Giáo trình thuốc thử hữu cơ - Chương 6 pot

http://www.ebook.edu.vn PHẦN II: GIỚI THIỆU CÁC THUỐC THỬ VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH CHƯƠNG VI: THUỐC THỬ PHỐI TRÍ O – O VI.1. PHENYLFLUORONE CTPT: C 19 H 12 O 5 KLPT = 320,30 7.1.1. Tên gọi khác 2,3,7–Trihydroxy–9–phenyl–6–fluorone 2,6,7–trihydroxy–9–phenylisoxanthene–3–one. 7.1.2. Nguồn gốc và phương pháp tổng hợp Đây là thuốc thử có giá trị về mặt kinh tế. Nó được tổng hợp bởi phản ứng 1,2,4– benzenetriol với benzotrichloride. 7.1.3. Ứng dụng trong phân tích Nó được dùng như thuốc thử đo quang và nhạy, có tính chọn lọc với Ge và Sn; ngoài ra thuốc thử còn dùng để xác định Co, Fe, In, Mo(VI), Nb, Ti và Zr bằng phương pháp đo quang. 7.1.4. Tính chất của thuốc thử Phenylfluorone là một tinh th ể bột màu cam, có nhiệt độ nóng chảy lớn hơn 300 o C. Xuất hiện huỳnh quang màu hơi lục trong dung dịch cồn ở pH=8. Trong dung dịch kiềm, thuốc thử phân ly yếu. Ít tan trong nước (3.10 -7 M trong 20% ethanol, 25 o C), ít tan trong ethanol lạnh, nhưng dễ tan trong cồn bị acid hoá (HCl và acid H 2 SO 4 ). Nó có thể kết tinh lại từ cồn bị acid hoá với sự có mặt của ammoniac.Những mẫu thương mại thường có độ tinh khiết không thoả mãn. Phenyfluorone được xem như một chất điện ly lưỡng tính, và sự phân ly trong 25% ethanol có thể được xác định như ở dưới: Phổ hấp thụ trong dung dịch nước được minh hoạ trong hình 7.1 HO HO OH O p Ka 1 =2.3 pK a 2 =5.8 p Ka 3 =11.3 p Ka 3 =12.3 H 4 L + H 2 L - SO 3 H HL 2- L 3- Vàn g vàn g cam cam hồn g http://www.ebook.edu.vn 7.1.5. Phản ứng tạo phức chất và tính chất của phức chất Phenylfluorone phản ứng với một số ion kim loại để tạo thành chelate có màu không hoà tan. Trong dung dịch acid 0,1M, Ge (IV) tạo phức có màu đỏ với tỷ lệ 1:2 xảy ra theo phương trình: () ( ) ( ) 332 422 Ge OH +2H L Ge OH H L +2H ⎡⎤ ⎣⎦  Hằng số cân bằng trong dung dịch ethanol 20% tại 25 o C và μ = 5 được xác định gần bằng 8(± 4).10 12 . Cấu trúc phức của Ge(IV) được biểu diễn như ở dưới Bảng 7.1: PHẢN ỨNG CỦA PHENYLFLUORONE VỚI 100μg CÁC KIM LOẠI Ion kim loại HCl HCl + H 2 O 2 HCl + oxalate HCl+H 2 O 2 + oxalate Fe (III) S S – – Ge (III) S S S S Hf (IV) S S – – Mo (VI) S – L – Nb (V) S – – – Sb (III) S S S S Sn (IV) S S L – Ta (V) S – L – Ti (IV) S – L – V (V) S – – – W (VI) S – – – Zr (IV) S L – – Ở đây: S: màu đậm L: màu nhạt – : ít hoặc không màu Hình 7.1: Phổ hấ p th ụ tron g dun g d ị ch nước http://www.ebook.edu.vn Kết quả khảo sát trên phản ứng tạo màu của phenylfluorone trong