Идентификация органических соединений

 

Вопрос 78. В трёх пробирках находятся растворы желатина, глюкозы и крахмала (в одной пробирке одно вещество). Как провести идентификацию этих соединений?

Ответ. Идентификация – это установление тождества неизвестного соединения с другим, известным. Для этого обычно сопоставляют свойства веществ, используя часто качественные реакции, характерные для данного класса соединений. Желатин – это белок, глюкоза – моносахарид, крахмал – гомополисахарид.

Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание при добавлении раствора йода. Из каждой пробирки отбираем пробы (отливаем по 1 мл в чистые пробирки). К каждой пробе добавим по 1...2 капли раствора йода. В одной из пробирок раствор окрасится в синий цвет, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится крахмал.

Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, добавим к обеим аммиачный раствор оксида серебра и слегка подогреем на водяной бане. В пробе с глюкозой появится осадок серебра – «серебряное зеркало» – качественная реакция на глюкозу.

Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится желатин. Для проверки добавим к раствору в оставшейся пробирке раствор гидроксида натрия и несколько капель раствора сульфата меди (биуретовая реакция на белки), в пробирке появится фиолетовое окрашивание.

Следует помнить, что не нужно проводить качественные реакции со всем изначальным объёмом раствора, т.к. после первой реакции уже не останется вещества для следующей качественной реакции, или повторения какой-либо реакции, выполненной перед этим некорректно.

Вопрос 79. В трёх пробирках находятся растительное масло, глицерин и раствор мальтозы (в одной пробирке одно вещество). Как провести идентификацию этих соединений?

Ответ. Для идентификации используем качественные реакции для предложенных веществ. Растительное масло – это триацилглицерин, содержащий остатки высших непредельных карбоновых кислот, мальтоза – восстанавливающий дисахарид, глицерин – трёхатомный спирт.

Качественная реакция на кратные связи: обесцвечивание бромной воды или раствора перманганата калия. Нам не известно, в какой из пробирок находится растительное масло, поэтому из каждой пробирки отольём немного раствора в три другие пустые пробирки (т.е., возьмём пробы для проведения реакции). К каждой пробе добавим по 1 мл бромной воды (или раствора перманганата калия) и тщательно перемешаем. В одной из пробирок бромная вода или раствор перманганата калия обесцветится, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится растительное масло.

Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, добавим к обоим аммиачный раствор оксида серебра и слегка подогреем на водяной бане. В пробе с мальтозой появится осадок серебра – «серебряное зеркало» – качественная реакция на соединения, содержащие альдегидную группу.

Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится глицерин. Для проверки в чистой пробирке смешаем раствор гидроксида натрия и несколько капель раствора сульфата меди, в результате выпадет голубой осадок гидроксида меди (II). После добавления нескольких капель глицерина осадок растворяется, в пробирке появляется васильковое окрашивание медного комплекса глицерина.

Вопрос 80. В трёх пробирках находятся этанол, олеат натрия и раствор винной кислоты (в одной пробирке одно вещество). Как провести идентификацию этих соединений?

Ответ. Для идентификации используем качественные реакции для предложенных веществ. Этанол – это предельный одноатомный спирт, олеат натрия – соль высшей непредельной карбоновой кислоты, винная кислота – гетерофункциональное соединение, содержащее две карбоксильные группы и две гидроксигруппы в вицинальном положении (у соседних атомов углерода).

Хорошо известна качественная реакция на кратные связи: обесцвечивание бромной воды или раствора перманганата калия. Нам не известно, в какой из пробирок находится олеат натрия, поэтому из каждой пробирки отольём немного раствора в три другие пустые пробирки (т.е., возьмём пробы для проведения реакции). К каждой пробе добавим по 1 мл бромной воды или раствора перманганата калия и тщательно перемешаем. В одной из пробирок бромная вода или раствор перманганата калия обесцветится, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится олеат натрия.

 

СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СОONa + Br₂  ® СН₃(СН₂)₇СНBr-CHBr(СН₂)₇СОONa

натриевая соль олеиновой к-ты натриевая соль 9,10-дибромстеариновой к-ты

 

Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, осторожно по каплям добавим к каждой пробе 2...3 мл хромовой смеси. В пробе с этанолом в результате протекания окислительно - восстановительной реакции и изменения степени окисления хрома оранжевый цвет хромовой смеси через несколько секунд начнёт переходить в зелёный, реакционная масса разогреется и появится характерный запах продукта окисления этанола. Образующийся ацетальдегид имеет запах зелёного яблока.  

