Принадлежность органических веществ к определенным классам устанавливается функциональным анализом, их чистота – хроматографией, строение – всеми существующими физико-химическими методами исследования с учетом способа получения, а в случае необходимости и результатов встречного синтеза.

Качественный элементный анализ позволяет определить, из атомов каких элементов построены молекулы органического вещества; количественный элементный анализ устанавливает состав соединения и простейшую формулу.

При выполнении элементного анализа органические вещества «минерализуют», т.е. разлагают таким образом, чтобы углерод превратился в СО 2 , водород – в Н 2 О, азот – в N 2 , NH 3 или цианид - ионы CN - и т.п. Дальнейшее определение проводят обычными методами аналитической химии.

В функциональном анализе применяются химические, физические и физико-химические методы.

Для качественных проб на функциональные группы выбирают реакции, при которых происходит изменение окраски или разделение фаз (выпадение осадка, выделение газа). Реакций, характерных только для какой-нибудь одной функциональной группы, известно немного, и для того, чтобы установить, к какому классу соединений относится данное вещество, нужно проделать несколько качественных реакций.

Лабораторная работа № 3 «Качественный элементный анализ»

Практическая часть

Опыт №1 . Открытие углерода и водорода сожжением вещества с оксидом меди (П).

Реактивы : порошок оксида меди (П), сахароза, безводный медный купорос, известковая вода.

Оборудование : пробирки, пробка с газоотводной трубкой, вата, сухое горючее.

Дня проведения эксперимента в пробирку «а» (рис. 31) насыпают черного порошка оксида меди (П) на высоту около 10 мм. Добавляют одну лопаточку сахарозы, тщательно перемешивают, энергично встряхивают пробирку.

В верхнюю часть пробирки «а» вводят в виде пробки небольшой комочек ваты (рис. 3.23.). Насыпают на вату тонкий слой белого порошка - безводного медного купороса. Закрывают пробирку «а» пробкой с газоотводной трубкой. При этом конец трубки должен почти упираться в вату с CuSO 4 . Нижний конец трубки помещают в пробирку «б», предварительно наливают внее около 1-2 мл известковой воды. Конец газоотводной трубки должен быть погружен в известковую воду.

Рис.3.23. Открытие углерода и водорода

Нагревают пробирку «а» на пламени горелки. Если пробка плотно закрывает пробирку, то через несколько секундиз газоотводной трубки начнут выходить пузырьки газа. Как только известковая вода помутнеет, вследствие выделения белого осадка СаСОз, пробирку «б» убирают. Пробирку «а» продолжают нагревать по всей длине до ваты, пока пары воды не достигнут белого порошка -обезвоженного медного купороса, находящегося на ватном тампоне, и не вызовут посинения его вследствие образования кристаллогидрата CuSО 4 · 5Н 2 О. Если слишком большой кусок ваты, то она поглотит выделившиеся пары и посинения может не произойти.

Опыт №2. Открытие азота сплавлением вещества с металлическим натрием.

Реактивы : мочевина, металлический натрий, этиловый спирт, спиртовой раствор фенолфталеина, раствор железного купороса FeS0 4 , 2 н раствора НСl.

Оборудование : сухое горючее, пробирки.

Для открытия азота 5 - 10 мг испытуемого вещества, например, несколько кристаллов мочевины, помещают в сухую пробирку. Прибавляют к мочевине небольшой кусочек металлического натрия.

Нагревают осторожно смесь в пламени горелки, пробирку вносят и выносят из пламени, не нагревая ее постоянно! Когда мочевина расплавится, следят, чтобы она смешалась с натрием (для успеха опыта необходимо чтобы натрий плавился вместе с веществом, а не отдельно от него - не на стенке пробирки!). При этом иногда наблюдается небольшая вспышка. Нагревают, пока получится однородный сплав.

Когда пробирка остынет, добавляют в нее 5 капель этилового спирта для устранения остатков металлического натрия, который реагирует со спиртом не так бурно, как с водой. При этом происходит образование алкоголята натрия с выделением водорода:

2С 2 Н 5 ОН +2Na →2C 2 H 5 0Na + Н 2

Убедившись, что остаток натрия прореагировал со спиртом (прекращается шипение от выделения пузырьков газа), добавляют в пробирку 5 капель воды и нагревают ее на пламени горенки, чтобы все растворилось. При этом цианид натрия переходит в раствор, а алкоголят натрия с водой образует едкую щелочь:

C 2 H 5 ОNa + НОН → С 2 Н 5 ОН + NaОH

Добавляют в пробирку 1 каплю спиртового раствора фенолфталеина. Появление малиново-красного окрашивания показывает, что в растворе образовалась щелочь. После этого внести в пробирку 1 каплю раствора железного купороса FeS0 4 обычно содержащего примесь соли оксида железа (III) Fe 2 (S0 4) 3 . В присутствии щелочи немедленно образуется грязно - зеленый осадок гидроксида железа (II) в смеси с желтым осадком гидроксида железа (III).

При наличии в растворе избытка цианида натрия гидроксид железа (II) образует комплексную желтую кровавую соль:

Fe(OH) 2 + 2NaCN → Fe(CN) 2 + 2 NaOH

Fe(CN) 2 + 4NaCN → Na 4

Пипеткой наносят в центр фильтровальной бумажки каплю жидкости из пробирки. Как только капля впитается, на нее наносят 1 каплю 2 н раствора НСl. После подкисления грязно-зеленый или желтоватый осадок гидроксидов железа (II) и (Ш) растворяется и при наличии азота немедленно появляется синее пятно образовавшейся берлинской лазури:

Fe(OH) 3 + 3 НСl → FeСl 3 + 3 Н 2 О

3 Na 4 + 4FeСl 3 → Fe 4 3 + 12 NaСl

Опыт № 3 . Открытие серы сплавлением органического вещества с металлическим натрием.

Реактивы : тиомочевина или сульфаниловая кислота, металлический натрий, этиловый спирт, раствора ацетата свинца Рb(СН3СОО) 2 .

Оборудование : сухое горючее, пробирки.

Для открытия серы испытуемое вещество, например, тиомочевину или сульфаниловую кислоту, помещают в сухую пробирку. Достаточно взять всего несколько кристаллов вещества.(5 – 10мг).

Добавляют к веществу кусочек металлического натрия (столбик длиной около I мм). Пробирку нагревают, следя за тем, чтобы натрий плавился не отдельно, а вместе с веществом, иначе, опыт не удастся. Наблюдаемая небольшая вспышка натрия не опасна (см. предыдущий опыт). При этом органическое вещество (тиомочевина) переходит в неорганическое соединение - сульфид натрия.

Когда пробирка остынет, прибавляют в нее 5 капель этилового спирта для устранения остатков металлического натрия, который со спиртом образует, алкоголят натрия C 2 H 5 ОNa. После окончания реакции (прекращение выделения пузырьков газа - водорода) добавляют для растворения сплава 5 капель воды и кипятят, чтобы ускорить растворение. Сульфид натрия при этом перейдет в раствор вместе с гидроксидом натрия, который, однако, не мешает дальнейшей реакции.

Для открытия серы добавляют несколько капель раствора ацетата свинца Рb(СН3СОО) 2 . При этом выпадает темно-коричневый осадок сульфида свинца:

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

Это качественная реакция на ион двухвалентной серы S -2 .

Опыт № 4. Открытие хлора при действии водорода на органическое вещество.

Реактивы : хлороформ CHСl 3 , этиловый спирт, металлический натрий, концентрированная азотная кислота HNO 3 .

Оборудование : сухое горючее, пробирки.

Помещают в пробирку I каплю хлороформа CHСl 3 . Добавляют 5 капель этилового спирта и кусочек металлического натрия (столбик длиной 1 мм). При этом происходит следующая реакция:

С 2 Н 5 ОН + Na → C 2 H 5 ОNa + Н 2

Обращают внимание на выделяющийся водород. Его можно зажечь у отверстия пробирки, если предварительно закрыть это отверстие пальцем, чтобы, накопить водород, а потом поднести отверстие к пламени горелки. Водород в момент выделения отщепляет хлор от хлороформа и образует хлористый водород, реагирующий затем с образовавшимся алкоголятом натрия.

CHCl 3 + 3H 2 → CH 4 + 3HCl

C 2 H 5 ONa + HCl → C 2 H 5 OH + NaCl

После того, как прекращается выделение водорода, для растворения образующегося белого осадка, нерастворимого в этиловом спирте, добавляют 2-3 капли воды. При этом избыток алкоголята натрия реагирует с водой, образуя щелочь:

C 2 H 5 ОNa + НОН → С 2 Н 5 ОН + NaOH

В присутствии щелочи нельзя отрывать ион хлора, так как добавление раствора нитрата серебра немедленно дает коричневый осадок оксида серебра, маскирующего осадок хлорида серебра:

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

Поэтому добавляют к раствору сначала 2 - 3капли концентрированной азотной кислоты HNO 3 (в вытяжном шкафу) для нейтрализации щелочи, а затем уже 2 капли 0,1 н раствора AgN0 3 . При наличии хлора немедленно выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра, нерастворимый в HNO 3:

NaCl + AgNO 3 → AgCl ↓+ NaNO 3

Ни в коем случае не следует брать для реакции больше 1 капли хлороформа, так как это только вредит чувствительности реакции. Остаток не вступившего в реакцию хлороформа еще до прибавления нитрата серебра дает с водой прочную эмульсию в виде беловатой мутной жидкости, которая будет маскировать появление белой мути от хлорида серебра.

Опыт № 5. Открытие хлора по зеленой окраске пламени (проба Бейльштейна).

Реактивы : хлороформ CHСl 3 .

Оборудование : сухое горючее, медная проволока.

Берут медную проволоку длиной около 10 см, загнутую на конце петлей и вставленную другим концом в небольшую корковую пробку. Держа за пробку, прокаливают петлю впламени горелки до исчезновения посторонней окраски пламени (признак загрязнения медной петли).

2Cu + O 2 → 2 CuO

Остывшую петлю, покрывшуюся черным налетом оксида меди (II), опускают в пробирку, на дно которой помещают испытуемое вещество, например хлороформ. Смоченную веществом петлю вновь вносят в пламя горелки. Немедленно появляется характерная ярко-зеленая окраска пламени вследствие образования летучего соединения меди с хлором. Подобную же окраску пламени дают, помимо хлористых и другие галогенсодержащие органические соединения.

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

Для очистки проволоку можно смочить соляной кислотой и прокалить.

В отчете пишут уравнения соответствующих реакций и делают вывод о наличии анализируемых элементов в веществах.

Вопросы коллоквиума:

1. В какие неорганические соединения переводят углерод-, водород-, азот-, серо- и хлорсодержащие органические соединения для качественного определения соответствующих элементов? Почему именно в эти неорганические соединения?

2. Для чего при открытии таких элементов, как азот, сера, хлор, добавляют этиловый спирт и воду?

3. В чем смысл пробы Бейльштейна?

Лабораторная работа № 4 «Функциональный анализ»

Для того чтобы отличить ароматические углеводороды от алифатических, можно использовать некоторые цветные реакции, например реакцию ароматических углеводородов с хлороформом в присутствии хлорида алюминия. Эта реакция сопровождается образованием окрашенных продуктов. Так, при взаимодействии бензола с хлороформом в присутствии AlCl 3 кроме основного продукта реакции – бесцветного трифенилметана, образуется также окрашенная соль трифенилкарбения:

Окрашено

Эту реакцию можно также использовать для обнаружения ароматических галогенпроизводных.

Опыт. К 1-2 мл хлороформа прибавляют 2-3 капли бензола, тщательно перемешивают и пробирку слегка наклоняют, чтобы смочить стенки. Добавляют 0,5-0,6 г безводного хлорида алюминия таким образом, чтобы часть порошка попала на стенки пробирки. Обращают внимание на окраску порошка на стенке и на цвет раствора. В реакции с бензолом возникает красно-оранжевая окраска, с дифенилом – пурпурная, с нафталином – синяя, с антраценом – зеленая.

