Saggi di riconoscimento dei gruppi funzionali e preparazione dei

Saggi di riconoscimento dei
gruppi funzionali e
preparazione dei derivati
cristallini
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Derivati cristallini
Il riconoscimento dei gruppi funzionali presenti in un composto
organico si effettua attraverso saggi specifici.
I derivati cristallini sono prodotti ottenuti dalla modificazione del
composto in esame.
I requisiti per la ricerca dei derivati cristallini sono:
Il derivato cristallino deve avere un punto di fusione compreso
fra i 50° e i 250°C.
Il derivato cristallino deve avere un punto di fusione diverso da
quello del composto di partenza.
La temperatura di fusione di un identico derivato per sostanze
analoghe deve essere quanto più possibile distanziata al fine di
procedere ad una più sicura identificazione.
Il derivato cristallino deve essere facilmente purificabile per
cristallizzazione.
Il derivato deve essere stabile.
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
1
Acidi carbossilici: caratteristiche
Gli acidi carbossilici possono essere di due tipi: alifatici e
aromatici.
Stato fisico
Gli acidi monocarbossilici alifatici fino al termine con 10 atomi di
carbonio sono liquidi; quelli a numero di atomi di carbonio
maggiore di 10 sono solidi.
Gli acidi aromatici sono tutti solidi.
Solubilità
I primi quattro termini degli acidi alifatici sono solubili in H2O.
L’acido valerianico (5 atomi di C) è parzialmente solubile. Gli acidi
con un numero maggiore di atomi di C sono insolubili. Gli acidi
aromatici monocarbossilici sono insolubili.
Gli acidi carbossilici hanno elevati punti di fusione e di ebollizione
per l’esistenza di forti associazioni tra le molecole.
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Acidi carbossilici: riconoscimento
Ricerca del carattere acido
Si sfrutta il carattere acido del gruppo carbossilico per un
riconoscimento preliminare di tali sostanze:
1. Arrossamento di una cartina al tornasole azzurra trattata con 1
gtt. della sostanza in esame.
2. Ad una piccola soluzione di fenolftaleina resa alcalina per
aggiunta di NaOH, si aggiunge una gtt. o un cristallino di sostanza
in esame: si ha il viraggio dell’indicatore (viola -> incolore).
3. L’acido carbossilico è solubile in basi forti (NaOH) e in basi deboli
(NaHCO3).
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
2
Acidi carbossilici: riconoscimento
Reazione di Angeli e Rimini
La sostanza in esame viene trattata con un eccesso di SOCl2
(solvente) e si riscalda su b.m. all’eboliizione per 4-5’
(formazione del cloruro acilico molto reattivo); si aggiunge
etanolo e si riscalda per 1’ (esterificazione); si raffredda e si
aggiunge H2O dist. e si alcalinizza con NaOH per liberare
l’idrossilammina dal suo sale; si riscalda brevemente e poi si fa
raffreddare (formazione dell’acido idrossammico). Si
acidifica con HCl 2N (per impedire la precipitazione di Fe(OH)3
e si aggiungono 2-3 gtt. di FeCl3 all’1% ottenendo un
precipitato rosso di idrossammato ferrico.
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Acidi carbossilici: riconoscimento
Meccanismo della reazione di Angeli e Rimini
O
O
R
R
+ SOCl2
RCOCl + SO2 EtOH
O
OH
Cl
RCOOEt
S
O
O
O
R
C + NH2OH—HCl + 2 NaOH
R
OEt
+ RCOONa + NaCl + H2O
R
NHOH
N
O
3R
HO
O
+ FeCl3
NHOH
R
R
Fe
OH
O
Idrossammato ferrico rosso
N
N
OH
+++
O HO
R
NOH
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
3
Acidi carbossilici: derivati cristallini
Preparazione dei cloruri (intermedi reattivi di acidi carbossilici)
L’acido carbossilico viene trattato con cloruro di tionile (SOCl2) , o
con pentacloruro di fosforo(PCl5) o con ossicloruro di fosforo o
cloruro di fosforile (POCl3).
1. RCOOH + SOCl2 -> RCOCl + SO2 + HCl
2. RCOOH + PCl5 -> RCOCl + POCl3 + HCl
3. 3 RCOOH + POCl3 -> 3 RCOCl + H3PO3
Una volta ottenuto il cloruro acido si possono preparare i derivati
cristallini che sono: Ammidi, Anilidi, p-Bromo-anilidi, pToluididi, Idrazidi, 2-Alchil-Benzimidazoli, Esteri, Sali di
S-benzil-isotiuronio.
