Påvisning af Carbonylforbindelser - Rapport

Side 1

Selandia CEU HTX 29/11 2007

Kemirapport: Carbonylforbindelser

Side 1 af 8

Påvisning af carbonylforbindelser

Indholdsfortegnelse

Forside: ……………………………side 1

Indholdsfortegnelse ……………………………side 2

Formål ……………………………side 3

Teori ……………………………side 3

Hypotese ……………………………side 6

Materialer ……………………………side 6

Fremgangsmetode ……………………………side 6

Resultater ……………………………side 7

Reaktionsligninger …………………………....side 8

Diskussion ……………………………side 9

Konklusion ……………………………side 9

Kildefortegnelse ……………………………side 9

Side 2

Selandia CEU HTX 29/11 2007

Kemirapport: Carbonylforbindelser

Side 2 af 8

Formål:

At afprøve forskellige karakteristiske analyser af carbonylforbindelser, samt ikke-carbonylforbindelser, for derved at bestemme om der er tale om hhv. aromatiske og alifatiske ketoner eller aldehyder i de udleverede kemikalier.

Teori:

Carbonylforbindelser er afledt af carbonhydrider ved at to hydrogenatomer siddende på samme

carbonatom, er blevet erstattet med et dobbeltbundet oxygenatom, altså en såkaldt oxo-gruppe = O.

Dette sker ved forsigtig oxidation af hhv. primære og sekundære alkoholer.

Når en primær alkohol gennemgår en forsigtig oxidation, vil der dannes et aldehyd, mens forsigtig oxidation af en sekundær alkohol vil resultere i dannelsen af en keton.

Både aldehyder og ketoner besidder en eller flere carbonylgrupper, (deraf navnet carbonylforbindelse), hvoraf carbonylgruppen altid vil være placeret på et endestillet C- atom.

Carbonylgruppen angives således:

C O

Alt efter hvor på carbonkæden denne carbonylgruppe optræder, er der tale om enten et aldehyd eller en keton.

Strukturen for et aldehyd betegnes R-CHO, altså er der som før nævnt, tale om at carbonylgruppen optræder på det sidste carbonatom i kæden. Da carbonylgruppen i aldehydet altid vil være placeret her, er det altså ikke nødvendigt numerisk at angive hvor på molekylets carbonkæde gruppen er placeret.

Ketonens placering angives i allerfleste tilfælde, der optræder dog stoffer hvor placeringen er selvsagt, eks Propanon CH COCH som ville have været et aldehyd hvis oxogruppen var placeret

3 3,

på første C atom. Strukturen betegnes R^{1} -CO-R^{2}, hvor R^{1&2} ikke kan være H-atomer, idet der

herved ville være tale om et aldehyd.

Både aldehyder og ketoner har præfikset oxo- idet der er taler om at der på carbonkæden bliver placeret en oxo- gruppen. Aldehyder har suffikset –al (ethanal osv.), og ketoner har suffikset –on

(propanon osv.) Ved navngivning rangerer aldehyder højere end ketoner, dvs. at carbonylforbindelser der indeholder begge, vil navngives med suffikset –al.

Når man skal fastlægge hvilken form for carbonylforbindelse man har med at gøre, kan man benytte sig af forskellige metoder:

2,4-dinitrophenylhydrazin (2,4DNPH):

2,4DNPH reagerer i en kondensationsreaktion med carbonylforbindelser ved at danne gult og orange bundfald hvis der er tale om hhv. en allifatisk og aromatisk carbonylforbindelse.

I reaktionen danner 2,4DNPH tungtopløselige forbindelser (hydrazoner), med carbonylforbindelserne.

Reaktionen med propanon ser ud således:

Side 3

Selandia CEU HTX 29/11 2007

Kemirapport: Carbonylforbindelser

Side 3 af 8

CH 3

3

CH 3

3

C O + NH_{2} NH

O_{2} N

NO_{2} NHN

CH

CH O_{2} N

C NO_{2}

Kilde: Helge Mygind, kemi 2000 B, Helge Mygind & P. Haase & Søns forlag 1995

Da propanon er en allifatisk carbonylforbindelse vil der ved denne reaktion dannes gult bundfald.

