Identyfikacja nieznanych aldehydów i ketonów

Źródło: Lara Al Hariri i Ahmed Basabrain z University of Massachusetts Amherst, MA, USA

1. Test DNPH na obecność aromatycznych aldehydów i ketonówRozwiń

   W tym laboratorium użyjesz testu DNPH, testu Tollensa i testu jodoformowego, aby zidentyfikować dwa nieznane aldehydy lub ketony. Użyjesz butanonu i benzaldehydu jako znanych związków, aby potwierdzić, że testy działają zgodnie z oczekiwaniami.

   Rozpoczniesz laboratorium od testu DNPH, który opiera się na reakcji między 2,4-dinitrofenylohydrazyną lub DNPH a aldehydami i ketonami. Kiedy łączysz DNPH i aldehyd lub keton w kwaśnym środowisku, ulegają one reakcji kondensacji, tworząc odpowiedni hydrazon. Hydrazon następnie wytrąca się z roztworu. Jeśli osad jest czerwony do pomarańczowego, aldehyd lub keton był aromatyczny. Jeśli jest pomarańczowy do żółtego, aldehyd lub keton był niearomatyczny lub alifatyczny.

   • Załóż fartuch laboratoryjny, okulary ochronne i rękawice nitrylowe. nuta: Wiele chemikaliów w tym laboratorium jest toksycznych, lub łatwopalnych, więc przeprowadzisz to laboratorium w dygestorium. Zmień rękawice, jeśli dostaniesz na nie jakiekolwiek chemikalia.
   • Weź fiolkę z każdym znanym związkiem i wybierz dwa nieznane związki do analizy. Zapisz kody niewiadomych w notatniku laboratoryjnym.
   • Oznacz zlewkę o pojemności 250 ml dla odpadów wodnych i zlewkę o pojemności 600 ml dla zużytych pipet. Umieść kilka czystych pipet Pasteura w innej zlewce i uzyskaj więcej, kiedy tylko ich potrzebujesz.
   • Weź cztery małe probówki w stojaku i oznacz je czterema nazwami związków lub kodami oraz nazwą pierwszego testu.
   • Przynieś 50-mililitrową zlewkę i cylinder z podziałką do kaptura odczynnika i uzyskaj 8 ml roztworu DNPH.
   • Użyj czterech pipet Pasteura, aby umieścić 3 – 4 krople każdego związku w probówce. nuta: Nie używaj pipet ponownie podczas tego laboratorium, ponieważ zanieczyszczenie krzyżowe unieważni wyniki testu.
   • Dodaj 2 ml roztworu DNPH do jednej z probówek i dobrze wymieszaj go ze szklaną pałeczką. Dokładnie przepłucz szklaną pałeczkę wodą dejonizowaną nad zlewką na odpady wodne, aby usunąć wszelkie ślady ketonu lub aldehydu.
   • Dodaj 2 ml roztworu DNPH do każdej z pozostałych trzech probówek w ten sam sposób. Pamiętaj, aby dokładnie wyczyścić szklany pręt po każdym z nich. Kiedy skończysz, pozostaw roztwór na 15 minut.
   • Podczas oczekiwania przygotuj się na filtrację próżniową i napełnij zlewkę o pojemności 250 ml wodą dejonizowaną.
   • Po 15 minutach sprawdź osady w probówkach. nuta: Benzaldehyd ma grupę aromatyczną, więc w jego probówce powinno być widoczne ciało stałe o barwie od czerwonej do pomarańczowej. Butanon jest alifatyczny, więc w jego probówce powinno być widoczne ciało stałe o barwie od pomarańczowej do żółtej. Zapisz wyniki w notatniku laboratoryjnym.

