ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН АНАЛІЗ

(устар.-орг. аналіз), якостей. та кількостей. визначення складу орг. в-в та встановлення їх будови.

При визначенні якостей. складу орг. в-в використовують різноманітні методи, засновані на хім. р-ціях, що супроводжуються утворенням продуктів з характерними св-вами (колір, запах, т-ра плавлення та ін), і на вимірі фіз. та фіз.-хім. (хроматографіч., спектральних та ін) характеристик ідентифікованих сполук.

За кількостей, аналізі орг. в-в встановлюють кількість реагенту, що вступив в р-цію з визначеними орг. соед., або вимірюють разл. фіз. та фіз.-хім. Показники, пов'язані з кількома визначається з'єднання.

О. ст. а. включає елементний аналіз,структурно-груповий (включаючи функц. і стереоспецифич.), молекулярний аналіз, фазовий аналізі Структурний аналіз.

Історично першими були розроблені методи елементного аналізу орг. в-в (А. Лавуазьє, кін. 18 ст), засновані на їх окисленні та гравіметрич., Титриметрич. або газометрич. визначенні простих з'єднань, що утворилися. окремих елементів. Перші методи елементного мікрохімічного аналізу(Мікроаналізу) розробив Ф. Прегль на поч. 20 ст. З 2-ї пол. 20 ст. для елементного аналізу в-в широко застосовують автоматич. аналізатори, засновані на спаленні аналізованої проби орг. в-ва та газохромато-графіч. розділення та визначення продуктів спалення. Аналізатор постачають комп'ютером і автоматично. системою введення проб.

Ізотопний аналіз орг. в-в має на меті визначення в них вміст окремих ізотопів, а також визначення співвідношення одних і тих же орг. з'єдн., що містять різні або їх поєднання. Для цього найчастіше застосовують мас-спектрометрію або багаторазову газо-рідинну хроматографію (напр., при поділі звичайних і дійте-р. форм метану або бензолу). наиб. ефективна хромато-мас-спектрометрія.

Більшість методів функціонального аналізу засновано на взаємодію. окремих функцій. груп орг. з'єдн. з відповідними реагентами. Такі р-ції бувають вибірковими чи обмежено вибірковими, т. е. характерні соотв. тільки для однієї або дек. функцій. груп.

Найчастіше використовують р-ції, пов'язані з утворенням або зникненням к-т, основ, окислювачів, відновників, води, газів, рідше-опадів та пофарбованих в-в. К-ти, що утворилися, і підстави визначають кислотно-основним титруванняму водному чи неводному середовищі. У неводному середовищі можливе роздільне потенціометрич. титрування к-ти та підстави різної сили при спільній присутності.

У разі окисл.-відновить. р-цій, швидкість яких брало невелика, зазвичай використовують зворотне титрування, тобто відтитрують надлишок реагенту. На освіті чи поглинанні води р-ціях орг. з'єдн. засноване визначення мн. функцій. груп за допомогою Фішера реактиву(Див. також Акваметрія).

Методи, засновані на р-ціях, які супроводжуються виділенням або поглинанням газу, використовують рідко, тому що вимірювання об'єму або тиску зазвичай вимагає громіздкої апаратури.

На утворенні опадів засновані гравіметрич. методи визначення невеликої кількості функцій. груп. Малорозчинні соед., що використовуються в цих випадках, являють собою, як правило, металлич. карбонових та сульфонових к-т, солі орг. основ, комплексні з'єдн. (У т. ч. хелатні).

Освіта пофарбованих з'єдн. часто досить специфічно і дозволяє вибірково визначати функцію. групи фотометріч. методами. Набули поширення (особливо в мікроаналізі) р-ції, що призводять до утворення флуоресціюючих соед., т. до. чутливість визначення функцій. групи у разі досить велика.

Особливим різновидом функціон. аналізу вважають методи, засновані на попередньому. взаємодії обумовленого в-ва з реагентами та визначенні продукту, що утворився. Напр., ароматич. після нітрування можна визначати полярографічно, а р-ція між аміногрупою та нафталінсульфохлоридом дозволяє визначати флуориметрично.

Нижче наведено приклади наиб. часто застосовуваних методів функціонування. аналізу.

Визначення активного водню в спиртах, амінах, амідах, карбонових і сульфонових кислотах, меркаптанах і сульфонамідах засноване на їх взаємодію. з реактивами Гриньяра (зазвичай з метилмагнійіодидом; див. Церевітінова метод)або з LiAlH 4 і вимірюванні обсягу метану, що виділився або водню відповідно. Активний в ацетилені та його гомологах визначають за р-цією з солями Ag(I), Hg(I) або Cu(I) з послід, титриметрич. визначенням виділилися до-т.

З'єднання з ненасич. вуглець-вуглецевими зв'язками найчастіше бромують, йодують або гідрують. У перших двох випадках непрореагував Вг 2 або I 2 визначають йодометрично, а при гідруванні вимірюють обсяг поглиненого Н 2 . Число подвійних зв'язків можна встановити по р-ції приєднання солей ртуті з послід. титруванням до-ти, що виділилася.

При визначенні гідроксильних груп найчастіше застосовують за допомогою оцтового, фталевого або піромелітового ангідриду, надлишок якого відтитрують. Можна використовувати хлорангідриди к-т. Гідрокси-групи у фенолах зазвичай титрують розчинами підставі в неводному середовищі. Феноли легко бромуються і поєднуються з солями діазонію, тому відтитрують розчинами Вг 2 або солей діазонію або доливають до досліджуваного розчину бромід-броматну суміш, надлишок якої встановлюють іодометрично (див. також Фаліна реакція).

Вуглеводи можна визначати окисленням періодатом натрію та послід. титруванням надлишку окислювача або к-т, що утворюються. Розроблено багаточисельність. різновиди цього методу (див., напр., Малапрада реакція).

Для визначення орг. пероксисполук (у т. ч. перокси-кислот) найчастіше використовують їх взаємодію. з KI та послід. титрування виділився I 2 розчином Na 2 S 2 O 3 .

Аналіз алкоксисоединений полягає у взаємодію. аналізованого в-ва з йодистоводневою к-тою з утворенням алкіліодидів (див. Цейзеля метод).Останні визначають різними методами - гравіметрично (у вигляді AgI) або титриметрично (, кислотно-основне титрування). Аналогічно можна визначати і карбонових к-т. Для ідентифікації С 1 -З 4 -алкоксигруп утворюються алкіліодиди перетворюють на четвертинні амонієві з'єд., які аналізують методами тонкошарової або паперової хроматографії.

Визначення епоксигруп засновано на їх р-ції з хлористим воднем з утворенням хлоргідринів; після завершення р-ції надлишок НСl відтитрують розчином лугу.

Для визначення карбонільних з'єдн. (альдегідів і кетонів) наиб. часто застосовують оксимування, т. е. їх перетворення на при взаємод. з гідрохлоридом гідроксил-аміну; що виділився в результаті р-ції НСl відтитрують розчином лугу (кінцеву точку титрування встановлюють за допомогою індикатора або потенціометрично). Існує велика кількість модифікацій цього методу. Альдегіди можна визначати також по р-ції з бісульфітом Na з послід. кислотно-основним титруванням. Рідше використовують альдегідів іонами Ag +, р-цію з гідразинами та утворення основ Шиффа.

Хінони відновлюють хлоридом Ti(III) або сульфатом V(II); надлишок відновника визначають титриметрично. Хінони можна визначати також йодометрично.

Для визначення карбонових к-т та його солей наиб. часто застосовують кислотно-основне титрування у неводних середовищах.

Для аналізу похідних карбонових к-т розроблено велику кількість методів. Ангідриди після їх гідролізу до к-т титрують розчинами лугів. У разі аналізу суміші к-ти та її ангідриду кислотно-основним титруванням визначають суму обох в-в, а потім проводять р-цію ангідриду з морфоліном або аніліном і відтитрують к-ти, що виділилися. У разі можна також визначати надлишок підстави титруванням розчином НСl. Аналогічно визначають галогенангідриди або їх суміші з к-тами. При цьому замість р-ції з амінами часто використовують взаємодію. галогенангідриду зі спиртом з послід. роздільним титруванням вільн. карбонової к-ти і галогеново-дородной к-ти, що виділилася, розчином лугу.

Визначення складних ефірів карбонових к-т засноване на їх гідролізі розчином лугу, надлишок якої відтитрують розчином к-ти. Малі кількості складних ефірів зазвичай визначають спектрофотометрично у вигляді Fе(Ш)-солей гідрокса-мових к-т, що утворюються при взаємод. складних ефірів із гідроксиламіном.

Для визначення азотовмісних орг. в-в запропоновано багато методів. Спол., здатні відновлюватися (нітро-, нітрозо-, ), визначають титано-або ванадатометрично: додають надлишок розчину солі Ti(III) або V(II) і відновник, що не прореагував, титрують розчином солі Fe(III).

Широке застосування при визначенні знаходить титрування розчинами к-т (зазвичай НСlО 4) в неводному середовищі. Цей метод часто дозволяє окремо визначати орг. та неорг. основи у сумішах, а також орг. підстави різної сили за спільної присутності. Аміни можна визначати, як і гідроксипохідні, по р-ції їх ацилування. Для визначення первинних ароматич. амінів часто використовують титрування розчином в кислому середовищі, що супроводжується утворенням діазосполуки. Аналогічне титрування вторинних амінів призводить до їх N-нітрозування і також застосовується в аналізі. При мікроаналізі первинних ароматич. амінів діазосполуки, що утворилися, зазвичай піддають поєднанню з відповідними азосоставляющими і визначають утворився барвник спектрофотометрично. У разі аналізу сумішей первинних, вторинних і третинних амінів найчастіше застосовують титрування розчином НСlO 4 в неводному середовищі вихідної суміші (титруються всі аміни), суміші після ацетилювання оцтовим ангідридом (титруються тільки третинні аміни) і суміші після обробки ацетилацетоном або титрується сума вторинних та третинних амінів).

Для визначення солей арилдіазонію розчином аналізованого в-ва титрують навішування азосоставляющей (З-метил-1-феніл-5-піразолону, м-фенілендіаміну та ін) або додають до аналізованого розчину розчину азосоставляющей, надлишок до -рой відтитрують розчином NaNO 2 в кислому середовищі. У разі аналізу діазоз'єднань можливе також застосування газометрич. аналізу, заснованого на розкладанні досліджуваного з'єдн. з виділенням N 2 об'єм якого вимірюють. Іноді, як і у разі аналізу амінів, діазосполуки визначають по р-ції поєднання з послід. спектрофотомет-річ. визначенням барвника, що утворився.

Гідразіни і зазвичай відтитрують йодометри-ческі. У випадку тіолів можна використовувати також взаємодію. їх із солями срібла або кислотно-основне титрування. Орг. сульфіди окислюють бромід-броматною сумішшю, надлишок якої визначають титриметрично.

Широке поширення якостей. та кількостей. функціон-ціон. аналізу отримали також вибіркові та досить чутливі методи ІЧ спектроскопії та ЯМР.

Виникнення стереоспецифічного аналізу орг. в-в 2-ї пол. 20 ст. пов'язано з розвитком хроматографіч. методів. Для поділу енантіомерів найчастіше попередньо проводять р-цію між аналізованими в-вами і оптично активними реагентами з утворенням діасте-реомерів, які потім розділяють методами газо-рідинної або високоефективної рідинної хроматографії на колонках з оптично активними нерухомими фазами.

Молекулярний аналіз оргів. в-в заснований гол. обр. на застосуванні хроматографії та разл. спектральних методів, які дозволяють встановлювати будову орг. з'єднань.

Фазовий аналіз, що дозволяє якісно та кількісно аналізувати кристаліч. форми орг. соед., проводять за допомогою рентгенографіїі електронографії. Рентгенівський, структурний аналіздозволяє встановлювати з високою точністю структурну ф-лу орг. в-ва, визначити довжини зв'язків між атомами та кути між зв'язками.

