Идентификация спиртов

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

1. Тест на хлорид железа на фенолы<кнопка class="развернуть">Развернуть

   В этой лаборатории вы определите неизвестный алкоголь с помощью теста на хлорид железа, тест Джонса и тест Лукаса. Вы будете тестировать известные алкогольные напитки наряду с неизвестными алкоголем в качестве примеров положительных и отрицательных результатов для каждого теста.

   Четыре известных спирта — это 1-бутанол, первичный спирт, 2-бутанол, вторичный спирт, 2-метил-2-пропанол, третичный спирт и фенол. Четыре возможных неизвестных спирта — это 1-пропанол, 2-пропанол, 2-метил-2-бутанол и парахлорфенол.

   Вы начнете с теста на хлорид железа на наличие фенолов. Хлорид железа (III), или хлорид железа, образует коричневый комплекс при растворении в воде. Если вы добавите фенол в этот раствор, вместо него образуется фиолетовый комплекс железа(III)-фенола. Такого эффекта не наблюдается при приеме неароматических или алифатических спиртов.

   • Наденьте лабораторный халат, защитные очки и перчатки, прежде чем начать. заметка: Спирты, которые вы будете испытывать, токсичны и легковоспламеняемы, а реагенты, которые вы будете использовать, токсичны и коррозионны, поэтому вы будете проводить эту лабораторию в вытяжном шкафу.
   • Теперь возьми назначенный тебе неизвестный алкоголь от инструктора и принеси его в свой вытяжной шкаф. Пометьте стакан объемом 250 мл «отходы водного металла».
   • Затем положите пять маленьких пробирок в штатив и обозначьте их '1-бутанол', '2-бутанол', '2-метил-2-пропанол', 'фенол' и 'неизвестно'. Подведите стойку к аналитическим весам для получения фенола.
   • Если твое неизвестное твердое тело, возьми его с собой. Взвесьте около 0,2 г фенола и насыпьте его в соответствующую пробирку. Проделайте то же самое с вашим неизвестным, если это твердое тело, а затем вернитесь к своему капюшону.
   • Теперь обозначьте три маленьких флакона '1-бутанол', '2-бутанол' и '2-метил-2-пропанол'.
   • Поднесите флаконы к колпаку для растворителя и с помощью чистых пастеровских пипеток наполните каждый флакон примерно 1 мл соответствующего спирта. заметка: Не используйте пипетки повторно.
   • Затем приобретите по крайней мере четыре пипетки Пастера и стакан объемом 250 мл. Приобретайте больше пипеток, когда они вам нужны, и не кладите использованные пипетки обратно в стакан.
   • В вытяжной шкаф нанесите пипетку 3-4 капли 1-бутанола, 2-бутанола и 2-метил-2-пропанола в соответствующие пробирки.
   • В феноловую пробирку добавьте несколько капель деионизированной воды и встряхните, чтобы перемешать. Это обеспечит лучшие визуальные результаты для испытания на железо.
   • Если ваш неизвестный алкоголь является жидкостью, используйте чистую пипетку, чтобы поместить 3-4 капли его в неизвестную пробирку.
   • Теперь возьмите флакон с раствором хлорида железа (III) и добавьте 2-3 капли в каждую пробирку.
   • Хорошо перемешайте каждую смесь стеклянным стержнем. Используйте деионизированную воду для смывания остатков спирта перед смешиванием содержимого следующей пробирки. Следите за тем, чтобы фенол полностью растворился вместе с неизвестным, если это твердое вещество.
   • Подождите 5 минут, прежде чем сравнивать свои неизвестные решения с известными. заметка: Если ваш неизвестный раствор фиолетовый, как раствор фенола, то ваш неизвестный является производным фенола. Если он похож на три другие трубки, то это не производное фенола. Запишите результаты теста в лабораторный блокнот.

