КУРСОВА РОБОТА ПО КУРСУ «Спеціальні фізико-хімічні методи контролю на біотехнологічних виробництвах»НА ТЕМУ: «СУЧАСНІ МЕТОДИ ЕКСПРЕС АНАЛІЗУОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН »Виконав МАНЖОС О.ВЗМІСТ ВСТУП 3 1. ПЛАН ПРОВЕДЕННЯ АНАЛІЗУ 5 2. ПОПЕРЕДНІ ВИПРОБУВАННЯ 7 3.ВИЯВЛЕННЯ ПРИРОДИ ВУГЛЕЦЕВОГО ЛАНЦЮГА 14 ^ 4. ВИЯВЛЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ГРУП 16 ВИСНОВКИ 23 СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 24 ВСТУП Біотехнологія — це комплекс фундаментальних і прикладних наук, технічних засобів, спрямованих на одержання і використання клітин мікроорганізмів, тварин і рослин, а також продуктів їх життєдіяльності: ферментів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків та ін. [1, с. 11] З найдавніших часів людина використовувала біотехнологічні процеси при хлібопеченні, готуванні кисломолочних продуктів, у виноробстві тощо, але лише завдяки роботам Луї Пастера в середині 19 століття., що доказали зв'язок процесів шумування з діяльністю мікроорганізмів, традиційна біотехнологія одержала наукову основу. [1, с. 14-15] У 40-50-ті роки 20 ст., коли був здійснений біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалася ера антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створенню мікробіологічної промисловості. У 60-70-ті р. 20 ст. почала бурхливо розвиватися клітинна інженерія. В 1970-ті рр. одержав поширення і самий термін біотехнологія. З цього часу біотехнологія нерозривно пов'язана з молекулярною і клітинною біологією, молекулярною генетикою, біохімією і біоорганічною хімією. Біотехнологічні процеси з використанням мікроорганізмів і ферментів уже на сучасному технічному рівні широко застосовують у харчовій промисловості. Промислове вирощування мікроорганізмів, рослинних і тваринних клітин використовують для одержання багатьох цінних сполук — ферментів, гормонів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків, метанолу, органічних кислот (оцтової, лимонної, молочної) і т. д. За допомогою мікроорганізмів проводять біотрансформацію одних органічних сполук в інші (наприклад, сорбіту у фруктозу). Багато промислових технологій заміняються технологіями, що використовують ферменти і мікроорганізми. Такі біотехнологічні методи переробки сільськогосподарських, промислових і побутових відходів, очищення і використання стічних вод для одержання біогазу і добрив. [1, с. 21] У ряді країн за допомогою мікроорганізмів одержують етиловий спирт, що використовують як пальне для автомобілів (у Бразилії, де паливний спирт широко застосовується, його одержують із цукрового очерету й інших рослин). На спроможності різноманітних бактерій перекладати метали в розчинні сполуки або накопичувати їх у собі заснований витяг багатьох металів із бідних руд або стічних вод. Очевидно, що своєчасний та швидкий аналіз речовин таких виробництв дозволяє оперативно керувати процесом з метою негайного та термінового втручання в сам процес та направлення його в потрібне русло. В цьому полягає актуальність обраної теми. Метою експрес аналізу може бути визначення суми речовин окремого класу органічних речовин або навіть наявність такого класу сполук без деталізації вмісту окремих компонентів, тому метою роботи є висвітлення методів швидкого отримання саме цього результату. Визначення вмісту конкретної речовини можливе з використанням інструментальних методів аналізу, які потребують спеціального обладнання. Таке визначення не є метою роботи. Таке обладнання вимагає великого часу підготовки для виходу на режим аналізу а тому не може вважатися експрес методом. Біотехнологія це перш за все використання живих істот. Як відомо жодна жива істота не може існувати без кисню, тому головним об’єктом даної роботи мають бути кисневмісні сполуки, адже продукти життєдіяльності істот саме такі сполуки. За кількістю саме цих сполук можна зробити висновок про стан існування організмів які є головною дієвою особою біотехнологічного процесу. Джерелом об’єкту роботи є середовище існування живих істот, в якому вони виробляють потрібний людству продукт. Будь яка органічна сполука складається з вуглецевого ланцюга та функціональної групи, тому предметом роботи є розгляд окремо методів визначення природи ланцюга й методів виявлення функціональної групи. Бурхливий розвиток таких виробництв останнім часом, наприклад поява генетично модифікованих