Ved reaktion med en aromatisk carbonylforbindelse vil der som sagt dannes orange bundfald. Et aromatisk stof angives ved tre streger, (som ikke må forveksles med dobbeltbindinger), i det cycliske carbonhydrid, som det ses i reaktionen med propan og 2,4DNPH. Når stoffet angives på denne måde bliver det gjort i overensstemmelse med keukule’s formler, som angiver at elektronerne i et aromatisk stof er delokaliserede, dvs. at 6 elektroner farer rundt i en elektronsky uden at indgå i en fast binding. En aromatisk forbindelse kan også angives ved en cirkel i stedet for de tre streger.

Fehlings Reagens: (kilde: tavlegennemgang, Frederikke Tom-Petersen 5 november 07)

Formålet med fehlings reagens er at skelne mellem aldehyder og ketoner. Dette lader sig gøre idet

                                                      ++             +
der kun vil være positiv reaktion med allifatiske aldehyder, hvor Cu reduceres til Cu og fælder ud

som Cu O og derved danner rødt bundfald.

2 (s)

Til forsøget benyttes 2 væsker, Fehling 1 og Fehling 2.

Fehling 1 er en opløsning af kobbersulfatpentahydrat ( CuSO ·5H O).

4 2

Fehling 2 er en opløsning af kaliumnatriumtartrat i natriumhydroxid.

For at kunne forløbe, skal reaktionen befinde sig i en basisk væske, hvilket medfører et problem:

Cu^{++} +2OH^{-} =Cu(OH) kobber ionerne binder sig til hydroxid ionerne i opløsningen. For at undgå

2,

                               ++
dette tilsætter vi Fehling 2, hvorved Cu bindes komplekst til tartrationerne:

HOHC COO^{-}
HOHC COO^{-}

+ Cu

++

C

O

Cu^{++}

O

C

OOC^{-} COO^{-}

O

C

O

C

OOC COO^{--}

H

H

Som det ses af komplekset på højre side af reaktionsligningen, består et kompleks af et centralt metal ion, der er bundet til nogle ligander (molekyler og ioner).

I reaktionsligningen ses bort fra tartrat ionerne, idet de ikke deltager her. Herved kommer den generelle reaktionsligning til at forløbe således, når der altså er tale om et aldehyd:

Side 4

Selandia CEU HTX 29/11 2007

Kemirapport: Carbonylforbindelser

Side 4 af 8

Tollens Test:

I denne test skal Ag^{+} reduceres til frit sølv, af et aldehyd, hvor der ved brug af rene reagensglas vil

fremkomme et sølvspejl på indersiden af reagensglasset.

Som i fehlings prøve, skal reaktionen foregå i en basisk væske NaOH, hvilket giver os følgende problem:

( ) ( ) 2 ( ) 2 aq aq s

    +−
22 Ag OH Ag O H O + → +

Sølv ionerne reagerer med hydroxid ionerne, hvorved der dannes sølvoxid, hvilket betyder at sølv ionen ikke er tilgængelig og at ingen reaktion med aldehyder vil forekommer.

Løsningen på dette problem vil være at binde sølv ionen komplekst i et diaminkompleks:

3 3 2( ) aq

2 ( ) NH Ag Ag NH +→^{+}

Hvorved komplekset Diaminargentato(I)Ion er fremkommet:

Ag^{+}

:NH_{3}

H_{3} N:

I reaktionsligningen ses bort fra ammoniakken da det ikke deltager:

( ) ( ) ( ) ( ) 2 aq aq s aq

() l

2 3 2 2 Ag R CHO OH Ag R COO H O + − + → + − +

+ − −

Side 5

Selandia CEU HTX 29/11 2007

Kemirapport: Carbonylforbindelser

Side 5 af 8

Hypotese:

Ud fra teorien og gennemgangen af de tre analyser for carbonylforbindelser, kan vi opstille en hypotese for hvordan de forskellige stoffer reagerer:

1) 2,4 dinitrophenylhydrazin:

2) Fehlings prøve:

3) Tollens Prøve:

Propanon: Da denne er en allifatisk keton forventes: 1) gult bundfald, 2) ingen reaktion 3) ingen reaktion

Benzaldehyd: Aromatisk aldehyd: 1) orange bundfald, 2) ingen reaktion, 3) positiv reaktion Fruktose: allifatisk keton: 1) gult bundfald, 2 ingen reaktion, 3) ingen reaktion

Mandelessens: indeholder benzaldehyd ifølge Kemi 2000 B s. 150, derfor samme reaktion som denne.

