מהלך הניסוי 1
Transcription
מהלך הניסוי 1
מעבדה 1 מהלך הניסוי חלק א' -פעילות כימית של פחממנים רוויים ,בלתי רוויים וארומטיים מושגי יסוד :תגובות של אלקאנים ,אלקנים וחומרים ארומטיים כלים :מבחנות ,פיפטות הערה :ברום הינו נוזל קורוזיבי! במגע עם העור יכול לגרום לכוויות ובשאיפה שלו גורם לגירוי ופגיעה במערכת הנשימה .יש לעבוד איתו רק במנדף ולא להוציא כלים שהיה בהם ברום מחוץ למנדף! מהלך הניסוי: )1מספר/י מבחנות .1-6 כל הפעולות מעכשיו תתבצענה במנדף (כל החומרים נמצאים שם)!!! אחרי כל הוספה ,יש לפקוק את המבחנה!!! )2הכנס/י לכל אחת מהמבחנות את הממס הרלוונטי בכמות המתאימה ,כפי שמפורט בטבלה .1 )3הכנס/י לכל מבחנה את חומר המוצא הרלוונטי בכמות המתאימה ,כפי שמפורט בטבלה .1 )4א) הוסף/י למבחנות 5 ,2 ,1ו 6-כ 10-טיפות מתמיסה של 5%ברום בציקלוהקסאן וערבב/י. ב) עבור מבחנות 1ו 2-רשום/י את תצפיותיך. ג) עטוף/י בנייר כסף את מבחנה מס' .6את מבחנה מס' ( 5עם פקק) הנח/י מתחת למנורת שולחן .אחרי 15דקות ,רשום/י את תצפיותיך עבור מבחנות מס' 5ו.6- - במנדף -קרב/י לפי המבחנה שעמדה באור המנורה פיסת נייר לקמוס כחול רטוב .רשום/י את תצפיותיך והסבר/י. - במנדף -לתוך אותה מבחנה הכנס לעומק של כ 2-ס"מ מקל זכוכית שנטבל קודם בתמיסת אמוניה מרוכזת .רשום/י את תצפיותיך והסבר/י. - חזור/י על כל הפעולות עם מבחנה מס' 6לשם השוואה. )5הוסף/י למבחנות 3ו 4-כ 4-טיפות תמיסת 2% KMnO4וערבב/י .רשום/י את תצפיותיך. )6באותם מקרים שבהם התרחשו תגובות ,רשום/י משוואות כימיות המסבירות את התהליך. 1 טבלה :1 מס' מבחנה חומר מוצא (ריאגנט) ממס כ 2 -מ"ל 1 Br2 10טיפות KMnO4 4טיפות √ - צבע נצפה משוואה כימית 4טיפות √ - 2 - √ 4 4טיפות - √ 5 - √ - 6 - 4טיפות EtOH 3 4טיפות EtOH radiation - √ הכנסת טיפות תתבצע ע"י פיפטות חד פעמיות (מיד בתום השימוש בהן יש לזרוקן לפח המתאים) .אם חומרים נמצאים בבקבוקים עם פקקי טפי ,כמובן משתמשים בהם. חלק ב' -טכניקות ושיטות הפרדה מעבדתיות בידוד וזיהוי חומר צבע טבעי – ליקופן הקרוטנואידים ) (Carotenoidsמהווים קבוצה מיוחדת של טטראטרפנים הנפוצים גם בעולם החי וגם בעולם הצומח .הם מהווים פיגמנטים צהובים או אדומים .הם מורכבים משתי יחידות דיטרפניות קשורות "זנב לזנב" (בכל דיטרפן 4 -יחידות איזופרניות הקשורות ביניהן "ראש לזנב"). ליקופן נמצא בעגבניות ובפפריקה ,צבעו אדום והוא מכיל 11קשרים כפולים מצומדים .ליקופן הוא אחד מחומרי -האב )(Precursors הביוגנטיים של ויטמין .A מבנהו: CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 all trans lycopene H3C 2 CH3 CH3 CH3 CH3 לפי תכו נותיהם הפיזיקאליות ,שייכים הקרוטנואידים למשפחת הליפידים ,מאחר והם מסיסים היטב בממיסים אורגניים ואפשר ,לכן, למצותם מתוך הירקות הטריים על-ידי טיפול עם מתילן-כלוריד (ראה פרק מיצוי) ,ואפשר לנקותם על עמודה כרומטוגרפית. מאידך ,אפשר לזהותם על-ידי כרומטוגרפיה בשכבה דקה ( .)TLCבדרך זו ניתן לקבוע את מספרם ואת זהותם של הקרוטנואידים השונים במגוון של ירקות .