продуктів, визначає особливу значимість теми роботи. Адже виробництво таких продуктів треба ретельно й своєчасно контролювати. ^ ПЛАН ПРОВЕДЕННЯ АНАЛІЗУІдентифікацію органічних речовин (основні дані про склад досліджуваних речовин) можна здійснити за допомогою хімічних реакцій, тобто простими методами, не удаючись до використання дорогого обладнання. Із-за невичерпного різноманіття органічних сполук неможливо створити струнку схему систематичної ідентифікації, схожу на ту що існує в неорганічному якісному аналізі. [2, с. 293]Перш ніж почати дослідження спочатку слід встановити, чи маємо ми справу з індивідуальною речовиною або сумішшю речовин. Для вирішення даного питання краще всього скористатися хроматографічними методами ідентифікації — тонкошаровою хроматографією, газовою хроматографією і високоефективною рідинною хроматографією. [3, с. 431-432] Якщо зразок є сумішшю речовин, то спочатку слід спробувати розділити їх фізичними методами (фракційною перегонкою, перекристалізацією). Для препаративного розділення суміші речовин, можна використати вищезазначені хроматографічні методи розділення. Але спочатку слід спробувати розділити суміш речовин за допомогою хімічних реакцій (особливо в тих випадках, коли це не вимагає великих матеріальних витрат). Чисті речовини, а в окремих випадках також і суміші можна вивчати спектральними методами. Комбінуючи їх з попередніми випробуваннями, зазвичай можна зробити важливі попередні висновки про структуру, а в сприятливих випадках цієї інформації вистачає для того, щоб запропонувати для сполуки, що вивчається, конкретну структуру.Крім того, вивчення простих реакцій часто дозволяє зробити настільки ж коштовні виводи, як і експерименти на дорогому і скланому приладі.Ідентифікація невідомої сполуки, за допомогою певних реакцій через безліч можливих сполук інколи ускладнює дослідження.У попередніх випробуваннях спочатку виявляють функціональні групи невідомої сполуки і потім переводять його за допомогою відповідних реагентів в кристалічне похідне. Якщо сполука здатна до гідролізу, то її спочатку гідролізують на фрагменти, кожен з яких далі досліджують окремо.Зазвичай для ідентифікації досить порівняння температур плавлення двох-трьох похідних невідомої речовини з табличними даними. Додатковим доказом природи речовини може стати визначення молекулярної або еквівалентної маси. Для остаточних висновків часто проводять ще спеціальні реакції, описані для окремих речовин в літературі.Для однозначного доказу будови речовини досить порівняти його ІЧ-спектр з ІЧ -спектром передбачуваного оригінала. Деякі загальні вказівки:а) Кількість речовини для аналізу. Якщо використовувати приведені нижче методики, то для аналізу буде потрібно не більше 5 г речовини. З цієї кількості 1-2 г витрачаються на попередні випробування і виявлення функціональних груп, ще 2 г використовуються для ідентифікації, залишок є резервом, що дозволяє при необхідності повторити окремі операції. Все це дозволяє дуже економно витрачати речовину, особливо при попередніх випробуваннях. Ставлячи досліди за визначенням функціональних груп, слід мати на увазі, що в багатьох з цих дослідів можуть бути отримані похідні, придатні для ідентифікації.б) Роль контрольних дослідів. Інколи результати дослідів неоднозначні. З цією метою ставлять досліди двох типів. По-перше, проводять реакцію у вказаних умовах, але у відсутність аналізованої речовини; це дозволяє виявити перешкоди, викликані наявністю забруднень в розчинниках або реагентах (наприклад, при кольорових реакціях). По-друге, якщо проба, що містить аналізовану речовину, дала негативний результат, то ставлять контрольний дослід, додаючи таку сполуку, яка повинна дати очікувану реакцію; тим самим перевіряють правильність виконання аналізу. (Наприклад, при негативному результаті на карбонільні сполуки сполуки додають трохи ацетону; якщо випадає осад, то всі умови аналізу дотримані.)в) Підготовка речовини. Аналізована речовина має бути чистою. Тому рідкі проби переганяють (при необхідності у вакуумі). Індівідуальность зібраної фракції перевіряють газохроматографічно. Тверді речовини після проб на розчинність перекристалізовують до тих пір, поки речовина не матиме постійної температури плавления, а потім за допомогою тонкошарової хроматографії перевіряють його чистоту.2. ^ ПОПЕРЕДНІ ВИПРОБУВАННЯЗОВНІШНІЙ ВИГЛЯД РЕЧОВИНИа) Колір. Більшість чистих речовин безбарвна. Тому в разі забарвлених речовин необхідно перевірити, чи зберігається забарвлення речовини після перекристалізації (перегонки) або вона обумовлена домішками.