книги из ГПНТБ / Инструментальные методы анализа функциональных групп органических соединений

Впервые применение колориметрического метода, основанного на этой реакции, для определения ацетона, присутствующего в малых концентрациях, описал, по-видимому, Мэтьюсон [6]. Торен и Хейнрих [7] предложили общий метод определения карбонильных соеди­ нений, основанный на экстракции 2,4-динитрофенилгидразонов изо­ октаном, чтобы исключить действие избытка реагента. Ломан [8] предлагал экстрагировать 2,4-динитрофенилгидразоны гексаном. Лаппин и Кларк [9] путем добавления щелочи смещали максимум полосы поглощения 2,4-динитрофенилгидразонов с 340 нм и прово­ дили измерения при 480 нм (винно-красный). Менделовиц и Райли [10] обнаружили, что максимум поглощения наблюдается вблизи 430 нм, а не при 480 нм и что образующийся винно-красный комп­ лекс менее стабилен, чем это считалось ранее. Эти же авторы сообщали об осаждении неорганического хлорида при добавлении в реакционную смесь едкого кали, что затрудняет определение.

Изучая описанные выше методы, Иордан и Витч [11] обнару­ жили, что добавление воды для растворения неорганического хлорида и использование смешанного углеводородно-спиртового растворителя вместо метанольного позволяют быстрее и точнее оп­ ределять алифатические и простые ароматические соединения с карбонильными группами. В пределах определенного интервала времени результаты определений остаются точными, несмотря на ос­ лабление окраски гидразонов во времени в присутствии едкого кали.

Метод Иордана и Витча [//]

Оборудование. Спектрофотометр фирмы «Beckman» модели DB с кварцевыми кюветами (/ = 1см).

Реагенты. Спиртовая смесь без примеси карбонильных соединений (95% этанола, 5% метанола). К 5 л этой смеси добавляют в из­ бытке 2,4-динитрофенилгидразин и несколько капель концентриро­ ванной соляной кислоты, кипятят смесь с обратным холодильником в течение 1 ч. После этого спирт отгоняют с помощью стеклянного аппарата для перегонки.

н-Гексан. Очищают его так же, как и спиртовую смесь, но ки­ пятят с обратным холодильником в течение ночи.

Раствор 2,4-динитрофенилгидразина. Приготавливают насы­ щенный раствор в спиртовой смеси.

Проведение анализа. Берут подходящую навеску образца в мерной колбе емкостью 25мл. Добавляют в колбу 5мл смеси (3:7) «-гек­ сана со спиртом, 2 мл насыщенного раствора 2,4-динитрофенил­ гидразина и 0,1 мл концентрированной соляной кислоты. Тем же способом, но без образца готовят холостой раствор. Приготовлен­ ные растворы нагревают при температуре 55 ± 1°С в течение 30 мин. Затем их быстро охлаждают до комнатной температуры и разбавляют до метки раствором едкого кали (59 г едкого кали растворяют в 180 мл воды и затем спиртовой смесью доводят

объем этого раствора до 1 л). Растворы хорошо перемешивают и в течение 8—15 мин с момента разбавления измеряют их погло­ щение при 480 нм.

Калибровочный график. Готовят стандартные растворы карбониль­ ного соединения (концентрация карбонильной группы 0,002— 0,01 мг/л) в смеси я-гексана со спиртом (3:7). Пипеткой переносят по 25 мл каждого из этих растворов в отдельные мерные колбы. В каждую из колб до.бавляют по 0,1 мл концентрированной соля­ ной кислоты, 2 мл насыщенного раствора 2,4-динитрофенилгидра- зина и анализируют полученные растворы, как описано выше. По результатам измерений строят график зависимости поглощения от концентрации карбонильной группы.

Джонсон и Скоулс [12] приготавливали растворы гидразонов в хлорной кислоте, экстрагировали их четыреххлористым углеродом, обрабатывали экстракты этанольным раствором едкого натра и из­ меряли поглощение образующегося продукта красного цвета при 420 нм. В качестве преимуществ данного метода определения вы­ двигалось то, что в такой системе гидразин гораздо более раство­ рим и что экстрагируется меньшее количество непрореагировавшего реагента. Изучив метод Джонсона и Скоулса, Бассон [13] рекомен­ довал вместо этанольного раствора едкого натра использовать вод­ ный раствор едкого кали и увеличить концентрацию кислоты для стабилизации окраски.

