Phân loại thuốc thử hữu cơ

7


PHẦN I
LÝ THUYẾT THUỐC THỬ HỮU CƠ

CHƯƠNG 1
PHÂN LOẠI THUỐC THỬ HỮU CƠ

1.1. 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
dịch rửa kết tủa…
Vậy một hợp chất chứa carbon (trừ 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.
1.2. 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.
- Trước hết cần chú ý đến độ tan rất nhỏ của hợp chất 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.
- Thuốc thử hữu cơ thường có trọng lượng phân tử lớn 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 chất tạo thành với
thuốc thử

Al
3+

Oxyt nhôm
Oxyquinolinat nhôm
53,0
5,8

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.
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 chọn loc cao.
1.3. MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA THUỐC THỬ HỮU CƠ
Khi nghiên cứu các thuốc thử hữu cơ người ta thường quan tâm đến 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 bazo. 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: Một 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 phức 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


9


dựa trên sự phân cực hay không phân cực của phân tử chất được chiết được sử dụng
một cách rộng rãi.
1.4. 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.
Thuốc thử hữu cơ bao gồm rất nhiều loại nên cần thiết phải hệ thống hoá chúng.
1.5. PHÂN LOẠI THUỐC THỬ HỮU CƠ
1.5.1. Sự bất hợp lý của cách phân loại trong hoá hữu cơ
Người ta có thể phân loại thuốc thử hữu cơ theo nguyên tắc rất đơn giản, đó là
nguyên tắc phân loại trong hoá hữu cơ (theo các nhóm chức).
Sự phân loại này chỉ thuận lợi khi nghiên cứu những hợp chất đơn giản còn khi
nghiên cứu những hợp chất phức tạp nó tỏ ra không đáp ứng được yêu cầu và còn chứa
nhiều mâu thuẫn.
Theo sự phân loại đó thì những acid phenol carboxylic ở trong cùng một nhóm còn
những dihydroxybenzene thuộc về một nhóm khác.
So sánh m– và o–hydroxybenzoic acid với m– và o–dihydroxybenzene người ta
thấy rằng m–hydroxybenzoic acid và m–dihydroxybenzene (Resocsin) có rất ít tính
chất phân tích giống với o–hydroxybenzoic acid (salicylic acid) và o–
dihydroxybenzene (Pyrocatechin). Trong khi đó đặc tính phân tích của salixilic acid và
Pyrocatesin lại rất gần nhau. Sự đồng nhất tính chất phân tích trong trường hợp này
không phải là do trong phân tử có những nhóm chức như nhau mà do Pyrocatesin và
salicylic acid cùng có khả năng tạo nội phức lớn (nhờ nhóm tạo phức và nhóm tạo
muối ở vị trí ortho đối với nhau).
Ví dụ: chất màu

10


N N
O
2
N
OH


Phản ứng với hydroxide magie trong môi trường kiềm còn chất màu

Mặc dù cùng loại với hợp chất trên nhưng không cho phản ứng ấy.
Theo tính chất phân tích thì 8–oxyquinoline (I) và Anthranilic acid (II) tương đối
gần nhau hơn so với 8–oxyquinoline (I) và 7–oxyquinoline (III) hoặc là so với
antharanilic acid (II) và Paraaminobenzoic acid (IV)
Những dẫn chứng đã nêu trên chứng tỏ rằng cách phân loại thường dùng cho các
hợp chất hữu cơ, thì căn cứ vào các nhóm chức trong phân tử thuốc thử để phân loại là
không hợp lý.
1.5.2. Phân loại theo phản ứng phân tích có thuốc thử tham gia
Theo sự phân loại này, thuốc thử hữu cơ được chia thành 9 nhóm. 1- Những chất
tạo phức màu.2 - Những chất tạo muối. 3-Những chất có khả năng tạo những hợp chất
cộng hợp ít tan hoặc có màu đặc trưng. 4-Những chất chỉ thị. 5 -Những chất màu tạo
phức hấp thụ (sơn). 6-Những thuốc thử gây nên sự tổng hợp hữu cơ trong phản ứng,
ứng dụng vào phân tích. 7 -Những thuốc thử có khả năng tạo phức vòng với ion kim
loại (vòng theo thành hoặc là do liên kết hoá trị, liên kết phối tử hoặc là hỗn hợp cả hai
loại này). 8-Những chất oxy hoá. 9-Những chất khử.
Hệ thống phân loại này cũng mang nhiều mâu thuẫn nội tại:
1- Một chất có thể có trong những nhóm phân loại khác nhau.
Ví dụ: Alizarin có thể ở cả nhóm 5 và nhóm 7. Dipyridin cũng có thể ở cả nhóm 1

và nhóm 7.
N N
OH
O
2
N
OH
NH
2
COOH
NH2
H
2
N
COOH
OH
NH2
(I) (II) (III) (IV)


11


2- Tác dụng của những thuốc thử trong cùng một nhóm với những ion vô vơ lại có
những đặc tính khác nhau về nguyên tắc.
Ví dụ: Theo sự phân loại trên thì acid oxalic, ethylendiamine dimethylglyoxim phải
thuộc về nhóm 7 vì chúng đều tạo vòng với những ion kim loại.
Những bản chất và đặc tính của oxalat can-xi, triethylendiamino đồng sunfat,
dimethylglyoximat Ni lại khác nhau rất cơ bản (muối, muối phức, muối nội phức).
3- Sự tách riêng nhóm chất oxy hoá và chất khử là không hợp lý vì một chất tuỳ

thuộc điều kiện của phản ứng, có thể đóng vai trò chất khử hay chất oxy hoá.
Ví dụ: Methyl da cam.

Trong phản ứng với Chlor đóng vai trò chất khử còn trong phản ứng với Sn
2+
lại
đóng vai trò chất oxy hoá.
1.5.3. Phân loại theo Yoe
Yoe chia thuốc thử hữu cơ thành 11 nhóm lớn (theo mục đích sử dụng) và mỗi
nhóm lớn l l lại được chia thành nhiều nhóm nhỏ (theo cách phân loại trong nhóm hữu
cơ).
Vi dụ: Nhóm lớn thứ nhất là dung môi và chất lỏng rửa bao gồm nhiều nhóm nhỏ:
hydrocarbon, rượu, ester, ether, aldehydeketone…
Cách phân loại này thuận tiện cho việc chọn thuốc thử nhưng về cơ bản nó vẫn
mang những khuyết điểm của các cách phân loại kể trên.
Ví dụ: Pyrogallol, p–nitrobenzene–azo–resocsin, 8–oxyquinoline ở trong cùng một
nhóm nhưng cơ chế tác dụng của mỗi hợp chất đó với ion vô cơ lại rất khác nhau.
1.5.4. Phân loại theo FEIGL
Feigl chia thuốc thử thành 8 nhóm. Những thuốc thử tạo muối. Những thuốc thử
tạo muối phức. Những thuốc thử tạo muối nội phức. Những thuốc thử tạo muối hợp
chất hấp thụ. Những thuốc thử dùng trong những phản ứng tổng hợp hoặc phân huỷ
hữu cơ. Những thuốc thử là hệ oxy hoá khử hữu cơ. Những thuốc thử tham gia phản
ứng với ion vô cơ ở dạng chuyển vi nội phân. Những thuốc thử tham gia vào những
phản ứng xúc tác.
Mặc dù chưa thật hoàn hảo nhưng cách phân loại này có ưu điểm cơ bản là dựa trên
C
C
O
O
O

O
Ca
Cu
H
2
N
H
2
N
CH2
CH2
3
SO
4
N N
SO
3
Na
H
3
C
H
3
C
N