3С₂Н₅ОН + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ ® 3СН₃CHO + K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 7H₂O

Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится винная кислота. Для проверки к пробе из этой пробирки добавляем несколько капель раствора гидроксида калия, интенсивно встряхиваем и наблюдаем постепенное выделение белого кристаллического осадка гидротартрата калия. К полученному осадку добавляем по каплям раствор гидроксида натрия до полного его растворения. Образуется раствор двойной калий-натриевой соли винной кислоты (сегнетовой соли):

 

Затем в чистую пробирку помещаем несколько капель раствора сульфата меди, добавляем раствор гидроксида натрия до выпадения голубого осадка гидроксида меди (II) и добавляем полученный из винной кислоты раствор сегнетовой соли. Осадок растворяется, в пробирке появляется фиолетовое окрашивание медного комплекса:

CuSO₄ + 2NaOH ® Cu(OH)₂↓+ Na₂SO₄

 

Вопрос 81. В трёх пробирках находятся ацетон, раствор фруктозы и раствор цистеина. Как провести идентификацию этих соединений?

Ответ. Для идентификации используем качественные реакции для предложенных веществ. Ацетон – это кетон, фруктоза – кетогексоза, цистеин – серусодержащая аминокислота.

Качественная реакция на кетогексозы: образование красного окрашивания при нагревании с реактивом Селиванова.

Нам не известно, в какой из пробирок находится раствор фруктозы, поэтому из каждой пробирки отольём немного раствора в три другие пустые пробирки (т.е., возьмём пробы для проведения реакции). К каждой пробе добавим по 1 мл реактива Селиванова, нагреем смесь до кипения, после прекращения нагревания дадим пробам постоять 5 минут. В одной из пробирок появится красное окрашивание, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится раствор фруктозы.

Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, добавим к каждой пробе 0,5 мл насыщенного раствора 2,4- динитрофенилгидразина. В пробе с ацетоном наблюдают появление желтого осадка 2,4-динитрофенилгидразона ацетона.

 

Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится раствор цистеина. Для проверки к пробе из этой пробирки добавляем вдвое больший объем раствора гидроксида натрия, перемешиваем, кипятим 1...2 мин. К полученному щелочному раствору добавляем несколько капель раствора ацетата свинца (II) и вновь кипятим. Наблюдаем появление черного осадка.

 

Вопрос 82. В трёх пробирках находятся растворы альбумина, тирозина и салициловой кислоты. Как провести идентификацию этих соединений?

Ответ. Для идентификации используем качественные реакции для предложенных веществ. Альбумин – это белок, тирозин – аминокислота с ароматическим углеводородным радикалом, салициловая кислота – ароматическая гидроксикислота, содержащая фенольный фрагмент.

Хорошо известно, что фенолы образуют окрашенные комплексы с хлоридом железа (III). Нам не известно, в какой из пробирок находится раствор салициловой кислоты, поэтому из каждой пробирки отольём немного раствора в три другие пустые пробирки (т.е., возьмём пробы для проведения реакции). К каждой пробе добавим по 1 мл раствора хлорида железа (III) и тщательно перемешаем. В одной из пробирок раствор приобретает интенсивную фиолетовую окраску, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится раствор салициловой кислоты.

Для аминокислот с ароматическим углеводородным радикалом качественной является ксантопротеиновая реакция. Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, добавим к каждой пробе 2...3 капли концентрированной азотной кислоты, осторожно нагреем, все время встряхивая. В одной из пробирок раствор окрасится в желтый цвет. Охладив пробирку, осторожно добавляем 2...3 капли 1 водного раствора гидроксида натрия. Появление ярко-оранжевой окраски подтверждает, что в этой пробе содержится раствор тирозина.

Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится раствор альбумина (яичного белка). Для проверки добавим к раствору в оставшейся пробирке раствор гидроксида натрия и несколько капель раствора сульфата меди (биуретовая реакция на белки), в пробирке появится фиолетовое окрашивание.

 

Вопрос 83. С помощью каких химических реакций можно идентифицировать жирорастворимые витамины?

Ответ. Витамин А содержит сопряженные двойные связи. Для соединений такого сотава характерно образование окрашенного комплекса по реакции с хлоридом сурьмы (III). Для проведения идентификации 1…2 капли раствора витамина или, например, рыбьего жира, помещают в сухую пробирку, добавляют 5…6 капель хлороформного раствора хлорида сурьмы (III) и 2…3 капли уксусного ангидрида. Появляется синее окрашивание, постепенно переходящее в розово-фиолетовое.

Более специфичной является реакция с сульфатом железа (II). К 2…3 каплям рыбьего жира (или к 1 капле препарата витамина А, растворенного в 10 мл хлороформа) добавляют 10…12 капель ледяной уксусной кислоты, насыщенной сульфатом железа (II), и 2…3 капли концентрированной серной кислоты. Наблюдают появление голубого окрашивания, постепенно переходящего в розово-красное.