Забарвлені наступні важливі класи сполук: нітросполуки, ніт розосполуки (лише у мономірній формі), азосполуки, хінони. Ароматичні аміни і феноли, особливо поліфункціональні, забарвлені в жовто-коричневий колір; це забарвлення обумовлене домішками продуктів окислення. Останні, проте, зазвичай не впливають на реакції амінів і фенолів, і ретельного очищення можна не проводити. б) Запах. Характерним запахом володіють певні класи сполук:- вуглеводні терпенового ряду (камфен, карен, пінен), а також циклогексанон, пінаколін, трет- бутанол - характерний «терпеновий» запах; - нижчі спирти; нижчі жирні кислоти (мурашина і оцтова кислоти мають дуже різкий запах; пропіонова і наступні — неприємний запах поту; - нижчі кетони, альдегіди, галогенопохідні вуглеводнів - дурманно-солодкий запах;- феноли -запах «карболки»; - ефіри фенолів - анісовий або кроповий запах;- ароматичні нітросполуки - запах гіркого мигдалю; - складні ефіри аліфатичних спиртів - фруктові запахи; - ізонітрили - неприємно-солодкий запах;- меркаптани, тіоефіри і тому подібне - неприємний запах, що нагадує запах сірководню.в) Смак. Згадувану в старих роботах пробу на смак ні в якому разі не треба рекомендувати, оскільки значна частина органічних речовин фізіологічно активна навіть в малих дозах.^ ВИЗНАЧЕННЯ ФІЗИЧНИХ КОНСТАНТ [3, с. 54]Разом з температурою плавлення, яку визначають за допомогою мікроскопу із столиком, що нагрівається, слід звертати увагу і на форму кристалів, а також на сублімацію, видалення кристалізаційної води і інші явища.^ ПРОБА НА ГОРЮЧІСТЬ І ЗОЛЬНІСТЬ Декілька крапель або декілька кристалів речовини нагрівають і відзначають зміни зовнішнього вигляду, кольори, запаху і також появу летких речовин. Якщо речовина горить, треба звернути увагу на колір полум'я: - полум'я, що слабо світить, майже синє полум'я вказує на кисневмісну сполуку (спирт, ефір і т. п.); - полум'я, що світить, желте, як правило, що коптить — на сполуки, що містять ненасичені фрагменти (ароматичні вуглеводні, ацетилени і т. п.). Якщо після нагрівання залишається твердий залишок, то його прожарюють до повного окисления вуглевмісних складових частин і аналізують неорганічний залишок. Якщо в останньому виявляють оксиди або карбонати металу, можна зробити висновок, що речовина є сіллю сполуки кислотного характеру (карбонової кислоти, фенолу і т. п.). Якщо залишок містить сульфід, сульфіт або сульфат, то можна передбачити, що досліджувана сполука є або бісульфітним похідним альдегіду або кетону, або сіллю сульфінової або сульфонової кислоти, або тіолатом.^ ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ [4, с. 329-331]Визначення окремів елементів має велике значення, тому що може визначити перелік класів органічних сполук які є в дослідному зразку, або навіть виключити деякі класи сполук зі списку можливих.Проба Бейльштейна (визначення галогенів). [5, с. 783] Прожарену мідну проволоку змочують досліджуваною рідиною або поміщають на неї декілька кристалів досліджуваної речовини і вносять до безбарвного полум'я газового пальника. Леткі галогеніди міді, що утворюються при згоранні, забарвлюють полум'я в зеленувато-блакитний колір.Проба дуже чутлива, тому негативний результат є надійним доказом про відсутність галогенів! Азотвмісні органічні речовини часто так само забарвлюють полум'я, хоча в них немає галогенів.Разом з типовими для органічних речовин елементами — вуглецем, воднем і киснем — в них можуть міститися також азот, сірка, галогени. Для виявлення цих елементів речовину сплавляють з металевим натрієм, переводячи їх в розчинну форму: [2, с. 296](1)^ Сплав органічних сполук з натрієм Обережно! Реакції з нітроалканами, органічними азидами, діазоефірами, діазосполуками і деякими аліфатичними полігалогенідами можуть вибухати. 