PRINCIPY KVALITATIVNÍ ANALÝZY ORGANICKÝCH LÁTEK • • • • • • •
Základní pojmy Obecné schéma Předběžné zkoušky Elementární analýza Určení stechiometrického a molekulového vzorce Klasifikační reakce Možnosti identifikace ve vybraných skupinách sloučenin
Základní pojmy organické kvalitativní analýzy • elementární analýza – důkaz přítomnosti, resp. stanovení jednotlivých • • • • • •
prvků (C, H, O, N, S, Hal, B, Me, …) charakterizace – systematický popis fyzikálních a chemických vlastností látky klasifikační reakce – charakteristické reakce umožňující zařazení látky podle projevu funkční skupiny nebo zbytku molekuly do určité třídy sloučenin funkční analýza – důkaz a stanovení funkčních skupin v org. látce konstituční analýza – určování konstituce organické látky, tj. strukturního vzorce (bez ohledu na prostorové uspořádání molekuly) strukturní analýza – určení úplné struktury látky, včetně prostorového uspořádání, tj. konstituce, konfigurace a konformace molekuly identifikace – ztotožnění zkoumané látky s látkou popsanou v literatuře
1
Neznámá látka
čistá látka
směs
vnější popis a základní charakterizace (měření fyzikálních konstant)
dělení klasickými postupy (krystalizace, extrakce, destilace, preparativní chromatografie…)
určení rozpustnosti
izolace složek
GC-MS, LC-MS nebo CE-MS analýza
částečná identifikace složek
elementární analýza a určení molekulového vzorce 1. skupinové a klasifikační reakce 2. (příprava derivátů a jejich charakterizace) 3. molekulová. spektra: UV/VIS, IR/Raman, NMR, MS 4. retenční chromatografická data
interpretace spekter konfrontace dat s literaturou, porovnání se standardy
úplná identifikace složek
Předběžné zkoušky • Základní charakterizace – – – – –
vzhled látky teplota tání, teplota varu hustota index lomu měrná optická otáčivost
• Zjištění rozpustnosti látky a klasifikace podle rozpustnosti
2
Klasifikace organických látek podle rozpustnosti Skupina
Charakteristika
Sloučeniny
S1
látky rozpustné ve vodě i v ethyletheru
nižší členy většiny homologických řad (kromě uhlovodíků a halogenderivátů): alkoholy, aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny, estery, laktony, aminy, amidy, vícemocné fenoly…
S2
látky rozpustné ve vodě a nerozpustné v etheru
sulfokyseliny a polární látky s více polárními skupinami: dikarboxylové kyseliny, polyoly, cukry, diaminy, aminoalkoholy, aminokyseliny…
A1
látky nerozpustné ve vodě, rozpustné v 5 % vodném roztoku NaOH i v 5 % NaHCO3
kyselé látky: aromatické karboxylové kyseliny, fenoly substituované elektronegativními skupinami, acylhalogenidy, aminoarylsufokyseliny
A2
látky nerozpustné ve vodě, nerozpustné v 5 % vodném NaHCO3, rozpustné v 5 % NaOH
slabě kyselé látky: fenoly, enoly, thioly, oximy, imidy…
Klasifikace organických látek podle rozpustnosti (2) Skupina
Charakteristika
Sloučeniny
B
látky nerozpustné ve vodě, rozpustné ve zředěné HCl
bazické látky: aminy, hydraziny
M
látky neutrální nerozpustné ve vodě obsahující N nebo S nebo další prvky
aromatické nitrosloučeniny, azosloučeniny, hydrazosloučeniny, substituované aromatické aminy, sulfonamidy
N
látky neutrální, nerozpustné ve vodě, obsahující pouze C, H, případně O a halogeny, rozpustné za chladu v konc. H2SO4
alkeny, dieny, polyeny, alkyny, alkylderiváty aromatických uhlovodíků, vyšší alkoholy, aldehydy, ethery, chinony…
I
látky inertní, nerozpustné ve vodě ani v konc. H2SO4 ani v reaktivních rozpouštědlech
alkany, cykloalkany, aromatické uhlovodíky a jejich halogenderiváty
3
Elementární analýza Kvalitativní elementární analýza – důkaz prvků Uhlík a vodík – spalování a vznik spalných produktů Dusík, síra a halogeny – LASSAIGNEOVA zkouška tavení vzorku se sodíkem, výluh taveniny vodou a důkazové reakce vzniklých anorganických látek: C(org) + N(org) + Na → NaCN → důkaz jako berlínská modř C(org) + N(org) + S(org) + Na → NaSCN → důkaz železitou solí (č. komplex) S(org) + Na → Na2S → důkaz nitroprusidem → důkaz srážením stříbrné soli X(org) + Na → NaX nebo důkaz leptací zkouškou Přítomnost chloru a bromu (včetně počtu atomů v molekule) lze určit z hmotnostního spektra látky (izotopové píky a jejich poměry).