Перераховані вище методи аналізу засновані на прямому визначенні аналізованих в-в отриманих з них похідних. У О. ст. а. часто застосовують непрямі методи. Так, напр., карбонові к-ти можна виділити з аналізованої суміші у вигляді срібних або ін. солей, що важко розчиняються, і потім методом атомно-абсорбц. спектроскопії або рентгено-флуоресцентного аналізу визначити кількість відповідного металу; за результатами такого аналізу можна розрахувати вміст карбонової кислоти. У рідинній хроматографії ефективно використання непрямого детектування розділяються в-в, при до-ром до рухомої фази додають активний компонент, що утворює з продуктами поділу або з хроматографованими в-вами легко детектовані сполуки.

Прийоми аналізу та використовувана апаратура залежать від конкретного завдання О. в. а.: визначення основного в-ва суміші, орг. чи неорг. домішки в орг. в-вах, орг. домішки у неорг. в-ве або аналіз складної багатокомпонентної суміші в-в.

Методи О. в. а. широко використовують для розробки технології пром. произ-ва орг. товарів хороших і у процесі самого произ-ва розробки методик аналізу сировини, помогут. в-в, проміж. товарів різних стадіях произ-ва, контролю производств. процесу, готової продукції, стічних вод та газових викидів, для ідентифікації домішок у проміжних та кінцевих продуктах, а також для розробки аналіт. методик, які забезпечують проведення необхідних кінетич. досліджень. У всіх випадках потрібно вибирати оптим. варіанти методів аналізу та їх поєднання відповідно до вимог до експресності, відтворюваності, точності тощо.

Під час розробки аналіт. частини нормативно-техн. документації на сировину, допоможуть. матеріали та готову продукцію насамперед встановлюють мінімально необхідну та достатню кількість аналіт. показників. До таких показників відносять т-ру плавлення, р-римість, зміст осн. в-ва в продукті, яке визначають прямим методом (зазвичай титриметрично із застосуванням потенціометрії) або побічно, віднімаючи з маси всього продукту масу домішок, що визначаються хроматографіч. (найчастіше), електрохім. чи спектрофотометрич. методами. При використанні функції. аналізу визначення осн. в-ва зазвичай вибирають методику, що передбачає визначення цього в-ва за функцією. групі, що утворилася на останній стадії отримання. При необхідності, коли аналізоване в-во отримують багатостадійним синтезом, його визначають за різними функціями. груп. аналіт. методи, які обираються для аналізу сировини і готової продукції, обов'язково повинні мати гол. обр. гарною відтворюваністю та точністю.

Методи аналізу, що застосовуються у контролі произ-ва, мають бути експресними і безперервними (напр., редокс-метрія, рН-метрія, ). У основі методик контролю процесів произ-ва орг. в-в часто лежить визначення зникаючої функції. групи, тобто групи, що піддається перетворенню на даній стадії произ-ва, що дозволяє точно фіксувати кінець відповідної стадії. При цьому широко використовують тонкошарову, газо-рідину-кісткову, високоефективну рідинну хроматографію, спектрофотометрію, електрохім. методи, проточно-ін-жекц. аналіз.

Для аналізу проміж. продуктів произ-ва найчастіше застосовують титриметрію, а аналізу реакц. сумішей-комплекс хроматографіч. та спектральних методів, у т. ч. хромато-мас-спектрометрію, поєднання газової хроматографії з ІЧ фур'є-спектроскопією.

Велике значення набув аналіз об'єктів довкілля. Під час розробки відповідних методик аналізу осн. вимоги до них полягають у високій чутливості та правильності ідентифікації визначених в-в. Цим вимогам задовольняють хромато-мас-спектрометрію з використанням двох і більше нерухомих фаз.

У клініч. аналізі (аналіз крові, сечі, тканин та інших. об'єктів зміст лек. в-в, метаболітів, стероїдів, амінокислот тощо. п.) важливим є як чутливість, точність і експресність аналізу, а й відтворюваність його результатів. Коли остання вимога має вирішальне значення, застосовують хромато-мас-спектрометрію у стандартних умовах, а також високопродуктивний проточно-інжекц. аналіз та різноманітні ферментні методи, що мають високу селективність.

Літ.:Губен Вейль, Методи органічної хімії, т. 2, Методи аналізу, пров. з ним. 4 видавництва, М.. 1963; Чероніс Н. Д., Ма Т. С., Мікро- та напівмікро-методи органічного функціонального аналізу, пров. з англ., М., 1973; Сіггіа С.. Ханна Дж. Р., Кількісний органічний аналіз з функціональних груп, пров. з англ., М.; 1983. Б.Я. Дзвонів.

Хімічна енциклопедія - М: Радянська енциклопедія. За ред. І. Л. Кнунянца. 1988 .

Дивитись що таке "ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ АНАЛІЗ" в інших словниках:

Аналіз води метод дослідження властивостей та якостей води. Застосовується визначення кількості різних речовин у складі води, що у контакті з людиною у промислових і побутових цілях, чи наукових. Зміст 1 Типи води для ... Вікіпедія

Аналіз ґрунту сукупність операцій, що виконуються з метою визначення складу, фізико-механічних, фізико-хімічних, хімічних, агрохімічних та біологічних властивостей ґрунту. Проводять механічний (гранулометричний), хімічний, ... Вікіпедія

АНАЛІЗ ВОДИ- проводиться з метою з'ясування якості води та визначення можливості використання її для постачання риболовних ставків. А. в. проводиться чотири рази на рік: навесні (у період весняної повені), у середині літа (липень), восени (у період осіннього… Ставкове рибництво

аналіз- АНАЛІЗ (від грец. analysis розкладання, розчленування) процедура реального чи уявного розчленування предмета, явища чи процесу, і навіть їх взаємовідносин на складові, елементи, властивості, функції і підсистеми. Процедурою, … Енциклопедія епістемології та філософії науки

Ідентифікація (виявлення) компонентів аналізованих у і приблизна кількість, оцінка їх вмісту у вах і матеріалах. Як компоненти м. б. атоми та іони, ізотопи елементів та окремі нукліди, молекули, функц. групи та радикали … Хімічна енциклопедія

Визначення змісту (маси, концентрації тощо) чи кількостей. співвідношень компонентів у аналізованому зразку. Визначуваними компонентами м. б. атоми, молекули, ізотопи, функці. групи, фази тощо (див. Елементний аналіз, Молекулярний… … Хімічна енциклопедія

Дослідження органічної речовини починається з її виділення та очищення.

1. Осадження

Осадження- Виділення однієї з сполук газової або рідкої суміші речовин в осад, кристалічний або аморфний. Метод заснований на зміні умов сольватації. Сильно знизити вплив сольватації та виділити тверду речовину у чистому вигляді можна кількома методами.

Один з них полягає в тому, що кінцевий (часто кажуть – цільовий) продукт переводиться в солеподібну сполуку (просту або комплексну сіль), якщо тільки він здатний до кислотно-основної взаємодії або комплексоутворення. Так, наприклад, аміни можуть бути переведені в заміщені солі амонію:

(CH 3) 2 NH + HCl -> [(CH 3) 2 NH 2 ] + Cl - ,

а карбонові, сульфонові, фосфонові та інші кислоти – у солі дією відповідних лугів:

CH 3 COOH + NaOH -> CH 3 COO - Na + + H 2 O;

2CH 3 SO 2 OH + Ba(OH) 2 -> Ba 2+ (CH 3 SO 2 O) 2 - + H 2 O;

CH 3 P(OH) 2 O + 2AgOH -> Ag(CH 3 PO 3) 2– + 2H 2 O.

Солі як іонні сполуки розчиняються тільки в полярних розчинниках (H 2 O, ROH, RCOOH і т.д.). розчинність. У неполярних розчинниках, таких як вуглеводні, петролейний ефір (легкий бензин), CHCl 3 , CCl 4 і т.п., солі не розчиняються і кристалізуються (висалюються) при додаванні цих або подібних розчинників в розчин солеподібних сполук. З солей відповідні основи чи кислоти можуть бути легко виділені у чистому вигляді.

Альдегіди та кетони неароматичної природи, приєднуючи гідросульфіт натрію, кристалізуються з водних розчинів у вигляді малорозчинних сполук.

Наприклад, ацетон (CH 3) 2 CO з водних розчинів кристалізується гідросульфітом натрію NaHSO 3 у вигляді малорозчинного гідросульфітного похідного:

Альдегіди легко конденсуються з гідроксиламіном з виділенням молекули води:

Продукти, що утворюються при цьому, називають оксимами.Вони являють собою рідини або тверді речовини.Оксими мають слабокислотний характер, що виявляється в тому, що водень гідроксильної групи може заміщатися металом, і в той же час - слабоосновний характер, тому що оксими з'єднуються з кислотами, утворюючи солі типу солей амонію.

При кип'ятінні з розведеними кислотами відбувається гідроліз, при цьому звільняється альдегід і утворюється сіль гідроксиламіну:

Таким чином, гідроксиламін є важливим реактивом, що дає можливість виділяти альдегіди у формі оксимів із сумішей з іншими речовинами, з якими гідроксиламін не реагує. Оксими можуть використовуватися також для очищення альдегідів.

Подібно до гідроксиламіну з альдегідами реагує гідразин H 2 N–NH 2 ; але в молекулі гідразину дві групи NH 2 ,вона може реагувати з двома молекулами альдегіду.Внаслідок цього зазвичай застосовують фенілгідразин З 6 Н 5 -NH-NH 2 , тобто. продукт заміщення одного водневого атома в молекулі гідразину фенільною групою C 6 H 5:

Продукти взаємодії альдегідів з фенілгідразином називають фенілгідразонами.Фенілгідразони бувають рідкими та твердими, добре кристалізуються. При кип'ятінні з розведеними кислотами подібно до оксим піддаються гідролізу, в результаті якого утворюється вільний альдегід і сіль фенілгідразину:

Таким чином, фенілгідразин, подібно до гідроксиламіну, може служити для виділення та очищення альдегідів.

Іноді з цією метою застосовується інше похідне гідразину, у якому водневий атом заміщений не фенільною групою, а групою H 2 N–CO. Таке похідне гідразину називається семікарбазидом NH2-NH-CO-NH2. Продукти конденсації альдегідів із семікарбазидом називають семикарбазонами:

Кетони також легко конденсуються з гідроксиламіном, утворюючи кетоксими:

З фенілгідразином кетони дають фенілгідразони:

а з семікарбазидом – семікарбазони:

Тому гідроксиламін, фенілгідразин і семікарбазид застосовуються для виділення кетонів із сумішей і для їх очищення тією самою мірою, як і для виділення та очищення альдегідів. Відокремити альдегіди від кетонів цим способом, звичайно, не можна.

Алкіни з кінцевим потрійним зв'язком взаємодіють з аміачним розчином Ag 2 O і виділяються у вигляді алкінідів срібла, наприклад:

2(OH) - + HC=CH -> Ag-C=C-Ag + 4NH 3 + 2H 2 O.

Вихідні альдегіди, кетони, алкін можуть бути легко виділені з малорозчинних продуктів заміщення в чистому вигляді.

2. Кристалізація

Кристалізаційні методирозділення сумішей і глибокої очистки речовин засновані на відмінності складу фаз, що утворюються при частковій кристалізації розплаву, розчину, газової фази. Важлива характеристика цих методів – рівноважний, або термодинамічний, коефіцієнт поділу, що дорівнює відношенню концентрацій компонентів у рівноважних фазах – твердій та рідкій (або газовій):

де xі y- мольні частини компонента в твердій і рідкій (або газовій) фазах відповідно. Якщо x<< 1, т.е. разделяемый компонент является примесью, k 0 = x / y. У реальних умовах рівновага зазвичай не досягається; ступінь поділу при одноразовій кристалізації називається ефективним коефіцієнтом поділу k, який завжди менший k 0 .

Існує кілька методів кристалізації.

При поділі сумішей методом спрямованої кристалізаціїконтейнер з вихідним розчином повільно пересувається із зони нагріву до зони охолодження. На межі зон відбувається кристалізація, фронт якої переміщається зі швидкістю руху контейнера.

Для поділу компонентів із близькими властивостями застосовується зонна плавкаОчищаються від домішок злитків в подовженому контейнері, що повільно рухається вздовж одного або декількох нагрівачів. Ділянка зливка в зоні нагріву плавиться, а на виході з неї знову кристалізується. матеріалів (Ge, Si та ін.).

