ORGANICKÁ ANALÝZA PRAKTIKUM

MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta

ORGANICKÁ ANALÝZA – PRAKTIKUM

Marta FARKOVÁ Pavel PAZDERA

BRNO 2012

Skripta byla vytvořena v rámci realizace projektu OP VK CZ.1.07/2.2.00/07.0436 „Inovace vzdělávání v chemii na PřF MU“, který je spolufinancován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky.

Recenzent: Prof. Ing. Vladimír Macháček, DrSc.

© 2012 Marta Farková, Pavel Pazdera © 2012 Masarykova univerzita ISBN 978-80-210-5817-0

Předmluva Předložená příručka, archaicky rukověť, nejmodernější češtinou manuál, má pomoci studentce či studentovi efektivně a úspěšně absolvovat laboratorní cvičení nazvané Organická analýza - praktikum. Hlavním cílem tohoto předmětu je praktické osvojení metod a technik analýzy a identifikace organických látek bez použití moderních instrumentálních metod. Použití moderních instrumentálních molekulárně analytických a strukturně analytických metod je obsahem předmětu Metody chemického výzkumu - praktikum. Přitom bude student řešit jeden z nejsložitějších problémů organické analýzy, kterým je identifikace neznámého organického vzorku, což může být organická sloučenina o různém stupni čistoty, o jehož původu a vzniku mu nebude nic známo. A to způsobem používaným v první polovině minulého století, případně i později v laboratořích jen minimálně vybavených instrumentální technikou, jako jsou např. spektrometry NMR, infračervené či Ramanovy spektroskopie, hmotnostní spektroskopie, přístroji pro rentgenovou strukturní analýzu, zařízeními pro separační instrumentální metody, jako např. GC, HPLC, a další instrumentální metody. S takovou situací se může student setkat i později jako absolvent studia chemie ve své budoucí praxi. O tom, že i za takových ztížených podmínek lze identifikovat neznámé organické individuum, svědčí správné a doposud platné výsledky prací výzkumných pracovníků z minulosti, kteří se zabývali např. identifikací biologicky aktivních látek izolovaných z biologického materiálu, jako např. alkaloidů, glykosidů, proteinů nebo přírodních barviv. Pomůckami, které jim při tom pomáhaly, byly znalost organické chemie, zejména vlastností organických molekul včetně jejich reaktivity, reaktivity funkčních skupin i skeletů, precizní práce s malými množstvími takových substancí a schopnost skládat získané poznatky do celku a vyvodit z nich správné závěry. V neposlední řadě využívali pro vlastní identifikaci neznámého individua také přípravy derivátů. Protože praktikum musí student zvládnout v daném časovém limitu, bude složitost zadání problému limitována následovně: Relativní molekulová hmotnost neznámého chemického individua bude maximálně Mr = 250, individuum nebude stereoizomerem, počet funkčních skupin bude maximálně dvě (stejné nebo rozdílné funkční skupiny), prvky obsažené v neznámém vzorku budou ze skupiny uhlík, vodík, dusík, kyslík, halogeny s výjimkou fluoru a síra. K analýze nebudou rovněž poskytovány látky plynné, vysoce

explozívní, toxické nebo výrazně zapáchající. Takto limitované zadání je jednou z informací, o kterou se student může při své práci opřít. K tomu, aby si student vyzkoušel standardní postup identifikace neznámého individua, bude jednotlivé postupy, s výjimkou stanovení prvků a přípravy derivátů, předem testovat na známém organickém individuu, které obdrží společně s neznámým vzorkem na počátku praktika. Hmotnost vzorku poskytnutého k analýze bude cca 5 g. Dílčí postupy, výsledky a závěry bude student průběžně konzultovat s vedoucími cvičení. Z důvodu bezpečné práce v laboratoři a prevence požárů se student seznámí s riziky používaných chemikálií popsaných R-větami (H-větami) a principy bezpečného zacházení s nimi popsaných S-větami (P-větami). Charakteristiku pro použitou chemikálii najde buď na jejím obalu nebo v katalogu. K tomu, aby student zvládnul vyřešit problém v daném časovém limitu, je nezbytné se na jednotlivá cvičení řádně připravit. Před zahájením cvičení bude provedena kontrola této přípravy. K ní lze využít poznámky z přednášky Organická analýza, dále pak příslušné kapitoly z literatury uvedené na konci této příručky. Jako samozřejmost se předpokládají znalosti a správné návyky získané v teoretických i praktických kurzech Obecné chemie, Laboratorní techniky, Organické chemie a Analytické chemie. Autorkou kapitoly 3.2. Stanovení uhlíku, vodíku, dusíku a síry je Marta Farková, která rovněž provedla grafickou úpravu textu, autorem ostatních kapitol je Pavel Pazdera. Očekáváme, že následující text v této příručce napomůže studentovi dosáhnout hlavního cíle tohoto předmětu tak, aby získané dovednosti a návyky byl schopen uplatnit i později ve své praxi. Pavel Pazdera, spoluautor a garant předmětu

Obsah ÚVOD - ZÁKLADNÍ PŘÍSTUPY K ANALÝZE NEZNÁMÉHO ORGANICKÉHO CHEMICKÉHO VZORKU ………………………………………………………………………………..……….………………. 7 1.

PŘEDBĚŽNÉ OPERACE A POZOROVÁNÍ ………………………………………………………….. 9

1.1.

Zkoušky zahříváním a spalováním ……………………………………………………………………… 9

1.2.

Vnější znaky vzorku …………………………………………………………………………………… 9

2.

ZKOUŠKY CHEMICKÉ HOMOGENITY VZORKU, METODY ČIŠTĚNÍ VZORKU ……….…… 11

2.1.

Chromatografie na tenké vrstvě ………………………………………………………………....……... 11

2.2.

Stanovení teploty tání ………………………………………………………………………….………. 12

2.3.

Stanovení destilační křivky …………………………………...……………………………………….. 13

3.

ELEMENTÁRNÍ ANALÝZA - DŮKAZ A STANOVENÍ PRVKŮ ……………...…………………. 13

3.1.

Důkaz prvků C, H, N, Cl, Br, I, S, případně kyslíku ……………………..…………………………… 13

3.2.

Stanovení uhlíku, vodíku, dusíku a síry ……………………………………………………………….. 17 I.

SEMIMIKROSTANOVENÍ UHLÍKU A VODÍKU ………………...………………………….. 21

I.1.

Sestavení aparatury pro semimikrostanovení uhlíku a vodíku ………………………….….…… 23

I.2.

Přípravné práce před vlastní analýzou ………………………………………………………….. 25

I.3.

Analýza neznámého vzorku ………………………………………………..…………………… 26

I.4.

Vyhodnocení analýzy ……………………………………………………..……………………. 28

II.

VOLUMETRICKÉ STANOVENÍ DUSÍKU …………………………………………….…….. 30

II.1. Přípravné práce před vlastní analýzou ……………………………………………..…….….….. 32 II.2. Analýza neznámého vzorku …………………………………………………………..….…….. 35 II.3. Vyhodnocení analýzy ……………………………………………………………………...……. 38 III.

STANOVENÍ DUSÍKU KJELDAHLOVOU METODOU …………………….……..….…….. 39

III.1. Standardizace odměrných roztoků …………………………………………………..………….. 42 III.2. Stanovení dusíku Kjeldahlovou metodou …………………………...………………..……...… 44 III.3. Stanovení celkových bílkovin ………………………………………………………..…………. 48 III.4. Vyhodnocení analýzy ………………………………………….………………………..……… 48 IV.

MIKROSTANOVENÍ SÍRY …………………………………………..………………..……… 49

IV.1. Přípravné práce před vlastní analýzou ……………………...………………..........…………… 51 IV.2. Analýza neznámého vzorku …………………………………………….…………...…..………. 55 IV.3. Gravimetrické stanovení síry (fakultativní úloha dle pokynů vyučujícího) …….………...……. 56 IV.4. Stanovení síry vybranou metodou odměrné analýzy (fakultativní úloha dle pokynů vyučujícího) ……………………………………………………………………………...………56 IV.5. Vyhodnocení analýzy ………………………………………………………………………..…. 62 4.

ZAŘAZENÍ VZORKU DO SKUPINY ROZPUSTNOSTI PODLE DANÉHO ALGORITMU ….…... 63

5.

ACIDOBAZICKÉ VLASTNOSTI, REDOXNÍ CHOVÁNÍ VZORKU. DALŠÍ SKUPINOVÉ A KLASIFIKAČNÍ REAKCE NA DŮKAZ PŘÍTOMNÝCH FUNKČNÍCH SKUPIN, PŘÍPADNĚ DRUHU SKELETU ……………………………………………………………………….….….….... 66

5.1.

Acidobazické vlastnosti ………………………………………………………………..….….………. 66

5.2.

Testy oxidovatelnosti a redukovatelnosti sloučeniny ………………………………………………….. 68

5.3.

Další skupinové a klasifikační reakce …………………………………………………………………. 71

6.

ZHODNOCENÍ DOSAVADNÍCH VÝSLEDKŮ A NÁVRH DALŠÍHO POSTUPU …….………… 82

7.

NÁVRH PRO DERIVATIZACI HYPOTETICKÉ STRUKTURY ZA ÚČELEM JEJÍ IDENTIFIKACE …….………………………………………………………………………………… 83

8.

PŘÍPRAVA VHODNÝCH DERIVÁTŮ K IDENTIFIKACI …….…………………………………… 84

8.1.

Alkeny a alkyny ……………………………………………………………………………..…………. 84

8.2.

Aromatické uhlovodíky, jejich halogen deriváty a arylethery …………………………………………. 85

8.3.

Alkylhalogenidy ………………………………………………………………….…………….………. 87

8.4.

Alkoholy …………………………………………………………………….……………….…………. 88

8.5.

Fenoly ………………………………………………….…………………………………….…………. 90

8.6.

Karbonylové sloučeniny …………………………………….…………………………….……………. 91

8.7.

Karboxylové kyseliny a jejich funkční deriváty ………………….………………………….…………. 93

8.8.

Aminy ……………………………………………………………………………….……….…………. 98

8.9.

Nitrosloučeniny, C-nitroso, N-nitroso-, azo-, azoxy- a hydrazosloučeniny ………….….……………. 103

8.10.

Sirné sloučeniny ………………………………………………………………….…….………..……. 104

9.

VLASTNÍ IDENTIFIKACE …….……………………………………………………………..……… 106

10.

SHRNUTÍ DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ, FORMULACE ZÁVĚRŮ A SEPSÁNÍ PROTOKOLU O PROVEDENÉ ANALÝZE …….…………………………………………………………….…..… 107

POUŽITÁ A DOPORUČENÁ LITERATURA ……………………………….………………………..…….. 108 PŘÍLOHA - VZORY PROTOKOLU O PROVEDENÉ ANALÝZE …………………………………………. 109

ÚVOD - ZÁKLADNÍ PŘÍSTUPY K ANALÝZE NEZNÁMÉHO ORGANICKÉHO CHEMICKÉHO VZORKU

Představte si, že někdo donese cihlově oranžovou jemnou drť, téměř prášek a požádá vás, abyste zjistili, co to je. První, co vás napadne je, že by to mohla být cihla. Ale jak co nejjednodušším způsobem zjistíme, zda analyzovaný vzorek je organický či nikoliv? Vezmeme si kopistku a vzorek vsuneme do plamene kahanu, případně plynového zapalovače a sledujeme, co se bude dít. Pokud neshoří, odešleme žadatele k anorganickým analytikům nebo k těm, co se zabývají anorganickými materiály s „dobrým“ doporučením, že by se mohlo jednat o cihlovou drť. Pokud vzorek shoří, ať s popelovým zbytkem či bez něj, problém zůstává na vás. Pak

vás

může

napadnout,

že

by

to

mohlo

být

některé

z azobarviv,

tak zkusíte testy na azobarviva, např. reduktivní štěpení -N=N- vazby zinkem v kyselině chlorovodíkové za vzniku jedné či dvou rozdílných aromatickou amoniových solí. Ty pak můžete prokázat např. převedením na barevné azosloučeniny. Například elegantně kondenzační reakcí s 1-nitroso-2-naftolem a skutečnost, že azoskupina v původní azosloučenině byla symetricky nebo nesymetricky substituována prokázat tenkovrstvou chromatografií. Podobně můžete použít test s redukujícím Ehrlichovým činidlem. Pokud budete mít štěstí, budete následně aromatický amin, resp. aminy dva derivatizovat a podle teploty tání derivátů nebo tenkovrstvou chromatografií a porovnáním se standardem identitu azobarviva prokázat. Pokud budete mít smůlu, můžete si vzít tabulky organických sloučenin a hledat v nich uvedené oranžové organické látky a dále postupovat jako v případě předpokládaného azobarviva. Pak ještě může nastat komplikace, že oranžové zbarvení je způsobeno přítomnou nečistotou a vaše snaha bude marná, ztratíte při tom spoustu času a též finančních prostředků. Proto se doporučuje používat následující vysoce sofistikovaný systematický postup, který může velmi zkušený chemik v některých bodech obejít a který může vypadat následovně: 1. Předběžné zkoušky a testy, barevný vzhled a konzistence vzorku, jeho vůně nebo zápach. 2. Zkoušky chemické homogenity vzorku - chromatografie na tenké vrstvě s eluenty (mobilními fázemi) s rozdílnou polaritou, naměření teploty tání za vizuální kontroly procesu, destilační křivka frakční destilace. 7

V případě, že se dle bodu 2. ukáže, že látka je znečištěna příměsí dalších nečistot, ale tvoří hlavní složku, provedeme její přečištění. 3. Důkaz prvků po mineralizaci vzorku, stanovení prvků, určení jejich poměru. Stanovení relativní molekulové hmotnosti (velmi často lze vynechat). 4. Zařazení vzorku do skupiny rozpustnosti podle daného algoritmu. 5. Acidobazické vlastnosti, redoxní chování vzorku. Další skupinové a klasifikační reakce na důkaz přítomných funkčních skupin, případně druhu skeletu. 6. Rozbor získaných informací o fyzikálních a chemických vlastnostech zkoumané substance, formulace hypotézy o předpokládané struktuře substance. Případné doplnění informací dalšími reakcemi dle bodu 5. v případě nejednoznačnosti získaných informací. 7. Návrh pro derivatizaci hypotetické struktury za účelem identifikace např. změřením teploty tání připravených derivátů (konfrontace s tabelovanými hodnotami), případně směsné teploty tání se standardem, pokud je dostupný, případně TLC (opět nutnost dostupnosti standardu). 8. Příprava vhodných derivátů, minimálně dva pro identifikaci. 9. Vlastní provedení identifikace některým způsobem dle bodu 7. Vhodným derivátem se rozumí takový, pro který jsme schopni v literatuře najít teplotu tání, případně získat takový derivát jako standard. Pokud není standard k dispozici, je nutné si tento připravit, případně připravit větší množství derivátů zkoumané substance - navržené hypotetické struktury (3 až 5 derivátů) tak, aby byla jejich teplota tání v úzkém rozsahu teplot a lišila se od případných např. řetězových nebo polohových izomerů hypotetické struktury alespoň o 5 °C. Chemická stabilita připravených derivátů se předpokládá automaticky. 10. Shrnutí dosažených výsledků, formulace závěrů a sepsání protokolu o provedené analýze. Dva příklady protokolu o provedené analýze z reálné praxe jsou uvedeny v příloze této příručky, stejně jako vzorový protokol z praktika.

8

1.

PŘEDBĚŽNÉ OPERACE A POZOROVÁNÍ

1.1.

Zkoušky zahříváním a spalováním

Zkoušky zahříváním ve zkumavce a spalováním na kopistce pomohou odlišit organickou látku od anorganické. Při testu se opatrně zahřívá maximálně 50 mg vzorku, kdy se zjistí, zda vzorek není explozívní nebo se explozivně nerozkládá - v takových případech se může jednat o různé labilní sloučeniny ze skupiny esterů kyseliny dusičné, nitrosloučeniny, azidy, peroxidy apod. Analýza takových vzorků pak vyžaduje speciální postupy a z důvodu bezpečné práce nebudou takové vzorky v praktiku zadávány k analýze. Ryze minerální látky nehoří, některé se ale mohou v plameni či při zahřívání ve zkumavce tavit, např. hydráty solí. Amonné soli mohou podléhat tepelné disociaci na amoniak a volnou kyselinu. Podobné pozorování může poskytnout zahřívání a spalování solí karboxylových, sulfonových a podobných kyselin s anorganickým kationtem, nebo naopak zahřívání či spalování organických amoniových solí včetně kvartérních s aniontem minerální kyseliny. Zpravidla však organické části takových solí v plameni shoří a zůstává případný minerální popel. Aminy, popř. amoniové soli v důsledku tepelné disociace, kvartérní amoniové soli v důsledku eliminačních reakcí Hoffmannova typu většinou poskytují při zahřívání bazické plynné nebo těkavé kapalné rozkladné produkty, dávající modré nebo nazelenalé zbarvení vodou navlhčeného univerzálního pH-papírku. Naopak organické sloučeniny obsahující alkalické kovy nebo kovy ze skupiny alkalických zemin po zahřívání ve zkumavce nebo po spálení na kopistce poskytují alkalicky reagující popel (test s navlhčeným univerzálním indikátorovým papírkem). Aromatické sloučeniny se spalují nedokonale za tvorby černých sazí. Pokud spalovaný vzorek nehoří ani nezanechává uhelnatý zbytek, je třeba pro vyloučení organické sloučeniny provést test na přítomnost uhlíku.

1.2.

Vnější znaky vzorku

Skupenství vzorku, tedy zda je vzorek zadaný k analýze kapalný či pevný, může 9

společně s hodnotou teploty tání nebo varu vypovídat o charakteru intermolekulárních interakcí, popř. o nepolárních sloučeninách s vysokou molekulovou hmotností. Konzistence vzorku, u kapalin např. vysoká viskozita, sirupovitost je charakteristickým znakem pro nízkomolekulární dioly, trioly nebo aminoalkoholy. U emulzí, polotekutých/polotuhých substancí může být vzhled vodítkem k tomu, že se nejedná o čisté látky, podobně jako vizuální nehomogenita u látek pevných. Důležitým vodítkem může být i barva vzorku, protože drtivá většina organických sloučenin je bezbarvá (kapaliny) nebo bílá (tuhé krystalické látky). Odstín a intenzita zbarvení mohou být charakteristické pro určité skupiny látek nebo mohou svědčit o znečištění vzorku. Nažloutlé zbarvení vzorku může upozornit na přítomnost aromatických nitrosloučenin, azoxysloučenin nebo

některých

N-nitrososloučenin.

Žluté

zbarvení

bývá

charakteristické

pro -diketony, chinony, nitrofenoly, nitrované aromatické aminy, osazony. Oranžové až oranžovočervené zbarvení bývá charakteristické pro azosloučeniny, nitroaminofenoly, hydroxyanthrachinony, isatin, nitrofenylhydraziny a příslušné hydrazony. Zbarvení červené, fialové až hnědé bývá typiské pro azosloučeniny a aminoderiváty anthrachinonu. Zeleně jsou zbarveny C-nitrososloučeniny. Nitrosobenzen a homology jsou zbarveny slabě zeleně, pokud jsou rozpuštěné nebo roztavené. Nitroso-N,N-dialkylaniliny jsou intenzívně zeleně zbarveny i v tuhém stavu. Modré jsou deriváty hydroxyaminoanthrachinonů, některá azobarviva, některé terpeny a 1-kyan-1-nitrosocyklohexan. Tmavě zbarveny jsou rovněž chinhydrony. Černé zbarvení vzorku může svědčit o přítomnosti např. aktivního uhlí, popř. sazí. V každém případě odstín barevných látek závisí vedle charakteru přítomného chromoforu též na přítomnosti dalších substituentů. Zbarvení ale v řadě případů mohou vyvolat nečistoty vzniklé oxidací čisté substance vzdušným kyslíkem, často za spolupůsobení slunečního záření. Slabě našedlé, nafialovělé nebo nahnědlé až intenzívně hnědé či černé zbarvení v důsledku vzdušné oxidace bývá charakteristické pro aromatické aminy, fenoly s větším počtem hydroxyskupin, zejména v alternujících polohách, podobně aminofenoly a hydraziny. Podobně jako barva také zápach či vůně vzorku může být vodítkem pro jeho identifikaci, protože velký počet organických látek jeví charakteristický zápach. Proto se stala čichová zkouška jedním z prvních testů, kterému analytik vzorek podrobí. Přitom je však vždy zapotřebí jisté opatrnosti, protože výpary řady látek mohou být nebezpečné. Čichové vjemy jsou ovšem velmi individuální a závisí na zkušenostech pracovníka. Zápach může být charakteristický bud pro řadu různých látek, nebo jen pro určitou úzkou skupinu sloučenin (přiboudlinový zápach středních alkoholů). Někdy mají stejný zápach dvě odlišné látky

10

(kafrový zápach hexachlorethanu, hořkomandlová vůně kyanovodíku, benzaldehydu i nitrobenzenu) a velmi často se zápach mění i v homologické řadě (nižší, střední a vyšší alifatické alkoholy nebo kyseliny). Alkylestery C1-C3 monokarboxylových kyselin jsou vonné substance, na rozdíl od esterů kyseliny máselné, izomáselné, valerové a dalších, které v důsledku přítomnosti stop volné kyseliny svým odpudivým aroma připomínají dlouhodobě nemytého člověka.

2.

ZKOUŠKY CHEMICKÉ HOMOGENITY VZORKU, METODY ČIŠTĚNÍ VZORKU

Zkoušky nám pomohou zjistit, zda analyzovaný vzorek je látka čistá nebo znečištěná substance, případně zda se jedná o směs chemických substancí. Mezi tyto zkoušky patří především elegantní a jednoduchá metoda - chromatografie na tenké vrstvě, případně různých typů (např. silikagel, oxid hlinitý nebo mikrokrystalická celulóza, s různě polární zakotvenou fází) s různě polárními elučními systémy. Dále pak naměření teploty tání za vizuální kontroly procesu a destilační křivka frakční destilace.

2.1.

Chromatografie na tenké vrstvě

Pokud máme k dispozici desky nejlépe s tenkou vrstvou silikagelu, případně oxidu hlinitého nebo mikrokrystalické celulózy (tato nahrazuje tzv. papírovou chromatografii a k separačnímu procesu je nezbytná vedle mobilní fáze - eluentu také fáze zakotvená), můžeme velmi elegantně a jednoduše zjistit, zda analyzovaný vzorek je chemické individuum, případně znečištěné nebo zda se jedná o směs chemických individuí v různém poměru (poslední případ se praktika týkat nebude). Při analýze známého i neznámého vzorku v praktiku

budete

používat

hliníkové

desky

s tenkou

silikagelovou

vrstvou

a s UV-indikátorem zhášení skvrn při vlnové délce 254 nm. V případě, že analyzovaná látka je při uvedené vlnové délce inaktivní a nelze ji pod detekční UV lampou pozorovat, použijete k detekci skvrn na desce prachovnici naplněnou parami jodu, případně desku zvlhčíte

11

detekčním roztokem manganistanu draselného a desku vyhřejete na teplotu cca 200 - 300 °C horkovzdušnou pistolí. Zjištěné chromatografické hodnoty RF pro hlavní složku vzorku, případně pro přítomné nečistoty uvedete do protokolu o analýze. S teorií chromatografie na tenké vrstvě a s možnostmi využití této metody pro prokázání chemické homogenity nebo nehomogenity analyzovaného vzorku jste byli seznámeni na přednášce Organická analýza, případně v dalších teoretických a praktických výukových kurzech. V případě, že tenkovrstvou chromatografií zjistíte, že některý z vašich vzorků je nečistý, provedete jeho překrystalizování, popř. sublimaci nebo u kapaliny frakční destilaci a to dle pokynů vedoucího cvičení.

2.2.

Stanovení teploty tání

Stanovení teploty tání provedete v mikroměřítku pod mikroskopem na vyhřívané desce podle Koflera, kdy budete celý proces zahřívání vizuálně sledovat pod mikroskopem. Stanovení teploty tání provedete dvakrát, poprvé orientačně tak, že na stupnici standardního růstu teplot reostatu (druhá stupnice slouží k nastavení „rovnovážné“ teploty) nastavíte hodnotu 350 °C a budete sledovat změny chování vzorku při nárůstu teploty až k bodu roztání celého objemu vzorku (tj. všech krystalků nebo částic), případně k nastavené teplotě 350 °C, pokud nebude docházet k tání celého vzorku. Pokud vám při předběžném stanovení teploty tání celý vzorek neroztál, nemá další, standardní měření teploty tání význam a do protokolu o analýze uvedete: látka netaje do teploty 350 °C. Po ochlazení vyhřívané destičky bodotávku na teplotu laboratoře provedete opakované standardní stanovení teploty tání a to tak, že na stupnici standardního růstu teplot reostatu nastavíte předběžně zjištěnou teplotu tání vzorku, tedy tu, při níž celý vzorek roztál. V okolí této hodnoty bude nárůst teploty u zahřívaného vzorku standardně 4 °C/min. Vzorek při zahřívání se v závislosti na jeho chemické homogenitě může chovat dvojím způsobem. V případě že měříte teplotu tání čistého chemického individua se při teplotě tání začnou bortit hrany krystalků nebo jejich nadrcených zlomků a celý vzorek roztaje v rozmezí 1 °až 2 °C. V případě měření teploty tání vzorku znečištěného nečistotami s nižší hodnotou teploty tání než má hlavní složka nejprve začne tát tato příměs a až po jejím roztátí začne tát (v tavenině se rozpouštět) složka hlavní. Interval 12

teploty tání je široký, několik °C, hlavní složka taje při teplotě nižší, než je hodnota její teploty tání v čistém stavu. Pokud příměs taje při vyšší teplotě tání než hlavní složka, je interval procesu tání rovněž velmi široký. Že se nám při procesu čištění znečištěného chemického individua (rekrystalizace, chromatografie) podařilo získat čistou látku, poznáme tak, že se interval teploty tání zúžil a hodnota teploty tání zvýšila a zůstává na stejné hodnotě po opakovaném přečištění vzorku. Je zřejmé, že po krystalizaci, resp. chromatografickém čistícím procesu musejí být vzorky zbaveny rozpouštědel vysušením a pomocných látek (sorbenty jako aktivní uhlí, silikagel) účinnou filtrací. Pokud látka netaje, ale rovnou přechází do plynné fáze (sublimuje) poznáme na bodotávku tak, že z podložního sklíčka mizí, v některých případech na krycím skle znovu krystalizuje. Zda byla sublimující látka znečištěna, poznáme podle taveniny vzniklé před dosažením teploty sublimace, nebo po odsublimování hlavní složky podle přítomnosti zbylých krystalů či taveniny. V takovém případě vzorek přečistíme sublimací. Pokud látka při zahřívání černá a mizí, unikají bublinky a podobně, dochází k jejímu rozkladu. Do protokolu uvádíme teplotu, při které jsme rozklad začali pozorovat.

2.3.

Stanovení destilační křivky

Pokud je analyzovaný vzorek kapalný a nemáme k dispozici tenkovrstvou chromatografii, jsme nuceni provést frakční destilaci analyzovaného vzorku. Podrobnosti znáte z laboratorní techniky. Jak lze destilačně rozlišit čistou látku od konstantně vroucí azeotropní směsi, naleznete v doporučené literatuře. Protože tenkovrstvá chromatografie bude dostupná a z důvodu účelného využití času na analýzu nebude frakční destilace prováděna a vzorky k analýze nebudou konstantně vroucí azeotropní směsi.

3.

ELEMENTÁRNÍ ANALÝZA - DŮKAZ A STANOVENÍ PRVKŮ

3.1.

