книги из ГПНТБ / Инструментальные методы анализа функциональных групп органических соединений

30 Глава 1

уровень последнего не поднимется до отметки 50 мл. По заверше­ нии перегонки пробирку закрывают резиновой пробкой с термо­ метром и выжидают до тех пор, пока дистиллят не прогреется до температуры кюветы спектрофотометра. Поглощение дистиллята измеряют при 277 нм. Калибровочный график строят по данным спектрофотометрического анализа проб с известным содержанием 1,2-пропиленгликоля.

В табл. 1.10 приведены результаты, полученные Бомелем при анализе смесей, содержащих этиленгликоль, пропиленгликоль и

2,5% буры.

Более общий метод определения нейтральных гликолей, с ис­ пользованием окисления перйодатом, разработали Лейбман и Ортиц [18]. С некоторыми 'изменениями этот метод применим и к определению нескольких соединений с двумя гидроксильными группами.

Метод Лейбмана и Ортица [/8]

Проведение анализа. В пробирку центрифуги емкостью 15 мл со стеклянной пробкой переносят следующие вещества в указанной ниже последовательности: 2 мл водного раствора анализируемого образца, 1 мл Юн. раствора серной кислоты и 1 мл 0,1 М раствора перйодата натрия. После добавления каждого вещества содержи­ мое пробирки тщательно перемешивают. Полученный раствор вы­ держивают в открытой пробирке в течение определенного интер­ вала времени при определенной температуре (реакция А, табл. 1.11). После этого, если температура, при которой выдержи­ вали раствор, была выше комнатной, пробирку помещают на 5 мин в баню со льдом. Добавляют 0,5 мл 0,867 М раствора тиоацетамида, для приготовления которого растворяют 650 мгтиоацетамида

Таблица 1.11

Условия определения гликолей по методу Лейбмана и Ортица [18]

6 Имеется в виду поглощение при 375 нм при анализе данным методом 100 мкМ гли­ коля. Во всех случаях максимум поглощения наблюдался при 375 нм.

в дистиллированной воде, и доводят объем раствора до 10 мл. Еже­ дневно готовят свежий раствор.

После этого содержимое пробирки выдерживают в течение 5— 10 мин при комнатной температуре, тщательно перемешивают смесь вибрационной мешалкой в течение 30 с и по окончании пере­ мешивания добавляют 0,5 мл раствора 2,4-динитрофенилгидразина (100 мг 2,4-динитрофенилгидразина растворяют в 100 мл 2 н. соля­ ной кислоты), перемешивают ее содержимое и, не закрывая, вы­ держивают определенное время при определенной температуре (реакция Б, табл. 1.11). Добавляют в пробирку 5 мл хлороформа, закрывают ее пробкой и несколько раз энергично встряхивают, причем после каждого встряхивания дают жидкости стечь на дно пробирки, затем ее приоткрывают и вновь закрывают пробкой. После этого содержимое пробирки центрифугируют с ускорением около 1000 g в течение 5 мин. В результате центрифугирования сера собирается обычно на поверхности раздела и в нижней части слоя хлороформа. Водную фазу, а также по возможности большую часть вещества, находящегося на поверхности раздела фаз, уда­ ляют из пробирки с помощью капилляра, соединенного с откачи­ ваемой колбой. В оставшуюся хлороформную фазу погружают ко­ нец пипетки (3 мл). Во время погружения пипетки в ней должно быть избыточное давление воздуха, чтобы в нее не попадала вода или вещества с поверхности раздела фаз. Наружную поверхность пипетки с пробой хлороформной фазы тщательно вытирают тканью, переносят пробу в кювету (I = 1 см) и измеряют поглощение фазы при подходящей длине волны света.

Для приготовления холостого раствора берут 2 мл раствора, аналогичного раствору анализируемого образца, но не содержа­ щего гликоля, и повторяют с ним всю описанную выше про­ цедуру. Для получения калибровочных данных проводят анализ растворов с известными концентрациями гликолей.

Условия, необходимые для осуществления анализа этим мето­ дом, приведены в табл. 1.11.

Диксон и Липкин [19] показали, что расход перйодата на окис­ ление гидроксильных групп при соседних атомах углерода можно измерять спектрофотометрически по полосе поглощения метапериодата с максимумом при 223 нм. Такой метод позволял успешно анализировать пробы рибофуранозидов размером 10-8—10_6 моля.

