4-Methoxy-2-(2’-nitrofenylazo)fenol
Reakce:
Reakcí primárních aminů a kyseliny dusité v kyselém prostředí vznikají diazoniové
soli. Roztoky aromatických diazoniových solí jsou stálé pouze při nízkých teplotách.
Diazoniové soli jsou slabé elektrofily, elektrofilní aromatickou substitucí aromátů bohatých
na elektronovou hustotu vznikají často barevné azosloučeniny.
NH2
NO2
NaNO2 / HCl, 0 oC
N
NO2
N
Cl
O
H3CO
Na
N
N
HO
OCH3
NO2
–NaCl
Postup:
V kádince o objemu 250 cm3 smísíme 0,02 mol hydroxidu sodného, 0,1 mol uhličitanu
sodného, 0,02 mol 4-methoxyfenolu a 60 cm3 vody, směs zahříváme (nevařit!)
a mícháme v digestoři. Vzniklý roztok potom ochladíme na 0 ◦C. V další kádince
o objemu 100 cm3 si připravíme roztok diazoniové soli – 0,02 mol o-nitroanilinu důkladně
rozmícháme s 5,4 cm3 35% kyseliny chlorovodíkové a přidáme 10 g ledu. Pak
pomalu za míchání přilijeme ochlazený roztok 1,5 g dusitanu sodného v 5 cm3 vody,
který jsme připravili v další kádince o objemu 50 cm3. Suspenzi intenzivně mícháme
15 minut, aby došlo k úplnému rozpuštění o-nitroanilinu. Ukončení reakce indikujeme
pomocí jodidoškrobového papírku. Stále kontrolujeme teplotu směsi, která by
se měla pohybovat v rozmezí 0–5 ◦C. Připravenou diazoniovou sůl poté zfiltrujeme
přímo do již dříve připraveného roztoku 4-methoxyfenolátu sodného ochlazeného na
teplotu nižší než 10 ◦C. Filtrační nálevku předchladíme v ledové drti. Teplotu
diazoniové soli během filtrace udržujeme stále v rozmezí 0 až 5 ◦C tak, že
přímo na filtr ve filtrační nálevce přidáváme kousky ledu. Během filtrace roztok 4-methoxyfenolátu
sodného neustále intenzivně mícháme. Po přikapání diazoniové
soli necháme temně fialovou suspenzi azobarviva stát asi 30 minut za laboratorní
teploty za občasného promíchání. Barvivo odsajeme a důkladně promyjeme vodou.
Část surového produktu (60 mg) přečistíme pomocí sloupcové chromatografie, zbytek
barviva rekrystalizujeme z ethanolu s využitím aktivního uhlí jako sorbentu.
Několik krystalů surového produktu však uchováme pro stanovení teploty tání a jako
srovnávací vzorek pro tenkovrstvou chromatografii. Stanovíme teploty tání surového,
rekrystalizovaného a chromatografií čištěného barviva a vzorky také analyzujeme pomocí
tenkovrstvé chromatografie na vrstvě silikagelu s toluenem jako mobilní fází.
Výsledky srovnáme a určíme, která čistící metoda je účinnější.
Vlastnosti:
Tabelovaná hodnota teploty tání produktu je 133–135 ◦C.
1
Doplňující otázky:
1. Proč provádíme kopulaci v slabě alkalickém prostředí? Proč by však reakce
prostředí neměla být silně alkalická?
2. Do jaké skupiny reakcí byste kopulaci zařadili?
3. Proč musíme při přípravě diazoniové soli udržovat teplotu v rozmezí 0 až 5 ◦C?
4. Vysvětlete funkci jodidoškrobového papírku.
5. Připravené azobarvivo – 4-methoxy-2-(2’-nitrofenylazo)fenol – může existovat
v několika tautomerních formách. Pokuste se nakreslit jejich struktury.
Dělení produktů reakce pomocí sloupcové chromatografie:
Produkty reakce budeme separovat na sloupci silikagelu s užitím toluenu jako mobilní
fáze. Při provádění sloupcové chromatografie obvykle používáme množství silikagelu
odpovídající přibližně třicetinásobku hmotnosti separované látky, v našem případě
bude poměr vyšší. Chromatografickou kolonu budeme plnit suspenzí sorbentu v rozpouštědle,
což je metoda obvykle užívaná pro silikagelové sloupce. Abychom dosáhli
co nejlepší dělící účinnosti, udržujeme naplněnou chromatografickou kolonu v dostatečné
vzdálenosti od zdrojů tepla, také ji nevystavujeme přímému slunečnímu světlu.
Jednotlivé fáze dělení látek pomocí sloupcové chromatografie jsou zachyceny na obrázcích
36a–l.
1. Na stojan upevníme ve svislé pozici plášť chromatografické kolony. Trubičku
vedoucí ke kohoutu ucpeme smotkem vaty, vatu pečlivě upěchujeme dlouhou
skleněnou tyčinkou tak, aby mezerami nemohly unikat pevné části náplně kolony.
Zúženou část dna kolony nad vatovou ucpávkou pak vyplníme mořským
pískem.
2. Mořský písek na dně kolony převrstvíme asi 10 cm vysokým sloupcem mobilní
fáze. Je potřeba postupovat opatrně, aby nedošlo k rozvíření mořského písku.
Pokud vzniknou nerovnosti na povrchu mořského písku, je možné jej vyrovnat
opatrným poklepáním na plášť kolony (Obrázek 36a).