Протиточна колонна кристалізаціявиробляється в колоні, у верхній частині якої є зона охолодження, де утворюються кристали, а в нижній - зона нагріву, де кристали плавляться. характеризується великою продуктивністю та високим виходом очищених продуктів. Він застосовується у виробництві чистого нафталіну, бензойної кислоти, капролактаму, фракцій жирних кислот та ін.

Для поділу сумішей, сушіння та очищення речовин у системі тверде тіло-газ використовуються сублімація (лігування)і десублімація.

Сублімація характеризується великою відмінністю умов рівноваги для різних речовин, що забезпечує можливість поділу багатокомпонентних систем, зокрема при отриманні речовин високого ступеня чистоти.

3. Екстракція

Екстракція- метод поділу, заснований на вибірковому вилученні одного або декількох компонентів аналізованої суміші за допомогою органічних розчинників - екстрагентів. Як правило, під екстракцією розуміють процес розподілу розчиненої речовини між двома рідкими фазами, що не змішуються, хоча в загальному випадку одна з фаз може бути твердою (екстракція з твердих речовин) або газоподібної. Тому більш точна назва методу – рідинно-рідинна екстракція, або просто рідинна екстракція.Зазвичай в аналітичній хімії застосовують екстракцію речовин з водного розчину за допомогою органічних розчинників.

Розподіл речовини X між водною та органічною фазами в умовах рівноваги підпорядковується закону рівноваги розподілу. Константа цієї рівноваги, що виражається як відношення між концентраціями речовин у двох фазах:

K= [X] орг / [X] водн,

при даній температурі є величина постійна, що залежить тільки від природи речовини та обох розчинників. Цю величину називають константою розподілу.Наближено її можна оцінити стосовно розчинності речовини в кожному з розчинників.

Фазу, в яку після рідинної екстракції перейшов компонент, що екстрагується, називають екстрактом; фазу, збіднену цим компонентом, - рафінатом.

У промисловості найбільш поширена протиточна багатоступінчаста екстракція. Необхідне число ступенів поділу становить зазвичай 5-10, а для складних сполук - до 50-60. Процес включає ряд типових і спеціальних операцій. До перших відноситься власне екстракція, промивання екстракту (для зменшення вмісту в ньому домішок та видалення механічно захопленого вихідного розчину) та реекстракція, тобто.зворотний переклад екстрагованого з'єднання у водну фазу з метою його подальшої переробки у водному розчині або повторної екстракційної очистки.Спеціальні операції пов'язані, наприклад, зі зміною ступеня окислення компонентів, що розділяються.

Одноступінчасту рідинну екстракцію, ефективну лише при дуже високому значенні константи розподілу Kзастосовують переважно для аналітичних цілей.

Апарати для рідинної екстракції. екстрактори- Можуть бути з безперервним (колони) або ступінчастим (змішувачі-відстійники) контактом фаз.

Оскільки в ході екстракції необхідно інтенсивно перемішувати дві рідини, що не змішуються, застосовують переважно такі види колон: пульсаційні (зі зворотно-поступальним рухом рідини), вібраційні (з вібруючим пакетом тарілок), роторно-дискові (з пакетом дисків, що обертається на загальному валу) і т.д. буд.

Кожен ступінь змішувача-відстійника має змішувальну та відстійну камери. Змішання може бути механічним (мішалки) або пульсаційним; багатоступінчастість досягається з'єднанням необхідного числа секцій в каскад. Секції можуть збиратися в загальному корпусі (ящичні екстрактори).

Перевагами рідинної екстракції є низькі енергетичні витрати (відсутні фазові переходи, що вимагають підведення енергії ззовні); можливість одержання особливо чистих речовин; можливість повної автоматизації процесу.

Рідинна екстракція застосовується, наприклад, виділення легких ароматичних вуглеводнів з нафтової сировини.

Екстракція речовини розчинником із твердої фазичасто використовується в органічній хімії для вилучення природних сполук з біологічних об'єктів: хлорофілу із зеленого листка, кофеїну з кавової або чайної маси, алкалоїдів із рослинної сировини та ін.

4. Перегонка та ректифікація

Перегонка і ректифікація – найважливіші методи поділу та очищення рідких сумішей, засновані на відмінності у складах рідини та пари, що утворюється з неї.

Розподіл компонентів суміші між рідиною та парою визначається значенням відносної летючості α:

αik= (yi/ xi) : (yk / xk),

де xiі xk,yiі yk– мольні частини компонентів iі kвідповідно в рідині і парі, що утворюється з неї.

Для розчину, що складається з двох компонентів,

де xі y- мольні частки летючого компонента в рідині та парі відповідно.

Перегонка(дистиляція) здійснюється шляхом часткового випаровування рідини та подальшої конденсації пари. В результаті перегонки відігнана фракція – дистилят– збагачується летючим (низькокиплячим) компонентом, а невідігнана рідина – кубовий залишок– менш летким (висококиплячим). Перегін називають простим, якщо з вихідної суміші відганяється одна фракція, і фракційною (дрібною), якщо відганяється кілька фракцій. При необхідності зниження температури процесу застосовують дистиляцію з водяною парою або інертним газом, що барботують через шар рідини.

Розрізняють звичайну та молекулярну дистиляцію. Звичайну дистиляціюпроводять при таких тисках, коли довжина вільного пробігу молекул набагато менше, ніж відстань між поверхнями випаровування рідини і конденсації пари. Молекулярну дистиляціюпроводять при дуже низькому тиску (10 -3 - 10 -4 мм рт. ст.), Коли відстань між поверхнями випаровування рідини і конденсації пари порівнянно з довжиною вільного пробігу молекул.

Звичайну дистиляцію застосовують для очищення рідин від малолетучих домішок і для поділу сумішей компонентів, що істотно відрізняються за величиною відносної летючості.

Якщо відносна леткість невелика (близькокиплячі компоненти), то поділ сумішей проводять методом ректифікації. Ректифікація- Поділ рідких сумішей на практично чисті компоненти або фракції, що відрізняються температурами кипіння. Для ректифікації зазвичай використовуються колонні апарати, в яких частина конденсату (флегма) повертається на зрошення у верхню частину колони. При цьому здійснюється багаторазовий контакт між потоками рідкої та парової фаз. даному складу рідкої фази. Парожидкостная система прагне до досягнення рівноважного стану, в результаті чого пара при контакті з рідиною збагачується легколетучими (низькокиплячими) компонентами, а рідина - важколетучими (висококиплячими). ​​Оскільки рідина і пара рухаються назустріч один одному (протиток), висоті колони у верхній частині може бути отриманий майже чистий легколетючий компонент.

Ректифікація може здійснюватися при атмосферному або підвищеному тиску, а також в умовах вакууму. При зниженому тиску знижується температура кипіння і підвищується відносна леткість компонентів, що зменшує висоту колони ректифікації і дозволяє розділяти суміші термічно нестійких речовин.

За конструкцією ректифікаційні апарати поділяються на насадочні, тарілчастіі роторно-плівкові.

Ректифікація широко застосовується в промисловості для одержання бензину, гасу (ректифікація нафти), кисню та азоту (низькотемпературна ректифікація повітря), для виділення та глибокого очищення індивідуальних речовин (етанол, бензол та ін.).

Оскільки органічні речовини, переважно, термічно нестійкі, їхнього глибокого очищення використовуються, зазвичай, насадкові колони ректифікації, що працюють у вакуумі. Іноді для отримання особливо чистих органічних речовин використовують роторно-плівкові колони, що мають дуже низький гідравлічний опір і малий час перебування в них продукту. Як правило, ректифікацію в цьому випадку проводять у вакуумі.

Ректифікацію широко застосовують у лабораторній практиці для глибокого очищення речовин. Зазначимо, що перегонка і ректифікація служать у той же час для визначення температури кипіння досліджуваної речовини, а отже, дають можливість переконатися в ступеню чистоти останньої (постійність температури кипіння). також спеціальні пристрої – ебуліометри.

5.Хроматографія

Хроматографія– це метод поділу, аналізу та фізико-хімічного дослідження речовин. Він заснований на відмінності у швидкостях руху концентраційних зон досліджуваних компонентів, які переміщуються в потоці рухомої фази (елюенти) вздовж шару нерухомої, причому досліджувані сполуки розподілені між обома фазами.

В основі всіх різноманітних методів хроматографії, початок яким поклав М.С.Колір в 1903 р., лежить адсорбція з газової або рідкої фази на твердій або рідкій поверхні поділу фаз.

В органічній хімії широко використовуються з метою поділу, очищення та ідентифікації речовин такі типи хроматографії: колонкова (адсорбційна); паперова (розподільна), тонкошарова (на спеціальній платівці), газова, рідинна та газорідинна.

У цих різновидах хроматографії в контакт вступають дві фази – одна нерухома, адсорбуюча і десорбуюча визначувана речовина, а інша – рухлива, яка виступає у вигляді носія цієї речовини.

Зазвичай нерухома фаза є сорбентом з розвиненою поверхнею; рухома фаза – газ (газова хроматографія)або рідина (рідинна хроматографія).Потік рухомої фази фільтрується через шар сорбенту або переміщається вздовж цього шару. газорідинної хроматографіїрухомою фазою служить газ, а нерухомий - рідина, нанесена зазвичай на твердий носій.

Гель-проникаюча хроматографія – варіант рідинної, де нерухомою фазою є гель. (Метод дозволяє розділяти високомолекулярні сполуки та біополімери у великому діапазоні молекулярних мас.) Відмінність у рівноважному чи кінетичному розподілі компонентів між рухомою та нерухомою фазами – необхідна умова їхнього хроматографічного поділу.

Залежно від мети проведення хроматографічного процесу розрізняють аналітичну та препаративну хроматографію. Аналітичнапризначена для визначення якісного та кількісного складу досліджуваної суміші.

Хроматографію здійснюють зазвичай за допомогою спеціальних приладів – хроматографів, основними частинами яких є хроматографічна колонка і детектор. У момент введення проби аналізована суміш розташована на початку хроматографічної колонки. з колонки автоматично безперервно визначає концентрації розділених сполук у рухомій фазі. Сигнал детектора, як правило, реєструється самописцем. Отримана діаграма називається хроматограмою.

Препаративна хроматографіявключає розробку та застосування хроматографічних методів та апаратури для отримання особливо чистих речовин, що містять не більше 0,1 % домішок.

Особливістю препаративної хроматографії є ​​використання хроматографічних колон з великим внутрішнім діаметром і спеціальних пристроїв для виділення та збирання компонентів. кілограмів. Створено унікальні промислові прилади з колонами діаметром 0,5 м для отримання кількох тонн речовини щорічно.

Втрати речовини у препаративних колонах малі, що дозволяє широко використовувати препаративну хроматографію для поділу невеликих кількостей складних синтетичних та природних сумішей. Газова препаративна хроматографіявикористовується для отримання особливо чистих вуглеводнів, спиртів, карбонових кислот та інших органічних сполук, у тому числі хлоровмісних; рідинна– для отримання лікарських засобів, полімерів із вузьким молекулярно-масовим розподілом, амінокислот, білків тощо.

У деяких роботах стверджується, що собівартість продуктів високого ступеня чистоти, отриманих хроматографічно, нижча, ніж очищених дистиляцією.

2.Елементний якісний аналіз

Якісний елементний аналіз – це сукупність методів, що дозволяють встановити, з яких елементів складається органічна сполука. Для визначення елементного складу органічну речовину попередньо шляхом окислення або мінералізації (сплавлення з лужними металами) перетворюють на неорганічні сполуки, які потім досліджують звичайними аналітичними методами.

Величезним досягненням А. Л. Лавуазьє як хіміка-аналітика було створення елементного аналізу органічних речовин(Так званого СН-аналізу). До цього часу вже існували численні методики гравіметричного аналізу неорганічних речовин (металів, мінералів і т.п.), але аналізувати таким чином органічні речовини ще не вміли. Аналітична хімія на той час явно «кульгала однією ногу»; на жаль, відносне відставання аналізу органічних сполук і особливо відставання теорії такого аналізу відчувається сьогодні.

