VODIČ ZA IZVO ĐENJE VJEŽBI IZ ORGANSKOG DIJELA HEMIJE za studente I godine Biotehničkog fakulteta

(samo za internu upotrebu)

KVALITATIVNA HEMIJSKA ANALIZA ORGANSKIH SUPSTANCI

I. Dokazivanje elemenata u organskim jedinjenjima

Ugljenik i vodonik 1. Na dno epruvete staviti malo organske supstance i zagrijavati. Pri zagrijavanju vazduh iz epruvete izadje – potisnu ga pare koje postaju raspadanjem organske supstance. Na ovaj način sprečava se sagorijevanje supstance u epruveti. Supstanca se ugljeniše, a na zidovima epruvete pojave se kapljice vode. Ugljenisani dio dokaz je za ugljenik, a kapljice vode za vodonik. Da se voda, u vidu kapljica, izdvojila na zidove epruvete dokazuje se pomoću bezvodnog CuSO4 (bijele boje) koji u vodenoj pari prelazi u CuSO4·5H2O (plave boje). CuSO4 + 5H2O CuSO4·5H2O 2. Na sahatno staklo stavi se malo organske supstance i prelije se nekoliko kapi koncentrovane sulfatne kiseline. Supstance će se ugljenisati. Ovaj ogled može se primjeniti samo kada organska supstanca sadrži broj atoma vodonika i kiseonika u odnosu 2:1 (kao kod vode). 3. Mnoge organske supstance sagorijevaju čadjavim plamenom (oslobadja se čadj), što je dovoljan dokaz za ugljenik. Neke supstance sagorijevaju svijetlim plamenom (etar, etanol, aceton i druge). U ovakvim slučajevima ugljenik se dokazuje tako što se iznad plamena stavi staklena, metalna ili porcelanska ploča, pa ako se ploča nagaravi dokazan je ugljenik.

Azot 1. Sagorijevanje organskih supstanci koje sadrže azot često se osjeća miris na sagorelu kosu, nokte, kožu, kosti i sl. Ako se osjeti takav miris onda je to dovoljan dokaz da se u organskoj supstanci nalazi azot. 2. Dokaz za prisustvo azota u organskoj supstanci mogu da budu mrko – crvene pare azotovih oksida koje postaju sagorijevanjem organskih supstanci. 3. Princip: Azot se može dokazati tako što se organska supstanca pomiješa sa natrijum-hidroksidom i zagrijeva. Ukoliko se pojave pare sa mirisom na amonijak dokazan je azot. Reagensi: Ispitivana supstanca, natrijum – hidroksid. Pribor: Epruveta Postupak: U epruvetu pomiješati 2 g natrijum – hidroksida i 0,5 g ispitivane supstance i to zagrijavati. Zagrijavanjem sadržaja epruvete oslobadja se amonijak, koji poznajemo po mirisu.

Halogeni elementi Balštajnova proba Princip: Halogeni se brzo i lako dokazuju Balštajnovom probom. Bakarna žica se uroni u rastvor ispitivane supstance, a potom unese u plamen. Pri zagrijavanju organska supstanca se (uz sagorijevanje) raspada. Postali halogeni se bakrom obrazuju bakar-halogenid, koji isparava i plamen boji zelenom bojom što je dokaz za prisustvo halogena. Reagensi: Ispitivana supstanca (hloroform), bakarna žica. Pribor: Plamenik Postupak: Bakarnu žicu unijeti u plamen grijalice i zagrijavati. Ako se pri tome plamen iznad žice boji zeleno, onda postupak ponavljati sve dok boja ne iščezne. Pripremljena žica uroni se u neku organsku supstancu za koju se pretpostavlja da sadrži halogeni element i ponovo unese u plamen grijalice. Ako je u ispitivanoj supstanci bio prisutan halogeni element, plamen se boji zeleno. Libigova proba Princip: Libigovom metodom halogeni se dokazuju žarenjem organske supstance sa čistim CaO. Eventualno prisutni halogeni pri tome prelaze u kalcijum – halogenid, CaX2, koji sa srebro-nitratom AgNO3 daje talog srebro-halogenida AgX. CaO + X2 + H2 CaX2 + H2O CaX2 + 2AgNO3 2AgX + Ca(NO3)2 Reagensi: Ispitivana supstanca, kalcijum-oksid, srebno-nitrat, amonijum-hidroksid. Pribor: Epruvete, plamenik, lijevak za cijedjenje, filter-papir. Postupak: U epruvetu staviti malo ispitivane organske supstance, rastvoriti je u 2-3 ml vode i dodati 2 kašičice kalcijum-oksida CaO. Epruvetu zagrijati na plamenu, ohladiti je i filtrirati. Filtratu dodati nekoliko kapi rastvora srebro-nitrata, AgNO3. Ako je u ispitivanoj supstanci bilo halogena, izdvojiće se talog. Ako je talog bijele boje i ako se rastvara u amonijaku, to je dokaz da je u supstanci bilo hlora. Ukoliko je u ispitivanoj supstanci bio brom, pada talog svijetložute boje, AgBr, koji se u amonijaku teško rastvara. Ako je u ispitivanoj supstanci bio jod obrazovao bi se talog žute boje, koji se u amonijaku ne rastvara.