Důkaz prvků C, H, N, Cl, Br, I, S, případně kyslíku

3.1.1. Důkaz uhlíku a vodíku Do skleněné mikrozkumavky s vnitřním průměrem 5 až 7 mm, vneseme směs 13

obsahující 2 až 5 mg vysušeného analyzovaného vzorku a 50 až 100 mg vysušeného práškového oxidu měďnatého. Potom zasypeme obsah mikrozkumavky asi 2 cm vysokou vrstvou vysušeného drátkovitého oxidu měďnatého. Na mikrozkumavku nasadíme gumovou nebo plastovou zátku propíchnutou injekční jehlou a ohnutou pod takovým úhlem, aby zasahovala do vialky objemu 1,5 ml s cca 1 ml nasyceného přefiltrovaného roztoku hydroxidu barnatého, na jehož hladinu jsme na ochranu před vzdušným oxidem uhličitým nakápli vrstvičku parafínového oleje. Mikrozkumavku začneme zahřívat do temně červeného žáru a to od vrstvy drátkovitého CuO a postupujeme dále směrem ke dnu mikrozkumavky. Přítomnost uhlíku ve vzorku se projeví tvorbou bílé sraženiny uhličitanu barnatého. Důkazem vodíku ve vzorku jsou kapičky vody na stěnách horní části nevyhřívané mikrozkumavky. Podmínkou správného výsledku jsou řádné vysušené reagencie, vzorek i použité součásti mikroaparatury.

3.1.2. Důkaz kyslíku Kyslík se zpravidla nedokazuje, protože při níže uvedených testech mohou selhávat také látky nesoucí v molekule dusík, síru, dále vyšší ethery, nitrolátky, případně další sloučeniny. Ferrox-test Na hodinovém sklíčku podloženém filtračním papírem rozmělníme skleněnou tyčinkou krystal síranu železitoamonného s krystalem thiokyanatanu draselného nebo amonného. K rozetřené směsi přikápneme 2-3 kapky kapalného analyzovaného vzorku a směs roztíráme. Načervenalé až purpurové zbarvení je důkazem přítomnosti kyslíku ve zkoušeném kapalném vzorku. Principem testu je skutečnost, že thiokyanatan železitý se rozpouští pouze v kyslíkatých rozpouštědlech (vznik zbarvení v roztoku), v bezkyslíkatých rozpouštědlech se thiokyanatan železitý nerozpouští. Test s roztokem jodu V mikrozkumavce se v 1 ml dichlormethanu rozpustí 1 krystalek jodu (cca 1-2 mg) na slabě fialový roztok. Ve druhé mikrozkumavce se v 1 ml dichlormethanu rozpustí cca 5 mg zkoumané látky. Obsah obou zkumavek se promíchá. V případě, že látka obsahuje kyslík, přejde původně fialový roztok jodu na žlutý až hnědý. Principem testu je vznik CT-komplexů jodu s kyslíkatou látkou interakcí volného elektronového páru na atomu kyslíku 14

s neobsazeným antivazebným molekulovým orbitalem molekuly jodu. 3.1.3. Důkaz dusíku, chloru, bromu, jodu a síry po mineralizaci vzorku sodíkem (Lassaignova zkouška) Při mineralizaci vzorku sodíkem pracujeme v digestoři určené pouze pro tento rozklad, s nasazeným ochranným štítem pod dozorem a dle pokynů vedoucího cvičení. Pomůcky pro práci se sodíkem musejí být suché, zbytky sodíku se likvidují dle pokynů vedoucího cvičení. Při zacházení se sodíkem přísně dodržujeme pravidla bezpečné práce v chemické laboratoři. Čerstvě odkrojená šupinka sodíku (cca 20 mg) se ve zkumavce opatrně a pomalu převrství cca 100 mg pevné nebo cca 5 kapkami kapalné zkoumané látky. Zkumavku vyhříváme plamenem ode dna směrem k ústí do červeného žáru. Pokud by došlo ke vzplanutí sodíku, zachováme klid a pokračujeme ve vyhřívání zkumavky, až sodík shoří. V kádince objemu 20 až 25 ml obsahující 5-10 ml vody pak opatrně rozžhavenou zkumavku rozbijeme tak, aby rozložený obsah přešel do vody (při tom může nezreagovaný sodík při prudké reakci s vodou vzplanout - v klidu necháme doreagovat), případně zbytek ve zkumavce spláchneme 5 ml vody. Sklo a uhlík se poté odfiltrují přes malou nálevku se smotkem vaty v trubičce nálevky a filtrát se použije dále k důkazu shora uvedených prvků. Pokud by objem filtrátu nepostačoval k provedení všech testů, připraví se další množství filtrátu shora uvedeným postupem. Principem Lassaignovy zkoušky je reduktivní mineralizace zkoumané látky obsahující N (a C), Cl, Br, I a S na kyanidové, chloridové, bromidové, jodidové a sulfidové anionty. Důkaz dusíku K filtrátu (1 ml) se v odměrné baňce na 10 ml přidá 1 ml 1 % roztoku chloraminu T, směs se okyselí 1 až 2 ml 1 M vodného roztoku chlorovodíku a řádně promíchá. Po 1 minutě se přidají 3 ml 2-3% vodně pyridinového roztoku dimedonu (5,5-dimethylcyklohexan-1,3dion) nebo kyseliny barbiturové (4-hydroxyuracilu) - roztok se připraví tak, že se dimedon nebo kyselina barbiturová rozpustí v 30 ml pyridinu a vzniklý roztok se doplní na objem 100 ml vodou). Pokud zkoumaná látka obsahuje dusík, vznikne po protřepání oranžové zbarvení, které přejde v červenofialové až sytě fialové, stálé asi 10 minut. Při důkazu stopových množství mohou rušit stopy mědi ve vodě vznikem velmi málo rozpustných kyanidů mědi. Principem testu je vytvoření chlorkyanu reakcí chloraminu T s kyanidovým aniontem. 15

Ten dále reaguje s pyridinem na nestabilní 1-kyanpyridinium chlorid, který ve vodném prostředí podléhá otevření pyridiniového skeletu na dialdehyd kyseliny glutakonové, který pak kondenzuje se sloučeninou s aktivní methylenovou skupinou (dimedon, barbiturová kyselina) na shora uvedené barevné produkty. Důkaz síry K filtrátu po mineralizaci sodíkem (0,5 ml) se přidají 1 až 2 kapky čerstvě připraveného 0,1% vodného roztoku nitroprusidu sodného (Na[Fe(CN)5NO] . 3 H2O). Vznik oranžově červeného až purpurového zbarvení je důkazem sulfidu přítomného jako síra v analyzovaném vzorku. K 0,5 ml filtrátu po mineralizaci se přidají 2 až 3 kapky roztoku olovnatanu sodného (čerstvě se připraví tak, že k 5%nímu roztoku octanu olovnatého se přidává po kapkách vodný 20% hydroxid sodný tak, až se vzniklá sraženina rozpustí). Černá sraženina prokazuje přítomnost síry v molekule látky, hnědé zbarvení svědčí pouze o přítomnosti nečistot obsahujících síru. Důkaz chloru, bromu a jodu vedle sebe Po mineralizaci tavením se sodíkem se zbylý filtrát rozdělí na dvě části. K důkazu chloru za přítomnosti bromu a jodu se první část roztoku okyselí několika kapkami kyseliny dusičné, v případě přítomnosti dusíku nebo síry se krátkým povařením odstraní kyanovodík, resp. sulfan. Po ochlazení se a po kapkách se přidává 2% vodný roztok dusičnanu stříbrného, pokud se tvoří sraženina. Ta se pak odfiltruje, promyje se vodou a spláchne do zkumavky. Ke sraženině se přidá asi 5 ml amoniakálního roztoku uhličitanu amonného (10% vodný roztok uhličitanu amonného se smíchá s konc. roztokem amoniaku v poměru 4 : 1) a důkladně se protřepe. Nerozpuštěná sraženina dokazuje přítomnost bromu a/nebo jodu. Sraženina se odfiltruje a filtrát se okyselí 10% kyselinou dusičnou. Bílá klkovitá sraženina dokazuje přítomnost chloru jako chloridu ve zkoumané látce. K důkazu bromu a jodu za přítomnosti chloru se druhý díl filtrátu po mineralizaci sodíkem okyselí 30% kyselinou octovou a roztok se povaří. Po ochlazení se přidá 1 ml dichlormethanu a potom po kapkách čerstvě připravený cca 1% roztok chloraminu T. Po přidání každé kapky se vše důkladně protřepe. Za přítomnosti jodu se vrstva dichlormethanu zbarví růžově až fialově. Po přidání dalších kapek roztoku chloraminu zbarvení zmizí a za přítomnosti bromu zůstává žluté až hnědočervené zabarvení organické vrstvy. Důkaz halogenidů vedle sebe lze ve filtrátu provést též papírovou chromatografií eluční soustavou aceton-voda (4 : I), detekce skvrn se provede postřikem amoniakálním roztokem

16

dusičnanu stříbrného a ozářením v ultrafialovém světle, až se objeví tmavé skvrny. Modifikovaná Beilsteinova zkouška Měděná síťka s rozměry cca 5 X 5 cm se upevní do držáku na stojanu tak, aby se dal podstavit plynový kahan s nesvítivým plamenem asi 15 cm vysokým tak, aby síťka plamen v polovině přetínala. Přívod vzduchu do kahanu se seřídí tak, aby plamen neobsahoval vnitřní zelenavý kužel. Když je střed síťky rozpálen do mírně červeného žáru a plamen jí prošlehává, nabereme na vyžíhanou tyčinku z tuhy na psaní 1 až 2 mg látky (pro nabrání tuhé látky tuhu nahřejeme tak, aby vzorek látky roztál) a vnoříme ji do vnějšího okraje plamene, asi 5 cm pod síťku. Plamen nejprve zasvítí žlutě spalujícím se uhlíkem, a obsahuje-li látka halogen, zbarví se plamen nad síťkou zeleně až modrozeleně. V popsaném uspořádání je zkouška spolehlivá, těkavé sloučeniny komplexující měď důkaz neruší, protože před interakcí s měděnou síťkou shoří.

3.2. Stanovení uhlíku, vodíku, dusíku a síry I. SEMIMIKROSTANOVENÍ UHLÍKU A VODÍKU

CÍLE ÚLOHY: 

stanovit obsah uhlíku a vodíku Liebigovou metodou v neznámém vzorku

TEORIE: Podstatou Liebigovy metody stanovení uhlíku a vodíku je převedení uhlíku a vodíku v analyzované organické látce na jediné, definované, analyticky stanovitelné sloučeniny. Těmi jsou oxid uhličitý a voda, na něž se analyzovaná látka oxidací nebo spalováním převádí. Liebigova metoda pro stanovení uhlíku a vodíku je založena na tom, že látka se zahřívá na lodičce ve spalovací trubici z těžkotavitelného skla v proudu kyslíku nebo vzduchu a její páry nebo těkavé zplodiny rozkladu se vedou přes dlouhou vrstvu rozpáleného oxidu měďnatého, který slouží jako oxidační katalyzátor. Zde nastává dokonalá oxidace plynu a par na oxid uhličitý CO2 a vodu H2O. Voda se zachytí ve zvážené absorpční trubičce s chloridem vápenatým nebo chloristanem hořečnatým (anhydron), zatímco oxid uhličitý se pohltí ve zvážené absorpční trubičce s hydroxidem draselným nebo v trubici s askaritem (nátronovým

17

vápnem). Z přírůstku hmotnosti jednotlivých absorpčních trubiček se vypočítá procentový obsah uhlíku a vodíku v látce. Stanovení za přítomnosti dusíku Obsahuje-li analyzovaná látka vedle uhlíku, vodíku a kyslíku též dusík, tvoří se při rozkladu oxidy dusíku, které by se zachycovaly v alkalické náplni absorpční trubičky pro oxid uhličitý, takže výsledky analýzy by byly nesprávné. Proto se oxidy dusíku musí vhodným způsobem vázat nebo se musí zredukovat na elementární dusík, který beze změny projde absorpčním systémem. K absorpci oxidů dusíku je určena krátká vrstva granulovaného oxidu olovičitého (vyhřátého na teplotu 200 °C) zařazená za oxid měďnatý. K redukci oxidů dusíku můžeme také použít měděnou síťku. Pro odstranění oxidů dusíku, které se za provozní teploty náplně spalovací trubice téměř neabsorbují, bývá mezi absorpční trubičky s askaritem a anhydronem vřazena trubička naplněná buď MnO2 na silikagelovém nosiči (vzniká dusičnan manganatý) nebo silikagelem, který je impregnován roztokem dichromanu v koncentrované H2SO4. Stanovení za přítomnosti halogenů a síry Obsahuje-li analyzovaná látka vedle již zmíněných prvků halogen nebo síru, je potřeba nejprve odstranit ze spalin vzniklé oxidy síry (SO3 a stopy SO2) a halogenovodíky. Oba produkty (SO3 a stopy SO2) jsou také kvantitativně zachycovány na katalytické náplni, jako je AgSO4 a MnSO4. Oxidy síry lze zachytit i chromanem olovnatým, který se přidá k oxidačnímu katalyzátoru oxidu měďnatému. Halogeny a halogenovodíky se eliminují na stříbrné spirále zařazené za oxidační katalyzátor.

18

Obr. I.1: Schéma aparatury pro stanovení uhlíku a vodíku

POUŽITÉ VYBAVENÍ: Chemikálie: Hydroxid draselný KOH (M = 56,104 g.mol-1), chloristan hořečnatý (anhydron), nátronový azbest (askarit), chlorid vápenatý CaCl26H2O (M = 219,09 g.mol-1), stříbrný drát, oxid olovičitý PbO2 (M = 239,21 g.mol-1), chroman olovnatý PbCrO4 (M = 323,22 g.mol-1), silikagel, oxid měďnatý CuO (M = 79,57 g.mol-1), kyslík O2 (tlaková láhev). Sklo: Spalovací trubice s postranním přívodem a se zobanem, promývací láhev s nástavcem, sušící U – trubice, počítač bublinek (bubláček), skleněné trubičky (2).

Laboratorní pomůcky a vybavení: Analytické váhy, kahan, nástavec na kahan, pyrolanová lodička (3), azbestové síťky, zápalky, mosazné trubky (2), laboratorní stojany s držáky, pinzeta, gumové hadičky, chemická lžička. PRACOVNÍ POSTUP: I.1. Sestavení aparatury pro semimikrostanovení uhlíku a vodíku I.2. Přípravné práce před vlastní analýzou I.2.1. Postup přípravy aparatury I.2.2. Postup přípravy chemikálií I.3. Analýza neznámého vzorku I.3.1. Vážení absorpčních trubiček a vzorku I.3.2. Příprava ke spalování I.3.3. Spalování vzorku I.3.4. Ukončení analýzy – promývání aparatury I.4. Vyhodnocení analýzy I.1.

Sestavení aparatury pro semimikrostanovení uhlíku a vodíku 19

Přívod kyslíku připojíme na promývací láhev s 50% roztokem hydroxidu draselného, kterou spojíme hadičkou s počítačem bublinek naplněným stejným roztokem. Plyn vedeme dále přes sušicí U-trubici naplněnou silikagelem, která zbaví plyn vlhkosti. Pro rozklad vzorku použijeme spalovací trubici s postranním přívodem o délce asi 25 cm a průměru 10 mm, která je opatřena zobanem. Na trubici nasadíme dvě mosazné vyhřívací trubky, do zobanu zasuneme stříbrný drát a kolem zobanu ovineme měděnou spirálu tak, aby rozváděla teplo od kahanu až k absorpčním trubičkám. Do spalovací trubice nasypeme drátkový oxid měďnatý a utěsníme jej vrstvičkou křemenné vaty. Za spalovací trubici později zapojíme dvě absorpční trubičky, připravíme si proto stojan s držáky a potřebné hadičky. Jako první umístíme trubičku naplněnou anhydronem (chloristanem hořečnatým) nebo chloridem vápenatým pro absorpci vody. Druhou trubičku naplněnou askaritem nebo hydroxidem draselným pro zachycení oxidu uhličitého a krátkou vrstvou anhydronu pro absorpci vody vzniklé neutralizační reakcí umístíme černou vrstvou askaritu napřed. Vzdálenost trubiček od spalovací trubice musí být minimální, jinak by plynné zplodiny rozkladu zkondenzovaly v hadičkách a tím by se analýza znehodnotila.

1 – přívod přečištěného kyslíku, 2 – spalovací trubice, 3 – pryžová zátka, 4 – mosazná trubka, 5 – pyrolanová lodička, 6 – katalyzátor oxid měďnatý CuO,

20

7 – měděná spirála omotaná kolem zobanu, 8 – stříbrný drátek, 9 – trubička pro absorpci vody (s anhydronem) 10 – trubička pro absorpci oxidu uhličitého CO2 (askarit) a vody vzniklé neutralizační reakcí (anhydron), 11 – výstup plynů, 12 – série kahanů. Obr. I.2: Popis zapojení spalovací trubice s náplní k jednotlivým absorpčním trubičkám

Spalovací trubice Spalovací trubice je opatřená zobanem s postranním přívodem, délka 25 cm, průměr 10 mm, do zobanu umístíme stříbrný drát, kolem zobanu ovineme měděnou spirálu, která se dotýká vyhřívací trubky. Trubici u zobanu uzavřeme vrstvou křemenné vaty, před kterou nasypeme katalyzátor a ten utěsníme křemennou vatou. Náplň vyměňujeme přibližně po 50 analýzách, pokud však analyzovaná organická látka obsahuje síru nebo halogeny, provedeme výměnu již po 3–4 analýzách. Absorpční trubice Jako absorpční trubici používáme trubici Preglova typu opatřenou na obou koncích kapilárním zúžením. Trubička na vodu plněná anhydronem vystačí na 100 analýz. Anhydron je možné regenerovat zahříváním ve vakuu na teplotu 170–180 ºC. Trubička na oxid uhličitý je plněná askaritem a krátkou vrstvou ahydronu pro absorpci vody vzniklé neutralizační reakcí. Náplň vystačí na 10–15 analýz. Její vyčerpání lze sledovat podle zbělení vrstvy askaritu vzniklým Na2CO3. Trubičku nelze používat, jsou-li 2/3 náplně vyčerpány. Do aparatury je možné zařadit trubičku pro odstranění oxidů dusíku naplněnou MnO2 na silikagelu a vrstvičkou anhydronu. Náplň vystačí asi na 20 analýz, její vyčerpání se projeví zhnědnutím jinak černé vrstvy.

21

I.2.

Přípravné práce před vlastní analýzou Po sestavení aparatury bez připojených absorpčních trubiček otevřeme přívod kyslíku. Je třeba předejít tomu, aby se roztok z počítače bublinek dostal hadičkou do sušicí trubice, proto průtok kyslíku zvyšujeme pozvolna. Rychlost průtoku plynu regulujeme tak, aby bubláčkem procházely asi 3–4 bublinky za sekundu (průtok přibližně 15 ml.s–1). Katalytickou náplň vyhřejeme přes mosaznou trubku Bunsenovým kahanem s nástavcem na teplotu 400– 500 °C. Spalovací trubici krátce přežíháme plným plamenem Tecluho kahanu. Po přežíhání necháme trubicí procházet kyslík za stálého zahřívání katalytické náplně. Při změně v aparatuře (např. výměna náplní) a po delší pracovní přestávce provádíme slepý pokus jako při spalování bez vzorku látky. Přírůstek váhy trubičky na vodu nesmí být větší než 50 μg, u trubičky na oxid uhličitý 20 μg.

I.2.1. Postup přípravy aparatury 1. Sestavíme aparaturu bez připojených absorpčních trubic. 2. K vyrovnávači tlaku, naplněnému 2M NaOH připojíme tlakovou láhev s kyslíkem. (POZOR! Šroubový ventil na zvonu redukčního ventilu je úplně povolen, malý redukční ventil zcela uzavřen.) 3. Otevřeme hlavní kohout tlakové láhve s kyslíkem, malý redukční ventil a pomalu přitahujeme šroubový ventil, až ve vyrovnávači tlaku začnou vystupovat bublinky plynu. (POZOR! Zvon vyrovnávače tlaku musí být stále vyplněn kyslíkem.) 4. Rychlost průtoku plynu regulujeme tak, aby počítačem bublinek (bubláčkem) procházely 3–4 bublinky za sekundu (průtok 15 ml.s–1). 5. Analytickou náplň (dobře upěchovanou ve spalovací trubici) vyhřejeme přes mosaznou trubku Bunsenovým kahanem s nástavcem na teplotu 400–500 ºC. 6. Spalovací trubici krátce přežíháme plným plamenem Tecluho kahanu. 7. Tecluho kahan zhasneme a trubicí necháme procházet kyslík za stálého zahřívání katalytické náplně.

I.2.2. Postup přípravy chemikálií (pouze, pokud je to potřeba)

22

1. Katalyzátor připravíme zahřátím asi 2 g AgMnO4 v suché zkumavce. 2. Zkontrolujeme anhydron a askarit pro elementární analýzu. 3. MnO2 na silikagelu nebo silikagel impregnovaný roztokem dichromanu v koncentrované H2SO4 – silikagel o velikosti zrn 0,5–1 mm sušíme v trubici v proudu kyslíku při 200 ºC po dobu 1 hodiny nebo v sušárně 4 hodiny, vysušený silikagel umístíme do baňky. Do baňky s vysušeným silikagelem přidáváme po kapkách a za protřepávání 0,02M K2Cr2O7 v koncentrované H2SO4, až částečky silikagelu začnou ulpívat na skle.

I.3.

Analýza neznámého vzorku

I.3.1. Vážení absorpčních trubiček a vzorku 1. Z absorpčních trubiček odstraníme uzávěry, trubičky otřeme vlhkým flanelovým hadříkem a do sucha vytřeme suchým flanelem (ústí trubičky nesmí být znečištěno zbytky gumy nebo vlákniny). 2. Prázdné trubičky vážíme na analytických vahách, na něž je klademe pinzetou nebo pomocí flanelového hadříku. 3. Na kahanu vyžíhané pyrolanové lodičky necháme zchladnout na kovovém bločku se skleněným víčkem. Lodičky přenášíme pouze na bločku. 4. Navažujeme 10–20 mg stanovované látky, explozivní vzorky smísíme před spalováním s mořským pískem.

I.3.2.

Příprava ke spalování 1. Lodičku vsuneme pomocí pinzety do spalovací trubice do vzdálenosti asi 3 cm od katalytické náplně, trubici uzavřeme pryžovou zátkou. 2. Připojíme absorpční trubičku pro absorpci vody a za ni trubičku pro oxid uhličitý, šedou vrstvou askaritu směrem ke spalovací trubici. Při připojování trubiček se přesvědčíme o těsnosti aparatury – uzavřeme prstem zoban spalovací trubice a poté postupně konec každé absorpční trubičky, proud bublinek v počítači bublinek se musí zastavit. 3. Zkontrolujeme průtok kyslíku, případnou odchylku odstraníme vyrovnávačem tlaku.

23

I.3.3. Spalování vzorku 1. Mosaznou trubku určenou k rozvodu tepla při spalování vzorku posuneme těsně před lodičku se vzorkem. 2. Spalování musí být pozvolné – vyhřívací mosaznou trubku posunujeme přes lodičku velmi opatrně. Před každým posunutím je nutno počkat, až odezní změny v analyzované látce vyvolané předchozím posunem. 3. Po dokonalém spálení přežíháme spalovací trubici plamenem Tecluho kahanu, a to zvláště v místě lodičky. POZOR! 1. Průběžně kontrolujeme průtok kyslíku, nesmí dojít k jeho zastavení. 2. Při příliš rychlém spalování dochází k uhelnatění látky – zuhelnatělý zbytek se spaluje velice obtížně. 3. V trubičce pro absorpci vody nesmí docházet ke kondenzaci. 4. K ohřevu spoje mezi spalovací trubicí a absorpční trubičkou slouží měděná spirálka – teplota by se v těchto místech měla pohybovat mezi 80 a 100 °C.

I.3.4. Ukončení analýzy – promývání aparatury 1. Po ukončení spalování odstraníme spalovací kahan a spalovací trubici proplachujeme 10 minut zvýšeným proudem kyslíku. 2. Odpojíme absorpční trubičky, redukčním ventilem přiškrtíme proud kyslíku, vytáhneme lodičku a spalovací trubici přežíháme pro další analýzu. 3. Absorpční trubičky necháme zchladnout po dobu asi 10 minut v exsikátoru, očistíme je a vložíme do prostoru vah. Po několika minutách, kdy dojde k vyrovnání teplot s vahami, trubičky zvážíme. 4. Náplň spalovací trubice necháme vychladnout v proudu kyslíku, zoban trubice uzavřeme hadičkou se skleněnou kuličkou, absorpční trubičky uzavřeme rovněž hadičkami se skleněnými kuličkami a uložíme do exsikátoru. Lodičky přechováváme na kovovém bločku. POZOR! SLEPÝ POKUS Při změně aparatury (např. výměna náplní) a po delší pracovní přestávce provádíme slepý pokus jako při spalování bez vzorku látky. Přírůstek vah trubičky na H2O nesmí být větší než 50 μg, u trubičky na CO2 20 μg. 24

POZOR! UPOZORNĚNÍ Látky, které se snadno rozkládají nebo explodují, smícháme ve spalovací lodičce s vyžíhaným mořským pískem. Látky obtížně spalitelné smísíme v lodičce s jemným práškovým, předem vyžíhaným oxidem měďnatým nebo vanadičným, případně s dichromanem draselným nebo oxidem wolframovým.

I.4.

Vyhodnocení analýzy Při vyhodnocení do závěru uvedeme: 1. Zapíšeme

výsledky

zjištěných

hmotností

absorpčních

trubiček

(na

5 desetinných míst v gramech). Provedeme jednotlivé výpočty (také na 5 desetinných míst v gramech), výsledky výpočtů uvedeme na 4 desetinná místa. 2. Spočítáme hmotnostní poměr C : H a odhadneme poměr celočíselných stechiometrických koeficientů těchto prvků ve vzorku (např. C3nH4n). 3. V závěrečné diskuzi zhodnotíme průběh analýzy, zdůvodníme příčiny možného chybného stanovení a pokusíme se objasnit případné problémy, které nastaly během analýzy.

25

II. VOLUMETRICKÉ STANOVENÍ DUSÍKU

CÍLE ÚLOHY: 

stanovit obsah dusíku v neznámém vzorku metodou Dumase a Dubského

TEORIE: Ke stanovení dusíku v organických látkách je k dispozici celá řada metod. Nejčastěji se dusík stanovuje metodou Dumasovou nebo Kjeldahlovou, dalšími možnými způsoby stanovení dusíku jsou např. metoda Ter Meulenova, metoda Fedosejeva a Ivašové a mnoho dalších. Při Dumasově metodě se analyzovaná látka smíchaná s oxidačním katalyzátorem, práškovým oxidem měďnatým (CuO) nebo Co3O4, se zahřívá v trubici z těžkotavitelného skla (křemenná trubice) v proudu oxidu uhličitého (CO2) jako nosného plynu a páry nebo zplodiny rozkladu se vedou přes rozpálený (na 700–800 C) drátkový oxid měďnatý (CuO). Některé látky již při rozkladu poskytují elementární dusík, jiné látky se rozkládají za vzniku oxidů dusíku. Oxidy dusíku se redukují na elementární dusík měděnou síťkou žhavenou na nižší teplotu (500 C), která je umístěna za spalovací náplní. Produkty pyrolýzy vzorku se vytěsní z trubice jsou unášeny nosným plynem (oxidem uhličitým) do plynové byrety – azotometru. Ten je naplněný 50% (koncentrovaným) roztokem hydroxidu draselného (KOH). Zde dochází k absorpci (pohlcení) vodní páry, oxidu uhličitého (CO2) i všech kysele reagujících produktů spalování. Dusík se hromadí nad hladinou hydroxidu v kalibrované trubici azotometru. Po ukončení rozkladu vzorku a vyrovnání tlaku a teploty dusíku v azotometru s okolní atmosférou se odečte objem dusíku. Množství a procentuální obsah dusíku v analyzovaném vzorku se vypočte ze stavové rovnice nebo na základě tabelovaných korekcí. Dumasova metoda je prakticky univerzální, selhává pouze u látek, které se rozkládají již při mísení s oxidem měďnatým za odštěpování elementárního dusíku. Tato metoda může být použita pro stanovení dusíku vázaného v aminoskupině, nitroskupině, azoskupině, hydrazoskupině nebo jako heteroatom.