Зайнявшись проблемами органічного аналізу, А. Л. Лавуазьє, перш за все, показав, що до складу всіх органічних речовин входять кисень і водень, багато хто містить азот, а в складі деяких є сірка, фосфор або інші елементи. Тепер треба було створити універсальні методики кількісного визначення цих елементів, насамперед методики точного визначення вуглецю і водню. Для досягнення цієї мети А. Л. Лавуазьє запропонував спалювати навішення досліджуваної речовини і визначати кількість вуглекислого газу, що виділяється (рис. 1). При цьому він ґрунтувався на двох своїх спостереженнях: 1) вуглекислий газ утворюється при згорянні будь-якої органічної речовини; 2) у вихідних речовинах вуглекислий газ не міститься, він утворюється з вуглецю, що входить до складу будь-якої органічної речовини. Першими об'єктами аналізу стали легколеткі органічні речовини – індивідуальні сполуки типу етанолу.

Мал. 1. Перший прилад А. Л. Лавуазьє для аналізу органічних

речовин методом спалювання

Щоб гарантувати чистоту експерименту, високу температуру забезпечувало не яке-небудь паливо, а сонячні промені, сфокусовані на навішуванні величезною лінзою. непрямим способом.

Для елементарного аналізу малолетких сполук А. Л. Лавуазьє пізніше запропонував складніші методики. У цих методиках одним із джерел кисню, необхідного для окислення проби, стали оксиди металів, з якими заздалегідь змішували пробу, що спалюється (наприклад, оксид свинцю(IV)). Такий підхід пізніше використовували у багатьох методиках елементного аналізу органічних речовин, зазвичай він давав добрі результати. Однак методики СН-аналізу по Лавуазьє були занадто тривалими, до того ж не дозволяли досить точно визначати вміст водню: пряме зважування води, що утворилася, не проводилося.

Методика СН-аналізу в 1814 р. була вдосконалена великим шведським хіміком Йенсом Якобом Берцеліусом. Поглинали твердим хлоридом кальцію і зважували. Французький дослідник Ж. Дюма доповнив цю методику волюмометричним визначенням азоту, що виділяється (СНН-аналіз). (Рис. 2.).

Мал. 2. Апарат Ю. Лібіха для спалювання органічних речовин

Це дозволило різко скоротити складність і трудомісткість СН-аналізу, а найголовніше - підвищити його точність. Таким чином, Ю. Лібіх через півстоліття після А. Л. Лавуазьє закінчив почату великим французьким вченим розробку гравіметричного аналізу органічних речовин. Застосовуючи свої методики Ю. Лібіх до 1840-х рр. з'ясував точний склад безлічі органічних сполук (наприклад, алкалоїдів) і довів (разом з Ф. Велером) факт існування ізомерів. Ці методики протягом багатьох років залишалися фактично незмінними, їх точність та універсальність забезпечили швидкий розвиток органічної хімії. у другій половині ХІХ ст. Подальші удосконалення області елементного аналізу органічних речовин (мікроаналіз) з'явилися лише на початку XX в. Відповідні дослідження Ф. Прегля були удостоєні Нобелівської премії (1923).

Цікаво, що результати кількісного аналізу будь-якої індивідуальної речовини та А. Л. Лавуазьє, та Ю. Лібіх прагнули підтвердити зустрічним синтезом тієї ж речовини, звертаючи увагу на кількісні співвідношення реагентів при синтезі. А. Л. Лавуазьє зазначав, що в хімії є взагалі два способи визначити склад будь-якої речовини: синтез та аналіз, і не слід вважати себе задоволеним, поки не вдасться використовувати для перевірки обидва ці способи. Це зауваження є особливо важливим для дослідників складних органічних речовин. Їх достовірна ідентифікація, виявлення структури сполук сьогодні, як і за часів Лавуазьє, потребують правильного поєднання аналітичних та синтетичних методів.

Виявлення вуглецю та водню.

Метод ґрунтується на реакції окислення органічної речовини порошком міді (II) оксиду.

В результаті окислення вуглець, що входить до складу аналізованої речовини, утворює вуглецю (IV) оксид, а водень - воду. Якісно вуглець визначають за утворенням білого осаду барію карбонату при взаємодії та вуглецю (IV) оксиду з баритової води. Водень виявляють за утворенням кристалогідрату Си804-5Н20 синього кольору.

Методика виконання.

У пробірку 1 (рис. 2.1) поміщають порошок міді (II) оксиду на висоту 10 мм, додають рівну кількість органічної речовини і ретельно перемішують. У верхню частину пробірки 1 поміщають невеликий грудочок вати, який тонким шаром насипають білий порошок без водного міді (II) сульфату. Пробірку 1 закривають пробкою з трубою газовідвідної 2 так, щоб один її кінець майже торкався вати, а другий - занурюють в пробірку 3 з 1 мл баритової води. Обережно нагрівають у полум'ї пальника спочатку верхній шар суміші речовини з міді (II) оксидом, потім нижній

Мал. 3 Відкриття вуглецю та водню

За наявності вуглецю спостерігають помутніння баритової води, зумовлене утворенням осаду барію карбонату. Після появи осаду пробірку 3 видаляють, а пробірку 1 продовжують нагрівати доти, доки пари води не досягнуть без водної міді (II) сульфату. У присутності води спостерігають зміну забарвлення кристалів міді (II) сульфату внаслідок утворення кристалогідрату CuSO4*5H2O

Виявлення галогенів. Проба Бейлиітійна.

Метод виявлення атомів хлору, брому та йоду в органічних сполуках заснований на здатності міді (II) оксиду при високій температурі розкладати галогеновмісні органічні сполуки з утворенням міді (II) галогенідів.

Аналізовану пробу наносять на кінець попередньо прожареного мідного дроту і нагрівають в полум'ї пальника, що не світиться. або зелений (ОД) колір. Фторорганічні сполуки не забарвлюють полум'я міді (I) фторид нелетучий. лужних та лужноземельних металів полум'я розглядають через синій світлофільтр.

Виявлення азоту, сірки та галогенів. «Проба Лассеня»

Метод заснований на сплавленні органічної речовини з металевим натрієм. При сплавленні азот переходить у натрію ціанід, сірка - натрію сульфід, хлор, бром, йод - у відповідні натрію галогеніди.

Методика сплавлення.

А. Тверді речовини.

Кілька крупинок досліджуваної речовини (5-10 мг) поміщають у суху (увага!) тугоплавку пробірку і додають невеликий шматочок (завбільшки з рисове зернятко) металевого натрію. Суміш обережно нагрівають у полум'ї пальника, рівномірно прогріваючи пробірку до утворення однорідного сплаву. Необхідно стежити, щоб натрій плавився разом із речовиною. При сплавленні відбувається розкладання речовини. Сплавлення часто супроводжується невеликим спалахом натрію і почорнінням вмісту пробірки від частинок вугілля, що утворюються. Пробірку охолоджують до кімнатної температури і додають 5-6 крапель спирту етилового для усунення залишків металевого натрію. Переконавшись, що залишок натрію прореагував (припиняється шипіння при додаванні краплі спирту), пробирку доливають 1-1,5 мл води і нагрівають розчин до кипіння. Водно-спиртовий розчин фільтрують і використовують для виявлення сірки, азоту та галогенів.

Б. Рідкі речовини.

Тугоплавку пробірку вертикально закріплюють на азбестовій сітці. У пробірку поміщають металевий натрій і нагрівають до розплавлення. При появі парів натрію по краплях вводять досліджувану речовину.

В. Легколеткі та речовини, що виганяються.

Суміш натрію з випробуваною речовиною покривають шаром натронного вапна товщиною близько 1 см, а потім піддають наведеному вище аналізу.

Виявлення азоту. Азот якісно виявляють за утворенням берлінської блакиті (синє фарбування).

Методика визначення. У пробірку поміщають 5 крапель фільтрату, отриманого після сплавлення речовини з натрієм, і додають 1 краплю спиртового розчину фенолфталеїну. Поява малиново-червоного фарбування вказує на лужне середовище (якщо забарвлення не з'явилося, в пробірку додають 1-2 краплі 5% водного розчину натрію гідроксиду).При подальшому додаванні 1-2 крапель 10% водного розчину заліза (II) , зазвичай містить домішка заліза (III) сульфату, утворюється брудно-зелений осад.Піпеткою наносять 1 краплю каламутної рідини з пробірки на шматочок фільтрувального паперу.Як тільки крапля ввібралася папером, на неї наносять 1 краплю 5%-ного розчину хлороводневої кислоти. азоту з'являється синя пляма берлінської блакиті.

Виявлення сірки.

Сірку якісно виявляють за освітою темно-коричневого осаду свинцю (II) сульфіду, а також червоно-фіолетового комплексу з розчином нітропрусиду натрію.

Методика визначення. Протилежні кути шматочка фільтрувального паперу розміром 3x3 см змочують фільтратом, отриманим при сплавленні речовини з металевим натрієм (рис. 4).

Мал. 4. Проведення проби на сеу на квадратному листку паперу.

На одну з мокрих плям, відступаючи 3-4 мм від його межі, наносять краплю 1% розчину свинцю (II) ацетату.

На межі зіткнення з'являється темно-коричневе фарбування, зумовлене утворенням свинцю (II) сульфіду.

На межі іншої плями наносять краплю розчину натрію нітропрусиду. На межі «витіків» з'являється інтенсивне червоно-фіолетове фарбування, що поступово змінює колір.

Виявлення сірки та азоту при спільній присутності.

У ряді органічних сполук, що містять азот і сірку, відкриття азоту заважає присутність сірки. по периферії мокрої плями. Дана методика вимагає певних навичок роботи, що ускладнює її застосування.

Методика визначення. У центр фільтрувального паперу розміром 3x3 см по краплях наносять фільтрат до утворення безбарвної мокрої плями діаметром близько 2 см.

Мал. 5.Виявлення сірки та азоту при сумісному присутності.1 - крапля розчину заліза (II) сульфату; 2 - крапля розчину свинцю ацетату; 3 - крапля розчину натрію нітропрусиду

У центр плями (рис. 5) наносять 1 краплю 5%-ного розчину заліза (II) сульфату. Після того як крапля вбереться, в центр наносять 1 краплю 5%-ного розчину хлороводневої кислоти. Потім по периферії мокрої плями наносять 1 краплю 1%-ного розчину свинцю (II) ацетату, а на протилежному боці плями - 1 краплю розчину натрію нітропрусиду. у другому випадку - пляма червоно-фіолетового кольору.Рівняння реакцій наведені вище.

Іон фтору виявляють за знебарвленням або жовтим фарбуванням алізаринцирконієвого індикаторного паперу після підкислення проби Лассеня оцтовою кислотою.

Виявлення галогенів за допомогою нітрату срібла. Галогени виявляють у вигляді галогенід-іонів за утворенням пластів'подібних опадів срібла галогенідів різного кольору: срібла хлорид - білий, осад, що темніє на світлі; срібла бромід – блідо-жовтий; срібла йодид – осад інтенсивно-жовтого кольору.

Методика визначення. До 5-6 крапель фільтрату, отриманого після сплавлення органічної речовини з натрієм, додають 2-3 краплі розведеної азотної кислоти. . Потім додають 1-2 краплі 1 \%-ного розчину срібла нітрату. Поява білого осаду свідчить про присутність хлору, блідо-жовтого - брому, жовтого - йоду.

Якщо необхідно уточнити, чи є бром або йод, треба здійснити наступні реакції:

1. До 3-5 крапель фільтрату, отриманого після сплавлення речовини з натрієм, додають 1-2 краплі розведеної сірчаної кислоти, 1 краплю 5% розчину натрію нітриту або 1% розчину заліза (III) хлориду і 1 мл хлороформу.

При збовтуванні у присутності йоду хлороформний шар забарвлюється у фіолетовий колір.

2. До 3-5 крапель фільтрату, отриманого після сплавлення речовини з натрієм, додають 2-3 краплі розведеної хлороводневої кислоти, 1-2 краплі 5% розчину хлораміну і 1 мл хлороформу.

У присутності брому хлороформний шар забарвлюється жовто-бурий колір.

