Окраска комплекса с йодом

Крахмал представляет собой природный полимер. Причем крахмал не индивидуальное вещество, а смесь двух полимеров состава (С₆Н₁₀О₅) _n – амилозы ( 10–20 % ) и амилопектина (80–90 %), состоящих из остатков a — D -глюкозы. Для амилозы n = 200–1000, а для амилопектина – 6000–40000. Таким образом, молярная масса амилопектина может достигать 10 6 г/моль и даже больших значений (10 6 –10 9 г/моль). Амилоза и амилопектин относятся к гомополисахаридам. Амилоза имеет линейное строение, а амилопектин – разветвленное. Особенности пространственного строения амилозы связаны с конфигурацией гликозидной связи. При образовании молекулы амилозы остатки глюкозы связываются между собой аксиальными a (1 ® 4)-гликозидными связями.

Полимерная цепь амилопектина также образована a (1 ® 4)-гликозидными связями. Разветвление цепи происходит за счет a (1 ® 6)-гликозидных связей и наблюдается через 20–25 остатков D -глюкозы. В результате молекула амилозы образует спираль, на каждый виток которой приходится 6 остатков глюкозы:

Макромолекула амилопектина шарообразна. Имеются данные о незначительном присутствии (до 1 %) в структуре амилопектина также гликозидных связей a (1 ® 3).

Один из терминальных (концевых) остатков глюкозы в полимерной цепи является невосстанавливающим, а другой обладает восстановительной активностью из-за цикло—оксо-таутомерии. Однако из-за крайне низкой доли восстанавливающих терминальных остатков глюкозы в крахмале, он не проявляет внешних признаков реакций, характерных для альдегидной формы глюкозы.

В целом крахмал – это белое твердое вещество без запаха и вкуса, малорастворимое в холодной воде, набухающее в горячей с образованием клейстера. Однако растворимость в воде компонентов крахмала неодинакова. Амилоза хорошо растворяется в теплой воде, а амилопектин – плохо. Он образует коллоидные растворы. На различной растворимости в воде основан метод разделения компонентов крахмала. При растирании крахмала слышится характерный скрип.

Крахмал подвергается кислотному гидролизу, который протекает ступенчато и беспорядочно. При расщеплении он сначала превращается в полимеры с меньшей степенью полимеризации – декстрины , потом в дисахарид мальтозу, и в итоге – в глюкозу. Таким образом, получается целый набор сахаридов.

Крахмал гидролизуется ферментом a —амилазой (содержится в слюне и выделяется поджелудочной железой), расщепляющей беспорядочно a (1 ® 4)-гликозидные связи. b -Амилаза (присутствует в солоде) действует на a (1 ® 4)-гликозидные связи, начиная с невосстанавливающего терминального остатка глюкозы, и последовательно отщепляет от полимерной цепи молекулы дисахарида мальтозы. Глюкоамилаза (содержится в плесневых грибах), подобно двум другим амилазам, гидролизует a (1 ® 4)-гликозидные связи, последовательно отщепляя остатки D -глюкозы, начиная от невосстанавливающего конца. Селективное расщепление a (1 ® 6)-гликозидных связей амилопектина происходит a -1,6-глюкозидазами , например, изоамилазой или пуллуланазой.

Амилаза, выделенная из Bacillus macerans , способна превращать крахмал в циклические продукты (циклодекстрины, декстрины Шардингера), в которых степень полимеризации равна 6–8, а остатки глюкоз связываются a (1 ® 4)-гликозидными связями.

Являясь многоатомным спиртом, крахмал образует простые и сложные эфиры. Характерной качественной реакцией на крахмал является его реакция с йодом ( йодкрахмальная реакция ):

При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение включения ( клатрат ) канального типа. Клатрат – это комплексное соединение, в котором частицы одного вещества («молекулы-гости») внедряются в кристаллическую структуру «молекул-хозяев». В роли «молекул-хозяев» выступают молекулы амилозы, а «гостями» являются молекулы йода. Молекулы йода располагаются в канале спирали диаметром

1 нм, создаваемой молекулой амилозы, в виде цепей ××× I ××× I ××× I ××× I ××× I ××× . Попадая в спираль, молекулы йода испытывают сильное влияние со стороны своего окружения (ОН-групп), в результате чего увеличивается длина связи I – I до 0,306 нм (в молекуле йода длина связи 0,267 нм). Причем эта длина едина для всех атомов йода в цепи. Данный процесс сопровождается изменением бурой окраски йода на сине-фиолетовую ( l _макс 620–680 нм). Амилопектин, в отличие от амилозы, дает с йодом красно-фиолетовое окрашивание ( l _макс 520–555 нм).

Низкомолекулярные декстрины начинают проявлять внешние признаки реакций альдегидной формы глюкозы, т.к. по мере уменьшения полимерной цепи растет доля восстанавливающих терминальных остатков глюкозы.