26

Obr. II.1: Schéma aparatury pro stanovení dusíku

POUŽITÉ VYBAVENÍ: Chemikálie: Hydrogenuhličitan sodný NaHCO3 (M = 84,007 g.mol-1), oxid měďnatý práškový CuO (M = 79,54 g.mol-1), oxid měďnatý drátkový CuO, hydroxid draselný KOH (M = 56,104 g.mol-1), hydroxid barnatý Ba(OH)28H2O (M = 315,47 g.mol-1), měděná síťka, rtuť Hg (M = 200,59 g.mol-1), methanol (M = 32,04 g.mol-1) nebo ethanol (M = 46,07 g.mol- 1), křemenná vata. Sklo: Křemenná spalovací trubice o vnitřním průměru 8–11 mm a délce 43–46 cm, skleněná trubička, azotometr na 1,5 ml s vyrovnávací hruškou, počítač bublinek (bubláček), vyvíjecí zkumavka z tepelně odolného skla, kapilára pro spojení spalovací trubice s azotometrem. Laboratorní pomůcky a vybavení: Analytické váhy, kahan (2), nástavec na kahan (příp. desetiramenný kahan), mikrokahan, manipulační drát, železné kleště, žíhací kruh s trianglem, zátky, pyrolanová lodička (3), drátěná síťka, azbestová síťka, zápalky, gumové hadičky, tuk na zábrusy, chemická lžička, porcelánová miska (3), laboratorní stojany s držáky, stojan se žlábkem pro uložení trubice, ochranné čelo (2), pinzeta, špachtle, měděné síťky z jemného pletiva, teploměr 0–50 ºC. 27

PRACOVNÍ POSTUP: II.1. Přípravné práce před vlastní analýzou II.1.1. Příprava oxidu uhličitého II.1.2. Příprava reakčních katalyzátorů II.1.3. Příprava azotometru II.1.4. Příprava vzorku II.1.5. Příprava spalovací trubice – slepý pokus II.2. Analýza neznámého vzorku II.2.1. Sestavení aparatury II.2.2. Oxidace vzorku II.2.3. Ukončení analýzy II.2.4. Výpočet obsahu dusíku II.3. Vyhodnocení analýzy

II.1.

Přípravné práce před vlastní analýzou

II.1.1. Příprava oxidu uhličitého Vyvíjecí

zkumavku

z tepelně

odolného

skla

naplníme

práškovým

hydrogenuhličitanem sodným tak, aby mezi náplní a zátkou zůstal volný prostor o délce alespoň 1 cm. Spojíme s počítačem bublinek naplněným vodou a opatříme ochrannou síťkou, která bude sloužit k rozvodu tepla. Při zahřívání se hydrogenuhličitan sodný rozkládá podle rovnice: 2 NaHCO3  Na 2 CO3  CO2  H 2 O Zkumavku zahříváme ode dna a regulaci vývoje plynu provádíme úpravou výšky plamene kahanu (hrubě) a posunem ochranné síťky, která rozvádí teplo plamene (jemně).

II.1.2. Příprava reakčních katalyzátorů Drátkový oxid měďnatý CuO důkladně vyžíháme na porcelánové misce nebo v kelímku na vzduchu. Po ochlazení v eksikátoru jím naplníme úsek křemenné spalovací trubice v délce asi 10–15 cm podle obrázku 4.2. Vrstvu oxidu měďnatého 28

zajistíme z obou stran chomáčky křemenné vaty. Měděnou síťku připravíme pro použití tak, že ji rozžhavíme nad kahanem a rozpálenou ji vložíme do kádinky s methanolem nebo ethanolem – POZOR! na vystříknutí! Po redukci síťku osušíme na filtračním papíře nebo v sušárně, aby neobsahovala žádný alkohol. Síťku pokrytou CuO připravíme důkladným vyžíháním druhé měděné sítky v oxidačním plameni Bunsenova kahanu. Obě síťky uchováváme v exsikátoru na porcelánové misce.

II.1.3. Příprava azotometru Podle potřeby odmastíme azotometr kyselinou chromsírovou. Po vysušení namažeme horní kohout tukem na zábrusy. Cestou nosného plynu nalijeme do azotometru rtuť tak, aby její hladina byla asi 1–2 mm nad ústím přívodu nosného plynu. Připojíme vyrovnávací hrušku a přes ni naplníme azotometr 40% roztokem hydroxidu draselného KOH s přídavkem hydroxidu barnatého Ba(OH)28H2O. Po naplnění azotometru a spojovací hadičky musí ještě asi ¼ celkového objemu hydroxidu zůstat v hrušce.

II.1.4. Příprava vzorku Pyrolanové lodičky nejprve opatrně zahřejeme v plameni kahanu, následně je přežíháme a necháme zchladnout na kovovém bločku. Na čistou, vyžíhanou a vychladlou lodičku navážíme na analytických vahách, příp. analytických semimikrovahách (pokud jsou k dispozici) přibližně 1–10 mg vzorku a převrstvíme jej práškovým oxidem měďnatým CuO. Při volbě navážky vycházíme z požadavku, že by mělo vzniknout asi 0,5 ml dusíku, tzn., že pro látky s obsahem 10, 20 a 30 % jsou vhodné navážky 6, 4 a 2 mg vzorku. II.1.5. Příprava spalovací trubice – slepý pokus Slepý pokus se provádí před každou sérií analýz, aby se odstranil vzduch vyplňující vnitřní póry spalovací trubice a ověřila funkčnost aparatury. Spalovací trubici s náplní (ve směru toku nosného plynu asi 4 cm od okraje trubice 29

síťka CuO, dále prostor pro lodičku se vzorkem (9–10 cm), náplň drátkového CuO dlouhá asi 15 cm, těsně za ni měděná síťka a asi 4 cm volného prostoru k okraji trubice) položíme na žíhací stojan, podložíme křemennou vatou a na její konce navlékneme z obou stran ochranná čela. Trubici připojíme na přívod oxidu uhličitého s počítačem bublinek a z druhé strany připojíme spojovací kapiláru. Zátky na obou stranách dokonale utěsníme, trubici přikryjeme železnou síťkou.

Obr. II.2: Rozmístění náplní ve spalovací trubici pro stanovení dusíku

Do aparatury zavádíme po dobu 10 minut rychlý proud CO2, vrstva NaHCO3 se zahřívá mikrokahanem ode dna zkumavky. Regulace vývoje nosného plynu se provádí úpravou výšky plamene mikrokahanu (hrubě) a posunem ochranné síťky (jemně), která rozvádí teplo. POZOR! Během slepého pokusu, během oxidace, ani při chladnutí žhavé trubice se proud oxidu uhličitého nesmí zastavit, jinak vnikne podtlakem do zkumavky s hydrogenuhličitanem sodným voda z bubláčku a do spalovací trubice se dostane rtuť a hydroxid draselný z azotometru. Víceramenným kahanem rozžhavíme postupně od konce celou vrstvu oxidu měďnatého a část měděné síťky a promýváme dalších 10 minut nosným plynem. Teprve potom připojíme azotometr (horní kohout otevřen, hruška v horní poloze), zmenšíme proud CO2 a po zdvižení vyrovnávací hrušky se přesvědčíme, zda už vznikají mikrobublinky. Pokud vznikají až v dělené trubici azotometru, je to známka 30

karbonizace hydroxidu, který je nutné vyměnit za nový. Azotometr odpojíme, zhasneme kahan a necháme spalovací trubici vychladnout při zvýšeném proudu oxidu uhličitého, aby do ní nevnikl vzduch.

II.2.

Analýza neznámého vzorku

II.2.1. Sestavení aparatury Od spalovací trubice odpojíme zdroj oxidu uhličitého a po vyjmutí síťky oxidu měďnatého vsuneme lodičku se vzorkem do vychladlé spalovací trubice podle obrázku 4.2. Navážený vzorek převrstvíme práškovým CuO. Síťku oxidu měďnatého umístíme tak, aby její přední konec byl asi 4 cm od okraje trubice a aby se téměř dotýkala lodičky. Připojíme zdroj oxidu uhličitého a po dobu nejméně 5 minut zavádíme silný proud oxidu uhličitého, abychom z trubice vypudili vzduch. Ke spalovací trubici připojíme ke spojovací kapiláře silnou vakuovou hadičkou azotometr, všechny spoje musí být dokonale vzduchotěsné. POZOR! Špatné těsnění v tomto místě bývá nejběžnější příčinou chyb! Kohout azotometru předem otevřeme a hrušku snížíme na úroveň široké části azotometru. V následujících třech minutách zavádíme rychlejší proud oxidu uhličitého, čímž vypudíme vzduch z celé aparatury. Zvedneme hrušku, až hladina hydroxidu v azotometru vystoupí nad kohout, a pozorujeme, zda vznikají mikrobublinky. Je-li tomu tak, kohout uzavřeme a hrušku snížíme do úrovně poloviční výšky měrné kapiláry.

II.2.2. Oxidace vzorku POZOR! Oxidace musí být pozvolná! Celou trubicí azotometru by měly stoupat jen tři bublinky současně. Zahřejeme pouze zadní polovinu vrstvy drátkového oxidu měďnatého a přední konec měděné síťky. Proud nosného plynu upravíme na 2–3 bublinky za sekundu. Potom zahřejeme přední konec síťky oxidu měďnatého, od které se začne zahřívat také vzorek. Začínající oxidace se projeví zvětšováním bublinek v azotometru. Tato fáze trvá obvykle asi 20 minut, přičemž oxidace musí být pozvolná. Rychlá oxidace vede 31

k neúplnému spálení látky a k přetržení sloupce dusíku v azotometru. Trubice může být žíhána maximálně do temně červeného žáru, protože při vyšší teplotě může docházet k termické disociaci CO2, což se projeví vyššími výsledky analýzy. Disociace probíhá při teplotě nad 1600 °C podle rovnice: 2CO2  2CO  O2

Když se přírůstek dusíku (objem bublinek) v azotometru začne zmenšovat, zvětšíme plamen pod síťkou oxidu měďnatého a nakonec ji zahřejeme plným plamenem. Potom zapálíme kahan i pod zbývající částí náplně drátkového oxidu měďnatého a pod lodičkou. Současně zvětšíme proud oxidu uhličitého CO2, aby byl dusík rychleji vypuzen z trubice. Jakmile se v azotometru objeví mikrobublinky, je analýza skončena. Celé spalování trvá asi 30–35 minut.

II.2.3. Ukončení analýzy Odpojíme spalovací trubici od azotometru. Zhasneme kahan a trubici necháme vychladnout v proudu oxidu uhličitého CO2, jinak bychom museli před další analýzou znovu redukovat měděnou síťku. Na azotometr nebo do jeho blízkosti zavěsíme teploměr, hrušku zvýšíme na úroveň kohoutu a necháme asi 20 – 30 minut temperovat. Umístěním hrušky hladinu v hrušce vyrovnáme s hladinou v azotometru a odečteme objem dusíku s přesností na ±1 μl. Na teploměru odečteme teplotu místnosti s přesností ±0,5 °C a na barometru tlak ±25 Pa. Pokud odečtení objemu dusíku brání pěna na menisku hydroxidu, položíme hrušku na stůl a krátkými stisky hadičky obnovíme meniskus v kapiláře.

II.2.4. Výpočet obsahu dusíku Odečtený objem dusíku zmenšíme o 2% empirickou korekci, která zahrnuje opravu na pokrytí stěn azotometru hydroxidem, na tenzi par 50% KOH a na stopy vzduchu v aparatuře. Získáme korigovaný objem Vtkor (ml). Tlak odečtený na barometru korigujeme na roztažnost rtuti a stupnice barometru při teplotě t, nebo korekci provedeme přibližně, tj. odečteme 266,6 Pa (2 torr). Dostaneme tak hodnotu pt (Pa). 32

Výpočet procentuálního obsahu dusíku můžeme provést: a) za použití tabulek podle vztahu

%N 

V t kor  d t  100 m

kde: dt je hustota suchého dusíku [g.ml-1] při teplotě t a tlaku pt, m je navážka [g] b) ze stavové rovnice za použití analogického vztahu

%N 

V0  d 0  100 m

kde: d0 je hustota suchého dusíku [g.ml-1] za normálních podmínek, V0 je objem získaného suchého dusíku [ml] za normálních podmínek, m je navážka [g]. Podle stavové rovnice platí:

V0 

t T0 pt  Vkor  p0 T

kde: T je termodynamická teplota [K], T = 273,15 + t (t je teplota ve C) Po dosazení dostaneme:

%N 

3,3711  10 4  pt  V t kor m T

POZOR! Spojení všech částí aparatury musí být plynotěsné. Ztvrdlé nebo popraskané pryžové zátky a hadičky musíme včas vyměnit. 33

Po analýze musíme otevřít kohout azotometru a snížit hrušku na úroveň široké části azotometru. Odstavený kohout azotometru musíme chránit před zapečením vložením proužku polyethylenové fólie nebo rozebráním a vyčištěním (na delší dobu). Explozivní látky na lodičce promísíme pomocí krátkého drátku s kyselinou šťavelovou. Drátek žíháme společně s lodičkou.

II.3.

Vyhodnocení analýzy Při vyhodnocení do závěru uvedeme: 1. Výsledek uvedeme jako hmotnostní procenta dusíku N ve vzorku na jedno desetinné místo. 2. V závěrečné diskuzi zhodnotíme průběh analýzy, zdůvodníme příčiny možného chybného stanovení a pokusíme se objasnit případné problémy, které nastaly během analýzy.

34

III. STANOVENÍ DUSÍKU KJELDAHLOVOU METODOU

CÍLE ÚLOHY: 

seznámit se s Kjeldahlovou metodou stanovení dusíku (mineralizace organické látky na mokré cestě, neutralizace a alkalizace směsi, destilace)



stanovit obsah celkové bílkoviny v neznámém vzorku Kjeldahlovou metodou

TEORIE: Kjeldahlova metoda stanovení dusíku (tzv. kjeldahlizace) je analytická metoda pro stanovení obsahu dusíku v organických látkách. K rozkladu organické dusíkaté látky se používá mineralizace na mokré cestě, která je založena na rozkladu látky ve vroucí koncentrované kyselině sírové s přídavkem katalyzátoru, dále dochází k neutralizaci a alkalizaci směsi získané po rozkladu, destilaci a stanovení amoniaku v destilátu. Tento postup stanovení dusíku je vhodný pro odhad obsahu dusíku v potravinách, hnojivech a jiných látkách organické povahy. Metoda je známa již od roku 1883, kdy ji vynalezl dánský chemik Johan Gustav Christoffer Kjeldahl. Dusík obsažený v některých typech organických látek přechází při jejich oxidační mineralizaci varem s nadbytkem kyseliny sírové kvantitativně v síran amonný. K rychlejšímu a dokonalejšímu průběhu mineralizace se k reakční směsi přidávají různé katalyzátory (sloučeniny mědi, rtuti, selenu) a také látky zvyšující bod varu kyseliny sírové (K2SO4, Na2SO4). Organická dusíkatá látka je mineralizována ve vroucí koncentrované kyselině sírové s přídavkem mineralizačního katalyzátoru. Katalyzátor, který obsahuje CuSO4 a K2SO4 v poměru 1 : 1 a případně selen, usnadňuje oxidaci mineralizované látky, zvyšuje bod varu H2SO4 a rychlost mineralizace. Dusík, vázaný v aminových a některých dalších funkčních skupinách, se převede na amoniak, který zreaguje s H2SO4 za vzniku netěkavého síranu amonného podle schématu:

35

 

Roztok mineralizovaného vzorku se kvantitativně převede do destilační aparatury. Amoniak se z něho uvolní přídavkem koncentrovaného roztoku NaOH a kvantitativně se vodní párou vydestiluje do předlohy, ve které reaguje s 2% kyselinou boritou. Stanoví se přímou alkalimetrickou titrací odměrným roztokem podstatně silnější kyseliny, než je kyselina boritá (H2SO4, HCl). Na indikaci bodu ekvivalence se používá směsný indikátor – indikátor Tashiro (směsný roztok 0,1% bromkresolové zeleně a 0,1% methylčerveně v 60% ethanolu v poměru 5 : 1).

2 NH3 + Na2SO4 + 2 H2O

(NH4)2SO4 + 2 NaOH

                                         

2 NH3 + H2SO4

(NH4)2SO4

Některé látky se mineralizují velmi obtížně (např. některé aminokyseliny) a k jejich úplnému rozkladu je nutné přidávat oxidovadlo (např. H2O2, KMnO4, HClO4). Také pro dusík ve vazbách N-O, N-N a často i pro dusík vázaný cyklicky dostáváme Kjeldahlovou metodou příliš nízké výsledky. Pokud však nitro-, nitroso-, ozimino-, azo-, azoxy- a hydrazosloučeniny předem zredukujeme na aminy (pomocí Zn, Fe, Cr2+, Ti3+), získáme i zde Kjeldahlovou metodou správné výsledky. Existuje několik různých modifikací Kjeldahlovy metody. Postup podle Henryho a kol. poskytuje také spolehlivé výsledky. V tomto případě se smísí 0,2 ml vzorku se 2 ml destilované vody a 2 ml H2SO4, přidá se 1 g mineralizačního katalyzátoru (směs CuSO4 a K2SO4). Amoniak se stanovuje přímou acidimetrickou titrací na methylovou červeň. Kjeldahlovou metodou lze určit celkový dusík (suma bílkovinného a nebílkovinného dusíku) a tím přibližný obsah bílkovin po vynásobení nalezené hodnoty empirickým faktorem, který je odvozen z toho, že bílkoviny obsahují průměrně 16 % dusíku. Pro přesnou analýzu je však potřeba odečíst nebílkovinný dusík, který se stanoví ve filtrátu po deproteinaci kyselinou trichloroctovou. Metoda je obecně zdlouhavá a vyžaduje digestoř. 36

Hmotnost amoniaku lze přepočítat na hmotnost bílkoviny násobením přepočítávacím faktorem: m( N bílk )  6,25  m(bílkoviny ) Empirický faktor pro přepočet obsahu dusíku na obsah veškerých bílkovin je nejčastěji 100/16 = 6,25 (bílkoviny obsahují v průměru 16% dusíku); v literatuře lze nalézt i jiné hodnoty přepočítávacího faktoru, obsah dusíku v jednotlivých bílkovinách se liší. Všechny metody stanovení bílkovin přes dusík předpokládají konstantní obsah dusíku v bílkovinách a jeho kvantitativní stanovení.

Obr. III.1: Schéma Kjeldahlovy mikroaparatury

POUŽITÉ VYBAVENÍ: Chemikálie: Koncentrovaná kyselina sírová H2SO4, 30% hydroxid sodný NaOH, katalyzátor – CuSO4 a K2SO4 (v poměru 1 : 1), 0,1M hydroxid sodný, 0,05M kyselina sírová, indikátor Tashiro (směsný roztok 0,1% bromkresolové zeleně a 0,1% methylčerveně v 60% ethanolu v poměru 5 : 1), kyselina šťavelová (COOH)22H2O (M = 126,066 g.mol-1), koncentrovaný amoniak NH3 (tj. 27%–29%), 20% chlorid vápenatý CaCl2, kyselina sulfanilová C6H7NO3S (M = 173,192 g.mol-1). 37

Sklo: Skleněná váženka s víčkem, chemická lžička, třecí miska s tloučkem, mineralizační Kjeldahlova baňka (4), mineralizační stojan, navažovací lodička, pipetovací balónek, odměrný válec 10 ml, odměrný válec 25 ml, odměrná baňka 100 ml (2), odměrná baňka 25 ml, pipeta nedělená 25 ml, pipeta nedělená 10 ml (2), pipeta nedělená 1 ml, malá skleněná nálevka (4), titrační baňka 250 ml (3), pipeta dělená 5 ml, pipeta nedělená 1 ml, nálevka, kádinka 250 ml (2), kádinka 50 ml, pH papírky. Laboratorní pomůcky a vybavení: Kjeldahlova mikroaparatura, parní destilační zařízení Pro-Nitro M, analytické váhy (citlivost 0,0001 g), elektrická písková lázeň (teplota 400 ºC, výkon 1500 W), elektrické topné hnízdo (výkon 500 W), digitální byreta 25 ml, automatická byreta 10 ml.

PRACOVNÍ POSTUP: III.1. Standardizace odměrných roztoků III.1.1. Standardizace 0,1M NaOH III.1.2. Standardizace 0,05M H2SO4 III.2. Stanovení dusíku Kjeldahlovou metodou III.2.1. Mineralizace organické látky (vzorku) III.2.2. Stanovení dusíku destilačně podle Kjeldahla III.2.3. Stanovení dusíku parním destilačním zařízením Pro-Nitro M III.3. Stanovení celkové bílkoviny III.4. Vyhodnocení analýzy

III.1. Standardizace odměrných roztoků III.1.1. Standardizace 0,1M NaOH Odměrný roztok NaOH o přesné koncentraci nelze připravit navážením pevného NaOH p.a. Část navážky představuje vzdušnou vlhkost nebo Na2CO3 (vzniká působením CO2 ze vzduchu). Přesnou koncentraci NaOH neboli titr odměrného roztoku stanovíme titrací na tzv. primární standard. Titr c(NaOH) získáme přímou titrací slabé dvojsytné kyseliny šťavelové H2C2O42H2O do druhého stupně na indikátor fenolftalein (pH  9). 38

Stechiometrický průběh reakce NaOH s kyselinou šťavelovou, která je slabší dvojsytnou kyselinou (pK1 = 1,25; pK2 = 4,28), je ovlivněn obsahem uhličitanů v roztoku hydroxidu, které způsobují řadu problémů při vyhodnocování výsledků titrace. Pokud titrace končí v alkalické oblasti (indikace ekvivalenčního bodu fenolftaleinem při pH = 9), tak se na CO2, který se uvolní v průběhu titrace a rozpuští, spotřebuje navíc další NaOH za vzniku NaHCO3 (stabilní forma systému CO2  NaHCO3  Na2CO3 při pH = 9), což se v konečné fázi projeví, jako by odměrný roztok NaOH měl nižší koncentraci. STECHIOMETRIE: H2C2O4 + 2NaOH  Na2C2O4 + 2 H2O 1 mol NaOH  0,5 mol H2C2O4 1 ml 0,1M NaOH = 0,1 mmol NaOH  0,05 mmol H2C2O4  6,3 mg H2C2O4.2 H2O

Na analytických vahách odvážíme s přesností na mg takové množství dihydrátu kyseliny šťavelové, aby po převedení navážky do odměrné baňky na 100 ml, doplnění baňky po rysku destilovanou vodou a odpipetováním 10 ml tohoto roztoku kyseliny šťavelové do titrační baňky byla spotřeba odměrného roztoku 0,1M NaOH asi 10 ml. Navážku dihydrátu kyseliny šťavelové nejprve rozpustíme v 50 ml destilované vody v kádince, kvantitativně převedeme do odměrné baňky na 100 ml a doplníme destilovanou vodou. 10 ml tohoto roztoku kyseliny šťavelové odpipetujeme do titrační baňky na 250 ml, doplníme do 150 ml destilovanou vodou a přidáme několik kapek indikátoru Tashiro, roztok se zbarví fialově. Titrujeme odměrným roztokem 0,1M NaOH z fialového zbarvení do šedého zákalu, poté přidáme 10 ml 20% CaCl2 a dotitrujeme do zeleného zbarvení, spotřebovaný objem NaOH odečítáme na setinu ml. Titraci provedeme třikrát a poté vypočítáme průměrnou hodnotu Vekv.

III.1.2. Standardizace 0,05M H2SO4 Standardizaci

0,05M

H2SO4 provedeme

0,1M roztoku NaOH. 39

pomocí

předem

standardizovaného

STECHIOMETRIE: H2SO4 + 2 NaOH  Na2SO4 + 2 H2O

Do titrační baňky napipetujeme 10 ml 0,05M H2SO4, přidáme několik kapek indikátoru Tashiro a titrujeme předem standardizovaným 0,1M roztokem NaOH z červenofialového do modrozeleného zbarvení. Výsledný objem spotřebovaného 0,1M NaOH odečítáme na setinu ml. Titraci provedeme třikrát a poté vypočítáme průměrnou hodnotu Vekv.

III.2. Stanovení dusíku Kjeldahlovou metodou   III.2.1. Mineralizace organické látky (vzorku) Podstatou mineralizace organické látky pro stanovení dusíku podle Kjeldahla je vysrážení bílkovin měďnatou solí postupem podle Barnsteina. Vzorek organické povahy zmineralizujeme varem v koncentrované kyselině sírové v přítomnosti mineralizačního katalyzátoru. Během reakce se dusíkaté látky převedou na síran amonný, z něhož se v alkalickém prostředí uvolní amoniak, který pak předestilujeme do předlohy se standardizovanou 0,05M H2SO4. Její přebytek stanovíme alkalimetricky. Zmineralizujeme 3 vzorek organické látky (např. mléko) o neznámém obsahu dusíku a 1 srovnávací vzorek – látku, která obsahuje známé množství dusíku (např. pevná kyselina sulfanilová). S přesností na čtyři desetinná místa navážíme asi 0,016 g vzorku kyseliny sulfanilové C6H7NO3S (M = 173,192 g.mol-1), kterou předem rozetřeme v třecí misce. Navážku vzorku

kvantitativně

převedeme

do

mineralizační

baňky,

přidáme

0,5 g

mineralizačního katalyzátoru a 2 ml 96% H2SO4. Baňku uzavřeme malou skleněnou nálevkou, která má funkci chladiče. Pevný vzorek obsahující dusík (např. sušené mléko) připravíme stejným způsobem jako vzorek kyseliny sulfanilové. Kapalný vzorek obsahující dusík (např. mléko, trvanlivá smetana do kávy) předem vhodně naředíme. Vzorek kvantitativně převedeme do odměrné baňky o objemu 40

100 ml, doplníme vodou po značku a 5 minut vytřepáváme. Z takto připraveného roztoku odpipetujeme do tří 100ml odměrných baněk následující objemy vzorku – 1 ml; 2,5 ml a 5 ml vzorku, odměrné baňky doplníme destilovanou vodou po rysku. Z každé odměrné baňky napipetujeme do mineralizační baňky 0,5 ml vzorku, přidáme 0,5 g mineralizačního katalyzátoru a 2 ml 96% H2SO4. Každou z mineralizačních baněk uzavřeme malou skleněnou nálevkou, která má funkci chladiče. Kjeldahlovy mineralizační baňky se vzorky umístíme do elektrické pískové lázně pod úhlem 45 °C, baňky nejprve zahříváme mírně a opatrně, intenzitu zahřívání zvyšujeme, dokud se kapalina stabilně nevaří. Zahřívání je vyhovující, pokud vroucí kyselina nekondenzuje na stěnách baňky. Nesmí docházet k přehřívání stěn baňky a k ulpívání organických částic na stěnách baňky. Reakční směs udržujeme ve varu až do jejího vyčeření a odbarvení (výsledné zbarvení roztoků je slabě zelené vlivem přítomnosti měďnaté soli), poté vaříme ještě asi 30 minut. V případě kyseliny sulfanilové získáme modrý roztok. Po ukončení mineralizace necháme mineralizační baňky vychladnout, jejich obsah kvantitativně převedeme do odměrných baněk na 25 ml, doplníme vodou po značku a důkladně

promícháme.

Nyní

jsou

zmineralizované

vzorky

připravené

k oddestilování přebytečného amoniaku.

III.2.2. Stanovení celkové bílkoviny destilačně podle Kjeldahla Podle obrázku 5.2. sestrojíme aparaturu na oddestilování amoniaku. Vzorek organické povahy je zmineralizován varem v koncentrované kyselině sírové za přítomnosti mineralizačního katalyzátoru (CuSO4 a K2SO4 v poměru 1 : 1). Dusíkaté látky jsou převedeny na síran amonný, z něhož se v alkalickém prostředí uvolní amoniak, který se předestiluje do předlohy se standardizovanou 0,05M H2SO4.

41

Obr. III.2: Schéma Kjeldahlovy aparatury na oddestilování amoniaku

Do destilační baňky napipetujeme 5 ml vzorku, zapojíme aparaturu. Po začátku destilace opatrně ke vzorku přidáme 10 ml 30% NaOH. Destilujeme do Erlenmeyerovy baňky do té doby, než se uvolní všechen amoniak (asi 10 minut). Potom konec aparatury ponořený v předloze s kyselinou kvantitativně spláchneme destilovanou vodou do předlohy. Přebytek kyseliny sírové titrujeme standardizovaným 0,1M hydroxidem sodným, bod ekvivalence je indikován barevným přechodem indikátoru.