В. Відкриття галогенів методом Степанова. Засноване на перекладі ковалентнозв'язаного галогену у складі органічної сполуки в іонний стан дією металевого натрію в спиртовому розчині.

Виявлення фосфору. Один із методів виявлення фосфору заснований на окисленні органічної речовини магнію оксидом. Органічно зв'язаний фосфор переходить у фосфат-іон, який потім виявляють реакцією з молібденовою рідиною.

Методика визначення. Декілька крупинок речовини (5-10 мг) змішують з подвійною кількістю магнію оксиду і озолюють у фарфоровому тиглі спочатку при помірному, а потім при сильному нагріванні. 0,5 мл молібденової рідини та нагрівають.

Поява жовтого осаду амонію фосфоромолібдату вказує на присутність у складі органічної речовини фосфору

3. Якісний аналіз з функціональних груп

Заснований на селективних реакціях функціональних груп (Дивіться презентацію на тему).

При цьому використовуються селективні реакції осадження, комплексоутворення, розкладання з характерними продуктами реакції та інші. Приклади таких реакцій представлені у презентації.

Цікавим є те, що можна використовувати утворення органічних сполук, відомих як органічні аналітичні реагенти для групового виявлення та ідентифікації. Наприклад, аналоги диметилгліоксиму взаємодіють з нікелем і паладієм, а нітрозо-нафтоли та нітрозофеноли з кобальтом, залізом та паладієм. Ці реакції можна використовувати для виявлення та ідентифікації (Дивіться презентацію на тему).

4. Ідентифікація.

Визначення ступеня чистоти органічних речовин

Найбільш поширеним методом визначення ступеня чистоти речовини є вимір температури кипінняпри перегонці та ректифікації, які найчастіше використовуються для очищення органічних речовин. Для цього рідину поміщають у перегінну колбу (круглодонна колба з припаяною до шийки відвідною трубкою), яку закривають пробкою із вставленим у неї термометром і з'єднують з холодильником. Кулька термометра повинна знаходитися трохи вище отвори бічної трубки, через яку виходить пара. Куля термометра, будучи зануреною в пар киплячої рідини, приймає температуру цієї пари, яку можна прочитати на шкалі термометра. Якщо температура кипіння рідини вище 50 ° С, необхідно верхню частину колби закрити теплоізоляцією. за допомогою барометра-анероїда зафіксувати атмосферний тиск і, у разі необхідності, зробити поправку. Якщо переганяють хімічно чистий продукт, температура кипіння залишається постійною протягом усього часу перегонки. низькокипляча домішка.

Іншим часто застосовуваним способом визначення ступеня чистоти речовини є визначення температури плавлення.Для цієї мети невелику кількість досліджуваної речовини поміщають у запаяну з одного кінця капілярну трубочку, яку прикріплюють до термометра так, щоб речовина знаходилася на одному рівні з кулькою термометра. гліцерин, і повільно нагрівають на слабкому вогні, спостерігаючи за речовиною і за підвищенням температури. Якщо речовина чиста, момент плавлення легко помітити, тому що речовина плавиться різко і вміст трубочки відразу стає прозорим. плавляться при більш низькій температурі та в широкому діапазоні.

Для контролю ступеня чистоти речовини можна виміряти густина.Для визначення щільності рідини або твердих речовин найчастіше користуються пікнометром.Останній у найпростішій формі являє собою колбочку, з пришліфованою скляною пробкою з тонким внутрішнім капіляром, наявність якого сприяє більш точному дотриманню сталості об'єму при заповненні пікнометра. Обсяг останнього, включаючи капіляр, знаходять шляхом зважування його з водою.

Пікнометричне визначення щільності рідини зводиться до простого зважування її в пікнометрі. Знаючи масу і об'єм, легко знайти потрібну щільність рідини. У разі твердої речовини спочатку зважують частково заповнений ним пікнометр, що дає масу взятого для дослідження зразка. -або іншою рідиною з відомою щільністю і не взаємодіє з досліджуваним речовиною) і знову зважують. Різниця обох зважувань дозволяє визначити об'єм не заповненої речовиною частини пікнометра, а потім обсяг взятого для дослідження речовини. Знаючи масу і об'єм, легко знайти потрібну щільність речовини.

Дуже часто для оцінки ступеня чистоти органічної речовини вимірюють показник заломлення. Значення показника заломлення зазвичай наводять для жовтої лінії спектрі натрію з довжиною хвилі D= 589,3 нм (лінія D).

Зазвичай показник заломлення визначають за допомогою рефрактометра.Перевагою цього методу визначення ступеня чистоти органічної речовини є те, що для вимірювання показника заломлення потрібно всього кілька крапель досліджуваного з'єднання.У цьому посібнику наведені розглянуті фізичні властивості найважливіших органічних речовин. хроматографія.Цей спосіб дозволяє як показати, наскільки чистим є ця речовина, а й вказати, які саме домішки й у кількості у ньому містяться.

Значна відмінність будови та властивостей органічних сполук від неорганічних, однотипність властивостей речовин одного класу, складний склад та будова багатьох органічних матеріалів зумовлюють особливості якісного аналізу органічних сполук.

В аналітичній хімії органічних сполук основними є завдання віднесення аналізованих речовин до певного класу органічних сполук, поділу сумішей та ідентифікації виділених речовин.

Розрізняють органічний елементнийаналіз, призначений для виявлення елементів в органічних сполуках, функціональний– для виявлення функціональних груп та молекулярний- Для виявлення окремих речовин за особливими властивостями молекул або поєднання даних елементного та функціонального аналізу та фізичних констант.

Якісний елементний аналіз

Елементи, що найчастіше зустрічаються в органічних сполуках (C, N, O, H, P, S, Cl, I; рідше As, Sb, F, різні метали) виявляють, як правило, за допомогою окисно-відновних реакцій. Наприклад, вуглець виявляють окислюючи органічне з'єднання триоксидом молібдену при нагріванні. У присутності вуглецю МоО 3 відновлюється до нижчих оксидів молібдену та утворює молібденову синь (суміш синіє).

Якісний функціональний аналіз

Більшість реакцій виявлення функціональних груп ґрунтується на окисленні, відновленні, комплексоутворенні, конденсації. Так, наприклад, ненасичені групи виявляються реакцією бромування за місцем подвійних зв'язків. Розчин брому при цьому знебарвлюється:

Н 2 С = СН 2 + Br 2 → CH 2 Br - CH 2 Br

Феноли виявляють реакцією комплексоутворення із солями заліза (III). Залежно від типу фенолу утворюються комплекси різних кольорів (від синього до червоного).

Якісний молекулярний аналіз

При виконанні якісного аналізу органічних сполук зазвичай вирішують два типи завдань:

1. Виявлення відомої органічної сполуки.

2. Дослідження невідомої органічної сполуки.

У першому випадку, знаючи структурну формулу органічної сполуки, для виявлення підбирають якісні реакції на функціональні групи, що містяться в молекулі сполуки. Наприклад, фенілсаліцилат – феніловий ефір саліцилової кислоти:

може бути виявлений по функціональним групам: фенольному гідроксилу, фенільному угрупованню, складноефірному угрупованню та азосполученням з будь-яким діазосполукою. Остаточний висновок про ідентичність аналізованої сполуки відомої речовини роблять на основі якісних реакцій, обов'язково залучаючи дані щодо низки фізико-хімічних постійних – температури плавлення, кипіння, спектри поглинання та ін. Необхідність використання зазначених даних пояснюється тим, що однакові функціональні угруповання можуть мати різні органічні сполуки .

При дослідженні невідомої органічної сполуки проводять якісні реакції на окремі елементи та присутність у ньому різних функціональних груп. Отримавши уявлення про набір елементів та функціональних груп, питання про будову з'єднання вирішують на основі кількіснихвизначень елементарного складу та функціональних груп, молекулярної маси, УФ-, ІЧ-, ЯМР-мас-спектрів.

Приналежність органічних речовин до певних класів встановлюється функціональним аналізом, їхня чистота – хроматографією, будова – всіма існуючими фізико-хімічними методами дослідження з урахуванням способу одержання, а у разі потреби та результатів зустрічного синтезу.

Якісний елементний аналіз дозволяє визначити, з яких атомів елементів побудовані молекули органічної речовини; кількісний елементний аналіз встановлює склад сполуки та найпростішу формулу.

За виконання елементного аналізу органічні речовини «мінералізують», тобто. розкладають таким чином, щоб вуглець перетворився на СО 2 водень - в Н 2 Про азот - в N 2 NH 3 або ціанід - іони CN - і т.п. Подальше визначення проводять звичайними методами аналітичної хімії.

У функціональному аналізі застосовуються хімічні, фізичні та фізико-хімічні методи.

Для якісних проб на функціональні групи вибирають реакції, у яких відбувається зміна забарвлення чи поділ фаз (випадання осаду, виділення газу). Реакцій, характерних тільки для якоїсь однієї функціональної групи, відомо небагато, і для того, щоб встановити, до якого класу сполук належить дана речовина, потрібно зробити кілька якісних реакцій.

Лабораторна робота №3 «Якісний елементний аналіз»

Практична частина

Досвід №1. Відкриття вуглецю та водню спаленням речовини з оксидом міді (П).

РеактивиОсі: порошок оксиду міді (П), сахароза, безводний мідний купорос, вапняна вода.

УстаткуванняКабіна: пробірки, пробка з газовідвідною трубкою, вата, сухе пальне.

Дня проведення експерименту в пробірку а (рис. 31) насипають чорного порошку оксиду міді (П) на висоту близько 10 мм. Додають одну лопатку сахарози, ретельно перемішують, енергійно струшують пробірку.

У верхню частину пробірки «а» вводять у вигляді пробки невелику грудочку вати (рис. 3.23). Насипають на вату тонкий шар білого порошку безводного мідного купоросу. Закривають пробірку "а" пробкою з газовідвідною трубкою. При цьому кінець трубки повинен майже упиратися у вату із CuSO 4 . Нижній кінець трубки поміщають в пробірку «б», попередньо наливають близько 1-2 мл вапняної води. Кінець газовідвідної трубки має бути занурений у вапняну воду.

Рис.3.23. Відкриття вуглецю та водню

Нагрівають пробірку «а» на полум'ї пальника. Якщо пробка щільно закриває пробірку, то через кілька секунд з газовідвідної трубки почнуть виходити бульбашки газу. Як тільки вапняна вода помутніє, внаслідок виділення білого осаду СаСОз пробірку «б» прибирають. Пробірку «а» продовжують нагрівати по всій довжині до вати, поки пари води не досягнуть білого порошку - зневодненого мідного купоросу, що знаходиться на ватному тампоні, і не викличуть його внаслідок утворення кристалогідрату CuSО 4 · 5Н 2 О. Якщо занадто великий шматок вати, то вона поглине пари, що виділилися, і посиніння може не відбутися.

Досвід №2.Відкриття азоту сплавленням речовини з металевим натрієм.

Реактиви: сечовина, металевий натрій, етиловий спирт, спиртовий розчин фенолфталеїну, розчин залізного купоросу FeS0 4 , 2 н розчину НСl.

Устаткування: сухе пальне, пробірки.

Для відкриття азоту 5 - 10 мг випробуваної речовини, наприклад, кілька кристалів сечовини, поміщають у суху пробірку. Додають до сечовини невеликий шматочок металевого натрію.

Обережно нагрівають суміш у полум'ї пальника, пробірку вносять і виносять з полум'я, не нагріваючи її постійно! Коли сечовина розплавиться, стежать, щоб вона змішалася з натрієм (для успіху досвіду необхідно, щоб натрій плавився разом з речовиною, а не окремо від неї – не на стінці пробірки!). При цьому іноді спостерігається невеликий спалах. Нагрівають, поки вийде однорідний метал.

