrová kys. styfnová
oxidace alk. roztokem KMnO4 nebo CrO3 v konc. kyselině octové monoaryl! vždy
polyaryly ! chinony
AlCl3Cl
Cl
Cl
H
+ Cl
AlCl3
[AlCl4]
H
+ O
O
O
AlCl3
O
O
OH
OH
NO2NO2
NO2
OH
OH
NO2NO2
NO2
COOH
Klasická organická analýza 011208 /JP 21
HYDROXYSLOUČENINY
důkaz:
kyselý vodík
" reakce s Na ! H2 (g)
" s Grignarovým činidlem
ALKOHOLY
důkaz :
" s hexanitrátoceřičitanem amonným (ve vodě nebo dioxanu)
! červeně zbarvené komplexy (fenoly zelenohnědé), srov. s reakcí fenolů s chloridem železitým
" s kyselinou sulfanilovou v alkalickém prostředí
(srov. rychlou kopulaci s fenoly)
" se sirouhlíkem a hydroxidem draselným ! alkylxanthogenany
xanthogenany lze dokázat CuSO4 ! hnědá/žlutá sůl Cu(S2OR)2
odlišení primárních, sekundárních a terciálních alkoholů: Nitrolový test
primární: červený erytronitrolan sodný se další kyselinou odbarví na kyselinu nitrolovou (reverzibilně)
sekundární: pseudonitrol = modrozelený/modrý (alkalizací se barva nemění)
terciální: nereagují
R Mg X (v etheru)
R HR Mg X (v etheru) + H2O
R*- OH
R-OH + [Ce (NO3)6]
2[Ce
(NO3)5(RO)]
2+
HNO3
HSO3 NH2 HSO3 N N
HNO2 NaOH
R-OH
HSO3 N N OR (zvolna)
R-OH + CS2 + KOH
OR
SK
S + H2O
I2 AgNO2
destilace
do nas. NaNO2
v NaOH
OH
R1
R2
H
I
R1
R2
H
NO2
R1
R2
H
NaNO2
N
R1
R2
ONa
O
N
R1
R2
ON
ONa
O
ONa
NO2
R1
NOH
NO2
R1
R2
NO
H+ H+
Klasická organická analýza 011208 /JP 22
" Lucasův test
různá rychlost tvorby alkylchloridů (vzniká zákal alkylchloridu resp. org. fáze):
terciální - ihned
sekundární - pochvíli
primární - až po zahřátí
VÍCEMOCNÉ ALKOHOLY
Důkaz:
" 1,2-polyoly: kyselejší cheláty s kyselinou boritou, pak titrace !Na-sůl + fenolftalein:
H[B(OH)4]
" dehydratace (H2SO4, KHSO4): vznikají aldehydy, deriváty furalu
identifikace:
" esterifikace, acetanhydridem (lepší než kyselina, protože nevzniká voda) v pyridinu
(pak titrace vzniklé kyseliny)
" IČ, NMR, chromatografie
R-OH + ZnCl2 R-Cl + H2O
konc. HCl
H
O
O
B
O
O
B
bezbarvá
růžová
HO
OH
H
O
O
OH
OH
O
H2SO4
H2SO4
R-OH + (R*CO)2O + R*COOHR*C
O
OR
Klasická organická analýza 011208 /JP 23
FENOLY
kyselejší vodík -OH skupiny, proto rozpustnější v NaOH (fenolát): možnost separace od alkoholů
důkaz:
" reakce s chloridem železitým: fialové/modré/červené/zelené zbarvení (alkoholy - nevýrazná žluť)
případně chelátů u 1,2-(poly)hydroxyfenolů
pozn.: pozitivní též arom. aminy
" kopulace (obvykle s kyselinou sulfanilovou)
zalkalizováním NaOH červené/fialové roztoky
" Liebermannova reakce I (prostředí H2SO4)
!INDOFENOL: zbarvení intenzivně modré/zelené, po zředění vodou červené.
Identifikace:
estery kyseliny 3,5-dinitrobenzoové (je-li t.t. > 200 °C, pak p-nitrobenzoové nebo benzoové)
nebo substituce na aromatickém jádře (nitrace, bromace)
IČ, NMR, GC
OH Fe (H2O)6
3++ + H3O+Fe (H2O)5
2+
O
OHN N
OH
NH2 N N
HNO2
OH
NO2
NO2
O
O
NO2
NO2
O
OH
+ + H2O
OH
OH
HNO2
OHON HON O HO N O
Klasická organická analýza 011208 /JP 24
KARBONYLY
I. ALDEHYDY
důkaz: redukční vlastnosti
" Tollensovo činidlo (amoniakální roztok soli Ag+)
" pro alifatické aldehydy - Fehlingovo činidlo (Fehling I = CuSO4, Fehling II = vínan sodnodraselný
v NaOH), aromatické aldehydy nereagují !
