Lương Công Quang Phân tích hữu cơ CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH MỘT HỢP CHẤT CHƯA BIẾT Phân tích một hợp chất hữu cơ chưa biết bao gồm việc nhận biết một hợp chất hữu cơ nào đó ( hợp chất đó chưa biết đối với người phân tích, nhưng đã biết trong tài liệu) và phân tích một chất mới ( trong tài liệu chưa có, người phân tích cần xác định được cấu tạo của nó). Ở đây ta đi sâu nghiên cứu sự nhận biết một hợp chất hữu cơ chưa biết. Xác định cấu tạo một hợp chất hữu cơ mới cũng có nhiều điểm tương tự như nhận biết một hợp chất hữu cơ chưa biết và cũng được đến ở chương 2 của chuyên đề. Để nhận biết một hợp chất hữu cơ gồm các giai đoạn nghiên cứu một cách có hệ thống sau: 1. Nghiên cứu sơ bộ 2. Xác định các hằng số vậy lí 3. Phân tích định tính thành phần nguyên tố. 4. Xác định phân loại rộng hợp chất hữu cơ dựa vào tính hoà tan hoặc hằng số ion hoá và thành phần nguyên tố. 5. Xác định phân loại cụ thể hợp chất hữu cơ dựa vào các mẫu thử phân loại và các dữ kiện phổ để phát hiện các nhóm chức và các thông tin về cấu tạo. 6. Sử dụng tài liệu có liên quan tới chất chưa biết ( hằng số vật lí, dữ kiện phổ, dẫn xuất). 7. Điều chế dẫn xuất. 8. Lập báo cáo, thảo luận và kết luận. Trong thực tế, việc nhận biết một hợp chất hữu cơ chứa biết có thể rút ngắn, tuỳ từng trường hợp cụ thể có thể bỏ qua giai đoạn này hay kia mà có thể kết luận về chất chưa biết. 5.1. Nghiên cứu sơ bộ Mục đích của nghiên cứu sơ bộ là để thu nhận được những dữ kiện thông tin nhất định ban đầu nói lên bản chất của chất chưa biết. Nghiên cứu sơ bộ chất người ta thường dựa vào các đạc tính bề ngoài ( trạng thái, tập hợp, màu sắc mùi vị,…) vào sự biến đổi trong quá trình đốt nóng, làm lạnh và phân huỷ nhiệt chất, cũng như các đạc tính khác. 1. Trạng thái tập hợp Cần nhận xét xem chất chưa biết là chất lỏng, rắn, khí hay keo nhớt.v.v…, sự quan sát này có một ý nghĩa nhất định. Chẳn hạn chất chưa biết là chất lỏng ( ở nhiệt độ thường) thì khi sử dụng tài liệu thì ta không cần đề cập đến những chất rắn ( ở nhiệt độ thường) dù chất rắn đó có những tính chất giống chất khảo sát ( nhóm chức, dẫn xuất, có cùng điểm nóng chảy…). Điều đó là chắc chắn không có sự ngờ vực nào. 2. Màu sắc 111 Lương Công Quang Phân tích hữu cơ Dựa vào màu sắc đặc trưng ta cũng có thể có những ý niệm nào đó để nhận biết chất chưa biết: Hợp chất nitro, azo, quinon, muối cacboni ( phẩm màu triphenylmetan),…Nếu hợp chất chưa biết là chất lỏng bền, không màu hoặc tinh thể trắng thì cũng cho chúng ta biết ở trong chúng không có nhóm chức mang màu. 3. Mùi vị Nhiều loại hợp chất hưx cơ có mùi vị đặc trưng: các este thấp có mùi hoa quả: vinilin, metylxalisilat, izoamyl axetat, axit axetic có mùi rất dẽ nhận, bezenđehit, nitrobezen, benzonitrin có vị đắng của hạt nhân, các hiđrocacbon hexan, tolulen, naptalen, pinen, izopren cũng có những mùi khác nhau. Khó có thể mô tả chính xác được các mùi vị, tuy vậy những người làm việc nhiều với hoá chất rất dễ phân biệt. Những người nghiên cứu có kinh nghiệm dựa vào mùi đặc trưng còn có thể phân biệt được riêng từng đồng đẳng thấp ( C 1 đến C 5 ) của este, ancol, amin, axit béo hoặc những đồng đẳng thấp của bezen ( tolulen, xilen), các dẫn xuất môn, đi, tri-tetraclo của metan. 4. Quan sát quá trình đốt nóng Trong quá trình đốt nóng có thể xảy ra những hiện tượng và những sự biến đổi về tính chất của các hợp chất hữu cơ. Chẳng hạn có hiện tượng thăng hoa, hiện tượng mất nước kết tinh dung môi ( biêu hiện có bọt khí) nếu chất khảo sát bị hiđrat hoá hoặc sovat hoá, hiện tượng chuyển hoá đa hình của tinh thể và những sự chuyển hoá đặc trưng của các tinh thể trước khi nóng chảy ( quan sát dưới kính hiển vi), những biến đổi về tính chất quan học và hình học của tinh thể, tạo mùi do chất bốc hơi mà ở nhiệt độ thường ta khó nhận xét, hiện tượng sôi và phân huỷ, v.vvv. dựa vào những hiện tượng biến đổi trên ta có thể khác được những thông tin về chất khảo sát. 5. Quan sát trong quá trình làm lạnh Trong quá trình làm lạnh chất người ta chú ý đến những hiện tượng và những sự biến đổi tính chất của chất như là hiện tượng chậm đông, tốc độ phát triển (mọc) của tinh thể, sự chuyển hoá đa hình và những biến đổi về những tính chất quang học,… 6. Quan sát quá trình khi đốt cháy Trong