acid HCl cho thấy chỉ có 12 kim loại được tìm thấy có khả năng phản ứng với thuốc thử. Trong đó sự có mặt của hydrogen peroxide và phối tử, sự tạo phức có tính chọn lọc cao cho Ge(IV), Sb(III), Sn(IV). Trong phép xác định bằng phương pháp đo quang, độ nhạy và độ chọn lọc gia tăng đáng kể bằng cách chiết ở môi trường acid mạnh. Đặ c tính quang phổ của phenylfluorone chelate được tóm tắt trong bảng 7.2, quang phổ hấp thụ của Ge chelate được hướng dẫn trong hình 7.2. Bảng 7.2: ĐẶC ĐIỂM QUANG PHỔ CỦA PHỨC PHENYLFLUORONE Kim loại Điều kiện Tỷ lệ λ max (nm) ε.10 4 Giới hạn cho phép (ppm) Al pH 3,0 – 4,0 ML 2 540 6,0 Al pH 9,5 – 11,0, Triton X–100 ML 2 X 554 13,5 0 – 0,2 Co(II) pH 4,5 – 5,0; NO 2 - , Zephiramine ML 2 645 4,8 ~ 2 Cr(VI) pH 1,5; 40 EtOH ML 500 2,1 0,01 – 1,7 Fe(III) NaOH 0,001N ML 2 580 8,6 ~ 1 Ga pH 8,0 – 9,0; CPB(X) ML 2 X 2 570 11,4 – Ge(IV) HCl 1,2N, gelatin, gốm Arabic hoặc polyvinyl alcohol ML 2 510 8,7 – Ge(IV) HCl 0,5N, chiết với benzyl Alcohol ML 2 505 14,5 0,05 – 0,5 Ge(IV) HC l,1 – 1,5N; CTMAC ML 2 505 17,1 0,02 – 0,16 In pH 5,5; gelatin ML 2 540 4,88 0,2 – 1,4 Mn(II) CPC(X) ML 2 X 2 – 9,8 – Mo(VI) pH 2,0; gốm arabic – 550 – 0,33 – 1,67 Mo(VI) pH 1,5; CPC – 540 9,6 0,4 – 6 Mo(VI) HCl 0,25 – 0,3M; EtOH, sau khi cho CHCl 3 , với BPA(X) ML 2 X 518 7,4 0 – 0,6 Nb H 3 PO 4 0,3% ML 2 520 3,7 – Nb H 2 SO 4 0,24 – 0,48N; Triton X–100 1000 trong 90 giây – 525 10,0 0 – 0,4 Ni pH 8,5 – 10,0; CTMAB, pyridine ML 2 620 10,4 0 – 0,33 Sb(III) H 2 SO 4 , gelatin, thiourea – 540 3,42 – Sn(IV) pH 1,2 – 2,0 (HCl), tartarate, gum Arabic, hoặc polyvinylalcohol ML 2 510 5,93 ~ 2 Sn(IV) H 2 SO 4 1,8N, CTMAB – 505 18 0 – 0,3 Ta pH 4,5 – 530 6,39 0 – 0,5 Ti pH 7,0 – 1,0 (HCl), PB(X), chiết bằng CHCl 3 + AmOH (2:1) MLX 2 Cl 540 9,0 0,05 – 0,1 Ti CPA(X), Cl - , chiết bằng CHCl 3 MLX 2 Cl 550 – – Ti(IV) Furylvinylacroleyphenyl– hydroxylamine(X), chiết bằng CHCl 3 ML 2 X 2 540 17,1 0,05 – 10 Ti(IV) pH 1,4 – 2,2; Triton X–350 (X) Op emulsifier (Y) ML 2 XY 540 16,3 0 – 0,2 V(IV) pH 4,0 – 5,0, 30% EtOH, 0,02% gelatin ML 2 530 1,7 0,2 – 2 http://www.ebook.edu.vn Zn pH 7,7 – 8,2, CPB, pyridine ML 585 8,0 0 – 1 Zr(IV) HCl 0,1N, stabilized with cyclohexanol – 540 13 ~ 1 Zr(IV) pH 4,6, F - , CPC ML 2 560 4,6 0 – 7 Ký hiệu cho cationic: CTMAC: Cetyltrimethylammonium chloride CTMAB: Cetyltrimethylammonium bromide CPC: Cetylpyridinium chloride CPB: Cetylpyridinium bromide 7.1.6. Tinh chế thuốc thử Thuốc thử có thể được tinh chế bằng cách cho 1 gam mẫu với 50ml ethanol