Для того чтобы различить первичные, вторичные и третичные спирты, используется различная подвижность оксогруппы в реакции спиртов с раствором хлорида цинка в концентрированной соляной кислоте:

Третичные спирты взаимодействуют с этим реактивом с большей скоростью, давая нерастворимые галогеналкилы; первичные спирты реагируют только при продолжительном нагревании или стоянии, вторичные занимают промежуточное положение.

Опыт . В три пробирки наливают свежеприготовленный раствор хлорида цинка в соляной кислоте и охлаждают. В каждую пробирку добавляют по 3-4 капли соответственно первичного, вторичного или третичного спиртов, энергично встряхивают и оставляют в стакане с водой при 25-30 0 С. О начале реакции судят по помутнению раствора вследствие образования нерастворимого галогеналкила. Отмечают время помутнения раствора в каждой пробирке.

Качественные реакции карбонильных соединений многочисленны и разнообразны, что объясняется склонностью карбонильных соединений вступать в различные реакции замещения и присоединения.

Альдегиды жирного ряда восстанавливают двухвалентную медь в одновалентную. В качестве реактива, содержащего ионы Cu 2+ , применяется реактив Фелинга. Реактив Фелинга готовят перед употреблением, смешивая свежеприготовленный гидроксид меди (II), образующийся при взаимодействии гидроксида натрия с сульфатом меди(II), и раствор сегнетовой соли. При сливании растворов образуется гидроксид меди(II), который с сегнетовой солью дает комплексное соединение типа гликолята меди:

Ароматические альдегиды эту реакцию не дают.

Опыт . Приготавливают в пробирке реактив Фелинга, сливая по 1 мл исходных растворов, и прибавляют 2 мл карбонильного соединения. Верхнюю часть содержимого пробирки нагревают и наблюдают появление желтого или красного осадки оксида меди (I).

Практическая часть

Студентам выдается набор, состоящий из 6 бесцветных и прозрачных жидкостей, среди которых находятся по одному представителю алканов, ароматических углеводородов, спиртов (первичных, вторичных и третичных) и альдегидов. Названия представителей указываются преподавателем.

Задача студента, предварительно ознакомившись с основами функционального анализа, представленного во введении, составить план анализа, чтобы по его завершению можно было сделать вывод о нахождении того или иного соединения в пронумерованной пробирке.

В отчете пишут наблюдаемые явления, протекающие реакции и ход мышления. Делают вывод о принадлежности жидкостей к тому или иному классу и обосновывают его.

Лабораторная работа №5 «Тонкослойная хроматография»

Хроматография. Одним из наиболее простых и эффективных методов изучения состава смеси органических соединений, а также установление степени чистоты является тонкослойная хроматография (ТСХ). Наиболее широко применяется адсорбционный вариант ТСХ.

Процесс хроматографического разделения в этом варианте основан на различии в относительном сродстве компонентов анализируемой смеси к неподвижной фазе (сорбенту) и осуществляется в результате перемещения подвижной фазы (элюента) под действием капиллярных сил по слою сорбента, нанесенного на стеклянную или алюминиевую пластинку.

Хроматографирование проводится следующим образом. На пластинке отмечается стартовая и финишная линия (1-1,5 см от края пластинки). На стартовую линию в виде небольших пятен с помощью капилляра (не более 2-3 мм в диаметре) наносят раствор анализируемой смеси. Затем пластинку помещают в закрытую камеру с элюентом. Элюент представляет собой растворитель или смесь растворителей в различном соотношении. В качестве хроматографических камер используют как специальные камеры, так и различную химическую посуду: эксикаторы, стаканы, чашки Петри (рис.3.24.).

a) б)

Рис. 3.24. а) Эксикатор, оборудованный для тонкослойной хроматографии; б) использование стакана и чашки Петри для тонкослойной хроматографии.

При погружении нижней части пластинки в элюент линия старта должна находиться выше уровня растворителя. Поднимаясь по пластинке снизу вверх, растворитель разделяет нанесенные исследуемые вещества, перемещая их в слое сорбента с различной скоростью в зависимости от природы и свойств вещества. В результате компоненты смеси остаются на различном расстоянии от стартовой линии. Хроматографирование заканчивают, когда граница движущегося элюента достигнет линии финиша.

Затем пластинку достают из хроматографической камеры и высушивают на воздухе. Бесцветные соединения обнаруживают оптическим (ультрафиолет) или химическими методами. Последний метод заключается в обработке хроматограммы реагентами, которые взаимодействуют с анализируемыми веществами с образованием окрашенных пятен. Наиболее доступным и универсальным методом обнаружения является обработка парами иода. Для этого хроматограмму помещают на несколько минут в эксикатор, насыщенный парами иода.

После проявления пятен рассчитывают коэффициент подвижности R f , который представляет собой отношение расстояний от стартовой линии до центра пятна к расстоянию от стартовой до финишной линий (рис.3.25):

R f =L i /L

L i – расстояние от линии старта до центра пятна вещества i (см), L – расстояние от линии старта до лини финиша (см).

Рис.3.25. Хроматограмма, полученная при разделении смеси трех компонентов методом тонкослойной хроматографии.

Так же для идентификации веществ, входящие в состав анализируемой смеси, на стартовую линию дополнительно наносят растворы известных веществ – «свидетелей». После проявления пятен и вычисления R f сравнивают характеристики «свидетеля» и анализируемого вещества.

Практическая часть

Опыт №1. Обнаружение аскорбиновой кислоты (витамин С) во фруктовых соках.

Реактивы : сок апельсина (лимона, мандарина, рябины, граната и др.), элюент (этанол – гексан 3:1), 1%-ный раствор аскорбиновой кислоты.

Оборудование

На стартовую линию пластинки наносят пробы отфильтрованного сока апельсина (лимона, мандарина, рябины, граната и др.) и 1%-ного раствора аскорбиновой кислоты так, чтобы расстояние пятен от боковых краев и между собой было не менее 1 см. Когда пятна подсохнут, пластинку помещают в стакан, на дно которого наливают 2 мл элюента (этанол – гексан 3:1). Чтобы элюент не испарялся с поверхности пластинки, накрывают стакан чашкой Петри. После достижения элюента финишной линии, вынимают пластинку и высушивают ее на воздухе. Для обнаружения соединений помещают пластинку в эксикатор с парами иода. Отмечают проявившиеся пятна и определяют значение R f аскорбиновой кислоты.

Опыт №2. Обнаружение лимонной кислоты в лимоне.

Реактивы : сок лимона, раствор лимонной кислоты, элюент (этанол – гексан 3:1).

Оборудование : чашки Петри, стаканы, адсорбент Sorbfil, капилляры.

Аналогично предыдущему опыту на пластинку наносят пробы сока лимона и раствора лимонной кислоты («свидетель»). Выполняют хроматографирование и обнаружение аналогично опыту №1. Определяют значение R f лимонной кислоты.

Опыт №3. Обнаружение кофеина в чае и кофе.

Реактивы : растворы чая, кофе и кофеина, элюент этанол.

Оборудование : чашки Петри, стаканы, адсорбент Sorbfil, капилляры.

На линию старта пластинки наносят капли водного раствора чая, кофе и кофеина («свидетель»). Пластинку помещают в хроматографическую систему с этанолом в качестве элюента. Детектирование кофеина проводят парами иода. Определяют величину R f кофеина.

Опыт №4. Выделение кофеина и качественная реакция на него.

Реактивы : сухой чай, 30%-ный водный раствор пероксида водорода, концентрированный раствор аммиака, 10%-ный раствор соляной кислоты.

Оборудование : фарфоровая чашка, воронка, вата, асбестовая сетка, сухое горючее, предметное стекло.

Кофеин можно получить из листьев чая. Для этого в фарфоровую чашку насыпают около 0,5 – 1 г сухого чая, накрывают ее воронкой с заткнутым ватным тампоном отверстием и нагревают на асбестовой сетке около 10 мин. Сначала на внутренней части воронки конденсируются капельки воды, а затем начинает возгоняться кофеин, белые тонкие кристаллы которого осаждаются на холодных стенках воронки. Нагревание прекращают и после полного охлаждения фарфоровой чашки кристаллы кофеина счищают со стенок воронки и растворяют в 1 мл воды.

Для проверки наличия кофеина 1 каплю полученного раствора наносят на предметное стекло, добавляют 1 каплю 30%-ного водного раствора пероксида водорода и 1 каплю 10%-ной соляной кислоты. Смесь осторожно выпаривают досуха над пламенем сухого горючего. Стекло охлаждают и добавляют 1 каплю концентрированного раствора аммиака, а затем стекло вновь нагревают до полного испарения воды. Пурпурно красный цвет пятна указывает на наличие кофеина.

В отчете делают вывод об обнаружении заявленных компонентов в соках, фруктах и чае (кофе).

Вопросы коллоквиума:

1. На чем основан метод ТСХ?

2. Что такое коэффициент подвижности?

3. Что такое подвижная и неподвижная фаза?

4. Назовите методы проявления бесцветных пятен.

«Изучение состава органических соединений, их очистка и определение физических констант»

1. Иванов В.Г., Гева О.Н., Гаверова Ю.Г. Практикум по органической химии. - М.: Академия, 2000.

2. Артеменко А.И. Практикум по органической химии. - М.: Высшая школа, 2001.

3. Гинзбург О.Ф. Практикум по органической химии. Синтез и идентификация органических соединений. - М.: Высшая школа, 1989.

3.2. Ознакомительный (малый) практикум.

Лабораторная работа №6 «Алифатические углеводороды»

Углеводороды наиболее простые органические соединения, молекулы которых состоят только из атомов углерода и водорода. Углеводы, в молекулах которых углеродные атомы соединены друг с другом в открытые цепи (прямые или разветвленные), называют ациклическими (алифатическими) . От лат. Aliphatic – жирный. Первыми изученными соединениями этого класса были жиры.

Алициклические углеводороды – циклические соединения, молекулы которых построены из углеродных атомов, связанных между собой σ-связью. Основными представителями алициклических углеводородов являются циклоалканы (циклопарафины) и циклоалкены (циклоолефины) .

По характеру связи между углеродными атомами углеводороды могут быть предельными (насыщенными) и непредельными (ненасыщенными). К предельным углеводородам относятся алканы (парафины), к непредельным – алкены (олефины), алкадиены и алкины.

В алканах атомы углерода связаны между собой простой (одинарной) связью, в алкенах – двойной связью, алкинах – тройной связью. Алкадиены – это непредельные соединения, в молекулах которых имеются две двойные связи.

Предельные углеводороды при обычных условиях обладают большой химической инертностью. Это объясняется тем, что все σ-связи С-С и С-Н весьма прочны (энергии этих связей порядка 380 кДж/моль). К реакциям присоединения они вообще не способны вследствие ненасыщенности всех связей атомов углерода. С большинством химических реагентов алканы или вовсе не реагируют, или реагируют чрезвычайно медленно. Сильные окислители (например, перманганат калия) при комнатной температуре тоже не действуют на алканы.

При сравнительно невысоких температурах протекает лишь небольшое число реакций, при которых происходит замена атомов водорода на различные атомы или группы – реакции замещения.

Алкены и алкины являются более реакционно-способными из-за наличия двойной и тройной связи соответственно, которые можно считать функциональными группами. Естественно ожидать, что реакции алкенов и алкинов будут происходить по ненасыщенной связи – реакции присоединения.

Важными представителями алканов является метан СН 4 – главная часть природного (до 95-98%) и попутных газов. В значительных количествах он присутствует в газах переработки. Метан используют в основном в качестве дешевого топлива (в быту и промышленности). Он бесцветен и не имеет запаха. Для обнаружения его утечки в газопроводах добавляют небольшое количество сильно пахнущего вещества (одоранта).

Метан является ценным сырьем для химической промышленности. Из него получают ацетилен, галогенпроизводные, метанол, формальдегид и другие вещества. Метан служит для производства синтез - газа (водяного газа).

Изооктан (2,2,4-триметилпентан) С 8 Н 18 – главная составная часть высококачественного горючего (бензина) для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания.

Средние члены гомологического ряда метана С 7 – С 17 используют как горючее для двигателей (бензин, керосин), а также в качестве растворителей. Высшие алканы С 18 – С 44 – сырье для производства моющих средств, смазочных масел, пластификаторов. К высшим алканам относится озокерит (горный воск), состоящий в основном из твердых алканов с разветвленной цепью углеродных атомов, число которых превышает 25-30.

