Giáo trình thuốc thử hữu cơ - Chương mở đầu ppsx

MỤC LỤC
CHƯƠNG I:
PHÂN LOẠI THUỐC THỬ HỮU CƠ 8
I.1. SỰ BẤT HỢP LÝ CỦA CÁCH PHÂN LOẠI TRONG HOÁ HỮU CƠ 8
I.2. PHÂN LOẠI THEO PHẢN ỨNG PHÂN TÍCH MÀ THUỐC THỬ THAM GIA 9
I.3. PHÂN LOẠI THEO YOE 10
I.4. PHÂN LOẠI THEO FEIGL 10
I.5. PHÂN LOẠI THEO WELCHER 10
CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ LIÊN KẾT PHỐI TRÍ 13
II.1. LIÊN KẾT HAI ĐIỆN TỬ 13
II.2. NGUYÊN TỬ HỮU HIỆU 15
II.3. CẤU TẠO ĐIỆN TỬ CỦA NGUYÊN TỬ 16
II.4. PHƯƠNG PHÁP LIÊN KẾT HÓA TRỊ (VB) 19
II.5. LÝ THUYẾT VỀ TRƯỜNG TINH THỂ 19
II.6. THUYẾT QUĨ ĐẠO PHÂN TỬ (MO) 30
II.7. HÌNH DẠNG HÌNH HỌC CỦA CÁC HỢP CHẤT PHỐI TRÍ 37
II.8. CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG PHỐI TỬ 41
II.9. CẤU TRÚC PHÂN TỬ VÀ ĐỘ TAN 41
II.10. PHỨC CHELATE (VÒNG CÀNG) 42
II.11. SỰ ÁN NGỮ KHÔNG GIAN VÀ ĐỘ CHỌN LỌC 42
II.12. ĐỘ BỀN CỦA HỢP CHẤT PHỐI TRÍ 43
II.13. ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG TRONG THUỐC THỬ HỮU CƠ. 44
CHƯƠNG III: NHÓM CHỨC PHÂN TÍCH VÀ NHÓM HOẠT TÍNH PHÂN TÍCH 45
III.1. NHÓM CHỨC PHÂN TÍCH 45
III.2. NHÓM CHỨC PHÂN TÍCH CỦA Th 48
III.3. NHÓM HOẠT TÍNH PHÂN TÍCH 50
CHƯƠNG IV: NHỮNG LUẬN ĐIỂM LÝ THUYẾT VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG GIỮA
THUỐC THỬ HỮU CƠ VÀ ION VÔ CƠ 53

IV.1. HIỆU ỨNG TRỌNG LƯỢNG 53
IV.2. HIỆU ỨNG MÀU 54
IV.3. HIỆU ỨNG KHÔNG GIAN 60
IV.4. THUYẾT SONG SONG CỦA KYZHEЦOB 61
IV.5. SỰ PHÂN LY CỦA MUỐI NỘI PHỨC 62
IV.6. LIÊN KẾT HYDRO 64
IV.7. TÁCH CHIẾT ĐỐI VỚI THUỐC THỬ HỮU CƠ 67
IV.8. TÁCH CHIẾT CÁC CHELATE 71


CHƯƠNG V:
TÍNH TOÁN CÁC HẰNG SỐ CỦA THUỐC THỬ VÀ PHỨC 72
V.1. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TẠO PHỨC ĐƠN PHỐI TỬ 72
V.2. XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ HYDROXO CỦA ION KIM LOẠI 77
V.3. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN PHỨC 82
CHƯƠNG VI: THUỐC THỬ PHỐI TRÍ O – O 86
VI.1. PHENYLFLUORONE 86
VI.2. PYROCATECHOL TÍM 90
VI.3. CHROMAZUROL S 96
VI.4. N–BENZOYL–N–PHENYL HYDROXYLAMINE VÀ NHỮNG CHẤT LIÊN
QUAN 103

VI.5. ACID CHLORANILIC VÀ NHỮNG DẪN XUẤT KIM LOẠI CỦA NÓ 110
VI.6. NHỮNG HỢP CHẤT POLY (MACROCYCILIC) 115
VI.7. CUPFERRON 122
VI.8. THUỐC THỬ HỖN HỢP O,O–DONATING 127
VI.9. β-DIKETONE 130
VI.10. PYROGALLOR ĐỎ VÀ BROMOPYROGALLOL ĐỎ 139
CHƯƠNG VII: THUỐC THỬ O-N 144
VII.1. THUỐC THỬ ALIZARIN COMPLEXONE 144