5—20 міліграм речовини поміщають в тугоплавку пробірку для прожарення. Туди ж кладуть свіжоочищений шматочок натрію завдовжки близько 4 мм так, щоб він ліг трохи вище за речовину. Натрій розплавляють полум'ям пальника, що коптить; він плавиться і гарячим стікає на речовину. Потім пробірку нагрівають до темно-червоного каління (часто суміш сильно обуглюється) і ще гарячьою опускають в стаканчик, в який налито 5 мл дистильованої води. Пробірка лопається, розчин натрієвих солей фільтрують і використовують для виявлення гетероелементів. Якщо речовина при змішуванні або нагріванні з натрієм реагує з вибухом, то дослід роблять таким чином: 0,1 г речовини розчиняють в 1—2 мл крижаної оцтової кислоти. Додають 0,1 г цинкового пилу і нагрівають так, щоб суміш слабко кипіла, поки не розчиниться весь цинк. Розчин упарюють насухо і залишок обробляють натрієм, як описано вище.Якщо описувані нижче реакції виявлення елементів дають негативний результат, то для надійності операцію повторюють 2—3 рази, додаючи большу кількість натрію.Визначення азоту (проба Лассеня). [6, с. 297] До 1 мл розчину, отриманого після сплаву речовини з натрієм, додають 0,5 мл водного розчину сульфату заліза (II), кип'ятять 1—2 хв, потім додають 2 краплі розчину хлориду заліза (III), ще раз нагрівають і після охолоджування підкисляють до слабокислої реакції. Якщо речовина містить азот, то випадає осад блакитної берлінської лазурі (або принаймні з'являється зеленувато-блакитне забарвлення). Забарвлення особливо легко відмітити, якщо розчин інтенсивно збовтати і нанести декілька крапель на фільтрувальний папір. У присутності сірки визначення азоту може бути ускладнене. У таких випадках повторюють сплав з натрієм з подвійною кількістю останнього і проводять визначення азоту, додаючи більшу кількість сульфату заліза(II).Визначення сірки. До 1—2 мл профільтрованого розчину, отриманого після сплаву з натрієм підкисленого оцтовою кислотою, додають декілька крапель розчину ацетату свинцю. Випадання чорного осаду вказує на присутність сірки. Чутливіша й інша реакція, коли до 0,5 мл розчину, отриманого після сплаву з натрієм, додають 2 краплі водного розчину динатрійпентацианонітрозилферрату(III) (нітропрусиду натрію). У присутності сірки з'являється фіолетове забарвлення.Визначення конкретних галогенів. Розчин, отриманий після сплаву з натрієм, підкисляють концентрованою HNO3 і галогени, як завжди, виявляють за допомогою нітрату срібла. За наявності в речовині азоту синильну кислоту, що утворилася, необхідно до додавання нітрату срібла видалити нагріванням на киплячій водяній бані. Конкретні галогени виявляють за відомими методиками неорганічного аналізу. Броміди у присутності хлоридів і йодидів можна виявити також за допомогою дуже чутливої еозинової проби: 0,5 мл розчину підкисляють декількома краплями концентрованої сірчаної кислоти до кислої реакції і додають 3—5 крапель концентрованого розчину перманганату. Стаканчик прикривають папірцем, який оброблено розчином флуоресцеїну, і нагрівають до 40-500С. Через 15 хв папір поміщують в камеру з парами аміаку. У присутності брому з'являється рожеве забарвлення.Для визначення фтору 1 мл розчину упарюють насухо, додають 0,5 мл концентрованої сірчаної кислоти, трохи дихромату калію і сильно струшують. Стінки пробірки змочуються. Обережно нагрівають і знову струшують: у присутності фтору повторного змочування не відбувається. Фтор можна виявити також за допомогою циркон-алізаринової проби: 2 мл розчину подкисляют оцтовою кислотою і нагрівають до кипіння. Декілька крапель отриманого розчину наносять на циркон-алізариновий індикаторний папір. У присутності фтору папір знебарвлюється або забарвлюється у жовтий колір.^ ВИЗНАЧЕННЯ РОЗЧИННОСТІ [3, с. 116-136]Визначення розчинності має велике значення, оскільки знаючи розчинність, можна зробити певні висновки відносно полярності молекули і наявність конкретних функціональних груп. Одночасно можна отримати відомості про те, як очистити тверду речовину (підбір розчинника для перекристалізації) і чи вдасться таким чином розділити суміш.Доцільно визначати розчинність речовини в декількох розчинниках в наступному порядку: вода, ефір, 5%-вий водний розчин гідроксиду натрію, 5%-вий водний розчин гідрокарбонату натрію, 5%-вий розчин соляної кислоти, концентрована сірчана кислота. Далі — в етанолі, толуолі, крижаній оцтовій кислоті, петролейному ефірі (аби знайти розчинник для перекристалізації і розділення сумішей). До 0,01—0,1 г досліджуваної речовини невеликими порціями додають близько 3 мл розчинника, добре перемішуючи після додавання кожної порції. Якщо речовина нерозчинна у воді, то визначають розчинність в розбавленому NаOH, в розчині NaHCO3, НС1. При змішуванні обережно струшують, речовини, що не розчинилися, відділяють, а отриманий водний розчин нейтралізують, спостерігаючи, чи відбувається повторне виділення вихідної речовини. При роботі з вказаними кількостями речовин навіть помутніння нейтралізованого фільтрату слід вважати ознакою присутності сполук з кислотними або основними властивостями. При розчиненні в NaHCО3 необхідно стежити, чи не виділяється при цьому діоксид вуглецю! Якщо при кімнатній температурі речовина не розчиняється, суміш швидко нагрівають. В цьому випадку необхідно переконатися (особливо після нагрівання з кислотами або лугами), що не стався гідроліз або інша безповоротна зміна речовини. (Речовину виділяють і визначають температуру плавлення або кипіння!)