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Acidi carbossilici: derivati cristallini
Ammidi
Il cloruro dell’acido viene aggiunto sotto cappa goccia a goccia ed
agitando, a 5 cc. di NH3 conc. ghiacciata. Si lascia in 10’ in bagno
a ghiaccio, si filtra, si lava con H2O e si cristalizza da acqua o da
miscela idroalcoolica.
RCOCl + NH3 -> HCl + RCONH2
Anilidi
RCOCl + H2N-C6H5 -> + RCONH-C6H5 + HCl
p-Bromo-anilidi
RCOCl + H2N-C6H5Br -> + RCONH-C6H5Br + HCl
p-Toluididi
RCOCl + H2N-C6H5CH3 -> + RCONH-C6H5CH3 + HCl
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
4
Acidi carbossilici: derivati cristallini
Idrazidi
In questo caso si usa l’acido come tale in quanto l’idrazina e i suoi
derivati sono molto reattivi:
RCOOH + H2N-NHR -> RCONH-NHR + H2O
2-Alchil-Benzimidazoli
Si ottengono per reazione fra acido e o-fenilen-diammina a caldo in
ambiente acido (HCl) e si precipita il derivato, dopo
raffreddamento, con NH3.
NH2
O
C
+
NH2
R
HO
1) HCl
2) NH3
N
R + 2 H2O
N
H
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Acidi carbossilici: derivati cristallini
Esteri
Gli esteri sono derivati molto utili per quegli acidi che danno
difficilmente il cloruro; l’estere presenta il punto di
fusione più basso di quello dell’acido corrispondente e
talora è un liquido.
Sali di S-benzil-isotiuronio
Il cloruro di benzile viene trattato con tiourea in lieve difetto,
in presenza di metanolo a T bollente (95°C), e si ottiene il
cloruro di S-benzil-isotiouronio che è in grado di reagire con
l’acido per formare il sale di S-benzil-isotiouronio. Se la
tiourea viene usata in eccesso si otterrebbe la S-benzilisotiourea che non è in grado di reagire con l’acido.
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
5
Acidi carbossilici: derivati cristallini
Meccanismo di reazione per la formazione dei sali di
S-benzil-isotiuronio
H2N
H2N
S-CH2Ph Cl + RCOOH
S + ClCH2Ph
H2N
H2N
H2N
S-CH2Ph RCOO + HCl
H2N
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Anidridi degli acidi carbossilici:
caratteristiche
Le anidridi sono composti neutri reattivi, sono scarsamente solubili
in H2O e per idrolisi si trasformano in corrispondenti acidi
carbossilici:
O
R
O
C
O
R
R
+ H2O
C
OH
O
O
C
R
R
OH2
O
O
C
R
OH
O
O
2
R
R
OH
OH
O
+
O
R
C
OH
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
6
Anidridi degli acidi carbossilici:
riconoscimento
Reazione di Angeli e Rimini
Per trattamento diretto dell’anidride con cloridrato di idrossilammina in
ambiente alcalino si forma l’acido idrossammico più il sale sodico
dell’acido carbossilico. L’acido idrossamico viene trattato con FeCl3 in
ambiente acido: si ha la formazione dell’idrossammato ferrico rosso.
O
R
C
O
R
O + NH2OH—HCl + 2 NaOH
R
C
+ RCOONa + NaCl + 2 H2O
NHOH
R
O
N
O
3 R
HO
O
+ FeCl3
NHOH
R
+++
Fe
OH
O
Idrossammato ferrico rosso
N
N
O HO
OH
R
R
NOH
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Anidridi degli acidi carbossilici:
derivati cristallini
E’ possibile la preparazione dei derivati
direttamente dalle anidridi per formare:
Ammidi (reazione con NH3)
Anilidi (reazione con Ph-NH2)
Esteri (reazione con R-OH)
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7
Composti carbonilici: caratteristiche
Stato fisico
Il gruppo carbonilico polare fa sì che le aldeidi e i chetoni siano
composti polari e hanno punti di ebollizione più alti dei composti
apolari di P.M. analogo. Essi non potendo dare legami H
intermolecolari hanno punti di ebollizione più bassi dei
corrispondenti acidi carbossilici e alcooli.
Solubilità
Le aldeidi e i chetoni, tenuto conto dei vari fattori influenti, sono
solubili in H2O grazie alla formazione di legami H tra le molecole di
soluto e di solvente.
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Composti carbonilici: caratteristiche
Sono composti che contengono il gruppo carbonilico:
O
R
O
C
R
C
H
R
aldeide
chetone
La reazione caratteristica di tali sostanze e’ l’addizione nucleofila:
R
R
C
R
O
O
+ Nu
R
Nu
H2O
R
OH
+ OH-
R
Nu
L’addizione nucleofila è catalizzata sia dagli acidi sia dalle basi.