III.2.3. Stanovení celkové bílkoviny parním destilačním zařízením Pro-Nitro M Po mineralizaci vzorku k destilaci použijeme parní destilační zařízení Pro-Nitro M.

1. PŘÍPRAVA K DESTILACI: Zkontrolujeme hladinu vody v nádržce na horní stěně přístroje, pokud je potřeba, doplníme ji. Vodivost vody zlepšíme, pokud do nádržky přidáme 250 ml vody z vodovodního řádu. Objem nádržky je 6 litrů, což vystačí na analyzování 20 vzorků. Zkontrolujeme množství 30% NaOH a případně doplníme. Objem nádržky na NaOH 42

je 1 litr.

2. NAHŘÁTÍ DESTILAČNÍHO ZAŘÍZENÍ Pro-Nitro M: Pro získání co nejlepších výsledků je potřeba zařízení předehřát. Do zařízení vložíme zkumavku s 25 ml vody a necháme ji destilovat asi 5 minut. Pod výstup chladiče umístíme Erlenmeyerovu baňku. Nahřátí provádíme, i pokud zařízení stálo 2 až 3 hodiny.

3. DESTILACE: Otevřeme bezpečnostní dvířka zařízení Pro-Nitro M a pod výstup chladiče umístíme Erlenmeyerovu baňku na 25 ml. Vložíme zkumavku s 5 ml vzorku a s 25 ml 0,05M H2SO4. Zavřeme bezpečnostní dvířka a pomocí tlačítka označeného NaOH zvolíme automaticky požadované množství hydroxidu Tímto způsobem přidáme přibližně 25 ml NaOH, což můžeme vizuálně zkontrolovat – pokud je množství NaOH dostatečné, vzorek se zbarví do modra, v opačném případě přidáme více NaOH. Stiknutím tlačítka ,,STEAM“ spustíme destilaci vzorku. Přibližně po 30 sekundách začne vzorek vařit a výpary jsou odváděny do chladiče. Pro ukončení destilace stiskneme opět tlačítko ,,STEAM“.

Obr. III.3: Práce s destilační aparaturou Pro-Nitro M

43

POZOR! Destilace je automaticky ukončena po 8 minutách. Neponechávejte zařízení bez dozoru, čas destilace může být v případě nutnosti zkrácen z 8 na 6 minut stisknutím tlačítka ,,STEAM“ po dobu 5 sekund. POZOR! ČIŠTĚNÍ DESTILAČNÍHO OKRUHU Po každé analýze proveďte destilaci 50 ml vody po dobu 5 minut. Dojde tím k odstranění zbytků NaOH ze systému.

III.3. Stanovení celkové bílkoviny   Obsah celkové bílkoviny x (v %) vypočítáme dle vztahu:

x(%) 

V  c  f zř  M r  f em 100 mvz

kde: V je spotřeba 0,05M H2SO4 na neutralizaci uvolněného amoniaku v ml, c je přesná koncentrace 0,05M H2SO4 v mol.dm-3, fzř je zřeďovací faktor, Mr je relativní molekulová hmotnost dusíku N2, fem je empirický faktor pro přepočet obsahu dusíku na obsah celkové bílkoviny (pro sušené mléko fem = 6,38, pro ostatní látky se hodnoty dají najít v tabulkách), mvz je navážka vzorku v mg. III.4. Vyhodnocení analýzy

Při vyhodnocení do závěru uvedeme: 1. Vyhodnocení standardizace 0,1M NaOH a 0,05M H2SO4 (jednotlivé výpočty uvedeme na platný počet desetinných míst). 2. Stanovený obsah celkové bílkoviny, srovnáme oba způsoby destilace i jimi získané výsledky. 3. V závěrečné diskuzi zhodnotíme průběh analýzy, zdůvodníme příčiny možného chybného stanovení a pokusíme se objasnit případné problémy, které nastaly během analýzy. 44

IV. MIKROSTANOVENÍ SÍRY

CÍLE ÚLOHY:



stanovit obsah síry v neznámém vzorku metodou Schönigera

TEORIE:

Společným rysem metod pro stanovení síry v organických sloučeninách je mineralizace organické sloučeniny a převedení organicky vázané síry na jednotnou formu vhodnou pro stanovení běžnými analytickými metodami. K destrukci sirných sloučenin se používají oxidační i redukční způsoby rozkladu. Oxidační rozklad látek s organicky vázanou sírou se provádí nejčastěji spalováním v křemenné trubici v proudu kyslíku nebo v uzavřené nádobě v atmosféře kyslíku (podle Schönigera). Složení rovnovážné směsi oxidu siřičitého a oxidu sírového je ovlivněno teplotou a termodynamická rovnováha se posunuje se stoupající teplotou ve prospěch tvorby oxidu siřičitého. Způsob stanovení oxidů síry záleží na množství síry v analyzované látce, na přítomnosti dalších prvků ve vzorku i na způsobu rozkladu a absorpce oxidačních produktů. Konstituční síra se stanovuje jako síran nebo kyselina sírová. Klasická vážková metoda stanovení síranu ve formě síranů barnatého je nahrazována metodami titračními. Absorpční hmota nebo roztok má zajistit oxidaci na síranovou formu. Při spalování v uzavřené nádobě podle Schönigera se jako absorpční roztok používá neutrální peroxid vodíku. Podstatou Schönigerovy mikrometody stanovení organicky vázané síry je spalování vzorku v baňce naplněné kyslíkem. Jako zdroj kyslíku lze použít tlakovou láhev se stlačeným plynem nebo lze kyslík připravovat laboratorně. Pro tento účel je možné použít rozklad peroxidu vodíku manganistanem draselným. Tato reakce je silně exotermní a vznikající plyn obsahuje i molekuly peroxidu vodíku a vodní páru. Proto je třeba plyn nejprve zbavit peroxidu vodíku a vysušit, abychom získali čistý kyslík vhodný pro spalování vzorku. Při provádění Schönigerovy mikrometody je vzorek organické látky sbalený do filtračního papíru spálen v uzavřené baňce naplněné kyslíkem. Na dně baňky je zředěný roztok peroxidu vodíku H2O2, v němž se spalné produkty síry (SO2, SO3) absorbují 45

a vznikající kyselina siřičitá je oxidována na kyselinu sírovou. Kyselina sírová jako produkt kvantitativního spalování síry se následovně stanoví srážecí titrací odměrným roztokem chloristanu barnatého na sulfonazo III (sodná sůl kyseliny 3,6-bis-(o-sulfofenyl-azo-4,5-dihydroxynaftalen-2,7-disulfonové)

s barevným

přechodem

fialový indikátor – modrý komplex indikátoru s Ba2+. Pro snížení rozpustnosti vznikající sraženiny BaSO4 se titrace provádí v prostředí 40% acetonu.

Ba 2  SO4

2

 BaSO4 

1 ml 0,01M Ba2+ = 0,01 mmol Ba2+  0,01 mmol SO42-  0,32 mg S

POUŽITÉ VYBAVENÍ: Chemikálie:

Koncentrovaný peroxid vodíku (M = 34,02 g.mol-1), manganistan draselný KMnO4 (M = 158,03 g.mol-1), kyselina fosforečná H3PO4 (M = 98 g.mol-1), aceton CH3COCH3 (M = 58,08 g.mol-1), chlorid barnatý BaCl22H2O (M = 244,27 g.mol-1), kyselina chlorovodíková HCl (M = 36,46 g.mol-1)

kyselina sírová H2SO4 (M = 98,07 g.mol-1), síran hydrazinia

N2H6SO4 (vysoce toxický), kyselina chloristá HClO4 (M = 100,459 g.mol-1), uhličitan sodný Na2CO3 (M = 105,988 g.mol-1), pyridin C5H5N (M = 79,1 g.mol-1), hydroxid barnatý Ba(OH)28H2O (M = 15,47 g.mol-1), sulfonazo III, chloristan barnatý (M = 236,78 g.mol-1), methyloranž, hydroxid sodný (M = 40,0 g.mol-1), fenolftalein, směsný indikátor, kyselina šťavelová C2H2O42H2O (M = 126,07 g.mol-1), methylčerveň, bromkresolová zeleň, Chelaton 3 – disodná sůl ethylendiamintetraoctové kyseliny (M = 381,37 g.mol-1), chlorid amonný (M = 53,49 g.mol-1), amoniak NH3 (M = 17,03 g.mol-1), síran hořečnatý MgSO47H2O (M = 246,47 g.mol-1). Sklo:

Erlenmayerova baňka 1000 ml, Erlenmayerova baňka se zábrusem 300 ml (3) dělicí nálevka, odměrný válec 500 ml, kádinka 100 ml, promývací láhev (2), skleněná trubička (2), skleněná zábrusová zátka s platinovým drátkem (3), pipeta dělená 5 ml (3), filtrační nálevka, 10 ml,

kádinka 100 ml (2), kádinka 250 ml (2), kádinka 500 ml, byreta 25 ml, byreta odměrný válec 20 ml, pipeta nedělená 10 ml, pipeta nedělená 20 ml, pipeta dělená 46

2 ml, skleněná tyčinka,

titrační baňka 100 ml (3), titrační baňka 250 ml (3), odměrná

baňka 100 ml, odměrná baňka 250 ml, odměrná baňka 500 ml, odměrná baňka 1000 ml. Laboratorní pomůcky a vybavení:

Elektromagnetická míchačka s míchadélkem, gumová zátka, gumové hadičky, laboratorní stojany s držáky, chemická lžička, analytické váhy, laboratorní kahan, zápalky, filtrační papír (č. 589), nůžky, žíhací kelímek, trojnožka, sušárna, navažovací lodička,

filtrační kruh, triangl, kleště, automatická byreta,

azbestová síťka.

PRACOVNÍ POSTUP:

IV.1. Přípravné práce před vlastní analýzou IV.1.1. Příprava kyslíku O2 IV.1.2. Příprava vzorku dle Schönigera IV.2. Analýza neznámého vzorku IV.2.1. Spalování v atmosféře kyslíku IV.2.2. Stanovení obsahu síry v neznámém vzorku IV.3. Gravimetrické stanovení síry (fakultativní úloha dle pokynů vyučujícího) IV.4. Stanovení síry vybranou metodou odměrné analýzy (fakultativní úloha dle pokynů vyučujícího) IV.4.1. Titrace chloristanem barnatým Ba(ClO4)2 IV.4.2. Alkalimetrická titrace IV.4.3. Chelatometrická titrace IV.5. Vyhodnocení analýzy

IV.1. Přípravné práce před vlastní analýzou IV.1.1. Příprava kyslíku O2 (pokud nemáme k dispozici tlakovou láhev s O2)

IV.1.1.1. Sestavení aparatury Erlenmayerovu baňku o objemu 1000 ml postavíme na elektromagnetickou míchačku a připevníme držákem ke stojanu. Do baňky nalijeme 450 ml destilované vody a 50 ml koncentrovaného peroxidu vodíku a opatrně vložíme větší míchadélko. Následně baňku utěsníme zátkou se dvěma otvory a do jednoho z nich zasuneme dělicí

47

nálevku, kterou upevníme držákem ke stojanu. Nálevku naplníme roztokem manganistanu draselného, který připravíme rozpuštěním malé laboratorní lžičky krystalků v 75 ml destilované vody. Do druhého otvoru v zátce zasuneme skleněnou trubičku ve tvaru L a hadičkou ji spojíme se dvěma sériově uspořádanými promývacími láhvemi, které pomocí držáku připevníme ke stojanu. První láhev naplníme do jedné třetiny destilovanou vodou, do druhé pak nalijeme stejný objem kyseliny fosforečné. Na promývací láhev s kyselinou fosforečnou nasadíme hadičku, na jejíž druhý konec připevníme skleněnou trubičku.

IV.1.1.2. Průběh reakce Zkontrolujeme, zda je sestavená aparatura včetně promývacích lahví zapojena správně (obr. 6.1.), zapneme elektromagnetickou míchačku a opatrně přidáme do banky s peroxidem vodíku z dělící nálevky asi ¼ objemu roztoku manganistanu draselného. Reakce začne probíhat po redukci manganistanu na oxid manganičitý, který katalyzuje rozklad peroxidu. Rychlost reakce sledujeme podle počtu bublinek v promývacích lahvích. Po několika minutách je z aparatury vytlačen vzduch a pro následujících asi deset minut máme k dispozici zdroj kyslíku s průtokem okolo 1 l.min-1. Při následném spalování vzorku se snažíme být precizní a zároveň rychlí, aby nám vystačil kyslík vzniklý rozkladem peroxidu vodíku

48

1 – baňka s peroxidem vodíku, 2 – dělící nálevka s manganistanem draselným, 3 – elektromagnetická míchačka, 4 – promývací láhev s destilovanou vodou, 5 – promývací láhev s kyselinou fosforečnou, 6 – baňka s absorpčním roztokem, 7 – zátka s platinovým drátkem.

Obr. IV.1: Schéma aparatury pro přípravu kyslíku

IV.1.2. Příprava vzorku dle Schönigera

IV.1.2.1. Navážka vzorku Na analytických vahách navážíme přibližně 4–7 mg analyzované látky. Lodičku s navážkou uložíme v ochranném bločku.

49

Obr. IV.2: Příprava filtračního papíru pro spalování vzorku

Připravíme si bezpopelový filtrační papír pro spalování vzorku (obr. IV.2). Navážený vzorek pak vsypeme na připravený filtrační papír a složíme jej podle obrázku IV.3. Složený papírek stočený do ruličky vložíme do platinové spirály zatavené do zátky se zábrusem. Platinový drátek musí být čistý, toho dosáhneme jeho opakovaným namáčením do koncentrované kyseliny chlorovodíkové a následným žíháním. Tímto způsobem si připravíme 3 paralelní vzorky.

Obr. IV.3: Způsob složení filtračního papíru pro spalování vzorku

IV.1.2.2. Příprava reakce Podstatou stanovení síry v organických látkách podle Schönigera je spalování v baňce naplněné kyslíkem. Jako absorpční roztok se používá zředěný peroxid vodíku, ve kterém se vážou oxidy síry vzniklé spalováním a přitom se oxidují až na kyselinu 50

sírovou. Ta pak může být stanovena gravimetricky jako sraženina síranu barnatého nebo některou z titračních metod, např. alkalimetricky, chelatometricky nebo titrací chloristanem barnatým. Do Erlenmayerovy baňky o objemu 300 ml, která bude sloužit jako spalovací baňka, napipetujeme 4 ml destilované vody a 0,15 ml koncentrovaného 30% peroxidu vodíku H2O2. Připravíme si 6 baněk s absorpčním roztokem, které si označíme a přiřadíme k nim jednotlivé vzorky připravené ke spalování.

IV.2. Analýza neznámého vzorku IV.2.1. Spalování v atmosféře kyslíku

Do první z připravených spalovacích baněk umístíme skleněnou trubičku s přívodem kyslíku tak, aby se nedotýkala absorpčního roztoku. Baňku vyplachujeme kyslíkem (proud asi 200 ml O2 za minutu). Po naplnění baňky kyslíkem odstraníme trubičku s přívodem O2.

Obr. IV.4: Spalování (mineralizace) vzorku

Uchopíme zátku se vzorkem, kahanem zapálíme vyčnívající konec filtračního papíru a zátkou s hořícím papírem baňku ihned neprodyšně uzavřeme. Papír se vzorkem okamžitě shoří v kyslíkové atmosféře, proto je třeba zajistit kontrolu případného úniku spalin. Je vhodné tento krok nejprve vyzkoušet s prázdným papírem, protože při sebemenším úniku spalin by došlo ke znehodnocení analýzy. Samovolná absorpce oxidů síry v roztoku na dně baňky trvá asi 30 minut, mírným protřepáváním

51

obsahu lze tento interval zkrátit na 10–15 minut.

Jakmile papírek dohoří, odstavíme baňku a stejný proces provedeme s dalším vzorkem.Tímto způsobem mineralizujeme všechny připravené vzorky.

IV.2.2. Stanovení obsahu síry v neznámém vzorku

Po uplynutí doby mineralizace baňku otevřeme a její stěny a zátku s platinovým drátkem opláchneme asi 3 ml acetonu. Přidáme 3 kapky sulfonaza III a obsah baňky za vytrvalého promíchávání titrujeme 0,01 M Ba(ClO4)2.

IV.3. Gravimetrické stanovení síry jako síranu barnatého

(fakultativní úloha dle pokynů vyučujícího) Síranové anionty se kvantitativně srážejí v prostředí kyseliny chlorovodíkové roztokem chloridu barnatého ve formě bílé sraženiny síranu barnatého. Ta však velmi snadno adsorbuje cizí ionty, proto musí srážení probíhat za horka a roztok činidla se musí přidávat zvolna po kapkách. Roztok je potom třeba nechat stát na teplé vodní lázni, aby vylučovaná sraženina tvořila větší krystaly. Sraženina se po filtraci a několikanásobném promytí destilovanou vodou žíhá v kelímku při 700 °C a diferenčním vážením se stanoví obsah síranu barnatého Připravený vzorek okyselíme 1 ml koncentrované HCl a zahříváme téměř k varu. Za stálého míchání na elektromagnetické míchačce srážíme asi 30 ml roztoku chloridu barnatého o koncentraci 0,05 mol.dm–3, který přidáváme po kapkách. Baňku se sraženinou necháme stát necelou hodinu v teplé vodní lázni za občasného míchání. Sraženinu filtrujeme papírovým filtrem po předchozí trojnásobné dekantaci a promýváme horkou destilovanou vodou do negativní reakce na chloridy. Filtr se sraženinou pak umístíme do zváženého žíhacího kelímku – filtr vysušíme, spálíme a žíháme do konstantní hmotnosti.

52

IV.4. Stanovení síry metodou odměrné analýzy

(fakultativní úloha dle pokynů vyučujícího) Kyselina sírová se jako produkt kvantitativního spalování síry stanoví srážecí titrací odměrným roztokem chloristanu barnatého na indikátor sulfonazo III s barevným přechodem fialový indikátor – modrý komplex indikátoru s barnatými ionty. Pro snížení rozpustnosti vznikající sraženiny síranu barnatého se titrace provádí v prostředí acetonu. Titrace chloristanem barnatým však není jedinou titrační metodou pro stanovení síry. Bezdusíkaté látky se spalují nad neutrálním roztokem peroxidu vodíku a vzniklá kyselina sírová se titruje alkalimetricky na směsný indikátor methylčerveně a bromkresolové zeleně Dusíkaté látky se spalují nad alkalickým roztokem peroxidu vodíku, po okyselení kyselinou chlorovodíkovou se peroxid varem rozloží a síranové ionty se srážejí standardním roztokem chloridu barnatého. Přidá se přebytek standardního roztoku Chelatonu 3, zalkalizuje se amoniakem a titruje se zpětně standardním roztokem hořečnaté soli na indikátor eriochromovou čerň T, který signalizuje bod ekvivalence barevným přechodem z červené na modrou.

IV.4.1. Titrace chloristanem barnatým Ba(ClO4)2

Celkový obsah oxidů síry a kyseliny sírové se stanoví jako síranový anion po absorpci spalin v 3% roztoku peroxidu vodíku. Sírany v absorpčním roztoku se titrují roztokem chloristanu barnatého na indikátor sulfonazo III. Stanovení je rušeno anionty kyselin, které jsou za daných podmínek těkavé. Průměrná chyba stanovení za přítomnosti kyseliny chlorovodíkové se při jejím dvou až stonásobném molárním přebytku pohybuje v rozsahu 1–5 %, za přítomnosti kyseliny dusičné ve stejném přebytku je chyba 3–8 %

IV.4.1.1. Příprava roztoku chloristanu barnatého Před titrací je nutné nejprve připravit všechny potřebné roztoky. Obecně platí pravidlo, že relativně velmi zředěné roztoky se snažíme připravovat ředěním roztoku o vyšší koncentraci. 53

Pro přípravu odměrného roztoku chloristanu barnatého o koncentraci 0,01 mol.l–1 navážíme 3,4 g bezvodého chloristanu barnatého nebo 3,9 g trihydrátu chloristanu barnatého. Navážku rozpustíme v destilované vodě, kvantitativně převedeme do odměrné baňky na 1000 ml a doplníme po rysku. Ekvivalentním způsobem přípravy odměrného roztoku chloristanu barnatého je smísení roztoku hydroxidu barnatého s roztokem kyseliny chloristé. Při tomto postupu nejprve připravíme zásobní roztok o koncentraci 0,1 mol. l–1, který pak desetkrát zředíme a získáme tak odměrný roztok o koncentraci 0,01 mol. l–1, který je nutné standardizovat. Navážíme 31,6 g oktahydrátu hydroxidu barnatého, který rozmícháme v 250 ml destilované vody a po zahřátí asi na 60 °C přidáme po částech 17,5 ml 70% kyseliny chloristé zředěné na 100 ml. Pokud je roztok stále zákalený, přidáme několik kapek kyseliny chloristé až do vymizení zákalu. Na dně zůstává malý nerozpustný zbytek, který odfiltrujeme. Filtrát jímáme do odměrné baňky na 1000 ml, kde jej zředíme na objem asi 900 ml. Přídavkem zředěné kyseliny chloristé upravíme pH na hodnotu 5 a baňku doplníme destilovanou vodou.

IV.4.1.2. Příprava tlumivého roztoku Tlumivý roztok pro titraci chloristanem barnatým připravíme smícháním roztoku kyseliny chloristé o koncentraci 1,0 mol.l–1 s pyridinem v poměru 1 : 1 (v/v).

IV.4.1.3. Stanovení přesné koncentrace odměrného roztoku Chloristan barnatý není základní látka pro kvantitativní analýzu, proto je nutné stanovit přesnou koncentraci připraveného odměrného roztoku jeho standardizací. Standardizace odměrného roztoku se provádí na síran hydrazinia nebo na standardní roztok kyseliny sírové, jehož standardizaci lze provést např. na uhličitan sodný. STANDARDIZACE NA SÍRAN HYDRAZINIA Asi 160 až 180 mg síranu hydrazinia vysušíme při 130 °C, přesně odvážíme na analytických vahách a rozpustíme v destilované vodě. Roztok kvantitativně 54

převedeme do odměrné baňky na 250 ml, baňku doplníme destilovanou vodou po rysku. Do titrační banky na 100 ml odpipetujeme 10 ml tohoto roztoku, přidáme 20 ml acetonu, 0,8 ml tlumivého roztoku a jednu až dvě kapky indikátoru sulfonazo III. Roztok titrujeme odměrným roztokem chloristanu barnatého po kapkách za stálého míchání na elektromagnetické míchačce. V bodě ekvivalence se změní barva indikátoru z červenofialové do modré

STANDARDIZACE NEPŘÍMO NA UHLIČITAN SODNÝ Připravíme 0,01 mol.l–1 roztok kyseliny sírové, který standardizujeme na bezvodý uhličitan sodný, jako indikátor použijeme methyloranž. Přesnou koncentraci odměrného roztoku chloristanu barnatého pak stanovíme titrací standardizovaného roztoku 0,01 mol.l–1 kyseliny sírové na indikátor sulfonazo III. Titrujeme pomalu po kapkách za intenzivního míchání na elektromagnetické míchačce.

IV.4.1.4. Stanovení celkového obsahu kyseliny sírové Připravený roztok spalin stanovované látky obsahující kyselinu sírovou kvantitativně převedeme do titrační banky na 250 ml, zředíme dvojnásobným množstvím acetonu a přidáme několik kapek indikátoru. Na každých 20 ml tohoto roztoku je třeba přidat 0,5 ml tlumivého roztoku kyseliny chloristé a pyridinu. Za intenzivního míchání na elektromagnetické míchačce titrujeme odměrným roztokem chloristanu barnatého z červenofialového do modrého zbarvení. Titraci je nutné provádět po kapkách v intervalech asi jedné sekundy. Při velkých spotřebách může dojít ke zhoršení přechodu indikátoru vlivem zředění vodou, v tom případě je vhodné přidat aceton ve dvojnásobném množství na spotřebu činidla.

IV.4.2. Alkalimetrická titrace

Celkový obsah oxidů síry a kyseliny sírové se stanoví jako síranový anion po absorpci spalin v neutrálním 3% roztoku peroxidu vodíku. Kyselina sírová v absorpčním roztoku se titruje odměrným roztokem hydroxidu sodného na směsný indikátor. Stanovení je rušeno veškerými kyselými a alkalickými těkavými sloučeninami. 55

IV.4.2.1. Příprava odměrného roztoku hydroxidu sodného NaOH Odměrný roztok hydroxidu sodného o přibližné koncentraci 0,02 mol.l–1 připravíme zředěním zásobního roztoku o koncentraci 0,2 mol.l–1, který připravíme rozpuštěním 2,0 g hydroxidu sodného v 250ml odměrné baňce a jejím doplněním po rysku.

IV.4.2.2. Příprava směsného indikátoru Pro přípravu směsného indikátoru rozpustíme 0,1 g methylové červeně a 0,2 g bromkresolové zeleně ve 100 ml 60% roztoku ethanolu v destilované vodě.

IV.4.2.3. Stanovení přesné koncentrace odměrného roztoku Hydroxid sodný nepatří mezi základní látky pro kvantitativní analýzu, proto je nutné stanovit přesnou koncentraci připraveného odměrného roztoku jeho standardizací.

STANDARDIZACE NA KYSELINU ŠŤAVELOVOU Odměrný roztok hydroxidu sodného standardizujeme na kyselinu šťavelovou. Pro zjištění přesné koncentrace odměrného roztoku je také možné použít jinou základní látku, např. hydrogenšťavelan draselný, kyselinu benzoovou, kyselinu salicylovou či síran hydrazinia. Alkalimetrickou titraci provedeme na indikátor fenolftalein, bod ekvivalence se projeví trvalým narůžovělým zbarvením.

IV.4.2.4. Stanovení celkového obsahu kyseliny sírové Připravený roztok spalin stanovované látky kvantitativně převedeme do titrační baňky na 250 ml, zředíme destilovanou vodou na objem 100 ml a varem po dobu přibližně pěti minut roztok zbavíme oxidu uhličitého. Po ochlazení na laboratorní teplotu přidáme 2 až 4 kapky směsného indikátoru a roztok titrujeme odměrným roztokem hydroxidu sodného do šedomodrého zbarvení.

56

IV.4.3. Chelatometrická titrace

Chelatometricky se stanoví obsah kyseliny sírové nepřímo. Síranové ionty v roztoku vzorku se vysráží přesně definovaným přídavkem chloridu barnatého, přidá se přebytek standardního roztoku Chelatonu 3, který se po zalkalizování amoniakem titruje zpětně standardním roztokem hořečnaté soli na eriochromovou čerň T.

IV.4.3.1. Příprava odměrného roztoku Chelatonu 3 Pro přípravu 1000 ml 0,01M standardního roztoku Chelatonu 3 navážíme 3,36 g Chelatonu 3. Za předpokladu čistoty chelatonu p.a. jej lze považovat za základní látku. Jinak se ke standardizaci používá chlorid olovnatý, dusičnan olovnatý, uhličitan vápenatý, dusičnan bismutitý, síran hořečnatý nebo kovy (zinek, bismut, měď) či jejich oxidy.

IV.4.3.2. Příprava amoniakálního pufru V destilované vodě rozpustíme 54 g chloridu amonného, přidáme 350 ml koncentrovaného roztoku amoniaku a doplníme destilovanou vodou na objem 1000 ml.

IV.4.3.3. Standardizace roztoku chloridu barnatého Přesnou koncentraci standardního 0,01M roztoku chloridu barnatého stanovíme dle postupu pro stanovení celkového obsahu kyseliny sírové. Použijeme standardní roztok kyseliny sírové o koncentraci 0,01 mol. l–1, který standardizujeme na bezvodý uhličitan sodný a indikátor methyloranž. Pro stanovení pipetujeme do titrační baňky 10 ml roztoku chloridu barnatého.