צבעו של הליקופן נובע מהמספר הגדול של קשרים כפולים מצומדים (עיין בפרק ספקטרוסקופיה באור נראה ובאולטרה סגול). שבו תהיה בליעה מקסמילית של εmax בעזרת חוקי וודוורד אפשר להעריך בקירוב רב את אורך הגל λmax עפ"י שיעור התוספת לאורך הגל עבור כל יחידת קשר כפול. ספקטרום הבליעה האלקטרוני של ליקופן בתמיסת פטרול-אתר: מהלך הניסוי: בידוד הליקופן )1שקול/י כ 5-גרם רסק עגבניות לתוך בקבוק ארלנמאייר של 100מ"ל. )2הוסף/י 25מ"ל מתילן כלוריד. )3ערבב/י היטב וחמם/י בכלי פתוח על-גבי אמבט מים בטמפרטורה 35 - 40oCבמשך כ 5-דקות תוך טלטול מדי פעם. )4הכן/י בינתיים מערכת סינון בוואקום :בקבוק לסינון ,משפך ביכנר עם טבעת גומי ונייר סינון. א) פתח/י את היניקה (הואקום) ושפוך/י את תכולת הארלנמאייר אל תוך המשפך .אם יש צורך ,היעזר במעט מתילן כלוריד לשטיפה .המוצק שעל הנייר אינו נחוץ יותר .התסנין מכיל תמיסה צלולה ויבשה של חומר הצבע ליקופן (שמיצית) ,הנותן לעגבניה את צבעה. ב) העבר/י את התסנין למשפך מפריד בן 125מ"ל -שלב ראשון במיצוי. ג) הוסף/י כ 30-מ"ל מים מזוקקים ,פקוק/י ונער/י היטב תוך החזקת הפקק והברז בשתי ידיים (מה המטרה בביצוע פעולה זו?). ד) המתן/י מספר דקות להפרדת פאזות (מימית מאורגנית) ,הורד/י את פאזת המתילן כלוריד הצבועה לבקבוק ארלנמאייר של 100מ"ל. ה) הוסף/י כ -ספטולה אחת של נתרן-גופריתי אל-מימי ).(Na2SO4 ו) סנן/י דרך משפך רגיל ובו נייר סינון .תמיסה זו מתאימה לכרומטוגרפיה של שכבה דקה. זיהוי של הליקופן ייעשה במקרה זה על סמך הספקטרום הנראה שלו .רישום הספקטרום ייעשה במרוכז על-ידי המדריך (הדגמה בלבד) .משווים את ספקטרום חומר הצבע שבודדנו ,עם ספקטרום נתון של ליקופן אותנטי. 3 טכניקות עבודה שתי הדרכים החשובות ביותר שבהן ניתן להפריד תרכובת מבוקשת מאי-ניקיונות ,או לבודדה מתוך תערובת מרכיבים: מיצוי וכרומטוגרפיה .שתי השיטות מבוססות על התחלקות בין שתי פאזות. מיצוי – Extraction http://www.youtube.com/watch?v=CyIA8NhMUl4 אפשר להוציא תרכובת מתוך תערובת גולמית או מתמיסה ,ע"י העברתה לממס אחר ,בתנאי שאינו מתערבב בממס הראשון ,למשל העברת תרכובת מתמיסה מימית לתמיסה אורגנית .תהליך זה נקרא מיצוי .כשתרכובת אורגנית נמסה גם במים וגם בממס אורגני, ומטלטלים אותה היטב במשפך מפריד עם תערובת שני הממסים (הבלתי מתערבבים),מתחלקת התרכובת האורגנית בין שתי הפאזות. התחלקות תרכובת נתונה בין שתי פאזות נקבעת על-פי "עקרון החלוקה" ) ,(Partition Lawהאומר שכשמוסיפים למערכת של שני נוזלים בלתי-מתערבבים כמות מסוימת של חומר שלישי הנמס בכל אחד מהנוזלים ,התחלקות החומר בין שני הנוזלים הינה לפי יחס קבוע ,בטמפרטורה קבועה. ריכוז החומר בממס A =K קבוע ההתחלקות ריכוז החומר בממס B למיצוי תרכובות אורגניות מתוך תמיסות מימיות בוחרים בממיסים מתאימים .לדוגמה :כשהתרכובת לא פולארית ,משתמשים בממסים לא פולאריים. ממסים שימושיים ביותר הם אתר ( ,)Et2Oכלורופורם ( ,)CH3Clבנזן ( ,)C6H6פטרול-אתר ,דיכלורומתן ( )CH2Cl2ועוד. למיצוי מושלם יותר של חומר מתמיסה מימית ,מוסיפים לפעמים לתערובת הממסים מלח בישול .