Висновки, які можна зробити по розчинності речовини. а) Розчинність у воді і ефірі. По відмінності розчинності у воді і ефірі всі органічні сполуки можна підрозділити на наступні основні групи: Розчинні у воді, але нерозчинні в ефірі. Розчинні в ефірі, але нерозчинні у воді. Розчинні і у воді, і в ефірі. Нерозчинні і у воді, і в ефірі.Група I. Сполуки, в яких переважають полярні групи: солі, поліоли, сахариди, аміноспирти, гідроксікарбонові кислоти, ди- і полікарбонові кислоти, аміди нижчих кислот, аліфатичні амінокислоти, сульфонові кислоти.Група II. Сполуки, в яких переважають неполярні групи: вуглеводні і їх галогенопохідні, прості і складні ефіри, спирти більш ніж з п'ятьма атомами вуглецю, вищі альдегіди і кетони, вищі оксими, середні і вищі карбонові кислоти, ароматичні карбонові кислоти, ангідриди карбонових кислот, лактони, складні ефіри, вищі нітрили і аміди кислот, феноли, тіофеноли, вищі аміни, хінони, азосполуки.Група III. Сполуки, в яких вплив полярних і неполярних груп однаковий: нижчі аліфатичні спирти, нижчі аліфатичні альдегіди і кетони, нижні аліфатичні нітріли, аміди і оксими, нижні циклічні прості ефіри (тетрагідрофуран, 1,4-діоксан), нижчі і середні карбонові кислоти, гідрокси- і оксокарбонові кислоти, дикарбонові кислоти, багатоатомні феноли, аліфатичні аміни, піридин і його гомологи, амінофеноли.Група IV. Висококонденсовані вуглеводні, аміди вищих кислот, антрахінони, похідні пурину, деякі амінокислоти (цистин, тирозин), сульфанілова кислота, вищі аміни і сульфонамиды, високомолекулярні сполуки. б) Розчинність в основах і кислотах. Виконуючи ці проби, завжди необходимо перевіряти, чи не сталося з речовиною яких-небудь змін. Особливо схильні до цих реакцій сполуки, що відносяться до груп II і IV, оскільки в результаті солеутворення речовина здатна розчинятися у воді. У речовин, що відносяться до груп I і III (тобто розчинні у воді), слід заздалегідь визначити рН водного розчину за допомогою індикаторного паперу. У розбавленій соляній кислоті розчинні аліфатичні і ароматичні аміни (розчинність останніх значно зменшується із збільшенням числа арильних груп: дифеніламін майже нерозчинний , а трифеніламін зовсім нерозчинний.Розчинні і в гідроксиді натрію, і гідрокарбонаті натрію сильнокислі речовини, а саме: карбонові, сульфонові і сульфінові кислоти, деякі сильнокислі феноли (нітрофеноли, 4-гідроксикумарин) і ін. Лише у гідроксиді натрію розчинні феноли, деякі єноли, іміди, первинні аліфатичні нітросполуки, незаміщені або монозаміщені (по атому азоту) арилсульфонаміди, оксими, тіофеноли, тіоли.Органічні основи при дії лугів виділяються зі своїх солей. При цьому вони випадають в кристалічному вигляді або у вигляді маслоподібних речовин. Можна виявити їх і за запахом. Жирні кислоти, що містять більше 12 атомів вуглецю, при додаванні лугів вже не дають прозорих розчинів: замість цього утворюються типові мила.β -Дикарбонільні сполуки, створюючі солі із спиртним розчином гідроксиду калія, не можна нейтралізувати 5%-вим водним розчином гідроксиду натрію.Деякі речовини розчиняються як в кислотах, так і в лугах. До таких (амфотерних) речовин належать амінокислоти, амінофеноли, аміносульфонові і аміносульфінові кислоти і інші сполуки.в) Розчинність в концентрованій сірчаній кислоті. Розчинення в концентрированій сірчаній кислоті часто супроводиться хімічними перетвореннями, ознаками яких є розігрівання, виділення газів і так далі. Проба з сірчаною кислотою не дозволяє віднести речовину до однієї з вказаних вище груп, проте вона дає можливість зробити інші корисні висновки: ненасичені сполуки перетворюються на водорозчинні ефіри сірчаної кислоти; кисневмісні сполуки зазвичай переходять в розчин з утворенням солей оксонію (якщо органічна сполука містить не більше 9—12 атомів вуглецю); спирти етерифікуються або дегідратуються; олефіни можуть полімеризуватися; деякі вуглеводні сульфуються; трифенілкарбінол, фенолфталеїн і родинні сполуки виявляються по галохромному ефекту; йодовмісні сполуки розкладаються з виділенням йоду.