Многие алкены широко используют в качестве мономеров (исходных продуктов) для получения высоко молекулярных соединений (полимеров).

Ацетилен используют для сварки и резки металлов, т.к. при горении в кислороде ацетилен создает высокотемпературное пламя (3150 0 С). Так же ацетилен – ценный продукт для химической промышленности. Из него получают синтетический каучук, уксусный альдегид и уксусную кислоту, этиловый спирт и многие другие вещества.

Практическая часть

Опыт №1 . Получение метана и его свойства.

Реактивы : ацетат натрия, натронная известь, бромная вода, раствор перманганата калия.

Оборудование : пробирка с газоотводной трубкой, штатив, лапка штатива, горелка.

В пробирку с газоотводной трубкой помещают смесь, состоящую из одной части обезвоженного тонкоизмельченного ацетата натрия и двух частей натронной извести (NaOH и CaO). Общий объем смеси 1-2 см (около 1/3 по высоте пробирки). Закрепляют пробирку в штативе в горизонтальном положении, нагревают ее в пламени горелки.

Поджигают метан у выхода газоотводной трубки через 2 минуты после выделения газа, т.е. после того, как улетучится гремучая смесь (смесь взрывоопасна!). Обращают внимание, что метан горит светящимся пламенем.

Выделяющийся метан пропускают через растворы бромной воды и KMnO 4 .

Изменяется ли окраска растворов? Почему?

Опыт №2 . Бромирование гексана.

Реактивы : гексан, бромная вода.

Оборудование : пробирка, стаканчик со льдом, горелка, пипетка.

А) Демонстрационный опыт . В две кюветы помещают 3 мл гексана и добавляют 4-5 капель раствора брома в четыреххлористом углероде и перемешивают. Одну кювету ставят под источник УФ-света, а другую накрывают бумагой и оставляют под тягой. Через 3-4 минуты сравнивают кюветы.

Б) В сухую пробирку помещают 1 мл гексана и несколько капель бромной воды. Содержимое пробирки перемешивают на холоде. . Нагревают содержимое пробирки на водяной бане до исчезновения окраски. Реакция сопровождается выделением HBr.

Как можно обнаружить выделение HBr?

Опыт №3 . Получение этилена и изучение его свойств.

Реактивы : этиловый спирт, серная кислота, песок, бромная вода, раствор перманганата калия.

Оборудование : коническая колба на 50 мл с газоотводной трубкой, пробирки, горелка.

В коническую колбу с газоотводной трубкой помещают 4-5 мл смеси этилового спирта и серной кислоты (1:5) и добавляют немного «кипелок» для равномерного кипения. Нагревают колбу со смесью в пламени горелки. Выделяющийся газ пропускают через раствор бромной воды, не прекращая нагревания. Отмечают, исчезает ли окраска брома .

После пропускания этилена через бромную воду и раствор перманганата калия этилен можно поджечь у конца газоотводной трубки. Он горит несветящимся пламенем.

Опыт №4 . Получение ацетилена и изучение его свойств.

Реактивы : карбид кальция, бромная вода, раствор перманганата калия.

Оборудование : пробирка с газоотводной трубкой, пробирки.

В сухую пробирку помещают кусочек карбида кальция и приливают воду, быстро закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой и выделяющийся газ пропускают последовательно в пробирки с бромной водой, раствором KMnO 4 . Как изменяется окраска растворов?

Поджигают газ у конца отводной трубки. Ацетилен горит коптящим пламенем.

В отчете пишут наблюдения, уравнения всех проделанных реакций и называют полученные вещества. Делают вывод о сходстве и различии свойств алифатических углеводородов.

Вопросы коллоквиума:

1. Предложите радикальный цепной механизм бромирования гексана и ионный механизм бромирования этилена.

2. Напишите уравнения реакций получения ацетилена и уравнение реакции ацетилена с аммиачным раствором оксида серебра .

3. Приведите примеры углеводородов, содержащие первичный, вторичный и третичный атом углерода. Дайте им название.

4. Дайте определение изомерии. Изобразите возможные изомеры пентана и дайте им название.

5. Нахождение в природе важнейших углеводородов и их применение.

Лабораторная работа №7 «Галогеналканы»

Галогенпроизводными углеводородов называются органические соединения, образующиеся при замене атомов водорода в углеводородах на атомы галогенов. Соответственно галогеналканами называют производные алканов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на атомы галогена.

В зависимости от числа атомов водорода, замещенных галогеном, различают моно-, ди-, тригалогенпроизводные и т.д.

Например: СН 3 Сl (хлорметан, метилхлорид), СН 2 Сl 2 (дихлорметан, метиленхлорид), CHCl 3 (трихлорметан, хлороформ), CCl 4 (тетрахлорметан, четыреххлористый углерод, тетрахлорид углерода).

В зависимости от типа атома углерода, связанного с галогеном, галогеналканы классифицируют как первичные, вторичные и третичные.

Также как и среди углеводородов, различают предельные, непредельные, циклические и ароматические галогенпроизводные углеводородов.

бромэтан 2-бромпропан 2-бром-2-метилпропан

(этилбромид) (изопропилбромид) (трет -бутилбромид)

первичный вторичный третичный

галогеналкан галогеналкан галогеналкан

хлорциклобутан бромциклогексан бромбензол

Низшие алкилгалогениды – газообразные вещества, средние – жидкости, высшие – твердые вещества. Галогеналкилы почти нерастворимы в воде. Низшие члены ряда обладают характерным запахом.

Химические свойства галогенпроизводных определяется главным образом атомом галогена, связанного с радикалом. Галогенпроизводные вступают в реакции замещения и отщепления. Наличие кратной связи приводит к увеличению реакционной способности.

Реакции с нуклеофилами – наиболее распространенные превращения галогеналканов.

Практическая часть

Опыт№1 . Получение 2-бромпропана (бромистого изопропила).

Реактивы : изопропиловый спирт, концентрированная серная кислота, бромид калия.

Оборудование : пробирки с газоотводной трубкой, лед, штативы, стаканчики, плитка.

В пробирку с газоотводной трубкой наливают 1,5-2 мл изопропилового спирта и 2 мл концентрированной серной кислоты. Смесь охлаждают и добавляют 1-2 мл воды. Продолжая охлаждение, всыпают в пробирку 1,5 г бромида калия. Присоединив газоотводную трубку, укрепляют пробирку наклонно в лапке штатива. Конец отводной трубки погружают в другую пробирку - приемник, содержащую 1 мл воды и помещают в стаканчик с водой и льдом. Реакционную смесь осторожно нагревают до кипения до тех пор, пока в приемник не перестанут поступать маслянистые капли, опускающиеся на дно. В случае сильного вспенивания реакционной массы нагревание на короткое время прерывают. По окончании реакции при помощи делительной воронки 2-бромпропан отделяют от воды, собирая его в сухую пробирку или плоскодонную колбу. Для осушения 2-бромпропана добавляют несколько кусочков хлорида кальция. Полученный продукт используют для следующего опыта.

Опыт№2 . Отщепление галогена от галогеналкилов при действии щелочей.

Реактивы : 2-бромпропан (опыт №1), раствор гидроксида натрия, азотная кислота, 1%-ный раствор нитрата серебра.

Оборудование : Делительная воронка, пробирки, лед.

Полученный в опыте №1, 2-бромпропан промывают в делительной воронке дистиллированной водой. Воду сливают, а 2-бромпропан переливают в пробирку, в которую затем добавляют 1-2 мл раствора гидроксида натрия. Смесь нагревают до начала кипения, охлаждают в ледяной бане. В этих условиях происходит щелочной гидролиз галогеналкилов с образованием галогенида натрия. Далее для обнаружения иона галогена небольшую часть смеси подкисляют азотной кислотой и добавляют несколько капель 1%-ного раствора нитрата серебра. Что происходит?

Опыт№3 . Свойства хлороформа (трихлорметана).

Реактивы : хлороформ, 10% раствор гидроксида натрия, раствор иода в иодиде калия, 1%-ный раствор нитрата серебра, 10% раствор аммиака, 20% раствор азотной кислоты;

Оборудование : пробирки, обратные холодильники, стаканы на 100 мл, лед.

3.1. В пробирку наливают 1 мл хлороформа и 1 мл воды. Закрывают пробирку пробкой и интенсивно встряхивают. Через некоторое время образуются два слоя, так как хлороформ практически нерастворим в воде. Пояснить где находится слой органического растворителя, а где вода и почему? А так же почему хлороформ не растворяется в воде?

3.2. В пробирку наливают 1 мл хлороформа и добавляют несколько капель раствора иода в иодиде калия. Смесь интенсивно встряхивают. Через некоторое время нижний слой приобретает розовую окраску. Хлороформ хорошо растворяет иод, при встряхивании иод переходит из водного слоя в хлороформ, окрашивая его в розовый цвет.

3.3. Щелочной гидролиз хлороформа . В пробирку наливают 1 мл хлороформа и 3 мл 10% раствора гидроксида натрия. Пробирку закрывают пробкой с обратным холодильником. Смесь осторожно нагревают до начала кипения, охлаждают в ледяной бане. В этих условиях происходит щелочной гидролиз хлороформа с образованием хлорида натрия и натриевой соли муравьиной кислоты:

Ю.В.Голубков,
Г.Н.Голубкова

Обнаружение органических веществ

Для поступающих в вузы, учащихся старших классов школ, лицеев, гимназий, студентов колледжей, а также для преподавателей химии

Продолжение. Начало см. в № 10/2010

Глава II.

Элементный анализ органических веществ и определение их строения

Очищенное органическое вещество подвергается качественному и количественному анализу. Наиболее часто в органических соединениях, кроме углерода и водорода, содержатся кислород, азот, сера, галогены, фосфор.

Качественный и количественный анализ органических соединений основан на их разрушении (окислении) с последующим определением обычными методами CO 2 , H 2 O, N 2 , HCl и т.д.

Элементный анализ органических веществ начинался с определения углерода и водорода, поэтому интересно рассмотреть эту тему подробнее.

§ 7. Аналитическое определение углерода и водорода

Сущность метода.

Взвешенное количество исследуемого органического соединения окисляют тем или иным окислителем. Из углерода получают количественно оксид углерода(IV), а из водорода – воду. Массу этих продуктов горения (окисления) определяют весовым путем. Трубка для сожжения (окисления) наполнена таким образом, что другие элементы, находящиеся в органическом соединении, не препятствуют конечному количественному поглощению оксида углерода(IV) и воды в поглотительных аппаратах, содержащих соответствующие поглотители.

1) C + O 2 = CO 2 ,

углекислый газ поглощается баритовой водой (раствор гидроксида бария Ba(OH) 2) и известковой водой (раствор гидроксида кальция Ca(OH) 2), натронной известью (смесь 83 % Ca(OH) 2 , 5 % NaOH и 12 % H 2 O) и другими веществами.

2) H 2 + 1/2O 2 = H 2 O,

вода поглощается безводным перхлоратом магния Mg(ClO 4) 2 (ангидрон); по интенсивности своего осушающего действия он приближается к оксиду фосфора(V), имея перед последним то важное преимущество, что поглотившая воду и расплывшаяся соль магния длительным нагреванием до 220 о С в вакууме может быть вновь обезвожена и повторно использована. Могут использоваться и другие поглотители, например хлорид кальция (от этого соединения пошло название “хлоркальциевая трубка”, см. ниже).

Аппаратура.

Для того чтобы определить принадлежность данного вещества к органическим соединениям, необходимо прежде всего открыть в нем присутствие углерода. Иногда это не представляет затруднений: многие органические вещества при нагревании обугливаются, т.е. превращаются в уголь и этим выдают присутствие в них углерода. Но в целом ряде случаев вещества, содержащие углерод, не обугливаются при накаливании: например, если нагревать спирт, он просто испарится, а если он загорится, то сгорает без копоти. Поэтому наиболее надежным способом открытия углерода в органическом соединении является полное сожжение этого соединения и обнаружение в продуктах горения присутствия оксида углерода(IV).