2. Определение формальдегида хромотроповой кислотой

Хромотроповая кислота (1,8-диоксинафталин-3,6-дисульфокисло- та) — специфичный реагент на формальдегид, используемый для оп­ ределения последнего в присутствии избыточных количеств других соединений. При нагревании формальдегида с этим реагентом в концентрированной серной кислоте образуется соединение пур­ пурного цвета. Механизм реакции точно неизвестен. Фейгл [14] высказал предположение о том, что она может быть аналогична реакции между фенолами и формальдегидом, приводящей к обра­

зованию оксифенилметанов с последующим окислением хиноидного соединения следующего типа:

S03H so3h

92 Глава 2

Первым хромотроповую кислоту применил Играйв [15] для ка­ чественного определения формальдегида. Как реагент для коли­ чественного анализа впоследствии ее использовали Бойд и Лоуган [16] в исследовании биологических систем. Цвета анализируемых и стандартных растворов они сравнивали визуально.

Брикер и Джонсон [17], а затем и МакФейден [18] предложили измерять поглощение растворов спектрофотометрически при 570 нм. Методы, предложенные этими авторами, аналогичны друг другу.

Метод Брикера и Джонсона [17\

Реагент. Растворяют 2,5 г хромотроповой кислоты в 25 мл воды и отфильтровывают от раствора нерастворимые примеси. Проведение анализа. Берут навеску образца в пробирке с таким расчетом, чтобы в ней содержалось менее 100 мкг формальдегида

ичтобы ее объем находился в пределах 0,4—0,9 мл. Медленно добавляют 0,5 мл раствора хромотроповой кислоты. Затем в нее же медленно добавляют 5 мл концентрированной серной кислоты

ивстряхивают для перемешивания полученного раствора. Поме­ щают пробирку на 30 мин в баню с кипящей водой, охлаждают, переносят раствор в мерную колбу на 50 мл и доводят его объем до метки. После разбавления измеряют поглощение полученного раствора при 570 нм. По результату измерения поглощения опре­ деляют концентрацию формальдегида в пробе с помощью кали­ бровочного графика, построенного по результатам анализа стан­ дартных растворов формальдегида.

Брикер и сотр. [17, 19] исследовали, мешает ли проведению анализа этим методом присутствие других типов соединений. Они сообщали, что данная реакция протекает и с другими альдеги­ дами, но пурпурный цвет дает лишь формальдегид. Уксусная, му­ равьиная, щавелевая кислоты, ацетон, глицерин, глюкоза, ман­ ноза, пиридин и бензол заметно не искажают результаты опреде­ ления. Брикер и сотрудники пришли также к выводу о том, что анализ можно проводить в присутствии метанола и этанола, но выс­ шие спирты, диацетоновый спирт и метилэтилкетон уменьшают ин­ тенсивность окраски, соответствующей формальдегиду.

Позже Вильсон и Линч [20] усомнились в том, что этанол не мешает анализу, и предложили либо вводить поправку на искаже­ ния, обусловленные этанолом, используя этанольный холостой раствор, либо удалять этанол выпариванием. Брикер и Вейль [19] не отмечали мешающего действия этанола, но все-таки удаляли примеси путем их выпаривания в присутствии хромотроповой кис­ лоты, которая удерживала формальдегид. После этого в раствор добавляли серную кислоту для проявления пурпурной окраски продукта реакции формальдегида. Выпаривание проводили в мас­ ляной бане при температуре 170°С, так что из раствора удалялись все соединения, кипящие при этой температуре или ниже.