Izotopové složení a atomové hmotnosti běžných prvků Prvek
Střední Ar (u)
Nuklid Výskyt nuklidu (%) Přesná hmotnost (u)
H
1,00797
1
99,985
1,00783
2
0,015
2,01410
H H (D)
C
12,01115
12
98,90
12,00000
13
1,10
13,00336
14
99,643
14,0031
15
0,366
15,0001
16
99,762
15,9949
17
0,038
16,9991
18
0,200
17,9992
C C
N
14,0067
N N
O
15,9994
O O O
4
Izotopové složení a atomové hmotnosti běžných prvků (2) Prvek
Střední Ar (u)
Nuklid Výskyt nuklidu (%) Přesná hmotnost (u)
F
18,9984
19
P
30,9738
31
100
30,9738
32,064
32
95,02
31,9721
33
0,75
32,9715
34
4,21
33,9679
35
75,77
34,9689
37
24,23
36,9659
79
50,69
78,9183
81
49,31
80,9163
100
126,9045
S
F P S S S
Cl
35,453
Cl Cl
Br
79,909
Br Br
I
126,9045
127
I
100
18,9984
Izotopové příspěvky v hmotnostních spektrech sloučenin chloru Izotopové složení chloru 35 Cl 75,77 % 37 Cl 24,23 % I
Cl
Cl2 M
M
Cl3 M
M+2
M+2 M+2
M+4 M+6
M+4
m/z poměr
100 : 33
m/z 100 : 65: 11
m/z 100 : 98 : 32 : 3,5
5
Izotopové příspěvky v hmotnostních spektrech sloučenin bromu Izotopové složení bromu 79 Br 50,69 % 81 Br 49,31 % I
Br
M+2 M+4
Br2
Br3
M+2
M
M
M+2
M+4
m/z poměr
100 : 98
M+6
M
m/z 100 : 195 : 95
m/z 100 : 293 : 286 : 93
Izotopové příspěvky v hmotnostních spektrech sloučenin bromu a chloru Izotopové složení chloru 35 Cl 75,77 % 37 Cl 24,23 % I
Izotopové složení bromu 79 Br 50,69 % 81 Br 49,31 % BrCl
M+2
Br2Cl
BrCl2 M+2
M+4
M+2 M
M
M M+4
M+4
M+6 M+6
m/z poměr
100 : 130 : 32
m/z 100 : 228 : 159 : 32
m/z 100 : 163 : 74 : 10
6
Příklady spekter halogenderivátů
Příklady spekter halogenderivátů (2)
7
Kvantitativní elementární analýza Uhlík a vodík – LIEBIGOVA metoda a její modifikace látka se zahřívá v křemenné trubici na Pt lodičce v proudu O2 nebo vzduchu a rozkladné produkty se vedou vrstvou CuO → oxidace organické hmoty na CO2 + H2O zachycení vody v chloristanu hořečnatém zachycení CO2 ve vrstvě nátronového asbestu
vážkové stanovení
obsahuje-li látka také dusík, oxidy dusíku vzniklé spalováním se zachytí na vrstvě MnO2 ještě před záchytem vody a CO2.