Sumpor Princip: Često se sumpor u organskim jedinjenjima dokazuje zagrijavanjem smjese ispitivane supstance i NaOH. Dejstvom koncentrovanog natrijum-hidroksida pri zagrijavanju ispitivana supstanca se razlaže, a eventualno prisutni sumpor prelazi u natrijum-sulfid, Na2S, koji reaguje sa olovo(II)-acetatom, Pb(CH3COO)2, i daje talog olovo(II)-sulfida, PbS, crne boje.

Organska supstanca + NaOH Na2S + …… Na2S + Pb(CH3COO)2 PbS(s) + 2CH3COONa Reagensi: Ispitivana supstanca, rastvor natrijum-hidroksida, olovo (II)-acetat, Pb(CH3COO)2. Pribor: Epruvete, lijevak za cijedjenje, filter-papir. Postupak: U epruvetu, zagrijati malo vunene tkanine, bjelanceta jajeta, kose ili neke druge organske supstance sa rastvorom NaOH. Poslije zagrijavanja smjesu ohladiti i profiltrirati. Filtratu dodati malo rastvora olovo(II)-acetata. Crni talog, koji potiče od olovo(II)-sulfida, dokaz je za sumpor u ispitivanoj supstanci.

II. Alkoholi

Oksidacija etanola u kiseloj sredini kalijum-permanganatom Princip: Oksidacijom alkohola mogu postati aldehidi, ketoni ili karboksilne kiseline. Koji od ovih proizvoda će postati zavisi od alkohola koji oksidujemo, od upotrebljenog oksidacionog sredstva i od uslova pod kojima se vrši oksidacija. Primarni alkoholi oksidacijom daju aldehide. Daljom oksidacijom postaje karboksilna kiselina sa istim brojem C-atoma kao prolazni alkohol. Sekundarni alkoholi oksidacijom daju ketone. Daljom oksidacijom ketona nastaje smjesa kiselina sa manjim brojem C-atoma. Tercijarni alkoholi teško podliježu oksidaciji, tek pod nekim drastičnim uslovima i pri tome postaje smjesa karbonilnih jedinjenja i kiselina sa manjim brojem C-atoma. Reagensi: Etanol, kalijum-permanganat, sumporna kiselina (1:1) Pribor: Epruveta, vodeno kupatilo (ili plamenik) Postupak: Uzeti u epruvetu oko 2-3 ml etanola 0,5 ml rastvora kalijum-permanganata i nekoliko kapi sulfatne kiseline (1:1). Zagrijavati u vodenom kupatilu. Ljubičasta boja permanganata se gubi.

Esterifikacija etanola kiselinom Princip: U reakciji sa kiselinama (neoganskim i organskim) alkoholi grade estre. Pri esterifikaciji reaguju –OH grupa iz karboksilne funkcionalne grupe i –H iz alkoholne grupe pri čemu nastaju estar i H2O.