VII.2. THUỐC THỬ MUREXID 148
VII.3. HYDROXYLQUINOLINE 150
VII.4. ZINCON 157
VII.5. XYLENOL DA CAM VÀ METHYLTHYMOL XANH 159
VII.6. ASENAZO I VÀ MONOAZO DERIVATIVES OF PHENYL ARSONIC ACID 162
VII.7. EDTA VÀ CÁC COMPLEXONE KHÁC 165
VII.8. HỢP CHẤT DIHYDROXYARYLAZO 172
CHƯƠNG VIII: THUỐC THỬ N–N 181
VIII.1. BIPYRIDINE VÀ CÁC HỢP CHẤT FERROIN KHÁC 181
VIII.2. TRIPYRIDYLTRIAZINE(TPTZ) VÀ PYRIDYLDIPHENYLTRIAZINE 189
VIII.3. α–DIOXIME 185
VIII.4. PORPHYRIN 191
VIII.5. DIAMINOBENZIDINE VÀ NHỮNG THUỐC THỬ TƯƠNG TỰ 201
CHƯƠNG IX: THUÔC THỬ VỚI CẤU TRÚC S 206
IX.1. DITHIZONE AND NHỮNG THUỐC THỬ TƯƠNG TỰ 206
IX.2. THIOXIN 212
IX.3. NATRIDIETHYLDTHIOCARBAMATE VÀ CÁC THUỐC THỬ TƯƠNG TỰ220


IX.4.
TOLUENE–3,4–DITHIOL VÀ THUỐC THỬ TƯƠNG TỰ. 228
IX.5. BITMUT II – KHOÁNG CHẤT II 231
IX.6. THIOTHENOYLTRIFLUOROACETONE 236
IX.7. THIO–MICHLER’S KETONE 239
CHƯƠNG X: THUỐC THỬ KHÔNG VÒNG 241
X.1. TRI-N-BULTYL PHOSPHATE 241
X.2. TRI–n–OCTYLPHOSPHINE OXIDE 243
X.3. DI (2–ETHYLHEXYL)PHOSPHORIC ACID 247
CHƯƠNG XI: THUỐC THỬ KHÔNG TẠO LIÊN KẾT PHỐI TRÍ 251
XI.1. THUỐC THỬ OXY HÓA NEUTRAL RED 251

XI.2. BRILLLIANT GREEN 251
XI.3. THUỐC NHUỘM CATION RHODAMINE B 252
XI.4. CÁC MUỐI AMONI BẬC 4 254
XI.5. TETRAPHENYLASEN CHLORIDE (TPAC) VÀ CÁC MUỐI ONIUM KHÁC 258
XI.6. 1,3–DIPHENYLGUANIDINE 260
XI.7. DIANTIPYRYLMETHANE 261
XI.8. NATRI TETRAPHENYLBORATE 263
XI.9. CÁC CHUỖI ALKYLAMINE MẠCH DI 267
CHƯƠNG XII: THUỐC THỬ HỮU CƠ CHO ANION 272
XII.1. CURCUMIN 272
XII.2. MONOPYRAZOLONE VÀ BISPYRAZOLONE 275
XII.3. 2–AMINOPERIMIDINE 278






LỜI NÓI ĐẦU
Thuốc thử hữư cơ có nhiều ứng dụng trong hoá học phân tích, nó đã được sử dụng trong
phương pháp trọng lượng, chuẩn độ, trắc quang và trong các phép phân tích công cụ khác.
Trong phân tích trọng lượng, việc tìm ra thuốc thử 8-Hydroxyquinoline và dimethylglioxim
là một ví dụ điển hình. Trong phân tích thể tích, thuốc thử hữu cơ quan trọng nhất là EDTA
và những chất tương tự. Trong phân tích quang học, nhiều thuốc thử hữu cơ
tạo sản phẩm
có màu với ion kim loại, được dùng để phân tích dạng vết các ion kim loại. Ngày nay,
nghiên cứu thuốc thử hữu cơ hầu như có mặt khắp các phương pháp phân tích. Nó hổ trợ
cho việc tách, chiết, chỉ thị và các chức năng khác làm tăng độ nhạy của phép đo.
Do mỗi chất chỉ thị có tính chất riêng, đặc trưng riêng về màu và khả năng tạo
phức…nên nếu có những hiể