המלח נמס במים ,לעומת זאת החומר האורגני שמסיסותו במים אינה גדולה ,מסיסותו בתמיסת מלחים פולאריים קטנה עוד יותר .לתהליך "הוצאת התרכובת" מתוך המים ע"י מלחים קוראים "מילוח" ).(salting out מיצוי חוזר במספר גדול של מנות ממס קטנות ,עדיף על מיצוי במנה אחת גדולה של ממס ,כלומר – 5מיצויים ב 10-סמ"ק ממס ,יהיו יעילים הרבה יותר ממיצוי אחד ב 50-סמ"ק מאותו ממס. המיצוי נעשה בעזרת משפך מפריד .מכניסים את התמיסה המימית למשפך מפריד ,מוסיפים ממס אורגני .סוגרים את הפקק ומטלטלים היטב .את המשפך המפריד מחזיקים בשתי ידיים באופן ששני הפקקים מחוזקים (ציור מס' .)1מדי פעם משחררים את הלחץ העשוי להיווצר בתוך המשפך ,ע"י פתיחת הברז התחתון כשהוא מופנה כלפי מעלה (יש להזהר לא להפנות אותו כלפי אנשים אחרים!) .לאחר הטלטול משהים את המשפך בתנוחה זקופה ע"י הכנסתו לטבעת ברזל (ציור מס' .)2 . ציור מס' :2הפרדה בין שתי שכבות במשפך מפריד ציור מס' :1שימוש במשפך מפריד למיצוי 4 לאחר שהשכבות נפרדות בצורה ברורה ,פותחים את הפקק העליון ,ומפרידים בין השכבות על-ידי העברת השכבה התחתונה לארלנמאייר .יש לזכור שממסים אורגניים שמשקלם הסגולי נמוך משל מים (למשל אתר) יהוו את השכבה העליונה .ממסים הכבדים ממים (כגון כלורופורם) יהוו תמיד את השכבה התחתונה. זיהוי מרכיבים של תערובת סמי הרגעה בשיטת הכרומטוגרפיה בשכבה דקה )(TLC בניסוי זה תקבל/י תערובת סמי הרגעה ותזהה/י את מרכיביה על-פי שיטת הכרומטוגרפיה בשכבה דקה .התערובת מכילה: פנאצטין ואספירין הם סמי הרגעה ,את הקפאין מוסיפים לתרופות כדי לבטל את הרצון לשינה שהוא תופעת לוואי הקשורה בנטילת תרופות אלו. מהלך הניסוי: )1המבחנות המתברגות שברשותך ( )vialsמסומנות במספרים 1-4כדלקמן - 1 :קפאין - 2 ,פנאצטין - 3 ,אספירין - 4 ,תערובת. )2לפלטת TLCהמצופה בסיליקה ג'ל פלואורסצנטי ,הנח/י בעזרת הקפילרות "נקודות" של התמיסות 4 - 1בצורה הבאה: א) סמן/י את 4הנקודות בעדינות בעיפרון לאורך קו ישר במרחק של כ 0.5-ס"מ מתחתית הפלטה. ב) הספג/י כל קפילרה פעם אחת בפלטה (בסליקה ג'ל) קוטר הנקודה צריך להיות בערך 0.3מ"מ. ג) הכנס/י את פלטת הכרומטוגרפיה היבשה לתוך כוסית שמכילה מריץ (תערובת המריץ מכילה 60 :חלקים בנפח בנזן30 , אתר 9 ,חומצה אצטית 0.5 ,אתנול) .דאג/י שגובה המריץ בכוס יהיה נמוך מהקו שעליו הנחת את הנקודות (ראה/י ציורים בהקדמה) .את המריץ יש להכניס לכוס לפחות כרבע שעה לפני הכנסת הפלטה לתוכו כדי שהאוויר בפנים יהיה רווי באדי המריץ. ד) כסה/י את כוס המריץ בזכוכית שעון או צלחת פטרי .השגח/י שהחזית של המריץ תתקדם למרחק שלא יעלה על 0.3ס"מ מהקצה העליון של הפלטה .סמן/י בעזרת עפרון את מקום חזית הנוזל .הוצא/י את הפלטה הרטובה ותן/י לה להתייבש. ה) בחן/י את הכרומטוגרמה בעזרת מנורת .UVסמן/י בעיפרון את כל הנקודות שאותן זיהית על הפלטה .