C6H5COOH + HOC2H5 C6H5COOC2H5 + H2O

CH3COOH + HOC2H5 CH3COOC2H5 + H2O H+

H+

Reakcija eksterifikacije je uvijek povratna reakcija i zahtijeva prisustvo katalizatora (H+

jona koji potiču iz mineralne kiseline H2SO4 ili HCl). Reagensi: Etanol, čvrsta benzoeva kiselina, glacijalna sirćetna kiselina, sulfatna kiselina (1:1) Pribor: Epruvete, vodeno kupatilo (ili plemenik) Postupak: Uzeti punu kašičicu benzoeve kiseline u suvu epruvetu i dodati oko 2 ml etanola. Zatim dodati nekoliko kapi sulfatne kiseline i zagrijati u vodenom kupatilu. Nakon desetak minuta osjeća se prijatan miris etil-estra benzoeve kiseline (etil-benzoat). U drugu epruvetu usuti oko 1 ml, sirćetne kiseline, 2-3 ml etanola i nekoliko kapi sulfatne kiseline. Zagrijavati u vodenom kupatilu. Nakon desetak minuta osjeća se prijatan miris etil-estra sirćetne kiseline (etil-acetat).

Dehidratacija glicerola – Akroleinska reakcija Princip: Glicerol je važan trohidroksilni alkohol. Ulazi u sastav prostih lipida (masti i ulja) i složenih lipida (fosfolipidi). To je gusta bezbojna tečnost, slatkog ukusa i veoma se dobro rastvara u vodi. Pri zagrijavanju glicerola (kao i pri zagrijavanju masti i ulja) sa nekim dehidratacionim sredstvom, iz glicerola se izdvajaju dva molekula vode i nastaje nezasićeni aldehid akrolein, neprijatnog oštrog mirisa na zagorelu mast. CH2 – OH CHO

CH – OH CH + 2H2O

CH2 – OH CH2

°t, KHSO4

Reagensi: Glicerol (ili maslinovo ulje), kalijum-hidrogensulfat, KHSO4 Pribor: Plamenik, drvena štipaljka, suva epruveta, plastična kašičica Postupak: U suvu epruvetu sipati 1 ml glicerola, dodati 2 kašičice čvrstog kalijum-hidrogensulfata (dehidrataciono sredstvo). Zagrijavati epruvetu na plamenu do pojave bijelih para i neprijatnog mirisa akroleina.

Jodoformska reakcija sa etanolom Princip: Vodonikovi atomi metil grupe vezane za karbonilnu grupu lako podliježu reakciji supstitucije. Pri potpunom halogenovanju, vodonikovi atomi metil grupe vezane za karbonilnu grupu daju trihalogeno-metil derivate. Tako npr. pri reakciji sa jodom nastaju trijodo-metil derivati iz kojih, u baznoj sredini nastaje jodoform i so odgovarajuće karboksilne kiseline. Etanol (jer oksidacijom daje acetaldehid), acetaldehid, sekundarni metil-alkoholi (jer oksidacijom daju metil-ketone) i svi metil-ketoni daju pozitivnu jodoformsku reakciju. Etanol daje sa elementarnim jodom u baznoj sredini jodoform koji je slabo rastvorljiv u vodi. CH3CH2OH + I2 CH3CHO + 2HI CH3CHO + 3I2 CI3CHO + 3HI CI3CHO + NaOH CHI3(s) + HCOONa Reagensi: Etanol, Lugol-ov rastvor, rastvor NaOH Pribor: Epruveta, vodeno kupatilo Postupak: U epruvetu nasuti oko 0,5 ml etanola, dodati oko 2 ml rastvora joda (Lugol-ov rastvor) i kap po kap natrijum-hidroksida dok se rastvor ne obezboji. Epruvetu malo zagrijati u vodenom kupatilu. Kad se rastvor ohladi, osjeti se karakterističan miris (miris „zubne ordinacije“) ili se staloži žućkasti kristalan talog jodoforma.

III. Karbonilna jedinjena Oksidacija aldehida Aldehidi se mogu oksidovati blagim oksidacionim sredstvima kao što su metalni joni: Ag+, Cu2+ ili Bi 3+ (Tolensov, Felingov / Benediktov, Nilanderov reagens) pri čemu se joni metala redukuju do elementarnog Ag, Cu2O ili Bi, a aldehidi oksiduju u kiseline (soli kiselina) sa istim brojem C-atoma. Reakcije se odvijaju u baznoj sredini jer je brža. Da bi se spriječilo taloženje metalnih jona u obliku hidroksida, dodaju se agensi za njihovo rastvaranje (tartarati, citrati). Kod Felingovog i Nilanderovog reagensa alkalna sredina potiče od NaOH, a kod Tolensovog od amonijum – hidroksida. RCHO + 2[Ag(NH3)]2

+ + 2OH- RCOO-NH4+ + 2Ag(s) + 3NH3 + H2O

Ketoni se mogu oksidovati samo pomoću jakih oksidacionih sredstava pri čemu daju smješu kiselina.