IV.4.3.4. Stanovení celkového obsahu kyseliny sírové Připravený roztok spalin stanovované látky obsahující kyselinu sírovou kvantitativně převedeme do titrační banky o objemu 250 ml, okyselíme 1 ml koncentrované 57

kyseliny chlorovodíkové a následně varem rozložíme přítomný peroxid vodíku. Za neustálého míchání na elektromagnetické míchačce přidáme po kapkách 20,00 ml 0,01 mol.l–1 standardního roztoku chloridu barnatého a 20,00 ml standardního roztoku Chelatonu 3 o koncentraci 0,01 mol.l–1. Roztok zalkalizujeme 10 ml amoniakálního ústojného roztoku a titrujeme standardním roztokem síranu hořečnatého o koncentraci 0,01 mol.l–1 na indikátor eriochromovou čerň T z červeného do modrého zbarvení.

IV.5.

Vyhodnocení analýzy 1. V protokolu uvedeme koncentraci odměrného roztoku chloristanu barnatého zaokrouhlenou na platný počet míst. 2. Popíšeme a zhodnotíme slepý pokus. 3. Všechny spotřeby uvedeme na 2 desetinná místa v ml, titrační faktor na čtyři desetinná místa. 4. Výsledek uvedeme jako hmotnostní procenta síry S ve vzorku na jedno desetinné místo. Pro stanovení vzorku provedeme vždy 4 paralelní experimenty. 5. Do závěru uvedeme výsledky jednotlivých titrací (% S), vypočítáme průměrnou hodnotu, provedeme odhad směrodatné odchylky jednotlivých stanovení a interval spolehlivosti průměrné hodnoty podle Deana a Dixona. 6. V závěrečné diskuzi zhodnotíme průběh analýzy, zdůvodníme příčiny možného chybného stanovení a pokusíme se objasnit případné problémy, které nastaly během analýzy.

58

4.

ZAŘAZENÍ VZORKU DO SKUPINY ROZPUSTNOSTI PODLE DANÉHO ALGORITMU

Na základě dále uvedeného optimálně zvoleného systému rozpouštědel (1. voda, 2. diethylether), vodných roztoků (3. 1,2 M roztok chlorovodíku, 4. 1,5 M roztok hydrogenuhličitanu sodného a 5. 2,5 M roztok hydroxidu sodného) a 6. koncentrovaná cca 95-97% kyselina sírová, a s optimálně nastaveným poměrem rozpouštědla ke zkoušené látce, lze rozdělit organické látky do několika skupin rozpustnosti, což spolu se zjištěným zastoupením prvků podstatně usnadňuje a zefektivňuje proces analýzy a umožňuje racionální výběr dalších zkoušek. Rozpustnost neznámého vzorku (cca 30 mg jemně rozetřené tuhé látky nebo kapaliny) se zkouší ve zkumavce objemu cca 8 ml s 1 ml „rozpouštědla“ ve shora uvedeném pořadí. Látka se považuje za rozpustnou, pokud se rozpustí zcela a bezezbytku. Pokud ne, považujeme látku za nerozpustnou. Jestliže se určí skupina rozpustnosti, další „rozpouštědla“, resp. skupiny rozpustnosti se již netestují. Rovněž pokud je látka nerozpustná ve vodě, netestuje se rozpustnost v diethyletheru, ale přejde se na test rozpustnosti v dále uvedených „rozpouštědlech“. Skupiny rozpustnosti podle rozpustnosti v testovaném „rozpouštědle“,

Skupina / “solvent“ S1 S2 B A1 A2 N

voda

ether

HCl

NaHCO3

NaOH

H2SO4

+ + -

+ 0 0 0 0

0 0 + 0 0 -

0 0 + 0

0 0 + 0 -

0 0 0 0 0 +

-

0

-

0

-

+

-

0

-

0

-

0

C, H, O, halogeny, N, S

M C, H, O, halogeny

I C, H, halogeny

kde je význam: + . . . ano, rozpustné - . . . ne, nerozpustné 0 . . . netestuje se

59

Třídy organických látek podle zařazení do skupiny rozpustnosti a druhu zastoupených prvků:

S1 - Látky rozpustné ve vodě i v diethyletheru (sloučeniny s jednou funkční skupinou a počtem uhlíku max. C4-6) obsahující: a) C,H,O: alkoholy, aldehydy a ketony, karboxylové kyseliny do počtu uhlíku C4, jejich estery s alkoholy do C3, acetaly, laktony, vícesytné fenoly; b) C,H,(O),N: amidy, aminy, dusíkaté heterocykly, nitrily, nitroalkany, oximy; c) C,H,(O), halogeny: halogensubstituované sloučeniny uvedené ad a), acylhalogenidy do C3; d) C,H,(O),S: heterocyklické hydroxysloučeniny síry, sulfanylkyseliny a alkylsulfanylkyseliny; e) C,H,(O),N, halogeny: halogenované aminy, amidy a nitrily. S2 - Látky rozpustné ve vodě, nerozpustné v diethyletheru (zpravidla přítomné dvě a více funkčních skupin): a) C,H,O: dvoj- a vícesytné kyseliny, hydroxykyseliny, polyhydroxysloučeniny, polyhydroxyfenoIy, jednoduché cukry; b) C,H,(O), kovy: soli kyselin a fenolů, různé metaloorganické sloučeniny; c) C,H,(O),N: soli aminů a organických kyselin, aminoalkoholy, močoviny; d) C,H,O, halogeny: halogenkyseliny, chlorhydriny; e) C,H,O,S: sulfonové kyseliny, alkylsírové kyseliny, sulfinové kyseliny; f) C,H,(O),N, halogeny: soli aminů s halogenkyselinami. B - Látky bazické, nerozpustné ve vodě, rozpustné v 1,2M HCl: aminy (kromě některých negativně substituovaných a kromě diarylaminů a triarylaminů, zařazených ve skupině N), aminokyseliny (amoniokarboxyláty), amfoterní sloučeniny (aminofenoly, aminothiofenoly, aminosulfonamidy), arylsubstituované hydraziny. A1 - Látky slabě kyselé, nerozpustné ve vodě i v 1,5M NaHCO3, rozpustné v 2,5M NaOH: a) C,H,O: kyseliny, anhydridy kyselin, fenoly, enoly; b) C,H,(O),N: aminokyseliny, nitrofenoly, amidy (včetně N-monoalkvlamidů, dialkylamidy jsou ve skupině B), aminofenoly, imidy, aromatické N-monoalkylaminy, oximy, primární a sekundární nitroalkany; c) C,H,O, halogeny: halogenfenoly; d) C,H,O,S: alkylsulfany, thiofenoly; e) C,H,O,S,N: sulfonamidy a jejich aminoderiváty, kyseliny aminosulfonové. 60

A2 - Látky nerozpustné ve vodě, rozpustné v 1,5M NaHCO3: a) C,H,O: karboxylové kyseliny počtem uhlíků větším než C4 a jejich anhydridy (v důsledku hydrolýzy), b) C,H,O,N: aminokyseliny, nitrokyseliny, karboxylové kyseliny dusíkatých heterocyklů), polyfenoly; c) C,H,O, halogeny: halogenkyseliny, poIyhalogenfenoly; d) C,H,O,S: sulfonové a sulfinové kyseliny; e) C,H,O,N,S: aminosulfonové kyseliny, sírany slabých bazí; f) C,H,O,S, halogeny: halogenidy sulfonových kyselin. N - Látky neutrální obsahující též N (popř. S a jiné prvky), rozpustné v konc. kyselině sírové, které nepatři do předcházejících skupin: a) C,H,(O),N: amidy, nitroarylaminy, nitrované uhlovodíky, aminofenoly, azosloučeniny, azoxysloučeniny, hydrazosloučeniny, diarylaminy a triarylaminy; b) C,H,(O,N),S: N,N-diR-sulfonamidy, sulfidy, disulfidy, sulfony; c) C,H,(O),N, halogeny: halogenované aminy, amidy, nitrily. M - Neutrální látky, které nepatří do předcházejících skupin, jsou rozpustné v konc. kyselině sírové a obsahující pouze C, H, popř. O nebo halogeny: vyšší alkoholy, aldehydy a ketony, estery, ethery, nenasycené uhlovodíky acyklické a aromatické, snadno se sulfonující, např. dialkylsubstituované a polyalkylsubstituované benzeny, acetaly, anhydridy, laktony, polysacharidy v konc. kyselině sírové černají - dehydratační reakce. I - Látky inertní, nerozpustné v žádném z klasifikačních „rozpouštědel“. Uhlovodíky (většina cyklických a všechny acyklické nasycené) a jejich halogenderiváty, diarylethery a jejich halogenderiváty.

61

5.

ACIDOBAZICKÉ VLASTNOSTI, REDOXNÍ CHOVÁNÍ VZORKU. DALŠÍ SKUPINOVÉ A KLASIFIKAČNÍ REAKCE NA DŮKAZ PŘÍTOMNÝCH FUNKČNÍCH SKUPIN, PŘÍPADNĚ DRUHU SKELETU

5.1.

Acidobazické vlastnosti

Kromě testů na acidobazické vlastnosti uvedené v předchozí kapitole (skupiny rozpustnosti B, A1 a A2) můžeme u skupin rozpustnosti S1 a S2 ověřit míru kyselosti analyzovaného vzorku s využitím univerzálního pH indikátorového papírku navlhčeného vodou. Vodou navlhčený papírek potřeme cca 5 mg jemně rozetřené zkoumané pevné látky nebo kapalinou. Podle barevného odstínu skvrn na papírku můžeme látky rozdělit na: a) silně kyselé s pH 0-1: sulfonové kyseliny s jednou nebo více sulfonovými skupinami, jejich amoniové betainové formy, acylchloridy a chloridy sulfonových reakcí v důsledku hydrolýzy, b) středně až slabě kyselé s pH 2-5: chloridy, bromidy, jodidy, hydrogensírany primárních, sekundárních a terciárních amoniových solí a podobných solí, betainy aminokarboxylových kyselin, karboxylové kyseliny, jejich anhydridy, keteny, nižší alifatické sulfidy a disulfidy, c) neutrální pH 5-7: alkoholy, ketony, estery, nižší alifatické ethery, amidy, kvartérní amoniové, sulfoniové apod. soli, nižší acetaly a ketaly apod., d) slabě bazické 7-9: aminy, thioláty, thiofenoláty e) silně bazické 9-14: hydraziny, polyaminy, alkoholáty, fenoláty, aminoxidy. Zkouška jodičnanem a jodidem (pro silné i slabé kyseliny)

K látce (asi 5 mg, popř. ke dvěma 2 kapkám nasyceného roztoku v ethanolu) ve zkumavce se přidají dvě kapky 2% roztoku jodidu draselného a dvě kapky 4% roztoku jodičnanu draselného. Zkumavka se uzavře a ponoří se na 1 minutu do vroucí vodní lázně. Po ochlazení se přidají 1 až 4 kapky 0,1 % roztoku škrobu. Jde-li o kyselinu, roztok zmodrá. Zkouška vytvořením chelátu dimethylglyoximátu niklu v bazickém prostředí

Na tečkovací misku nebo na hodinové sklíčko se nanesou dvě kapky vodného roztoku zkoušené látky, popř. několik miligramů tuhé látky, a přidají se dvě kapky činidla. Jestliže je 62

látka bazická, vylučuje se červená sraženina Ni-dimethylglyoximu (nereagují slabé báze, jako nitroaniliny, difenylamin). Příprava činidla: K roztoku síranu nikelnatého (7,7 mg v 1 ml) se přidá stejný objem roztoku dimethylglyoximu v ethanolu (8,1 mg v 1 ml) a důkladně se protřepe. Ke zkouškám se používá čirý filtrát činidla.

5.2. Testy oxidovatelnosti a redukovatelnosti sloučeniny

Test oxidovatelnosti s vodným roztokem manganistanu draselného

Nenasycené sloučeniny a snadno se oxidující látky odbarvují roztok manganistanu draselného za vyloučení hnědé sraženiny hydroxidu manganičitého. U látek rozpustných ve vodě se pracuje s jejich vodnými roztoky, z organických rozpouštědel lze použít aceton, který musí být samozřejmě vyčištěn manganistanem a nesmí jej při slepém pokusu odbarvovat. Činidlo: 2% roztok manganistanu draselného ve vodě. Provedení: K roztoku asi 0,1 g zkoušené látky se přidává po kapkách roztok manganistanu tak dlouho, pokud se odbarvuje. Reagují: alkeny, polyeny, alkyny, aldehydy, deriváty sulfanu, disulfidy, aminy, alkylareny apod. oxidující se látky. Test oxidovatelnosti s Fehlingovým činidlem

Principem testu je redukce modrého komplexu Cu(II) na cihlově červený oxid měďný přítomnou redukující skupinou. Činidlo: Před použitím se smíchají stejné objemy Fehlingova roztoku l a II. Roztok l: 35 g CuSO4 . 5 H2O (modrá skalice) se rozpustí v 500 ml vody. Roztok II: 175 g vinanu sodnodraseIného (Seignettova sůl) a 50 g NaOH se rozpustí v 500 ml vody. Provedení: K činidlu (2 ml) se přidá asi 50 mg vzorku nebo 2 až 3 ml zkoušeného roztoku a zahřeje se k varu. U těkavějších látek se směs ponechá nejprve určitou dobu stát v uzavřené zkumavce a teprve pak se zahřeje. Pokud je reakce pozitivní, začne se při zahřívání tmavomodrý roztok kalit a povařením se vyloučí červený oxid měďný. Reagují: Alifatické aldehydy redukují za varu tmavě modré Fehlingovo činidlo za vyloučení cihlově červeného oxidu měďného; ketony a aromatické aldehydy nereagují (pokud však 63

neobsahují jiné redukující skupiny). Pozitivní reakci dávají také aldosy i ketosy (v alkalickém prostředí se ketosy isomerují na reagující aldosy), -hydroxyketony, kyselina mravenčí apod.

Test oxidovatelnosti s Tollensovým činidlem

Tollensovo činidlo je amoniakální roztok oxidu stříbrného, z něhož aldehydy a další redukují již při teplotě místnosti kovové stříbro. Činidlo: Smísí se stejné objemy 10% vodného roztoku dusičnanu stříbrného (roztok l) a 2M NaOH (roztok II) a přidává se po kapkách amoniak, až se vyloučený oxid stříbrný právě rozpustí. Je třeba se vyvarovat přebytku amoniaku, protože snižuje citlivost činidla. Činidlo se uchovává ve dvou oddělených roztocích, které se smíchají těsně před upotřebením. Nepoužitá směs obou roztoků se neskladuje z důvodu vzniku „třaskavého stříbra“. Provedení: K několika miligramům aldehydu se přidá 1 ml vody a 2 ml činidla a roztok, se ponechá stát několik minut v klidu. Vyloučí se kovové stříbro, a to buď v podobě šedočerné sedliny, nebo jako lesklé zrcátko na stěnách zkumavky. Tvorbu zrcátka lze někdy uspíšit opatrným zahřátím. Také je pro tento účel vhodné odmastit zkumavku před reakcí jejím vypláchnutím 10% roztokem hydroxidu sodného. Zředěné roztoky aldehydů reagují až po delší době. Pozitivní reakci dávají kromě alifatických a aromatických aldehydů také jiné oxidovatelné látky, jako jsou cukry, aromatické aminy, aminofenoly, polyfenoly a kyselina mravenčí. Ketony s výjimkou ketolů a diketonů nereagují, organické sloučeniny se skupinami C=S a S-H ruší reakci tvorbou sulfidu stříbrného. Test redukovatelnosti s hydroxidem železnatým

Principem testu je oxidace hydroxidu železnatého přítomnou oxidující skupinou na rezavě zbarvený hydratovaný oxid železitý. V mikrozkumavce se smíchá asi 20 mg (kapka) látky s 1,5 ml čerstvě připraveného okyseleného 5% roztoku síranu železnatoamonného (0,1 ml konc. H2SO4, na 25 ml roztoku). Přidá, se 1 kapka 1,5M kyseliny sírové ve vodném roztoku a potom 1 ml 2M KOH v methanolu. Zkumavka se rychle uzavře a důkladně se protřepe. Je-li zkouška pozitivní, vznikne sraženina, která do 1 minuty změní zbarvení na červenohnědé. Reagují: látky s oxidačními účinky (peroxidy, nitroderiváty, chinony).

64

Redukce cínem v prostředí kyseliny chlorovodíkové

Látka (30 až 50 mg) se rozpustí nebo suspenduje v 2 ml 3M HCI ve zkumavce a v malých dávkách se přidá celkem 0,1 g granulovaného cínu. Jestliže probíhá reakce pomalu, směs se mírně přihřeje. Po rozpuštění cínu se zkumavka 10 minut zahřívá ve vroucí vodní lázní. Potom se přidává 6M NaOH až do rozpuštění cíničité kyseliny a po ochlazení se alkalický roztok extrahuje dvakrát po 2 ml diethyletheru. Etherické extrakty se protřepou s 1 ml konc. kyseliny HCI a ve vodném podílu se zjišťuje aromatický amin, např. kondenzační reakcí s 1-nitroso-2-naftolem v kyselém prostředí za vzniku azobarviva. Reagují: nitrosloučeniny, nitrososloučeníny, azoxysloučeniny, azosloučeniny, hydrazosloučeniny, aromatické hydraziny a hydroxylaminy. Test s redukujícím Ehrlichovým činidlem

Činidlo: V baňce se rozpustí 0,3 g 4-N,N-dimethylaminobenzaldehydu ve směsi obsahující 15 ml destilované vody, 50 ml koncentrované kyseliny chlorovodíkové a 0,4 g dihydrátu chloridu cínatého. Roztok se po té doplní ethanolem na objem 100 ml. Provedení: Zkoumaná látka (1-3 mg) se rozpustí v 0,1 ml ethanolu a nanese (natečkuje) se na filtrační papír.Skvrna se postříká roztokem činidla. Pozitivním výsledkem je vznik intenzívně žlutých skvrn. Reagují: nitrosloučeniny, nitrososloučeníny, azoxysloučeniny, azosloučeniny, hydrazosloučeniny, po zahřátí aromatické hydraziny a hydroxylaminy.

5.3. Další skupinové a klasifikační reakce

Testy na přítomnost násobných neaktivovaných vazeb C-C

Vedle testu s vodným roztokem manganistanu draselného, popsaného výše, lze provést test s roztokem bromu v chloroformu, který ovšem také není selektivní. Pozitivním projevem je odbarvení nažloutlého roztoku bromu v důsledku adice na násobnou C-C vazbu bez uvolňování kyselých výparů bromovodíku - bromace aromátů cestou elektrofilní aromatické substituce. Reakce neprobíhá u různých látek stejně rychle, obecně ji zpomaluje přítomnost elektronakceptorních skupin v molekule. 65

Činidlo: 5%ní roztok bromu v chloroformu, chloroform. Provedení: Zkoušená látka (asi 0,1 g) se rozpustí v 2 ml chloroformu a po kapkách se přidává činidlo. Za třepání se sleduje odbarvování roztoku. Vznikají-li dýmy bromovodíku (v přítomnosti vzdušné vlhkosti se tvoří mlha bromovodíku), test. pH papírkem. Důkaz koncové methinové skupiny - reakce s Ilosvayovým činidlem

Principem reakce je vznik červenofialové, černožluté či hnědé sraženiny acetylenidu měďného. Činidlo: Krystalický síran nebo dusičnan měďnatý (1 g) se rozpustí v odměrné baňce na 50 ml v potřebném množství vody, přidají se 4 ml 20%ního amoniaku a směs se promíchá. K takto vzniklému modrému měďnatému amminkomplexu se přidají 3 g hydroxylamin hydrochloridu a po rozpuštěni se doplní vodou po značku. Připravený roztok je poté bezbarvý. Provedení: K vodnému nebo alkoholickému roztoku zkoušené látky se přidá stejný objem činidla a protřepe se. Test na přítomnost aktivního vodíku se sodíkovým prachem

Principem testu je vytváření sodné soli sloučeniny s tzv. aktivním vodíkem za uvolnění plynného vodíku. Do této skupiny patří sloučeniny s -OH, -SH, =NH, -NH- skupinou, s aktivní methylovou skupinou (methylketony, nitromethan, methylsulfoxidy, methylsulfony), aktivní methylenovou skupinou (sloučeniny typu acetoctanů, kyanacetátů, malonátů, 1,3diketony a další methyleny nesoucí dvě elektronakceptorní skupiny) a sloučeniny s aktivní methinovou

skupinou

(alkyny,

další

methinové

skupiny

nesoucí

alespoň

dvě

elektronakceptorní skupiny), tedy sloučeniny s nižší hodnotou pKA než je 25. Sloučeniny s hodnotou pKA 20 - 25 reagují za horka. Příprava činidla: Asi 0,5 g kovového sodíku se zahřívá s 5 ml suchého toluenu, až roztaje; přidá se asi 5 ml studeného toluenu, zkumavka se uzavře a intenzívně se třepe, dokud sodík neztuhne na prášek - „písek“. Větší část toluenu se odlije a zbylý sodíkový prach se uschová v suché mikrozkumavce asi pod 1 ml suchého toluenu. Před vlastním provedením testu kontrolujeme kyselost vzorku univerzálním pH papírkem. V případě zjištěné kyselosti, tj. pH 0 - 6, test vynecháme! Při práci zachováváme bezpečnostní pravidla. Provedení: V mikrozkumavce k malému množství zkoušené látky v toluenu přidá zrnko sodíkového "písku". Sleduje se vývoj bublinek vodíku nejprve při teplotě laboratoře, pokud 66

nenastane, tak po zahřátí. Tavení s hydroxidem sodným v tlustostěnné zkumavce

Zkoumaný vzorek v množství 20 až 30 mg se zahřívá v tlustostěnné skleněné zkumavce s 1 až 2 peckami tuhého hydroxidu sodného do roztavení hydroxidu a pak ještě asi 1 minutu. Při tavení se současně sleduje ovlhčeným univerzálním pH papírkem, zda unikají zásadité páry (amoniak, primární sekundární aminy). Zkumavka se nechá na vzduchu zchladnout na teplotu místnosti, ztuhlý obsah se pak se extrahuje 3 ml vody a zfiltruje se. Alkalický filtrát (2 až 3 kapky) se zkouší přidáním několika kapek 1 % vodného roztoku nitroprusidu sodného na přítomnost dvojmocné síry ve zkoušené látce. Reagují:

sulfidy,

thiofenoly,

thioestery,

sulfiliminy,

thioanilidy,

thiomočoviny,

isothiokyanáty, xantháty, další sloučeniny s thioxoskupinou. Pokud je reakce na sulfidickou síru negativní, přidají se k hlavnímu podílu filtrátu 3 kapky 30% peroxidu vodíku, směs se povaří a po okyselení HCl (1 : 1) se přidají 3 kapky roztoku chloridu barnatého. Pozitivním výsledkem testu je vznik bílé sraženiny síranu barnatého. Reagují: sulfonové kyseliny a jejich soli, sulfinové kyseliny, sulfochloridy, sulfony, sulfoestery, sulfonamidy, sultamy. Alkalická hydrolýza esterů, amidů a nitrilů

Zkoumaný vzorek, 50 až 75 mg se v mikrozkumavce smísí s 2 ml 20%ního vodného roztoku NaOH, třepe se a pozoruje, zda dochází k odlučování fází (popř. zda je cítit zápach aminů či alkoholů). Uvolněné aminy či alkoholy se izolují vytřepáním do diethyletheru a provedou se další zkoušky. Sůl karboxylové kyseliny vzniklé hydrolýzou amidů, nitrilů, popř. esterů, ahydridů se dokazuje dalšími zkouškami. Při této zkoušce je třeba pamatovat na to, že koncentrované roztoky hydroxidu sodného způsobují - zvláště za horka - chemické změny některých tříd organických sloučenin (aldehydů, diketonů, halogenovaných sloučenin). Arylaminy, které mají v poloze o- nebo pnitroskupinu nebo nitrososkupinu, se v alkalickém prostředí hydrolyzují, uvolňuje se amoniak nebo amin a vzniká sodná sůl příslušného fenolu. Test s bezvodým chloridem hlinitým v suchém chloroformu - důkaz aromatických uhlovodíků

Benzen, jeho alkylderiváty a halogen deriváty, případně alkyl-aryl ethery, podobně jako naftalen, anthracen, fenanthren a další aromáty vytvářejí s oběma uvedenými činidly barevné 67

CT-komplexy. Provedení: K chloroformu (1 až 2 ml) se v suché zkumavce přidá asi 100 mg zkoušené látky a protřepáním se ovlhčí stěny zkumavky. Potom se přisype práškový chlorid hlinitý tak, aby ho část ulpěla na zvlhčených stěnách zkumavky. Byl-li přítomen aromatický uhlovodík, vznikne charakteristické zbarvení, např. modré za přítomnosti naftalenu, purpurové v přítomnosti fenanthrenu atd. Test s formaldehydem v konc. kyselině sírové

Nenasycené cyklické uhlovodíky, aromatické uhlovodíky a jejich deriváty a polycyklické uhlovodíky dávají s kyselinou sírovou a formaldehydem velmi citlivou reakci, při níž vznikají tmavě zbarvené pryskyřičnaté produkty. Je tak možno dokázat ještě 0,1 % benzenu ve směsích rozpouštědel. Nasycené uhlovodíky, nenasycené alifatické uhlovodíky ani nasycené cyklické uhlovodíky reakci nedávají. Činidlo: 2 ml 30%ního formaldehydu se opatrně doplní konc. kyselinou sírovou na objem 100 ml. Provedení: K několika miligramům zkoušené kapaliny se přidají 3 ml činidla. Červenohnědé zbarveni je důkazem malých množství, hnědý zákal větších množství nenasycených cyklických nebo benzenoidních uhlovodíků. Současně je třeba provádět slepý pokus se vzorkem a kyselinou sirovou bez formaldehydu a výsledky porovnávat Test na alkoholový hydroxyl vodným roztokem hexanitrátoceričitanu amonného

Alkoholy tvoří s hexanitrátoceričitanem amonným červeně zbarvené komplexy. Reakce je pozitivní pro alkoholy s menším počtem uhlíků než 10. Za stejných podmínek dávají pozitivní výsledek hydroxykyseliny, hydroxyaldehydy a ostatní sloučeniny obsahující alkoholickou skupinu. Fenoly tvoří ve vodném roztoku zelenohnědou sraženinu,

v dioxanu vzniká

tmavočervené až hnědé zbarvení. Aldehydy, ketony, kyseliny, alkylhalogenidy, estery a ostatní sloučeniny, obsahující pouze C, H, O a halogeny, reakci neruší. Aromatické aminy, hydrochloridy aminů a sloučeniny, jež obsahují skupiny snadno oxidovatelné na chromoforní skupiny, poskytují zbarvení nebo sraženiny. Proto dávají některé aromatické aminy test jako fenoly. Sloučeniny, které se velmi rychle oxidují, odbarvují někdy činidlo dříve, než lze pozorovat pozitivní výsledek testu. Různá zbarvení, popř. sraženiny, dává s činidlem také thiofen i některé jeho substituované deriváty, mající v poloze alfa vodík nebo acetyl. Nižší alkoholy poskytují intenzívnější zbarvení než alkoholy vyšší, je však méně stálé. V řadě čtyř izomerních butylalkoholů klesá intenzita zbarvení v pořadí iso-, sekundární, normální 68

a terciární. Naopak zase poskytuje terc.-butylalkohol zbarvení nejstálejší. Provedení: a) Látky rozpustné ve vodě: 0,5 ml vodného roztoku hexanitrátoceričitanu amonného se zředí 3 ml vody, roztok se protřepe, přidá se 4 až 5 kapek zkoušeného vzorku a pozoruje se změna zbarvení. V kladném případě přejde žluté zbarvení roztoku v červené. b) Látky nerozpustné ve vodě: 0,5 ml vodného roztoku hexanitrátoceričitanu amonného se zředí 8 ml dioxanu. Utvoří-li se sraženina, přidají se 3 až 4 kapky vody a protřepe se, až veškerá sraženina přejde do roztoku. Přidá se 4 až 5 kapek zkoušeného roztoku, protřepe se a pozoruje se z barvení. Test s chloridem železitým