u biết cơ bản về thuốc thử hữu cơ sẽ giúp cho người làm công
tác phân tích chọn lựa đúng chỉ thị cho phép thử cũng như tìm các điều kiện tối ưu cho phản
ứng. Biết được tính chất của thuốc thử, nhà phân tích cũng có thể định hướng tổng hợp các
thuốc thử mới ưu việt hơn.
Tài liệu “Thuốc thử hữu cơ” gồ
m 2 phần: phần 1 bao gồm nội dung lý thuyết của Thuốc
thử hữu cơ và phần 2 là phần tra cứu các Thuốc thử hữu cơ và ứng dụng của chúng. Đối với
sinh viên chuyên ngành phân tích cần thiết nghiên cứu phần 1, khi làm chuyên đề và làm
khóa luận tốt nghiệp phải nghiên cứu phần 2. Nội dung phần 1 gồm các phần sau đây: Mở
đầu, Phân loại thuốc thử hữu cơ, Nhóm hoạt tính phân tích và nhóm chức phân tích, Những
lu
ận điểm cơ bản của về cơ chế phản ứng giữa ion vô cơ và thuốc thử hữu cơ, Liên kết hóa
học trong thuốc thử hữu cơ, Dự đoán phổ của thuốc thử, Tính toán một số hằng số của thuốc
thử hữu cơ và phức của chúng, Phân loại và giới thiệu tính chất phân tích của thuốc thử hữu
cơ, Các thu
ốc thử quan trọng
Chúng tôi trân trọng cảm ơn những ý kiến đóng góp của các bạn đọc gần xa để lần xuất
bản sau được hoàn chỉnh hơn.
Các tác giả



PHẦN I: LÝ THUYẾT THUỐC THỬ HỮU CƠ

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. ĐỊNH NGHĨA
Một hợp chất hoá học được sử dụng để phát hiện, xác định hay để tách trong quá trình
phân tích hoá học một chất hay hỗn hợp của nhiều chất được gọi là thuốc thử phân tích.
Do đó thuốc thử phân tích bao gồm cả những chất chỉ thị, chất điều chỉnh pH, dung d
ịch

rửa kết tủa…
Vậy một hợp chất chứa carbon (CO
2
, CO, CaCO
3
) bất kỳ hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp
được sử dụng trong hoá phân tích được gọi là chất phản ứng phân tích hữu cơ hoặc gọn hơn
là thuốc thử hữu cơ.
Nghiên cứu phản ánh giữa thuốc thử hữu cơ với ion vô cơ và ứng dụng nó vào phân tích
thực chất là nghiên cứu quá trình tạo phức. Sự phát triển lý thuyết hoá học trong những năm
gần đây và
đặc biệt là sự ứng dụng thuyết trường phối tử vào việc nghiên cứu các kim loại
chuyển tiếp và phức của chúng đã giúp các nhà khoa học nói chung và phân tích nói riêng
hiểu sâu sắc những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của phức chất, bản chất phổ hấp thụ của
chúng và những tính chất qúy giá khác. Chúng ta sẽ nghiên cứu thuốc thử hữu cơ trong
khung cảnh của những lý thuyế
t hiện đại này.
2. ƯU ĐIỂM CỦA THUỐC THỬ HỮU CƠ SO VỚI THUỐC THỬ VÔ CƠ
Thuốc thử hữu cơ có một số ưu điểm nổi bật so với thuốc thử vô cơ; vì vậy nó được sử
dụng rất rộng rãi trong thực tế của hoá phân tích.
1. Trước hết cần chú ý đến độ tan rất nhỏ của hợp ch
ất tạo bởi thuốc thử hữu cơ và ion
vô cơ. Vì vậy, người ta có thể rửa kết tủa cẩn thận để tách hết các chất bẩn mà không
sợ mất đi một lượng đáng kể ion cần xác định. Ngoài ra, hiện tượng kết tủa theo khi
dùng thuốc thử hữu cơ cũng chỉ rất ít.
2. Thuốc thử hữu cơ thường có trong lượng phân tử lớ
n do đó thành phần phần trăm
của ion được xác định trong hợp chất tạo thành với thuốc thử hữu cơ bao giờ cũng
thấp hơn trong bất kỳ hợp chất nào tạo thành bởi thuốc thử vô cơ.
Ví dụ:

Ion cần
Xác định
Hợp chất tạo thành giữa
Ion cần xác định với thuốc
thử
Thành phần % của ion
cần xác định trong hợp ch
ất tạo thành với thuốc
thử