Cu2+
! Cu1+
(CHO!COOH)
" Schiffovo činidlo (vodný roztok fuchsinu odbarvený SO2) ! fialově / modře
" reakce s polyfenoly (1,4-dihydroxynaftalen, resorcinol, fluoroglucin, β-naftol) v minerální
kyselině ! červené zbarvení
" kondenzace s primárními aromatickými aminy (benzidin) za vzniku Schiffových bazí:
2 Ag(NH3)2OH + R
O
H
2 Ag + R
O
ONH4
+ 3 NH3 + H2O
NH2 NH2
NH2
Cl
NH2 NH2
NH2
SO3H
SO2
H+
R
O
H
NH NH
NH3
R
SO3H
R
SO3H
R
O
H
+ 2
OH
OH
OH
HO
R OH
OH
H+
R
O
H
NH2+ NR
H- H2O
HCl
R
H
N
H
Cl
Klasická organická analýza 011208 /JP 25
Identifikace:
" kondenzace s arylhydraziny (p-nitrofenylhydrazin) v kyselém prostření, vznikají arylhydrazony
(reagují i ketony), pak stanovení t.t. nebo TLC
" reakcí s hydroxylaminem: vznikají oximy (v alkalickém ethanolu), reagují i ketony
II. KETONY
Důkaz:
(některé viz aldehydy)
" methylketony: s o-nitrobenzaldehydem, vzniká INDIGO
pozn.: z aldehydů reaguje pouze acetaldehyd
Identifikace:
viz aldehydy
R
O
H
NHNH2 NO2
+ HN NO2R N
H- H2O
+R
O
H
H2NOH R N OH
H-H2O
R
O +
CHO
NO2 NO2
OH O
R
NO2
N
O
NH
O O
NH
Klasická organická analýza 011208 /JP 26
KARBOXYLOVÉ KYSELINY
Důkaz:
reaktivita (kyselost) -COOH skupiny
" pH vodného (ethanolického roztoku), ruší jiné kyselé skupiny: sulfo-, nitro"
kopulace s kyselinou sulfanilovou a α-naftylaminem, pouze v kys. prostředí vzniká intenzivní
červené / oranžové zbarvení.
" HYDROXÁMOVÝ test, vznikající kyselina hydroxámová poskytuje s Fe(3+) červený komplex
Identifikace:
" soli Ag+: RCOOH + Ag+ ! RCOOAg + H+ (např. titračně)
možno stanovit M gravimetricky po vyžíhání: stanoví se %Ag, pak (M-1+107,9) : 107,9 = 100 : %Ag
" estery: benzylestery nebo fenacylestery (varem komponent v alkoholu, vhodné pro TLC, GC)
" amidy:
" ITP / IČ
HNO2
HSO3 N NHSO3 NH2
NH2
RCOO H
HSO3 N N NH2
R
O
OH
R
O
Cl
R
O
NHOH
R
OH
NOH
SOCl2 NH2OH Fe
3+
červený komplex
NO2CH2ClRCOONa + + NaClNO2CH2RCOO
NO2CH2CORCOO + NaBrRCOONa + NO2BrCH2CO
R
O
OH
R
O
Cl
R
O
NH2
SOCl2 NH3
Klasická organická analýza 011208 /JP 27
ANHYDRIDY KARBOXYLOVÝCH KYSELIN
Důkaz:
" hydroxámový test (viz karboxylové kyseliny) přímo s hydroxylaminem, bez sulfochloridu,
červený komplex s Fe(3+)
Identifikace:
" po hydrolýze ! karboxylové kyseliny (viz výše), tuhý preparát má charakteristickou t.t.
" kapalné anhydridy: reakce s aromatickými aminy - rozlišení acyklické / cyklické
" estery - s alkoholy nebo fenoly (viz výše)
amidokyselina imid
R O
O
O
H2N+ R
O
O
OH
HN
- H2O
R
O
O
N
R
O
R*
O
O
+ 2 H2N
HN
O
O
O
R* H3N+
Klasická organická analýza 011208 /JP 28
ESTERY KARBOXYLOVÝCH KYSELIN
důkaz:
" odbarvení fenolftaleinu při alkalické hydrolýze
" hydroxámový test
identifikace:
přímo: instrumentální metody
nepřímo: identifikace produktů hydrolýzy (kyselé a alkoholové složky)
s benzylaminem
s N-β-aminoethylmorfolinem ! morfolid (pokud je kapalný, reakcí s methyljodidem vznikne
kvartérní sůl)
R*
O
OR
OH
R*
O
O
+ ROHH2O + H+
R*
O
OR
R*
O
NHOH
NH2OH+ + ROH
Fe3+
červený komplex
R*
O
OH
R*
O
NH CH2
NH2CH2
+ H2O
R*
O
OR
- ROH
+
N O
NH2 N O
NH
O
R*
CH3I
N O
NH
O
R*
CH3I
Klasická organická analýza 011208 /JP 29
AMIDY A IMIDY
Důkaz:
" (stejně jako primární aminy) tavení s fluoresceinchloridem ! růžové rhodaminové barvivo se
žlutozelenou fluorescencí
" hydroxámový test (ale s hydroxylaminem za vyšší teploty, např. v propylenglykolu)
" biuretová reakce (nutné dvě amidové skupiny, reagují i vyšší proteiny)
Identifikace:
" reakce s xant-hydrolem, vznikají N-xanthyl-amidy
" kyselá hydrolýza, pak identifikace kyselé a zásadité složky zvlášť (nebo s chromatografickou
separací)
" redukce amidu na amin (viz dále)
O
COOH
Cl Cl
R1 N
R2
R3
+
ZnCl2
O
COOH
N
R1
R2NR2
R1
2 + 2 R3Cl
Cu(OH)2
OH -
R
O
NH2
O NH2
červenofialový komplex
o
OH
R
O
NH2
+ + H2O
o
NH
R O
R*
O
NH
R
+ H2O
H
R*
O
OH
NH2
R
+
Klasická organická analýza 011208 /JP 30
ETHERY
Důkaz:
v silně kyselém prostředí vznikají oxoniové soli, nízká reaktivita
alkyljodid se dále sráží s alkoholickým roztokem AgNO3 (↓AgI.AgNO3)
" instrumentálně: MS / IČ, C-O vibrace 1060-1150 cm-1
nebo 1250-1275 cm-1
Identifikace:
" derivatizace vzniklých alkyljodidů (viz důkaz) chromatograficky
" příprava pikranů (směs, pokud R1≠R2)
" pyrolýza alifatických etherů, vznikají karbonyly, možno i reakční GC
R1
O
R2
+ HI
R1I + R2OH
R1I + R2I
(za chladu alifatické ethery nebo za varu smíšené)
(za varu alifatické ethery)
R
O
R
HI
2 RI NO2
NO2
NO2
R O
NO2
NO2
NO2
HO
+ HI
Klasická organická analýza 011208 /JP 31
EPOXIDY
důkaz:
velmi reaktivní sloučeniny
" vodný roztok NaCl se alkalizuje (indikace např. fenolftaleinem)
pozn.: podobně v roztoku FeCl3 vzniká hydrolýzou sraženina Fe(OH)3
identifikace:
" reakce s 2,4-dinitrothiofenolem, vzniká krystalický sulfid (thioether)
PEROXIDY
důkaz:
velmi reaktivní, zahřátím nebo stykem s konc. H2SO4 EXPLODUJÍ !!!
