Chemia organiczna –biotechnologia, kurs rozszerzony

1

Ćwiczenie 2. Analiza jakościowa związków organicznych

zawierających azot, siarkę oraz fluorowcopochodne.

Wprowadzenie teoretyczne

Cel ćwiczeń: Zapoznanie studentów z metodami identyfikacji pierwiastków wchodzących w

skład związków organicznych w celu szybkiej detekcji podstawowych składników związków

organicznych.

W badaniach związków organicznych powstaje często konieczność ich charakterystyki i

identyfikacji (budowa, skład elementarny) co jest zadaniem jakościowej analizy organicznej.

Za pomocą prostych reakcji istniej szybka możliwość określenia podstawowych składników

związków organicznych (C, H, O, N, S, P, chlorowiec).

Wykrywanie pierwiastków jak N, S czy chlorowiec sprowadza się najczęściej do

stapiania substancji organicznej z sodem, czyli przeprowadzenia analizowanych składników

w formy jonowe. Podczas stapiania związku organicznego z sodem zachodzi reakcja:

C, H, O, N → NaCN

Proces ten, nazywany mineralizacją wykonywany jest w następujący sposób: w małej

probówce umieszcza się ok. 0,1 g badanej substancji i kawałek metalicznego sodu. Następnie

probówkę ogrzewa się w płomieniu palnika do stopienia się substancji z sodem. Kolejnym

krokiem jest doprowadzenie zawartości probówki do czerwonego żaru i wrzucenie jej do

kolby stożkowej zawierającej 10 cm3 wody destylowanej. Po pęknięciu probówki, zawartość

kolby należy intensywnie wymieszać i przesączyć. Jeśli przesącz jest zabarwiony (żółty lub

brunatny), należy powtórzyć stapianie z sodem, gdyż rozkład substancji nie był całkowity.

Bezbarwny przesącz służy do dalszych badań mających na celu wykrycie azotu, siarki i

chlorowca.

Wykrywanie poszczególnych pierwiastków tworzących związek organiczny polega na

przeprowadzeniu odpowiednich reakcji charakterystycznych dla danego jonu. W tym celu

przeprowadza się powstały NaCN do heksacyjanożelazianu (II) sodu, który wykrywa się

przy pomocy FeCl3: wydziela się niebieski lub zielononiebieski osad heksacyjanożelazian (II)

żelaza (III) – błękit pruski:

2 NaCN + FeSO4 → Fe(CN)2 + Na2SO4

Fe(CN)2 + 4 NaCN → Na4[Fe(CN)6]

Na4[Fe(CN)6 + 4 FeCl3 → Fe4[Fe(CN)6]3 + 12 NaCl

Obecność węgla w związku organicznym można stwierdzić przez działanie na badaną

substancję stężonym roztworem H2SO4 powodującym jej zwęglanie. Próba ta nie zawsze

Chemia organiczna –biotechnologia, kurs rozszerzony

2

daje pozytywny wynik w przypadku niektórych związków organicznych, czarne zabarwienie

węgla może być niewyraźne. Stosuje się wówczas ogrzewanie badanej substancji z tlenkiem

miedzi (II). Tlenek miedzi (II) utlenia węgiel do dwutlenku węgla, którego obecność można

stwierdzić na podstawie zmętnienia wodorotlenku baru (II) lub wapnia.

C org. + 2 CuO → CO2 +2 Cu

CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O lub CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O

Kropelki wody osiadające na ściankach probówki świadcząc zawartości w badanej substancji

wodoru.

2 H org. + CuO → H2O + Cu

gdzie: C org. i H org. - węgiel i wodór w substancji organicznej.

Doświadczenie to nie jest miarodajne, jeśli badana substancja jest wilgotna lub zawiera

wodę krystalizacyjną.

Azot zawarty w związkach organicznych w formie grup aminowych można wykryć za

pomocą wapna sodowanego przez przekształcenie go w amoniak. Wydzielający się gaz

można zidentyfikować po charakterystycznym zapachu i po zabarwieniu na niebiesko

zwilżonego czerwonego papierka lakmusowego.