     Таблица 1: Идентификация неизвестного алкоголя

     Алкоголь	Тест на хлорид железа	Тест Джонса	Lucas Test
     1-бутанол
     2-бутанол
     2-метил-2-пропанол
     фенол
     неизвестный

     Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 1
   • Следующие тесты не работают с фенолами, поэтому вы будете проверять только алифатические спирты для остальной части лаборатории. Если ваше неизвестное является производным фенола, пропустите инструкции для неизвестного и проверьте только три известных алифатических спирта.
2. Тест Джонса на алифатические первичные и вторичные спирты<кнопка class="развернуть">Развернуть

   В этом разделе вы проведете тест Джонса на первичные и вторичные спирты. Реагент Джонса состоит из триоксида хрома и серной кислоты в воде, которая образует хромовую кислоту (H₂CrO₄) in situ. Этот мощный реагент окисляет вторичные спирты до кетонов, первичные спирты до альдегидов, которые после образования гидрата альдегида в дальнейшем восстанавливаются до карбоновых кислот.

   Степень окисления хрома является ключом к этому испытанию. Хром находится в степени окисления +6 в реагенте Джонса. Комплексы Cr(VI) в составе реагента придают ему яркий красноватый, оранжевый цвет.

   Когда Cr(VI) окисляет спирт, хром восстанавливается до +3 степени окисления. Во-первых, спирт и хромовая кислота образуют сложный эфир хромата. Затем основание (H₂O) расщепляет связь C-H спирта, образуя карбонильную группу, восстанавливая Cr(VI) до Cr(IV). Поскольку углерод спирта подвергается 2-электронному окислению, а Cr(VI) — 2-электронному восстановлению, этот этап является стадией восстановления-окисления. Cr(IV) участвует в дальнейших стадиях окисления и в конечном итоге восстанавливается до Cr(III). Cr(III) часто присутствует в виде ионов гексааквахромия(III) — [Cr(H₂O)₆]³⁺ — и комплексов Cr(III), где молекулы H₂O замещены одним или несколькими сульфатными ионами, [Cr(H₂O)₅(SO₄)^]+. Эти комплексы придают Cr(III) характерный зеленый цвет. Так, при смешивании реактива Джонса с первичным или вторичным спиртом в ацетоне, оранжевый раствор станет зеленым.

   Окисление спиртов по методу Джонса не работает с третичными спиртами, потому что группа -OH уже связана с тремя атомами углерода и не может образовать дополнительную связь C-O. Таким образом, вы не увидите изменения цвета, если соедините реактив Джонса с третичным спиртом, потому что хром не восстанавливается.

   • Пометьте четыре чистые пробирки '1-бутанол', '2-бутанол', '2-метил-2-пропанол' и 'неизвестно' и поместите в каждую по 10 капель ацетона. Ацетон является предпочтительным растворителем для окисления по методу Джонса.
   • Затем с помощью чистых пипеток добавьте 3-4 капли известных алифатических спиртов и вашего неизвестного спирта в соответствующие пробирки.
   • Хорошо перемешайте каждый раствор стеклянным стержнем и промойте стержень водой после смешивания каждого.
   • Теперь возьми флакон с реагентом Джонса и осторожно добавь 2-3 капли в каждую пробирку. Реагент сильно кислотный и коррозионный, поэтому будьте осторожны с ним и плотно закройте флакон, когда закончите. Затем хорошо перемешайте каждый раствор, очищая стеклянный стержень после каждого.
   • Дайте решениям реагировать в течение 10 минут, а затем сравните ваше неизвестное с известным. заметка: Если неизвестный раствор стал зеленым, например, 1-бутанол и 2-бутанол, тест положительный на первичный или вторичный алкоголь. Если он остался оранжевым, как 2-метил-2-пропанол, тест отрицательный.
   • Запиши результаты в свою лабораторную тетрадь.
3. Тест Лукаса для классификации малых насыщенных спиртов<кнопка class="expand">Expand

   Тест Джонса не делает различий между первичными и вторичными спиртами, поэтому вы будете использовать тест Лукаса, чтобы определить, что есть что.

   Реагент Лукаса, представляющий собой смесь хлорида цинка и соляной кислоты, преобразует вторичные и третичные спирты в хлоралканы при комнатной температуре. Хлоралканы практически нерастворимы в воде, поэтому положительный результат проявляется, когда смесь разделяется на мутный хлоралкансодержащий слой поверх прозрачного слоя.