Для того чтобы сжечь по возможности малое количество вещества и не растерять образующиеся газообразные продукты горения, небольшое количество органического вещества смешивают с окислителем и нагревают. Для этой цели нельзя применять слишком активные окислители, т.к. происходящая при этом реакция затруднит улавливание выбрасываемых из прибора газов. Если, например, смешать сжигаемое вещество с таким сильным окислителем, как хлорат калия KClO 3 (бертолетова соль), то, как известно, при нагревании смеси происходит вспышка, граничащая со взрывом. Поэтому в данном случае применяют малоактивные окислители, действующие лишь при значительном повышении температуры, что позволяет, изменяя температуру, регулировать скорость окисления органического вещества. В органических сожжениях обычно в качестве окислителя применяют оксид меди(II).

Для качественного определения берут несколько миллиграммов исследуемого вещества и смешивают с большим количеством (избыток) зерненного оксида меди(II), смесь насыпают в пробирку, закрывают ее пробкой с газоотводной трубкой и нагревают. Происходит восстановление оксида меди(II) органическим веществом; продукты окисления органического вещества, выходящие по газоотводной трубке, направляют в сосуд с насыщенным раствором гидроксида кальция (известковая вода). Как известно, присутствие оксида углерода(IV) обнаруживается по помутнению известковой воды. Если в состав сожженного вещества входит водород, образующаяся в результате окисления вода осаждается в виде капелек росы на холодных частях прибора и таким образом может быть обнаружена.

Для того чтобы произвести количественное определение углерода и водорода, нужно поглотить чем-нибудь образующиеся продукты горения, каждый отдельно, и взвесить. Принцип работы остается тот же, меняется лишь техника выполнения.

Классический метод сожжения, разработанный в свое время Ю.Либихом, заключается в следующем: сжигаемое вещество не смешивается с оксидом меди(II), а взвешивается в фарфоровой или платиновой лодочке, которая затем помещается в специальную трубку для сожжения (рис. 1). Это длинная стеклянная тугоплавкая трубка, в которую насыпают длинный слой зерненного оксида меди(II), удерживаемый двумя маленькими спиральками, сделанными из свернутой медной сетки. Эти спиральки входят в трубку с легким трением, и поверхность их предварительно окислена. В противоположный конец трубки вставляют более длинную спиральку из окисленной медной сетки так, чтобы между нею и слоем оксида меди(II) оставался промежуток длиннее фарфоровой лодочки с отвешенным веществом.

Приготовленую таким образом трубку помещают в печь для сожжения и при помощи каучуковых пробок со вставленными в них стеклянными трубочками соединяют концы ее с предварительно взвешенными поглотительными приборами: тот конец трубки, в котором находится слой оксида меди(II), соединяется с хлоркальциевой трубкой (рис. 2), в которой происходит поглощение водяного пара, образовавшегося во время горения сжигаемого вещества, а вслед за ней помещают калиаппарат, наполненый концентрированным раствором гидроксида калия и предназначеный для поглощения оксида углерода(IV). На рис. 3 показаны различные конструкции употребляемых калиаппаратов. Противоположный конец трубки для сожжения соединен с газометрами, наполненными: один – воздухом, другой – кислородом (ими пользуются поочередно). Между газометрами и трубкой также помещают поглотительные приборы для удержания влаги и оксида углерода(IV), которые могут содержаться в газах, наполняющих газометры.

Методика определения.

Когда прибор таким образом собран, нагревают до темно-красного каления ту часть трубки, которая наполнена оксидом меди(II), затем вынимают из противоположной части трубки медную спиральку, вводят лодочку с веществом и, снова вдвинув спиральку, закрывают пробкой, устанавливая сообщение с газометром, наполненным воздухом. После этого начинают нагревать длинную спиральку, а затем осторожно повышают температуру той части трубки, в которой находится лодочка с веществом, очень медленно пропуская через трубку струю воздуха.

Вещество, находящееся в лодочке, отчасти испаряется, отчасти разлагается, образуя летучие вещества. Эти горючие пары", смешиваясь с воздухом, увлекаются током его струи к выходу из трубки и, придя в соприкосновение с раскаленным оксидом меди(II), окисляются, восстанавливая оксид меди(II) до металлической меди. Если окисление происходит слишком быстро и образуется слишком много его продуктов (об этом можно судить по количеству пузырьков, проходящих через калиаппарат), понижают температуру и уменьшают интенсивность струи воздуха; в противном случае поступают наоборот.

Если сжигаемое вещество испаряется целиком или разлагается, не образуя угля, в лодочке под конец сожжения ничего не остается. Если же в лодочке образуется уголь, это место трубки нагревают сильнее и вместо воздуха начинают пропускать кислород, в котором уголь постепенно сгорает.

Когда сожжение закончено, через трубку снова пропускают воздух, пока наполняющий трубку и поглотительные приборы кислород не будет вытеснен воздухом. Это необходимо сделать, поскольку поглотительные приборы, когда их взвешивали перед сожжением, были наполнены воздухом, а не кислородом. После этого хлоркальциевую трубку и калиаппарат, дав им принять температуру весов, взвешивают. Привес хлоркальциевой трубки показывает количество поглощенной воды, а привес калиаппарата – количество поглощенного оксида углерода(IV).

Либих производил свои анализы, используя древесный уголь: трубка для сожжения помещалась в корытце и покрывалась слоем горящего угля. Чтобы понизить температуру в каком-нибудь месте трубки, уголь отгребался; чтобы повысить температуру – раздувался ручными мехами. С введением в лабораторную практику светильного газа стали применять печи с большим количеством газовых горелок (рис. 4), пламя которых легко регулировать. В современной практике все чаще и чаще применяют электрические печи.

Либиховский метод органического анализа, называемого иначе элементным анализом (определение элементного состава органического вещества), еще и теперь имеет широкое распространение в лабораториях. Кроме этого метода часто применяют и другие. Например, по методу Денштедта сожжение производится без оксида меди(II); вещество сжигается в струе кислорода в присутствии металлической платины, действующей как катализатор. Это позволяет сократить размеры трубки и уменьшить количество горелок в печи.

В последние годы все большее распространение получает упрощенный метод сожжения Г.Тер-Мейлена и И.Геслинга, заключающийся в том, что анализируемое вещество сжигают в струе кислорода, применяя в качестве катализатора оксид марганца(IV); печь, в которой производится сожжение, очень простой конструкции и нагревается всего двумя горелками. Этот метод удобен еще и тем, что позволяет применять для сожжения очень маленькие количества вещества и является полумикрометодом .

В настоящее время вошли в употребление микрометоды органического анализа. Специальной конструкции микровесы дают возможность взвешивать очень малые количества вещества с точностью до 0,001 мг. Соответствующим образом уменьшены и усовершенствованы трубка для сожжения и поглотительные приборы.

Оригинальный метод органического микроанализа разработан М.О.Коршун и В.А.Климовой. Его сущность заключается в том, что сожжение производится в ничем не наполненной трубке в струе кислорода. Навеску в 3–5 мг вещества помещают в цилиндрический стаканчик из кварца, который вводят в трубку для сожжения (в горизонтальном положении); через трубку пропускают ток кислорода. При нагревании того участка трубки, в котором находится стаканчик со сжигаемым веществом, внутри стаканчика происходит разложение и обугливание вещества, т.к. внутри стаканчика кислород не может циркулировать и потому не находится в избытке. Продукты термического разложения анализируемого вещества, выходя из стаканчика в трубку для сожжения, нагретую до 850–950 °С, встречают большой избыток кислорода и полностью сгорают. Сгорает и оставшийся в стаканчике уголь. Сожжение продолжается всего 10–15 мин. Таким образом, микрометод Коршун и Климовой является скоростным методом.

Если было сожжено а г вещества, привес хлоркальцевой трубки – р г (масса образовавшейся воды), а привес калиаппарата – р 1 г (масса образовавшегося оксида углерода(IV), процентное содержание водорода и углерода в исследуемом веществе определяется следующим образом. 1/9 часть воды по массе приходится на водород, следовательно, в р г воды содержится (р /9) г водорода; чтобы выразить это количество в процентах, следует его умножить на 100 и разделить на навеску: р 100/(9а ) %. В молекуле оксида углерода(IV) 12/44 ее массы приходится на углерод, следовательно, в данном образце содержится (12р 1 /44) г углерода, или 12р 1 100/(44а ) %.

Если сжигаемое вещество состояло из углерода, водорода и кислорода, массу последнего находят по разности (вычитая из 100 % сумму массовых долей водорода и углерода в процентах).

При определении углерода и водорода по методу Унтерцаухера (Унтерцойхера) анализируемое вещество сжигают над оксидом меди(II) в токе воздуха. Водород определяют по количеству выделившейся Н 2 О, которую связывают безводным ВаCl 2 , а углерод – по количеству СО, который образуется при пропускании выделившегося СО 2 над нагретым до 1120 °С углем. При этом содержание СО определяют, как будет описано далее (см. § 10). Метод разработан Й.Унтерцаухером в 1950 г.

В литературе описано еще много вариантов аппаратурного оформления методов определения углерода и водорода в органических соединениях. Обратим внимание на тщательность выполнения методик.

§ 8. Аналитическое определение галогенов

Галоген в органических веществах содержится не в форме иона, поэтому его нельзя осадить нитратом серебра в виде AgCl, AgBr или AgI. Чтобы открыть присутствие галогена в органическом веществе, последнее необходимо разрушить и этим освободить галоген или же перевести его в другое соединение, в котором галоген легко открыть.

Качественное испытание на галоген может быть произведено следующим образом: испытуемое вещество набирают на окисленную медную проволоку или на кусочек оксида меди(II), укрепленный в ушке медной проволоки, и вносят в огонь; органическое вещество сгорает, образуется галогенид меди, окрашивающий пламя в зеленый или голубовато-зеленый цвет. Такой способ открытия галогена известен под названием пробы Бейльштейна . Так можно открыть присутствие галогена, но нельзя решить, какой из них входил в состав исследуемого вещества. Кроме того, реакция не избирательна (мешают нитрилы, некоторые производные пиридина и др.).

Гравиметрические методы.

Для количественного определения галогена в органических соединениях можно поступить следующим образом: в толстостенную стеклянную трубку, запаянную с одного конца, помещают навеску испытуемого вещества, немного нитрата серебра и несколько миллилитров концентрированной азотной кислоты. Трубку запаивают и нагревают до 280–300 °С в специальной печи, поместив предварительно в металлический футляр, на случай, если трубка лопнет, не выдержав давления. В этих условиях органическое вещество сгорает (азотная кислота – окислитель), и в трубке образуется хлорид, бромид или йодид серебра, смотря по тому, какой галоген входит в состав исследуемого вещества. В трубке развивается большое давление вследствие образования оксида углерода(IV) и оксидов азота. По охлаждении трубку вскрывают, извлекают осадок и, промыв и высушив его, взвешивают. Это – метод “мокрого сожжения” Л.Кариуса (1860).

Количественное определение галогена в галогенпроизводных, растворимых в спирте, значительно упростил А.В.Степанов (1906). К спиртовому раствору навески галогенпроизводного добавляют по кусочкам металлический натрий и нагревают в колбе с обратным холодильником. Под влиянием вытесняемого натрием из спирта водорода образуется соответствующий углеводород и галогеноводород, который с натрием дает соответствующую соль, например хлорид натрия. Таким образом галоген переходит в ионное состояние и определяется обычными аналитическими методами (гравиметрически или титриметрически).

Когда производят сожжение веществ, содержащих галоген, с целью определения углерода и водорода, в конце трубки для сожжения помещают спиральку, свернутую из серебряной сетки. Назначение спиральки – удерживать галоген, освобождающийся при сгорании вещества, чтобы он вместе с оксидом углерода(IV) не проник в калиаппарат (поглотительную склянку) и не поглотился щелочью.

По методу “сухого сожжения” вещество сжигают в токе кислорода в кварцевой трубке специального устройства для сожжения, а продукты разложения пропускают над нагретыми платиновыми контактами для того, чтобы обеспечить полное окисление.