Roztoky fenolů (ne však alkoholů), enolů, aminokyselin, aromatických aminů, dále pak hydroxamové kyseliny, oximy, isonitrososloučeniny, alkyl- a arylsulfany vytvářejí s železitým kationtem ve vodě různě zbarvené komplexy. Přítomnost kyselin, např. kyseliny octové nebo benzoové, ruší vznik intenzívního zbarveni při reakci. Přidají-li se dokonce tyto kyseliny k již vyvinutému zbarveni, dojde k odbarvení. Z téhož důvodu nedává barevnou reakci s chloridem železitým kyselina 4-hydroxybenzoová. Salicylová kyselina však poskytuje fialový chelát a to i v přítomnosti kyseliny octové - test na stupeň rozložení a stability léčiv s acetylsalicylovou kyselinou. Podobně reagují fenoly, které nesou v poloze 2další hydroxylovou či formylovou, sulfonovou, acylovou a podobnou skupinu schopnou podílet se na vzniku chelátu. Zvláštním případem jsou také hydrochinony. Ve vodném prostředí poskytnou modré zbarvení, to však rychle zmizí, protože hydrochinon se působením železitého kationtu oxiduje na chinon. Test s kyselinou dusitou

Roztok 0,1 g látky ve 4 mI 2M HCl se ochladí na 5 °C a přidává se 10% vodný roztok dusitanu sodného tak, až kapička reakčního roztoku dává ihned modré zbarvení s jodidoškrobovým papírkem. Sleduje se uvolňování plynného dusíku (bezbarvé bublinky). Dusík uvolňují: amidy, alifatické primární aminy a aminokyseliny (z amidů vznikají kyseliny, z aminů alkoholy - často však v malém výtěžku) a lze je izolovat. Žlutý olej nebo tuhá látka (N-nitrosamin) vzniká ze sekundárních aminů alifatických i aromatických. Nitrosaminy lze extrahovat diethyletherem. Primární aromatické aminy dávají při diazotaci čirý roztok a vznik diazoniové soli se dokáže kopulací s fenoly - k 1 ml roztoku diazoniové soli se přidají 3 ml roztoku 2-naftolu ve 2M 69

vodném roztoku hydroxidu sodného (nereagují pouze některé primární aromatické aminy nesoucí silně elektronakceptorní substituenty). Terciární alifatické aminy a terciární aromatické aminy s obsazenou polohou 4- vzhledem k dusíku za těchto podmínek s kyselinou dusitou nereagují. Zalkalizováním se vyloučí nezměněný amin, pokud je ve vodě nerozpustný. Terciární aminy s volnou polohou 4- poskytují C-nitrosoderiváty, které se vyloučí někdy jako nerozpustné hydrochloridy. Tyto hydrochloridy jsou na rozdíl od C-nitrosaminů jakožto soli v diethyletheru nerozpustné. Zalkalizováním roztoku se uvolní zelený C-nitrosoderivát, extrahovatelný do diethyletheru na modrý roztok. Benzen-1,3-diamin reaguje s dusitou kyselinou za vzniku hnědého barviva (Vesuvinu), monosubstituované sulfany poskytuji intenzívně barevné kyseliny thiodusité (estery bývají červené). Test na primární aminoskupinu - reakce s 4-N,N-dimethylaminobenzaldehydem

Primární

aromatické

aminy

kondenzují

v

kyselém

prostředí

s

4-N,N-dimethyl-

aminobenzaldehydem za vzniku barevných Schiffových bází. Pozitivní reakci může dávat i hydrazin, močovina, a jejich deriváty, deriváty pyrrolu a indolu, řada alifatických aminolátek, za určitých podmínek fenoly aj. Činidlo: 1% roztok 4-N,N-dimethylaminobenzaldehydu v 95 dílech ethanolu a 5 dílech konc. HCl. Provedení: Ke kapce zkoušeného roztoku na. papíru nebo ve zkumavce přidáme kapku činidla. Za přítomnosti aromatického aminu vznikne žluté, oranžové až červené zbarvení. Test na primární aromatickou aminoskupinu - kondenzace s 1-nitroso-2-naftolem na azobarvivo

1-Nitroso-2-naftol podléhá v kyselém prostředí s primární aminoskupinou kondenzační reakci za vzniku různě barevného azobarviva. Reakci podléhají aromatické aminy nesoucí elektrondonorní nebo jen slabě elektronakceptorní funkční skupiny. Činidlo: 1% roztok 1-nitroso-2-naftolu v kyselině octové. Provedení: K 1 ml činidla ve zkumavce se přidá cca 30 - 50 mg zkoumané látky, 1-2 kapky koncentrované kyseliny chlorovodíkové a roztok se krátce povaří. Pozitivním výsledkem je vznik zbarveného roztoku. Test na primární a sekundární aminy - reakce s ninhydrinem

Ninhydrin (tj. 2,2-dihydroxyindan-1,3-dion) se používá k důkazu přítomnosti primární a sekundární aminoskupiny, kdy v případě pozitivního výsledku vytváří produkty různého 70

složení a zabarvení. Činidlo: ninhydrin (0,1 g) se rozpustí ve 300 ml vody. Provedení: K roztoku zkoumané látky (1 ml) se přidají 2 kapky činidla a směs se zahřeje na vodní lázni: vzniknou červená, modrá až modrozelená zbarvení. Prolin a oxyprolin dávají zbarvení žluté. Test na přítomnost karbonylové sloučeniny - reakce s 2,4-dinitrofenylhydrazinem

Aldehydy a ketony poskytují kondenzační reakcí s 2,4-dinitrofenylhydrazinem málo rozpustné žluté až oranžové sraženiny příslušných 2,4-dinitrofenylhydrazonů, které v methanolickému roztoku hydroxidu draselného dávají tmavě zbarvené roztoky solí. Činidlo: nasycený roztok 2,4-dinitrofenylhydrazinu ve 2M vodném roztoku HCl. Provedení: Zkoušená látka (I až 5 mg) se rozpustí v minimálním množství vody a přidá se I ml činidla. V kladném případě vznikne zákal nebo se vyloučí žlutá až červenožlutá sraženina. Některé karbonylové sloučeniny reagují pomalu, reakční roztok je potřeba mírně přihřát a sraženina se vyloučí až po delším stání. Vyloučenou sraženinu lze izolovat a po rozpuštění v methanolu provést barevnou reakci s methanolickým roztokem KOH (100 mg KOH na 10 ml methanolu). Po jeho přídavku vznikne červenofialové až červenohnědé zbarvení. Této barevné reakce lze využít při detekci 2,4-dinitrofenylhydrazonů na chromatogramech. Hydroxamový test

Jak bylo uvedeno výše, hydroxamové kyseliny vytvářejí s železitým kationtem intenzívně červené nebo červenofialové cheláty. Hydroxamové kyseliny lze připravit z acylchloridů, anhydridů karboxylových kyselin a esterů karboxylových kyselin (po zahřátí) reakcí s hydroxylaminem. Karboxylové kyseliny a jejich soli je třeba pro reakci převést na acylchloridy. Činidla: směs stejných dílů 12,5% roztoku NaOH v methanolu a 12,5% roztoku hydrochloridu hydroxylaminu v methanolu (jemně rozetřený hydrochlorid se rozpustí v methanolu za tepla), poté se vysrážený NaCI odfiltruje; ethanol, 0,5M HCl, 1% vodný roztok FeCl3. Provedení: K několika kapkám alkoholického roztoku zkoušené látky se přidá několik kapek činidla, poté se směs mírně zahřeje a po chvilce se okyselí kyselinou chlorovodíkovou. Přidá se několik kapek roztoku FeCl3. Byl-li přítomen acylchlorid, anhydrid karboxylové kyseliny 71

nebo ester karboxylové kyseliny, vznikne červenofialové zbarvení. Test na způsob vazby halogenu

a) Iontové halogenidy: Zkoušejí se jako v anorganické analýze, tj. srážením AgX v prostředi zředěné kyseliny dusičné. Viz předchozí kapitola 1.3.1.4. odstavec Důkaz chloru, bromu a jodu vedle sebe. b) Není-li halogen navázán iontově, je třeba zjistit rozpustnost látky a určit způsob vazby halogenu. Lze jej ověřit několika jednoduchými testy: alkoholickým roztokem dusičnanu stříbrného, roztokem jodidu sodného v acetonu nebo reakcí s alkoholickým roztokem hydroxidu. Výsledky těchto reakcí jsou pro jednotlivé typy halogenových sloučenin níže. Postup A Činidla: 5%ni roztok dusičnanu stříbrného ve vodě, vodou zředěná HNO3 (1 : 1). Provedení: Vzorek (2 až 5 mg) se rozpustí v 2 až 3 ml vody, mírně se okyselí zředěnou HNO3 a přidává se po kapkách a za třepáni roztok dusičnanu stříbrného. V přítomnosti Cl, Br a I vznikají sraženiny, a to v případě Cl sraženina bílá, tvarohovitá, rozpustná v amoniaku, na světle fialovějící. Sraženina bromidu je rovněž bílá, v amoniaku se rozpouští jen velmi omezeně, sraženina jodidu je žlutá v amoniaku nerozpustná. Postup B Činidla: 2% roztok AgNO3 v 95% ethanolu, ethanol, 5% HNO3 Provedení: Zkoušený vzorek se rozpustí v 1 až 2 ml ethanolu, přidají se 2 ml činidla a roztok se protřepe. Pozoruje se, zda během 5 minut nevznikne za chladu sraženina. Nevznikne-li, zahřeje se roztok k varu. Jestliže se sraženina vyloučí, zkoušíme její rozpustnost ve zředěné HNO3. Halogenidy stříbra se nerozpouštějí, kdežto stříbrné soli organických kyselin ano. Postup C Činidla: 1,5 g jodidu sodného se rozpustí v 10 ml acetonu. Provedení: K činidlu (1 ml) se ve zkumavce přidá acetonový roztok vzorku obsahujícího chlor nebo brom. Pozoruje se, zda vznikne po zatřepání sraženina za normální teploty během 3 minut nebo až po zahřátí vodou ohřátou na 50 °C. Postup D Činidla: 5% roztok KOH v ethanolu, 5% roztok AgNO3 ve vodě, vodou zředěná HNO3 (1 : 1).

72

Provedení: Vzorek se vaří po dobu 10 minut s 10 ml činidla. Potom se ochladí, okyselí se zředěnou HNO3, znovu se ochladí a zfiltruje. K filtrátu se přidá roztok AgNO3. Reakce

Typ halogenderivátu

2% roztok AgNO3 v ethanolu - sraženina se

RCOX, ArSO2X, Ar3CX, Ar2CHX, ROCH2X, ArCH2X,

tvoří za normální teploty (postup B)

RCH=CHCH2X, RCHBrCH2Br, R3CX, RI, CBr4, RCHXY (Y =COOH, COOR', CONH2, CN, X = Br, I)

2% roztok AgNO3 v ethanolu - sraženina se

R2CHBr, RCH2Br, RCHBr2, CHBr3, CHBr2CHBr2, R2CHCI,

tvoří za normální teploty jen zvolna, za tepla

RCH2Cl, RCHCl2

rychle (postup B) 2% roztok AgNO3 v ethanolu - reakce

ArX, RCH=CHX, CCl4, CHCl3, CCI3COOH, CHCl2CHCl2,

neprobíhá ani za tepla (postup B)

ArCOCH2Cl, RCHCIY, ROCH2CH2X(Y=COOH, COOR', CONH2, CN; X=Cl, Br)

Roztok NaI v acetonu - sraženina do 3 minut

RCOX. RCH =CHCHX, ArCX3, ArCHX2, ArCH2X,

za chladu (postup C)

RCOCH2X, RCHXCOOR', RCHXCONH2, RCHXCN, RCH2Br, ArSO2CI, CBr4, RCHBrCHBrR, RCHBrCHClR

Roztok NaI v acetonu - reakce při 50 °C,

RCH2Cl, R2CHBr, R3CBr, CH2Br2, CHBr2CHBr2,

sraženina vzniká do 6 minut (postup C)

RCHClCHCIR

Roztok NaI v acetonu - reakce při 50 °C,

ArX, RCH=CHX, cyklohexyl-X, RCCl3, CCl4

sraženina nevzniká ani po 6 minut (postup C) Postup D - AgNO3 tvoří sraženinu

halogensloučeniny alifatické, aromatické, a s halogenem v postranním řetězci

Postup D - AgNO3 netvoří sraženinu

Aromatické halogensloučeniny s halogenem v jádře, neaktivované přítomnými alektronakceptorními skupinami

Nitrolový a pseudonitrolový test

Několik kapek látky se protřepává asi 1 minutu s 2 ml roztoku dusitanu (5% roztok NaN02 ve 2M NaOH - vodné roztoky). Po kapkách se přidává 2M H2SO4. Vznikne tmavočervené zbarvení (alkalický nitrolát), které při dalším přídavku kyseliny zmizí a po zalkalizování se opět objeví, nebo po okyselení vznikne modrozelené zbarvení, které zalkalizováním nemizí; extrakcí do chloroformu vznikne modrý roztok (pseudonitrol). Reagují: primární nitroalkany - červené z barvení, sekundární nitroalkany - modrozelené zbarvení. Nereagují: terciární alifatické a aromatické nitrosloučeniny. Jodoformová reakce

Reakce karbonylových sloučenin s přítomnou skupinou CH3C(=O)- a hydroxysloučenin s přítomnou skupinou CH3CH(OH)- s vodným roztokem jodnanu sodného poskytující 73

jodoform, světle žlutou sloučeninu charakteristického zápachu. Činidla: 10% vodný roztok NaOH, 10% roztok jodu ve 20%ním vodném roztoku jodidu draselného, dioxan. Provedení: Zkoušená látka (100 mg) se rozpustí v 1 ml vody (látky nerozpustné ve vodě se rozpustí v methanolu nebo dioxanu), přidají se 3 ml 10% roztoku NaOH a potom po kapkách 10% roztok jodu v 20% roztoku jodidu draselného ve vodě, až je ho v roztoku nadbytek. Zkumavka se potom ponoří do vody 60 °0 teplé. Přidá se ještě roztok jodu, až jeho zbarvení vydrží 2 minuty, a potom se přikapává 10%hydroxid sodný do vymizeni hnědého zbarveni. Zkumavka se vyjme z lázně a přidá se 10 ml vody. Jodoform se vyloučí jako žlutá tuhá látka charakteristického zápachu s teplotou tání 120 °0. Neni-li vyloučený jodoform citrónově žlutý, oddělí se filtrací, suspenduje se ve 2 až 3 ml dioxanu a protřepe se 1 ml 10% NaOH. Stanovení titračního ekvivalentu

Pokud máme v neznámé sloučenině přítomnou funkční skupinu, kterou můžeme kvantitativně a s dostatečnou rychlostí ponechat reagovat s vhodným odměrným činidlem, můžeme pak titračně stanovit její relativní molekulovou hmotnost Mr podle vztahu: Mr = m/n, kde m je hmotnost titrované neznámé sloučeniny a n je počet mol (mmol) při titraci spotřebovaného odměrného standardizovaného roztoku činidla - titrační ekvivalent. V principu lze takto stanovit titrační ekvivalent jakoukoliv vhodnou acidobazickou, redoxní, popř. komplexometrickou titrací s ohledem na charakter přítomné funkční skupiny, nebo funkčních skupin. V běžné praxi se titrační ekvivalent stanovuje acidobazickou titrací v případě dostatečně silných organických kyselin, bází nebo jejich solí, resp. jodometrickou titrací se stanovuje relativní molekulová hmotnost sloučenin s neaktivovanými násobnými vazbami C-C. Zde je ale potřeba si uvědomit, že pokud jsou v neznámé sloučenině přítomné chemicky ekvivalentní funkční skupiny a nelze najít správnou titrační metodu, dostaneme hodnotu titračního ekvivalentu dvojnásobnou a hodnotu Mr poloviční. Příklad stanovení titračního ekvivalentu jednosytné karboxylové kyseliny: Vzorek neznámé karboxylové kyseliny (0,2 g navážené s přesností na tři desetinná místa) se rozpustí v 50 - 100 ml destilované vody, vodném ethanolu nebo ethanolu. Pokud je to nutné, směs se zahřeje až do rozpuštění vzorku. Získaný roztok se pak titruje při teplotě místnosti 74

0,1M odměrným standardizovaným roztokem hydroxidu sodného na fenolftalein jako indikátor. Pokud titrujeme roztok vzorku v čistém prakticky bezvodém ethanolu, je vhodnější použít jako indikátor bromthymolovou modř. Stanovení dvakrát pro kontrolu zopakujeme. Pokud použijeme pro stanovení bodu ekvivalence potenciometrické měření, můžeme titrovat velmi často i dvojsytné karboxylové kyseliny. Pro tento účel ale bývá obvykle výhodnější titrace v pyridinu jako v rozpouštědle s rozlišujícím působením.

Titrujeme odměrným

roztokem tetrabutylamonium hydroxidu v prostředí toluen-methanol (9:1). Činidlo je pro titraci výhodné z toho důvodu, že vytváří s karboxylovými kyselinami v uvedeném prostředí rozpustné soli. Ke zjištění bodu ekvivalence potenciometricky se používá buď skleněná, nebo antimonová elektroda. Sulfonové kyseliny, které patří mezi středně silné až silné kyseliny je možno titrovat odměrným roztokem hydroxidu sodného ve vodě s potenciometrickou indikací bodu ekvivalence nebo s využitím vhodného acidobazického indikátoru. Soli karboxylových kyselin jsou zpravidla slabými bázemi, proto je výhodné je titrovat v bezvodé kyselině octové odměrným roztokem kyseliny chloristé v tomtéž rozpouštědle. Podobně lze titrovat i aminy. Aminy lze také výhodně titrovat ve vodných roztocích, potenciálový skok na titrační křivce pro lepší odečet bodu ekvivalence lze zesílit přídavkem chloridu sodného nebo vápenatého v celkové koncentraci až 8 mol/litr. Soli aminů odvozené od silných kyselin lze titrovat ve vodě s potenciometrickou nebo vizuální indikací.

6.

ZHODNOCENÍ DOSAVADNÍCH VÝSLEDKŮ A NÁVRH DALŠÍHO POSTUPU

Rozborem výsledků kvalitativní i kvantitativní organické analýzy jsme zjistili druh a zastoupení jednotlivých prvků ve zkoumaném vzorku. Zařazením vzorku do skupiny rozpustnosti jsme zjistili, do které skupiny organických sloučenin by mohl neznámý vzorek patřit, a předpoklad jsme upřesnili s využitím shora popsaných testů. Nyní bychom tedy měli vědět, jakého charakteru je uhlíková kostra molekuly (alifatická, případně alicyklická, zda obsahuje násobnou vazbu nebo zda se jedná o aromát), kolik funkčních skupin je v molekule 75

(dle zadání maximálně dvě funkční skupiny), jak je látka kyselá či bazická, zda má a jaké redoxní vlastnosti apod. Případně se nám podařilo s využitím titračního ekvivalentu stanovit relativní molekulovou hmotnost neznámé látky. Svůj předpoklad o hypotetické identitě neznámé látky s jeho zdůvodněním budeme diskutovat s vedoucím cvičení, v případě nepřesností či pochybností o správných závěrech vybrané testy zopakujeme nebo dodatečně provedeme další. Nyní bychom měli vědět, že např. předpokládaný amin je primárním alifatickým aminem se čtyřmi uhlíky v alkylovém řetězci, tedy buď n-butylamin, nebo isobutylamin, či některý z dalších řetězových C4 izomerů, tedy sek.-butylamin nebo terc.-butylamin. Nebo sekundárním aminem se 4 atomy uhlíku může být N,N-diethylamin nebo N-isopropyl-Nmethylamin či N-methyl-N-n-propylamin. Benzen substituovaný hydroxylem a nitroskupinou může být jeden ze tří nitrofenolů - 2-, 3- nebo 4-nitrofenol, atd.

7.

NÁVRH PRO DERIVATIZACI HYPOTETICKÉ STRUKTURY ZA ÚČELEM JEJÍ IDENTIFIKACE

Pro to, abychom mohli potvrdit identitu hypotetické struktury, případně upřesnit, o který z možných izomerů se jedná (dle zadání se nejedná o stereoizomery), je vhodné neznámý vzorek derivatizovat. Pochopitelně tak, abychom buď našli fyzikálně-chemická data (teplota tání, index lomu) v tabulkách (viz Použitá a doporučená literatura), případně v elektronických

databázích

nebo

měli

k dispozici

chemický

čistý

standard

pro chromatografické srovnání (tenkovrstvá chromatografie), případně pro naměření „směsné“ teploty tání připraveného derivátu s čistým standardem. Zvolenou syntetickou metodu derivatizace, včetně výběru druhu a počtu derivátů konzultujeme s vedoucím cvičení.

76

8.

PŘÍPRAVA VHODNÝCH DERIVÁTŮ K IDENTIFIKACI

8.1. Alkeny a alkyny

Dibromderiváty

V trojhrdlé baňce s míchadlem, přikapávací nálevkou a teploměrem ochladíme roztok alkenu nebo alkynu (0,5 g až 1,0 g) v 2- až 3-násobném množství chloroformu na 0 °C. Při teplotě do +5 °C přikapáváme ekvimolární množství bromu v přibližně dvojnásobném objemu téhož rozpouštědla za dobrého míchání tak, aby se teplota pohybovala mezi 0 °C až 5 °C a aby nedošlo k většímu zvýšení koncentrace bromu (barva!). Reakci ukončíme, až reakční směs zůstává světle žlutá nezreagovaným bromem. Adiční produkt se po vyloučení odsaje nebo se oddestiluje rozpouštědlo a zbytek se přečistí destilací nebo krystalisací. Adukty s 2,4-dinitrobenzensulfenylchloridem

V baňce pod zpětným chladičem se zahřívá 200 mg činidla s 0,2 až 0,4 ml nenasyceného uhlovodíku v 5 ml ledové kyseliny octové na vroucí vodní lázni. Konec reakce (asi za 10 až 20 min) je indikován tím, že se již neuvolňuje jod z vodného roztoku jodidu draselného (kapková zkouška, jodidoškrobový papírek). Sulfid se vyloučí ochlazením nebo nalitím reakční směsi na led a čistí se krystalizací z ethanolu.

8.2. Aromatické uhlovodíky, jejich halogen deriváty a arylethery

Chlorsulfonace

Pozor! Opatrně při práci s kyselinou chlorsírovou. Použijte odtah, ochranné brýle a rukavice! Asi 0,5 g aromatické sloučeniny rozpustíme ve 3 ml chloroformu ve zkumavce a za chlazení přikapeme 3 ml kyseliny chlorsírové. Necháme stát 20 minut při teplotě místnosti, pak vlijeme opatrně asi na 30 g rozdrceného ledu, oddělíme chloroformovou vrstvu a promyjeme ji vodou. Chloroform odpaříme a surový produkt překrystalizujeme a/nebo převedeme na sulfonamid. Nitrace

Postup spočívá ve smíchání 2 až 3 mmol uhlovodíku s 1,5 ml konc. kyseliny sírové a přidání 77

(za chlazení) 1,5 ml dýmavé kyseliny dusičné. Reakce se dokončí mírným zahřátím zkumavky ve vodní lázni. Nitroderivát se izoluje nalitím reakční směsi (po ochlazení) na led, pevný produkt se odsaje a překrystalizuje. Optimální reakční podmínky pro konkrétní případy, pokud nejsou známy, je třeba hledat měněním koncentrace nitrační směsi, teploty a reakční doby. Friedelova - Craftsova acetylace s následnou přípravou derivátu ketonu

Ve 100 ml trojhrdlé baňce s míchadlem, přikapávací nálevkou a zpětným chladičem s chIorkalciovým uzávěrem smísíme 10 ml 1,2-dichlorethanu s 12 mmol jemně rozpráškovaného chloridu hlinitého a za míchání a chlazení ledem přikapeme 10,5 mmol acetylchloridu. Potom za chlazení vodou přidáme přikapávací nálevkou 10 mmol aromatické sloučeniny tak, aby se vnitřní teplota udržovala asi při 10°C. Pak mícháme ještě 1 hodinu a směs necháme přes noc stát. Při reakci s halogenderiváty benzenu použijeme kapalnou aromatickou látku současně jako rozpouštědlo a reakční směs zahříváme 5 hodin na 50°C. Komplex ketonu s chloridem hlinitým rozložíme opatrným vlitím reakční směsi na 50 ml ledu a popř. vyloučený hydroxid hlinitý rozpustíme přidáním malého množství konc. kyseliny chlorovodíkové. Organickou vrstvu oddělíme v dělící nálevce a vodnou vrstvu dvakrát vytřepeme dichlormethanem. Spojené organické vrstvy promyjeme pečlivě vodou, 2% hydroxidem sodným a znovu vodou. Po vysušení bezvodým uhličitanem draselným oddestilujeme rozpouštědlo a zbylý keton převedeme reakcí s hydroxylaminem na oxim, případně reakcí s 2,4-dinitrofenylhydrazinem na odpovídající hydrazon (viz karbonylové sloučeniny dále).

8.3. Alkylhalogenidy

3,5-Dinitrobenzoáty S-alkylisothiuronia

Alkylhalogenid (10 až 25 mg) se zahřívá s 0,5 ml 2% acetonového roztoku thiomočoviny v zatavené skleněné ampulce ve vroucí vodní lázni; jodidy se zahřívají 1 hodinu, bromidy 2 hodiny, chloridy za přísady 10 mg jodidu sodného 3 hodiny. Po ochlazení se ampulka otevře, obsah se přelije do mikrozkumavky a ve vroucí vodní lázni se oddestiluje rozpouštědlo. Odparek se rozpustí ve 2 kapkách vody a přidá se po kapkách za třepání 1 ml 2% vodného roztoku 3,5-dinitrobenzoátu sodného. Vyloučený amorfní produkt se rozpustí

78

vnořením do horké vodní lázně a ponechá se pozvolným ochlazením vykrystalovat. Derivát se překrystaluje z 0,5 až 1 ml horké vody. S použitím pikrátu sodného lze připravit odpovídající pikráty. N-Alkylftalimidy

Ve zkumavce se při teplotě cca 60 °C zahřívá v 1 ml dimethylformamidu a 10 až 25 mg alkylhalogenidu s 10 mg ftalimidu. Za protřepávání přikapeme 3 kapky 50% roztoku hydroxidu draselného, přičemž obvykle dojde k exotermní reakci. Když po několika minutách již nedochází k dalšímu vzestupu teploty, přidáme další dávku 1-3 kapek hydroxidu. Nutné množství hydroxidu závisí na kvalitě ftalimidu, který nemá být pokud možno znečištěn monoamidem kyseliny ftalové. Teplotu ve zkumavce pak udržujeme cca 1 h při 70 °C tak, aby se nezačal vylučovat produkt. Pokud by směs měla tuto tendenci, teplotu zvýšíme. Pak směs rychle a horkou nalijeme do 20 ml studené vody. Bezbarvé krystaly odsajeme, promyjeme studenou vodou, vysušíme a překrystalizujeme.

8.4. Alkoholy

Alkyl-3,5-dinitrobenzoáty (pro tenkovrstvou chromatografii)

a) Alkohol (0,05 ml) se zahřívá v mikrozkumavce obsahu 3 ml asi s 50 mg 3,5-dinitrobenzoylchloridu po dobu 10 až 15 minut na teplotu 105 - 110 °C (na olejové lázni). Reakční směs se digeruje s 1 ml toluenu a s 5 kapkami 5% roztoku uhličitanu sodného za důkladného promíchání tyčinkou. Toluenový roztok se přímo použije k nanesení na chromatogram. b) K 10 ml zředěného vodného roztoku alkoholu (obsahujícího přibližně 1,5 mmol rozpuštěného alkoholu) v dělicí nálevce se přidá roztok 0,5 g 3,5-dinitrobenzoylchloridu v 30 ml toluenu. Za chlazení a třepání se přidá asi 10 g uhličitanu draselného. Po 20 minutách stání při normální teplotě (u sek. alkoholu přes noc) se toluenový roztok postupně vytřepe 20%ním roztokem KOH, vodou, HCI (1 : 1) a znovu vodou. Po vysušení toluenového roztoku síranem sodným se toluen oddestiluje na objem cca 1-2 ml a nanáší se na chromatogram. Pro chromatografii na silikagelových destičkách se použije jako eluční systém směs cyklohexan-tetrachlormethan-ethyl-acetát (15 : 80 : 5).