trong thiết bị Sohxlet, tiến hành chiết 10 giờ để loại bỏ các chất không tan. Độ tinh khiết có thể được kiểm tra bằng cách đo sự hấp thụ bức xạ của dung dịch nước có nồng độ 5.10 -4 % (1N HCl), (λ = 462nm, ε = 4,06.10 4 ) Sự có mặt của các chất khác có thể được kiểm tra bằng phép điện di trên giấy với dung dịch 0,1% được trộn lẫn bởi HCl 6N (3ml) – ethanol (97ml) dùng với dung dịch có chứa 0,05% acid oxalic và 30% acid acetic. 7.1.7. Ứng dụng trong phân tích ⎯ Thuốc thử trong phương pháp đo quang Phenylfluorone hầu như đã được sử dụng rộng rãi như một thuốc thử dùng để đo quang cho Ge. Một vài ion kim loại Co, Fe, In, Mo(VI), Nb, Ni, Sn(IV), Ta, và Zn cũng có thể được xác định b ằng thuốc thử này. Việc xác định Ge có thể tăng độ nhạy bằng cách chiết phức Ge cùng với lượng dư thuốc thử vào trong một dung môi hữu cơ không trộn lẫn như benzyl alcohol hoặc chiết Germanium chloride trong dung dịch HCl với carbon tetrachloride hoặc MIBK, sau đó, lập tức tạo thành phức phenylfluorone trong pha hữu cơ với sự thêm vào của dung dịch alcohol của thuốc thử. Trong sự tương phản với phương pháp chiết, độ nhạy của phương pháp đo quang trong pha nước chỉ bằng một nửa của phương pháp chiết, nhưng độ nhạy và tốc độ phản ứng có thể được thay đổi bằng sự kết hợp chất hoạt động bề mặt cation chẳng hạn cetyltrimethylammonium chloride. Hình 7.2 http://www.ebook.edu.vn Trong việc xác định thiếc Sn, trái lại thiếc không thể tồn tại để hình thành màu thiếc chelate bởi sự thêm vào dung dịch methanol của phenylfluorone đến MIBK được chiết ra từ SnCl 4 . Tuy nhiên, tin phenylfluorone chelate được tạo thành trong dung dịch acid pha loãng, có thể được chiết ra với MIBK. Sau khi chiết ra màu của chelate có khuynh hướng nhạt dần trong dung dịch. Tỷ lệ của sự mất màu tăng dần với sự gia tăng nồng độ acid trong dung dịch được chiết ra. Điều kiện dùng để xác định đo quang của kim loại của phenylfluorone trong bảng 7.2 ⎯ Xác định Ge sau khi chiết ra với carbon tetrachloride Lấy 20ml dung dịch mẫu HCl 9N có chứa 0,5 đến 10 µg Ge cho vào mộ t ống dẫn và thêm vào 10ml carbon tetrachloride. Sau đó lắc khoảng 2 phút để tách lớp hữu cơ ra. Lấy chính xác 5ml cho vào bình 10ml và thêm vào 1ml thuốc thử (0,05 g phenylfluorone cộng với 0,43ml HCl trong 100ml ethanol) và pha loãng nó với ethanol. Sau 5 phút đo tại bước sóng 508nm. VI.2. PYROCATECHOL TÍM CTPT: C 19 H 14 O 7 S KLPT: 386,38 H4L 7.2.1. Tên gọi khác 3,3’,4–Trihydroxyfuchsone–2”–sulfonic acid, Catechol sulfonephtalein, Catechol tím, PV. 