Husholdningssprit: Det er uklart hvad dette indeholder mere end ethanol, dog må der befinde sig et stof der gør ethanolen udrikkelig.

Materialeliste:

Mikroskala-reagensglas med ”stativ”

Små reagensglas med stativ

2 alm. reagensglas med prop

Træklemme eller skindstrimmel

Vandbad med varmt vand

2,4-dinitrophenylhydrazin (1g/L i 2M HCl)

Fehling I og Fehling II

2 M NaOH-opløsning

0,1 M AgNO -opløsning

3

6 M NH -vand

3

Carbonylforbindelser

(øvelsesvejledning)

Fremgangsmetode:

Prøve med 2,4-dinitrophenylhydrazin : (øvelsesvejledning)

Ca. 1 cm 2,4-DNPH hældes i 7 mikroskala-reagensglas og et par dråber af carbonyl-forbindelsen kommes i. Noter iagttagelserne i vedhæftede skema.

Fehlings prøve: (øvelsesvejledning)

Bland i et alm. reagensglas ca 3 cm Fehling I med ca 3 cm Fehling II. Sæt prop på glasset og vend det så væskerne blandes. Blandingen skal være klar blå, hvis den ikke er det, tilsættes en smule mere af Fehling II. Fordel den færdige blanding i 7 små reagensglas og tilsæt nogle dråber af

Side 6

Selandia CEU HTX 29/11 2007

Kemirapport: Carbonylforbindelser

Side 6 af 8 carbonylforbindelserne. Stil reagensglassene i et vandbad med let kogende vand i 2 minutter. Noter iagttagelser i skemaet.

Tollens test: (øvelsesvejledning)

I et alm. reagensglas hældes ca 5 cm 0,1 M AgNO

3

-opløsning og der tilsættes et par dråber 2 M

NaOH-opløsning. Derved dannes et brunt bundfald af sølvoxid. Man skulle egentlig forvente, at der dannedes sølvhydroxid, men dette stof er ustabilt, så der dannes i stedet sølvoxid. Tilsæt nu 6 M NH -vand i små portioner indtil det brune bundfald er opløst. Der skal kun lige tilsættes så meget

3 ammoniakvand at bundfaldet opløses, men alt skal til gengæld også være opløst. Herefter er Tollens reagens klar til brug. Fordel reagenset i 7 rene (!) små reagensglas og tilsæt nogle dråber af carbonylforbindelserne. Sæt glassene i at varmt vandbad (ca 60-70ΕC) i nogle minutter. Hvis der dannes sølv sætter det sig som sølvspejl eller også fælder det ud som et sort sølvbundfald. Noter iagttagelserne i skemaet. Reagensglassene skylles efter brug omhyggeligt med vand for at undgå dannelse af sølvazid som er eksplosivt.

Resultater: glas carbonylforbin strukturformel obs. 2,4- obs. Fehlings obs. Tollens Konklusion nr delse DNPH prøve test

1 propanon Gult reaktion

(acetone)_{O} bundfald

CH_{3}

CH_{3}

Ingen reaktion Ingen Keton

2 benzaldehyd Bundfald på bunden af aldehyd

O

Orange Ingen reaktion Sløret boble Aromatisk reagensglas

3 Fruktose reaktion brunt sølvspejl reagerer som

O

OH

H | OH

OH

OH | H
H | OH

Ingen Dannelse af Dannelse af Keton, men bundfald aldehyd i basisk opløsning

Side 7

Selandia CEU HTX 29/11 2007

Kemirapport: Carbonylforbindelser

Side 7 af 8

4 mandelessens reaktion faser

Ingen Ingen reaktion Opdeling i

5 Husholdningss bundfald opdeling i acetone prit faser

Gult Ingen reaktion Svag Indeholder

Resultater venligst indskrevet af Jan Meier 2x.

Reaktionsligninger:

Reaktioner med 2,4DNPH:

Benzaldehyd:

5 6 3 2 2 2

( ) ( )C H NO NHNH C H CHO C H CHNNHC H NO H O+ → +

Propanon: Se teoriafsnit

Fruktose:

2 3 6 3 2 2 2

( ) ( ) ( ) ( )C H NO NHNH CH OHCO CHOH CH OH CH OH CHOH CHNNHC H NO CH OH+→

Mandelessens: Ingen reaktion med 2,4DNPH modsat hypotesen.

