Identifizierung unbekannter Aldehyde und Ketone

Quelle: Lara Al Hariri und Ahmed Basabrain an der University of Massachusetts Amherst, MA, USA

1. DNPH-Test auf aromatische Aldehyde und KetoneExpand

   In diesem Labor verwenden Sie den DNPH-Test, den Tollens-Test und den Jodoform-Test, um zwei unbekannte Aldehyde oder Ketone zu identifizieren. Sie verwenden Butanon und Benzaldehyd als bekannte Verbindungen, um zu bestätigen, dass die Tests wie erwartet funktionieren.

   Sie beginnen das Labor mit dem DNPH-Test, der auf der Reaktion zwischen 2,4-Dinitrophenylhydrazin oder DNPH und Aldehyden und Ketonen beruht. Wenn Sie DNPH und einen Aldehyd oder ein Keton in einer sauren Umgebung kombinieren, durchlaufen sie eine Kondensationsreaktion, um das entsprechende Hydrazon zu bilden. Das Hydrazon fällt dann aus der Lösung aus. Wenn der Niederschlag rot bis orange ist, war der Aldehyd oder das Keton aromatisch. Wenn es orange bis gelb ist, war der Aldehyd oder das Keton nicht aromatisch oder aliphatisch.

   • Ziehen Sie einen Laborkittel, eine Schutzbrille und Nitrilhandschuhe an. Anmerkung: Viele Chemikalien in diesem Labor sind giftig, ätzend oder brennbar, daher führen Sie dieses Labor in einem Abzug durch. Wechseln Sie Ihre Handschuhe, wenn Sie Chemikalien darauf bekommen.
   • Holen Sie sich ein Fläschchen mit jeder bekannten Verbindung und wählen Sie zwei unbekannte Verbindungen zur Analyse aus. Schreiben Sie die Codes für Ihre Unbekannten in Ihr Labornotizbuch.
   • Beschriften Sie einen 250-ml-Becher für wässrige Abfälle und einen 600-ml-Becher für gebrauchte Pipetten. Geben Sie mehrere saubere Pasteur-Pipetten in ein anderes Becherglas und holen Sie sich mehr, wann immer Sie sie brauchen.
   • Besorgen Sie sich vier kleine Reagenzgläser in einem Gestell und beschriften Sie sie mit den vier Verbindungsnamen oder Codes und dem Namen des ersten Tests.
   • Bringen Sie ein 50-ml-Becherglas und einen Messzylinder zur Reagenzhaube und erhalten Sie 8 mL der DNPH-Lösung.
   • Verwenden Sie vier Pasteur-Pipetten, um 3 – 4 Tropfen jeder Verbindung in das Reagenzglas zu geben. Anmerkung: Verwenden Sie Pipetten während dieses Labors nicht wieder, da eine Kreuzkontamination die Testergebnisse ungültig macht.
   • Geben Sie 2 mL der DNPH-Lösung in eines der Reagenzgläser und mischen Sie sie gut mit einem Glasstab. Spülen Sie den Glasstab gründlich mit deionisiertem Wasser über Ihrem wässrigen Abfallbecherglas ab, um alle Spuren von Keton oder Aldehyd zu entfernen.
   • Füge 2 ml der DNPH-Lösung auf die gleiche Weise zu jedem der anderen drei Reagenzgläser hinzu. Achten Sie darauf, den Glasstab nach jedem Glas gründlich zu reinigen. Wenn du fertig bist, lass die Lösung 15 Minuten einwirken.
   • Während Sie warten, richten Sie die Vakuumfiltration ein und füllen Sie ein 250-ml-Becherglas mit deionisiertem Wasser.
   • Nach 15 Minuten untersuchen Sie die Ausfällungen in den Reagenzgläsern. Anmerkung: Benzaldehyd hat eine aromatische Gruppe, daher sollten Sie in seinem Reagenzglas einen roten bis orangefarbenen Feststoff sehen. Butanon ist aliphatisch, daher sollten Sie im Reagenzglas einen orangefarbenen bis gelben Feststoff sehen. Notieren Sie die Ergebnisse in Ihrem Labornotizbuch.