По методу сплавления в “бомбе” органическое вещество, содержащее галоген, сплавляют в “бомбе” со смесью нитрата калия, пероксида натрия и тростникового сахара (сахарозы). При этом образуется галогенид натрия, который осаждают нитратом серебра и взвешивают в виде галогенида серебра. Применяемая для сплавления “бомба” (рис. 5) состоит из металлической пробирки глубиной 25 мм и внутренним диаметром 13 мм; она изготовлена из сплава хрома с никелем. Толщина стенок пробирки составляет 1,5 мм; она имеет фланец шириной 3 мм, на который укладывают крышку и свинцовую прокладку. Круглое дно пробирки снабжено небольшой петлей. Крышка “бомбы” прочно закрепляется дугообразным зажимом с плотно пригнанным винтом.

В ы п о л н е н и е а н а л и з а

С м е ш е н и е. Взвешивают в бюксе 300 мг смеси нитрата калия и тростникового сахара (в соотношении 3:1) и 1,5 г пероксида натрия. Одну треть этой смеси загружают в “бомбу” и прибавляют соответствующее количество анализируемого вещества. Затем добавляют остаток смеси, плотно завинчивают крышку “бомбы” и содержимое ее тщательно перемешивают встряхиванием. Такое тщательное перемешивание очень важно для достижения полноты окисления. Многократным постукиванием заставляют содержимое “бомбы” собраться на дне – реакционная смесь готова к сплавлению.

С п л а в л е н и е. “Бомбу” поддерживают щипцами за головку винтового зажима или куском прочной проволоки, вставленной в отверстие головки винта, и постепенно опускают на одну треть в верхнюю часть небольшого бесцветного пламени газовой горелки (следует избегать нагревания “бомбы” слишком близко от ее крышки). Сплавление заканчивается в 10 с; собственно сплавление можно легко распознать по сотрясению “бомбы”. Теоретически сплавление можно считать законченым по истечении указанных 10 с, но рекомендуется держать “бомбу” в пламени дополнительно 5 с, чтобы быть уверенным в полном сплавлении всей реакционной смеси. Затем “бомбу” охлаждают водой под краном.

О х л а ж д е н и е и ф и л ь т р о в а н и е. Прежде всего “бомбу” обмывают снаружи дистиллированной водой. Затем ее вскрывают и горячей дистилированной водой промывают внутреннюю сторону крышки; промывную воду собирают в пробирку для осаждения. Вслед за этим пробирку “бомбы” вставляют в пробирку для осаждения и вновь прибавляют горячую дистилированную воду, чтобы она полностью покрывала пробирку “бомбы”. Для полного растворения реакционной смеси последнюю встряхивают. После растворения всей смеси пробирку поднимают толстой платиновой проволокой и тщательно промывают горячей дистиллированной водой. Затем пробирку берут за петлю щипцами с платиновыми наконечниками и промывают ее внутри горячей дистиллированной водой, которую сливают в первоначальный раствор.

О п р е д е л е н и е х л о р а. Раствор охлаждают в ледяной ванне и подкисляют концентрированной азотной кислотой. Подкисленный раствор фильтруют в другую пробирку для осаждения; к фильтрату прибавляют 1 мл 5%-го раствора нитрата серебра, нагревают на водяной бане и фильтруют осадок.

Осадок хлорида серебра высушивают до постоянного веса и взвешивают, после чего рассчитывают содержание хлора в анализируемом веществе.

О п р е д е л е н и е б р о м а и й о д а. Основной раствор и промывные воды нейтрализируют в присутствии фенолфталеина азотной кислотой до слаборозового окрашивания. Прибавляют 100 мг гидразинсульфата и смесь нагревают на паровой бане 15 мин. После того как эту смесь отфильтруют в другую пробирку для осаждения, ее подкисляют 0,5 мл концентрированной азотной кислоты, прибавляют 1 мл 5%-го раствора нитрата серебра, все вновь нагревают на паровой бане и осадок фильтруют, высушивают и взвешивают (как при определении хлора).

Титриметрические методы.

Определение хлора и брома. Органическое вещество, содержащее хлор и бром, вносят в реакционную колбу и разлагают при 115–125 °С концентрированной серной кислотой в присутствии смеси дихромата калия и дихромата серебра. Сожжение проводят в токе кислорода. Галоген (Х) поступает в приемник, содержащий избыток раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией 0,01 моль/л, к которому прибавлен 1 мл пероксида водорода:

2RX -> X 2 + x CO 2 + x H 2 O (окисление),

X 2 + 2NaOH + H 2 O 2 = 2NaX + O 2 + 2H 2 O (поглощение).

Избыток раствора гидроксида натрия оттитровывают раствором кислоты с такой же концентрацией и по количеству израсходованной щелочи вычисляют процентное содержание хлора или брома. Присутствие йода не мешает определению, поскольку он окисляется до йодата. Для летучих веществ или веществ, содержащих также азот или серу, этот метод не пригоден.

Определение йода. Органическое вещество, содержащее йод, сжигают в присутствии катализатора в атмосфере кислорода; при этом образуются йод, оксид углерода(IV) и вода. Йод улавливают и окисляют бромом до образования йодноватой кислоты HIO 3 , последнюю восстанавливают йодоводородом до йода, который определяют йодометрически.

Процес протекает согласно следующим уравнениям:

2RI -> I 2 + x CO 2 + x H 2 O (сожжение),

HIO 3 + 5HI = 3I 2 + 3H 2 O,

I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 = 2NaI + Na 2 S 4 O 6 (йодометрическое титрование).

§ 9. Аналитическое определение азота

Качественное определение азота . В продуктах сгорания органических веществ, содержащих азот, последний находится в свободном состоянии. Поэтому, чтобы определить присутствие азота в органическом соединении, его необходимо разрушить и перевести азот в такое соединение, которое легко открыть какими-нибудь качественными реакциями.

Например, по методу Лассеня азот обнаруживают таким образом: в запаянной с одного конца стеклянной трубочке прокаливают немного исследуемого вещества с кусочком металлического калия; при этом вещество обугливается, и из калия, углерода и содержащегося в исследуемом органическом веществе азота образуется цианид калия. Трубочку погружают в небольшое количество воды, вследствие чего она лопается, а цианид калия растворяется в воде. Раствор отфильтровывают от осколков стекла и угля. К полученному раствору, содержащему цианид калия, прибавляют растворы солей железа(II), например сульфат железа(II), и солей оксида железа(III), например хлорида железа(III). Содержащийся в растворе гидроксид калия осаждает гидроксиды железа(II) и (III), а при взаимодействии цианида калия с солями железа(II) образуется гексацианоферрат(II) калия K 4 :

6KCN + FeSO 4 K 4 + K 2 SO 4 .

После этого прибавляют хлороводородную (соляную) кислоту, вследствие чего снова образуются соли железа. После растворения гидроксидов железа(II) и (III) остается осадок образовавшейся из гексацианоферрата(II) калия и хлорида железа(III) берлинской лазури (гексацианоферрата(II) железа(III) Fe 4 3):

3K 4 + 4FeCl 3 = Fe 4 3 + 12KCl.

Образование берлинской лазури (нерастворимой в воде соли характерного синего цвета) свидетельствует о содержании в исследуемом веществе азота.

Количественное определение азота (метод Дюма) . Сжигают органическое вещество, смешанное с оксидом меди(II), пропуская через трубку для сжигания струю углекислого газа; продукты сгорания собирают в прибор, наполненный концентрированным раствором гидроксида калия. Углекислый газ при этом поглощается, объем оставшегося свободного азота измеряют и затем вычисляют его массу.

Когда сжигают органические вещества, содержащие азот, в конце трубки для сжигания помещают восстановленную медную спираль: если образуется незначительное количество оксидов азота, они в соприкосновении с раскаленной медью отдают ей кислород, а азот получается в свободном состоянии.

Выделяющей азот количественно собирают в азотометре (градуированном сосуде) над 50%-м раствором гидроксида калия. Метод разработан Ж.Б.А.Дюма в 1831 г.

Газометрическое определение азота по методу Дюма применимо к органическим соединениям, содержащим азот в любой форме, а именно: к амино-, нитрозо-, азо-, цианосоединениям, алкилнитритам, а также нитратам и гетероциклическим азотсодержащим соединениям.

При определении азота в органических соединениях (главным образом в аминах) по методу Кьельдаля анализируемое вещество разлагают концентрированной H 2 SO 4 в присутствии катализатора, обычно ртути или ее солей. При этом после подщелачивания выделяют аммиак, который отгоняют, поглощают раствором H 2 SO 4 или НCl и определяют титриметрически или колориметрически с реактивом Несслера – щелочным раствором дигидрата тетрайодомеркурата(II) калия K 2 [НgI 4 ] 2H 2 O. Иногда для получения более точных результатов азотсодержащее вещество предварительно обрабатывают восстановителем, например HI. Метод разработан И.Кьельдалем в 1883 г.

Существуют полуавтоматические приборы-анализаторы, позволяющие определять содержание азота одновременно с содержанием углерода и водорода.

§ 10. Аналитическое определение кислорода

Одним из первых методов определения кислорода в органических соединениях является восстановление в токе водорода (гидрирование) при температуре 1120 о С. При этом образуется вода.

Кроме того, органические соединения могут быть разрушены сплавлением с металлическим калием или натрием. При этом кислород образует оксид металла, который легко определить. Однако если в соединении одновременно содержатся кислород и азот, то может образовываться цианат щелочного металла – соль циановой кислоты HNCO.

По методу Унтерцаухера (Унтерцойхера) кислородсодержащее органическое соединение подвергают пиролизу в атмосфере азота. Газообразные продукты пропускают над углем, нагретым до 1110 – 1150 °С. При этом образуется оксид углерода(II), реагирующий затем с твердым оксидом йода(V) (йодноватым ангидридом) I 2 O 5:

5CO + I 2 O 5 = 5CO 2 + I 2 .

Выделившийся йод определяют титриметрически с помощью тиосульфата натрия Na 2 S 2 O 3:

2Na 2 S 2 O 3 + I 2 = 2NaI + Na 2 S 4 O 6 .

Этот метод Й.Унтерцаухер разработал в 1940 г.

Некоторые исследователи предпочитают использовать вертикальную Т-образную кварцевую трубку, заполненую углеродом (рис. 6).

Прямое микроопределение кислорода в органических соединениях.

Вещество подвергают восстановительному разложению над углем в инертной атмосфере. При этом весь кислород переходит в оксид углерода(II):

Большой вклад в развитие метода микроопределения кислорода и других элементов внесла М.О.Коршун. Она предложила вести гравиметрическое определение кислорода по трем факторам:

1) по убыли массы I 2 O 5 (см. предыдущее уравнение);

2) по привесам меди:

Cu + I = CuI 2 ;

3) по привесу аскарита*:

CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O.

§ 11. Аналитическое определение серы

Органическое вещество, содержащее серу, окисляют по методу Кариуса “мокрым сожжением” в концентрированной азотной кислоте в запаянной толстостенной стеклянной трубке в присутствии хлорида бария при температуре 280–300 °С. Присутствующая в веществе сера окисляется до серной кислоты, которая затем реагирует с хлоридом бария с образованием сульфата бария:

H 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2HCl.

После охлаждения трубку вскрывают, извлекают осадок и, промыв и высушив его, взвешивают (гравиметрический анализ).

По методу “сухого сожжения” органическое вещество, содержащее серу, но не содержащие галогенов и азота, окисляют в атмосфере кислорода в присутствии платинового катализатора. При этом сера превращается в газообразные оксиды, поглощаемые водным раствором пероксида водорода:

SO 2 + SO 3 + H 2 O 2 + H 2 O = 2H 2 SO 4 .

Таким образом, конечным продуктом окисления серы является серная кислота, которую титруют раствором гидроксида натрия с молярной концентрацией 0,01 моль/л (титриметрический анализ):

H 2 SO 4 + 2NaOН = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.

§ 12. Аналитическое определение фосфора и мышьяка

Для определения фосфора органическое вещество разлагают либо сплавлением с твердыми окисляющими смесями, либо обработкой смесью пероксида водорода и концентрированной серной кислоты. При этом находящийся в органическом веществе фосфор превращается в ортофосфорную кислоту, которую затем определяют весовым путем (гравиметрический анализ) в виде фосфоромолибдата аммония, высушенного предварительно эфиром.