79

Skvrny se detekují pod UV světlem nebo se chromatogram postříká čerstvě připravenou směsí (1:1) roztoku chloridu cínatého (0,7 g dihydrátu chloridu cínatého, 15 ml konc. HCI a 100 ml vody)

s

1%

roztokem

4-N,N-dimethylaminobenzaldehydu

v

alkoholické

kyselině

chlorovodíkové (95 dílů ethanolu a 5 dílů konc. HCl). 3,5-Dinitrobenzoáty se objeví jako žluté skvrny na bílém podkladu. Desku postříkáme jen lehce jemnou mlhou činidla. Alkyl-3,5-dinitrobenzoáty (pro určení teploty tání, resp. směsné teploty tání sestandardem

Alkohol (1,5 až 2 mmol, s obsahem méně než 5 % vody) se zahřívá ve zkumavce s 1 mmol činidla (podle bodu tání zkontrolujeme, zda činidlo není zhydrolyzováno, a popř. je překrystalujeme z tetrachlormethanu) plamenem malého kahánku tak, aby reakční směs byla ještě kapalná. Při přípravě derivátů nižších alkoholů se směs zahřívá 3 minuty, při esterifikaci vyšších a sekundárních alkoholů se reakční doba třikrát až čtyřikrát prodlouží. Po ochlazení reakční směs ztuhne. Kopistkou se pak ve zkumavce rozetře na jemný prášek a ten se pak důkladně protřepává 2% roztokem hydrogenuhličitanu sodného při 50 °C po dobu 1minuty. Tuhý ester se několikrát promyje vodou, potom se za horka rozpustí v methanolu a přidá se voda do prvního zákalu. Alkyl-benzoáty

Ve zkumavce objemu 10 ml se přidá k 0,1 g (asi třem kapkám) alkoholu 0,5 ml benzoylchloridu a 5 ml 10% vodného roztoku NaOH a směs se intenzívně 5 minut protřepává. Potom se ještě nechá 30 minut stát při laboratorní teplotě za občasného třepání. Velké hrudky tuhé fáze se rozetřou tyčinkou. Po přidání 5 ml vody se derivát oddělí filtrací a promyje se ještě dvakrát 5 ml vody. Alkyl-benzoáty se obvykle krystalují z vodného ethanolu.

8.5.

Fenoly

Aryl-3,5-dinitrobenzoáty

V baničce se zpětným chladičem se zahřívá k mírnému varu 1 mmol vzorku s 1 mmol 3,5dinitrobenzoylchloridu (kontrolu čistoty viz výše) v prostředí 2 až 5 ml pyridinu celkem 60 minut. Po ochlazeni se přidá 10 ml 1% kyseliny sírové, produkt se odsaje, promyje 20 ml

80

5% vodného roztoku hydroxidu sodného a 20 ml vody, 10 ml methanolu téměř vroucího (nejlépe vždy rozmícháním a dekantací nebo filtrací) a znovu se odsaje. Ke krystalizaci se většinou používá methanol, ethanol nebo cyklohexan. Pokud se derivát po přidání kyseliny sírové vyloučí jako olej a nelze jej přivést ke krystalizaci, extrahuje se reakční směs diethyletherem a etherický roztok se zbaví nečistot několikerým vytřepáním vodou a zředěným roztokem hydroxidu sodného. Ester se izoluje po vysušení etherického roztoku oddestilováním etheru. Kyseliny aryloxyoctové

Fenol (2 mmol) se zahřívá 1 až 2 hodiny se 4 mmol kyseliny chloroctové v prostředf ve 2 až 3 ml 10 až 20% roztoku NaOH na teplotu 90 až 100 °0. Pokud jsou reakční komponenty ve směsi nerozpustné, přidává se ještě voda. Surová kyselina se izoluje okyselením reakční směsi zředěnou kyselinou chlorovodíkovou na kongočerveň a čistí se tak, že se surová kyselina aryloxyoctová vytřepe do etheru nebo octanu ethylnatého, z něhož se nejprve vytřepáním ve vodě odstraní rozpustné nečistoty a potom se kyselina aryloxyoctová vytřepe 10% roztokem uhličitanu sodného. Z alkalického vodného roztoku se kyselina aryloxyoctová vyloučí okyselením. Rekrystalizace se provede z vody. Bromfenoly

Fenol (100 mg) se rozpustí ve vodě (2 ml), případně se zahřeje.K roztoku se přikape bromová voda tak, aby roztok zůstal po 30 min světle nažloutlý. Vyloučený bromovaný fenol se odsaje a promyje vodou.

8.6. Karbonylové sloučeniny

Semikarbazony aldehydů a ketonů

1. Alkoholický roztok acetátu semikarbazidu: ve třecí misce rozetřeme 1 g hydrochloridu semikarbazidu s 1 g bezvodého octanu sodného, směs přesypeme do 50 ml varné baňky a vyvaříme 5 min s 10 ml bezvodého ethanolu a horkou směs zfiltrujeme. 2. K filtrátu přidáme asi 0,2 g karbonylové sloučeniny, zahříváme 30-60 minut na vodní lázni, k roztoku přidáme tolik vody, až vznikne právě trvalý zákal, roztok necháme pozvolna vychladnout, přičemž semikarbazon vykrystalizuje. Produkt můžeme vyčistit opakovanou

81

krystalisací z ethanolu nebo z vodného ethanolu. Příprava 2,4-dinitrofenylhydrazonů

Ze stabilního roztoku 2,4-dinitrofenylhydrazinium perchlorátu, přlpraveného rozpuštěním 1,2 g 2,4-dinitrofenylhydrazinu v 50 ml 30% kyseliny chloristé za laboralorní

teploty,

odebereme 3 ml a zředíme je dvojnásobným množstvím vody. Za třepání přidáme 1 ml asi 10% až 20% ethanolického roztoku karbonylové sloučeniny. Vyloučený 2,4-dinitrofenylhydrazon odsajeme a překrystalizujeme z ethylacetátu, dioxanu, popř. ze směsi dioxanu s vodou nebo z ethanolu. Tenkovrstvá chromatografie 2,4-dinitrofenylhydrazonů

Ke chromatografii 2,4-dinitrofenylhydrazonů na tenké vrstvě můžeme použít silikagelové desky na hliníkové fólii a jako mobilní fázi směsi tetrachlormethanu a octanu ethylnatého (9 : I). Detekci skvrn provádíme opatrně 5 % vodným roztokem KOH, kdy 2,4-dinitrofenylhydrazony aldehydů poskytují červenohnědé skvrny, 2,4-dinitrofenylhydrazony ketonů pak černohnědé skvrny. Stanovení titračního ekvivalentu reaktivních aldehydů a ketonů oximovou titrací

1. Příprava roztoku činidla: 17,5 g hydroxylamin hydrochloridu rozpustíme v 50 ml vody a přidáme 200 ml n-propanolu. K roztoku přidáme 2 ml 0,1% roztoku bromfenolové modře v 20% ethanolu (indikátor). Ke vzniklému žlutému roztoku přidáváme po kapkách 20% vodný hydroxid draselný až do vzniku modrozeleného zbarvení. Při testu musí 20 ml tohoto roztoku při přidání jedné kapky 0,5M odměrného roztoku kyseliny chlorovodíkové změnit barvu do zelenožluta, přidáním jedné kapky 0,5M odměrného roztoku hydroxidu sodného do modra. 2. Provedení titrace: Vzorek obsahující asi 0,02-0,03 mol karbonylové sloučeniny rozpustíme v 50 ml roztoku činidla a necháme stát v uzavřené nádobě 30 minut. Roztok se zbarví žlutě. Potom titrujeme 1,0M odměrným vodným hydroxidem sodným do modrozeleného zbarveni. Přechod na tento barevný odstín není často ostrý. Při slepém pokusu zředíme 50 ml roztoku činidla asi stejným množstvím vody, jaké odpovídá právě spotřebovanému množství odměrného hydroxidu, a titrujeme 1,0M odměrným roztokem NaOH do stejného barevného tónu jako při vlastním stanovení. Tuto spotřebu hydroxidu sodného odečteme od spotřeby při vlastním stanovení a získaný výsledek použijeme pro výpočet relativní molekulové hmotnosti karbonylové sloučeniny.

82

8.7. Karboxylové kyseliny a jejich funkční deriváty 8.7.1. Karboxylové kyseliny Karboxyláty S-1-naftylmethylisothiuronia a S-benzylisothiouronia

Postup z volné kyseliny Činidla: S-1-naftylmethylisothiuronium chlorid, 10% ethanolát sodný (1 g sodíku se opatrně za chlazení vnáší do 10 ml ethanolu), ethanol. Provedení: Kyselina (0,1 g) se rozpustí v 1 ml ethanolu, přidá se kapka fenolftaleinu a opatrně se neutralizuje roztokem ethanolátu. Připraví se roztok S-l-naftylmethylthiuroniumchloridu v minimálnim množství ethanolu (za horka) a tento roztok se přilije k připravené mu roztoku sodné soli kyseliny. Směs se zahřeje k varu, filtruje a ochladí ke krystalizaci. Vyloučená sůl se odsaje a překrystaluje z ethanolu. Postup ze sodné soli karboxylové kyseliny Činidlo: nasycený vodný S-1-naftylmethylisothiuronium chloridu (asi 1%), ethanol. Provedení: Ve zkumavce se rozpustí 0,1 g sodné soli kyseliny v 1 ml vody, přidá se 15 ml roztoku činidla a po 1 hodině se vyloučená sůl odsaje. Promyje se 3 ml vody a překrystaluje z ethanolu. Obdobně lze připravit karboxyláty S-benzylisothiouronia. 4-Bromfenacylestery

Postup pro čisté kyseliny: K 1 mmol triethylaminu rozpuštěnému ve 2 ml acetonu přidáme příslušnou kyselinu až do slabě kyselé reakce. Tuto směs přidáme k roztoku 0,5 mmol 4-bromfenacylbromidu ve 3 ml acetonu. Po krátkém čase se vyloučí sraženina bromidu triethylamonia. Po 3 hodinách stání za laboratorní teploty zředíme směs 10 ml vody, vyloučený ester odsajeme, důkladně promyjeme 5% vodným roztokem hydrogenuhličitanu sodného a pak vodou. Derivát překrystalujeme z vodného ethylalkoholu. Postup pro kyseliny ve vodném roztoku: Ke 2 ml roztoku obsahujícího asi 0,1 g karboxylové kyseliny, slabě okyseleného kyselinou chlorovodíkovou, přidáme 2 ml roztoku 0,2 g 4-bromfenacylbromidu v ethanolu a směs zahříváme k varu pod zpětným chladičem (u monokarboxylových kyselin 1 hodinu, u dikarboxylových 2 hodiny, u trikarboxylových kyselin 3 hodiny). Jestliže se během varu

83

vyloučí krystaly, rozpustíme je opět přidáním malého množství alkoholu. Po skončení reakce a po ochlazení vyloučenou látku odsajeme a překrystalujeme. 4-Bromfenacylestery lze identifikovat tenkovrstvou chromatografií na silikagelu naneseném na hliníkových fóliích, volba eluentu závisí na charakteru karboxylové kyseliny. Detekce skvrn UV světlem, případně parami jodu. 4-Toluididy

Do zábrusové baňky objemu 50 ml s kónicky zúženým dnem se k 100 mg karboxylové kyseliny, 0,5 ml toluenu přidá 1 ml chloridu thionylu, nasadí se zpětný chladič. Baňka se zahřívá 30 minut ve vodní lázni na teplotu 75 až 80 °C. Pak se přidá roztok 200 mg 4-toluidinu v 10 ml toluenu. Roztok se zahřívá 15 minut k varu pod zpětným chladičem. Po ochlazení se přelije do dělicí nálevky a baňka se vypláchne toluenem a 1 ml ethanolu. Roztok se postupně protřepe 5 ml vody, 5 ml 5% HCl, 5 ml 5% roztoku NaOH (vodné roztoky) a znovu 5 ml vody. Benzenový roztok se znovu přelije do destilační baňky, dělicí nálevka se vypláchne 2 ml ethanolu a rozpouštědlo se oddestiluje. K destilačnímu zbytku se přidá 5 až 6 ml ethanolu do úplného rozpuštění za horka a dále aktivní uhlí. Za horka se filtruje přes vatičku v hrdle nálevky. Zbytky na vatičce se ještě spláchnou 1 až 2 ml horkého ethanolu. K filtrátu se přidají 3 až 4 ml vody do vzniku zákalu, směs se zahřeje do rozpuštění a roztok se ponechá vykrystalovat. Vyloučený 4-toluidid se překrystaluje z ethanolu, popř. s přídavkem vody. 4-Toluididy lze identifikovat tenkovrstvou chromatografií na silikagelu naneseném na hliníkových fóliích, volba eluentu závisí na charakteru karboxylové kyseliny. Detekce skvrn UV světlem, případně parami jodu. 2-Alkylbenzimidazoly

Kyselina (5 až 20 mmol) se zahřívá 15 až 20 minut pod zpětným chladičem s ekvimolárním množstvím benzen-1,2-diaminu za přítomnosti 0,1 ml 5% HCl. Po ochlazení se derivát vyloučí přidáním vodného roztoku amoniaku. Deriváty se krystalují z alkoholu. Příprava pikrátů: 2-Alkylbenzimidazol (50 až 200 mg) se rozpustí v minimálním množství ethanolu za tepla a roztok se přidá k nasycenému roztoku kyseliny pikrové v ethanolu.

84

8.7.2. Estery karboxylových kyselin

Jednoduchý důkaz esteru je založen na hydrolýze. Kapka zkoušeného esteru se rozpustí v 2 až 3 ml ethanolu, přidá se roztok fenolftaleinu a kapka 0,1 M NaOH. Jestliže se varem po několika minutách roztok odbarví, svědčí to o přítomnosti esteru (stejnou reakci dávají i laktony). Při identifikaci esterů se setkáváme s problémem identifikace acylové a alkoholické složky esteru. Zásadně můžeme řešit tento úkol dvojím způsobem. Buď v části vzorku identifikujeme alkoholickou složku a v druhé části acyl, nebo provedeme hydrolýzu esteru, izolaci obou reakčních produktů a jejich identifikaci (viz odstavec alkoholy a karboxylové kyseliny). Volba jedné nebo druhé cesty záleží na povaze esteru, k výběru vhodného způsobu mohou posloužit orientační a fyzikální zkoušky (bod tání, bod varu, index lomu). Protože estery karboxylových kyselin patří mezi dostatečně reaktivní funkční deriváty karboxylových kyselin, lze acylovou složku identifikovat přímo reakcí esterů s dusíkatými nukleofily jako je např. hydroxylamin, hydrazin, benzylamin, a připravit příslušné deriváty přímo, bez nutnosti syntetizovat jiný reaktivní acylový derivát (např. chlorid). Hydroxamové kyseliny pro tenkovrstvou chromatografii

Činidlo: smísí se stejné díly 12,5% roztoku NaOH v methanolu a 12,5% roztoku hydrochloridu hydroxylaminu v methanolu (jemně rozetřený hydrochlorid se rozpustí v methanolu za tepla), vysrážený NaCI se odfiltruje. K činidlu (1 ml) se přidají 1 až 2 kapky zkoušené látky, směs se mírně zahřeje a získaný roztok se může přímo nanést na chromatogram. Volba eluentu závisí na charakteru karboxylové kyseliny. Detekce skvrn se provede postříkáním chromatogramu 1% roztokem chloridu železitého v ethanolu (fialové skvrny na žlutém pozadí). Hydrazidy karboxylových kyselin

V zábrusové zkumavce se zahřívá pod zpětným chladičem 1 ml esteru s 1 ml 85 až 90% hydrazinu po dobu 10 až 15 minut a potom se po kapkách přidává ethanol, až se vše rozpustí. Další zahřívání pokračuje 2 až 3 hodiny, načež se oddestiluje rozpouštědlo a surový hydrazid se překrystaluje z vodného ethanolu.

85

Identifikace alkoholové složky esteru jako 3,5-dinitrobenzoát

Ester (0,3 g) a 3,5-dinitrobenzoylchlorid (0,5 g) se zahřívá se 3 ml pyridinu v zábrusové zkumavce pod zpětným chladičem 3 hodiny k varu, po ochlazení se přidá 10 ml 10% kyseliny sírové a po dalším ochlazení a důkladném protřepání se 3,5-dinitrobenzoát vytřepe do 5 ml diethyletheru (bez alkoholu, sušeného nad sodíkem). Etherická vrstva se oddělí a vytřepe ještě 5 ml 3% kyseliny sírové, 5 ml 3% NaOH a nakonec vodou. Zbytek po oddestilování diethyletheru se krystaluje z vodného alkoholu. 8.7.3. Acylhalogenidy a anhydridy karboxylových kyselin

Identita halogenu se prokáže některou z metod uvedených v kapitole 3.1.4. Vysoké reaktivity acylhalogenidů, zejména chloridů, se využívá při přípravě derivátů kyselin tak, že se kyseliny nejprve převedou na chloridy a ty další reakcí s aminy nebo alkoholy poskytnou vhodné deriváty, které jsou uvedeny výše. Anhydridy karboxylových kyselin se reaktivitou acylchloridům velmi podobají. Směsné anhydridy karboxylových kyselin lze v alkalickém prostředí hydrolyzovat na soli kyselin a ty potom elegantně identifikovat tenkovrstvou chromatografií některou ze shora uvedených metod, např. jako 4-bromfenacylestery. 8.7.4. Karboxamidy

Při identifikaci amidu je nezbytné identifikovat jak acylovou, tak i aminovou složku amidu. V případě primárních amidů je možné tyto identifikovat bez nutnosti štěpení vazby dusík-acylový uhlík. V případě sek. a terc. amidů je tyto třeba hydrolyzovat buď kysele (získá se volná karboxylová kyselina a amoniová sůl) nebo alkalickým hydroxidem (získá se naopak amin jako volná báze a sůl karboxylové kyseliny). Acylovou část lze identifikovat některou z dříve uvedených metod, postup identifikace aminové složky je uveden dále u aminů. 9-Acylamidoxantheny (N-xanthylamidy)

Xanthydrol (0,5 g) se rozpustí v 7 ml bezvodé kyseliny octové. Pokud je produkt znečištěn nerozpustnými rozkladnými produkty xanthydrolu, nechá se 15 min stát a roztok se slije do čisté nádoby. K roztoku se přidá 0,5 g primárního amidu a směs se zahřívá na vařící vodní lázni po dobu 20-30 min. Po ochlazení se vyloučí 9-acylamidoxanthen, který se odsaje, promyje vodou a překrystalizuje ze směsi dioxan-voda (2 : 1).

86

8.7.5. Nitrily

Nitrily je možné, podobně jako amidy, hydrolyzovat kysele nebo v alkalickém prostředí. Reakce vyžaduje vysokou koncentraci kyseliny sírové nebo hydroxidu alkalického kovu, vysokou teplotu a dostatečně dlouhou reakční dobu. Meziproduktem jsou amidy, které dále hydrolyzují na karboxylové kyseliny, popř. jejich soli, za současného vzniku amonných solí nebo za uvolnění amoniaku. Reakci lze udělat per partes při zkrácení reakční doby hydrogenperoxidovým aniontem, amid pak rychle převést přes acyldiazoniový kation na karboxylovou kyselinu kyselinou dusitou v koncentrované kyselině sírové za snížené teploty. Primární amid

Nitril (100 mg) rozpustíme ve 2 ml ethanolu a po kapkách přidáme 0,5 ml 30% peroxidu vodíku. Po krátké chvíli nastoupí exotermní reakce. Po jejím odeznění se přidá 50 mg aktivního uhlí a směs se znovu zahřeje pro rozložení nezreagovaného peroxidu vodíku (asi 2 min). Horký roztok se zfiltruje, po ochlazení se vyloučí amid. Pokud se nevyloučí, voda se vakuově odpaří a pevný odparek se překrystalizuje. Karboxylová kyselina

Amid (100-200 mg) se rozpustí v konc. kyselině sírové (0,5 g), roztok se ochladí ve směsi ledu a kryst. chloridu vápenatého na teplotu cca -5 °C a k ochlazenému roztoku se přidává po velmi malých porcích a za protřepávání a chlazení jemně rozetřený suchý dusitan sodný. Při tom se uvolňují oxidy dusíku a dusík. Reakční směs se ponechá stát v chladící směsi asi 5 minut a pak se nalije na 5 g ledové tříště. Vyloučená kyselina se vyextrahuje třikrát 1 ml diethyleteru, spojené extrakty se vysuší bezvodým síranem sodným a ether se odpaří. Karboxylová kyselina se identifikuje, jak je uvedeno výše.

8.8. Aminy

Aminy tvoří důležitou a současně velmi pestrou skupinu organických látek, často se lišící reaktivitou. S tím souvisí také deriváty a metody jejich přípravy, které jsou obecné - soli minerálních či organických kyselin použitelné pro aminy alifatické primární, sekundární a terciární, aromatické i pro kvartérní amoniové soli; karboxamidy a sulfonamidy, močoviny a thiomočoviny odvozené od primárních a sekundárních aminů alifatických i aromatických;

87

aromatické azosloučeniny; kvarternizace terciárních aminů.

8.8.1. Soli organických kyselin

Příprava amoniových solí organických kyselin je v principu podobná. Ve vodném rozpouštědle se smísí příslušné množství aminu a kyseliny a směs se ponechá krystalovat. Při volbě vhodného rozpouštědla pro přípravu solí bereme v úvahu bazicitu aminu a připravujeme soli méně bazických aminů v méně polárních rozpouštědlech. Jako rozpouštědlo se používá voda, ethanol, methanol, ethyl-acetát (pro pikráty), diethylether, chloroform, toluen nebo jejich směsi. Při volbě rozpouštědla je samozřejmě nutné uvážit rozpustnost aminu, činidla i vznikající soli. Další způsob přípravy solí se vyznačuje tím, že se používá vodný, nejčastěji nasycený roztok sodné soli kyseliny, který se smíchává s vodným roztokem amonium chloridu. Je důležité, aby roztoky byly neutrální, jinak se vystavujeme nebezpečí, že v kyselém prostředí se vyloučí obvykle málo rozpustná organická kyselina (pozor zvláště při přípravě pikrátů a dinitrobenzoátů). Ke krystalizaci volíme výše uvedená rozpouštědla. Je třeba upozornit na to, že body tání nejsou vesměs v úzkém intervalu teplot a závisí na způsobu stanovení bodu tání a na rychlosti zahřívání. Pikráty

1. Z aminu a kyseliny pikrové v ethyl-acetátu Amin (100 mg) se rozpustí v minimálním množství ethyl-acetátu, případně po zahřátí, přidá se 2,5 ml 10% roztoku kyseliny pikrové v ethyl-acetátu a důkladně se protřepe. Po 30 minutách stáni v lednici se pikrát odsaje a promyje se 0,5 ml ethyl-acetátu. Sůl se překrystaluje z vhodného rozpouštědla. 2. Z aminu a kyseliny pikrové ve vodném roztoku Amin (20 mg), 0,4 ml nasyceného vodného roztoku kyseliny pikrové a 0,6 ml methanolu se zahřeje k varu a ponechá se 20 minut stát. Pikrát se odsaje a promyje dvakrát 0,1 ml methanolu. Sůl se překrystaluje z vhodného rozpouštědla. 3. Z amonium chloridu a pikrátu sodného Amonium chlorid (100 mg) se ve zkumavce objemu 10 ml rozpustí ve 2 ml vody, přidá se

88

5 ml nasyceného vodného roztoku pikrátu sodného, zahřívá se do rozpuštění a ponechá se zvolna chladnout. Pikrát se odsaje ve filtrační nálevce a promyje se dvakrát 0,5 ml vody, sůl se překrystaluje z vhodného rozpouštědla. 8.8.2. Acylamidy a sulfonamidy Benzamidy

1. Schottenova-Baumannova metoda Roztok nebo suspenze aminu v 10% vodném roztoku NaOH se třepe za stálého chlazení (teplota nemá přestoupit 25 "C) a postupného přidávání 1,5 až dvojnásobného molárního množství benzoylchloridu. Roztok musí zůstat do konce reakce alkalický a reakce je dokončena až tehdy, když vymizí zápach po benzoylchloridu (přebytečný benzoylchlorid se zhydrolyzoval na benzoát sodný). Vyloučený benzamid se odsaje (popř. až po ochlazení). Pokud se benzamid nevyloučil z roztoku (nižší alifatické aminy), provede se extrakce diethyletherem. 2. Benzoylace může také probíhat v homogenní fázi nejlépe zahříváním roztoku aminu ve směsi toluenu a pyridinu (2: 1) a s 1,5 až dvojnásobným nadbytkem benzoylchloridu na 60 až 70 °C po dobu 0,5 až 1 hodiny. Produkt se izoluje tak, že se roztok nalije do vody, organická vrstva se oddělí, extrahuje se ještě 5% vodným roztokem uhličitanu sodného a po vysušení se zahustí na malý objem. Příslušný benzamid se vyloučí přidáním přebytku hexanu. Benzamidy se rekrystalují z vodného alkoholu, benzenu, směsi benzenu s cyklohexanem apod. 3,5-Dinitrobenzamidy pro tenkovrstvou chromatografii

Amin nebo amonium chlorid (200 mg) se rozpustí v baňce v 10 ml vody, převrství se 30 ml diethyletheru a přidá se 0,5 ml pyridinu a 0,5 g 3,5-dinitrobenzoylchloridu, předem rozpuštěného ve 2 ml toluenu. Potom se postupně přidává 1,1 g krystalického jemně rozetřeného uhličitanu draselného za stálého chlazení a třepáni. Po 20 minutách stáni za občasného třepání se vodná vrstva odpustí a etherický roztok se postupně vytřepe dvakrát 10 ml 1% kyseliny sírové a dvakrát 10 ml vody. Etherický roztok se vysuší přidáním 2 g síranu sodného, zfiltruje se do destilační baňky a diethylether se oddestiluje. Odparek se rozpustí za horka v malém množství ethanolu a přidá se voda do zákalu. Krystaly vyloučené po delším stáni (v lednici) se odsají a překrystalují.

89

3,5-Dinitrobenzamidy jsou velmi vhodné deriváty pro tenkovrstvou chromatografii. Podstatně odlišným

chováním

na

chromatogramu

se

vyznačují

právě

deriváty

primárních

a sekundárních alifatických aminů. Mobilní fází je chloroform za event. přídavku ethylacetátu. Detekce skvrn UV světlem nebo parami jodu. 4-Toluensulfonamidy

Připravují se obdobně jako benzamidy při benzoylaci podle Schottena-Baumanna. Na 1 mmol aminu se používá čtyřnásobného přebytku hydroxidu sodného (jako 12%ního roztoku) a 1,5 až dvojnásobného množství tosylchloridu. Reakce se provádí ve vodné suspenzi, tosylchlorid se přidává jako acetonový roztok. Třepe se obvykle 10 minut, reakce se dokončí krátkým zahřívánim ve vodní lázni, což je obzvlášť důležité při přípravě tosylamidu sekundárního aminu (tím se zhydrolyzuje přebytečný tosylchlorid). Při reakci primárního aminu se směs filtruje a ve filtrátu se vyloučí sulfonamid okyselením. U sekundárního aminu se reakční směs jednoduše nalije do vody. Reakce může probíhat také v pyridinu. Izolace sulfonamidu je stejná. Výhodou tosylamidů jakožto derivátů je fakt, že jich byl popsán velký počet, že ostře tají a dobře se čistí krystalizací. Sulfonamidy primárních aminů lze také vyčistit rozpuštěním ve vodném roztoku hydroxidu sodného a opětným vysrážením kyselinou. Deriváty však mají i své nevýhody. Jednou z nich je, že nižší aminy poskytují nízko tající sulfonamidy. 8.8.3. Substituované fenylmočoviny a fenylthiomočoviny Substituované fenylmočoviny

Amin (0,2 g) rozpustíme nebo suspendujeme v 5 ml dobře vysušeného toluenu a přidáme roztok 0,2 g fenylisokyanátu nebo benzoylazidu v 5 ml toluenu. V případě použití benzoylazidu roztok krátce zahřejeme. Nenastane-li reakce s fenylisokyanátem při laboratorní teplotě, zahříváme směs 1-2 minuty. Po ochlazení se vyloučí příslušná fenylmočovina. Rekrystalizace z alkoholu, případně z jeho směsi z vodou. Substituované fenylthimočoviny

Amin (0,2 g) rozpustíme v 5 ml ethanolu a přidáme roztok 0,2 g fenylisothiokyanátu v 5 ml ethanolu. Nenastane-li reakce při laboratorní teplotě, zahříváme směs 1-2 minuty. Jestliže se po ochlazení a třeni tyčinkou nevylučují krystaly (aromatické aminy), zahříváme dalších 90

10 minut nebo provedeme reakci bez rozpouštědla, po ukončení reakce vysrážíme produkt 50% vodným ethanolem. Fenylthiomočovinu překrystalizujeme z ethanolu. 8.8.4. Azobarviva

A. Kopulace ve slabě kyselém prostředí (s terc. aromatickými aminy) K roztoku 0,01 mol kopulační složky (pasivní komponenty) v ekvivalentním množství 1M kyseliny (popř. u aromatických aminokyselin ekvivalentní množství 1M hydroxidu sodného) přidáváme při 5-10°C za chlazení a míchání roztok diazoniové soli připravené z 0,01 mol aminu. Z kyselého barevného roztoku je vyloučena sůl barviva neutralizaci sodou a vysolením chloridem sodným. Podle její rozpustnosti ji lze krystalizovat z malého množství vody nebo ze směsi voda-ethanol. B. Kopulace v alkalickém prostředí (s fenoly) K roztoku 0,01 mol fenolu v 0,2 mol 2M hydroxidu sodného (pro každou další kyselou skupinu ve složkách reakce je nutno přidat další ekvivalent hydroxidu) přidáme za míchání při 5-10°C roztok 0,1 mol diazotovaného aminu, pH roztoku kontrolujeme indikátorovým papírkem, popř. přidáme další hydroxid tak, aby roztok zůstal vždy alkalický. Vyloučení barviva se dokončí vysolením chloridem sodným. Barviva se čistí promytím ledovou vodou. 8.8.5. Kvartérní amoniové soli Kvarternizace methyljodidem

Na 1 mmol terciárního aminu přidáme 1,2 mmol methyljodidu. Nejrychleji kvarternizace probíhá v nitromethanu při teplotách 50 až 90 °C. Pro úspěšnou kvarternizace je vždy nezbytné polární rozpouštědlo! Produkt ve formě jodidu se z roztoku vyloučí po ochlazení. K přečištění je nezbytná krystalizace, případně převedení kvarterního amonium jodidu na pikrát, jak je uvedeno výše u solí aminů.

