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 + NH2OHHCl + 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 F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II 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 + NH2OHHCl + 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) F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II 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 F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II 10 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! F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II 11 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. F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II 12 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 13 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 14 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 15 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 16