     Tabelle 1: DNPH-, Tollens- und Iodoform-Ergebnisse

     Zusammengesetzt	DNPH	Tollens'	Iodoform	Löslichkeit in Wasser	Hydrazone m.p.
     Butanon
     Benzaldehyd

     Klicken Sie hier, um Tabelle 1 herunterzuladen
   • Vergleichen Sie die Feststoffe aus den unbekannten Verbindungen mit den bekannten Verbindungen. Für jede Unbekannte ist zu notieren, ob dieser Feststoff eher rot-orange wie Benzaldehyd oder eher orange-gelb wie Butanon war.
   • Verwenden Sie eine saubere Pasteurpipette, um das Filterpapier der Vakuumfiltrationsanlage mit deionisiertem Wasser zu benetzen und den Feststoff von einem Ihrer Unbekannten durch Vakuumfiltration zu sammeln. Spülen Sie alle im Röhrchen verbliebenen Feststoffe mit entionisiertem Wasser aus.
   • Waschen Sie den Feststoff auf dem Filterpapier mit 10 mL entionisiertem Wasser.
   • Nehmen Sie eine winzige Menge des Feststoffs mit einem sauberen Glasstab auf und schmieren Sie sie auf pH-Papier. Wenn der pH-Wert unter 6,5 liegt, spülen Sie den Feststoff mit weiteren 10 ml entionisiertem Wasser ab. Spülen Sie den Feststoff weiter aus und überprüfen Sie seinen pH-Wert, bis er zwischen 6,5 und 7 liegt.
   • Beschriften Sie ein kleines Uhrenglas für das Unbekannte und übertragen Sie das Filterpapier und den Feststoff vorsichtig zum Trocknen auf das Uhrglas.
   • Spülen Sie den Büchner-Trichter gründlich mit deionisiertem Wasser, entsorgen Sie das Filtrat im DNPH-Lösungsabfall und bauen Sie die Vakuumfiltrationseinrichtung mit einem neuen Stück Filterpapier wieder zusammen.
   • Sammeln und waschen Sie die Feststoffe aus der zweiten unbekannten Verbindung und aus den beiden bekannten Verbindungen auf die gleiche Weise.
   • Lassen Sie die vier Feststoffe in Ihrem Abzug trocknen (1 h).
2. Der Tollens-TestErweitern

   Wenn Sie einen Aldehyd mit Diamminsilber(I) oder Tollens-Reagenz kombinieren, wird das Reagenz zu metallischem Silber und Ammoniak reduziert. Das Silber bedeckt entweder die Innenseite des Reaktionsgefäßes oder fällt als schwarzer Feststoff aus, so dass es leicht zu erkennen ist, dass die Reaktion stattgefunden hat.

   Die meisten Ketone sind schwerer zu oxidieren als Aldehyde und reagieren daher nicht mit dem Tollens-Reagenz. Für dieses Labor können Sie davon ausgehen, dass es sich bei Silber um einen Aldehyd handelt. Wenn Silber nicht auftritt, handelt es sich um ein Keton.

   Die Tollens-Reagenzlösung enthält eine starke Base und muss speziell entsorgt werden, um die Bildung eines explosiven Zersetzungsprodukts zu vermeiden. Gehen Sie vorsichtig damit um und denken Sie daran, den Testabfall des Tollens in den dafür vorgesehenen Behälter zu werfen.

   • Legen Sie Ihre gebrauchten Reagenzgläser in ein Becherglas und beschriften Sie vier neue Röhrchen mit den Verbindungsnamen oder -codes und dem Tollens-Test.
   • Bringen Sie ein sauberes 50-ml-Becherglas und einen 5-ml-Messzylinder zur Reagenzhaube und erhalten Sie 4 mL des Tollens-Reagenzes.
   • Verwenden Sie saubere Pipetten, um 3 – 4 Tropfen jeder Verbindung in das Reagenzglas zu geben.
   • Füge 1 ml Tollens-Reagenz zu jedem Reagenzglas hinzu und mische die Lösungen gut mit einem sauberen Glasstab, wobei du den Stab zwischen den Röhrchen gründlich mit deionisiertem Wasser ausspülst. Stellen Sie das Gestell mit den Röhrchen zur Seite und lassen Sie es 10 Minuten ruhen.
   • Während Sie warten, geben Sie etwa 100 ml Wasser in ein 150-ml-Becherglas und stellen Sie es auf eine Kochplatte. Positionieren Sie eine kleine 3-polige Klemme über dem Becherglas.
   • Überprüfen Sie das Benzaldehyd-Rohr nach 10 min. Hinweis: Benzaldehyd sollte ein positives Ergebnis haben, was durch einen Silberfilm oder Niederschlag angezeigt wird. Wenn Sie kein positives Ergebnis im Benzaldehyd-Röhrchen sehen, befestigen Sie ein Thermometer am Reagenzglas und erhitzen Sie es im Wasserbad bei 35 °C für 5 min. Dann sollte der Silberfilm oder Niederschlag erscheinen. Notieren Sie dieses Ergebnis in Ihrem Labornotizbuch.
   • Butanon reagiert nicht mit dem Tollens-Reagenz. Anmerkung: Das Butanon-Röhrchen ist ein Beispiel für ein negatives Tollens-Testergebnis. Notieren Sie dies in Ihrem Labornotizbuch.
   • Überprüfen Sie die Röhren Ihrer Unbekannten. Wenn Sie einen silbernen Spiegel oder Niederschlag sehen, notieren Sie ein positives Tollens-Testergebnis für diese Unbekannte. Wenn nicht, erhitzen Sie den Schlauch 5 Minuten lang im Wasserbad und überprüfen Sie ihn erneut. Wenn der Test immer noch negativ ist, notieren Sie das Ergebnis in Ihrem Labornotizbuch.
   • Wenn Sie fertig sind, schalten Sie die Kochplatte aus und entsorgen Sie die Testlösungen von Tollens im entsprechenden Abfallbehälter. Legen Sie versilberte Röhrchen für die Säurereinigung in die Auffangbox und geben Sie den Rest in Ihr Becherglas.
3. Iodoform-Test auf MethylketoneErweitern