Reakcija srebrnog ogledala sa aldehidima – Tolensova reakcija Princip: Aldehidi redukuju amonijačni rastvor srebro-nitrata (Tolensov reagens), a oni se oksiduju do odgovarajuće kiseline: RCHO + 2Ag+ + 2OH- RCOOH + 2Ag(s) + H2O Reagensi: Vodeni rastvor formaldehida ili nekog drugog jedinjenja sa aldehidnom grupom, rastvor srebro-nitrata, amonijum-hidroksid Pribor: Epruveta, vodeno kupatilo. Postupak: Prvo napraviti Tolensov reagens na sljedeći način: u epruvetu usuti oko 2-3 ml rastvora srebno-nitrata, AgNO3, pa u taj rastvor dodavati kap po kap amonijum-hidroksida uz stalno mućkanje ili stresanje epruvete. U početku se stvara mrki talog AgOH (Ag2O) kji se daljim dodavanjem NH4OH gubi. U napravljeni Tolensov reagens dodati lagano niz zid epruvete oko 1 ml rastvora formaldehida (metanala). Epruvetu bez stresanja i mućkanja staviti u vodeno kupatilo i zagrijavati dok se na zidovima epruvete ne nagradi srebrno ogledalo. HCHO + 2Ag+ + 2OH- HCOOH + 2Ag(s) + H2O

Fehling-ova reakcija sa aldehidima Princip: Aldehidi redukuju Fehling-ov reagens do bakar (I)-oksida crvene boje, a oni se oksiduju do odgovarajuće kiseline: RCHO + 2Cu2+ + 4OH- RCOOH + 2Cu2O(s) + 2H2O

Reagensi: Vodeni rastvor formaldehida ili nekog drugog jedinjenja sa aldehidnom grupom, rastvor Fehling I, rastvor Fehling II Pribor: Epruvete, vodeno kupatilo Postupak: Fehling-ov reagens se priprema miješanjem istih zapremina dva rastvora koji se sastoje od:

1. Fehling I: CuSO4·5H2O 2. Fehling II: NaOH i NaOOC(CHOH)2COOK (K,Na – tartarat ili Seignette-ova so)

U epruvetu sipati oko 2 ml rastvora Fehling I pa u nju u kapima dodavati rastvor Fehling-a II uz mućkanje i stresanje epruvete. U početku se stvara plavičast talog koji se daljim dodavanjem Fehling-a II rastvara. Dobijeni Fehling-ov rastvor je tamno plave boje koja potiče od kompleksnog vezanog Cu2- za kalijum-natrijum-tartarat. U pripremljeni Fehling-ov rastvor dodati oko 1-2 ml rastvora formaldehida i epruvetu zagrijati u vodenom kupatilu. Dobija se crveni talog bakar (I)-oksida, Cu2O. HCHO + 2Cu2+ + 4OH- HCOOH + 2Cu2O(s) + 2H2O

Jodoformska reakcija sa acetonom Princip: Vodonikovi atomi metil grupe vezane za karbonilnu grupu lako podliježu reakciji supstitucije. Pri potpunom halogenovanju, vodonikovi atomi metil grupe vezane za karbonilnu grupu daju trihalogeno-metil derivate. Tako npr. pri reakciji sa jodom nastaju trijodo-metil derivati iz kojih, u baznoj sredini nastaje jodoform i so odgovarajuće karboksilne kiseline. Ovu reakciju daju ona karbonilna jedinjenja koja imaju –CH3 grupu u alfa-položaju u odnosu na karbonilnu grupu. Aceton daje sa elementarnim jodom u baznoj sredini jodoform koji je slabo rastvorljiv u vodi i Na-acetat. CH3COCH3 + 3I2 CH3COCI3 + 3HI CH3COCI3 + NaOH CHI3(s) + CH3COONa Reagensi: Aceton, Lugol-ov rastvor, rastvor NaOH Pribor: Epruveta, vodeno kupatilo Postupak: U epruvetu nasuti oko 0,5 ml acetona, dodati oko 2 ml rastvora joda (Lugol-ov rastvor) i kap po kap natrijum-hidroksida dok se rastvor ne obezboji. Nastaje žućkasti kristalan talog jodoforma ili se osjeti karakterističan miris (miris „zubne ordinacije“).