Kvantitativní elementární analýza (2) Dusík DUMASOVA metoda látka + práškový CuO se zahřívá v trubici naplněné drátkovým CuO v proudu CO2 → elementární C + N2 + oxidy dusíku + CO2 + H2O redukce oxidů dusíku na vrstvě žhavé mědi → měří se objem vzniklého N2 (plynoměrná byreta) KJELDAHLOVA metoda látka se rozkládá varem v konc. H2SO4 za přítomnosti K2SO4 a katalyzátoru (např. Se, CuSO4, HgO) při t 380–400 °C N(org) → (NH4)2SO4 ze síranu amonného se hydroxidem sodným uvolní amoniak, ten se stanoví titračně (po oddělení destilací se jímá do odměrném roztoku H2SO4 a přebytek kyseliny se ztitruje hydroxidem)
8
Kvantitativní elementární analýza (3) Halogeny a síra SCHÖNIGEROVA metoda látka se ve filtračním papíře spaluje v uzavřené baňce naplněné kyslíkem a alkalickým roztokem peroxidu vodíku → elementární halogen + halogenovodík pohltí se v alkalickém roztoku H2O2→ NaX → titrační stanovení S(org) → Na2SO4 → vážkové nebo titrační stanovení
Kvantitativní elementární analýza (4) Automatické analyzátory C, H, N (O)
• založeny na klasických principech oxidačního a redukčního rozkladu spalování probíhá v proudu He (nosný plyn) + 3 % O2 • vznikající plynné produkty (CO2 + H2O + N2 …) se stanoví plynovou chromatografií (oddělené kolony pro separaci a detekci vody a pro CO2 + N2, detekce katharometrem) • jiná možnost: stanovení CO2 a H2O infračervenou spektrometrií
9
Výpočet stechiometrického vzorce Příklad látka obsahuje 40,2 % C, 7,3 % H, 7,8 % N; určete vzorec Řešení: obsah kyslíku se dopočte do 100 %: 100 – 40,2 – 7,3 – 7,8 = 44,7 obsahy prvků se vydělí atomovými hmotnostmi a následně se vypočtené poměry vydělí nejmenším poměrem: C: 40,2/12 = 3,35 H: 7,3/1 = 7,3 N: 7,8/14 = 0,557 O: 44,7/16 = 2,793
3,35/0,557 = 6,01 → 6 atomů C 7,3/0,557 = 13,11 → 13 atomů H 0,557/0,557 = 1 → 1 atom N 2,793/0,557 = 5,01 → 5 atomů O
stechiometrický vzorec je C6H13NO5 molekulový vzorec může být C6H13NO5 nebo C12H26N2O10 nebo C18H39N3O15 …
Co lze poznat z molekulového vzorce látky? • molekulovou hmotnost • zda se jedná o sloučeninu nasycenou nebo nenasycenou index nenasycenosti (unsaturation index), index deficitu vodíku (index of hydrogen deficiency)
U = 1 + 0,5 . (2 . počet C + počet N a P – počet H – počet Hal) (kyslík a síra se nezapočítávají) U=0 U=1 U=2 U=3
→ nasycená sloučenina → jedna dvojná vazba nebo jeden kruh → dvě dvojné vazby nebo jedna trojná nebo jedna dvojná a jeden kruh → tři dvojné vazby nebo dvě dvojné a jeden kruh nebo jedna dvojná a dva kruhy nebo jedna trojná a jeden kruh U = 4 → čtyři dvojné vazby nebo tři dvojné a jeden kruh nebo dvě dvojné a dva kruhy nebo jedna dvojná a tři kruhy nebo dvě trojné vazby nebo jedna trojná a dvě dvojné vazby nebo jedna trojná, jedna dvojná a jeden kruh nebo jedna trojná vazba a dva kruhy
10
Hmotnostní spektrum, molekulová hmotnost a molekulový vzorec Molekulový ion v hmotnostním spektru