   Wenn Sie Jod und ein Methylketon in wässriger Base kombinieren, ersetzt Jod die Wasserstoffatome des Alpha-Methyls. Eine Additions-Eliminations-Reaktion, gefolgt von einem Protonentransfer, ergibt Jodform und ein Carboxylat-Anion. Iodoform ist in Wasser unlöslich, daher sehen Sie einen gelben Niederschlag, wenn die Verbindung, die Sie testen, ein Methylketon ist. Wenn es sich nicht um ein Methylketon handelt, wird die Testlösung aufgrund des nicht umgesetzten Jods schließlich braun.

   • Vor dem Jodoform-Test überprüfen Sie die Löslichkeit aller vier Verbindungen in Wasser. Beschriften Sie vier saubere Reagenzgläser mit den Namen oder Codes der Verbindung und H₂O. Beschriften Sie weitere vier Reagenzgläser mit den Namen der Verbindung und CHI₃.
   • Verwenden Sie saubere Pasteurpipetten, um 3 – 4 Tropfen jeder Verbindung in das Reagenzglas zu geben.
   • Füge 2 mL deionisiertes Wasser zu jedem markierten Röhrchen hinzu. Mit einem sauberen Glasstab gut vermischen. Reinigen Sie den Stab gründlich mit entionisiertem Wasser zwischen den Rohren.
   • Warten Sie einige Minuten, bis sich die Flüssigkeiten abgesetzt haben, bevor Sie sie bewerten. Anmerkung: Butanon ist mäßig wasserlöslich, daher sollten Sie wenig bis gar keine Trennung sehen. Benzaldehyd ist schwer wasserlöslich und seine Dichte ist etwas höher als die von Wasser. Du solltest eine kleine Schicht am Boden der Tube sehen.
   • Untersuchen Sie Ihre Unbekannten auf Flüssigkeitsschichten und notieren Sie die Ergebnisse für alle vier Verbindungen in Ihrem Labornotizbuch.
   • Geben Sie 2 mL deionisiertes Wasser und alle wasserlöslichen Ketone in das Butanonröhrchen und mischen Sie sie gut mit einem sauberen Glasstab. Anmerkung: Wenn Sie ein unbekanntes Keton haben, das in Wasser unlöslich ist, fügen Sie stattdessen 2 ml 1,2-Dimethoxyethan hinzu und mischen Sie es gut mit einem sauberen Glasstab.
   • Führen Sie nun den Jodoform-Test durch, der nur für Ketone gilt. Verwenden Sie ein sauberes 50-ml-Becherglas und einen kleinen Messzylinder, um 4 oder 6 ml 3 M NaOH zu erhalten, je nachdem, ob Sie zwei oder drei Ketone testen müssen.
   • Gießen Sie ~10 mL Iodoform-Reagenz in ein weiteres 50-ml-Becherglas.
   • Füge 2 ml 3 M NaOH zu jedem Ketonröhrchen hinzu und mische es gut, wobei du den Glasstab zwischen den einzelnen Röhrchen gründlich mit deionisiertem Wasser reinigst.
   • Besorgen Sie sich eine saubere Pasteur-Pipette und geben Sie das Jodoform-Reagenz tropfenweise in das Butanon-Röhrchen, wobei Sie häufig umrühren, bis Sie einen gelben Niederschlag sehen. Anmerkung: Butanon ist ein Methylketon und führt daher zu einem positiven Ergebnis.
   • Spülen Sie den Glasstab mit deionisiertem Wasser und beginnen Sie, das Jodoform-Reagenz tropfenweise zu Ihrem ersten oder einzigen unbekannten Keton hinzuzufügen, während Sie häufig umrühren. Fahren Sie mit der Hinzufügung des Reagenzes fort, bis entweder gelbes Jodoform ausfällt, wie Sie es bei Butanon gesehen haben, oder die Lösung braun bleibt, selbst wenn Sie sie gut umgerührt haben. Anmerkung: Letzteres ist ein negatives Ergebnis.