Коли пробірка охолоне, додають до неї 5 крапель етилового спирту для усунення залишків металевого натрію, який реагує зі спиртом не так бурхливо, як із водою. При цьому відбувається утворення алкоголю натрію з виділенням водню:

2С 2 Н 5 ВІН +2Na →2C 2 H 5 0Na + Н 2

Переконавшись, що залишок натрію прореагував зі спиртом (припиняється шипіння від виділення бульбашок газу), додають у пробірку 5 крапель води та нагрівають її на полум'ї горінка, щоб все розчинилося. При цьому ціанід натрію переходить у розчин, а алкоголят натрію з водою утворює їдкий луг:

C 2 H 5 ОNa + НОН → С 2 Н 5 ВІН + NaОH

Додають пробірку 1 краплю спиртового розчину фенолфталеїну. Поява малиново-червоного фарбування показує, що у розчині утворилася луг. Після цього внести в пробірку 1 краплю розчину залізного купоросу FeS0 4 зазвичай містить домішок солі оксиду заліза (III) Fe 2 (S0 4) 3 . У присутності лугу негайно утворюється брудно – зелений осад гідроксиду заліза (II) у суміші з жовтим осадом гідроксиду заліза (III).

За наявності в надлишку розчину ціаніду натрію гідроксид заліза (II) утворює комплексну жовту криваву сіль:

Fe(OH) 2 + 2NaCN → Fe(CN) 2 + 2 NaOH

Fe(CN) 2 + 4NaCN → Na 4

Піпеткою наносять у центр фільтрувального папірця краплю рідини із пробірки. Як тільки крапля вбереться, на неї наносять 1 краплю 2 н розчину НСl. Після підкислення брудно-зелений або жовтуватий осад гідроксидів заліза (II) і (Ш) розчиняється і за наявності азоту негайно з'являється синя пляма берлінської блакиті, що утворилася:

Fe(OH) 3 + 3 НСl → FeСl 3 + 3 Н 2 О

3 Na 4 + 4FeСl 3 → Fe 4 3 + 12 NaСl

Досвід №3. Відкриття сірки сплавленням органічної речовини з металевим натрієм.

Реактиви: тіомочевина або сульфанілова кислота, металевий натрій, етиловий спирт, розчину ацетату свинцю Рb(СН3СОО) 2 .

Устаткування: сухе пальне, пробірки.

Для відкриття сірки випробувану речовину, наприклад, тіомочевину або сульфанілову кислоту поміщають у суху пробірку. Достатньо взяти лише кілька кристалів речовини.(5 – 10мг).

Додають до речовини шматочок металевого натрію (стовпчик довжиною близько I мм). Пробірку нагрівають, стежачи за тим, щоб плавився натрій не окремо, а разом з речовиною, інакше, досвід не вдасться. Невеликий спалах натрію, що спостерігається, не є небезпечним (див. попередній досвід). При цьому органічна речовина (тіомочевина) переходить у неорганічну сполуку - сульфід натрію.

Коли пробірка охолоне, додають до неї 5 крапель етилового спирту для усунення залишків металевого натрію, який утворює зі спиртом, алкоголят натрію C 2 H 5 ОNa. Після закінчення реакції (припинення виділення бульбашок газу - водню) додають для розчинення сплаву 5 крапель води і кип'ятять, щоб прискорити розчинення. Сульфід натрію при цьому перейде в розчин разом з натрію гідроксидом, який, однак, не заважає подальшої реакції.

Для відкриття сірки додають кілька крапель розчину ацетату свинцю Рb(СН3СОО) 2 . При цьому випадає темно-коричневий осад сульфіду свинцю:

Рb(СН 3 СОО) 2 .+ Na 2 S → PbS ↓ + 2 CH 3 COONa

Це якісна реакція на іон двовалентної сірки S-2.

Досвід №4.Відкриття хлору під час дії водню на органічну речовину.

Реактиви: хлороформ CHСl 3 , етиловий спирт, металевий натрій, концентрована азотна кислота HNO 3 .

Устаткування: сухе пальне, пробірки.

Поміщають у пробірку I краплю хлороформу CHСl 3 . Додають 5 крапель етилового спирту та шматочок металевого натрію (стовпчик довжиною 1 мм). При цьому відбувається така реакція:

З 2 Н 5 ВІН + Na → C 2 H 5 ОNa + Н 2

Звертають увагу на водень, що виділяється. Його можна запалити біля отвору пробірки, якщо попередньо закрити цей отвір пальцем, щоб накопичити водень, а потім піднести отвір до полум'я пальника. Водень у момент виділення відщеплює хлор від хлороформу і утворює хлористий водень, що реагує потім з алкоголятом натрію, що утворився.

CHCl 3 + 3H 2 → CH 4 + 3HCl

C 2 H 5 ONa + HCl → C 2 H 5 OH + NaCl

Після того, як припиняється виділення водню, для розчинення білого осаду, що утворюється, нерозчинного в етиловому спирті, додають 2-3 краплі води. При цьому надлишок алкоголю натрію реагує з водою, утворюючи луг:

C 2 H 5 ОNa + НОН → С 2 Н 5 ВІН + NaOH

У присутності лугу не можна відривати іон хлору, тому що додавання розчину нітрату срібла негайно дає коричневий осад оксиду срібла, що маскує осад хлориду срібла:

AgNO 3 + 2 NaOH → Ag 2 0 + H 2 0 + 2 NaN0 3

Тому додають до розчину спочатку 2 - 3 краплі концентрованої азотної кислоти HNO 3 (у витяжній шафі) для нейтралізації лугу, а потім вже 2 краплі 0,1 н розчину AgN0 3 . За наявності хлору негайно випадає білий сирний осад хлориду срібла, нерозчинний у HNO 3:

NaCl + AgNO 3 → AgCl ↓+ NaNO 3

У жодному разі не слід брати для реакції більше 1 краплі хлороформу, оскільки це лише шкодить чутливості реакції. Залишок хлороформу, що не вступив у реакцію, ще до додавання нітрату срібла дає з водою міцну емульсію у вигляді білуватої каламутної рідини, яка маскуватиме появу білої каламуті від хлориду срібла.

Досвід №5.Відкриття хлору по зеленому забарвленню полум'я (проба Бейльштейна).

Реактиви: хлороформ CHСl 3 .

УстаткуванняКабіна: сухе пальне, мідний дріт.

Беруть мідний дріт довжиною близько 10 см, загнутий на кінці петлею і вставлений іншим кінцем у невелику коркову пробку. Тримаючи за пробку, прожарюють петлю полум'я пальника до зникнення стороннього забарвлення полум'я (ознака забруднення мідної петлі).

2Cu + O 2 → 2 CuO

Остиглу петлю, що покрилася чорним нальотом оксиду міді (II), опускають у пробірку, на дно якої поміщають випробувану речовину, наприклад, хлороформ. Змочену речовиною петлю знову вносять у полум'я пальника. Негайно з'являється характерне яскраво-зелене забарвлення полум'я внаслідок утворення летючого з'єднання міді з хлором. Подібне ж забарвлення полум'я дають, крім хлористих та інші галогеновмісні органічні сполуки.

2CHCl 3 + 5CuO → CuCl 2 +4 CuCl + 2CO 2 + H 2 O

Для очищення дріт можна змочити соляною кислотою та прожарити.

У звіті пишуть рівняння відповідних реакцій та роблять висновок про наявність аналізованих елементів у речовинах.

Питання колоквіуму:

1. У які неорганічні сполуки переводять вуглець, водень, азот, сіро- та хлоровмісні органічні сполуки для якісного визначення відповідних елементів? Чому саме у ці неорганічні сполуки?

2. Для чого при відкритті таких елементів, як азот, сірка, хлор додають етиловий спирт і воду?

3. У чому сенс проби Бейльштейна?

Лабораторна робота №4 «Функціональний аналіз»

Для того щоб відрізнити ароматичні вуглеводні від аліфатичних, можна використовувати деякі кольорові реакції, наприклад, реакцію ароматичних вуглеводнів з хлороформом у присутності хлориду алюмінію. Ця реакція супроводжується утворенням фарбованих продуктів. Так, при взаємодії бензолу з хлороформом у присутності AlCl 3 крім основного продукту реакції - безбарвного трифенілметану, утворюється також пофарбована сіль трифенілкарбенію:

Пофарбовано

Цю реакцію можна використовувати для виявлення ароматичних галогенпохідних.

Досвід.До 1-2 мл хлороформу додають 2-3 краплі бензолу, ретельно перемішують і пробірку злегка нахиляють, щоб змочити стінки. Додають 0,5-0,6 г безводного хлориду алюмінію таким чином, щоб частина порошку потрапила на стінки пробірки. Звертають увагу на фарбування порошку на стінці та колір розчину. У реакції з бензолом виникає червоно-оранжеве забарвлення, з дифенілом – пурпурне, з нафталіном – синє, з антраценом – зелене.

Для того щоб розрізнити первинні, вторинні та третинні спирти, використовується різна рухливість оксогрупи у реакції спиртів з розчином хлориду цинку в концентрованій соляній кислоті:

Третичні спирти взаємодіють із цим реактивом з більшою швидкістю, даючи нерозчинні галогеналкіли; первинні спирти реагують тільки при тривалому нагріванні або стоянні, вторинні займають проміжне положення.

Досвід. У три пробірки наливають свіжоприготовлений розчин цинку хлориду в соляній кислоті і охолоджують. У кожну пробірку додають по 3-4 краплі відповідно первинного, вторинного або третинного спиртів, енергійно струшують і залишають у склянці з водою при 25-30 0 С. Про початок реакції судять за помутнінням розчину внаслідок утворення нерозчинного галогеналкілу. Відзначають час помутніння розчину у кожній пробірці.

Якісні реакції карбонільних сполук численні та різноманітні, що пояснюється схильністю карбонільних сполук вступати у різні реакції заміщення та приєднання.

Альдегіди жирного ряду відновлюють двовалентну мідь одновалентну. Як реактив, що містить іони Cu 2+ , застосовується реактив Фелінга. Реактив Фелінгу готують перед вживанням, змішуючи свіжоприготовлений гідроксид міді (II), що утворюється при взаємодії гідроксиду натрію з сульфатом міді(II), та розчин сегнетової солі. При зливанні розчинів утворюється гідроксид міді(II), який із сегнетовою сіллю дає комплексну сполуку типу гліколяту міді:

Ароматичні альдегіди цієї реакції не дають.

Досвід. Готують у пробірці реактив Фелінга, зливаючи по 1 мл вихідних розчинів, і додають 2 мл карбонильного з'єднання. Верхню частину вмісту пробірки нагрівають та спостерігають появу жовтого або червоного осаду оксиду міді (I).

Практична частина

Студентам видається набір, що складається з 6 безбарвних та прозорих рідин, серед яких знаходяться по одному представнику алканів, ароматичних вуглеводнів, спиртів (первинних, вторинних та третинних) та альдегідів. Назви представників зазначаються викладачем.

Завдання студента, попередньо ознайомившись з основами функціонального аналізу, представленого у вступі, скласти план аналізу, щоб після його завершення можна було зробити висновок про знаходження тієї чи іншої сполуки в пронумерованій пробірці.

У звіті пишуть спостерігаються явища, що протікають реакції та перебіг мислення. Роблять висновок про належність рідин до того чи іншого класу та обґрунтовують його.

Лабораторна робота №5 «Тонкошарова хроматографія»

Хроматографія.Одним з найбільш простих та ефективних методів вивчення складу суміші органічних сполук, а також встановлення ступеня чистоти є тонкошарова хроматографія (ТСХ). Найбільш широко застосовується адсорбційний варіант ТШХ.

Процес хроматографічного поділу в цьому варіанті заснований на відмінності у відносному спорідненості компонентів аналізованої суміші до нерухомої фази (сорбенту) і здійснюється в результаті переміщення рухомої фази (елюентів) під дією капілярних сил шаром сорбенту, нанесеного на скляну або алюмінієву пластинку.

Хроматографування проводиться в такий спосіб. На платівці відзначається стартова та фінішна лінія (1-1,5 см від краю платівки). На стартову лінію у вигляді невеликих плям за допомогою капіляра (не більше 2-3 мм діаметром) наносять розчин аналізованої суміші. Потім платівку поміщають у закриту камеру з елюентом. Елюент являє собою розчинник або суміш розчинників у різному співвідношенні. Як хроматографічні камери використовують як спеціальні камери, так і різний хімічний посуд: ексікатори, склянки, чашки Петрі (рис.3.24.).

a) б)

Мал. 3.24. а) ексікатор, обладнаний для тонкошарової хроматографії; б) використання склянки та чашки Петрі для тонкошарової хроматографії.