IV. Karbonske kiseline

No Naziv kiseline Formula kiseline Naziv soli kiseline 1 Metanska (mravlja) H – COOH Metanoati (formijati) 2 Etanska (sirćetna) CH3 – COOH Etanoati (acetati) 3 Propanska (propionska) CH3CH2 – COOH Propionati 4 Palmitinska CH3(CH2)14 – COOH Palmitati 5 Stearinska CH3(CH2)16 – COOH Stearati 6 Oleinska CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7 – COOH Oleati 7 Linolna CH3(CH2)4CH = CHCH2CH = CH(CH2)7 – COOH Linolati 8 Benzoeva

Benzoati

9 Oksalna COOH COOH

Oksalati

10 Vinska COOH CH – OH CH – OH COOH

Tartarati

11 Mliječna CH3 – CH – COOH OH

Laktati

12 Jabučna COOH CH2 CH – OH COOH

Malati

13 Salicilna

Salicilati

14 Limunska CH2 – COOH HO – C – COOH CH2 – COOH

Citrati

1 2 3 4

5 6 7

8 9 10 11

12 13 14

Agregatno stanje, boja, miris, rastvorljivost u vodi i oksidacija rastvorom kalijum-permanganata nekih karboksilnih kiselina

Na sahatna stakla kapnuti po nekoliko kapi ili staviti po malo od kiselina navedenih u tabeli. „Ispitivati“ uzete količine i to opisati. Rezultate unijeti u tabelu. U jedanaest epruveta nasuti po 5 ml vode. Potom u svaku epruvetu dodati po 10-tak kapi za tečne ili nekoliko kristalića čvrstih karbonskih kiselina navedenih u tabeli. Epruvete snažno protresti, ostaviti u stalak i posmatrati. Zapažanja unijeti u tabelu. U 11 epruveta nasuti po 0,5-1 ml rastvora kalijum-permanganata. KMnO4. Svakoj od epruveta dodati po malo od navedenih kiselina u tabeli. Sadržaje epruveta dobro protresti i posmatrati. Zapažanja unijeti u tabelu. Kiselina Agregatno

stanje Boja Miris Rastvorljivost

u vodi Oksidacija sa KMnO4

1. Mravlja 2. Sirćetna 3. Palmitinska 4. Stearinska 5. Oleinska 6. Benzoeva 7. Oksalna 8. Mliječna 9. Vinska 10. Limunska 11. Salicilna

Soli oksalne kiseline

Princip: Oksalna kiselina je rasprostranjena u prirodi. Naročito su rasprostranjene njene soli – oksalati, koje se nalaze u skoro svim biljkama. Alkalni oksalati su rastvorni u vodi. Oksalati zemnoalkalnih metala u vodi su nerastvorni, ne rastvaraju se ni u sirćetnoj kiselini dok su rastvorni tek u mineralnim kiselinama. Reagensi: Rastvor kalijum-oksalata, rastvor kalcijum-hlorida, sirćetna kiselina, rastvor HCl (1:1). Pribor: Epruvete Postupak: U epruvetu nasuti 2-3 ml rastvora kalijum-oksalata i dodati mu malo rastvora kalcijum-hlorida. Dodatkom kalcijum-hlorida obrazuje se talog kalcijum-oksalata. Podijeliti talog na dvije epruvete. U jednoj epruveti dodati sirćetne kiseline, a u drugu rastvora HCl (1:1). COOK COO + CaCl2 Ca + 2KCl COOK COO

Dokazivanje mliječne kiseline Princip: Mliječna kiselina je bezbojna uljasta tečnost. Sa rastvorom gvoždje (III)-hlorida daje žutu boju, što se koristi za njeno dokazivanje. Reagensi: Rastvor fenola, rastvor gvoždje (III)-hlorida, FeCl3, rastvor mliječne kiseline Pribor: Epruveta Postupak: U epruvetu sipati 1-2 ml razblaženog rastvora fenola i kapaljkom dodati 1-2 kapi rastvora gvoždje (III)-hlorida, FeCl3. Pojavljuje se ljubičasta boja. U istu epruvetu dodati 1-2 ml rastvora mliječne kiseline. Ljubičasta boja naglo prelazi u žutu.