Al3+
Oxyt nhôm
Oxyquinolinat nhôm
53,0
5,8

Tl+
Iodua Tali
Thionalidat tali
61,7
48,6

Thành phần phần trăm của ion được xác định thấp trong sản phẩm cuối cùng làm giảm
sai số tính toán, nghĩa là làm tăng độ chính xác của phương pháp phân tích. Mặt khác thể


tích kết tủa tạo thành bởi thuốc thử vô cơ (khi kết tủa 1 lượng ion cần xác định như nhau) do
đó độ nhạy của phản ứng tăng lên.
1. 3- Sản phẩm màu của thuốc thử hữu cơ với ion vô cơ, có cường độ màu lớn và trong
nhiều trường hợp có cường độ phát hùynh quang lớn, do đó người ta có thể phát hiện

cả những lượng vô cùng nhỏ ion vô cơ và
định lượng chúng bằng phương pháp đo
màu hoặc đo huỳnh quang một cách thuận lợi.
Thêm vào đó, những sản phẩm màu phần lớn là những hợp chất nội phức nên khá bền và dễ
chiết bằng dung môi hữu cơ lại là những thuận lợi khác rất đáng kể.
4- Cuối cùng cần chỉ ra rằng, do sự khác biệt của rất nhiều loại thuốc thử hữu cơ
nên người
ta có thể chọn trong mỗi trường hợp riêng biệt, thuốc thử thích hợp nhất và tìm những điều
kiện thuận lợi nhất cho phản ứng tiến hành và do đó phản ứng phân tích đạt độ nhạy và độ
lựa chọn cao.
3. MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA THUỐC THỬ HỮU CƠ
Khi nghiên cứu các thuốc thử hữu cơ người ta thường quan tâm đế
n các tính chất sau đây:
Độ tinh khiết: Trừ một số ít thuốc thử, hầu hết các hợp chất hữu cơ trên thị trường là không
tinh khiết. Tuỳ theo mỗi trường hợp, có thể yêu cầu được làm sạch. Ví dụ: Chloranil như là
một thuốc thử dịch chuyển điện tích với amino acid nên phải làm sạch trước khí sử dụng.
Đây là yêu cầu đầu tiên trong nghiên cứu các thuốc thử hữu cơ.
Độ tan: Độ tan của thuốc thử trong dung môi nào sẽ quyết định phương pháp phân tích của
thuốc thử ấy. Biết được độ tan chúng ta sẽ chủ động trong nghiên cứu.
Ví dụ: EDTA không tan tốt trong nước (môi trường trung tính). Để thay đổi độ tan của nó
thì cần trung hòa bằng một baz. 8-Hydroxyquinoline tan yếu trong nước, nó thường không
tan trong acid acetic ở dạng băng và pha loãng bằng nước, nếu phối tử hay phức của nó
không tan trong nước.
Áp suất hơi: Mộ
t phức có thể có áp suất hơi cao hơn các phức khác. Những dẫn xuất của
metoxy hay etoxy có áp suất hơi cao hơn những hợp chất “bố mẹ” của chúng. Dựa trên sự
khác nhau về áp suất hơi của các phối tử hay phức của chúng, một số chất được tách bằng
phương pháp sắc khí phổ.
Độ bền: Một số phức chelate rất bền trong dung môi trơ khi phức hình thành. Tuy nhiên,
một số ph

ức bền với nhiệt được tách bằng phương pháp chưng cất mà không bị phân huỷ.
Một vài phức nhạy với ánh sáng và không khí thì phải được bảo quản cẩn thận.
Độ phân cực: Độ phân cực của một phân tử cho biết độ tan của nó trong dung môi. Một
phân tử phân cực sẽ có thuận lợi trong dung môi chiết. Bên cạnh đó, sự tách dựa trên sự
phân cực hay không phân cực của phân tử chất được chi
ết được sử dụng một cách rộng rãi.
4. HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA THUỐC THỬ HỮU CƠ
Hiện nay, nghiên cứu thuốc thử hữu cơ đi vào các lĩnh vực chính sau đây:
1. Tổng hợp những thuốc thử hữu cơ mới.
2. Tìm các phương pháp phân tích mới theo hướng đơn giản, nhạy và chọn lọc.
3. Nghiên cứu tác động của các nhóm chức.
4. Nghiên cứu cấu trúc của thuốc thử
.
5. Nghiên cứu động học phản ứng.


6. Phức nhựa cây hữu cơ.
7. Các nhóm chiết.
8. Máy tính và chuyển hóa furier.
9. Nghiên cứu phức dịch chuyển điện tích.
10. Thuốc thử cho sự phát huỳnh quang và phát quang hóa học.
11. Chất họat động bề mặt.
12. Nghiên cứu trạng thái oxy hoá.