Г. ФЕНОЛЫ

Для фенольных групп и в особенности для фенолят-иона ха­ рактерны сильные электронодонорные свойства, благодаря которым простые фенольные соединения легко замещаются такими электро­ ноакцепторными агентами, как нитрозогруппы и соли диазония. При этом заместители оказываются в пара- или оуэго-положении

по отношению к гидроксильной группе. Многие из таких замещен­ ных фенолов имеют интенсивную окраску, благодаря чему реакцию замещения можно использовать для их анализа.

1. Образование азокрасителя

Реакция замещения солей диазония с образованием азокраси­ теля лежит в основе одного из наиболее широко применяемых методов определения следовых количеств фенолов

Для образования соли диазония наиболее часто применяют два ароматических амина: сульфаниловую кислоту и я-нитроанилин. Если пара-положение фенола не занято, то сочетание происходит

вэтом положении; в противном случае сочетание может произойти

ворто-положении, хотя и гораздо медленнее. Если же в феноле заняты оба эти положения, то сочетания обычно не происходит. Этому могут мешать ароматические амины, многие из которых мо­ гут замещаться нитрозогруппами из-за избытка в смеси азотистой кислоты. Как правило, продукты разложения соединений диазония

окрашены; поэтому присутствие в реакционном растворе таких ве­ ществ, как соли металлов, ускоряющих разложение, может вызвать появление окраски и, следовательно, мешать определению.

ДеМейс [20] использовал диазотированный я-нйтроанилин для определения фенола в тканях животных. Поглощение он измерял при 500 нм в кюветах с I = 1 см. Закон Вера выполнялся при этом для содержания фенола вплоть до 50 мкг. Такеюки, Фурузава и Такаяма [21] определяли фенол в метилметакрилате. Они обраба­ тывали водный раствор образца диазотированным я-нитроанилином, пиперидином и едким натром и измеряли поглощение полученного оранжевого раствора при 460 нм. С помощью диазотированного n-нитроанилина Смит и Кинг [22] определяли фенолы, отго­ няемые с водяным паром из конденсата сигаретного дыма. Погло­ щение водных растворов они измеряли при 490 нм. Позже они [23] рекомендовали экстрагировать фенолы из подкисленного раствора четыреххлористым углеродом и измерять поглощение красителя при 365 нм. Руд и Скошилова [24] описали метод опре­ деления небольших количеств фенолов в углеводородах, также основанный на появлении окраски в результате обработки анали­ зируемого раствора диазотированным я-нитроанилином. Анализи­ руемый образец (100—200 г) экстрагировали тремя порциями 1%-ного раствора едкого натра по 10 мл каждая, объединяли эк­ стракты и разбавляли общий раствор до 100 мл. 50 мл полученного раствора смешивали с 1 мл свежеприготовленного раствора соли диазония, который приготавливали, смешивая на холоду равные объемы 0,1%-ного раствора хлоргидрата я-нитроанилина и

Таблица 1.12

Длины волн (в нм), соответствующие максимуму поглощения в водном растворе и в я-бутаноловом экстракте [28]

а Дает, по-видимому, тот же самый индофенол, что и фенол. Кривые по­ глощения почти идентичны.

Гиббс проводил реакцию в буферном растворе с pH 9,1— 9,5. Для увеличения чувствительности метода Эттингер и Рукхофт [28] реко­ мендовали экстрагировать краситель н-бутанолом. Как следует из данных табл. 1.12, при экстракции красителя спиртом происходит смещение полосы поглощения. Для полного развития окраски тре­ буется до 24 ч. Нафтол-1 и тимол быстро реагируют с реагентом Гиббса, а для реакции фенола и крезолов требуется от б до 24 ч. n-Крезол с реагентом Гиббса не взаимодействует.

Метод Эттингера и Рукхофт [28]

Реагенты. Буферный раствор бората. Разбавляют водой 3,1 г бор­ ной кислоты, 3,5 г хлористого калия и 32 мл 1 н. раствора едкого натра до получения 1 л раствора. 5 мл раствора разбавляют до 100 мл, причем если pH полученного раствора не равно 9,4, то в исходный раствор добавляют едкий натр до тех пор, пока 5 мл этого раствора не дадут при разбавлении до 100 мл значение pH,

равное 9,4.

Реагент Гиббса. Растворяют 0,2 г хлоримида 2,6-дибромхинона

в50 мл этанола. Если при этом образуется осадок, то его от­ фильтровывают. Реагент лучше использовать сразу после приготов­ ления, однако на холоду он может сохранять свои свойства даже

втечение недели. Разбавляют 4,5 мл этого раствора до 100 мл, причем разбавленный раствор следует использовать немедленно или по крайней мере в течение 30 мин с момента приготовления.