^ 3. ВИЯВЛЕННЯ ПРИРОДИ ВУГЛЕЦЕВОГО ЛАНЦЮГАВИЯВЛЕННЯ НЕНАСИЧЕНИХ СПОЛУКВиявлення ненасичених сполук принципово можливо за допомогою всіляких реакцій приєднання. Для цієї мети можна використовувати взаємодію з бромом в тетрахлорметані або з перманганатом (знебварвлення). Інші дані про наявність ненасичених сполук дає ІЧ-спектроскопія [7, с. 50-56]; крім того, в спектрах ЯМР 1Н по типових хімічних зсувах можна виявити вінілові, ацетиленові і ароматичні протони. [8, с. 278-281]^ Реакція з бромом [9, с. 338-339]Тетрахлорметан (тетрахлорвуглець) як розчинник переважний, оскільки він не розчиняє бромоводень; тому, якщо бром витрачається на реакцію заміщення, це легко виявляється по виділенню бромоводню.Обмеження: бром приєднується не до всіх олефінів. Якщо сполука має замісники подвійного зв'язку, що володіють, — I- або —М-ефектом, то це або уповільнює реакцію, або зовсім запобігає їй. Олефіни, які мають об’ємні замісники приєднують бром часто лише в крижаній оцтовій кислоті або воді. Аліфатичні і ароматичні аміни також знебарвлюють бром; при цьому може бути зроблений помилковий висновок про присутність подвійного зв'язку.Зважаючи на можливість реакцій заміщення з виділенням бромоводню аналітична цінність реакції з бромом не дуже висока. Реакції заміщення особливо типові для єнолів, фенолів, метилкетонів, малонових ефірів. Сполуки, що легко окислюються, наприклад тіоли, заважають реакції з бромом.^ Реакція з перманганатом Цю реакцію завжди слід доповнювати реакцією з бромом! 0,1 г речовини розчиняють в 2 мл води або ацетону (ацетон має бути чистим, не знебарвлювати перманганат; інакше спочатку додають перманганат до тих пір, поки він не перестане знебарвлюватися) і по краплях додають 2%-вий розчин перманганату. Пробу вважають негативною, якщо знебарвлюється не більше трьох крапель.Обмеження: окислення перманганатом бажано проводити як доповнення до реакції з бромом. Так, високоспряжені олефіни реагують з перманганатом, тоді як бром вони приєднують складно. Природно, що позитивний тест дають і всі речовини (єноли, феноли, тіоли, тіоефіри, аміни, альдегіди, ефіри мурашиної кислоти, спирти), що легко окислюються, тому їх присутність як основного компонента або домішок може бути причиною невірних висновків.^ ВИЯВЛЕННЯ АРОМАТИЧНИХ СПОЛУКРеакція з азотною кислотою До 0,1 г речовини повільно, при постійному струшуванні додають 3 мл нітруючої суміші (1 частина димлячої азотної кислоти плюс 1 частина концентрованої сірчаної кислоти) і нагрівають 5 хв під тягою на водяній бані при 45—50 °С. Потім суміш виливають на 10 г подрібненого льоду і відділяють маслоподібну або тверду речовину, що виділилася.Наявність нітрогрупи в продукті реакції підтверджується її відновлення цинком у присутності хлориду амонія. Фенілгідроксиламин, який утворився відновлює аміачний розчин нітрату срібла (реактив Толленса) [6, с. 583] до металевого срібла. 0,3 г речовини розчиняють в 10 мл 50%-ного етанолу, додають 0,5 г хлориду амонія і 0,5 г цинкового пилу. Суміш струшують і кип'ятять 2 хв. Після охолодження фільтрують і додають реактив Толленса. Виділення металевого срібла вказує на присутність нітро- або нітрозогрупи.^ Реакція з хлороформом і хлоридом алюмінію До 2 мл сухого хлороформу додають 0,1 г речовини, потім обережно додають 0,5 г безводного хлориду алюмінію (частина його повинна залишатися на стінках пробірки). Поява забарвлення (вона може бути різною) вказує на присутність ароматичної сполуки.Ця реакція і обмеження її вживання детально вивчені в роботах: Talsky G. Z. Anal. Chemie, 188 (1962), 416; 191 (1962), 191; 195 (1963), 171.^ 4. ВИЯВЛЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ГРУПВизначення розчинності, виявлення гетероатомів, визначення фізичних констант (температур плавлення і кипіння, молекулярної маси і т. п.), а також колір речовини — всі ці дані дають можливість зробити певні висновки відносно досліджуваної сполуки. Для подальшого звуження кола розгляду типів сполук застосовують спектральні методи.