7.2.2. Nguồn gốc và phương pháp tổng hợp Có giá trị về mặt kinh tế. Tổng hợp từ sự ngưng tụ của o–sulfonephthalein anhydrit với pyrocatechol 7.2.3. Ứng dụng trong phân tích Như một chỉ thị kim loại trong phương pháp chuẩn độ phức chất chelate của những kim loại nặng. Như phản ứng trắc quang cho những kim loại khác nhau bao gồm: Al, Bi, Ge, Sn, Y, và Zr. Độ nhạy có th ể được cải tiến bằng việc thực hiện phản ứng trong sự có mặt chất hoạt động bề mặt cation. 7.2.4. Tính chất của thuốc thử Là loại bột nâu – đỏ thẫm có ánh kim loại màu xanh dương. Nó rất hút ẩm, vì thế nên bảo quản thật kín. Sản phẩm thương mại thỉnh thoảng có mùi vị acid acetic mà không hoàn toàn loại bỏ được từ sự kết tinh dung môi. Nó tan tự do trong nước và c ồn pha trong nước, ít OH O OH HO C SO 3 H http://www.ebook.edu.vn tan trong cồn nguyên chất lạnh hoặc acid acetic băng và không tan trong dung môi không phân cực chẳng hạn: benzene, xylene, … Dung dịch nước của Pyrocatechol tím có màu vàng và màu của dung dịch thay đổi theo pH cũng như kết quả tách proton của thuốc thử. Sơ đồ tách proton được viết như đã được chỉ ra ở dưới đây Phổ hấp thu của thuốc thử ở những giá trị pH khác nhau được minh hoạ ở hình 7.4 Dung dịch nước của thu ốc thử rất bền trong môi trường acid dần dần bị phai màu ở pH>7,5. 7.2.5. Phản ứng tạo phức chất và tính chất của phức chất pK a1 L 4- pK a2 <1 pK a3 = 7 82 pK a4 = 9 76 pK a5 = 11 7 Đ ỏ Tím Vàng Đ ỏ tím H 5 L + HL 3- H 4 L H 2 L 2- H 3 L - OH O OH HO C SO 3 - OH O OH - O C SO 3 - + H + + H + + H + H 2 L 2- H 3 L - OH O O - - O C SO 3 - OH OH + OH HO C SO 3 - + H + H 4 L HL 3- +H + O - O O - - O C SO 3 - OH OH + OH HO C SO 3 H L 4- H 5 L + Hình 7.3 http://www.ebook.edu.vn Pyrocatechol tím tạo nên các liên kết màu với các kim loại khác nhau, hầu hết trong dung dịch acid yếu và baz yếu được tóm tắt ở bảng 7.3. Bảng 7.3: PHẢN ỨNG MÀU CỦA PYROCATECHOL TÍM VỚI CÁC KIM LOẠI Ion kim loại pH Màu Ion kim loạipH Màu Al 2,5 – 4,0 Hơi đỏ tía Nd(III) 6,5 Be 8.0 Ni 7,5 Bi <1,5 Hơi xanh tía Pb 5,5 BO 3 2- 6,0 Pr 6,5 Cd(II) 8,0 Hồng Sb(III) <1,5 Hơi đỏ tía Ce(III) 6,5 Sn(II) 3,5 Co(II) 7,5 Sn(IV) 0,5 Cu(II) 5,0 Th <0,3 Đỏ Fe(II) 7,5 Ti(IV) <1,5 Màu tía Fe(III) <2,0 UO 2 2+ 5,0 Ga 2,5 Màu tía WO 4 2- <3,0 Đỏ In 7,0 WO 4 2- >3,0 Hơi tía La 9,5 Y 6,3 Mg 8,5 Zn 7,0 Mn(II) <3,0 Hơi đỏ tía Zr <1,0 Hơi tía ⎯ Nồng độ của ion kim loại ≈ 5.10 -3 M. ⎯ Màu của phức kim loại là màu xanh ngoại trừ sự khác biệt của chỉ thị. Phức màu xanh được tạo thành ở trên chỉ thị pH. Các phản ứng