" vyloučení jódu z jodidu (oxidační vlastnosti peroxidů)
" silnějším oxidačním činidlem = Ti4+
(SO4)2 v kys. sírové ! žluté zbarvení Ti(3+) komplex
Identifikace:
rozklad + analýza produktů, IČ
O
R
R
+ Na + Cl
H2O
R
R
Cl
OH
+ Na + OH
SH
NO2
NO2
O
R
+
R
OH
NO2
NO2
S
Klasická organická analýza 011208 /JP 32
AMINY
důkaz:
bazicita amino-skupiny
" komplex nikelnatý s dimethylglyoximem : zrůžovění komplexu pouze v bazickém prostředí
(disociace oximu)
" vznik žlutého pikrátu z kyseliny pikrové
" reakce s fluoresceinchloridem (viz amidy) = tavení hydrochloridu aminu s přebytkem ZnCl2
! růžové zbarvení, žlutozelená fluorescence
" reakce s kyselinou dusitou
PRIMÁRNÍ aminy, SEKUNDÁRNÍ aminy, TERCIÁLNÍ AMINY nereagují
N
N
HO
HO
N
N
OH
OH
Ni2+
OH
NO2
NO2
NO2 + B O
NO2
NO2
NO2 + BH
O
COOH
Cl Cl
R1 N
R2
R3
+
ZnCl2
O
COOH
N
R1
R2NR2
R1
2 + 2 R3Cl
R1
N
R2
H
R1
N
R2
NO
H2SO4
OH
OHON OHNO
R1
N
R2
R3
+
NH2
NH2
HNO2
NH2
NH2
OH
N N
N
N
NH
N N
HO
HO
(triazol)
OH
HNO2
HNO2
nereagují
(Liebermannova reakce)
+ plynný dusík
Klasická organická analýza 011208 /JP 33
" rozlišení aromatických aminů: reakce s chloranilem
primární : červené
sekundární : fialové
terciální : zelené
důkaz primárních (alif. i arom.) aminů:
" isonitrilová reakce
R-NH2 + CHCl3 + 3 KOH ! R-N≡≡≡≡C + 3 KCl + 3 H2O
zahřátím vzorku s hydroxidem a chloroformem v alkoholu vnikají páchnoucí isonitrily
" ninhydrinová reakce (i k důkazu aminokyselin) - modrofialové zbarvení
důkaz sekundárních aminů:
nitroprusid sodný v Na2CO3 a acetaldehydem ! modrofialové zbarvení
ruší primární aminy v acetonu
důkaz terciárních aminů:
[BiI4](Dragendorffovo
činidlo) ! oranžovočervená sraženina
Identifikace:
" jako bazický kation (kvartérní N) v soli kyselin (dle bazicity) = krystalické sloučeniny
NH2 + OO
Cl
ClCl
Cl
N O + H2O
O
OH
OH
O
OH
O
NH2
RNH2 +
O
O
O
OH
O
N
O
O
O
NO2
NO2
NO2 NH3 R
Klasická organická analýza 011208 /JP 34
" s α-naftylisokyanatanem (případně -thio-) ! deriváty močoviny (thiomočoviny)
" pro prim. a sekund. aminy: substitucí aromatického halogenu, vznikají N-substituované arylaminy
" primární aminy : možnost diazotace a kopulace s 2-naftolem
R NH2 +
NCO
N
NHR
O
R1
NH
R2
NO2
NO2
X NO2
NO2
N
R2
R1
+ NaX + CH3COOH
CH3COONa
+
Klasická organická analýza 011208 /JP 35
NITRILY A ISONITRILY
Důkaz:
nitrily:
" hydroxámový test za zvýšené teploty a v alkalickém prostředí
isonitrily: zápach, velmi reaktivní
" odbarvení bromové vody
" oxidace na isokyanáty
Identifikace:
nitrily:
" nitrilová syntéza karboxylových kyselin (var s kyselinou pod zpětným chladičem)
R-C≡N + 2 H2O + HCl ! R-COOH + NH4Cl
+ H2O2 (alk. prostředí) ! R-CONH2 (amid) + H2O
" reakce s Grignarovým činidlem + kyselá hydrolýza, vzniká keton
isonitrily: viz reakce s HgO
Fe
3+
červený komplexR
O
NHOH
R
OH
NOH
NH2OH
R C N
zahř.