quá trình đốt chấy chất người ta thường quan sát ngọn lửa cháy, màu và mùi của các khí hoặc hơi bay ra và phần tro còn lại. Quan sát sự đốt cháy hoặc nung chất thường cho phép ta thường làm được một số kết luận quan trọng về bản chất của hợp chất chưa biết. Ví dụ ngọn lửa có nhiều khói đen, đó thường là những hợp chất thơm, ngọn lửa cháy sáng hầu như không có khói, đó thường là các hợp chất béo thấp, các chất chứa hàm lượng oxi cao thường cháy với ngọn lửa xanh da trời, các hợp chất halogen cháy với ngọn lửa khói đen, tuy nhiên các hợp chất polihalogen thường lại không bắt lửa, các hợp chất chứa S khi cháy thường giải phóng khí SO 2 , đường và các chất protit khi cháy cho những mùi đặc trưng. Các hợp chất hữu cơ chứa kim loại khi cháy hoàn toàn thường để lại phần tro ( kim loại, oxit hoặc cacbonat), dựa vào phần tro có thể nhận dạng các kim loại ( nếu tro ở dạng kim loại thường là bạc, bạch kim, vàng, nếu tro ở dạng bột trắng thì đó là các oxit hoặc cacbonat của kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm, silic nếu tro có màu sẩm là các oxyl kim loại nặng). 5.2. Xác định hằng số vậy lí 112 Lương Công Quang Phân tích hữu cơ Một hợp chất riêng biệt được đặc trưng bằng dãy các hằng số vậy lí khác nhau ( xem chương 1). Mục đích của việc xác định hằng số vật lí ngoài việc sử dụng làm tiêu chuẩt đánh giá độ tinh khiết và tính đồng nhất của hợp chất, chúng còn là căn cứ ( kết hơp với kết quả nghiên cứu của các bước khác) để nhận biết một hợp chất chưa biết. Ngoài ra hằng số vật lí ( tỉ trọng các chất lỏng) cũng giúp ích cho việc nghiên cứu chất chưa biết kkhông tan trong nước. Khi trộn chất chưa biết với nước sẽ có sự tách lớp. Nếu chất chưa biết nhẹ hơn nước ( d < 1) sẽ nằm ở lớp trên, chất chưa biết có thể là các hiđrocacbon ( béo và vòng béo, hoặc thơm), các dẫn xuất moniclo, mônflo của các hiđrocacbon béo ( mạch hở hoặc mạch vòng), các este béo, các ancol, anđehit, xeton, axit monocacboxilic mạch dài. Nếu chất chưa biết nặng hơn nước ( d > 1), chất chưa biết có thể là các polihalogen của các hiđrocacbon béo, các dẫn xuất halogen của hiđrocacbon thơm, các đieste của axit đicacboxilic, các anđehit, xeton thơm, các amin thế nitrometan, các hợp chất nitro thơm và nói chung là các hợp chất đa chức không tan trong nước. 5.3. Phân tích định tính nguyên tố Mục đích chính phân tích định tính nguyên tố ở đây là giúp cho sự phân loại hợp chất chưa biết trong các bước tiếp theo và khẳng định thêm kết luận của chúng ta về chất chưa biết ( các phương pháp phân tích định tính của các nguyên tố xem chương 3). 5.4. Phân loại hợp chất chưa biết Có nhiều cách phân loại hợp chất hữu cơ. Dưới đây giới thiệu hai cách phân loại dựa vào tính tan và dựa vào hằng số ion hoá. Mỗi phương pháp có ưu điểm riêng của nó. Phương pháp sau sự phân loại tỉ mỉ hơn, đặc biệt là sự phân loại các axit yếu, bazơ yếu và các chất lưỡng tính được dễ dàng. 5.4.1. Phân loại dựa vào tính tan và thành phần nguyên tố Tiêu chuẩn tính tan ở đây được xác định theo tỉ lệ một phần chất tan trên ba mươi phần dung môi. Nếu tỉ lệ thấp hơn giá trị này thì chất tan được xem là tan ( kí hiệu là dấu “+” trong bảng 5.1), nếu cao hơn xem là không tan ( kí hiệu là dấu “-” trong bảng 5.1) Thường đi kèm ngay sau khi phân loại dựa vào tính tan chất chưa biết, người ta thử luôn phản ứng với quỳ tím và PP để xác định chất là axit hay bazơ hoặc trung tính ( axit yếu, bzơ yếu). Bảng 5.1. Phân loại dựa vào tính tan và thành phần nguyên tố Loại Nước Ete NaOH 10% NaHCO 3 10% HCl 10% H 2 SO 4 đặc H 3 PO 4 85% W + - E + + H - + A - + - C - + + M - - - - S - - - + +,- I - - - - - - 113 . Quang Phân tích hữu cơ CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH MỘT HỢP CHẤT CHƯA BIẾT Phân tích một hợp chất hữu cơ chưa biết bao gồm việc nhận biết một hợp chất hữu cơ nào đó ( hợp chất đó chưa biết đối với người phân. chất chưa biết ( các phương pháp phân tích định tính của các nguyên tố xem chương 3). 5. 4. Phân loại hợp chất chưa biết Có nhiều cách phân loại hợp chất hữu cơ. Dưới đây giới thiệu hai cách phân. yếu). Bảng 5. 1. Phân loại dựa vào tính tan và thành phần nguyên tố Loại Nước Ete NaOH 10% NaHCO 3 10% HCl 10% H 2 SO 4 đặc H 3 PO 4 85% W + - E + + H - + A - + - C - + + M - - - - S - - - + + ,- I - - -