   • Wenn Sie ein anderes unbekanntes Keton haben, reinigen Sie den Glasstab gut und wiederholen Sie den Test mit Ihrem zweiten Keton.
   • Wenn Sie fertig sind, entsorgen Sie Ihre jodhaltigen Lösungen im entsprechenden Abfallbehälter.
   • Sobald die Feststoffe aus dem DNPH-Test trocken sind, messen Sie den Schmelzpunkt jedes Feststoffs und notieren Sie sie in Ihrem Labornotizbuch. Geben Sie die restlichen gelösten Stoffe in den Abfallbehälter für feste DNPH-Derivate
     .
   • Entsorgen Sie die übrig gebliebenen organischen Flüssigkeiten und die wässrigen Aldehydgemische in den üblichen Abfallbehältern.
   • Spülen Sie die Pasteur-Pipetten, die für die Aldehyde und Ketone verwendet werden, mit Aceton, bevor Sie sie in den Glasabfall geben. Gießen Sie Ihre wässrigen Abfälle mit fließendem Leitungswasser in den Abfluss. Reinigen Sie Ihre Gläser, räumen Sie Ihre Laborgeräte weg und sammeln und entsorgen Sie den Müll in Ihrem Abzug, bevor Sie gehen.
4. ResultsErweitern
   • Identifizieren Sie Ihre unbekannten Verbindungen. Es gibt sechs Optionen: Acetophenon, Butanal, 3-Methyl-2-butanon, Pentanal, 2-Pentanon und 3-Pentanon.
   • Schauen Sie sich die DNPH-Ergebnisse an. Wenn der Niederschlag rot bis orange war, ist der unbekannte Aldehyd oder Keton aromatisch. Wenn es gelb war, ist das Unbekannte aliphatisch. Anmerkung: Da nur eine mögliche Verbindung aromatisch ist, bedeutet roter Niederschlag, dass die Unbekannte Acetophenon war. Zur Bestätigung sollten Sie auch einen negativen Tollens-Test und einen positiven Jodoform-Test gesehen haben.
   • Ein gelber Niederschlag im DNPH-Test bedeutet, dass die Unbekannte eine der anderen fünf Verbindungen sein könnte.
   • Schauen Sie sich die Ergebnisse des Tollens-Tests an. Wenn Sie im Reagenzglas einen silbernen Spiegel oder einen silbergrauen Niederschlag gesehen haben, handelt es sich bei der unbekannten Verbindung um einen Aldehyd. Wenn Sie keine Veränderung gesehen haben, dann ist die unbekannte Verbindung ein Keton. Wenn es sich bei Ihrem Unbekannten um einen Aldehyd handelt, könnte es sich um Pentanal oder Butanal handeln.
   • Vergleiche den Schmelzpunkt des Hydrazon-Derivats des Unbekannten mit den Literaturwerten für jeden Aldehyd, um herauszufinden, welcher es war.
   • Wenn der Tollens-Test negativ war und der DNPH-Test eine aliphatische Verbindung zeigte, könnte die Unbekannte 3-Methyl-2-butanon, 2-Pentanon oder 3-Pentanon sein.
   • Überprüfen Sie die Ergebnisse des Jodoform-Tests, um ihn einzugrenzen. Wenn Sie festes gelbes Jodoform sahen, war die Verbindung ein Methylketon. Wenn Sie eine braune Lösung sahen, war es kein Methylketon.
   • Nur eines der aliphatischen Ketone ist kein Methylketon, also wenn Sie eine braune Lösung gesehen haben, war das Unbekannte 3-Pentanon. Wenn Sie gelben Jodoformniederschlag aus der Lösung gesehen haben und der DNPH-Test auch gelben Niederschlag hatte, dann ist die Unbekannte 3-Methyl-2-butanon oder 2-Pentanon.
   • Verwende den Schmelzpunkt des Hydrazon-Derivats des Unbekannten, um herauszufinden, welches Methylketon du hattest.