OH
R N C + HgO R N C O + Hg
R C N Mg Br+
R N MgBr
HCl/H2O
R O
Klasická organická analýza 011208 /JP 36
NITROSLOUČENINY
Důkaz:
" redukcí zinkem vznikne hydroxylamin, pak acylací vznikne N-subst. benzhydroxamová kyselina,
která reaguje podobně jako v hydroxámovém testu: s Fe(3+) tvoří barevný komplex
" terciární nitrosloučeniny R1R2R3C-NO2 lze redukovat (Zn/Sn/elektrolytickou) na nitroso- (viz
dále)
Identifikace:
" redukce (Zn, Sn, SnCl2) na amin
" titrace TiCl3 (určení ekvivalentů NO2)
NITROSOSLOUČENINY
Důkaz:
C-NO látky: v org. rozpouštědlech = modré/zelené
N-NO látky: v org. rozpouštědlech = žluté
" reakce s aminpentakyanoželeznatanem sodným = modrozelený komplex
Identifikace:
" redukce (Zn, Sn, SnCl2) na amin
R NO2
Fe(3+)
komplex+ H2O
Zn
NH4Cl
R N
H
OH
Cl
O
O
OH
R
N
- HCl
NO + Fe(CN)5NH3
3
Fe(CN)5 ON
3
+ NH3
Klasická organická analýza 011208 /JP 37
AZO-, AZOXY-, HYDRAZO- SLOUČENINY
Důkaz: (včetně DIAZO)
" vznik elementárního dusíku při oxidaci chromsírové kyseliny
" redukce na aminy + jejich identifikace:
REDUKCE
činidla: Sn+HCl, Zn+HCl, SnCl2 + HCl, TiCl3, Fe+alkoh. NaOH
možnosti redukce nitro-, nitroso-, azo- a hydrazo- skupin na aminy
látka reakce pozn.
nitro- (alif. i arom.) R-NO2 + 6 H ! R-NH2 + 2 H2O
nitroso- R-NO + 4 H ! R-NH2 + H2O
azo- ArN=NAr* + 4 H ! Ar-NH2 + Ar*-NH2
azoxy- (alif. i arom.) R-ON=NR* + 2 H ! R-N-NR* + H2O
Ar-ON=NAr* + 6 H ! Ar-NH2 + Ar*-NH2 + H2O
mírnou redukcí
Zn v NaOH
energickou red.
Sn v HCl
hydrazo- (arom.) ArNH. NHAr* + 2 H ! Ar-NH2 + Ar*-NH2
R1 N N R2
Zn/H+
R1 NH2 NH2 R2+
Klasická organická analýza 011208 /JP 38
SIRNÉ SLOUČENINY
THIOLY
Důkaz: nepříjemný zápach
" reakce s HNO2, barevné produkty
RSH + HNO2 ! RS-N=O + H2O
" oxidací: mírnou (jód) =disulfidy, silnou (KMnO4, HNO3) =sulfonové kyseliny
Identifikace:
" thioalkoholy: thiolkoholáty těžkých kovů (Ag, Cu, Pb, Hg) = kryst. sraženiny
" příprava esteru kyseliny m-nitrofenyl thiokarbaminové
SULFONOVÉ A SULFINOVÉ KYSELINY
Důkaz: zkouška kyselosti
" sulfinové kyseliny jsou velice reaktivní, nerozpustné ve vodě
" v tavenině s NaOH (rozlišení aromatických a alifatických)
Identifikace:
" sulfinové kyseliny s FeCl3 ! červenooranžové sraženiny
" reakce s thionylchloridem a anilinem = sulfonamidy
" TLC, GC, IČ
RSH +
NO2
O
N N N
NO2
NH
O
SR
+ N2
SO3H
SO3H
+ NaOH
ONa
+ Na2SO3 + H2O
R SO3H
SOCl2
R S
O
O
Cl
NH2
R S
O
O
NH
Klasická organická analýza 011208 /JP 39
HALOGENSLOUČENINY
Důkaz:
elementární analýza
reaktivita C-I > C-Br > C-Cl
(obecně reaktivní benzylX nebo allylX,
substituce SN1 reaktivita terc.>sek.>prim.
SN2 reaktivita prim.>sek.>terc.)
ALKYLHALOGENIDY
" polyhalogenidy: s pyridinem v NaOH: červené zbarvení
" alkylační účinky + příprava Grignarova činidla
identifikace:
" substituce, např.
" příprava Grignarova činidla + reakce s isokyanatany
vzniká anilidalkyl ketonu
" acetylace alkoholů, reaktivní acetylchlorid, stanovení HCl / HAc
NO2
NO2
NO2
ONa + RX
NO2
NO2
NO2
OR + NaX
Mg
RX
ether RMgX
N=C=O
N=C
OMgX
R
H2O
NHC
O
R
+ MgOHX
O
Cl
+ R-OH
O
OR
+ HCl
Klasická organická analýza 011208 /JP 40
ARYLHALOGENIDY
důkaz i identifikace jako u arom. uhlovodíků
důkaz:
reakce s konc. H2SO4 a formaldehydem
rozpuštěný vzorek (voda,ethanol, ether...) + HCOH (0,001%), Fe(3+), konc. H2SO4 !
barevné produkty: benzen - oranžový
naftalen - modré
anthracen - šedě fialové
fenanthren - zelenomodré
Friedel-Craftsova alkylace
benzen - oranžová
naftalen - modrá
anthracen - zelená
fenanthren - purpurová
identifikace:
" UV spektrum : zakázaný pás 260-280 nm, fluorescence !