חשב/י את ה Rf -של כל כתם. 5 טכניקות עבודה -כרומטוגרפיה חשיבות השיטות הכרומטוגרפיות נובעת מכך שהן מאפשרות הפרדה בין מספר מרכיבים שנמצאים כתערובת ,על-ידי ניצול תכונת ההתחלקות השונה של כל אחד מהמרכיבים ,בין שתי הפאזות. ההתחלקות השונה של תרכובת בין שתי פאזות יכולה לנבוע: מהבדלי מסיסות ,היינו עקרון ההתחלקות )(partitioning מהבדלים בכושר הספיחה של הפאזה לגבי כל אחד ממרכיבי התערובת ) ;(adsorptionתהליך המבוסס על ספיחה סלקטיבית של המרכיבים השונים שבתערובת על אחת מן הפאזות. בכל שיטות הכרומטוגרפיה מתחלקת התרכובת בין פאזה ניידת ,ופאזה נייחת ).(stationary phase חמש שיטות הכרומטוגרפיה העיקריות הן )1( :כרומטוגרפיה בפאזה הגזית )(VPC or GC ( )2כרומטוגרפיה בעמודה )(LSC ( )3כרומטוגרפיה בשכבה דקה )(TLC ( )4כרומטוגרפיית נייר )(PC ( )5כרומטוגרפיית נוזל )(LLC כרומטוגרפיה בשכבה דקה )(TLC עקרונות הכרומטוגרפיה בשכבה דקה ) (Thin Layer Chromatographyזהים לעקרונות ההפרדה בעמודה .בשיטה זו המספח המוצק מרוח בצורת שכבה דקה על פלטה של זכוכית או של חומר פלסטי קשיח .מניחים טיפה מתמיסת התערובת להפרדה על הפלטה ,קרוב לקצה האחד שלה (ציור .)5את הפלטה מכניסים למיכל פיתוח מיוחד ,או לכוס שאפשר לכסותה בזכוכית שעון (ציור .)6מכניסים למיכל נוזל מפתח בכמות קטנה באופן שפני הנוזל יהיו נמוכים מהטיפה שעל הפלטה .הנוזל עולה בפלטה (עלייה בנימיות המספח) ,וסוחף איתו את מרכיבי הטיפה השונים במהירויות שונות .כשהמפתח מגיע קרוב לקצה העליון של הפלטה ,מגיעים מרכיבי התערובת למרחקים שונים לפי ההתחלקות השונה של כל אחד מהם בין המוצק המספח לבין הממס המפתח. ציור מס' :5הכנת פלטה TLC ציור מס' :6כרומוטוגרפיה בשכבה דקה שרטוט סכמטי של שתי נקודות 1ו 2-של חומרים שעברו כרומטוגרפיה על שכבה דקה מובא בציור .7היחס בין מרחק הנדידה של החומר לבין מרחק הנדידה של הממס יחסית לנקודת המוצא (הקו עליו הונחה הטיפה) נקרא .(Rate of Flow) RF 6 ציור מס' :7הפרדה של תערובת המכילה 2חומרים (משמאל לפני ההפרדה ,מימין אחרי) זהו גודל קבוע עבור חומר מסויים בתנאים נתונים ,ומאפשר אִפיון של החומר. כשהמרכיבים צבועים ,אפשר לראותם במישרין על הפלטה .אם הם חסרי צבע יש צורך לבצע על הפלטה אחרי סוף ההרצה תהליך (ריאקציה) שיאפשר לקבל תוצרים צבעוניים נראים לעין. אחת השיטות היא הכנסת הפלטה למיכל המכיל אדי יוד .יוד יוצר תרכובות קומפלקסיות צבועות עם רוב התרכובות האורגניות .כן נוהגים לרסס את הפלטות בריאגנטים ספציפיים לסוגי תרכובות שונים ,היוצרים תרכובות צבועות על הפלטה. שיטה אחרת לזהות חומרים על פלטת TLCהיא להסתכל על הפלטה באור אולטרה-סגול .כאשר מקרינים על הפלטה אור באורך גל של 265nmהיא נראית צהובה-ירקרקה (כי הפלטה עצמה היא פלואורסנטית תחת אור באורך הגל הזה .חומרים פלואורסנטיים בולעים אור באורך גל מסוים ופולטים אור באורך גל אחר ,גבוה יותר) אם יש על הפלטה חומרים שגם בולעים אור באורך הגל הזה ,הם ייראו כנקודות כהות על הפלטה כי הם מונעים את הפלואורסנציה במקומות בהם הם נמצאים .