Дель Ногэ, Норрис и Митчелл [31] обнаружили, что йодоформ поглощает в УФ-области спектра в диапазоне 400—260 нм и дает три отчетливых полосы поглощения при 347, 307 и 274 нм. Для анализа они выбрали полосу при 347 нм, поскольку она оказалась наиболее чувствительной к изменениям концентрации йодоформа

иобеспечивала наилучшее согласие результатов с законом Бера при содержании йодоформа в пробе до 3 мг. Другими соедине­ ниями, которые имеют высокую степень превращения в йодоформ

ик определению которых возможно применим данный метод', яв­ ляются метилизопропилкетон и окись мезитила; может реакция применяться и для определения других метилкетонов.

Метод Дель Ногэ, Норриса и Митчелла [3/]

Оборудование. Спектрофотометр фирмы «Beckman», модели DV. Для проведения измерений при 347 нм используют водородную или вольфрамовую лампу.

Реагент. Примерно 20%-ный раствор иода. Растворяют 400 г иодида калия в 800 мл воды, добавляют 200 г иода и перемеши­ вают раствор до полного растворения иода.

Проведение анализа. Пипеткой переносят 10 мл 20%-ного рас­ твора иода в делительную воронку объемом 125 мл и добавляют 3,3 мл 20%-ного раствора едкого натра. Затем, вращая воронку, перемешивают раствор. Если после этого раствор не приобретает отчетливой желто-оранжевой окраски, то в него по каплям добав­ ляют раствор иода до тех пор, пока он не приобретет этой окрас­ ки. К полученному раствору гипоиодита пипеткой добавляют 1— 5 мл анализируемого образца с таким расчетом, чтобы в добав­ ляемом количестве образца содержалось не более 0,4 мг ацетона или уксусного альдегида. Сразу же после добавления анализируе­ мой пробы раствор перемешивают. После перемешивания воронку закрывают пробкой и оставляют смесь на 5 мин при комнатной температуре. Если в течение этих 5 мин желто-оранжевая окраска раствора постепенно исчезает, то ее восстанавливают, добавляя в раствор по каплям раствор иода. По истечении времени реак­ ции в раствор добавляют несколько капель 5%-ного раствора'тиосульфата натрия для нейтрализации окраски, обусловленной иодом. Добавляют из мензурки 22—24 мл хлороформа и, встряхи­ вая воронку, экстрагируют йодоформ. После разделения фаз хло­ роформный слой переносят в отдельную делительную воронку объемом 125 мл, в которую предварительно наливают воду в объеме, примерно равном объему хлороформной фазы. Затем эту воронку энергично встряхивают. Промытую хлороформную фазу, предварительно пропущенную через воронку с тонким слоем без­ водного сульфата натрия на пробке из стекловаты, переносят в мерную колбу емкостью 25 мл. Делается это с целью удаления из экстракта влаги. Объем экстракта в колбе доводят до метки.

Карбонильные группы

добавляя в колбу хлороформ из капельницы, причем сначала этот хлороформ пропускают через упомянутую выше воронку с суль­ фатом натрия для вымывания оставшегося в ней экстракта.

Поглощение излучения хлороформным экстрактом измеряют при 347 нм относительно поглощения хлороформа. Измерения проводят в кварцевых кюветах (/ = 2,5 см). Из полученных ре­ зультатов вычитают поглощение холостого раствора.

Вычисления

содержание уксусного альдегида, % — А X 0,421 X ЮО вес пробы, мг

А— поглощение при 347 нм относительно поглощения хо­ лостого раствора

оси абсцисс для ацетона.

Анализу этим методом мешают соединения, которые, реагируя с гипоиодитом, образуют йодоформ. В табл. 2.1 приведены резуль­ таты, полученные Дель Ногэ и сотрудниками при определении ацетона в циклогексаноле.