Проведение анализа. К 500 мл анализируемого раствора добав­

ляют 0,7 мл 10%-ной фосфорной кислоты, быстро перегоняют 400 мл полученного раствора, используя стеклянный перегонный аппарат, а затем медленнее перегоняют еще 50 мл раствора. Пре­ рывают перегонку, добавляют к перегоняемому раствору 50 мл воды и вновь перегоняют еще 50 мл раствора. Если температура дистиллята превышает 20 °С, то его охлаждают. Последовательно отбирают аликвотные порции дистиллята, в каждой из. которых

Метод Гильболта, Крамера и Хекли [32]

Проведение анализа. К 1 мл 0,0005 М раствора ГЧ-(бензолсульфо- нил)хинонина в метилцеллозольве, находящемуся в кювете с I = 1см, добавляют 1 мл 1,5 н. гидроокиси аммония Настраивают спектрофотометр на рекомендуемую длину волны (табл. 1.13) и

Таблица 1.13

Диапазон определяемых концентраций, минимально обнаружимые концентрации и длина волны ЛмаКс Для различных фенолов [32]

устанавливают измеритель поглощения на нуль. После этого в кю­

«Beckman», модель D). Содержание фенола в анализируемом раст­ воре определяют с помощью калибровочного графика, полученного аналогичным образом для стандартного раствора фенола.

Описанным методом определяли фенол, о-хлорфенол, 2,3-диме- тилфенол, л<-аминофенол и нафтол-2. При анализе 5-аминонафто- ла-1 и нафгола-1 поглощение рекомендуется измерять спустя 3 мин после начала реакции и определять содержание фенола по калибровочным графикам зависимости поглощения от концен­ трации.

В табл. 1. 13 приведены концентрации фенолов, которые можно определить этим методом при стандартном отклонении около

± 1,3%. В этой же таблице для различных фенолов приведены значения длин волн, соответствующих максимумам поглощения, и минимально обнаружимые концентрации.

3. Образование антипириновых красителей

Образование антипириновых красителей в результате конденса­ ции 4-аминоантипирина с фенолами в присутствии щелочного окис-

лителя [33] (реакция 8) широко используется в колориметрических методах обнаружения следовых количеств фенолов [29, 34—40]:

Эта реакция применима для определения фенольных соедине­ ний, в которых пара-положение не блокировано алкильными, ариль­ ными, бензоильными, карбонильными, нитро-, нитрозогруппами. Та­ кие группы, как галоген, карбоксильная, сульфогруппа, гидро­ ксильная и метоксильная, в обычно используемых условиях реак­ ции удаляются из этого положения, и потому соответствующие napa-замещенные фенолы вступают в реакцию. Определению при этом мешают соединения, способные к проявлению кето-енольной таутомерии.

Было установлено, что оптимальная длина волны для измере­ ния поглощения водных растворов окрашенных продуктов этой реакции равна 510 нм. Чувствительность метода значительно воз­ растает в результате концентрирования продуктов реакции путем их экстрагирования хлороформом [33]; для хлороформных раство­ ров рекомендуется измерять поглощение при 460 нм. Водные раст­ воры реакционных смесей красного цвета недостаточно устойчивы, и их спектрофотометрический анализ следует проводить не позже, чем в течение 30 мин с момента приготовления. С другой стороны, хлороформные экстракты можно оставлять даже на 3 ч.

В отличие от оранжевой или красной окраски красителей, полу­ чаемых из фенола и низших хлорфенолов, краситель, образуемый пентахлорфенолом, голубой [38]. Только голубой краситель, полу* чаемый из пентахлорфенола и 2,3,5,6-тетрахлорфенола, можно ко­ личественно экстрагировать бензолом; красный антипириновый краситель нерастворим в бензоле, а красители, образуемые низ­ шими хлорфенолами, за исключением производного 2,3,5,6-тетра­ хлорфенола, не полностью растворимы в бензоле. Эти свойства красителей лежат в основе метода определения пентахлорфенола в воздухе, разработанного Бенсом [38]; поглощение измеряют при 589 нм. Минимальное содержание пентахлорфенола, обнаружимое этим методом, составляет 0,15 мкг на 1 л воздуха. Антипириновые красители, получаемые из пирокатехина и, возможно, из резор­ цина, имеют настолько кислую реакцию, что не экстрагируются хлороформом из водной фазы. Это их свойство использовали Розенблатт, Демек и Эпштейн [39] для определения малых количеств одноатомного фенола гваякола в присутствии двухатомного фенола пирокатехина.