symbol M+. • obvykle nejvyšší hodnota m/z ve spektru kromě izotopových iontů, např. M+1 – (přítomnost 13C), (M+2 – halogeny) monoizotopická hmotnost = m/z molekulového iontu (předpoklad z = 1) • ve spektru mohou být i ionty s vyšší hmotností, např. (M+H)+, (M+Na)+… • ve EI-MS spektrech některých sloučenin jsou molekulové ionty slabé (molekuly se silně rozvětveným skeletem, ethery, alifatické aldehydy, estery, alifatické karboxylové kyseliny, aminy), nebo zcela chybí (některé alkoholy, aminy); ve spektru pak převažují fragmentové ionty
Další vlastnosti molekulového iontu • ion obsahuje lichý počet elektronů • v EI-MS spektru se molekulový ion dále fragmentuje • rozdíl hmotnosti molekulového iontu a fragmentového iontu
odpovídá ztrátě jiného iontu nebo elektroneutrální částice • rozdíl hmotnosti od 3 do 14 nebo od 21 do 25 neodpovídá vzniku fragmentového iontu • dusíkové pravidlo: molekula se sudým počtem atomů N (včetně nuly) má po zaokrouhlení sudou molekulovou hmotnost a naopak molekula s lichým počtem N má lichou molekulovou hmotnost • obsahuje-li ion heteroatomy (halogeny, S…) nebo vyšší počet C, molekulový ion je součástí klastru izotopových iontů M+1, M+2…
11
Hmotnost molekuly, částice, iontu • nominální = součet hmotnostních čísel atomů např. pro ethanol C2H6O 2 .12 + 6 .1 + 16 = 46 • průměrná = součet středních atomových hmotností 2 . 12, 01115 + 6 . 1,00797 + 15,9994 = 46,06952 • monoizotopická = součet atomových hmotností hlavních nuklidů 2 . 12,0000 + 6 . 1,00783 + 15,9949 = 46,04188
Molekulové ionty s vysokou hmotností I
M
C20H24N2O
• vyšší počet C v molekule
Mprům = 308,4271 Mmono= 308,1890
→ vyšší pravděpodobnost výskytu atomu 13C → objevuje se ion M+1 je-li intenzita iontu M=100, pak intenzita M+1 = počet C · 1,1 + + počet H · 0,015 + počet N · 0,37 + + počet O · 0,04 + počet S · 0,8 • velmi vysoký počet C → možnost výskytu dvou atomů 13C → ion M+2 intenzita M+2 = (počet C . 1,1)2/200 + + počet O · 0,2 + počet S · 4,4
M+1
poměr (M+1)/M: 23,1 %
m/z I
M
triolein C57H104O6 M+1
M+2
Mprům = 885,4608 Mmono= 884,7837
poměr (M+1)/M: 64,5 % poměr (M+2)/M: 20,9 % m/z
12
Odvození možných vzorců látky z přibližně známé molekulové hmotnosti – třináctkové pravidlo
1.
určíme základní vzorec uhlovodíku s odpovídající molekulovou hmotností nominální mol. hmotnost látky vydělíme třinácti: M/13 = n + r/13 (n a r jsou přirozená čísla) odpovídající základní vzorec uhlovodíku je CnHn+r např. M= 94 M/13 = 7 + 3/13 vzorec je C7H10
Třináctkové pravidlo (2) 2.
odvodíme vzorce jiných uhlovodíků a derivátů: v základním vzorci uhlovodíku zaměňujeme atom(y) C a atomy H za atomy jiných prvků (O, N, S, Cl, Br…) podle tabulky ekvivalentních nominálních hmotností: přidáme C
odebereme
přidáme
odebereme
H12
35
Cl
C2H11
Br
C6H7
Br
C5H19
H12
C
79
O
CH4
79
O2
C2H8
F
CH7
O3
C3H12
Si
C2H4
N
CH2
P
C2H7
N2
C2H4
I
C9H19
S
C2H8
I
C10H7
13
Třináctkové pravidlo (3) Příklad: M = 94, základní vzorec uhlovodíku je C7H10 , U = 3 Další vzorce odvozených sloučenin jsou: C6H22 C6H6O C5H2O2 C5H4NO C5H2S C6H8N C5H3P C6H3F CH3Br …
U = 1 + 0,5 . (2 . 6 – 22) = – 4 (neexistuje) U=4 U=5 U = 4,5 (neexistuje) U=5 U = 3,5 (neexistuje) U=5 U=5 U=0
Určení molekulového vzorce z přesné molekulové hmotnosti • vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS)