Іншу можливість дає такий шлях: випробування за допомогою нескладних, виконуваних в дуже короткий час реакцій, що супроводжуються такими характерними змінами, як випадання осаду, зміна кольору, утворення речовин з характерним запахом, зміна розчинності.При величезному числі органічних сполук висока вірогідність одночасної присутності в молекулі декількох функціональних груп може ускладньювати їх виявлення. Не дивлячись на це, можна розпізнати і такі сполуки, якщо враховувати вплив всіх наявних в молекулі функціональних груп на результати виконуваної реакції.В зв'язку з цим слід застерегти від переоцінки значення кольорових реакцій, що описуються в літературі як характерних для окремих сполук: у багатьох випадках подібні реакції показують і інші речовини.^ ВИЯВЛЕННЯ РЕЧОВИН, ЩО Є СИЛЬНИМИ ВІДНОВНИКАМИ (РЕАКЦІЯ З АМІАЧНИМ РОЗЧИНОМ СОЛІ СРІБЛА)Сильні відновники виділяють металеве срібло з аміачного розчину оксиду срібла. 0,05 г речовини поміщюють в чисту пробірку (заздалегідь її миють гарячою концентрованою азотною кислотою) і підливають 2—3 мл свіжоприготованого реактиву Толленса. [10, с. 1197] Якщо срібне дзеркало на холоду не утворюється, пробірку нагрівають до 60-70 °С.Позитивна реакція свідчить про присутність альдегідів, відновлюваних вуглеводів, α-дикетонів, α-гідроксикетонів, багатоатомних фенолів, α-нафтолів, амінофенолів, гідразинів, гідроксиламінів α-алкоксі- або α-диалкіламінокетонів і деяких інших сполук. Реакцію дають і деякі ароматичні аміни, наприклад n-фенілендіамін.^ ВИЯВЛЕННЯ АЛЬДЕГІДІВ І КЕТОНІВАльдегіди і кетони можна виявити по характерних смугах поглинання в ІЧ-спектрах. [11, с. 172-180] Крім того, в спектрі ЯМР 'Н альдегідний протон легко визначити за сильним зсувом його резонансного сигналу в слабке поле; карбонільний атом вуглецю також легко визначити в спектрі ЯМР 13С. [12, с. 83-89]^ Реакція з динітрофенілгідразиномНа присутність альдегідів і кетонів вказує утворення осаду 2,4-дінітрофенілгідразонів.Обмеження: при дії кислого розчину реагенту більшість ацеталів, кеталів, оксимів і азометинів зазнає гідролізу, а карбонільні сполуки, що утворюються, випадають у вигляді 2,4-динітрофенілгідразонів. Реакція непридатна для гідроксікетонів (ацилоїнів).Для відмінності кетонів від альдегідів можна використовувати легшу окислюваність останніх.^ Реакція з фелінговою рідиною 0,05 г речовини і 2—3 мл фелінгової рідини нагрівають 5 хв на киплячій водяній бані.Тест на альдегіди і кетони вважають позитивним, якщо випадає жовтувато-червоний оксиду міді(I).Обмеження: ароматичні альдегіди, як правило, не дають цієї реакції. Реакції заважає присутність інших сильних відновників.Реакція з фуксинсірчистою кислотою (реактивом Шиффа) [13, с. 898] До двох крапель або 0,05 г речовини додають 2 мл реактиву Шиффа [14, с. 431] і розчин ретельно струшують.Реакцію вважають позитивною, якщо розчин забарвлюється в рожевий або фіолетовий колір. Обмеження: реакцію не дають гліоксаль, вуглеводи, ароматичні гідроксиальдегіди, α,β -ненасичені альдегіди. Речовини, що легко поглинають двуокис сірки, можуть створити помилкове уявлення про присутність альдегідів.^ ВИЯВЛЕННЯ СПИРТІВ, ФЕНОЛІВ, ЄНОЛІВЦі речовини мають характеристичні смуги поглинання в ІЧ-спектрі. [9, с. 421-425]Сполуки з гідроксильними групами дають з розчином церійамоній нітрату забарвлені комплекси. За реакцією з хлоридом заліза(ІІІ) єноли і феноли можна відрізнити від спиртів.^ Реакція з церійамонійнітратомРечовини, розчинні у воді. 0,5 мл розчину реагенту розбавляють 3 мл води і додають 5 крапель концентрованого водного розчину речовини.Речовини, нерозчинні у воді. До 0,5 мл розчину реагенту додають 3 мл діоксану, потім по краплях воду до отримання прозорого розчину і після цього п'ять крапель концентрованого розчину аналізованої речовини в діоксані.У присутності спиртів з'являється червоне забарвлення. Феноли у водному розчині дають зеленувато-коричневий або коричневий осад, а в діоксані — темно-червоне або коричневе забарвлення.Обмеження: реакція дає однозначний результат в разі сполук, що містять не більше 10 атомів вуглецю; в разі більшої кількості атомів вуглецю забарвлення дуже слабке. Багатоатомні спирти також можно виявити цим методом, проте з-за окислення забарвлення може швидко зникнути. Позитивну реакцію дають багато амінів, а також інші речовини, що легко окислюються з утворенням забарвлених продуктів.Реакція з хлоридом заліза(ІІІ) 1 краплю речовини розчиняють в 5 мл етанолу і додають 1—2 краплі 1%-вого водного розчину хлориду заліза(ІІІ).