Идентификация неизвестных альдегидов и кетонов

Источник: Лара Аль Харири и Ахмед Басабрэйн из Массачусетского университета в Амхерсте, штат Массачусетс, США

1. Тест DNPH на ароматические альдегиды и кетоны<кнопка class="expand">Expand

   В этой лаборатории вы будете использовать тест DNPH, тест Толленса и тест йодоформа, чтобы определить два неизвестных альдегида или кетона. Вы будете использовать бутанон и бензальдегид в качестве известных соединений, чтобы подтвердить, что тесты работают должным образом.

   Вы начнете лабораторию с теста DNPH, который основан на реакции между 2,4-динитрофенилгидразином, или DNPH, и альдегидами и кетонами. Когда вы соединяете DNPH и альдегид или кетон в кислой среде, они подвергаются реакции конденсации с образованием соответствующего гидразона. Затем гидразон выпадает в осадок из раствора. Если осадок от красного до оранжевого, то альдегид или кетон был ароматным. Если он от оранжевого до желтого, альдегид или кетон был неароматическим или алифатическим.

   • Наденьте лабораторный халат, защитные очки и нитриловые перчатки. заметка: Многие химические вещества в этой лаборатории являются токсичными, коррозионными или легковоспламеняющимися, поэтому вы будете проводить эту лабораторию в вытяжном шкафу. Смените перчатки, если на них попали химикаты.
   • Получите флакон с каждым известным соединением и выберите два неизвестных соединения для анализа. Запишите коды для своих неизвестных в лабораторном блокноте.
   • Пометьте стакан объемом 250 мл для водных отходов и стакан объемом 600 мл для использованных пипеток. Положите несколько чистых пастеровских пипеток в другой стакан и получайте больше, когда они вам понадобятся.
   • Возьмите четыре маленькие пробирки в штативе и пометьте их четырьмя названиями соединений или кодами, а также названием первого теста.
   • Поднесите стакан объемом 50 мл и градуированный цилиндр к колпаку с реагентами и получите 8 мл раствора DNPH.
   • Используйте четыре пипетки Пастера, чтобы поместить 3–4 капли каждого соединения в пробирку. заметка: Не используйте пипетки повторно во время этой лабораторной работы, так как перекрестное загрязнение приведет к аннулированию результатов теста.
   • Добавьте 2 мл раствора DNPH в одну из пробирок и хорошо перемешайте его стеклянным стержнем. Тщательно промойте стеклянный стержень деионизированной водой над стаканом для водных отходов, чтобы удалить все следы кетона или альдегида.
   • Добавьте по 2 мл раствора DNPH в каждую из трех других пробирок таким же образом. Обязательно тщательно очищайте стеклянный стержень после каждого из них. Когда вы закончите, оставьте раствор на 15 минут.
   • Пока ждешь, настройся на вакуумную фильтрацию и наполни стакан объемом 250 мл деионизированной водой.
   • Через 15 минут проверьте осадки в пробирках. заметка: Бензальдегид имеет ароматическую группу, поэтому в его пробирке вы должны увидеть твердое вещество от красного до оранжевого. Бутанон является алифатическим, поэтому в его пробирке вы должны увидеть твердое вещество от оранжевого до желтого цвета. Запишите результаты в лабораторный блокнот.

     Таблица 1: Результаты DNPH, Tollens' и йодоформа

     Compound	DNPH	Tollens'	Iodoform	Растворимость в воде	Hydrazone m.p.
     Butanone
     Benzaldehyde

     Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 1
   • Сравните твердые тела из неизвестных соединений с известными соединениями. Для каждого неизвестного запишите, было ли это твердое вещество более красно-оранжевым, как бензальдегид, или более оранжево-желтым, как бутанон.
   • Используйте чистую пастеровскую пипетку, чтобы смочить фильтровальную бумагу вакуумной фильтрации деионизированной водой и собрать твердое вещество из одного из ваших неизвестных с помощью вакуумной фильтрации. Промойте все твердые частицы, оставшиеся в тюбике, деионизированной водой.
   • Промойте твердое вещество на фильтровальной бумаге 10 мл деионизированной воды.
   • Соберите небольшое количество твердого вещества чистым стеклянным стержнем и размажьте его по бумаге pH. Если pH ниже 6,5, промойте твердое вещество еще 10 мл деионизированной воды. Продолжайте промывать твердое вещество и проверять его pH, пока он не достигнет 6,5-7.
   • Пометьте маленькое стекло часов для неизвестности и осторожно перенесите фильтровальную бумагу и твердый слой на стекло часов для сушки.
   • Тщательно промойте воронку Бюхнера деионизированной водой, утилизируйте фильтрат в отходах раствора DNPH и снова соберите установку вакуумной фильтрации с помощью нового листа фильтровальной бумаги.
   • Соберите и промойте твердые вещества из второго неизвестного соединения и из двух известных соединений таким же образом.
   • Оставьте четыре твердых вещества в вытяжном шкафу сохнуть (1 час).
2. Тест Толленов<кнопка class="развернуть">Развернуть

   Когда вы соединяете альдегид с диаммином серебра (I) или реагентом Толленса, реагент восстанавливается до металлического серебра и аммиака. Серебро либо покрывает внутреннюю часть реакционного сосуда, либо выпадает в осадок в виде черного твердого вещества, поэтому легко увидеть, что реакция произошла.