→ přesné změření hmotnosti iontu→ přesná mol. hmotnost • rozdíl relativních atomových hmotností dvojice sousedních prvků (nuklidů), tj. např. 12C a 14N, 14N a 16O, 16O a 19F, není celé číslo: Ar (14N) – Ar (12C) = 14,0031 – 12 = 2,0031 Ar (16O) – Ar (14N) = 15,9949 – 14,0031 = 1,9918 Ar (19F) – Ar (16O) = 18,9984 – 15,9949 = 3,0035 proto částice se stejnou nominální hmotností nemají přesně shodnou hmotnost, např. Mr(CH4) = Ar (12C) + 4 . Ar (1H) = 16,03132 ≠ Ar (16O) = 15,9949 skupina CH2: Ar (12C) + 2 . Ar (1H) = 14,01566 ≠ Ar (14N) = 14,0031 • přesná hmotnost je závislá na prvkovém složení → prvkové složení lze určit výpočtem
14
Určení molekulového vzorce z přesné molekulové hmotnosti (2) Příklad hmotnostní spektrum (EI-MS) neznámé látky
HO CH2CH2NH2
HO
M =153,0786 M ≈ 153 153/13 = 11 + (10/13) základní uhlovodík C11H21
vzorec
vypočtená monoizotopická hmotnost index nenasycenosti
pozn. neexistuje
C11H21
153,1644
1,5
C10H19N
153,1519
2
C8H15N3
153,1268
2
C8H11NO2
153,0790
4
C8H11NS
153,0613
4
Klasifikační reakce organických látek 1. Zkouška na kyselost a zásaditost vodný roztok látky se zkouší indikátorovým papírkem
2. Reakce s manganistanem draselným odbarvení vodného nebo acetonového roztoku látky a vyloučení MnO2 reagují: sloučeniny s dvojnou a trojnou vazbou a snadno oxidovatelné látky
3. Reakce s bromem adice bromu na dvojnou vazbu při reakci látky v chloroformovém (nebo sirouhlíkovém nebo tetrachlormethanovém) roztoku: C
C
+
Br2
C
C
Br
Br
reagují: alkeny a cykloalkeny (při substitučních reakcích aromatických nebo nasycených sloučenin vzniká HBr – takto reagují např. fenoly)
15
Klasifikační reakce organických látek (2) 4. Reakce s H2SO4 a formaldehydem vznik barevných pryskyřičnatých produktů reagují: cykloalkany, areny a jejich deriváty, polycyklické uhlovodíky
5. Štepení reakcí s anhydridem 3,5-dinitrobenzoové kyseliny vznik 3,5-dinitroalkylbenzoátů z etherů:
R
O
R´
+ O 2N
O2N
NO2
O 2N
SnCl4 C O
O
C O
COOR
120°C NO2
O2N
O2N
+
COOR´
O2N
reagují: ethery vzniklé estery se identifikují metodou TLC
Klasifikační reakce organických látek (3) 6. Sodíkový test reakcí sodíku se sloučeninami s aktivním vodíkem se uvolňuje vodík reagují: sloučeniny se skupinami –OH, -SH, -NH-, dále s aktivními methylovými skupinami (aceton, acetofenon), s aktivními methylenovými skupinami (β-ketoestery, β-diketony…), a aktivními methinovými skupinami (1-alkyny)
7. Reakce s AlCl3 v chloroformu vznik barevných produktů trifenylmethanového typu (Ar3C+ AlCl4-) pravděpodobně mechanismem FRIEDEL-CRAFTSOVY reakce reagují: naftalen, anthracen, fenanthren, arylhalogenidy
16
Klasifikační reakce organických látek (4) 8. Reakce s NaI v acetonu vznik sraženiny za chladu a při 50 °C reagují: alkylchloridy, alkylbromidy, acylhalogenidy, α-chlor- nebo α-brom-substituované ketony, estery, amidy a nitrily
9. Acylace a) acetylace: alkoholy a fenoly reagují s acetylchloridem za přítomnosti dimethylanilinu a vznikají příslušné estery kys. octové, které lze dokázat hydroxamovým testem (20) b) 3,5-dinitrobenzoylace: 3,5-dinitrobenzoylchlorid reaguje s alkoholy, fenoly, thioly a aminy Produkty reakcí se identifikují pomocí TLC.