При позитивній реакції з'являється забарвлення (від криваво-червоної до волошкової у аліфатичних єнолів і від синьої до фіолетової у фенолів).Обмеження: позитивна реакція вказує на присутність фенолів або єнолів. Більшість оксимів і гідроксамових кислот дають червоне забарвлення, гідроксіпохідні хіноліну і піридину — червоно-коричневе, сине або зелене. Взаємодія з гідроксіпохідними ароматичних гетероциклів також призводить до червоного забарвлення. При реакції з амінокислотами і ацетатами виходить коричневе або червоне забарвлення відповідно, з дифеніламіном — зелене. Багато фенолів не дають цієї кольорової реакції.Реакція з солями міді(ІІ)Багатоатомні спирти утворюють з іонами міді(II) комплекси, особливо в лужному середовищі. 5—6 крапель речовини розчиняють в розбавленому розчині лугу і додають декілька крапель дуже розбавленого розчину сульфату міді.Якщо осад гідроксиду міді не утворюється, то, ймовірно, присутній багатоатомний спирт. ^ Реакція з солянокислим розчином хлориду цинку (реактивом Лукаса)Первинні, вторинні і третинні спирти можна відрізнити один від одного за різною швидкостю заміщення гідроксильної групи на хлорид-іон. До 1 мл речовини швидко додають 6 мл реактиву Лукаса, суміш струшують, залишають на 5 хв і оцінюють результат.Первинні спирти, що мають до 5 атомів вуглецю, розчиняються. Часто розчин темнішає, але залишається прозорим.Вторинні спирти спочатку дають прозорий розчин, проте він швидко стає каламутним, а потім віділяються крихітні крапельки хлориду.В разі третинних спиртів швидко утворюються дві фази, однією з яких є хлорпохідне.Обмеження: оскільки проба Лукаса пов'язана з утворенням нерозчинних хлорпохідних, вона може бути застосована лише для тих спиртів, які дають прозорий розчин в реактиві. Алліловий спирт поводиться як вторинний спирт.Взаємодія з реактивом Деніже[6, с. 151]Третинні і деякі вторинні спирти легко дегідратуються концентрованою сірчаною кислотою. Олефіни, що утворюються при цьому дають жовті або червоні осади з іонами ртуті. До 3 мл реактиву Деніже додають декілька крапель досліджуваної речовини і кип'ятять 1—3 хв.Третинні спирти утворюють осад жовтувато-червоних тонів. В разі первинних і особливо вторинних спиртів також інколи утворюються осади, проте останні в більшості випадків не забарвлені. Складні ефіри третинних спиртів можуть зазнавати гідролізу при дії реагенту, а потім вже давати позитивну реакцію. Тіофен випадає у вигляді комплексу.^ ЙОДОФОРМНА РЕАКЦІЯ (РЕАКЦІЯ З ГИПОЙОДІТОМ НАТРІЮ)Обмеження: позитивну йодоформну реакцію дають сполуки наступних типів: [2, с. 304] [15, с. 254]Не дають йодоформної реакції сполуки^ ВИЯВЛЕННЯ СПОЛУК, ЩО ЗАЗНАЮТЬ ГІДРОЛІЗУ ПІД ДІЄЮ ЛУГУРеакція із спиртовим розчином лугом (проба Рояна) 0,1 г речовини розчиняють в 3 мл спирту, додають 3 краплі спиртового розчину фенолфталеїну і 0,1 н. спиртовий розчин гідроксиду натрію до появи червоного забарвлення. Потім нагрівають 5 хв на водяній бані при 40 °С.Якщо червоне забарвлення зникає, реакцію вважають позитивною. Для більшої надійності дослід повторюють декілька разів, додаючи до однієї і тієї ж суміші нові порції лугу.Позитивну реакцію дають складні ефіри, лактони, ангідриди, галогенопохідні, що легко зазнають гідролізу, аміди, нітрили.Обмеження: вільні кислоти перед виконанням досліду повині бути нейтралізовані. Пробі можуть заважати дикетони, що розщеплюються, або речовини, що легко осмоляються і диспропорціонують.Реакція з гідроксиламіном (гідроксамова проба) Основою гідроксамової проби є аміноліз похідних карбонових кислот під дією гідроксиламіну. До 0,5 г речовини додають 1 мл 0,5 н. спиртового розчину гідрохлориду гідроксиламіну і 0,2 мл 6 н. розчину гідроксиду натрію. Суміш нагрівають до кипіння, охолоджують, додають по краплях 2 мл 1 н. соляної кислоти. Якщо суміш стає каламутною, додають 2 мл етанолу. При додаванні 1—2 крапель 5%-вого водного розчину хлориду заліза (ІІІ) при позитивній реакції з'являється забарвлення (від темно-червоного до фіолетового). Якщо забарвлення нестійке, необхідно додати більшу кількість хлориду заліза (ІІІ).З галогеновмістних сполук реакцію дають лише ацилгалогеніди та гемінальні тригалогеніди.Обмеження: позитивну реакцію дають мурашина і молочна кислоти, аліфатичні нітросполуки. Гідроксамової реакції не дають: складні ефіри вугільної