   Большинство кетонов сложнее окисляются, чем альдегиды, и поэтому не вступают в реакцию с реагентом Толленса. Для этой лаборатории можно предположить, что если появляется серебро, то это соединение является альдегидом. Если серебро не появляется, то соединение является кетоном.

   Реагентный раствор Толленса содержит прочное основание и должен быть утилизирован специально, чтобы избежать образования взрывоопасного продукта разложения. Обращайтесь с ним осторожно и не забывайте класть тестовые отходы Толленса в специально отведенный контейнер.

   • Поместите использованные пробирки в стакан и пометьте четыре новые пробирки названиями соединений или кодами и тестом Толленса.
   • Поднесите чистый стакан объемом 50 мл и градуированный цилиндр объемом 5 мл к колпаку с реагентами и получите 4 мл реагента Толленса.
   • Используйте чистые пипетки, чтобы поместить 3-4 капли каждого соединения в пробирку.
   • Добавьте 1 мл реагента Толленса в каждую пробирку и хорошо перемешайте растворы чистым стеклянным стержнем, тщательно промыв стержень деионизированной водой между пробирками. Отставьте штатив с пробирками в сторону и оставьте на 10 минут.
   • Пока ждешь, набери около 100 мл воды в стакан объемом 150 мл и поставьте его на конфорку. Поместите небольшой зажим с 3 зубцами над стаканом.
   • Проверьте бензальдегидную трубку через 10 мин. Примечание: бензальдегид должен иметь положительный результат, о чем свидетельствует серебряная пленка или осадок. Если вы не видите положительного результата в бензальдегидной пробирке, прикрепите термометр к пробирке и нагревайте на водяной бане до 35 °C в течение 5 минут. После этого должна появиться серебристая пленка, или осадок. Запишите этот результат в лабораторную тетрадь.
   • Бутанон не вступает в реакцию с реагентом Толленса. заметка: Бутаноновая трубка является примером отрицательного результата теста Толленса. Запишите это в свой лабораторный блокнот.
   • Проверь пробирки своих неизвестных. Если вы видите серебряное зеркало или осадок, запишите положительный результат теста Толленса на это неизвестное. Если нет, нагрейте трубку на водяной бане в течение 5 минут и проверьте еще раз. Если тест по-прежнему отрицательный, запишите его в лабораторный блокнот.
   • Когда закончите, выключите плиту и выбросьте тестовые растворы Толленса в соответствующий контейнер для отходов. Положите пробирки с серебряным напылением в ящик для сбора кислоты, а остальное положите в стакан.
3. Тест на йодоформу на метилкетоны<кнопка class="развернуть">Развернуть

   Когда вы соединяете йод и метилкетон в водной основе, йод заменяет водород альфа-метила. В результате реакции присоединения-элиминации с последующим переносом протонов образуются йодоформ и карбоксилат-анион. Йодоформ нерастворим в воде, поэтому вы увидите желтый осадок, если соединение, которое вы тестируете, является метилкетоном. Если это не метилкетон, испытуемый раствор со временем станет коричневым из-за непрореагировавшего йода.