Klasifikační reakce organických látek (5) 10. Reakce s hexanitratoceričitanem amonným vznik červeně zbarvených komplexů s hydroxysloučeninami: ROH + [Ce(NO3)6]2- → [Ce(RO)(NO3)5]2- + HNO3
reagují: fenoly a alkoholy asi do C10, hydroxylaminy, hydroxyaldehydy
17
Klasifikační reakce organických látek (6) 11. Reakce s kyselinou jodistou štěpení a oxidace diolů, polyolů, hydroxyaldehydů, hydroxyketonů, diketonů a cukrů za vzniku kyseliny jodičné, příslušného aldehydu a kyseliny: R C CH
O OH
+
H5IO6
R
(HNO3)
+
COOH
R´ CH=O
+
HIO3
+
2 H2O
R´ R je alkyl nebo vodík
CH2OH ( CHOH )n
+
(n+1) H5IO6
CH2OH
(HNO3)
2 HCHO
+
n HCOOH
+
(n+1) HIO3
+
(2n+3) H2O
vzniklá kys. jodičná se dokáže reakcí s AgNO3 → bílá sraženina AgIO3 nerozpustná ve zředěné HNO3
Klasifikační reakce organických látek (7) 12. Reakce s chloridem železitým vznik barevných komplexů s FeCl3 ve vodném prostředí reagují: fenoly, fenolové kyseliny, enoly, alifatické aminokyseliny, hydroxamové kyseliny, thioly, thiofenoly…
13. Reakce s diazoniovou solí vznik azobarviv kopulační reakcí fenolů s nesubstituovanou polohou para nebo alespoň jednou volnou polohou ortho v mírně alkalickém prostředí (octan sodný) HO
+
N
+ N
NO2
HO
N N
NO2
žlutý až oranžový produkt (po přídavku NaOH červený)
v prostředí kys. octové reagují aromatické aminy (primární, sekundární i terciární): (CH3)2N
+
N
+ N
NO2
(CH3)2N
N N
NO2
18
Klasifikační reakce organických látek (8) 14. LIEBERMANNOVA reakce vznik barevných produktů reakcí s NaNO2 a konc. H2SO4 reagují: fenoly a substituované fenoly s volnou polohou para předpokládaný mechanismus: nitrosace v para poloze, kondenzace s další molekulou fenolu na indofenol O N OH produkty jsou modrozelené, po zředění roztok zčervená, zalkalizováním opět zmodrá
15. Reakce s 2,4-dinitrofenylhydrazinem vznik žlutých, oranžových až červených sraženin dinitrofenylhydrazonů v kyselém prostředí R
CH
O
+
H2N
N H
NO2
- H2O
R
CH
O2 N
N
N H
NO2
O2 N
reagují: aldehydy a ketony (s výjimkou některých halogensubstituovaných a. a vinylketonů), cukry a některé estery
Klasifikační reakce organických látek (9) 16. Reakce s TOLLENSOVÝM činidlem vyredukování kovového stříbra z alkalicko-amoniakálního roztoku hydroxidu (oxidu) stříbrného: R-CH=O + 2 [Ag(NH3)2]OH → R-COONH4 + 2 Ag + 3 NH3 + H2O
reagují: alifatické i aromatické aldehydy, redukující cukry, diketony, kyselina mravenčí, aromatické aminy, aminofenoly, polyfenoly reakci ruší: sirné sloučeniny tvorbou Ag2S
17. Reakce s FEHLINGOVÝM činidlem vyredukování nerozpustného cihlově červeného oxidu měďného z alkalického roztoku měďnaté soli záhřevem (varem) činidla s roztokem vzorku: -
-
R-CH=O + 2 Cu2+ + 5 OH → R-COO + Cu2O + 3 H2O
(F. činidlo = roztok CuSO4 + vinanu sodno-draselného + NaOH )
reagují: alifatické aldehydy a redukující cukry, kyselina mravenčí
19
Klasifikační reakce organických látek (10) 18. Jodoformová reakce vznik jodoformu (CHI3) a alkalické soli karboxylové kyseliny z methylketonů (a dalších látek) působením alkalického jodnanu R
C
CH3
+
3 NaIO
RCOONa
+
CHI3
+
2 NaOH
O
jodoform se vyloučí jako žlutá sraženina charakteristického zápachu reagují: methylketony (obecně látky se skupinou CH3CO-), acetaldehyd, některé alkoholy