Для определения мышьяка органическое вещество окисляют аналогично соединениям, содержащим фосфор. При этом пользуются либо “мокрым сожжением” (метод Кариуса), либо сплавлением в “бомбе”. Образующуюся мышьяковую кислоту H 3 AsO 4 определяют гравиметрически (весовым путем) в виде магниевой соли пиромышьяковой кислоты:

AsO 3- 4 + Mg 2+ + NH 4 + = MgNH 4 AsO 4 ,

2MgNH 4 AsO 4 Mg 2 As 2 O 7 + H 2 O + 2NH 3 ;

либо йодометрически (титриметрический, или объемный, метод):

H 3 AsO 4 + 2HI = H 3 AsO 3 + I 2 + H 2 O,

I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 = 2NaI + Na 2 S 4 O 6 .

§ 13. Определение строения органических веществ

Химия – это область научных знаний и практической деятельности, которая развивается за счет синтеза новых соединений и создания материалов на их основе. Главной задачей химика-исследователя после синтеза соединения является установление строения молекулы.

Определение полной структуры молекулы, включая геометрическую и электронную, является сложной задачей, которая до конца решена быть не может. Поэтому детали строения молекулы более или менее сложного соединения можно изучать бесконечно, добавляя к ним все новые и новые сведения.

Рассмотрим физические основы важнейших методов определения структуры молекул органических соединений. Эти методы называют физическими методами исследования. Химические методы доказательства геометрического строения молекулы (геометрической структуры) также не потеряли своего значения.

Во времена возникновения структурной теории А.М.Бутлерова была осознана важная истина о том, что строение молекулы определяет все ее химические свойства, и по сумме химических свойств можно сделать верное заключение о структуре вещества. Эта истина ни в коей мере не потеряла своего значения в век физических методов исследования. Постоянными в химии остаются анализ и синтез; эти понятия составляют, как известно, основу мыслительного процесса, основу всякого познания. Синтезируя все более и более сложные вещества, химик наперед знает исходные фрагменты, по которым формируется структура нового соединения. Поэтому он предполагает структуру заранее. После синтеза остается только ее доказать. Если же определяется структура природного соединения, о которой нет сведений, то сначала изучаются его химические свойства, которые позволяют сделать выводы о наличии тех или иных структурных элементов. Важнейшим шагом здесь является химический анализ – разложение сложной молекулы на осколки, на отдельные “кирпичики”, и установление характера их комбинации в молекуле.

В последние десятилетия химический анализ был дополнен масс-спектральным анализом – физическим методом, основанным на измерении массы заряженных частиц материи, образующихся при бомбардировке сложных молекул мощным потоком электронов. Этот метод по традиции всегда рассматривается вместе с методами оптической спектроскопии. Вышеупомянутые методы позволяют установить наличие отдельных существенных элементов геометрической (ИК-спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеивания) и электронной (электронная спектроскопия, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, спектроскопия электронного парамагнитного резонанса, рентгено-электронная спектроскопия и др.) структуры молекулы и сделать представление о ней более полным.

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектроскопия) – один из наиболее современных методов исследования строения органических соединений. В дополнение к электронной и колебательной спектроскопии ЯМР-метод, относящийся к резонансной спектроскопии, позволяет решать наиболее тонкие вопросы структурной химии, в частности, вопросы электронного состояния атомов в молекуле. Метод пригоден для исследования молекул, в состав которых входят атомы с нечетным числом протонов или нейтронов. Ядра таких атомов обладают магнитным моментом и являются парамагнитными.

Теоретические основы указанных методов исследования структуры органических соединений сложны и рассматриваются в соответствующих курсах высшей школы.

* Аскарит – асбест, пропитанный расплавленным NaOH. – Прим. ред.

Методы анализа органических лекарственных веществ отличаются от методов анализа неорганических лекарственных веществ и имеют свои особенности. В отличие от неорганических большинство органических соединений не являются электролитами, поэтому для них не применимы реакции ионного типа. Исключение составляют: органические кислоты и их соли (а):

и минеральные кислоты, которые диссоциируют на ионы (б):

В то время как реакции между неорганическими соединениями, в большинстве своем, протекают мгновенно вследствие обмена между ионами, реакции органических веществ, как правило, идут медленно и часто их можно остановить на образовании промежуточных продуктов, т. е. можно наблюдать целый ряд превращении между исходным и конечным результатом. В то же время все органические соединения в большей или меньшей степени неустойчивы при высоких температурах, при сильном нагревании они полностью сгорают.

Для того чтобы установить принадлежность данного вещества к органическим соединениям. Необходимо, прежде всего, открыть в нем присутствие углерода. Иногда это не представляет затруднений, так как многие органические вещества при прокаливании обугливаются, т. е. превращаются в уголь, и тем самым подтверждают присутствие углерода. Но в целом ряде случаев органические вещества не обугливаются при прокаливании. Например, если нагревать спирт, он может испариться, а если он загорится, то сгорает без остатка. Поэтому наиболее надежным способом открытия углерода в органическом соединении является сжигание этого соединения с каким-либо окислителем.

В состав молекулы органического вещества могут входить, кроме углерода и водорода, другие неорганические элементы, часто галогены - Сl,. Вг, F, I

Как видно из приведенных формул, галоген в молекулах бромизовала, дииодтирозина и фторотана связан непосредственно с углеродом (ковалентная связь). Такие соединения не диссоциируют на ионы и поэтому определить галоген в молекуле обычными для него аналитическими реакциями (например, с раствором нитрата серебра) нельзя.

В этом случае для подтверждения наличия галогена в молекуле его надо перевести в ионогенное состояние. Для этой цели органическое вещество необходимо предварительно разрушить. Этот процесс носит название минерализации, которая проводится различными путями: сжиганием, окислением, нагреванием с гидроксидами, сплавлением со щелочными металлами др. В результате минерализации образуются простые неорганические вещества в виде галогеноводородных кислот или их солей (галогенидов), которые диссоциируют и могут быть открыты обычными для них аналитическими реакциями ионного типа.

Среди продуктов минерализации органического вещества обязательны СО 2 и Н 2 О, которые служат показателем органической природы вещества.

В анализе органических лекарственных веществ большое значение имеет определение соответствующих физических и химических показателей, которые могут служить не только для идентификации, но и для подтверждения чистоты лекарственных веществ.

Например, для твердых веществ одним из характерных показателей является температура плавления, для жидких - температура кипения, плотность, показатель преломления.

Эти показатели являются вполне определенными только для чистых веществ. .

При наличии в лекарственном веществе той или другой примеси температура плавления у твердых веществ понижается, а у жидких веществ температура кипения в процессе перегонки растет.

Показатель преломления, являясь величиной постоянной для чистого вещества, может сильно отклоняться в случае присутствия примесей. Однако определения этих показателей для органических лекарственных веществ недостаточно. Они дают лишь ориентировочное предварительное представление о чистоте лекарственного вещества. Для достоверности анализа необходимо наряду с определением физических и химических показателей проводить химический анализ.

Характерной особенностью органических лекарственных веществ является наличие в их молекулах так называемых функциональных групп, т. е. реакционноспособных атомов или групп атомов, определяющихся с помощью химических реакций.

Функциональные группы обусловливают подход к анализу органических лекарственных веществ, так как они обусловливают свойства веществ, определяют характер реакций идентификации и методов количест­венного определения того или иного лекарственного вещества. Зная реакции обнаружения отдельных функциональных групп, можно сознательно подойти к анализу любого сложного по структуре лекарственного вещества органической природы.

Функциональных групп очень много (около 100) и молекулы большинства лекарственных веществ имеют полифункциональный характер, т. е. содержат в молекуле одновременно несколько функциональных групп.

Контрольные вопросы для закрепления:

1. В чём состоит основное отличие лекарственных веществ органической природы от лекарственных веществ неорганической природы?

2. В чем основная особенность анализа органических лекарственных препаратов в отличии от неорганических?

3. Какие физические и химические показатели используются для подлинности органических лекарственных препаратов?

Обязательная:

1. Глущенко Н.Н., Плетнева Т.В., Попков В.А. Фармацевтическая химия. М.: Академия, 2004.- 384 с. с. 151-154

2. Государственная фармакопея Российской Федерации/ Издательство «Научный центр экспертизы средств медицинского применения», 2008.-704с.:ил.

Дополнительная:

1. Государственная фармакопея 11 изд., вып. 1-М: Медицина, 1987. - 336 с.

2. Государственная фармакопея 11 изд., вып. 2-М: Медицина, 1989. - 400 с.

3. Беликов В. Г.Фармацевтическая химия. – 3-е изд., М., МЕДпресс-информ- 2009. 616 с:ил.

Электронные ресурсы:

1. Фармацевтическая библиотека [Электронный ресурс].

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

2. Фармацевтические рефератики - Фармацевтический образовательный портал [Электронный ресурс]. URL: http://pharm-eferatiki.ru/pharmtechnology/

3. Компьютерное сопровождение лекции. Диск 1СD-RW.

ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ АНАЛИЗ

(устар.-орг. анализ), качеств. и количеств. определение состава орг. в-в и установление их строения.

При определении качеств. состава орг. в-в используют разнообразные методы, основанные на хим. р-циях, сопровождающихся образованием продуктов с характерными св-вами (цвет, запах, т-ра плавления и др.), и на измерении физ. и физ.-хим. (хроматографич., спектральных и др.) характеристик идентифицируемых соединений.

При количеств, анализе орг. в-в устанавливают кол-во реагента, вступившего в р-цию с определяемыми орг. соед., или измеряют разл. физ. и физ.-хим. характеристики, связанные с кол-вом определяемого соединения.

О. в. а. включает элементный анализ, структурно-групповой (включая функц. и стереоспецифич.), молекулярный анализ, фазовый анализ и структурный анализ.

Исторически первыми были разработаны способы элементного анализа орг. в-в (А. Лавуазье, кон. 18 в.), основанные на их окислении и гравиметрич., титриметрич. или газометрич. определении образовавшихся простых соед. отдельных элементов. Первые методы элементного микрохимического анализа (микроанализа) разработал Ф. Прегль в нач. 20 в. Со 2-й пол. 20 в. для элементного анализа в-в широко применяют автоматич. анализаторы, основанные на сожжении анализируемой пробы орг. в-ва и газохромато-графич. разделении и определении продуктов сожжения. Анализатор снабжают компьютером и автоматич. системой ввода проб.

Изотопный анализ орг. в-в имеет целью определение в них содержания отдельных изотопов, а также определение соотношения одних и тех же орг. соед., содержащих разные или их сочетания. Для этого чаще всего применяют масс-спектрометрию или многократную газо-жидкостную хроматографию (напр., при разделении обычных и дейте-рир. форм метана или бензола). Наиб. эффективна хромато-масс-спектрометрия.

Большинство методов функционального анализа основано на взаимод. отдельных функц. групп орг. соед. с подходящими реагентами. Такие р-ции бывают избирательными или ограниченно избирательными, т. е. характерны соотв. только для одной или неск. функц. групп.

Чаще всего используют р-ции, связанные с образованием или исчезновением к-т, оснований, окислителей, восстановителей, воды, газов, реже-осадков и окрашенных в-в. Образовавшиеся к-ты и основания определяют кислотно-основным титрованием в водной или неводной среде. В неводной среде возможно раздельное потенциометрич. титрование к-ты и основания разной силы при совместном присутствии.

В случае окислит.-восстановит. р-ций, скорость к-рых невелика, обычно используют обратное титрование, т. е. оттитровывают избыток реагента. На образовании или поглощении воды в р-циях орг. соед. основано определение мн. функц. групп с помощью Фишера реактива (см. также Акваметрия).

Методы, основанные на р-циях, к-рые сопровождаются выделением или поглощением газа, используют редко, т. к. измерение объема или давления обычно требует громоздкой аппаратуры.

На образовании осадков основаны гравиметрич. методы определения небольшого числа функц. групп. Малорастворимые соед., используемые в этих случаях, представляют собой, как правило, металлич. карбоновых и сульфоно-вых к-т, соли орг. оснований, комплексные соед. (в т. ч. хелатные).