Опыт № 2 ДО СИНЕЙ ОКРАСКИ, ЕСЛИ НЕ НАГРЕВАТЬ

Предварительные сведения. Коллоидный раствор крахмала после добавления в него раствора йода синеет. Йодную пробу используют для качественного обнаружения крахмала. Крахмал — самый распространенный запасной углевод растений. Крахмал относится к классу полисахаридов и состоит из двух основных фракций – амилозы (линейная) и амилопектина (разветвленная).

Амилоза представляет собой длинную линейную цепь остатков циклических молекул глюкозы, соединенных через атомы кислорода. Полимерные цепи амилозы в пространстве образуют спирали. Молекулы йода внедряются во внутренний канал этой спирали и образуют комплексы синего цвета (соединения включения). При нагревании комплексные соединения разрушаются, и следствием этого является обесцвечивание раствора. При охлаждении идет обратный процесс.

Амилопектин состоит из тех же самых остатков циклических молекул глюкозы, но имеет разветвленное строение. Внешне амилопектин напоминает глобулу (шар).

Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале зависит от вида растения. В среднем, в крахмале содержится 25% амилозы и 75% амилопектина. Важнейшим свойством крахмала является гидролиз.

Порядок выполнения:

Добавьте 1 каплю йодной настойки к 10 мл воды (раствор слабо-желтый). Это индикатор для обнаружения крахмала.

Налейте в две другие пробирки по 1 мл раствора крахмала и добавьте в каждую пробирку по две капли приготовленного Вами раствора йода.

Нагрейте одну из пробирок на водяной бане. Вторую оставьте в штативе (пробирка сравнения).

Охладите нагретую пробирку холодной водой из-под крана.

Наблюдения:

1 Как меняется цвет раствора крахмала в пробирке при добавлении раствора йода?

2. Как изменился цвет раствора при нагревании и последующем охла-ждении?

Выводы:

1. Объясните, почему раствор картофельного крахмала дает синее ок-рашивание при взаимодействии с йодом.

2. Объясните, почему при нагревании эта окраска исчезает.

3. Почему коллоидный раствор рисового крахмала не дает синего ок-рашивания при взаимодействии с йодом?

4. Почему из клетчатки (целлюлозы) получают волокно, а из крахмала нет?

Опыт № 3 ДЕНАТУРАЦИЯ БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ –

ПОЛЬЗА ИЛИ ВРЕД?

Предварительные сведения. Белки – это природные полимеры, построенные из остатков α – аминокислот.

Важным свойством белков является их способность к осаждению. Обратимое осаждение называют высаливанием, а необратимое осаждение – денатурацией. Денатурация – процесс необратимого разрушения пространственной структуры белка, при котором нарушается четвертичная, третичная, а в ряде случаев и вторичная структуры белка.

Денатурацию вызывают: нагрев, УФ-облучение, ионизирующая радиация, ультразвук, действие сильных кислот и щелочей, солей тяжелых металлов.

Белки под влиянием перечисленных факторов теряют свои природные свойства и активность. Внешне это выражается в свертывании и выпадении их в осадок. С химической точки зрения разрываются водородные связи, разрушаются дисульфидные и солевые мостики, но сама полипептидная цепь не разрушается, первичная структура сохраняется.

Денатурация белков обычно сопровождается понижением их растворимости, увеличением вязкости и потерей биологической активности. Все пищевые продукты, обработанные с применением высоких температур, содержат денатурированный белок (тепловая денатурация). Денатурированный белок легче переваривается и дольше хранится.

Важное значение имеет денатурация под действием кислот, примером которой служит скисание молока.

Денатурация может проходить также под влиянием солей тяжелых металлов, однако она, как правило, играет отрицательную роль: способствует дезактивации ферментов, и особенно белков, содержащих серу.

Часть 1 ОСАЖДЕНИЕ БЕЛКОВ ХЛОРИДОМ НАТРИЯ

Порядок выполнения:

1. Внесите в пробирку 7 капель раствора белка.

2. Добавьте в нее небольшими порциями при постоянном встряхивании несколько кристаллов хлорида натрия NaCl.

3. Добавьте воду до полного растворения осадка.

Наблюдения:

Опишите происходящие изменения в пробирках.

Вывод:

1. В чем заключается воздействие на белок солей легких металлов (хлорида натрия, сульфата магния)?

2. Как называется данный вид осаждения?

Часть 2 ОСАЖДЕНИЕ БЕЛКОВ СОЛЯМИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Порядок выполнения опыта:

1. Налейте в пробирку 7 капель раствора белка.

2. Добавьте в нее 2-3 капли насыщенного раствора ацетата свинца (CH₃COO)₂Pb.

3. Добавьте в пробирку 3 мл воды.

Наблюдения:

1. Наблюдается ли помутнение раствора?