Одним из типичных методов определения фенола является ме­ тод Эттингера, Рукховта и Лиша [36], в котором используется эк­ стракция хлороформом.

Метод Эттингера, Рукховта и Лиша [36]

Проведение анализа. В 300 мл анализируемого раствора добав­ ляют концентрированную гидроокись аммония в таком количестве, чтобы значение pH конечной реакционной смеси оказалось в пре­ делах 9,8—10,2. Полученный раствор хорошо перемешивают, до­ бавляют 2 мл 3,0%-ного водного раствора аминопирина и вновь перемешивают.Затем добавляют 20мл 2,0%-ного водного раствора железистосинеродистого калия и через три минуты начинают эк­ стракцию хлороформом. Для первой экстракции берут 25 мл хло­ роформа, а для двух последующих по 15 мл. Объединяют три эк­ стракта, хлороформом доводят их объем до 50 мл и сравнивают поглощение полученного раствора и холостого раствора при 460 нм. Для калибровки используют пробы с известным содержанием фенола.

4. Реакция с азотистой кислотой

Стоутон [41] разработал метод определения, основанный на об­ работке фенола азотной и серной кислотами при температуре около 100 °С. При этом образуется нитрозофенол, который в избытке спиртового раствора гидроокиси аммония перегруппировывается с образованием ярко-окрашенной хиноидной соли. Окраску таких растворов и растворов, полученных в результате такой же обра­ ботки проб с известным содержанием фенолов, сравнивали визу­ ально. Вестлауфер, Ван Натта и Кватльбаум [42] модифицировали метод Стоутона для определения следовых количеств фенолов в углеводородных растворителях. Фенол сначала экстрагировали из раствора разбавленным раствором каустической соды.

Экстракцию применяли также Ликкен, Трезедер и Зан [43]; однако для образования азотистой кислоты вместо азотной кис­ лоты они использовали азотистокислый натрий и проводили реак­ цию при комнатной температуре.

Уравнения реакций имеют вид

^N0

о

( 10)

N0-1

Для обнаружения малых концентраций фенола в водных растворах эти растворы слегка подкисляли, а затем эфиром экстрагировали из них фенольные соединения. После испарения эфира остаток растворяли в растворителе-реагенте. Продукт реакции окрашен в желто-зеленый цвет; его поглощение измеряли при 420 нм.

Метод Ликкена, Трезедера и Зана [43]

Проведение анализа. В делительную воронку емкостью 125 мл пе­ реносят 10 мл 10%-ного раствора едкого кали и добавляют ана­ лизируемый раствор и октан в объемах, указанных в табл. 1.14.

Встряхивают смесь в течение 5 мин, дают ей отстояться и перено­ сят нижний слой в мерную колбу емкостью 100 мл. Добавляют в делительную воронку еще 5 мл едкого кали и повторяют экстрак­ цию. После второй экстракции в воронку добавляют 5 мл воды и проводят третью экстракцию. Все три экстракта объединяют в мер­ ной колбе емкостью 100 мл.

В колбу с экстрактами медленно при охлаждении на бане со льдом добавляют ледяную уксусную кислоту так, чтобы объем со­ держимого колбы при комнатной температуре был равен точно 100 мл. После этого в отдельную мерную колбу емкостью 50 мл пипеткой переносят порцию экстракта объемом 1—5 мл с таким расчетом, чтобы в ней содержалось 0,05—0,5 мг фенола. Если объем этой порции окажется меньше 5 мл, то его доводят до 5 мл буферным раствором, приготовленным из 800 мл уксусной кислоты, 150 мл 10%-ного едкого кали и 50 мл воды. В колбу с порцией экстракта медицинской капельницей добавляют 5 капель концен­ трированной серной кислоты и 2 капли насыщенного раствора азо­ тистокислого натрия. Раствор перемешивают и оставляют на 15— 30 мин (30—45 мин для фенола); после выдерживания в раствор медленно при охлаждении в бане со льдом добавляют спиртовой раствор гидроокиси аммония (450 мл безводного абсолютного эта­ нола или изопропанола, 300 мл 14 н. раствора гидроокиси аммо­ ния и 250 мл воды) с таким расчетом, чтобы при комнатной