Naturalmente le aldeidi ed i chetoni possono essere alifatici ed
aromatici.
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
8
Composti carbonilici: riconoscimento
1. Formazione delle ossime
2. Formazione di 2,4-dinitrofenilidrazoni
3. Reazione di Fehling
4. Reazione di Tollens
5. Reazione con dimedone
6. Formazione di composti bisolfitici
7. Saggio della fucsina (reazione di Schiff)
8. Reazione di Angeli e Rimini
9. Saggio dello iodoformio (reazione di Lieben)
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Composti carbonilici: riconoscimento
Formazione delle ossime
Saggio di riconoscimento per le aldeidi e per i chetoni. Il composto
carbonilico viene trattato con l’idrossilammina. La reazione può
essere catalizzata sia da acidi che da basi.
Entrambi portano alla formazione delle ossime.
R
C
O
+
R
R
O
R
OH
R
NH2OH
R
NHOH
NH2OH
R
H
R
OH2
-H2O
NHOH
R
+
N-OH
R
H
-H
R
N-OH
R
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
9
Composti carbonilici: riconoscimento
Formazione di 2,4-Dinitrofenilidrazoni
Saggio di riconoscimento per le aldeidi e per i chetoni. Il composto
carbonilico viene trattato con la 2,4-dinitrofenilidrazina in ambiente
acido (HCl 2N) formando un precipitato giallo o arancione, il 2,4dinitrofenilidrazone che è un derivato cristallino.
R
O2N
NH
NH2 +
R
HCl
C
O
O2N
NH
N
C
- H2O
R
R
NO2
NO2
giallo
Non si usa l’idrazina perché reagisce con due molecole di
composto carbonilico dando le azine, composti di più difficile
cristallizzazione
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Composti carbonilici: riconoscimento
Formazione di 2,4-dinitrofenilidrazoni (meccanismo di reazione)
R
R
H+ R
C
O
C
R
OH
C
R
H2N-R
R
R
OH
R
C
R
-H2O R
R
OH2
C
R
NH2R
-H+
C
OH
R
NR
H
NHR
C
NR
R
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Composti carbonilici: riconoscimento
Reazione di Fehling
Saggio di riconoscimento per le aldeidi alifatiche, per gli α-ossichetoni,
per gli zuccheri riducenti. Il reattivo di Fehling è costituito da due soluzioni:
A (70 gr/l CuSO4 H2O), B (364 gr. tartrato sodico potassico o sale di
Seignette, 100gr NaOH in 1l di H2O). In questo reattivo viene aggiunta la
sostanza in esame e si riscalda a b.m. e si forma un pp. rosso-bruno di
ossido di rame.
H
R
+ 2 Cu++ + 4 OH-
C
T (b.m.)
R-COOH + 2 H2O + Cu2O
rosso bruno
O
L’ambiente basico favorisce la reazione poiché
sottrae l’acido salificandolo, ma produrrebbe la
precipitazione del idrossido rameico Cu(OH)2.
Per tale ragione nel Fehling B si usa il tartrato
che complessa il Cu++ mantenendolo in soluzione.
-
O-
OOC
O
-
O
O-
Cu
O
O
O
-
O
COO-
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Composti carbonilici: riconoscimento
Reazione di Tollens
Saggio di riconoscimento per le aldeidi alifatiche, per gli aossichetoni, per gli zuccheri riducenti, poliidrossifenoli,
amminofenoli e per diversi composti riducenti.
I chetoni non reagiscono!
Il reattivo di Tollens è costituito da una miscela di volumi uguali di
AgNO3 e di NaOH che insieme danno un precipitato AgOH che poi
viene ridisciolto con NH3 sotto forma di complesso ammoniacale.
AgNO3 + NaOH -> AgOH + NH3 -> [Ag(NH3 )2]OH
Quest’ultimo reagisce con il composto riducente per dare un nuovo
precipitato nero di Ag.
2 [Ag(NH3 )2]OH + RCHO -> RCOOH + 2Ag+ 4 NH3 + H2O
specchio metallico
Attenzione al fulminato di argento esplosivo a secco!
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Composti carbonilici: riconoscimento
Reazione con dimedone
Saggio di riconoscimento specifico solo per le aldeidi. Due
molecole di dimedone reagiscono con l’aldeide mediante il
processo di condensazione aldolica.
Il prodotto finale è un derivato delle aldeidi.