Klasifikační reakce organických látek (11) 19. Hydrolýza funkční deriváty karboxylových kyselin (estery, anhydridy, acylchloridy, nitrily, amidy) a sulfokyselin (sulfonamidy) se v kyselém nebo alkalickém prostředí štěpí; konečnými produkty jsou kyseliny nebo jejich soli: RCOOR´ + NaOH → RCOONa + R´OH (RCO)2O + 2 NaOH → 2 RCOONa + H2O RCOCl + 2 NaOH → RCOONa + NaCl + H2O NaOH
RCN + H2O → RCONH2 RCONH2 + H2O + HCl → RCOOH + NH4Cl RSO2NH2 + HCl + H2O → RSO3H + NH4Cl
možnosti provedení hydrolýzy: 1) ve vodném nebo alkoholovém roztoku NaOH 2) ve zředěném vodném roztoku minerální kyseliny (5-20 % HCl nebo H2SO4) 3) v roztoku 80% H2SO4 nebo ve směsi kyselin
acetály poskytují kyselou hydrolýzou aldehydy a alkoholy: HCl
RCH(OR´)2 + H2O → RCHO + 2 R´OH
20
Klasifikační reakce organických látek (12) 20. Hydroxamový test estery, chloridy a anhydridy karboxylových kyselin poskytují s hydroxylaminem hydroxamové kyseliny, které lze dokázat tvorbou červenofialově zbarvených komplexů s trojmocným železem: R
N O 3 R
C OR´
3 NH2OH.HCl
O 3 R
Fe 3+
HO
R
O
C
- 3 R´ OH - 3 HCl
NHOH
- 3 H+
N
O Fe
O H
OH O
N R
21. MOLISCHOVA reakce cukry, další sacharidy a glykosidy reagují s alkoholickým roztokem 1-naftolu a s kyselinou sírovou červené až fialové zbarvení
Klasifikační reakce organických látek (13) 22. Reakce s tetrafenylboronátem sodným aminy (primární, sekundární včetně cyklických, terciární), rozpustné soli aminů a tetraalkylamoniové sloučeniny tvoří s nasyceným vodným roztokem NaB(C6H5)4 nerozpustné soli typu R R R R N . B(C6H5)4 +
R jsou stejné nebo různé a mohou představovat H, alkyl, aryl
s činidlem reaguje roztok vzorku v 1 % octové kyselině důkaz ruší přítomnost iontů NH4+, K+, Rb+, Ca2+, Ag+ (také tvoří nerozpustné tetrafenylboronáty)
23. Reakce s pikranem sodným a kyselinou pikrovou
OH NO2
O2N
aminy (alifatické i aromatické), alkaloidy, puriny dávají s vodným roztokem pikranu sodného nerozpustné pikráty polycyklické aromatické uhlovodíky tvoří s kyselinou pikrovou v methanolickém roztoku nerozpustné π-komplexy
NO2
21
Klasifikační reakce organických látek (14) 24. Reakce s ninhydrinem α-aminokyseliny, peptidy, bílkoviny a aminy tvoří s ninhydrinem po zahřátí červenofialový produkt (λmax = 570 nm):
(prolin a hydroxyprolin tvoří žluté produkty) reakce s ninhydrinem se kromě důkazu používá také: – pro detekci aminokyselin při TLC nebo HPLC – pro spektrofotometrické stanovení aminokyselin reakce je rušena amoniakem
Klasifikační reakce organických látek (15) 25. Reakce s fluorescein chloridem primární a sekundární aminy (alifatické i aromatické) a terciární aromatické aminy s N-methylovou skupinou poskytují tavením fluorescein chloridem a s bezvodým ZnCl2 rhodaminová barviva, která v alkoholickém roztoku HCl charakteristicky fluoreskují COOH
COOH
+ Cl
O +
2 RNH2
Cl
Cl
prim. alifatické aminy sek. alifatické aminy aromatické aminy deriváty pyrrolu
ZnCl2 - 2 HCl
R N H
O
+ N R H Cl
→ → → →
růžové zbarvení a žlutozelená fluorescence červené zbarvení a oranžová fluorescence červenofialové zbarvení bez fluorescence žlutohnědé zbarvení a modrá fluorescence
22
Klasifikační reakce organických látek (16) 26. Reakce s DRAGENDORFFOVÝM činidlem terc. aminy, kvartérní amoniové sloučeniny a alkaloidy poskytují s činidlem oranžové až červené sraženiny D. činidlo je roztok jodobismutinanu draselného