Ещё одна качественная реакция – взаимодействие с серной кислотой (реакция Друммонда). Растворяют 1…2 капли рыбьего жира в 5…6 каплях хлороформа и добавляют 1…2 капли концентрированной серной кислоты. Появляется голубое окрашивание, быстро переходящее в буро-красное.

В основе приведенных реакций лежит дегидратирующее действие хлорида сурьмы (III) и серной кислоты на витамин А. Предшественник витамина А – каротин, дает с сульфатом железа (II) светло-зеленое окрашивание.

Для идентификации витамина D можно использовать реакцию с раствором брома в хлороформе. В сухой пробирке смешивают 1мл рыбьего жира и 1 мл раствора брома в хлороформе. В присутствии витамина D появляется зеленовато-голубое окрашивание. Реакция неспецифична.

Можно определить присутствие витамина D по реакции с анилином. В сухую пробирку наливают 1 мл рыбьего жира и 1 мл смеси анилина с концентрированной соляной кислотой (15:1), перемешивают, осторожно нагревают до кипения и кипятят одну минуту. При наличии витамина D появляется зеленая, а затем красная окраска образовавшейся эмульсии. Пробирку оставляют при комнатной температуре. Эмульсия расслаивается, нижний слой окрашивается в ярко-красный цвет.

Качественная реакция на витамин Е (токоферол) – окисление его азотной кислотой. К 5…6 каплям 0,1%-ного спиртового раствора токоферола в сухой пробирке прибавляют 10 капель концентрированной азотной кислоты и встряхивают. Образуется эмульсия, которая постепенно расслаивается и ее верхний слой приобретает красную окраску. Окрашивание вызвано окислением токоферола в продукт, имеющий хиноидную структуру. Реакция неспецифична, ускоряется при нагревании.

 

Вопрос 84. С помощью каких химических реакций можно идентифицировать водорастворимые витамины?

Ответ. Витамин В₁ (тиамина) можно окислить до тиохрома. Немного тиамина (на кончике скальпеля) растворяют в 0,5 мл воды, приливают 5…6 капель 5 %-ного раствора красной кровяной соли и 1 мл 30 %-ного раствора гидроксида натрия, перемешивают. Затем прибавляют 1 мл изобутилового спирта и сильно взбалтывают в течение 1…2 минут. Наблюдают в верхнем спиртовом слое голубую флуоресценцию в УФ-лучах. Смесь в пробирке при перемешивании нагревают на водяной бане. Наблюдают появление желтой окраски.

Определение витамина В₂ (рибофлавин) также основано на использовании окислительно-восстановительной реакции. Рибофлавин растворяют в воде (наблюдают окрашивание и флуоресценцию раствора), к 0,5 мл раствора приливают 10 капель концентрированной соляной кислоты и вносят небольшой кусочек металлического цинка. Начинается выделение пузырьков водорода, жидкость постепенно розовеет, затем обесцвечивается. Реакция обусловлена восстановлением рибофлавина сначала в родофлавин красного цвета, а затем в бесцветный лейкофлавин. При взбалтывании обесцвеченного раствора лейкосоединение вновь окисляется кислородом воздуха в рибофлавин:

Качественная реакция на водорастворимое производное витамина К (викасол). К 1 мл 0,05%-ного спиртового раствора викасола приливают 2…3 капли 0,025%-ного раствора цистеина и 2…3 капли 10%-ного раствора гидроксида натрия. Появляется желтое окрашивание.

Качественная реакция на витамин РР. В колбу объемом 50 мл наливают 5 мл раствора никотиновой кислоты и нагревают на водяной бане до 70 °С. Затем в колбу приливают 1 мл роданобромидного раствора, 2 мл спиртового раствора анилина, хорошо перемешивают и добавляют 17 мл спиртовой фосфатно-буферной смеси (рН=5,1). Постепенно раствор окрашивается в красный цвет. Раствор можно отфильтровать и использовать для количественного определения витамина РР.

Существует несколько качественных реакций на витамин С (аскорбиновую кислоту).

Витамин С может взаимодействовать с К₃[Fe(CN)₆]. К 5 мл 0,02%-ного раствора витамина С прибавляют по несколько капель 5%-ного раствора КOH и 10%-ного раствора К₃[Fe(CN)₆], перемешивают и добавляют 2…3 капли 10%-ного раствора соляной кислоты (для подкисления) и 1…2 капли 10%-ного раствора хлорида железа (III). Появляется сине-зеленое окрашивание и постепенно образуется синий осадок берлинской лазури – Fe₄ [Fe(CN)₆]₃. Параллельно проделывают контрольный опыт, используя вместо раствора витамина С дистиллированную воду. В этом случае берлинская лазурь не образуется.