" chromatografie: HPLC, GC
" nitrace + t.t. krystalických produktů
" sulfonace (krystalické sulfonamidy)
" Friedel-Craftsova acylace (vzniká kyselina aroylbenzoová)
AlCl3Cl
Cl
Cl
H
+ Cl
AlCl3
[AlCl4]
H
+ O
O
O
AlCl3
O
O
OH
Klasická organická analýza 011208 /JP 41
STANOVENÍ ORGANICKÝCH SLOUČENIN
NA BÁZI REAKCÍ JEJICH FUNKČNÍCH SKUPIN
STANOVENÍ AKTIVNÍHO VODÍKU
Aktivním vodíkem nazýváme H vázaný na O, N, S (nebo C), který je aktivován sousedními částmi
molekuly (snížení hustoty elektronů) = kyselý vodík.
Použití: sumární vzorec (lze použít i selektivní reakce), řešení konstituce: příklad: nalezený C8H18O
by mohl být ether nebo alkohol, nepřítomnost akt. H ukazuje na ether, 1 akt. H na alkohol.
" s Grignarovým činidlem
R-H + R'MgX ! ↑ R'-H + RMgX
" s hydridy
4 R-H + LiAlH4 ! ↑ 4 H2 + LiR + Al(R)3
" s diazomethanem
R-H + CH2=N=N ! ↑ N2 + RCH3
uvolněný plyn se změří volumetricky (p,T=konst.) nebo manometricky (V,T=konst.)
Klasická organická analýza 011208 /JP 42
STANOVENÍ HYDROXYSLOUČENIN (C-OH)
reaktivita prim. / sekundárních / terc. alkoholů / fenolů je velmi odlišná: neexistuje univerzální metoda
I. TVORBOU ESTERŮ
ACETANHDRID
" s acetanhydridem v prostředí pyridinu
nutno zvýšení teploty, fenoly nereagují kvantitativně, proto se modifikací tvoří účinnější kationty:
" s acetanhydridem v prostředí pyridinu, katalýza HClO4 (N-acetylpyridiniový kationt je lepší
acetylační činidlo)
" s acetanhydridem v prostředí ethylacetátu, katalýza HClO4 (acetylový kationt je lepší acetylační
činidlo)
vyhodnocení:
A/ vždy se přidá voda, vzniká kyselina octová navíc i z nezreagovaného anhydridu.
provede se slepý pokus, rozdíl určuje množství acetylačního činidla ≈ množství -OH.
B/ směs se zneutralizuje na pH=7, pak se přidá nadbytek hydroxidu a určí jeho množství potřebné ke
zmýdelnění esteru (zmýdelnění je hydrolýza esteru za vzniku kyseliny a alkoholu)
nevýhody: těkavost činidla, ruší karbonyly
O
O
O
R-OH +
O
OR
O
OH
+
NH
+
O
O
O
+ N
+
O
+
O
OH
HClO4
pyridin
HClO4
ethylacetát
O
+ R-OH
O
OR
+ H+
O
O
O
+ H+
O
OH
O
+
Klasická organická analýza 011208 /JP 43
FTALANHYDRID
výhody: stálé činidlo, neruší karbonyly
nevýhody: zvýšená teplota, reakční doba až 2 hodiny, kvantitativně nereagují stericky bráněné
DIANHYDRID KYSELINY PYROMELITHOVÉ
výhody: reagují jen alkoholy vedle fenolů.
ACETYLCHLORID
velmi reaktivní acetyl, vzorek se ale musí rozpustit v toluenu, činidlo v pyridinu.
Pak se přidá voda a ethanol, titrují se uvolněné kyseliny (KOH v ethanolu). Rozdíl od slepého
pokusu odpovídá množství HAc ve formě esteru.
KYSELINA OCTOVÁ (esterifikace s titrací vody dle K. Fischera, biamperometrická indikace b.e.)
DIAZOMETHAN
R-OH + CH2=N=N ! ↑ N2 + ROCH3
CO
CO
O2 R-OH +
COOH
COOR
O4 R-OH +
COOH
COOR
HOOC
ROOC
CO
CO
CO
CO
O
ethanol
voda
O
Cl
+ R-OH
O
OR
+ HCl
O
OH
+ R-Cl
R-OH +
O
OH
dioxan, BF3
zahřívání
O
OR
+ H2O
N , I2, SO2
N.HI N
SO2
O
+
methanol
N
S
O
O
O
OCH3
H
Klasická organická analýza 011208 /JP 44
II.
ACIDOBAZICKÁ TITRACE
nitroalkoholy, fenoly (pKArOH = 9)
alkalimetricky ve vodném (NaOH) nebo TBA.OH v MetOH, případně v bazických rozpouštědlech
(pyridin, DMFA)
III.
SPEKTROFOMETRICKÉ STANOVENÍ
alkoholy:
• reakce s trifenyl chlormetanem, detekce UV (ester), nebo po okyselení VIS (kyselina)
• prim. + sek. alkoholy, oxidace dichromanem (kyseliny, ketony), meří se absorbance Cr(3+)
• acetylace na ester, pak jako hydroxámový test: červený komplex s Fe(3+)
fenoly:
• kopulace: s diazotovanými sloučeninami (kys. sulfanilová), červené/oranžové sloučeniny
• reakcí s 2,6-dibrom-N-chlórchinoniminem, vznik indofenolového barviva, měří se přímo nebo po
extrakci do butanolu
R OH +
O
O
O
O
OR
NH2OH O
NHOH
Fe3+
červ. komplex
R OH Cl
N
N.HClOR ++
OH
SO3H N N
SO3H N N OH
OH + O NCl
X
X
O N
X
X
OH + HCl
Klasická organická analýza 011208 /JP 45
• vznik antipyrinových barviv, extrakce do chloroformu
IV. GC
• přímý nástřik těkavých látek: alkoholy do C8-10 a jednosytné fenoly
• nepřímo: zvýšení těkavosti sylilací (N,O-bis(trimethylsylil)acetamid, dimethylchlorsilan
H(CH3)2SiCl...)