màu cơ bản (chính) là [ML 2- ]; [M 2 L] và [MHL - ] ở đó M được biểu thị cho kim loại hóa trị 2, được chỉ ra sau: M O - O O O C SO 3 - ML 2- ( xanh – tím ) OH O O O C SO 3 - M MHL - ( xanh – tím ) http://www.ebook.edu.vn Hằng số bền của mỗi loại được tóm tắt trong Bảng 7.4 Bảng 7.4: HẰNG SỐ BỀN CỦA PHỨC CHELATE CỦA PYROCATECHOL TÍM Ion kim loại Log KML Log KM2L Log KMHLa Al(III) 19,13 4,95 - Bi(III) 27,07 5,25 - Cd(II) 8,13 - 5,86 Co(II) ,01 - 6,53 Cu(II) 16,47 - 11,08 Ga(III) 22,18 4,65 - In(III) 18,10 4,81 - Mg(II) 4,42 - 3,67 Mn(II) 7,13 - 5,37 Ni(II) 9,35 - 6,85 Pb(II) 13,25 - 10,19 Th(IV) 23,36 4,42 - Zn(II) 10,41 - 7,21 Zr(IV) 27,40 4,18 - Phổ chính thay đổi theo sự hình thành của phức chelate được chỉ ra ở hình 7.5. Mặc dù bước sóng hấp thu cực đại nhưng cường độ hấp thu khác nhau phụ thuộc vào ion kim loại. Phổ hấp thu tương tự được quan sát trên nhiều kim loại khác Trong sự có mặt của chất hoạt động bề mặt cation, tuy nhiên, sự chuyển dịch đậm màu và sự tăng cường của dải hấp thụ đựơc quan sát thể hi ện rõ ràng. 7.2.6. Sự tinh khiết và tinh chế của thuốc thử Mẫu thương mại thường khác nhau về chất lượng. Những mẫu mầ không tinh khiết có thể tinh chế bằng sự kết tinh từ acid acetic băng. Dạng tinh khiết trong đệm acetate (pH 5,2 đến 5,4) có màu vàng chanh (λ max = 445nm, ε = 1,4.10 4 ) O O O O C SO 3 - M M 2 L - ( xanh ) M + http://www.ebook.edu.vn Bảng 7.5: CHUẨN ĐỘ PHỨC CHẤT SỬ DỤNG CHỈ THỊ PYROCATECHOL TÍM Ion kim loại pH Đệm Màu thay đổi tại điểm kết thúc Lưu ý Bi 2 – 3 HNO 3 Xanh → Vàng Cd 10 NH 3 –NH 4 Cl Hơi xanh dương → hơi đỏ tía Co(III) 9,3 NH 3 –NH 4 Cl Hơi xanh dương → hơi đỏ tía Cu(II) 5 – 6 HNO 3 –NH 3 Xanh → Vàng Cu(II) 6 – 7 Pyridine Fe(III) 5 – 6 Pyridine Xanh → Vàng Ga 3,8 Acetate Xanh → Vàng In 5 Pyridine Xanh → Vàng Mg 10 NH 3 –NH 4 Cl Hơi xanh dương → hơi đỏ tía Mn(II) 9,3 NH 3 –NH 4 Cl Hơi xanh dương → hơi đỏ tía Ni 9,3 NH 3 –NH 4 Cl Hơi xanh dương → hơi đỏ tía Pb 5 Hexamine Xanh → Vàng Th 2,5 – 3,5 HNO3 Xanh → Vàng Zn 10 NH 3 –NH 4 Cl Hơi xanh dương → hơi đỏ tía Fe(III); Hg(II); Th; Zr được chuẩn độ cùng Vết của kim loại nặng không được lẫn Chuẩn độ chậm Dung dịch chuẩn độ nóng Thêm NH 2 OH Có lẫn Bi 7.2.7. Ứng dụng trong phân tích ⎯ Sử dụng như là chỉ thị kim loại trong chuẩn độ tạo phức Hình 7.5 http://www.ebook.edu.vn Ion kim loại, có thể được chuẩn độ bằng EDTA sử dụng Pyrocatechol tím như là chỉ thị. Dung dịch A 1% được sử dụng và có thể tồn trữ cho nhiều tháng, dung dịch có dung môi là nước thì ổn định và sự