     Tabela 1: Wyniki DNPH, Tollensa i jodoformu

     Złożone	DNPH	Tollens'	Jodoform	Rozpuszczalność w wodzie	Hydrazone m.p.
     Butanon
     Benzaldehyd

     Kliknij tutaj, aby pobrać tabelę 1
   • Porównaj ciała stałe z nieznanych związków ze znanymi związkami. Dla każdej niewiadomej zapisz, czy to ciało stałe było bardziej czerwono-pomarańczowe, jak benzaldehyd, czy bardziej pomarańczowo-żółte, jak butanon.
   • Użyj czystej pipety Pasteura, aby zwilżyć bibułę filtracyjną systemu filtracji próżniowej wodą dejonizowaną i zebrać ciało stałe z jednego z twoich nieznanych obszarów za pomocą filtracji próżniowej. Wypłucz wszelkie ciała stałe pozostałe w probówce wodą dejonizowaną.
   • Umyj ciało stałe na bibule filtracyjnej 10 ml wody dejonizowanej.
   • Zbierz niewielką ilość ciała stałego za pomocą czystej szklanej pałeczki i rozsmaruj ją na papierze pH. Jeśli pH jest poniżej 6,5, spłucz ciało stałe kolejnymi 10 ml wody dejonizowanej. Kontynuuj płukanie ciała stałego i sprawdzanie jego pH, aż osiągnie wartość od 6,5 do 7.
   • Oznacz małe szkiełko zegarka jako nieznane i ostrożnie przenieś bibułę filtracyjną i ciało stałe na szkiełko zegarka do wyschnięcia.
   • Dokładnie przepłucz lejek Büchnera wodą dejonizowaną, wyrzuć filtrat do odpadów roztworu DNPH i ponownie złóż zestaw filtracji próżniowej z nowym kawałkiem bibuły filtracyjnej.
   • Zbierz i umyj ciała stałe z drugiego nieznanego związku i z dwóch znanych związków w ten sam sposób.
   • Pozostaw cztery ciała stałe w swoim dygestorium do wyschnięcia (1 h).
2. Test TollensaRozwiń

   Kiedy połączysz aldehyd ze srebrem diaminowym (I) lub odczynnikiem Tollensa, odczynnik zostanie zredukowany do metalicznego srebra i amoniaku. Srebro albo pokrywa wnętrze naczynia reakcyjnego, albo wytrąca się jako czarne ciało stałe, więc łatwo zauważyć, że reakcja miała miejsce.

   Większość ketonów jest trudniejsza do utlenienia niż aldehydy i dlatego nie reagują z odczynnikiem Tollensa. W tym laboratorium można założyć, że jeśli pojawi się srebro, związek ten jest aldehydem. Jeśli srebro się nie pojawi, związek jest ketonem.

   Roztwór odczynnika Tollensa zawiera mocną zasadę i musi być specjalnie zutylizowany, aby uniknąć powstania wybuchowego produktu rozkładu. Obchodź się z nim ostrożnie i pamiętaj, aby umieścić odpady testowe Tollensa w przeznaczonym do tego pojemniku.

   • Umieść swoje zużyte probówki w zlewce i oznacz cztery nowe probówki nazwami związków lub kodami oraz testem Tollensa.
   • Przynieś czystą 50-mililitrową zlewkę i 5-mililitrowy cylinder z podziałką do kaptura odczynnika i uzyskaj 4 ml odczynnika Tollensa.
   • Użyj czystych pipet, aby umieścić 3 - 4 krople każdego związku w probówce.
   • Dodaj 1 ml odczynnika Tollensa do każdej probówki i dobrze wymieszaj roztwory z czystą szklaną pałeczką, dokładnie spłukując pręt dejonizowaną wodą między probówkami. Odłóż stojak z rurkami na bok i pozostaw go na 10 minut.
   • Podczas oczekiwania weź około 100 ml wody do zlewki o pojemności 150 ml i umieść ją na płycie grzejnej. Umieść mały zacisk z 3 bolcami nad zlewką.
   • Sprawdź rurkę z benzaldehydem po 10 minutach. Uwaga: Wynik testu benzaldehydu powinien być pozytywny, na co wskazuje srebrny film lub osad. Jeśli nie widzisz pozytywnego wyniku w probówce benzaldehydowej, przymocuj termometr do probówki i podgrzewaj w łaźni wodnej w temperaturze 35 °C przez 5 minut. Powinien wtedy pojawić się srebrny film lub osad. Zapisz ten wynik w notatniku laboratoryjnym.
   • Butanon nie reaguje z odczynnikiem Tollensa. nuta: Rurka butanonowa jest przykładem negatywnego wyniku testu Tollensa. Zapisz to w notesie laboratoryjnym.
   • Sprawdź rurki swoich niewiadomych. Jeśli zobaczysz srebrne lustro lub osad, zapisz pozytywny wynik testu Tollensa na tę niewiadomą. Jeśli tego nie zrobisz, podgrzej rurkę w łaźni wodnej przez 5 minut i sprawdź ponownie. Jeśli wynik testu jest nadal negatywny, zapisz ten wynik w notatniku laboratoryjnym.
   • Gdy skończysz, wyłącz płytę grzejną i wyrzuć roztwory testowe Tollensa do odpowiedniego pojemnika na odpady. Umieść posrebrzane probówki w pojemniku na odpady w celu oczyszczenia kwasem, a resztę włóż do zlewki.
3. Test jodoformowy na obecność ketonów metylowychRozwiń