При зануренні нижньої частини платівки в елюент лінія старту повинна знаходитися вище рівня розчинника. Піднімаючись платівкою знизу вгору, розчинник розділяє нанесені досліджувані речовини, переміщуючи їх у шарі сорбенту з різною швидкістю залежно від природи та властивостей речовини. В результаті компоненти суміші залишаються на різній відстані від стартової лінії. Хроматографування закінчують, коли межа елюенту, що рухається, досягне лінії фінішу.

Потім платівку дістають із хроматографічної камери та висушують на повітрі. Безбарвні сполуки виявляють оптичним (ультрафіолетом) або хімічними методами. Останній метод полягає в обробці хроматограм реагентами, які взаємодіють з аналізованими речовинами з утворенням забарвлених плям. Найбільш доступним та універсальним методом виявлення є обробка парами йоду. Для цього хроматограму поміщають на кілька хвилин ексикатор, насичений парами йоду.

Після прояву плям розраховують коефіцієнт рухливості R f, який є відношенням відстаней від стартової лінії до центру плями до відстані від стартової до фінішної ліній (рис.3.25):

R f=L i /L

L i – відстань від лінії старту до центру плями речовини i (см), L – відстань від лінії старту до лінії фінішу (см).

Рис.3.25. Хроматограма, отримана при розподілі суміші трьох компонентів методом тонкошарової хроматографії.

Також для ідентифікації речовин, що входять до складу аналізованої суміші, на стартову лінію додатково наносять розчини відомих речовин - свідків. Після прояву плям та обчислення R fпорівнюють характеристики «свідка» та аналізованої речовини.

Практична частина

Досвід №1.Виявлення аскорбінової кислоти (вітамін С) у фруктових соках.

Реактиви: сік апельсина (лимона, мандарина, горобини, граната та ін), елюенти (етанол – гексан 3:1), 1%-ний розчин аскорбінової кислоти.

Устаткування

На стартову лінію пластинки наносять проби відфільтрованого соку апельсина (лимона, мандарина, горобини, граната та ін.) і 1%-ного розчину аскорбінової кислоти так, щоб відстань плям від бічних країв і між собою було не менше 1 см. Коли плями підсохнуть, пластинку поміщають у склянку, на дно якої наливають 2 мл елюентів (етанол – гексан 3:1). Щоб елюенти не випаровувався з поверхні платівки, накривають склянку чашкою Петрі. Після досягнення елюенту фінішної лінії виймають пластинку і висушують її на повітрі. Для виявлення сполук поміщають платівку ексикатор з парами йоду. Відзначають плями і визначають значення R fаскорбінової кислоти.

Досвід №2.Виявлення лимонної кислоти у лимоні.

Реактиви: сік лимона, розчин лимонної кислоти, елюенти (етанол – гексан 3:1).

УстаткуванняСклад: чашки Петрі, склянки, адсорбент Sorbfil, капіляри.

Аналогічно попередньому досвіду на платівку наносять проби соку лимона та розчину лимонної кислоти («свідок»). Виконують хроматографування та виявлення аналогічно до досвіду №1. Визначають значення R fлимонної кислоти.

Досвід №3.Виявлення кофеїну в чаї та каві.

Реактиви: розчини чаю, кави та кофеїну, елюенти етанол.

УстаткуванняСклад: чашки Петрі, склянки, адсорбент Sorbfil, капіляри.

На лінію старту пластинки наносять краплі водного розчину чаю, кави та кофеїну («свідок»). Пластинку поміщають у хроматографічну систему з етанолом як елюент. Детектування кофеїну проводять парами йоду. Визначають величину R fкофеїну.

Досвід №4. Виділення кофеїну та якісна реакція на нього.

Реактиви: сухий чай, 30%-ний водний розчин пероксиду водню, концентрований розчин аміаку, 10%-ний розчин соляної кислоти.

УстаткуванняКабіна: фарфорова чашка, воронка, вата, азбестова сітка, сухе пальне, предметне скло.

Кофеїн можна одержати з листя чаю. Для цього у фарфорову чашку насипають близько 0,5 – 1 г сухого чаю, накривають її лійкою із заткнутим ватним тампоном отвором і нагрівають на азбестовій сітці близько 10 хв. Спочатку на внутрішній частині вирви конденсуються крапельки води, а потім починає виганяти кофеїн, білі тонкі кристали якого осідають на холодних стінках вирви. Нагрівання припиняють і після охолодження фарфорової чашки кристали кофеїну зчищають зі стінок воронки і розчиняють в 1 мл води.

Для перевірки наявності кофеїну 1 краплю отриманого розчину наносять на предметне скло, додають 1 краплю 30% водного розчину пероксиду водню і 1 краплю 10% соляної кислоти. Суміш обережно випарюють насухо над полум'ям сухого пального. Скло охолоджують і додають 1 краплю концентрованого розчину аміаку, а потім скло знову нагрівають до випаровування води. Пурпурно-червоний колір плями вказує на наявність кофеїну.

У звіті роблять висновок про виявлення заявлених компонентів у соках, фруктах та чаї (каві).

Питання колоквіуму:

1. На чому ґрунтується метод ТСХ?

2. Що таке коефіцієнт рухливості?

3. Що таке рухлива та нерухома фаза?

4. Назвіть методи вияву безбарвних плям.

«Вивчення складу органічних сполук, їх очищення та визначення фізичних констант»

1. Іванов В.Г., Гева О.М., Гаверова Ю.Г. Практикум з органічної хімії. - М: Академія, 2000.

2. Артеменко О.І. Практикум з органічної хімії. - М: Вища школа, 2001.

3. Гінзбург О.Ф. Практикум з органічної хімії. Синтез та ідентифікація органічних сполук. - М: Вища школа, 1989.

3.2. Ознайомчий (малий) практикум.

Лабораторна робота №6 «Аліфатичні вуглеводні»

Вуглеводні найбільш прості органічні сполуки, молекули яких складаються лише з атомів вуглецю та водню. Вуглеводи, в молекулах яких вуглецеві атоми з'єднані один з одним у відкриті ланцюги (прямі або розгалужені), називають ациклічними (аліфатичними). Від латів. Aliphatic- жирний. Першими дослідженими сполуками цього класу були жири.

Аліциклічні вуглеводні– циклічні сполуки, молекули яких побудовані з вуглецевих атомів, пов'язаних між собою зв'язком σ. Основними представниками аліциклічних вуглеводнів є циклоалкани (циклопарафіни)і циклоалкени (циклоолефіни).

За характером зв'язку між вуглецевими атомами вуглеводні можуть бути граничними (насиченими) та ненасиченими (ненасиченими). До граничних вуглеводнів відносяться алкани (парафіни), до ненасичених – алкени (олефіни), алкадієни та алкіни.

В алканах атоми вуглецю пов'язані між собою простим (одинарним) зв'язком, в алкенах – подвійним зв'язком, алкінах – потрійним зв'язком. Алкадієни – це ненасичені сполуки, в молекулах яких є два подвійні зв'язки.

Граничні вуглеводні за звичайних умов мають велику хімічну інертність. Це тим, що це σ-зв'язку С-З і С-Н дуже міцні (енергії цих зв'язків близько 380 кДж/моль). До реакцій приєднання вони взагалі здатні внаслідок ненасиченості всіх зв'язків атомів вуглецю. З більшістю хімічних реагентів алкани або не реагують, або реагують надзвичайно повільно. Сильні окислювачі (наприклад, калію перманганат) при кімнатній температурі теж не діють на алкани.

При порівняно невисоких температурах протікає лише невелика кількість реакцій, у яких відбувається заміна атомів водню різні атоми чи групи – реакції заміщення.

Алкени та алкіни є більш реакційно-здатними через наявність подвійного та потрійного зв'язку відповідно, які можна вважати функціональними групами. Природно очікувати, що реакції алкенів та алкінів відбуватимуться через ненасичений зв'язок – реакції приєднання.

Важливими представниками алканів є метан СН 4 – головна частина природного (до 95-98%) та попутних газів. У значних кількостях він є у газах переробки. Метан використовують в основному як дешеве паливо (у побуті та промисловості). Він безбарвний і немає запаху. Для виявлення його витоку в газопроводах додають невелику кількість речовини, що сильно пахне (одоранта).

Метан є цінною сировиною для хімічної промисловості. З нього одержують ацетилен, галогенпохідні, метанол, формальдегід та інші речовини. Метан служить для виробництва синтез - газу(Водяного газу).

Ізооктан (2,2,4-триметилпентан) З 8 Н 18 – головна складова частина високоякісного пального (бензину) для карбюраторних двигунів внутрішнього згоряння.

Середні члени гомологічного ряду метану С 7 - С 17 використовують як пальне для двигунів (бензин, гас), а також як розчинники. Вищі алкани З 18 – З 44 – сировина для миючих засобів, мастил, пластифікаторів. До вищих алканів відноситься озокерит(Гірський віск), що складається в основному з твердих алканів з розгалуженим ланцюгом вуглецевих атомів, кількість яких перевищує 25-30.

Багато алкени широко використовують як мономерів (вихідних продуктів) щоб одержати високо молекулярних сполук (полімерів).

Ацетилен використовують для зварювання та різання металів, т.к. при горінні в кисні ацетилен утворює високотемпературне полум'я (3150 0 С). Також ацетилен – цінний продукт для хімічної промисловості. З нього отримують синтетичний каучук, оцтовий альдегід та оцтову кислоту, етиловий спирт та багато інших речовин.

Практична частина

Досвід №1. Отримання метану та його властивості.

РеактивиОсі: ацетат натрію, натронне вапно, бромна вода, розчин перманганату калію.

УстаткуванняКабіна: пробірка з газовідвідною трубкою, штатив, лапка штатива, пальник.

У пробірку з газовідвідною трубкою поміщають суміш, що складається з однієї частини тонкоподрібненого зневодненого ацетату натрію і двох частин натронного вапна (NaOH і CaO). Загальний обсяг суміші 1-2 см (близько 1/3 за висотою пробірки). Закріплюють пробірку в штативі у горизонтальному положенні, нагрівають її в полум'ї пальника.

Підпалюють метан біля виходу газовідвідної трубки через 2 хвилини після виділення газу, тобто. після того, як зникне гримуча суміш (суміш вибухонебезпечна!). Звертають увагу, що метан горить полум'ям, що світиться.

Виділяється метан пропускають через розчини бромної води та KMnO 4 .

Чи змінюється фарбування розчинів? Чому?

Досвід №2. Бромування гексану.

Реактиви: гексан, бромна вода.

УстаткуванняКабіна: пробірка, стаканчик з льодом, пальник, піпетка.

а) Демонстраційний досвід. У дві кювети поміщають 3 мл гексану і додають 4-5 крапель розчину брому в чотирихлористому вуглеці і перемішують. Одну кювету ставлять під джерело УФ-світла, іншу накривають папером і залишають під тягою. Через 3-4 хвилини порівнюють кювети.

Б) У суху пробірку поміщають 1 мл гексану та кілька крапель бромної води. Вміст пробірки перемішують на холоді. . Нагрівають вміст пробірки на водяній бані до зникнення фарбування. Реакція супроводжується виділенням HBr.

Як виявити виділення HBr?

Досвід №3. Отримання етилену та вивчення його властивостей.

РеактивиОсі: етиловий спирт, сірчана кислота, пісок, бромна вода, розчин перманганату калію.

Устаткування: конічна колба на 50 мл з газовідвідною трубкою, пробірки, пальник.

У конічну колбу з газовідвідною трубкою поміщають 4-5 мл суміші етилового спирту та сірчаної кислоти (1:5) і додають трохи кип'яток для рівномірного кипіння. Нагрівають колбу із сумішшю в полум'ї пальника. Газ, що виділяється, пропускають через розчин бромної води, не припиняючи нагрівання. Зазначають, чи забарвлення брому зникає.

Після пропускання етилену через бромну воду та розчин перманганату калію етилен можна підпалити у кінця газовідвідної трубки. Він горить полум'ям, що не світиться.