thay đổi màu không bị cản trở bởi vết kim loại nặng, nó được đề nghị sử dụng thích hợp của chỉ thị ETOO hoặc Murexit. Sự thay đổi màu với Bi và Th thì rất rõ ràng vì thế nhữ ng kim loại này có thể được sử dụng để chuẩn độ ngược trong chuẩn độ các kim loại khác. Bảng 7.6: ỨNG DỤNG CỦA PYROCATECHOL TÍM NHƯ THUỐC THỬ TRẮC QUANG Phức chelate kim loại Ion kim loại Điều kiện a Hệ số b Bước sóng ε(x10 4 ) ε (x 10 4 ) Al(III) pH 6,0 ML 2 580 6,8 0 – 04 Al(III) pH 9,7 – 10,2, CTAC(X) ML 2 X 5 670 0,53 0,27– 54 Al(III) pH 10 CPC(X) MLX 5 700 3,8 – B pH 8,55 – 8,65 ML 494 0,165 0,2 – 2,0 Be pH 8,0, CPC(X) MLX 5 680 1,5 – Bi(III) pH 3,8, acetate – 610 – 4 – 24 Cd(II) pH 10 CPC (X) MLX 5 710 1,0 0,1 – 7,5 Co(II) pH 10, CPC (X) MLX 5 720 1,2 – Cr(III) pH 5,0 – 6,0, acetate – 605 1,1 - Cu(II) pH 7 – 630 – 4 – 24 Fe(III) pH 6,2 – 7 ML 2 610 6,2 0 – 0,6 Fe(II) pH 5,0 – 6,0, CTMAB (X) ML 2 X 2 605 13,5 0 – 0,35 Ga pH 6,05 – 6,4 ML 2 580 ~ 7,3 0,56 – 3,1 Th pH 3,8, acetate – 480 – 4 – 24 Th pH 8,0, CTMAB ML 3 660 6,0 0,6 – 4,0 Ti(IV) pH 3,3 – 3,5, gelatin ML 2 690 – 0,06 – 0,71 Ti(IV) pH 2,0, CPC MLX 5 745 7,5 – V(V) pH 4,0, Zephiramine ML3 660 7,5 0 – 0,5 W(VI) pH 2,0 – 6,0 ML 540 – 1 – 6 W(VI) pH 1,0, CPC MLX 5 670 6,4 – Y(III) pH 8,7, H 3 BO 3 MLX 607 1,9 0-7,8 Y(III) pH 8,4 – 9,0, gelatine – 665 2,59 0 – 1,8 Hình 7. 6 [...]... = 1 0-4 – 1 0-2 ) K Rb Cs NH4 Ag Ba Sr Cs 5,0 5,5 7,58 > 6, 0 Na 3,9 7,21 >8,0 5,40 8,84 >8,0 3,2 6, 08 6, 1 K 5,4 9,75 > 7,0 3,95 7,45 > 7,0 < 2,0 2, 26 2,3 LogKML... kim loại kiềm 7 .6. 4 Tính chất của thuốc thử Những thuốc thử crown từ (1) (6) thường tan ít (ở mức độ không đáng kể) trong nước và trong dung môi hữu cơ Ngoại trừ CH3Cl, CCl4, Pyridine (C5H5N) và acid formic Ví dụ như là độ tan của (3) trong những dung môi hữu cơ khác nhau đã được tóm lược trong bảng 7.24 Độ tan của những hợp chất crown trong nước giảm và tăng khi nhiệt độ tăng, như thuốc thử (5) bảng . 4,95 - Bi(III) 27,07 5,25 - Cd(II) 8,13 - 5, 86 Co(II) ,01 - 6, 53 Cu(II) 16, 47 - 11,08 Ga(III) 22,18 4 ,65 - In(III) 18,10 4,81 - Mg(II) 4,42 - 3 ,67 Mn(II) 7,13 - 5,37 Ni(II) 9,35 - 6, 85. Cr(III) pH 5,0 – 6, 0, acetate – 60 5 1,1 - Cu(II) pH 7 – 63 0 – 4 – 24 Fe(III) pH 6, 2 – 7 ML 2 61 0 6, 2 0 – 0 ,6 Fe(II) pH 5,0 – 6, 0, CTMAB (X) ML 2 X 2 60 5 13,5 0 – 0,35 Ga pH 6, 05 – 6, 4 ML 2 580. + H + + H + H 2 L 2- H 3 L - OH O O - - O C SO 3 - OH OH + OH HO C SO 3 - + H + H 4 L HL 3- +H + O - O O - - O C SO 3 - OH OH + OH HO C SO 3 H L 4- H 5 L + Hình 7.3 http://www.ebook.edu.vn