Образование окрашенных соед. часто достаточно специфично и позволяет избирательно определять функц. группы фотометрич. методами. Получили распространение (особенно в микроанализе) р-ции, приводящие к образованию флуоресцирующих соед., т. к. чувствительность определения функц. группы в этом случае достаточно велика.

Особой разновидностью функцион. анализа считают методы, основанные на предварит. взаимодействии определяемого в-ва с реагентами и определении образовавшегося продукта. Напр., ароматич. после нитрования можно определять полярографически, а р-ция между аминогруппой и нафталинсульфохлоридом позволяет определять флуориметрически.

Ниже приведены примеры наиб. часто применяемых методов функцион. анализа.

Определение активного водорода в спиртах, аминах, амидах, карбоновых и сульфоновых к-тах, меркаптанах и суль-фонамидах основано на их взаимод. с реактивами Гриньяра (обычно с метилмагнийиодидом; см. Церевитинова метод )или с LiAlH 4 и измерении объема выделившегося метана или водорода соответственно. Активный в ацетилене и его гомологах определяют по р-ции с солями Ag(I), Hg(I) или Cu(I) с послед, титриметрич. определением выделившихся к-т.

Соединения с ненасыщ. углерод-углеродными связями чаще всего бромируют, иодируют или гидрируют. В первых двух случаях непрореагировавший Вг 2 или I 2 определяют иодометрически, а при гидрировании измеряют объем поглощенного Н 2 . Число двойных связей можно установить по р-ции присоединения солей ртути с послед. титрованием выделившейся к-ты.

При определении гидроксильных групп чаще всего применяют с помощью уксусного, фталевого или пиромеллитового ангидрида, избыток к-рого оттитровывают. Можно использовать хлорангидриды к-т. Гидрокси-группы в фенолах обычно титруют р-рами основании в неводной среде. Фенолы легко бромируются и сочетаются с солями диазония, поэтому оттитровывают р-рами Вг 2 или солей диазония либо приливают к исследуемому р-ру бромид-броматную смесь, избыток к-рой устанавливают иодометрически (см. также Фалина реакция).

Углеводы можно определять окислением периодатом натрия и послед. титрованием избытка окислителя или образующихся к-т. Разработаны многочисл. разновидности этого метода (см., напр., Малапрада реакция).

Для определения орг. пероксисоединений (в т. ч. перокси-кислот) чаще всего используют их взаимод. с KI и послед. титрование выделившегося I 2 р-ром Na 2 S 2 O 3 .

Анализ алкоксисоединений заключается во взаимод. анализируемого в-ва с иодистоводородной к-той с образованием алкилиодидов (см. Цейзеля метод). Последние определяют разными методами - гравиметрически (в виде AgI) или титриметрически ( , кислотно-основное титрование). Аналогично можно определять и карбоновых к-т. Для идентификации С 1 -С 4 -алкоксигрупп образующиеся алкилиодиды превращают в четвертичные аммониевые соед., к-рые анализируют методами тонкослойной или бумажной хроматографии.

Определение эпоксигрупп основано на их р-ции с хлористым водородом с образованием хлоргидринов; по завершении р-ции избыток НСl оттитровывают р-ром щелочи.

Для определения карбонильных соед. (альдегидов и кето-нов) наиб. часто применяют оксимирование, т. е. их превращение в при взаимод. с гидрохлоридом гидроксил-амина; выделившийся в результате р-ции НСl оттитровывают р-ром щелочи (конечную точку титрования устанавливают с помощью индикатора или потенциометрически). Существует большое число модификаций этого метода. Альдегиды можно определять также по р-ции с бисульфитом Na с послед. кислотно-основным титрованием. Реже используют альдегидов ионами Ag + , р-цию с гидразинами и образование оснований Шиффа.

Хиноны восстанавливают хлоридом Ti(III) или сульфатом V(II); избыток восстановителя определяют титриметрически. Хиноны можно определять также иодометрически.

Для определения карбоновых к-т и их солей наиб. часто применяют кислотно-основное титрование в неводных средах.

Для анализа производных карбоновых к-т разработано большое число методов. Ангидриды после их гидролиза до к-т титруют р-рами щелочей. В случае анализа смеси к-ты и ее ангидрида кислотно-основным титрованием определяют сумму обоих в-в, а затем проводят р-цию ангидрида с морфолином или анилином и оттитровывают выделившиеся к-ты. В последнем случае можно также определять избыток основания титрованием р-ром НСl. Аналогично определяют галогенангидриды или их смеси с к-тами. При этом вместо р-ции с аминами часто используют взаимод. галогенангидрида со спиртом с послед. раздельным титрованием своб. карбоновой к-ты и выделившейся галогеново-дородной к-ты р-ром щелочи.

Определение сложных эфиров карбоновых к-т основано на их гидролизе р-ром щелочи, избыток к-рой оттитровывают р-ром к-ты. Малые кол-ва сложных эфиров обычно определяют спектрофотометрически в виде Fе(Ш)-солей гидрокса-мовых к-т, образующихся при взаимод. сложных эфиров с гидроксиламином.

Для определения азотсодержащих орг. в-в предложено большое число методов. Соед., способные восстанавливаться (нитро-, нитрозо-, ), определяют титано- или ванадатометрически: добавляют избыток р-ра соли Ti(III) или V(II) и непрореагировавший восстановитель от-титровывают р-ром соли Fe(III).

Широкое применение при определении находит титрование р-рами к-т (обычно НСlО 4) в неводной среде. Этот метод часто позволяет раздельно определять орг. и неорг. основания в смесях, а также орг. основания разной силы при совместном присутствии. Амины можно определять, как и гидроксипроизводные, по р-ции их ацилирова-ния. Для определения первичных ароматич. аминов часто используют титрование р-ром в кислой среде, сопровождающееся образованием диазосоединения. Аналогичное титрование вторичных аминов приводит к их N-нитрозирова-нию и также применяется в анализе. При микроанализе первичных ароматич. аминов образовавшиеся диазосоединения обычно подвергают сочетанию с соответствующими азосоставляющими и определяют образовавшийся краситель спектрофотометрически. В случае анализа смесей первичных, вторичных и третичных аминов чаще всего применяют титрование р-ром НСlO 4 в неводной среде исходной смеси (титруются все амины), смеси после ацетилирования уксусным ангидридом (титруются только третичные амины) и смеси после обработки ацетилацетоном или салициловым альдегидом (титруется сумма вторичных и третичных аминов).

Для определения солей арилдиазония р-ром анализируе-мого в-ва титруют навески азосоставляющей (З-метил-1-фенил-5-пиразолона, м-фенилендиамина и др.) или прибавляют к анализируемому р-ру р-р азосоставляющей, избыток к-рой оттитровывают р-ром NaNO 2 в кислой среде. В случае анализа диазосоединений возможно также применение газометрич. анализа, основанного на разложении исследуемого соед. с выделением N 2 , объем к-рого измеряют. Иногда, как и в случае анализа аминов, диазосоединения определяют по р-ции сочетания с послед. спектрофотомет-рич. определением образовавшегося красителя.

Гидразины и обычно оттитровывают иодометри-чески. В случае тиолов можно использовать также взаимод. их с солями серебра или кислотно-основное титрование. Орг. сульфиды окисляют бромид-броматной смесью, избыток к-рой определяют титриметрически.

Широкое распространение для качеств. и количеств. функ-цион. анализа получили также избирательные и достаточно чувствительные методы ИК спектроскопии и ЯМР.

Возникновение стереоспецифического анализа орг. в-в во 2-й пол. 20 в. связано с развитием хроматографич. методов. Для разделения энантиомеров чаще всего предварительно проводят р-цию между анализируемыми в-вами и оптически активными реагентами с образованием диасте-реомеров, к-рые затем разделяют методами газо-жидкост-ной или высокоэффективной жидкостной хроматографии на колонках с оптически активными неподвижными фазами.

Молекулярный анализ орг. в-в основан гл. обр. на применении хроматографии и разл. спектральных методов, к-рые позволяют устанавливать строение орг. соединений.

Фазовый анализ, позволяющий качественно и количественно анализировать кристаллич. формы орг. соед., проводят с помощью рентгенографии и электронографии. Рентгеновский, структурный анализ позволяет устанавливать с высокой точностью структурную ф-лу орг. в-ва, определить длины связей между атомами и углы между связями.

Перечисленные выше методы анализа основаны на прямом определении анализируемых в-в или полученных из них производных. В О. в. а. часто применяют также косвенные методы. Так, напр., карбоновые к-ты можно выделить из анализируемой смеси в виде труднорастворимых серебряных или др. солей и затем методом атомно-абсорбц. спектроскопии или рентгено-флуоресцентного анализа определить кол-во соответствующего металла; по результатам такого анализа можно рассчитать содержание карбоновой к-ты. В жидкостной хроматографии эффективно использование косвенного детектирования разделяемых в-в, при к-ром к подвижной фазе прибавляют активный компонент, образующий с продуктами разделения или с хроматографируе-мыми в-вами легко детектируемые соединения.

Приемы анализа и используемая аппаратура зависят от конкретной задачи О. в. а.: определение основного в-ва смеси, орг. или неорг. примеси в орг. в-вах, орг. примеси в неорг. в-ве или анализ сложной многокомпонентной смеси в-в.

Методы О. в. а. широко используют при разработке технологии пром. произ-ва орг. продуктов и в процессе самого произ-ва для разработки методик анализа сырья, вспомогат. в-в, промежут. продуктов на разных стадиях произ-ва, для контроля производств. процесса, готовой продукции, сточных вод и газовых выбросов, для идентификации примесей в промежуточных и конечных продуктах, а также для разработки аналит. методик, обеспечивающих проведение необходимых кинетич. исследований. Во всех случаях необходимо выбирать оптим. варианты методов анализа и их сочетания в соответствии с требованиями к экспрессности, воспроизводимости, точности и т. п.

При разработке аналит. части нормативно-техн. документации на сырье, вспомогат. материалы и готовую продукцию прежде всего устанавливают минимально необходимое и достаточное число аналит. показателей. К таким показателям относят т-ру плавления, р-римость, содержание осн. в-ва в продукте, к-рое определяют прямым методом (обычно титриметрически с применением потенциометрии) или косвенно, вычитая из массы всего продукта массу примесей, определяемых хроматографич. (чаще всего), электрохим. или спектрофотометрич. методами. При использовании функцион. анализа для определения осн. в-ва обычно выбирают методику, предусматривающую определение этого в-ва по функц. группе, образовавшейся на последней стадии его получения. При необходимости, когда анализируемое в-во получают многостадийным синтезом, его определяют по разным функц. группам. Аналит. методы, выбираемые для анализа сырья и готовой продукции, обязательно должны обладать гл. обр. хорошей воспроизводимостью и точностью.

Методы анализа, применяемые в контроле произ-ва, должны быть экспрессными и непрерывными (напр., редокс-метрия, рН-метрия, ). В основе методик контроля процессов произ-ва орг. в-в часто лежит определение исчезающей функц. группы, т. е. группы, подвергающейся превращению на данной стадии произ-ва, что позволяет точно фиксировать конец соответствующей стадии. При этом широко используют тонкослойную, газо-жид-костную, высокоэффективную жидкостную хроматографию, спектрофотометрию, электрохим. методы, проточно-ин-жекц. анализ.

Для анализа промежут. продуктов произ-ва чаще всего применяют титриметрию, а для анализа реакц. смесей-комплекс хроматографич. и спектральных методов, в т. ч. хромато-масс-спектрометрию, сочетание газовой хроматографии с ИК фурье-спектроскопией.

Большое значение приобрел анализ объектов окружающей среды. При разработке соответствующих методик анализа осн. требования к ним заключаются в высокой чувствительности и правильности идентификации определяемых в-в. Этим требованиям удовлетворяют хромато-масс-спектрометрия с использованием двух и более неподвижных фаз.

В клинич. анализе (анализ крови, мочи, тканей и др. объектов на содержание лек. в-в, метаболитов, стероидов, аминокислот и т. п.) важным является не только чувствительность, точность и экспрессность анализа, но и воспроизводимость его результатов. Когда последнее требование имеет решающее значение, применяют хромато-масс-спектрометрию в стандартных условиях, а также высокопроизводительный проточно-инжекц. анализ и разнообразные ферментные методы, обладающие высокой селективностью.