27. Reakce s p-dimethylaminobenzaldehydem (EHRLICHOVÝM činidlem) prim. aromatické aminy, kvartérní amoniové sloučeniny a alkaloidy poskytují s činidlem v kyselém prostředí (EtOH+HCl) žluté, oranžové až červené produkty (soli SCHIFFOVÝCH bází): Ar
NH2
+
O
C H
N(CH3)2
H+
Ar
+ N C H H
N(CH3)2
Klasifikační reakce organických látek (17) 28. Reakce s kyselinou dusitou roztok NaNO2 se přidává za chladu (5°C) do roztoku vzorku ve 2M HCl a) prim. aromatické aminy diazotují a vzniklá diazoniová sůl kopulační reakcí např. s fenoly (1-naftol nebo 2-naftol) poskytuje azobarvivo: HO Ar
NH2
NaNO2
Ar
HCl
+ N2
2-naftol
Ar
N=N
b) sek. aminy poskytují žluté nitrosaminy:
R2NH
HNO2 - H2O
R2N NO
c) terc. arom. aminy s volnou polohou para poskytují zelené nitrosoderiváty: HNO2
R2N
NO
R2N
- H2O
d) prim. alifatické aminy, aminokyseliny a amidy uvolňují dusík: R
NH2
HNO2 - H2O
R
OH
+
N2
e) thioly poskytují reakcí s HNO2 červené estery kys. thiodusité
23
Klasifikační reakce organických látek (18) 29. Nitrolová reakce prim. alifatické nitrosloučeniny tvoří s kys. dusitou v alkalickém prostředí červené zbarvení; okyselením se roztok odbarví, zalkalizováním se znovu zbarví sek. alifatické nitrosloučeniny dávají s HNO2 v kyselém prostředí modré zbarvení, které zalkalizováním mizí podstata reakce není zcela jasná
30. Redukce cínem (nebo SnCl2) v prostředí HCl nitrosloučeniny, nitrososloučeniny, azosloučeniny a azoxysloučeniny se redukují na primární aminy , po zalkalizování se amin extrahuje do etheru a z vodou promyté etherové fáze se extrahuje hydrochlorid aminu do 6M HCl přítomnost aminu se dokáže např. reakcí s fluoresceinem R
NO2
Sn, HCl
R
Ar
NH2
N
N
Ar´
Sn, HCl
Ar
NH2
+
Ar´
NH2
Klasifikační reakce organických látek (19) 31. Reakce s hydroxidem železnatým látky s oxidačními účinky (nitrosloučeniny, chinony, hydroxylaminy, nitráty a nitrity) oxidují Fe(OH)2 na červenohnědý Fe(OH)3
32. Tavení s NaOH vzorek + vodný roztok NaOH v niklovém kelímku → odpaření → tavení sulfidy thiofenoly thioestery sulfimidy thioanilidy isothiokyanatany thiomočovina
Na2S
alkansulfonové kyseliny sulfinové kyseliny sulfonamidy sulfoxidy sulfony
Na2SO3
sulfidové ionty se dokáží reakcí s nitroprusidem sodným (→ fialové zbarvení) aromatické sulfokyseliny přecházejí tavením na příslušné fenoláty, které lze po okyselení dokázat reakcí s diazoniovou solí
24
Rekapitulace a test osvojení učiva: doplňte tabulku Sloučenina
Chemický důkaz a jeho podstata
nenasycený alifatický uhlovodík fenol
reakce s HNO2 (Liebermann) – vznik barevných indofenolů reakce s FeCl3 – vznik barevného komplexu kopulace s diazoniovou solí – vznik azobarviva
jednoduchý alkohol glycerol ether alifatický aldehyd aromatický aldehyd acetál methylketon (aceton) redukující cukr (glukosa) neredukující cukr (sacharosa) karboxylová kyselina
zkouška kyselosti esterifikace a hydroxamový test
Rekapitulace a test osvojení učiva: doplňte tabulku Sloučenina
Chemický důkaz a jeho podstata
ester (butylacetát) amid (acetamid) aromatický amin prim. alifatický amin aminokyselina (alanin) sek. alifatický amin terc. amin kofein nitrosloučenina thiofenol benzensulfonová kyselina
25