   Kiedy połączysz jod i keton metylowy w bazie wodnej, jod zastępuje wodory alfa metylu. Reakcja addycji-eliminacji, po której następuje transfer protonów, daje jodoform i anion karboksylowy. Jodoform jest nierozpuszczalny w wodzie, więc zobaczysz żółty osad, jeśli związek, który testujesz, jest ketonem metylowym. Jeśli nie jest to keton metylowy, roztwór badany ostatecznie zmieni kolor na brązowy z powodu nieprzereagowanego jodu.

   • Przed testem jodoformu sprawdź rozpuszczalność wszystkich czterech związków w wodzie. Oznacz cztery czyste probówki nazwami lub kodami związków i_H2O. Oznacz kolejne cztery probówki nazwami związków i CHI₃.
   • Użyj czystych pipet Pasteura, aby umieścić 3 - 4 krople każdego związku w probówce.
   • Dodaj 2 ml wody dejonizowanej do każdej opisanej probówki. Dobrze wymieszaj z czystym szklanym prętem. Dokładnie wyczyść pręt wodą dejonizowaną między rurkami.
   • Poczekaj kilka minut, aż płyny opadną, zanim je ocenisz. nuta: Butanon jest umiarkowanie rozpuszczalny w wodzie, więc separacja powinna być niewielka lub żadna. Benzaldehyd jest trudno rozpuszczalny w wodzie, a jego gęstość jest nieco wyższa niż wody. Powinieneś zobaczyć małą warstwę na dnie tuby.
   • Sprawdź swoje niewiadome pod kątem warstw cieczy i zapisz wyniki dla wszystkich czterech związków w swoim notatniku laboratoryjnym.
   • Dodaj 2 ml dejonizowanej wody do probówki butanonowej i wszelkich rozpuszczalnych w wodzie ketonów i dobrze wymieszaj je z czystą szklaną pałeczką. nuta: Jeśli masz nieznany keton, który jest nierozpuszczalny w wodzie, zamiast tego dodaj 2 ml 1,2-dimetoksyetanu i dobrze wymieszaj go z czystą szklaną pałeczką.
   • Teraz przeprowadź test jodoformu, który dotyczy tylko ketonów. Użyj czystej zlewki o pojemności 50 ml i małego cylindra z podziałką, aby uzyskać 4 lub 6 ml 3 M NaOH, w zależności od tego, czy masz do przetestowania dwa, czy trzy ketony.
   • Wlej ~10 ml odczynnika jodoformowego do innej zlewki o pojemności 50 ml.
   • Dodaj 2 ml 3 M NaOH do każdej probówki ketonowej i dobrze wymieszaj, dokładnie czyszcząc szklaną pałeczkę dejonizowaną wodą między każdą probówką.
   • Zaopatrz się w czystą pipetę Pasteura i dodaj kroplami odczynnik jodoformowy do probówki z butanonem, często mieszając, aż zobaczysz żółty osad. nuta: Butanon jest ketonem metylowym, więc da pozytywny wynik.
   • Opłucz szklaną pałeczkę wodą dejonizowaną i zacznij dodawać odczynnik jodoformowy kroplami do swojego pierwszego, lub jedynego, nieznanego ketonu, często mieszając. Kontynuuj dodawanie odczynnika, aż wytrąci się żółty jodoform, jak to miało miejsce w przypadku butanonu, lub roztwór pozostanie brązowy, nawet po dokładnym wymieszaniu. nuta: Ten ostatni wynik jest negatywny.