לכן השיטה הזאת מאפשרת לזהות חומרים שבולעים באורך הגל המוקרן .חומרים שלא בולעים באורך הגל הזה לא ייראו בשיטה זו. 7 חלק ג' -הכנה של 4-4'-di-tert-butyl-1,1'-diphenylלפי תגובת Friedel-Crafts מושגי יסוד :תגובות אצילציה ואלקילציה של פרידל קראפטס (כולל שחלופים) ,שימוש ב reflux ,rotor evaporator -וגיבוש מחדש. תגובת Friedel-Craftsהיא אחת התגובות האופייניות של תרכובות ארומטיות להכנסת קבוצה אלקילית R-או אצילית ,RCO-בעזרת שימוש בחומצת Lewisכגון .AlCl3 בתור חומר ארומטי נשתמש לא בבנזן (לאור החשש שחשיפה ממושכת לחומר זה גורמת לסרטן הדם) ,אלא בדיפניל ,במהלך הבא: דיפניל הינו חומר מוצק זול ,אשר משמש כהגנה על פרי ההדר שלנו בפני הזבוב הים-תיכוני בזמן היצוא לארצות אירופה (הכמות שעל האריזה של כל תפוז מחושבת כך שהכל מתנדף לפני הגעת המשלוח לחו"ל ,כך שלא יהיה תירוץ לשלטונות שם לפסול את הפרי ,בטענה שהוא "מטופל על-ידי כימיקלים"!) .דיפניל הינו יותר פעיל מאשר בנזן בתגובות .Friedel-Crafts מהלך הניסוי: )1הכנס/י לארלנמייר של 125מ"ל 2.0גר' ( 0.013מול) של דיפניל 4 ,מ"ל ( 0.036מול) של טרצ-בוטיל כלוריד ו 15-מ"ל של מתילן כלוריד ).(CH2Cl2 )2תוך ערבוב מתמיד ולאחר שהמגיבים התמוססו ,קרר/י היטב באמבט קרח והוסף/י (במנדף) 0.1 AlCl3גר' לאט (כל זוג יקבל את החומר שקול ב vial-סגור). נפלט גז ( HClבדוק/י בעזרת נייר לקמוס כחול). הורד/י את אמבט הקרח וחמם/י קצת את הארלנמייר עד לרתיחה של הממס ולא יותר. )3לאחר כ 60 -דקות של בחישה כשהבקבוק פתוח ,הפסק/י את החימום והוסף/י לבקבוק כמה גושי קרח קטנים ו 2.5-סמ"ק HCl מרוכזת. )4לאחר הפשרת הקרח ,העבר/י את התמיסה הדו-שכבתית למשפך מפריט .הפרד/י את השכבה האורגנית התחתונה. )5החזר/י אותה למשפך המפריט ,לאחר שפיכת השכבה המימית ,ושטוף/י שנית עם 25מ"ל .10% HCl )6הפרד/י את הפאזה האורגנית התחתונה וייבש/י בתוך ארלנמאיר מעל CaCl2אלמימי. )7סנן/י את התמיסה לתוך ארלנמייר (שקול עם שליף) של 50מ"ל. )8נדף/י את הדיכלורומתאן ב .rotor evaporator-מתקבל מוצק לבן (לא בהכרח) .שקול/י! )9בצע/י גיבוש מחדש בתוך אותו ארלנמייר עם אתנול אבסולוטי תוך כדי .refluxלאחר המסת הגבישים מפסיקים את ה,reflux- פוקקים את התמיסה ומשאירים לגיבוש איטי ללילה. )10סנן/י את הגבישים בוואקום ורחץ/י באתנול קר .שקול/י! מדוד/י את נקודת היתוך של התוצר. 8 בצע/י TLCעם כמות זעירה של גבישי תוצר וגבישי דיפניל בדיכלורומתאן כאשר המריץ הוא הקסאן. שימוש במודלים )1בנה/י מודלים של: cis-decalin trans-decalin )2ציקלופנטן יכול להתקיים רק אם הגיאומטריה סביב הקשר הכפול היא .CISהשתמש/י במודלים מולקולריים לצורך קביעה של מספר הפחמנים הדרושים בתרכובת טבעתית בלתי רוויה ,כדי לאפשר שהגיאומטריה סביב הקשר הכפול תהיה .TRANS )3מי מהתרכובות הבאות הן כיראליות? השתמש/י במודלים מולקולריים לאישור תשובתך. cis-trans-4-methyl-2,5-heptadiene 4-chlorocyclopentene 3-chlorocyclopentene 9