• nepřímo: zvýšení těkavosti acetylací (acetanhydridem)
N
O
NH2
OH+
K3Fe(CN)6
OH
-
N
O
N O
ROH +2
N
O
Si
Si
O
NH2
SiRO +
Klasická organická analýza 011208 /JP 46
STANOVENÍ KARBONYLŮ
převážně nukleofilní adice, kondenzace nebo redoxní reakce.
I. ODMĚRNÉ METODY
• reakce s hydroxylaminem, vznik oximu
při titraci hydrochloridem není snadné indikovat b.e. vizuálně (pufr), proto lépe potenciometricky,
případně stanovit nadbytek hydroxylaminu oxidimetricky (CuAc2, jod)
• reakce s arylhydrazinem, vznikají arylhydrazony
většinou se stanovuje nezreagovaný nadbytek činidla acidimetricky nebo oxidimetricky
• obdobně s primárními (alifatickými) aminy tvoří Schiffovy báze R1R2C=NR + H2O, lépe v
nevodném prostředí 2-propanolu, určuje se přebytek aminu acidimetricky (kys. salicylová)
• aldehydy - oxidačně: stříbrnou solí, RCHO + Ag2O ! RCOOH + 2 Ag0
, stanovuje se nadbytek
Ag+ nebo nadbytek hydroxidu, který neutralizuje vzniklou kyselinu.
O + NH2OH.HCl NOH + HCl + H2O
O N
H
H2N+ + H2ON
H
N
Klasická organická analýza 011208 /JP 47
STANOVENÍ KARBOXYLOVÝCH KYSELIN
acidobazické titrace:
pK cca 4-6. Vhodné bazické rozpuštědlo - ethylendiamin (pyridin), titrace NaOH v ethylendiaminu,
indikace b.e. na indikátor oranž4 nebo potenciometricky na antimonovou elektrodu, kterou neruší
Na+.
soli -COONa
jsou slabé báze, lze stanovit acidimetricky v led. kys. octové kyselinou chloristou
esterifikace:
(jen alifatické) methanolem, kat BF3, voda se stanoví dle Fischera.
tvorba solí:
gravimetricky nebo titračně chelatometricky
fotometricky:
převedení na acylchlorid sulfochloridem, pak hydroxámvé reakce s Fe3+
GC:
po esterifikaci
Klasická organická analýza 011208 /JP 48
STANOVENÍ AMINŮ
acidobazicky:
jsou dostatečně bazické (ve vhodné rozpuštědle - rozpustnost, vhodná kyselost), titrace
acetanhydridem
acetylace (prim. a sek. aminy):
reakce s acetanhydridem, uvolněná kyselina octová se titruje NaOH v methanolu.
reakce s HNO2
na jodoškrobový papírek
prim. alif. reagují za vzniku N2 (možno volumetricky, manometricky i v GC)
arom: diazonové soli
Kjeldahlizace (viz výše, str.12)
spektrofotometricky:
tvorba Schiffových bazí reakcí se salicylaldehydem
diazotace a kopulace
R
O
H
NH2+ NR
H- H2O
HCl
R
H
N
H
Cl
HNO2
N NNH2
NH2
N N NH
Klasická organická analýza 011208 /JP 49
STANOVENÍ NITRO-, NITROSO- SKUPIN
I. redukcí nitro-, nitroso- skupin na aminy
REDUKČNÍ ČINIDLA (viz výše)
činidla: (silná) Sn+HCl, Zn+HCl, SnCl2 + HCl, TiCl3 (slabá) Fe+alkoh. NaOH
látka reakce
nitro- (alif. i arom.) R-NO2 + 6 H ! R-NH2 + 2 H2O
nitroso- R-NO + 4 H ! R-NH2 + H2O
provedení:
" působení nadbytku činidla, pak retitrace Fe(3+) na thiokyanatan (viz výše feroxtest Fe[Fe(SCN)6]
zčervená)
alternativy:
" redukcí u aromatických nitrosloučenin: vzniká kvantitativně H2O : titrace dle Karl Fischera
" hydrogenací s katalyzátorem Pd se měří nezreagovaný vodík
" redukcí s NaBH4, nadbytek činidla uvolní přídavkem HCl vodík
" chromatograficky - GC
II.
alkalimetricky
vodík u primárních a sek. nitrolátek je kyselý (titrace v bazických rozpuštědlech butylamin, formamid)
N
O
OH
N
O
O
H
Klasická organická analýza 011208 /JP 50
STANOVENÍ THIOSLOUČENIN
I.