   • Jeśli masz inny nieznany keton, wyczyść dobrze szklany pręt i powtórz test z drugim ketonem.
   • Gdy skończysz, wyrzuć swoje roztwory zawierające jod do odpowiedniego pojemnika na odpady.
   • Gdy ciała stałe z testu DNPH wyschną, zmierz temperaturę topnienia każdej bryły i zapisz ją w swoim notatniku laboratoryjnym. Pozostałe substancje rozpuszczone umieścić w pojemniku na odpady dla stałych pochodnych DNPH.
   • Resztki organicznych płynów i wodnych mieszanin aldehydów należy wyrzucić do zwykłych pojemników na odpady.
   • Wypłucz pipety Pasteura używane do aldehydów i ketonów acetonem przed włożeniem ich do szklanego pojemnika. Wlej ścieki wodne do kanalizacji pod bieżącą wodą z kranu. Wyczyść szkło, odłóż sprzęt laboratoryjny, a przed wyjściem zbierz i wyrzuć wszelkie śmieci do okapu.
4. WynikiRozwiń
   • Zidentyfikuj swoje nieznane związki. Istnieje sześć opcji: acetofenon, butanal, 3-metylo-2-butanon, pentanal, 2-pentanon i 3-pentanon.
   • Spójrz na wyniki DNPH. Jeśli osad był czerwony do pomarańczowego, nieznany aldehyd lub keton jest aromatyczny. Jeśli był żółty, nieznane jest alifatyczne. nuta: Ponieważ tylko jeden możliwy związek jest aromatyczny, czerwony osad oznacza, że nieznanym był acetofenon. Na potwierdzenie powinieneś również zobaczyć negatywny test Tollensa i pozytywny test jodoformowy.
   • Żółty osad w teście DNPH oznacza, że niewiadomą może być którykolwiek z pozostałych pięciu związków.
   • Spójrz na wyniki testu Tollensa. Jeśli widziałeś srebrne lustro lub srebrno-szary osad w probówce, nieznany związek jest aldehydem. Jeśli nie zauważyłeś żadnej zmiany, to nieznany związek to keton. Jeśli twoją niewiadomą jest aldehyd, może to być pentanal lub butanal.
   • Porównaj temperaturę topnienia nieznanej pochodnej hydrazonu z wartościami literaturowymi dla każdego aldehydu, aby dowiedzieć się, który to był.
   • Jeśli test Tollensa był negatywny, a test DNPH wykazał związek alifatyczny, nieznanym może być 3-metylo-2-butanon, 2-pentanon lub 3-pentanon.
   • Sprawdź wyniki testu jodoformu, aby zawęzić wybór. Jeśli widziałeś stały żółty jodoform, związek ten był ketonem metylowym. Jeśli widziałeś brązowy roztwór, nie był to keton metylowy.
   • Tylko jeden z ketonów alifatycznych nie jest ketonem metylowym, więc jeśli widziałeś brązowy roztwór, nieznanym był 3-pentanon. Jeśli widziałeś żółty osad jodoformowy z roztworu, a test DNPH również miał żółty osad, to niewiadomą jest 3-metylo-2-butanon lub 2-pentanon.
   • Użyj temperatury topnienia nieznanej pochodnej hydrazonu, aby dowiedzieć się, który keton metylowy miałeś.