Do wykrywania siarki występującej w związkach organicznych w postaci grup -SH

(tiolowej) lub -S-S- (tioeterowej) można wykorzystać reakcje hydrolizy alkalicznej i

wytracenie jonu S2-

przy pomocy octanu ołowiu (II). Wytrącenie się czarnego osadu PbS

świadczy o obecności siarki w badanym związku:

S org.→ Na2S (stapianie z Na)

Na2S + Pb(CH3COO)2 → ↓PbS + 2 CH3COONa

Kolejna metoda wykrywania siarki polega na reakcji z nitroprusydkiem sodu. Pojawienie się

ciemnopurpurowego zabarwienia świadczy o obecności siarki:

Na2S + Na2[Fe(CN)5NO] → Na4[Fe(CN)5NOS]

Metoda wykrywania chlorowca zależy od obecności innych pierwiastków takich jak azot i

siarka. Możliwe jest również przeprowadzenie próby negatywnej informującej o braku

chlorowca – tzw. próba Beilsteina. Polega ona na ogrzewaniu w płomieniu palnika drutu

miedzianego zanurzonego wcześniej w badanym roztworze. Zielone, szybko znikające

zabarwienie płomienia wskazuje na obecność chlorowca w badanym związku. Z uwagi na fakt,

że pozytywny wynik tej reakcji mogą dawać również związki nie zawierające chlorowca lecz

zawierające azot (w postaci CN- lub CNS

-), tylko negatywny wynik daje pewność, że związek nie

zawiera chlorowca. Jeśli badana substancja nie zawiera azotu ani siarki do zakwaszonej próby

dodaje się roztwór AgNO3, wytracenie się białego osadu AgCl (żółtego AgBr lub

Chemia organiczna –biotechnologia, kurs rozszerzony

3

pomarańczowego AgI) świadczy o obecności chlorowca w badanym związku organicznym:

NaX + AgNO3 → AgX + NaNO3

W celu sprawdzenia czy wytrącony osad jest chlorkiem (bromkiem, jodkiem) srebra,

przeprowadza się reakcje identyfikacji.

Biały osad chlorku srebra roztwarza się łatwo w rozcieńczonym amoniaku, dając chlorek

diaminasrebra (I):

AgCl + 2 (NH3·H2O) → [Ag(NH3)2]Cl + 2 H2O

Z tego roztworu po dodaniu kwasu azotowego wytrąca się ponownie AgCl:

[Ag(NH3)2]+ + Cl

- + 2 H

+ → AgCl + 2 NH4

+

Chlorek srebra roztwarza się również w tiosiarczanie (VI) sodu, dając bis(tiosiarczano)

srebrzan (I):

AgCl + 2 S2O32-

→ Ag(S2O3)23-

+ Cl-

Jeśli badana substancja zawiera azot lub siarkę, zakwaszoną próbę ogrzewa się na łaźni

wodnej w celu usunięcia jonów cyjankowych (CN-) i utlenienia jonów siarczkowych S

2- do

siarczanowych (VI) SO42-

. Następnie wykonuje się detekcję chlorowca dodając roztwór

AgNO3 jak opisano powyżej.

Sposób wykonania

Sprzęt i odczynniki

- probówki

- korki o osadzoną rurką szklaną

- łapy do probówek

- statyw i siatka do ogrzewania

- okulary ochronne

- zlewki 250 cm3

- kolby stożkowe 200 cm3

- pipety szklane 5 cm3

- pipety szklane 1 cm3

- drut miedziany

- papierki lakmusowe

- przesącze powstałe na drodze mineralizacji związków organicznych poprzez stapiane z

sodem

- przykładowe związki organiczne w postaci stałej

- stężony kwas siarkowy (VI), H2SO4

Chemia organiczna –biotechnologia, kurs rozszerzony

4

- rozcieńczony kwas siarkowy (VI), H2SO4

- 2 M roztwór kwasu azotowego (V), HNO3

- wyprażony tlenek miedzi (II), CuO

- wapno sodowane

- 20% roztwór wodorotlenku sodu, NaOH

- roztwór siarczanu (VI) żelaza (II), FeSO4

- roztwór chlorku żelaza (III), FeCl3

- roztwór octanu ołowiu, Pb(CH3COO)2

- roztwór nitroprusydku sodu, Na2[Fe(CN)5NO]