   Этап реакции, определяющий скорость, включает в себя превращение спирта в карбокатион, поэтому скорость реакции зависит от того, насколько стабилен карбокатион.

   Третичные карбокатионы очень стабильны, поэтому третичные спирты дают положительную реакцию практически сразу. Вторичные карбокатионы менее стабильны, поэтому вторичные спирты дают положительный результат уже через несколько секунд или нескольких минут. Первичные карбокатионы слишком нестабильны для этой реакции, поэтому первичные спирты дают отрицательный результат.

   • Теперь маркировка для чистых пробирок как '1-бутанол', '2-бутанол', '2-метил-2-пропанол' и 'неизвестно'.
   • Возьмите флакон с реагентом Лукаса и используйте градуированный цилиндр, чтобы отмерить 2 мл реагента для каждой пробирки.
   • Затем добавьте 2 капли 2-метил-2-пропанола в соответствующую пробирку. Сразу же перемешайте смесь в течение нескольких секунд и поместите ее в решетку. Смесь быстро разделится на прозрачный нижний слой и мутный верхний.
   • Тщательно промойте стеклянный стержень и запишите немедленный положительный результат в свой лабораторный блокнот.
   • Смешайте оставшиеся спирты с реагентом Лукаса таким же образом, используя свежую пипетку для каждого спирта и каждый раз промывая стеклянный стержень. заметка: Не добавляйте слишком много алкоголя и не толкайте трубки, потому что это может замедлить реакцию.
   • Внимательно наблюдайте после смешивания неизвестного спирта с реагентом Лукаса, чтобы убедиться, что вы можете отличить немедленный положительный результат от положительного результата после короткой задержки.
   • Проверяйте пробирки каждые несколько минут и записывайте положительные результаты, как вы их видите. Обратите внимание на то, сколько примерно времени понадобилось для появления отсроченных положительных результатов.
   • Как только пробирки простоят не менее 15 минут, вы можете предположить, что результаты окончательные. Запишите результаты для 1-бутанола, 2-бутанола и для вашего неизвестного, если применимо.
   • Теперь давайте наведем порядок. Ваш инструктор будет собирать растворы Cr(VI), поэтому оставьте все пробирки с оранжевым раствором из теста Джонса в капюшоне.
   • Опустошите остальные пробирки в стакан для отходов и промойте их деионизированной водой. Ссыпьте отходы в контейнер для отходов из водного металла с помощью воронки и промойте стакан деионизированной водой.
   • Теперь вымойте стеклянную посуду как обычно и выбросьте использованные пипетки в отходы для стекла. Наконец, очистите вытяжку и выбросьте весь мусор в мусорный контейнер лаборатории.
4. Результаты<кнопка class="развернуть">Развернуть

   Определите свой неизвестный алкоголь. Четыре возможные варианта: 1-пропанол, 2-пропанол, 2-метил-2-бутанол и парахлорфенол.

   • Сначала рассмотрим результаты теста на хлорид железа. Если смесь с вашим неизвестным спиртом стала фиолетовой, как фенол, ваш спирт должен быть парахлорфенолом. Если вы увидели отрицательный результат, то ваш неизвестный – это один из трех алифатических спиртов.
   • Посмотрите на результаты теста Джонса. Если смесь с неизвестным спиртом стала зеленой, неизвестное может быть первичным или вторичным. Если смесь с вашим неизвестным алкоголем осталась оранжевой, ваш неизвестный алкоголь является третичным. Таким образом, отрицательный результат по методу Джонса означает, что ваш алкоголь должен содержать 2-метил-2-бутанол.
   • Наконец, взгляни на результаты теста Лукаса. Если у вас был отрицательный результат в тесте Джонса, вы также должны были увидеть немедленный положительный результат в тесте Лукаса. Это подтверждает, что ваш алкоголь был третичным. Если ваш неизвестный имел положительный результат после небольшой задержки, то ваш неизвестный алкоголь вторичен, а значит, должен быть 2-пропанол. Наконец, если у вашего незнакомого был отрицательный результат теста Лукаса, ваш алкоголь является первичным, и, следовательно, должен содержать 1-пропанол.