Характерная окраска образуется и при витамина С с 2,6-дихлориндофенолом. К раствору аскорбиновой кислоты добавляют по каплям 0,02%-ный раствор натриевой соли 2,6- дихлориндофенола – происходит обесцвечивание синего раствора. Раствор аскорбиновой кислоты подкисляют 10%-ным раствором уксусной кислоты и добавляют по каплям 0,02%-ный раствор 2,6-дихлориндофенола. Появляется и исчезает розовое окрашивание.

Качественные реакции на вещества Р-витаминного действия довольно разнообразны.

Реакция с хлоридом железа (III). К 2 мл насыщенного водного раствора рутина прибавляют 3…4 капли 1%-ного раствора FeCl₃. Наблюдают появление зеленого окрашивания вследствие образования комплексного соединения рутина с железом. Координатные связи возникают между ионами железа и атомами кислорода фенольных гидроксильных групп молекулы рутина.

Реакция с серной кислотой. К 2 мл насыщенного водного раствора рутина осторожно по стенке пробирки приливают 1 мл концентрированной серной кислоты. На границе раздела жидкостей появляется желтое кольцо. Концентрированная серная кислота, образует с флаваноидами оксониевые соли, растворы которых окрашены в желтый цвет.

Восстановление кверцетина магнием. К 1 мл насыщенного спиртового раствора кверцетина в пробирке добавляют немного (на кончике скальпеля) порошка металлического магния и несколько капель концентрированной соляной кислоты. Постепенно появляется вначале розовая, а затем малиновая окраска.

Гидролиз рутина. В пробирку насыпают около 0,5 рутина, добавляют 5 мл 0,5%-ного раствора соляной кислоты, осторожно кипятят на спиртовке 1…2 минуты, затем фильтруют. К полученному фильтрату приливают 3 мл 10%-ного раствора NaOH и 3 мл фелинговой жидкости, снова нагревают до кипения и наблюдают выпадение красного осадка оксида меди (II).

При кислотном гидролизе рутина вначале отщепляется молекула дисахарида – рутинозы, которая далее распадается на глюкозу и рамнозу, проявляющие восстанавливающие свойства.

 

Вопрос 85. Какими способами можно определить наличие витаминов в биологических объектах?

Ответ. Кроме химических реакций для определения витаминов используют физико-химические и биологические методы.

С некоторыми химическими соединениями витамины вступают в реакции с образованием окрашенных продуктов. Интенсивность окраски раствора пропорциональна содержанию в нём витаминов. Поэтому для обнаружения витаминов часто используют фотоколориметрический метод. Например, витамин В₁ определяют при помощи так назывемой диазореакции. Физико-химические методы позволяют судить как о наличии витаминов, так и о количественном содержании их в исследуемом жидком образце или в органнах и тканях человека, животных или растений. Часто определяют наличие витаминов, исследуя сыворотку крови, мочу или биопсийный материал. Однако эти методы можно использовать далеко не во всех случаях из-за трудности в подборе специфических реактивов для определения конкретных витаминов.

Некоторые витамины могут поглощать лучи определённой части спектра. Например, витамин А имеет особую полосу поглощения в области 328…330 нм. Измерив фотометрически коэффициент поглощения, можно достаточно точно определить количественное содержание витамина в исследуемом объекте. Витамины В₁ и В₂ можно определять методом флуорометрии.

В случае биологических методов определяют то минимальное количество витамина, которое при добавлении к искусственной диете, лишённой только данного витамина, предозраняет животное от развития авитаминоза или излечивает его от уже наступившей болезни. Это количество витамина условно пинимают за единицу.

Некоторые бактерии успешно растут в присутствии витаминов. Скорость их роста пропорциональна концентрации витамина. Так, например, можно определить содержание фолиевой кислоты в крови. Количество витаминов принято выражать не только в мг, мкг, но и в международных единицах (МЕ или IU).

МЕ в фармакологии это единица измерения количества вещества, основанная на биологической активности.

1 МЕ для витамина A эквивалентна 0,3 мкг ретинола, или 0,6 мкг β-каротина; для витамина C – 50 мкг аскорбиновой кислоты;, для витамина D – 0,025 мкг холе- или эргокальциферола.

 

Литература

 

1. Тюкавкина Н.А. Биоорганическая химия: учеб. для вузов / Н.А. Тюкавкина Н. А., Ю.И. Бауков. – М.: Дрофа, 2006.

2. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия: учеб. для вузов / Ю.А. Овчинников. – М.: Просвещение, 1987.

3. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии / под редакцией Н.А.Тюкавкиной. – М.: Дрофа, 2006.