- roztwór wodny azotanu (V) srebra, AgNO3

- roztwór amoniaku, NH3·H2O

- tiosiarczan (VI) sodu, Na2S2O3

Wykonanie

Wykrywanie węgla i wodoru

1. Wykrywanie węgla za pomocą stężonego kwasu siarkowego (VI).

Umieścić w probówce ok. 0,1 g badanej substancji i wlać ok. l cm3 stężonego kwasu

siarkowego (VI). Jeżeli badana substancja jest związkiem organicznym, to po kilku

minutach następuje jej zwęglanie. Zapisać obserwacje.

2. Wykrywanie węgla i wodoru za pomocą CuO.

W probówce umieścić ok. 0,1 g badanej substancji i 0,5 g wyprażonego CuO, a

następnie probówkę zamknąć korkiem z osadzoną w nim szklaną rurką. Zawartość probówki

ogrzewać w płomieniu palnika. Wylot rurki zanurzyć w probówce z wodą barytową Ba(OH)2

lub wodą wapienną Ca(OH)2. Zapisać obserwacje i reakcje.

Wykrywanie azotu

1. Wykrywanie azotu za pomocą wapna sodowanego

Ok. 0,1 g badanej substancji umieścić się w suchej probówce, dodać 0,1 g wapna

sodowanego i ogrzewać. W trakcie wydzielania się gazowego amoniaku można wyczuć

charakterystycznym zapach. Umieścić zwilżony czerwony papierek lakmusowy u wylotu

próbówki i zaobserwować zmianę jego barwy.

2. Wykrywanie azotu i innych pierwiastków w związkach organicznych przez stapianie

substancji z sodem

Do 3 cm3 przesączu powstałego po stapianiu związku organicznego z sodem

Chemia organiczna –biotechnologia, kurs rozszerzony

5

umieszczonego w czystej probówce dodać ok. 0,1 g siarczanu żelaza (II) FeSO4 i ogrzewać

do wrzenia w ciągu l minuty, a następnie dodać rozcieńczonego kwasu siarkowego (VI).

Zapisać równanie reakcji i obserwacje.

Wykrywanie siarki

1. Do ok. 0,1 cm3 przesączu otrzymanego w wyniku stapiania badanej substancji z sodem

dodać 2 M HNO3 i 0,5 cm3 roztwór octanu ołowiu (II). Zapisać równanie reakcji i obserwacje.

2. Do przesączu o odczynie alkalicznym otrzymanego w wyniku stapiania badanej substancji

z sodem dodaje się kilka kropel roztworu nitroprusydku sodu. Zapisać równanie reakcji i

obserwacje.

3. Do probówki wsypać ok. 0,1 g substancji organicznej, dodać 2 cm3 20% roztworu NaOH i 0,5

cm3 roztworu octanu ołowiu (II). Zawartość probówki ogrzewać przez kilka minut na łaźni

wodnej. Zapisać równanie reakcji i obserwacje.

Wykrywanie chlorowca – próba Beilsteina

Drut miedziany ogrzewać w płomieniu palnika aż do zaniku barwy zielonej płomienia.

Następnie gorący drut zanurzyć w badanej substancji i ponownie ogrzewa. Zapisać obserwacje

dotyczące barwy płomienia. Następnie dalsze postępowanie zależy od tego czy próba zawiera

bądź nie azot lub siarkę.

1. Jeśli badana substancja nie zawiera azotu ani siarki, wówczas do l cm3 przesączu dodać kwas

azotowy (V) w celu zakwaszenia próbki, a następnie kilka kropel azotanu (V) srebra. Opisać

powstający osad, a następnie sprawdzić jego roztwarzanie z rozcieńczonym roztworze amoniaku

oraz tiosiarczanie (VI) sodu.

2. Jeśli badana substancja zawiera azot lub siarkę, należy zakwasić l cm3 przesączu roztworem

HNO3, a następnie roztwór ogrzewać w probówce na łaźni wodnej ok. 10 minut. Tak

przygotowaną próbę należy poddać reakcjom jak w punkcie 1.