Razlaganje salicilne kiseline zagrijavanjem Princip: Zagrijavanjem čvrste salicilne kiseline dolazi do dekarboksilacije pri čemu nastaje fenol koji se poznaje po karakterističnom mirisu.

+ CO2

Reagensi: Čvrsta salicilna kiselina Pribor: Epruveta, plamenik Postupak: U suvu epruvetu nasuti malo čvrste salicilne kiseline i zagrijavati na plameniku. Salicilna kiselina se prvo istopi, a daljim zagrijavanjem raspada na CO2 i fenol koji se prepoznaje po karakterističnom mirisu.

°t

V. Karbamid ili urea

Biuretska reakcija sa ureom Princip: Zagrijavanjem uree iznad tačke topljenja vrši se dezaminacija i nastaje biure koje sadrži dvije peptidne veze (– CO – NH –). Biure je čvrsta bezbojna supstanca u vodi lako rastvorljiva, koja sa CuSO4 u alkalnoj sredini daje rastvorljivo kompleksno jedinjenje ljubičaste boje. NH2

C = O NH2

NH2 C = O

°t NH3 + NH

NH2 C = O

C = O NH2

NH2 biure

Biure + CuSO4 + NaOH Kompleksno jedinjenje ljubičaste boje Reagensi: Čvrsta urea, rastvor NaOH, rastvor CuSO4 Pribor: Epruveta, plamenik Postupak: U epruvetu nasuti jednu kašičicu čvrste uree. Zagrijati epruvetu na plemeniku dok ne počnu da se razvijaju bijele pare amonijaka. Nastaje biure. Ostaviti epruvetu da se ohladi. Rastvoriti biure sa 2 ml rastvora natrijum-hidroksida uz zagrijavanje i dodati kapaljkom 2-3 kapi rastvora bakra (II)-sulfata. Pojavljuje se karakteristična ljubičasta boja. Pozitivnu biuretsku reakciju daju i sve supstance koje sadrže najmanje dvije peptidne veze u molekulu.

Reakcija uree sa nitritnom kiselinom Princip: Urea ili karbamid (diamid ugljene kiseline) je bezbojna kristalna supstanca u vodi rastvorljiva. Razlaganjem uree sa nitritnom kiselinom oslobadja se azot, ugljenik (IV)-oksid i voda:

NH2

C = O + 2HNO2 2N2 + 3H2O + CO2

NH2

Reagensi: Rastvor uree, rastvor natrijum-nitrita, NaNO2, sulfatna ili hloridna kiselina Pribor: Epruveta Postupak: U epruvetu sipati oko 2 ml rastvora uree, zatim dodati oko 2 ml rastvora natrijum-nitrita (NaNO2) i nekoliko kapi sulfatne ili hloridne kiseline (1:1). Oslobodjena nitritna kiselina reaguje sa ureom pri čemu se oslobadja azot i ugljenik (IV)-oksid u obliku gasnih mjehurića. Ova reakcija služi za kvantitativno odredjivanje uree. Količina uree izračunava se iz zapremine dobijenog azota.

Razlaganje uree pod dejstvom enzima ureaze Princip: Enzim ureaza katalizuje hidrolitičko razlaganje uree na karbonatnu kiselinu i amonijak, koji grade amonijum-karbonat. Uslijed hidrolize amonijum-karbonata rastvor reaguje bazno, što se dokazuje fenolftaleinom. NH2

C = O + 2H2O ureaza 2H2CO3 + 2NH3

NH2

H2CO3 + 2NH3 (NH4)2CO3

Reagensi: Rastvor uree, rastvor ureaze, rastvor fenolftaleina Pribor: Epruveta, vodeno kupatilo Postupak: U dvije epruvete nasuti po 2 ml rastvora uree i u jednu dodati 3-4 kapi rastvora ureaze. Epruvete blago zagrijati (do 50oC) oko par minuta. Potom u obje epruvete dodati 1-2 kapi fenolftaleina. U epruveti sa ureazom javlja se ljubičasta boja, koja hladjenjem postaje intenzivnija.