Лит.: Губен Вейль, Методы органической химии, т. 2, Методы анализа, пер. с нем. 4 изд., М.. 1963; Черонис Н. Д., Ма Т. С., Микро- и полумикро-методы органического функционального анализа, пер. с англ., М., 1973; Сиггиа С.. Ханна Дж. Г., Количественный органический анализ по функциональным группам, пер. с англ., М. ; 1983. Б. Я. Колоколов.

Химическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под ред. И. Л. Кнунянца . 1988 .

Смотреть что такое "ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ АНАЛИЗ" в других словарях:

Анализ воды метод исследования свойств и качеств воды. Применяется для определения количества различных веществ в составе воды, находящейся в контакте с человеком в промышленных и бытовых целях, либо в научных. Содержание 1 Типы воды для… … Википедия

Анализ почвы совокупность операций, выполняемых с целью определения состава, физико механических, физико химических, химических, агрохимических и биологических свойств почвы. Проводят механический (гранулометрический), химический,… … Википедия

АНАЛИЗ ВОДЫ - производится с целью выяснения качества воды и определения возможности использования ее для снабжения рыбоводных прудов. А. в. проводится четыре раза в год: весной (в период весеннего половодья), в середине лета (июль), осенью (в период осеннего… … Прудовое рыбоводство

анализ - АНАЛИЗ (от греч. analysis разложение, расчленение) процедура реального или мысленного расчленения предмета, явления или процесса, а также их взаимоотношений на составные части, элементы, свойства, функции и подсистемы. Процедурой,… … Энциклопедия эпистемологии и философии науки

Идентификация (обнаружение) компонентов анализируемых в в и приблизительная количеств, оценка их содержания в в вах и материалах. В качестве компонентов м. б. атомы и ионы, изотопы элементов и отдельные нуклиды, молекулы, функц. группы и радикалы … Химическая энциклопедия

Определение содержания (массы, концентрации и т. п.) или количеств. соотношений компонентов в анализируемом образце. Определяемыми компонентами м. б. атомы, молекулы, изотопы, функц. группы, фазы и т. п. (см. Элементный анализ, Молекулярный… … Химическая энциклопедия

Органических веществ анализ (устар.-орг. анализ), качеств. и количеств. определение состава орг. веществ и установление их строения.

При определении качеств. состава орг. веществ используют разнообразные методы, основанные на хим. реакциях, сопровождающихся образованием продуктов с характерными свойствами (цвет, запах, температура и др.), и на измерении физ. и физ.-хим. (хроматографич., спектральных и др.) характеристик идентифицируемых соединений.

При количеств, анализе орг. веществ устанавливают кол-во реагента, вступившего в реакцию с определяемыми орг. соед., или измеряют разл. физ. и физ.-хим. характеристики, связанные с кол-вом определяемого соединения.

органических веществ анализ включает элементный анализ, . структурно-групповой (включая функц. и стереоспецифич.), . и структурный анализ.

Исторически первыми были разработаны способы элементного анализа орг. веществ (А. Лавуазье, кон. 18 в.), основанные на их и гравиметрич., титриметрич. или газометрич. определении образовавшихся простых соед. отдельных элементов. Первые методы элементного (микроанализа) разработал Ф. Прегль в нач. 20 в. Со 2-й пол. 20 в. для элементного анализа веществ широко применяют автоматич. анализаторы, основанные на сожжении анализируемой пробы орг. вещества и газохромато-графич. разделении и определении продуктов сожжения. Анализатор снабжают компьютером и автоматич. системой ввода проб.

Изотопный анализ орг. веществ имеет целью определение в них содержания отдельных . а также определение соотношения одних и тех же орг. соед., содержащих разные изотопы или их сочетания. Для этого чаще всего применяют масс-спектрометрию или многократную газо-жидкостную (напр., при разделении обычных и дейтерир. форм или бензола). Наиб. эффективна хромато-масс-спектрометрия.

Большинство методов функционального анализа основано на взаимод. отдельных функц. групп орг. соед. с подходящими реагентами. Такие реакции бывают избирательными или ограниченно избирательными, т. е. характерны соотв. только для одной или неск. функц. групп.

Чаще всего используют реакции, связанные с образованием или исчезновением кислот, оснований, . . воды, . реже-осадков и окрашенных веществ. Образовавшиеся кислоты и основания определяют кислотно-основным титрованием в водной или неводной среде. В неводной среде возможно раздельное потенциометрич. титрование кислоты и основания разной силы при совместном присутствии.

В случае окислит.-восстановит. реакций, скорость которых невелика, обычно используют обратное титрование, т. е. оттитровывают избыток реагента. На образовании или поглощении в реакциях орг. соед. основано определение мн. функц. групп с помощью Фишера реактива (см. также Акваметрия).

Методы, основанные на реакциях, которые сопровождаются выделением или поглощением газа, используют редко, т. к. измерение объема или обычно требует громоздкой аппаратуры.

На образовании осадков основаны гравиметрич. методы определения небольшого числа функц. групп. Малорастворимые соед., используемые в этих случаях, представляют собой, как правило, металлич. карбоновых и сульфоно-вых кислот, орг. оснований, комплексные соед. (в т.ч. хелатные).

Образование окрашенных соед. часто достаточно специфично и позволяет избирательно определять функц. группы фотометрич. методами. Получили распространение (особенно в микроанализе) реакции, приводящие к образованию флуоресцирующих соед., т. к. чувствительность определения функц. группы в этом случае достаточно велика.

Особой разновидностью функцион. анализа считают методы, основанные на предварит. взаимодействии определяемого вещества с реагентами и определении образовавшегося продукта. Напр., ароматич. после можно определять полярографически, а реакция между аминогруппой и нафталинсульфохлоридом позволяет определять флуориметрически.

Ниже приведены примеры наиб. часто применяемых методов функцион. анализа.

Определение активного водорода в . аминах, амидах, карбоновых и сульфоновых кислотах, и суль-фонамидах основано на их взаимод. с реактивами Гриньяра (обычно с метилмагнийиодидом; см. Церевитинова метод )или с LiAlH 4 и измерении объема выделившегося или водорода соответственно. Активный водород в и его гомологах определяют по реакции с солями Ag(I), Hg(I) или Cu(I) с послед, титриметрич. определением выделившихся кислот.

Соединения с ненасыщ. углерод-углеродными связями чаще всего бромируют, иодируют или гидрируют. В первых двух случаях непрореагировавший Вг 2 или I 2 определяют иодометрически, а при измеряют объем поглощенного Н 2 . Число двойных связей можно установить по реакции присоединения солей с послед. титрованием выделившейся кислоты.

При определении гидроксильных групп чаще всего применяют с помощью уксусного, фталевого или пиромеллитового ангидрида, избыток которого оттитровывают. Можно использовать хлорангидриды кислот. Гидрокси-группы в обычно титруют растворами основании в неводной среде. Фенолы легко бромируются и сочетаются с . поэтому фенолы оттитровывают растворами Вг 2 или солей диазония либо приливают к исследуемому раствору бромид-броматную смесь, избыток которой устанавливают иодометрически (см. также Фалина реакция).

Определение эпоксигрупп основано на их реакции с с образованием хлоргидринов; по завершении реакции избыток НСl оттитровывают раствором щелочи.

Для определения карбонильных соед. (альдегидов и кето-нов) наиб. часто применяют оксимирование, т. е. их превращение в при взаимод. с гидрохлоридом гидроксил-амина; выделившийся в результате реакции НСl оттитровывают раствором (конечную точку титрования устанавливают с помощью или потенциометрически). Существует большое число модификаций этого метода. можно определять также по реакции с бисульфитом Na с послед. кислотно-основным титрованием. Реже используют окисление альдегидов Ag + , реакцию с и образование оснований Шиффа.

Широкое применение при определении аминов находит титрование растворами кислот (обычно НСlО 4) в неводной среде. Этот метод часто позволяет раздельно определять орг. и неорг. основания в смесях, а также орг. основания разной силы при совместном присутствии. Амины можно определять, как и гидроксипроизводные, по реакции их ацилирования. Для определения первичных ароматич. аминов часто используют титрование раствором в кислой среде, сопровождающееся образованием диазосоединения. Аналогичное титрование вторичных аминов приводит к их N-нитрозированию и также применяется в анализе. При микроанализе первичных ароматич. аминов образовавшиеся диазосоединения обычно подвергают сочетанию с соответствующими азосоставляющими и определяют образовавшийся краситель спектрофотометрически. В случае анализа смесей первичных, вторичных и третичных аминов чаще всего применяют титрование раствором НСlO 4 в неводной среде исходной смеси (титруются все амины), смеси после ацетилирования уксусным ангидридом (титруются только третичные амины) и смеси после обработки ацетилацетоном или салициловым альдегидом (титруется сумма вторичных и третичных аминов).

Для определения солей арилдиазония раствором анализируемого вещества титруют навески азосоставляющей (З-метил-1-фенил-5-пиразолона, м -фенилендиамина и др.) или прибавляют к анализируемому раствору раствор азосоставляющей, избыток которой оттитровывают раствором NaNO 2 в кислой среде. В случае анализа диазосоединений возможно также применение газометрич. анализа, основанного на разложении исследуемого соед. с выделением N 2 , объем которого измеряют. Иногда, как и в случае анализа аминов, диазосоединения определяют по реакции сочетания с послед. спектрофотометрич. определением образовавшегося красителя.

Гидразины и тиолы обычно оттитровывают иодометрически. В случае тиолов можно использовать также взаимод. их с солями серебра или кислотно-основное титрование. Орг. сульфиды окисляют бромид-броматной смесью, избыток которой определяют титриметрически.

Широкое распространение для качеств. и количеств. функцион. анализа получили также избирательные и достаточно чувствительные методы ИК спектроскопии и ЯМР.

Возникновение стереоспецифического анализа орг. веществ во 2-й пол. 20 в. связано с развитием хроматографич. методов. Для разделения энантиомеров чаще всего предварительно проводят реакцию между анализируемыми веществами и оптически активными реагентами с образованием диастереомеров, которые затем разделяют методами газо-жидкост-ной или высокоэффективной жидкостной хроматографии на колонках с оптически активными неподвижными фазами.

Молекулярный анализ орг. веществ основан главным образом на применении хроматографии и разл. спектральных методов, которые позволяют устанавливать строение орг. соединений.

Фазовый анализ, позволяющий качественно и количественно анализировать кристаллич. формы орг. соед., проводят с помощью рентгенографии и электронографии. Рентгеновский, позволяет устанавливать с высокой точностью структурную ф-лу орг. вещества, определить длины связей между атомами и углы между связями.

Перечисленные выше методы анализа основаны на прямом определении анализируемых веществ или полученных из них производных. В органических веществ анализе часто применяют также косвенные методы. Так, например, карбоновые кислоты можно выделить из анализируемой смеси в виде труднорастворимых серебряных или др. солей и затем методом атомно-абсорбц. спектроскопии или рентгено-флуоресцентного анализа определить кол-во соответствующего металла; по результатам такого анализа можно рассчитать содержание карбоновой кислоты. В жидкостной хроматографии эффективно использование косвенного детектирования разделяемых веществ, при котором к подвижной фазе прибавляют активный компонент, образующий с продуктами разделения или с хроматографируемыми веществами легко детектируемые соединения.

Приемы анализа и используемая аппаратура зависят от конкретной задачи О. в. а.: определение основного вещества смеси, орг. или неорг. примеси в орг. веществах, орг. примеси в неорг. веществе или анализ сложной многокомпонентной смеси веществ.

Методы О. в. а. широко используют при разработке технологии пром. произ-ва орг. продуктов и в процессе самого произ-ва для разработки методик анализа сырья, вспомогат. веществ, промежут. продуктов на разных стадиях произ-ва, для контроля производств. процесса, готовой продукции, сточных вод и .х выбросов, для примесей в промежуточных и конечных продуктах, а также для разработки аналит. методик, обеспечивающих проведение необходимых кинетич. исследований. Во всех случаях необходимо выбирать оптим. варианты методов анализа и их сочетания в соответствии с требованиями к экспрессности, воспроизводимости, точности и т.п.