O
O
R
O
CH
2
H3C
+ RCHO
H3C
- H2O
O
H3C
CH3
O O
H3C
CH3
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Composti carbonilici: riconoscimento
Formazione di composti bisolfitici (reazione di Bertagnini)
Saggio di riconoscimento per le aldeidi e per i metilchetoni che
reagiscono con il bisolfito (NaHSO3) mediante attacco nucleofilo da parte
del doppietto elettronico dello S al gruppo carbonilico.
R
C
H
R
OH
R
SO3Na
O + NaHSO3
La presenza del gruppo carbonilico viene messo in evidenza dall’aggiunta
della salda d’amido resa colorata con iodio.
I2 + 2e -> 2ISO3= + H2O -> SO4= + 2e + 2H+
I2 + SO3= + H2O -> 2I- + SO4= + 2H+
In assenza della aldeide la reazione avviene e lo iodio viene decolorato
dal bisolfito.
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Composti carbonilici: riconoscimento
Saggio della fucsina (reazione di Schiff)
Saggio di riconoscimento specifico per le aldeidi. La fucsina, di colore
rosa, viene trattata con H2SO3 e diventa incolore per perdita di
delocalizzazione elettronica.
Se è presente un’aldeide reagisce con essa ottenendo un prodotto a
struttura chinoide con ripristinata delocalizzazione elettronica avente
come colorazione rosso-violetta.
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Composti carbonilici: riconoscimento
H 2N
HO
H
S
ROSA
N
O
NH3 Cl
NH2 Cl + 3 H2 SO3
Meccanismo
della
reazione di
Schiff
- 2 H2O
O
O
INCOLORE
S
S
O
HO
N
OH
H 2N
H
O
O
H
R
H
S
N
3 R
H
O
OH
NH2 Cl + H 2SO3
OH
R
O
ROSSO-VI OLA
S
H
O
N
H
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
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Composti carbonilici: riconoscimento
Reazione di Angeli e Rimini
Saggio di riconoscimento valido per le aldeidi e per i benzilchetoni.
L’aldeide viene trattata con l’acido benzensolfonidrossamico (acido di
Piloty) in ambiente basico (NaOH) formando l’acido alchilidrossamico.
Quest’ultimo viene fatto reagire con FeCl3 in ambiente acido (HCl) per
dare l’idrossammato ferrico rosso.
SO2Ar
R
R
C
O
O
RCO-NHOH + ArSO2-
N-OH
H
H
NOH
FeCl3
R
SO2Ar
N
HO
O
R
+++
Fe
OH
O
N
O HO
N
R
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Composti carbonilici: riconoscimento
Saggio dello iodoformio (reazione di Lieben)
Saggio specifico per i metilchetoni, per l’etanolo, per
l’acetaldeide e per gli alcooli secondari. Il metilchetone
reagisce con ipoiodito sodico per dare un triiododerivato che in
ambiente basico (NaOH) si scinde in sale sodico dell’acido e in
iodoformio che assume una colorazione gialla caratterizzabile (p. f.
121°C).
O
R
O
NaIO
C
R
C
-NaOH
CH3
O
NaIO
R
-NaOH
CH2-I
O-
C
NaIO
-NaOH
CHI 2
O
O
R
R
C
CI3 + OH
C
-
OH
CI3
R
RCOO- + CHI3
C
OH + CI3
-
giallo
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
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Composti carbonilici: derivati cristallini
1. Azometine o basi di Schiff
2. Derivati idrazonici
3. Semicarbazoni o tiosemicarbazoni
4. Dimedon-derivati
5. Ossidazione delle aldeidi ad acido
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
Composti carbonilici: derivati cristallini
Azometine o basi di Schiff
R'
R'
C
O + H2N-R"
R
C
N-R" + H2O
C
N-NHR" + H2O
R
Derivati idrazonici (cristallizzabili)
R'
R'
C
O + H2N-NHR"
R
R
R” = -C6H5
R” = -C6H4-NO2
R” = -C6H4(NO2)2
fenilidrazoni
p-nitro-fenilidrazoni
2,4 dinitro-fenilidrazoni
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
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Composti carbonilici: derivati cristallini
Semicarbazoni e tiosemicarbazoni
O (S)
R'
C
O+
H2N
R
R'
C
NH
NH2
N-NH-CO(S)-NH2 + H2O
R
Semi(tio)carbazide
Semi(tio)carbazoni
Dimedon-derivati
R
O
O
R
O
CH
O
CH
H3C
CH3 H3C
O O
H3C
CH3
H3C
O
CH3
OH HO
CH3
∆ H+ -H2O
O
R
O
CH
2
H3C
H3C
+ RCHO
H3C
O
H3 C
CH3
O
La tautomeria chetoenolica,
l’ambiente acido e il
riscaldamento portano alla
eliminazione di acqua
ovvero agli
xantenderivati
CH3
F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II
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