3. Do kádinky o objemu 400 cm3 navážíme silikagel (23−24 g), silikagel smísíme
s malým množstvím mobilní fáze a vzniklou suspenzi důkladně mícháme několik
minut, až přestanou ze silikagelu unikat bublinky a silikagel je dobře smáčen
mobilní fází. Suspenzi můžeme na několik minut ponořit do ultrazvukové lázně
pro urychlení procesu.
4. Přes širokou násypku vlijeme pomalu suspenzi silikagelu do kolony, je potřeba
postupovat opatrně, aby nedošlo k rozvíření mořského písku na dně a silikagel
v koloně sedimentoval rovnoměrně. Celou dobu přilévání suspenzi v kádince
mícháme tyčinkou, aby nedošlo k jejímu usazení. Po vlití suspenze otevřeme
2
kohout kolony a necháme mobilní fázi odcházet do čisté kádinky a sledujeme
usazování silikagelu (Obrázek 36b). Po usazení silikagelu by měla nad jeho
sloupcem zůstat několikacentimetrová vrstva mobilní fáze. Na konec chromatografické
kolony nasadíme redukci s pryžovým balonkem, stlačením balonku
zvýšíme tlak nad sloupcem mobilní fáze, čímž se urychlí odtok mobilní fáze.
Zavřeme kohout v okamžiku, kdy nad sloupcem silikagelu zbývají asi 2 cm mobilní
fáze (Obrázek 36c). Při všech operacích dbáme na to, aby sloupec
silikagelu nevyschnul a nedošlo tak ke znehodnocení naplněné kolony!
Na sloupec silikagelu položíme kolečko filtračního papíru a poté nasypeme asi
půlcentimetrovou vrstvu mořského písku. Pokud s chromatografickou kolonou
nepracujeme, uzavřeme ji zábrusovou zátkou, aby mobilní fáze nevysychala.
5. Ve zkumavce rozpustíme 50–60 mg surového produktu v 0,5 cm3 mobilní fáze.
Otevřeme kohout chromatografické kolony a necháme odtékat mobilní fázi tak
dlouho, až vyschne mořský písek na sloupci silikagelu. Pozor, nesmí dojít
k vyschnutí samotného silikagelu! Roztok látky v mobilní fázi naneseme
rovnoměrně pomocí pipety na vrstvu mořského písku (Obrázek 36d). Opět necháme
odtéct takové množství mobilní fáze, až dojde k vyschnutí mořského
písku. Mořský písek opatrně převrstvíme pomocí pipety malým množstvím
mobilní fáze, otevřeme kohout a opět vypouštíme mobilní fázi do vyschnutí
mořského písku (Obrázek 36e). Postup opakujeme tak dlouho, až se mobilní
fáze, kterou převrstvujeme písek, nebarví dělenou směsí barviv. V tomto okamžiku
můžeme nad sloupec silikagelu nalít větší množství mobilní fáze a začít
s chromatografickým dělením (Obrázek 36f).
6. Otevřeme kohout kolony a vycházející mobilní fázi zachycujeme do čisté kádinky.
Pozorujeme pohyb barevných zón sloupcem kolony s proudem mobilní
fáze (Obrázek 36g). Díky tomu, že separované látky jsou barevné, můžeme se
přesvědčit o nedokonalostech v plnění chromatografické kolony. Po dobrém naplnění
by ve sloupci neměly zůstat kanálky, kterými by mohla kapalina proudit
rychleji, či dokonce bublinky vzduchu. Mobilní fáze by měla proudit v celém
průřezu sloupce stejně rychle. Když se první barevná zóna přiblíží k spodnímu
konci kolony, začneme roztok vytékající k kolony jímat do očíslovaných zkumavek,
malých kádinek nebo Erlenmeyerových baněk (Obrázek 36h). Velikost
jednotlivých frakcí by měla být 10–15 cm3 (Obrázek 36i). V jímání pokračujeme
tak dlouho, až je z kolony vymyt produkt reakce. Pravidelně sledujeme
výšku hladiny mobilní fáze a mobilní fázi podle potřeby doplňujeme, aby nedošlo
k vyschnutí sloupce silikagelu (Obrázek 36j).
7. Analyzujeme zachycené frakce (Obrázek 36k) pomocí tenkovrstvé chromatografie
(TLC). Na jednu TLC destičku naneseme vedle sebe jednotlivé frakce a
pro srovnání také roztok surového produktu. Identifikujeme frakce obsahující
pouze žádaný produkt, tyto frakce spojíme a roztok pečlivě odpaříme na rotační
vakuové odparce.
3
8. Stanovíme výtěžek čistého produktu a jeho teplotu tání. Provedeme také tenkovrstvou
chromatografii, pomocí které srovnáme složení surového produktu,
rekrystalizovaného produktu a produktu získaného z chromatografického dělení.
Stanovíme také Rf hlavního produktu reakce. V protokolu poté výsledky
okomentujeme!
9. Po skončení chromatografického dělení necháme vytéct všechnu mobilní fázi
z kolony, poté na vývod kolony nasadíme zátku s vyvrtaným otvorem a nasadíme
na odsávací baňku. Baňku připojíme ke zdroji vakua a necháme sloupcem
silikagelu procházet vzduch tak dlouho, až dojde k jeho vyschnutí (Obrázek 36l).
Poté silikagel vysypeme do nádoby na chemické odpady.
10. Všechny odpadní roztoky obsahující toluen stejně jako toluen odpařený na rotační
vakuové odparce lijeme do označených odpadních lahví!
4
Obrázky 36a–d: Dělení azobarviv pomocí sloupcové chromatografie.
5
Obrázky 36e–h: Dělení azobarviv pomocí sloupcové chromatografie.
6
Obrázky 36i–l: Dělení azobarviv pomocí sloupcové chromatografie.
7