Argentometricky
R-SH + AgNO3 ! R-SAg + HNO3
" v amoniakálním ethanolu na dithizonát (červený komplex) nebo potenciometricky
" nadbytek činidla, retitrovat NH4(SCN) na Fe(3+)
II. Acidobazicky
v nevodné bazickém prostředí lze titrovat thiol jako slabou kyselinu
III. měďnatými ionty
4 R-S-H + 2 Cu2+
! 2 R-S-Cu + RS-SR + 4 H+
přímo (indikace přebytku Cu2+
) nebo nepřímo (alkalimetrická titrace H+)
STANOVENÍ HALOGENOSLOUČENIN
mineralizací (spalování v kyslíku, tavení s peroxidem sodným) na halogen/halogenid:
absorpce halogenu do siřičitanu či peroxidu, pak např. argentometricky
GC
NN
SH
N NN
N N
HS
NN N
M
Klasická organická analýza 011208 /JP 51
7/ PŘÍPRAVA DERIVÁTŮ
min. 2 různé deriváty (nespecificita t.t.)
cíl = volba derivátu, způsob charakterizace + povaha a množství vzorku
příprava (jednoduchost, jednoznačnost, výtěžek), čištění
vlastnosti : ostrý bod tání v rozmezí 80-250 °C (odlišný od původní látky)
stanovení vnesené skupiny
chromatografická identifikace
Klasická organická analýza 011208 /JP 52
8/ KONFRONTACE S LITERATUROU
Večeřa M., Gasparič J., Churáček J., Borecký J., Chemické tabulky organických sloučenin, SNTL
Praha 1975
Grassel J. G. (Editor): Atlas of Spectral Data and Physical Constants for Organic Compounds, J.
Wiley, London 1964
Beilstein's Handbuch der Organischen Chemie
Klasická organická analýza 011208 /JP 53
9/ URČENÍ KONSTITUCE
pokud se jedná o neznámý strukturní vzorec:
spektra (IČ, H-NMR, C-NMR, krystal: rentgenograficky)
degradační metody
! skelet, umístění funkčních skupin
Klasická organická analýza 011208 /JP 54
EXTRAKCE KAPALINA-KAPALINA
KAPALINOVÁ EXTRAKCE (v praxi patří k technikám přípravy vzorku). Při promíchání
(protřepání) dvou spolu se nemísících kapalin látka původně rozpuštěná v jedné z fází přejde částečně
i do druhé (v optimálním případě přejde pouze tato látka, matrice zůstane v původní fázi). V
rovnovážném stavu platí
Kd = [X]o/[X]w
Kd je rozdělovací (=distribuční) konstanta, [X] jsou aktivity (často koncentrace) určité látky a indexy
označují fázi méně (o) a více polární (w), tou polárnější je obvykle voda.
Jaké extrakční činidlo použít?
Již alchymisté věděli, že "podobné se rozpouští v podobném". Nepolární (málo polární) sloučeniny
rozpustíme v málo polárních organických rozpouštědlech. Polární a iontové sloučeniny se rozpouštějí
ve vodě a také v polárních organických rozpouštědlech (např. glycerol, dimethylformamid ...).
Molekuly karboxylových kyselin vytřepeme z organického rozpouštědla do alkalické vodné fáze, pro
extrakci molekul organických aminů z organického rozpouštědla použijeme naopak kyselý vodný
roztok; v obou těchto případech vzniknou ionty, kterým lépe vyhovuje rozpouštědlo voda.
Polárnost rozpouštědla jako prostředí pro extrakce charakterizuje snadno změřitelná (elektrická)
veličina permitivita ε. Příklad rozpouštědel nemísitelných s vodou (permitivita 78): nitrobenzen (35),
amylalkohol, ethylacetát (6), methyl-isobutylketon (13), chloroform (5), benzen (2,2) a hexan (1,9).
Příklad rozpouštědel mísitelných s vodou: methanol (32), 1-propanol (20), aceton (21), pyridin (12) a
také nepatrně polární dioxan (2,2). Polární rozpouštědla podporují ionizaci molekul, dipóly
rozpouštědla vstupují mezi opačně nabité ionty, zamezují jejích přiblížení a tím snižují vzájemnou
přitažlivost.
poznámky k praktickému provedení:
1/ Přechod z jedné fáze do druhé probíhá na fázovém rozhraní. Pro
rychlé ustavení extrakční rovnováhy je třeba, aby toto fázové rozhraní
mělo co největší plochu a aby z každého místa v roztoku bylo k tomuto
rozhraní blízko. Tyto podmínky nejsnadněji splníme při protřepání směsi
obou fází v uzavřené nádobce.
2/ Protřepáváme sice 2 rozpouštědla vzájemně nemísitelná, ale vždy jsou
jedno v druhém poněkud rozpustná. To znamená, že fáze po protřepání
mohou mít jiné objemy než před protřepáním. Objemových rozdílů před a
po extrakci se vystříháme, pokud používáme rozpouštědla předem
nasycená protřepáním s druhou fází.
třepačka pro extrakci kapalina-kapalina
Klasická organická analýza 011208 /JP 55
CHROMATOGRAFIE
V chromatografii je vzorek (nebo extrakt vzorku) převeden (rozpuštěn) do mobilní fáze, což je
plyn (u kapalinové chromatografie=LC kapalina). MOBILNÍ FÁZE (MF) je pak tlačena (obvykle
přetlakem) skrze nepohyblivou a nemísitelnou STACIONÁRNÍ FÁZI (SF). Obě fáze jsou vybrány
tak, že složky vzorku (=analyty) mají různou afinitu k SF. Složka, která má k SF větší afinitu, stráví
v SF delší dobu a potřebuje tak více času k průchodu kolonou než složka, která není v SF příliš
zadržována a zdržuje se převážně v MF. Důsledkem této rozdílné rychlosti průchodu kolonou je
SEPARACE (= oddělení) těchto složek po průchodu kolonou.