91

8.9.

Nitrosloučeniny, C-nitroso, N-nitroso-, azo-, azoxy- a hydrazosloučeniny

Uvedený dusíkaté sloučeniny lze redukovat v kyselém prostředí neušlechtilými kovy (železu se raději vyhneme z důvodu vzniku špatně filtrovatelných koloidů železitých solí), nejlépe zinkem či cínem, za vzniku primárních aminů. V případě redukce N-nitrososloučenin vznikají N,N-disubstituované hydraziny. Nesymetrické azo-, azoxy- a hydrazosloučeniny poskytují jako produkt dva různé primární aminy. Aminy, resp. hydraziny identifikujeme shora popsanými metodami, směsi aminů nejvýhodněji tenkovrstvou chromatografií po jejich derivatizaci. Redukce cínem v silně kyselém prostředí

Shora uvedené sloučeniny (0,5 g), 1,5 g jemně granulovaného cínu a 8 ml 15-20% vodného roztoku HCl zahříváme k varu pod refluxem po dobu 1 hodiny. Po ochlazení slijeme reakční směs od nerozpuštěného cínu, směs zředíme 5 ml vody a oddělíme nezreagovanou výchozí látku a nebasické vedlejší produkty extrakcí etherem. Vodnou fázi vlijeme rychle do 10% roztoku hydroxidu sodného v přebytku za míchání, amin extrahujeme etherem, etherický roztok vysušíme tuhým hydroxidem draselným a ether oddestilujeme. Přebytek hydroxidu je nezbytný proto, aby se nevytvářela nerozpustná kyselina cíničitá. Amin můžeme také vydestilovat s vodní parou. K identifikaci můžeme použít i surový amin. Při redukci sloučenin s kyselou skupinou (např. kyselina nitrobenzoová, azobarviva s karboxylovou nebo sulfonovou skupinou) není izolace produktu redukce extrakci etherem možná. Avšak aminokyseliny a aminofenoly lze benzoylovat či sulfonylovat příslušnými chloridy kyselin Schottenovou-Baumannovou metodou v alkalickém roztoku (vi výše uvedené).

8.10. Sirné sloučeniny Sirnými sloučeninami, které přicházejí v praktiku v úvahu pro identifikaci, jsou vyšší alkyl- a arylsulfany (charakteristický zápach), dále pak sulfonové kyseliny, sulfonylchloridy, sulfoestery a sulfonamidy. 8.10.1. Monosubstituované alkyl- a arylsulfany

Tyto látky lze identifikovat po reakci s 1-chlor-2,4-dinitrobenzenem jako příslušné 92

sulfidy, výhodně s využitím tenkovrstvé chromatografie. Nebo se oxidační reakcí např. manganistanem draselným v alkalickém prostředí převedou na příslušné sulfonové kyseliny identifikovatelné dále uvedeným způsobem. Alkyl(aryl)-(2,4-dinitrofenyl)sulfid

Vzorek (0,01 molu) se rozpustí ve 30 ml ethanolu, přidá se 1 ml 10M vodného roztoku NaOH a 2 g 1-chlor-2,4-dinitrobenzenu v 10 ml ethanolu. Reakce probíhá obvykle samovolně a dokončí se zahřátím na vodní lázni. Reakční roztok se za horka zfiltruje a sulfid krystaluje ochlazením filtrátu. 8.10.2. Sulfonové kyseliny, jejich chloridy, estery a amidy

Na rozdíl od karboxylových kyselin a jejich derivátů, kde heterolýza vazby acylový uhlík-kyslík (hydroxylu, alkyloxy- a aryloxyskupiny, druhého acylu) a vazby acylový uhlíkdusík se dá většinou provést bez větších obtíží, je heterolýza vazby síra-kyslík, síra-dusík velice pevná. V případě alkylesterů sulfonových kyselin se přednostně štěpí vazba kyslíkuhlík alkylu a alkyl-sulfonáty tak fungují jako alkylační činidla. Proto se sulfonové kyseliny a jejich soli převádějí na reaktivní sulfonylchloridy. Amidy a estery, zejména arylestery, se pak štěpí působením koncentrovaných roztoků kyselin (stejné díly 80% kyseliny sírové a 85% kyseliny fosforečné, za vysokých teplot (až 180 °C) s prodlouženou reakční dobou. Při tom vznikající aminy, alkoholy a fenoly se pak identifikují výše uvedenými metodami. Příprava sulfonylchloridů ze sulfonových kyselin nebo jejich alkalických solí

Bezvodá sulfonová kyselina nebo její sůl (1 g) se promísí ve 25 ml baňce se 2 g chloridu fosforečného. Baňku uzavřeme vzdušným chladičem s chlorkalciovou trubicí a směs zahříváme 30 minut na 120°C. Po ochlazení zředíme směs 20 ml toluenu, krátce povaříme a po ochlazení zfiltrujeme. Z filtrátu získáme sulfonylchlorid oddestilováním toluenu a fosforylchloridu za sníženého tlaku na vodní lázni. Sulfonylchlorid, který zůstane jako destilační zbytek, je vhodný k převedení na sulfonamid. Sulfonamidy

V trojhrdlé baňce (50 ml) opatřené přikapávací nálevkou, chladičem, teploměrem a míchadlem přikapeme za míchání k 10 ml konc. vodného roztoku amoniaku při teplotě 60 °C 1 mmol sulfonylchloridu a zahříváme za míchání, až se vzorek reakční směsi rozpouští 93

v 5% vodném roztoku hydroxidu sodném na čirý roztok a až zmizí zápach sulfochloridu. Po ochlazení sulfonamid odsajeme a vyčistíme krystalisací z vody nebo zředěného ethanolu (1 : 1). S-Benzylisothiouroniové soli sulfonových kyselin

Sodná sůl sulfonové kyseliny v množství 2 až 3 mmol (v případě volné kyseliny se tato rozpustí ve 2 mI 10 % NaOH a zneutralizuje se na fenolftalein zředěnou HCl), se rozpustí v minimálním množství vody a smíchá se za protřepávání s roztokem S-benzylisothiouronium chloridu (250 mg) rozpuštěného v minimálním množství ethanolu za horka. Po 10 min stání roztoku v ledové lázni se sůl odsaje, promyje vodou a rekrystalizuje z vodného ethanolu.

9.

VLASTNÍ IDENTIFIKACE

Pokud jsme připravili deriváty předpokládané hypotetické struktury neznámého vzorku, naměříme jejich fyzikálně-chemická data (teplota tání, index lomu) a porovnáme je s hodnotami v tabulkách (viz Použitá a doporučená literatura), příp. v elektronických databázích. Pokud máme k dispozici chemický čistý standard, provedeme chromatografické srovnání chování standardu s naším připraveným derivátem tenkovrstvou chromatografií (shoda hodnot RF, přesnější je chromatografie směsi standardu a vzorku) a/nebo naměříme „směsné“ teploty tání připraveného derivátu s čistým standardem. Pokud neprokážeme shodu nalezených výsledků měření pro náš vzorek a standardy, tj. neprokážeme identitu neznámého vzorku, provedeme opětovnou analýzu použitého postupu a pokusíme se nalézt chybu a výsledek korigovat. Zpravidla zjistíme, že vada byla na naší straně.

10.

SHRNUTÍ DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ, FORMULACE ZÁVĚRŮ A SEPSÁNÍ PROTOKOLU O PROVEDENÉ ANALÝZE

Dosažené výsledky shrneme do závěrů a sepíšeme protokol o provedené analýze, kde 94

stručně, ale jasně popíšeme použité postupy, kterými jsme ke získaným závěrům došli. Vzory protokolů o provedené analýze jsou uvedeny na konci této příručky.

POUŽITÁ A DOPORUČENÁ LITERATURA 1. Březina J.: Příprava úloh pro cvičení z analytické chemie organických látek: bakalářská práce (vedoucí RNDr. Marta Farková, CSc.). Masarykova univerzita, Brno 2008. 2. Gasparič J., Churáček J.: Papírová a tenkovrstvá chromatografie organických sloučenin: laboratorní příručka. SNTL, Nakl. technické literatury, Praha 1981. 3. Kolektiv autorů: Organická synthesa: Organikum : Vysokoškolská příručka. Academia, Praha 1971. 4. Shriner R. L., Fuson R. C., Curtin D. Y., Morill T. C.: The systematic identification of organic compounds, A Laboratory manual, 6th Edition. J. and Sohns, New York 1980, případně novější vydání. 5. Schwetlick K. und Kollektiv: Organikum. Organisch-chemisches Grundpraktikum, 23. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2009. 6. STRÁNSKÝ Z. Analýza organických sloučenin, 1. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého, 1981. 7. Večeřa M., Gasparič J.: Důkaz a identifikace organických látek, Druhé, přepracované vydání. SNTL, Nakl. technické literatury, Praha 1973. 8. Večeřa M., Gasparič J., Churáček J., Borecký J.: Chemické tabulky organických sloučenin. SNTL, Nakl. technické literatury, Praha 1975.

95

PŘÍLOHA - VZORY PROTOKOLŮ O PROVEDENÉ ANALÝZE

Dále jsou uvedeny tři příklady protokolů o provedené analýze. První je vzorem protokolu z analýzy neznámého vzorku získaného v rámci cvičení za předpokladu, že byl získán uspokojivý výsledek kvantitativní elementární analýzy. Pokud výsledek kvantitativní elementární analýzy je neuspokojivý (tj. nepřesný či nesprávný) nebo není vůbec, je postup obtížnější, ale neznámou látku lze také správně identifikovat. Druhým příkladem je protokol o provedení analýzy neznámého vzorku chemické látky - odpadu, kdy měl analytik k dispozici místo kvantitativní elementární analýzy C, H, N také instrumentální strukturně analytické metody, to je spektroskopie FTIR a 1H- a

13

C-NMR

spektroskopii. Třetím příkladem je analýza voskovitého vzorku, kdy se mělo rozhodnout, zda tento obsahuje oligomery či polymery typu polyethylen nebo polypropylen, resp. polystyren a dále jaké typy parafinů vzorek obsahuje. Příklad problému je natolik složitý, že postupem předvedeným v této příručce je velmi obtížně řešitelný a bylo nutno použít vedle FTIR a 1H- a 13

C-NMR spektroskopií také EI-MS s předřazenou separační metodou (GC-MS).

1.

PROTOKOL O VÝSLEDKU PROVEDENÉ ANALÝZY NEZNÁMÉHO VZORKU V RÁMCI PRAKTIKA „ORGANICKÁ ANALÝZA“

PŮVOD VZORKU: o původu vzorku není nic známo. POPIS VZORKU: našedlá viskózní kapalina fenolického zápachu, hmotnost cca 2 g. PŘEDBĚŽNÉ

OPERACE A POZOROVÁNÍ:

vzorek při spalování hoří čadivým plamenem, popel

nezůstává. Teplota varu stanovená v mikroměřítku na límcovce 200 - 202 °C. Tenkovrstvá chromatografie na Silufolové destičce, detekce skvrn UV světlem a parami jodu: RF - 0,42 (chloroform), 0,69 (diethylether). Nečistoty na startu, látka je tedy prakticky čistá. Modifikovaná Beilsteinova zkouška negativní, důkaz N, S, Cl, Br, I po mineralizaci se sodíkem negativní, ferrox-test pozitivní. Obsah uhlíku cca 77,9 %, obsah vodíku 7,4 %, kyslíku (dopočítán) 14,7 %. Vypočtený sumární vzorec C(6,5), H(7,4), O(0,91), zřejmě tedy C7H8O.

96

Vzorek je nerozpustný ve vodě, nerozpustný v 5% vodném NaHCO3, rozpustný v 2,5M vodném NaOH, Nerozpustný v 5% HCl. Třída rozpustnosti A1. DÍLČÍ

ZÁVĚRY:

zkoumaná látka může být ze skupiny ketonů, aldehydů, anhydridů kyselin,

zřejmě aromatických, fenolů. DALŠÍ SKUPINOVÉ A KLASIFIKAČNÍ REAKCE: Reakce s vodným roztokem KMnO4 pozitivní (sraženina oxidu manganičitého rozpustná přídavkem kyseliny šťavelové) - zřejmě methylaromát, test s bromem pozitivní (odbarvení roztoku a vznik par bromovodíku), ve vodě vznik sraženiny - zřejmě fenol, test s Tollensovým činidlem negativní - není aldehyd, test s bezvodým chloridem hlinitým v suchém chloroformu pozitivní (zelené zbarvení) - aromát s donorními substituenty, test s chloridem železitým pozitivní (fialově zbarvený komplex) - fenol, test s 2,4dinitrofenylhydrazinem negativní - nejedná se o karbonylovou sloučeninu. DÍLČÍ

ZÁVĚRY:

zkoumaný vzorek je s velikou pravděpodobností alkylsubstituovaný fenol.

EDK pro C7H8O = 4. C6 pro aromatický skelet, OH, zbývá C1H7. Disubstituovaný benzen má H4, zbývá C1H3 - methyl. Zkoumanou látkou by měl být jeden z methylfenolů - krezolů (o-, m-, p-). Poznámka autora: EDK je tzv. ekvivalent dvojných vazeb a kruhů (nebo také index nenasycenosti).

NÁVRH DERIVÁTŮ PRO IDENTIFIKACI: V Tabulkách organických sloučenin byly pro uvedené krezoly nalezeny hodnoty teplot tání následujících derivátů: -

o-kresol - dibromderivát, t. tání 56 °C, aryloxyoctová kyselina, t. tání 152 °C m-kresol - tribromderivát, t. tání 84 °C, aryloxyoctová kyselina, t. tání 103 °C p-kresol - dibromderivát, t. tání 49 °C, aryloxyoctová kyselina, t. tání 136 °C

Bromderivát kresolu byl připraven reakcí kresolu ve vodě s 3 ekvivalenty bromu. Brom zreagoval kvantitativně. Tato skutečnost a nalezená teplota tání 80-82 °C ukazuje na mkresol. Aryloxyoctová kyselina byla připravena postupem uvedeným ve skriptech. T. tání 101-103 °C. Dosavadní závěry ukazují, že neznámým vzorkem je m-kresol. Proto byla z komerčně dostupného standardu m-kresolu připravena 3-methylfenyloctová kyselina. Byla naměřena směsná teplota tání aryloctové kyseliny připravené z analyzovaného vzorku a ze standardu mkresolu, nebyla pozorována deprese teploty tání (102-103 °C). Rovněž tenkovrstvá chromatografie potvrdila identitu. 97

ZÁVĚR: předložený vzorek je m-kresol (4-methylfenol). CH3

OH V Brně dne Analýzu provedl a protokol vypracoval:

2.

PROTOKOL - VÝSLEDEK ANALÝZY DODANÉHO VZORKU NEZNÁMÉ LÁTKY – CHEMICKÉHO ODPADU ZE DNE 16. 8. 2004

PŮVOD VZORKU: vzorek odebrán ze sudů vylitých při přepravě chemického odpadu po havárii BLIŽŠÍ

SPECIFIKACE:

původ vzorku neznámý, jako poslední původce odpadu označen ZAS

Nivnice POPIS VZORKU: hnědá viskózní kapalina na vzduchu silně dýmající se zápachem po amoniaku CHEMICKÉ VLASTNOSTI: vzorek je mísitelný s vodou a nerozpustný v diethyletheru. Ve vodě poskytuje silně bazický roztok, je neomezeně mísitelný s ethanolem, chloroformem, mírně rozpustný v petroléteru. Látka hoří velmi neochotně. Elementární analýza po mineralizaci sodíkem: látka obsahuje dusík, uhlík, neobsahuje síru, halogeny, fosfor. Výsledek testů na kyslík (ferrox-test, test s jodem v chloroformu) je nejednoznačný. TLC (SILUFOL, ELUENT DIETHYLETHER): vzorek obsahuje jednu hlavní komponentu s RF 0,25 a nečistoty na startu (test s KSCN na skvrně prokázal trojmocné železo, zřejmě rez z transportního kontejneru). DÍLČÍ

ZÁVĚRY:

zkoumaný vzorek obsahuje nízkomolekulární organickou látku obsahující

větší množství polárních skupin (amino, hydroxy, karbonyl, případně funkcionalizovaný), mohlo by se jednat o ethanolaminy (mono-, di-, tri), ethylendiamin, diethylentriamin, tris-2aminoethylamin, případně o jejich strukturní variace a deriváty.

98

IDENTIFIKACE: Infračervená spektroskopie (spektrum v příloze) ukázala, že se nejedná o aldehyd, keton, karboxylovou kyselinu, ester ani další funkční derivát. Spektra NMR (1H i

13

C NMR, naměřená) potvrdila přítomnost dvou neekvivalentních

methylenových skupin a dále amino, resp. hydroxyskupin, protony jsou v poměru cca 8 : 5. Oba typy spekter velice dobře korelují se simulovaným spektrem pro diethylentriamin. Pro konečné určení identity byl vzorek převeden reakcí s kyselinou pikrovou na pikrát s teplotou tání 209 – 211 °C (rozkl., H2O) - (tabelovaná teplota pro tripikrát diethylentriaminu je 210-212 °C), reakcí s kyselinou chlorovodíkovou v ethanolu na hydrochlorid – teplota tání 228-229 °C (ethanol-voda) - (tabelovaná hodnota 228-230 °C), a reakcí s benzoyl chloridem za podmínek Schotten-Baumannovy reakce na tribenzoyl derivát s teplotou tání 165 -167 °C (chloroform) – (tabelovaná hodnota 166 °C). Acidometrická titrace odměrným roztokem kyseliny chlorovodíkové prokázala zastoupení diethylentriaminu ve vzorku cca 89 – 94%. ZÁVĚR: předložený vzorek je cca 92% diethylentriamin (bis-2-aminoethylamin) obsahující jako další komponenty stopy sloučenin železa a vodu, případně chemicky vázaný oxid uhličitý a vodu (karbonát).

NH H2N

NH2

KOMENTÁŘ: 1. Substance není běžně využívána v zemědělství jako prostředek na ochranu rostlin, ani není součástí pesticidních a jiných podobných přípravků. V největší míře se používá jako vytvrzovadlo do epoxidových pryskyřic, dále jako antikorozní přísaha, tenzid, případně jako analytické činidlo a meziprodukt pro chemické syntézy. 2. Látka je biodegradovatelná a po naředění vodou na koncentraci cca 1-2 % by mohla být zpracována v (chemické) čističce odpadních vod. 3. Látka patří do skupiny látek dráždících kůži a sliznice (oči, dýchací ústrojí), její toxicita je relativně nízká (LD50 (krysa, orálně) – 1080 mg/kg; LD50 (králík, kůže) – 1090 mg/kg.

V Brně dne 18. 8. 2004 Vypracoval: doc. RNDr. Pavel Pazdera, CSc.

99

3.

PROTOKOL - VÝSLEDEK ANALÝZY NEZNÁMÉHO VOSKOVITÉHO VZORKU,

kdy se mělo rozhodnout, zda tento obsahuje oligomery či polymery typu polyethylen, polypropylen nebo polystyren a dále jaké typy parafinů vzorek obsahuje. 1. Předběžné zkoušky a smyslová pozorování Vzhledem ledu podobná nažloutlá amorfní průsvitná hmota, vryp je bílý. Bez zřetelné vůně. Roztavený vzorek hoří prakticky nečadivým plamenem (vylučuje přítomnost nenasycených uhlovodíkových skeletů a/nebo aromátů), spalování vzorku pod měděnou síťkou nevyvolává zabarvení plamene do modro/zelena přítomnými těkavými sloučeninami mědi (halogenidy, kyanidy, cheláty). S ohledem na údaje poskytnuté ke zkoumanému vzorku zadavatelem a k výsledkům nalezených při předběžných zkouškách se zřejmě jedná o směs vyšších alifatických alkanů – parafinů, případně ve směsi s možným polymerem typu PE, PP, ale zřejmě ne PS. 2. Důkaz kyslíku, síry, chloru a dusíku Spálením analyzovaného vzorku se sodíkem a analýzou výluhu z popela po spálení bylo zjištěno, že analyzovaný vzorek neobsahuje halogeny (negativní výsledek srážecí reakce s ethanolickým roztokem dusičnanu stříbrného), neobsahuje síru (negativní barevná reakce s nitroprusidem sodným), dusík (negativní důkaz kyanidového aniontu ve výluhu z popela po mineralizaci vzorku přes N-kyanpyridinium chlorid). Analyzovaný vzorek nevykazoval ani pozitivní kyslíkový test tvorbou hnědého CT-komplexu s roztokem jodu v chloroformu. Získané výsledky ukazují, že analyzovaný vzorek neobsahuje polymery, případně kopolymery typu polyvinylchloridu PVC, polyesterů PES, polyamidů PAD vč. polyurethanů, polyakrylonitrilů PAN, polystyrenu, případně síťovaného divinylbenzenem apod. Dále získané výsledky ukazují, že zkoumaný vzorek je s vysokou pravděpodobností danou citlivostí použitých metod směsí vyšších lineárních alkanů, parafinů. 3. Testy rozpustnosti Byly provedeny testy rozpustnosti analyzovaného vzorku v heptanu, cyklohexanu a chloroformu. Bylo nalezeno, že analyzovaný vzorek je bezezbytku rozpustný ve všech třech uvedených rozpouštědlech, a dále je v tavenině (teplota cca 85 °C) s těmito rozpouštědly neomezeně mísitelný. Uvedená zjištění ukazují, že vzorek neobsahoval polyethylen a/nebo polypropylen v některé z jeho forem. Oba uvedené typy polymerů nejsou totiž v uvedených 100

rozpouštědlech rozpustné, případný přítomný polystyren pak není rozpustný v alkanech a cykloalkanech. 4. Spektrum FT IR Bylo proměřeno spektrum FT IR filmu analyzovaného vzorku na kalium bromidové destičce na FT IR spektrometru společnosti Bruker v oblasti vlnočtů 450 – 4000 cm-1. Ve spektru byly nalezeny výrazné valenční vibrace (symetrické i antisymetrické) –CH2- skupin (2915 a 2847 cm-1), rovinné deformační vibrace –CH2- skupin (1376 cm-1) a mimorovinné deformační vibrace –CH2- skupin (729 a 720 cm-1). Dále pak valenční vibrace C-C alkylových řetězců (1471 a 1462 cm-1). Naopak nebyly nalezeny příslušné vibrační pásy charakteristické pro nenasycené C=C strukturní motivy i aromatické skelety, vibrace karbonylových strukturních motivů v esterech, amidech vč. urethanových. Dále nebyly nalezeny valenční vibrace charakteristické pro kyanovou skupinu v nitrilech. Uvedené nálezy potvrdily závěry uvedené v předchozích odstavcích. 5. Spektrum 1H NMR spektroskopie Spektrum bylo získáno měřením vzorku v 5 mm skleněné NMR kyvetě v nasyceném roztoku chloroformu při teplotě místnosti, vnitřní standard TMS, na NMR přístroji Bruker Avance 300 MHz. Ve spektru byly nalezeny jako nejintenzivnější píky při hodnotách chemického posunu 1.30 ppm (multipletní signál) odpovídající lineárním nerozvětvených řetězcům –CH2- skupin alkanů. Dále triplet při chemickém posunu 0.9 ppm odpovídající koncovým methylovým-CH3 skupinám vázaných na sousedním řetězci –CH2- skupin alkanů. Signál zřejmě překrývá dublet methylových skupin vázaných na sekundárním CH strukturním motivu. S ohledem na intenzitou velmi slabém signálu multipletu při 1.57 ppm odpovídajícím CH strukturním motivu je větvení parafinových řetězců nevýznamné. Nalezená zjištění rovněž potvrzují výše uvedený předpoklad, že analyzovaný vzorek je směsí lineárních vyšších parafinů. 6. EI-MS a GC-MS analýzy Byla provedena EI-MS analýza zkoumaného vzorku při energii 70 eV na přístroji GC-MS Trio 1000 (Fison Instruments) s přímým vstupem. V EI-MS spektru byly pozorovány píky fragmentů odpovídajících alkylovým zbytkům CnH2n+1. Fragmentace molekulárních štěpů z větvených uhlíkových sekundárních nebo terciárních strukturních motivů byly ve spektru

101

zastoupeny nevýznamně nebo nebyly pozorovány vůbec. Podle M/Z hodnot píků jsou ve vzorku nejvýznamněji zastoupeny uhlovodíky s 20 uhlíky (kosany) a 30 uhlíky (kontany). Naopak uhlovodíky s počtem uhlíku pod 20 a nad 30, resp. 40 uhlíků jsou zastoupeny pouze okrajově. Podobné výsledky byly získány z GC MS experimentů, které ukázaly na přítomnost cca 20 lineárních alkanů. S ohledem na pozorované retenční časy lze potvrdit v předchozím odstavci uvedené závěry. Podrobnější vyhodnocení složení vzorku voskové kompozice MIKROCER LMP na základě provedených GC MS experimentů vyžaduje přístup do placených databází a korelační výpočty s využitím komerčního software. Proto bude provedeno až dle dalších požadavků zadavatele. 7. Závěry Provedené analytické postupy neprokázaly přítomnost syntetických polymerů ve zkoumaném vzorku. Dále bylo zjištěno, že zkoumaný vzorek obsahuje směs lineárních alkanů, z nichž nejvýznamněji jsou zastoupeny nasycené lineární alkany s 20 uhlíky (kosany) a 30 uhlíky (kontany). Uhlovodíky s počtem uhlíku pod 20 a nad 30, resp. 40 uhlíků jsou zastoupeny pouze okrajově, stejně jako větvené alkany. V Brně dne 10. 4. 2011 doc. RNDr. Pavel Pazdera, CSc.

102

Název: Autoři: Vydavatel: Vydání: Náklad: Tisk: ISBN 978-80-210-5817-0

Organická analýza – praktikum RNDr. Marta Farková, CSc., doc. RNDr. Pavel Pazdera, CSc. Masarykova univerzita, Brno první, 2012 300 výtisků OPTYS, spol. s r.o., U Sušárny 301, 747 56 Dolní Životice