5. Фотометрическое титрование альдегидов боргидридом натрия

Кохран и Рейнольдс {32] предложили для определения альдегидов использовать прямое фотометрическое титрование, основанное на восстановлении альдегидбв боргидридом натрия:

руют полученный раствор стандартным раствором боргидрида натрия в диметилформамиде. В процессе титрования регистрируют зависимость поглощения альдегида в УФ-области спектра от объе­ ма добавленного стандартного раствора боргидрида Иатрия. Этот метод, возможно, и применим в некоторых достаточно про­ стых анализах, однако в общем случае он имеет серьезные огра­ ничения. Его нельзя рекомендовать как общий метод определения альдегидов, а во многих случаях его специфичность недоста­ точна. Авторы этого метода предлагали использовать его для определения алифатических и ароматических альдегидов, в моле­ кулах которых отсутствуют электроноакцепторные группы. Ана­ лизу мешают перекиси, кислоты и некоторые кетоны. Этим мето­ дом нельзя определять формальдегид, ацетали и другие соедине­ ния, которые не дают полос поглощения, характерных для карбонильной группы.

6 . Определение оксимов методом спектрофотометрии в ближней ИК-области спектра

Альдегиды и кетоны конденсируются с гидроксиламином, образуя альдоксимы и кетоксимы соответственно:

Я ''

Годди [33] предположил, что оксимы можно определить с хорошей чувствительностью и избирательностью методом спектрофотомет­ рии в ближней ИК-области спектра.

Для оксимов характерна чрезвычайно интенсивная основная полоса поглощения гидроксильной группы при 2,78 мкм, причем соответствующие молярные коэффициенты погашения в 3—4 раза превышают молярные коэффициенты погашения большинства спиртов и гидроперекисей и примерно равны коэффициентам по­ гашения фенолов. Поэтому можно ожидать, что фенолы, которые поглощают в той же области спектра, будут мешать определению оксимов, а спирты, поглощающие при 2,74—2,76 мкм, и гидропе­ рекиси, поглощающие при 2,81—2,84, не будут мешать [33].

II. ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

М. Бероза, М. Н. Инской

Если карбонильные соединения не содержат полярных групп, таких, как ОНили СООН-группы, то их легко определить мето­ дом газовой хроматографии, При этом не возникает эффектов,

этих соединений или с их повышенной адсорбцией, что обычно за­

(см. разделы, посвященные определению соответствующих групп).. В количественных определениях карбонильные соединения и их производные подвергают и химическим превращениям. Подроб­ нее об этом говорится ниже.

А. МЕТОД ВЫЧИТАНИЯ КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Перед вводом пробы в хроматограф из нее часто можно уда­ лить карбонильные соединения либо путем предварительного пре­ вращения их в производные, либо с помощью реакционной петли, в которой содержится вещество, реагирующее с карбонилсодержа­ щими соединениями и удерживающее (вычитающее) их (гл. 1 разд. II, Е). По хроматограммам, полученным с применением петли и без нее, идентифицируют хроматографические пики карбо­ нильных соединений, а по разности этих хроматограмм определяют количества этих соединений.

Альдегиды можно количественно вычитать, используя петлю, заполненную 15-сантиметровым слоем насадки: 5% о-дианизи-

агентом, чтобы предотвратить унос паров реагента из петли [34]. Сообщалось, что единственным кетоном, который удерживался в такой петле, был циклогексанон (поглощение на 20—50%)- Ча­ стично или полностью удерживались также некоторые эпоксисо­ единения, особенно высокомолекулярные (Ci2 и выше). Петля эф­ фективна при температурах 50—175 &С.

Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны) можно вычи­ тать с помощью реакционной петли длиной около 15 см с насад­ кой: 20% бензидина на промытом кислотой носителе хромосорбе Р с размером частиц 60/80 меш. Как и описано выше, в конце петли носитель (примерно 1 см) не был покрыт реагентом для уменьшения уноса паров реагента. Диапазон рабочих температур для такой петли 100—175 °С. В петле эффективно вычитаются альдегиды, большинство кетонов и эпоксисоединения [34]. Про­ странственно затрудненные кетоны реагируют (вычитаются) ча­ стично. При работе с такой петлей вряд ли можно получить на­ дежные количественные результаты, поскольку бензидин высоко­ активен, увеличивает время удерживания других соединений и задерживает их в количествах до 40%. В обоих типах описанных выше петель происходит унос паров реагента, поэтому чаще всего петли помещают после хроматографической колонки, чтобы из­ бежать ее загрязнения.

4 Зак. 53