Techniky jako GC (a HPLC) používají "kolony": úzké trubice plněné stacionární fází, přes
kterou je tlačena mobilní fáze. Vzorek je kolonou nuceně transportován postupným přitékáním MF.
Tento proces se nazývá ELUCE. Průměrná rychlost, kterou sa vzorek pohybuje kolonou, je určena
dobou, kterou vzorek stráví v SF a MF. Nutno podotknout, že chromatografie nepatří mezi analytické
separační metody absolutní, tzn. základní charakteristika kvality analytu = retenční čas (objem) není
jednoznačnou identifikací; vždy jej musíme srovnávat se standardem hledané látky.
schéma plynové chromatografie (GC)
Klasická organická analýza 011208 /JP 56
P
Dávkovací smyčka
pumpa
detektor
zapisovač
odpad
kolona
KAPALINOVÁ CHROMATOGRAFIE (LC)
Rozlišujeme kapalinovou chromatografii rozdělovací (LLC), kde stacionární fází je vrstvička kapaliny
zachycena na tuhém nosiči, čili separační proces je vlastně mnohonásobná kapalinová extrakce a
reextrakce řízevý rozdělovací konstantou K(D). V adsorpční kapalinové chromatografii je analyt
adsorbován na stacionární fázi, čili proces je řízen adsorpční izotermou.
schéma kapalinové adsorpční chromatografie
schéma HPLC.
Dnes se prakticky výlučně používá kolonové chromatografie za vysokého tlaku (HPLC)
Klasická organická analýza 011208 /JP 57
VYHODNOCENÍ CHROMATOGRAMU
Pro kvalitativní (separační) účely nás zajímá, zda se složky vzorku oddělily. Pokud chceme toto
oddělení popsat kvantitativně, musíme zavést některé veličiny popisu chromatogramu: doba mezi
nástřikem analytu a okamžikem, kdy analyt dosáhne detektor (umístěný za kolonou), se nazývá
retenční (eluční) čas tR. Pokud dojde k rozdělení analytů (o to se většinou snažíme), každý analyt ve
vzorku (směsi) bude mít různý retenční čas. Čas, kdy od okamžiku nástřiku dojde k detektoru MF
(tedy nezadržovaná složka), se nazývá mrtvý čas tM. Protože složky procházejí kolonou a přicházejí
do detektoru jako zóny s největší koncentrací uprostřed, záznamem detektoru je nejčastěji
chromatografický PÍK. Maximum píku (signálu) souvisí s maximem koncentrace zóny a v maximu
píku obvykle odečítáme retenční čas. tR a tM se tedy získají z grafického záznamu signálu detektoru
na čase = z chromatogramu (viz obrázek).
Klasická organická analýza 011208 /JP 58
(TLC) TENKOVRSTVÁ CHROMATOGRAFIE
TLC je jednoduchá, rychlá a často používaná
chromatografická metoda, často sloužící k rychlé
kontrole čistoty separovaného analytu, patří mezi
techniky kapalinové chromatografie (LC).
Tenkovrstvou chromatografii lze realizovat
podobně jako chromatografii v otevřené koloně,
ikdyž na tenké vrstvě je podstatně méně
stacionární fáze, a tudíž analýza na tenké vrstvě
může být velmi rychlá v porovnání s kolonou.
Vyvíjení probíhá obvykle v uzavřené komoře (atmosféra nasycená parami mobilní fáze), kde
chromatografická deska stojí smočena ve vrstvě mobilní fáze, která vzlíná vzhůru. Tak pozorujeme
čelo MF – vyvíjení ukončíme dříve, než čelo dosáhne konce desky. Charakteristikou skvrny je poměr
di/dm. Vzorky rozpuštěné v těkavém rozpouštědle se nanáší na start. Nanášíme 0,1% až 5% roztoky v
množství 200 nl až 20 µl do skvrn o průměru 2 až 6 mm.
Všechny nanesené látky se musí objevit mezi startem a čelem
rozpouštědla. Stacionární fáze jsou naneseny na skleněných
deskách nebo jednodušeji na hliníkových fóliích (ty se dají
stříhat). Tenké vrstvy mohou obsahovat fluorescenční indikátor
UV254 k usnadnění detekce analyzovaných látek (nepřímá
detekce). Používají se prakticky všechny stacionární fáze jako
pro kolonovou chromatografii se zrnitostí 5 až 40 µm: oxid
hlinitý, silikagel, celulóza, iontoměniče, polyamid a silikagel s C18,
-NH2 nebo -CN skupinami.
Mobilní fáze: cyclohexan, toluen, chloroform, dichlormetan,
aceton, ethanol, methanol, voda, amoniak, kyselina octová a
jejich směsi.
Klasická organická analýza 011208 /JP 59
OPTICKÁ ROTAČNÍ DISPERZE (ORD)
měříme závislost úhlu otočení lineárně polarizované světla na vlnové délce
UV-spectrum
Klasická organická analýza 011208 /JP 60
CIRKULÁRNÍ DICHROISMUS (CD)
Oblast použití ORD a CD: určování struktury bílkovin (oligomerů, polymerů)
Cirkulární dichroismus: anisotropie absorpce cirkulárně polarizovaného světla.
Levotočivá a pravotočivá složka polarizovaného světla jsou různě absorbovány
prostředím (analytem) – na obrázku by měly vektory L a R různou délku.
Klasická organická analýza 011208 /JP 61
NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÁ REZONANCE (NMR) viz další přednáška
HMOTNOSTNÍ SPEKTROSKOPIE (MS) viz další přednáška o interpretaci spekter