Husholdningssprit:

Reagerer som en allifatisk carbonyl forbindelse, samt forbliver farveløs i tollens (dog fasespaltet), hvorfor denne må have tilsat en (allifatisk) keton. Det er uvist hvilken keton der benyttes ud fra

forsøgets resultater, dog kan der henvises til denne kilde: http://da.wikipedia.org/wiki/Acetone, hvor

det fremgår at acetone bliver benyttet til denaturering af husholdningssprit, hvorfor reaktionen må forløbe ifølge propanons reaktion med 2,4DNPH.

Opskriv reaktionsskemaet for oxidation af ethanal vha. Fehlingsvæske:

   2
2 5 3 Cu CH CHO OH Cu O CH COO H O + + → + +

( ) 3 ( ) 2 ( ) 3 2 ( ) aq aq s l

+ − −

Opskriv reaktionsskemaet for oxidation af octanal med tollens reagens:

( ) 7 15 ( ) ( ) 7 15 ( ) 2 ( )

2 3 2 2 Ag C H CHO OH Ag C H COO H O + + → + +

aq aq s aq l

+ − −

Side 8

Selandia CEU HTX 29/11 2007

Kemirapport: Carbonylforbindelser

Side 8 af 8

Diskussion:

I store træk har resultaterne vist sig at stemme overens med den opstillede hypotese. Der er dog nogle undtagelser der bør redegøres for, før at hypotesen kan godkendes.

Ved test af fruktose, blev der ikke dannet nogen hydrazon ved forbindelse med 2,4DNPH, hvilket ifølge den teori der tidligere er gennemgået, ikke giver nogen mening. Hvad der sker, er midlertidigt at fruktosen i en basisk forbindelse omdannes til ”enediol”, der som navnet antyder ikke er en carbonylfobindelse (hvilket ville være fremgået jf. prioriteringsgraden af funktionelle grupper hvor oxoforbindelser kommer før alkoholer), men derimod en alkohol, hvorfor der selvfølgelig ikke opstår en reaktion.

Når vi ser videre på resultatet fremgår det ud fra reaktionerne med fehling og tollens at der kun kan være tale om en allifatisk aldehyd, idet der sker en reaktion i begge. Den føromtalte enediol omdannes videre til D-glucose og D-mannose, der begge er aldehyder, ved reaktion med fehling og tollens.

Kilde: http://www.uni-
regensburg.de/Fakultaeten/nat_Fak_IV/Organische_Chemie/Didaktik/Keusch/D-Fehling-e.htm

En anden afvigelse fra den opstillede hypotese, består i ufaldet af mandelessens reaktioner. Ifølge Helge Mygind, kemi 2000 B, Helge Mygind & P. Haase & Søns forlag 1995, indeholder mandelessens benzaldehyd, hvorfor reaktionerne var forventet at forløbe efter dette. Det må midlertidigt erkendes at dette ikke var tilfældet. Jeg har umiddelbart ingen forklaring på hvorfor hypotesen ikke opfyldes i dette tilfælde, man kan gisne om at et andet stof har været anvendt som erstatning for aromastoffet benzaldehyd.

Til sidst giver husholdningssprit samme reaktion som propanon, hvilket ikke er en afvigelse fra hypotesen, blot en bekræftelse af at der er tilsat et stof for at gøre alkoholen udrikkelig.

Konklusion:

På baggrund af diskussionen hvor der redegøres for enkelte afvigelser fra hypotesen, kan vi bekræfte denne, da der ikke forekommer større afvigelser, end at disse kan forklares med en smule sund fornuft og lidt hjælp fra Internettet.

Kildefortegnelse:

Helge Mygind, kemi 2000 B, Helge Mygind & P. Haase & Søns forlag 1995 tavlegennemgang, Frederikke Tom-Petersen 5 november 07)

http://da.wikipedia.org/wiki/Acetone,
http://www.uni-regensburg.de/Fakultaeten/nat_Fak_IV/Organische_Chemie/Didaktik/Keusch/D-

Fehling-e.htm

Udleveret øvelsesvejleding: Påvisning af carbonylforbindelser

Resultater og deri strukturformler indskrevet af Jan Meier 2X

Figur 1: http://www.thuisexperimenteren.nl/science/zilverspiegel/fehlingtestresultaat.jpg

Øvrige figurer: Arthur Ingersen