Досвід №4. Одержання ацетилену та вивчення його властивостей.

Реактиви: карбід кальцію, бромна вода, розчин перманганату калію.

Устаткування: пробірка з газовідвідною трубкою, пробірки.

У суху пробірку поміщають шматочок карбіду кальцію і доливають воду, швидко закривають пробірку пробкою з газовідвідною трубкою і газ, що виділяється, пропускають послідовно в пробірки з бромною водою, розчином KMnO 4 . Як змінюється фарбування розчинів?

Підпалюють газ у кінця відвідної трубки. Ацетилен горить полум'ям, що коптить.

У звіті пишуть спостереження, рівняння всіх виконаних реакцій та називають отримані речовини. Роблять висновок про схожість та відмінність властивостей аліфатичних вуглеводнів.

Питання колоквіуму:

1. Запропонуйте радикальний ланцюговий механізм бромування гексану та іонний механізм бромування етилену.

2. Напишіть рівняння реакцій одержання ацетилену та рівняння реакції ацетилену з аміачним розчином оксиду срібла.

3. Наведіть приклади вуглеводнів, що містять первинний, вторинний та третинний атом вуглецю. Дайте їм назву.

4. Дайте визначення ізомерії. Зобразіть можливі ізомери пентану та дайте їм назву.

5. Знаходження у природі найважливіших вуглеводнів та його застосування.

Лабораторна робота №7 «Галогеналкани»

Галогенпохідними вуглеводнів називаються органічні сполуки, що утворюються при заміні атомів водню у вуглеводнях на атоми галогенів. Відповідно галогеналканами називають похідні алканів, у молекулах яких один або кілька атомів водню заміщені на атоми галогену.

Залежно від числа атомів водню, заміщених галогеном, розрізняють моно-, ді-, тригалогенпохідні і т.д.

Наприклад: СН 3 Сl (хлорметан, метилхлорид), СН 2 Сl 2 (дихлорметан, метиленхлорид), CHCl 3 (трихлорметан, хлороформ), CCl 4 (тетрахлорметан, чотирихлористий вуглець, тетрахлорид вуглецю).

Залежно від типу атома вуглецю, пов'язаного з галогеном, галогеналкани класифікують як первинні, вторинні та третинні.

Також як і серед вуглеводнів, розрізняють граничні, ненасичені, циклічні та ароматичні галогенпохідні вуглеводнів.

брометан 2-бромпропан 2-бром-2-метилпропан

(етилбромід) (ізопропілбромід) ( трет-бутілбромід)

первинний вторинний третинний

галогеналкан галогеналкан галогеналкан

хлорциклобутан бромциклогексан бромбензол

Нижчі алкілгалогеніди – газоподібні речовини, середні – рідини, вищі – тверді речовини. Галогеналкили майже нерозчинні у воді. Нижчі члени ряду мають характерний запах.

Хімічні властивості галогенпохідних визначається головним чином атомом галогену, що з радикалом. Галогенпохідні вступають у реакції заміщення та відщеплення. Наявність кратного зв'язку призводить до збільшення реакційної спроможності.

Реакції з нуклеофілами – найпоширеніші перетворення галогеналканів.

Практична частина

Досвід №1. Одержання 2-бромпропану (бромистого ізопропілу).

Реактиви: ізопропіловий спирт, концентрована сірчана кислота, бромід калію.

УстаткуванняКабіна: пробірки з газовідвідною трубкою, лід, штативи, стаканчики, плитка.

У пробірку з газовідвідною трубкою наливають 1,5-2 мл ізопропілового спирту та 2 мл концентрованої сірчаної кислоти. Суміш охолоджують та додають 1-2 мл води. Продовжуючи охолодження, всипають у пробірку 1,5 г калію броміду. Приєднавши газовідвідну трубку, зміцнюють пробірку похило у лапці штатива. Кінець відвідної трубки занурюють в іншу пробірку - приймач, що містить 1 мл води і поміщають у склянку з водою та льодом. Реакційну суміш обережно нагрівають до кипіння до тих пір, поки приймач не перестануть надходити маслянисті краплі, що опускаються на дно. У разі сильного спінювання реакційної маси нагрівання на короткий час переривають. Після закінчення реакції за допомогою ділильної лійки 2-бромпропан відокремлюють від води, збираючи його в суху пробірку або плоскодонну колбу. Для осушення 2-бромпропану додають кілька шматочків хлориду кальцію. Отриманий продукт використовують для такого досвіду.

Досвід №2. Відщеплення галогену від галогеналкілів при дії лугів.

Реактиви: 2-бромпропан (досвід №1), розчин гідроксиду натрію, азотна кислота, 1% розчин нітрату срібла.

Устаткування: Дільна воронка, пробірки, лід.

Отриманий у досвіді №1, 2-бромпропан промивають у ділильній лійці дистильованою водою. Воду зливають, а 2-бромпропан переливають у пробірку, яку потім додають 1-2 мл розчину гідроксиду натрію. Суміш нагрівають до початку кипіння, охолоджують у крижаній бані. У цих умовах відбувається лужний гідроліз галогеналкілів із утворенням галогеніду натрію. Далі для виявлення іона галогену невелику частину суміші підкислюють азотною кислотою і додають кілька крапель 1% розчину нітрату срібла. Що відбувається?

Досвід №3. Властивості хлороформу (трихлорметану).

Реактиви: хлороформ, 10% розчин гідроксиду натрію, розчин йоду в йодиді калію, 1% розчин нітрату срібла, 10% розчин аміаку, 20% розчин азотної кислоти;

УстаткуванняКабіна: пробірки, зворотні холодильники, склянки на 100 мл, лід.

3.1. У пробірку наливають 1 мл хлороформу та 1 мл води. Закривають пробірку пробкою та інтенсивно струшують. Через деякий час утворюються два шари, тому що хлороформ практично нерозчинний у воді. Пояснити, де знаходиться шар органічного розчинника, а де вода і чому? А також чому хлороформ не розчиняється у воді?

3.2. У пробірку наливають 1 мл хлороформу та додають кілька крапель розчину йоду в йодиді калію. Суміш інтенсивно струшують. Через деякий час нижній шар набуває рожевого забарвлення. Хлороформ добре розчиняє йод, при струшуванні йод переходить із водного шару в хлороформ, забарвлюючи його в рожевий колір.

3.3. Лужний гідроліз хлороформу. У пробірку наливають 1 мл хлороформу та 3 мл 10% розчину гідроксиду натрію. Пробірку закривають пробкою із зворотним холодильником. Суміш обережно нагрівають до початку кипіння, охолоджують у крижаній лазні. У цих умовах відбувається лужний гідроліз хлороформу з утворенням хлориду натрію та натрієвої солі мурашиної кислоти:

Методи аналізу органічних лікарських речовин відрізняються від методів аналізу неорганічних лікарських речовин та мають свої особливості. На відміну від неорганічних більшість органічних сполук є електролітами, тому їм не застосовні реакції іонного типу. Виняток становлять: органічні кислоти та їх солі (а):

та мінеральні кислоти, які дисоціюють на іони (б):

У той час як реакції між неорганічними сполуками, здебільшого, протікають миттєво внаслідок обміну між іонами, реакції органічних речовин, як правило, йдуть повільно і часто їх можна зупинити на утворенні проміжних продуктів, тобто можна спостерігати цілий ряд перетворень між вихідним та кінцевим результатом. У той же час всі органічні сполуки більшою чи меншою мірою нестійкі при високих температурах, при сильному нагріванні вони повністю згоряють.

Щоб встановити належність даної речовини до органічних сполук. Необхідно насамперед відкрити в ньому присутність вуглецю. Іноді це не становить труднощів, так як багато органічних речовин при прожарюванні обвугливаються, тобто перетворюються на вугілля, і тим самим підтверджують присутність вуглецю. Але в ряді випадків органічні речовини не обвугливаются при прожарюванні. Наприклад, якщо нагрівати спирт, він може випаруватися, а якщо він спалахне, то згоряє без залишку. Тому найбільш надійним способом відкриття вуглецю в органічній сполукі є спалювання цієї сполуки з будь-яким окислювачем.

До складу молекули органічної речовини можуть входити, крім вуглецю та водню, інші неорганічні елементи, часто галогени - Сl,. Вг, F, I

Як видно з наведених формул, галоген у молекулах бромізову, дііодтирозіну і фторотану пов'язаний безпосередньо з вуглецем (ковалентний зв'язок). Такі сполуки не дисоціюють на іони і тому визначити галоген у молекулі звичайними йому аналітичними реакціями (наприклад, з розчином нітрату срібла) не можна.

І тут для підтвердження наявності галогену в молекулі його треба перевести в іоногенний стан. Для цього органічну речовину необхідно попередньо зруйнувати. Цей процес має назву мінералізації,яка проводиться різними шляхами: спалюванням, окисненням, нагріванням з гідроксидами, сплавленням з лужними металами ін. .

Серед продуктів мінералізації органічної речовини обов'язкові СО2 та Н2О, які є показником органічної природи речовини.

В аналізі органічних лікарських речовин велике значення має визначення відповідних фізичних та хімічних показників, які можуть бути не тільки для ідентифікації, але й для підтвердження чистоти лікарських речовин.

Наприклад, для твердих речовин одним із характерних показників є температура плавлення, для рідких – температура кипіння, щільність, показник заломлення.

Ці показники є цілком визначеними лише чистих речовин. .

За наявності в лікарському речовині тієї чи іншої домішки температура плавлення у твердих речовин знижується, а рідких речовин температура кипіння в процесі перегонки зростає.

Показник заломлення, будучи постійною для чистої речовини, може сильно відхилятися у разі присутності домішок. Однак визначення цих показників для органічних лікарських речовин недостатньо. Вони дають лише орієнтовне попереднє уявлення про чистоту лікарської речовини. Для достовірності аналізу необхідно поряд із визначенням фізичних та хімічних показників проводити хімічний аналіз.

Характерною особливістю органічних лікарських речовин є наявність у їх молекулах так званих функціональних груп,т. е. реакційноздатних атомів або груп атомів, що визначаються за допомогою хімічних реакцій.

Функціональні групи зумовлюють підхід до аналізу органічних лікарських речовин, оскільки вони зумовлюють властивості речовин, визначають характер реакцій ідентифікації та методів кількісного визначення тієї чи іншої лікарської речовини. Знаючи реакції виявлення окремих функціональних груп, можна свідомо підійти до аналізу будь-якої складної структури лікарської речовини органічної природи.

Функціональних груп дуже багато (близько 100) і молекули більшості лікарських речовин мають поліфункціональний характер, тобто містять у молекулі одночасно кілька функціональних груп.

Контрольні питання для закріплення:

1. У чому полягає основна відмінність лікарських речовин органічної природи від лікарських речовин неорганічної природи?

2. У чому основна особливість аналізу органічних лікарських засобів на відміну від неорганічних?

3. Які фізичні та хімічні показники використовуються для справжності органічних лікарських препаратів?

Обов'язкова:

1. Глущенко Н.М., Плетньова Т.В., Попков В.А. Фармацевтична хімія. М.: Академія, 2004. - 384 с. с. 151-154

2. Державна фармакопея Російської Федерації / Видавництво «Науковий центр експертизи засобів медичного застосування», 2008.-704с.: іл.

Додаткова:

1. Державна фармакопея 11 видавництво, вип. 1-М: Медицина, 1987. – 336 с.

2. Державна фармакопея 11 видавництво, вип. 2-М: Медицина, 1989. – 400 с.

3. Бєліков В. Г. Фармацевтична хімія. - 3-тє вид., М., МЕДпрес-інформ-2009. 616 с:іл.

Електронні ресурси:

1. Фармацевтична бібліотека [Електронний ресурс].

URL:http://pharmchemlib.ucoz.ru/load/farmacevticheskaja_biblioteka/farmacevticheskaja_tekhnologija/9

2. Фармацевтичні рефератики – Фармацевтичний освітній портал [Електронний ресурс]. URL: http://pharm-eferatiki.ru/pharmtechnology/

3. Комп'ютерний супровід лекції. Диск 1СD-RW.