   • Перед тестом йодоформа проверьте растворимость всех четырех соединений в воде. Пометьте четыре чистые пробирки названиями или кодами соединений и H₂O. Пометьте еще четыре пробирки названиями соединений и CHI₃.
   • Используйте чистые пастеровские пипетки, чтобы поместить 3-4 капли каждого соединения в пробирку.
   • Добавьте 2 мл деионизированной воды в каждую пробирку с маркировкой. Хорошо перемешайте чистым стеклянным стержнем. Тщательно очистите стержень деионизированной водой между трубками.
   • Подождите несколько минут, пока жидкости осядут, прежде чем оценивать их. заметка: Бутанон умеренно растворяется в воде, поэтому вы практически не должны заметить разделения. Бензальдегид плохо растворяется в воде, а его плотность немного выше, чем у воды. На дне трубки должен быть виден небольшой слой.
   • Проверьте свои неизвестные на наличие жидких слоев и запишите результаты для всех четырех соединений в свой лабораторный блокнот.
   • Добавьте 2 мл деионизированной воды в бутаноновую трубку и любые водорастворимые кетоны и хорошо перемешайте их чистым стеклянным стержнем. заметка: Если у вас есть неизвестный кетон, который не растворяется в воде, вместо этого добавьте 2 мл 1,2-диметоксиэтана и хорошо перемешайте его чистым стеклянным стержнем.
   • Теперь проведи тест на йодоформ, который предназначен только для кетонов. Используйте чистый стакан объемом 50 мл и небольшой градуированный цилиндр, чтобы получить 4 или 6 мл 3 М NaOH, в зависимости от того, есть ли у вас два или три кетона для тестирования.
   • Налейте ~10 мл йодоформного реагента в другой стакан объемом 50 мл.
   • Добавьте 2 мл 3 M NaOH в каждую кетоновую пробирку и хорошо перемешайте, тщательно очищая стеклянный стержень деионизированной водой между каждой трубкой.
   • Возьмите чистую пипетку Пастера и добавьте реагент йодоформа по каплям в пробирку с бутаноном, часто помешивая, пока не увидите желтый осадок. заметка: Бутанон относится к метилкетону, поэтому он даст положительный результат.
   • Промойте стеклянный стержень деионизированной водой и начните добавлять реагент йодоформа по каплям в ваш первый или единственный неизвестный кетон, часто помешивая. Продолжайте добавлять реагент до тех пор, пока желтый йодоформ не выпадет в осадок, как вы видели с бутаноном, или пока раствор не останется коричневым даже после того, как вы его хорошо перемешаете. заметка: Последнее является негативным результатом.
   • Если у вас есть другой неизвестный кетон, хорошо очистите стеклянный стержень и повторите тест со вторым кетоном.
   • Когда закончите, выбросьте свои йодсодержащие растворы в соответствующий контейнер для отходов.
   • Как только твердые вещества из теста DNPH высохнут, измерьте температуру плавления каждого твердого вещества и запишите их в свой лабораторный блокнот. Поместите оставшиеся растворенные вещества в контейнер для отходов для твердых производных DNPH.
   • Выбросьте остатки органических жидкостей и смеси водных альдегидов в обычные контейнеры для отходов.
   • Промойте пастеровские пипетки, используемые для альдегидов и кетонов, ацетоном, прежде чем выбрасывать их в стеклянные отходы. Вылейте водные отходы в канализацию с проточной водой из-под крана. Перед уходом очистите стеклянную посуду, уберите лабораторное оборудование, а также соберите и выбросьте весь мусор в вытяжном шкафу.
4. Результаты<кнопка class="развернуть">Развернуть
   • Определите свои неизвестные соединения. Существует шесть вариантов: ацетофенон, бутанал, 3-метил-2-бутанон, пентанал, 2-пентанон и 3-пентанон.
   • Посмотрите на результаты DNPH. Если осадок был от красного до оранжевого, то неизвестный альдегид или кетон является ароматическим. Если он был желтым, то неизвестное является алифатическим. заметка: Поскольку только одно возможное соединение является ароматическим, красный осадок означает, что неизвестным был ацетофенон. В качестве подтверждения вы также должны были увидеть отрицательный тест Толленса и положительный тест на йодоформ.
   • Желтый осадок в тесте DNPH означает, что неизвестное может быть любым из других пяти соединений.
   • Посмотрите на результаты теста Толленса. Если вы увидели в пробирке серебряное зеркало или серебристо-серый осадок, то неизвестное соединение является альдегидом. Если вы не заметили никаких изменений, значит, неизвестное соединение является кетоном. Если ваше неизвестное является альдегидом, то это может быть пентанал или бутанал.
   • Сравните температуру плавления производного гидразона неизвестного с литературными значениями для каждого альдегида, чтобы выяснить, какой из них это был.
   • Если тест Толленса был отрицательным и тест DNPH показал алифатическое соединение, то неизвестным может быть 3-метил-2-бутанон, 2-пентанон или 3-пентанон.
   • Проверьте результаты теста iodoform, чтобы сузить круг. Если вы видели твердый желтый йодоформ, это соединение было метилкетоном. Если вы видели коричневый раствор, это не был метилкетон.
   • Только один из алифатических кетонов не является метилкетоном, поэтому, если вы видели коричневый раствор, неизвестным был 3-пентанон. Если вы увидели желтый осадок йодоформа из раствора и тест DNPH также показал желтый осадок, то неизвестно 3-метил-2-бутанон или 2-пентанон.
   • Используй температуру плавления производного гидразона неизвестного, чтобы выяснить, какой метилкетон у тебя был.