2. Что происходит с осадком при добавлении воды?

Выводы:

1. Как называется данный вид осаждения?

2. Какая структура белков изменятся под действием солей тяжелых металлов?

3. Какие внешние факторы вызывают данный вид осаждения?

4. С какой целью при отравлении солями тяжелых металлов рекомен-дуют употреблять в пищу молоко и сырые яйца?

Соединение крахмала с йодом

Крахмал представляет собой природный полимер. Причем крахмал не индивидуальное вещество, а смесь двух полимеров состава (С6Н10О5)n — амилозы (10-20 %) и амилопектина (80-90 %), состоящих из остатков a-D-глюкозы. Для амилозы n = 200-1000, а для амилопектина — 6000-40000. Таким образом, молярная масса амилопектина может достигать 106 г/моль и даже больших значений (106-109 г/моль). Амилоза и амилопектин относятся к гомополисахаридам. Амилоза имеет линейное строение, а амилопектин — разветвленное. Особенности пространственного строения амилозы связаны с конфигурацией гликозидной связи. При образовании молекулы амилозы остатки глюкозы связываются между собой аксиальными б(1>4)-гликозидными связями.

Полимерная цепь амилопектина также образована б(1>4)-гликозидными связями. Разветвление цепи происходит за счет б(1>6)-гликозидных связей и наблюдается через 20-25 остатков D-глюкозы. В результате молекула амилозы образует спираль, на каждый виток которой приходится 6 остатков глюкозы:

Макромолекула амилопектина шарообразна. Имеются данные о незначительном присутствии (до 1 %) в структуре амилопектина также гликозидных связей б(1>3).

Один из терминальных (концевых) остатков глюкозы в полимерной цепи является не восстанавливающим, а другой обладает восстановительной активностью из-за цикло-оксо-таутомерии. Однако из-за крайне низкой доли восстанавливающих терминальных остатков глюкозы в крахмале, он не проявляет внешних признаков реакций, характерных для альдегидной формы глюкозы.

В целом крахмал — это белое твердое вещество без запаха и вкуса, малорастворимое в холодной воде, набухающее в горячей с образованием клейстера. Однако растворимость в воде компонентов крахмала неодинакова. Амилоза хорошо растворяется в теплой воде, а амилопектин — плохо. Он образует коллоидные растворы. На различной растворимости в воде основан метод разделения компонентов крахмала. При растирании крахмала слышится характерный скрип.

Читать еще: Что попробовать крымская кухня

Крахмал подвергается кислотному гидролизу, который протекает ступенчато и беспорядочно. При расщеплении он сначала превращается в полимеры с меньшей степенью полимеризации — декстрины, потом в дисахарид мальтозу, и в итоге — в глюкозу. Таким образом, получается целый набор сахаридов.

Крахмал гидролизуется ферментом a-амилазой (содержится в слюне и выделяется поджелудочной железой), расщепляющей беспорядочно б(1>4)-гликозидные связи. в-Амилоза (присутствует в солоде) действует на б(1>4)-гликозидные связи, начиная с невосстанавливающего терминального остатка глюкозы, и последовательно отщепляет от полимерной цепи молекулы дисахарида мальтозы. Глюкоамилоза (содержится в плесневых грибах), подобно двум другим амилозам, гидролизует б(1>4)-гликозидные связи, последовательно отщепляя остатки D-глюкозы, начиная от н евосстанавливающего конца. Селективное расщепление б(1>6)-гликозидных связей амилопектина происходит б-1,6-глюкозидазами, например, изоамилозой или пуллуланозой.

Амилоза, выделенная из Bacillus macerans, способна превращать крахмал в циклические продукты (циклодекстрины, декстрины Шардингера), в которых степень полимеризации равна 6-8, а остатки глюкоз связываются б(1>4)-гликозидными связями.

Являясь многоатомным спиртом, крахмал образует простые и сложные эфиры. Характерной качественной реакцией на крахмал является его реакция с йодом (йодкрахмальная реакция):

При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение включения (клатрат) канального типа. Клатрат — это комплексное соединение, в котором частицы одного вещества («молекулы-гости») внедряются в кристаллическую структуру «молекул-хозяев». В роли «молекул-хозяев» выступают молекулы амилозы, а «гостями» являются молекулы йода. Молекулы йода располагаются в канале спирали диаметром

1 нм, создаваемой молекулой амилозы, в виде цепей . I. I. I. I. I. Попадая в спираль, молекулы йода испытывают сильное влияние со стороны своего окружения (ОН-групп), в результате чего увеличивается длина связи I-I до 0,306 нм (в молекуле йода длина связи 0,267 нм). Причем эта длина едина для всех атомов йода в цепи. Данный процесс сопровождается изменением бурой окраски йода на сине-фиолетовую (lмакс 620-680 нм). Амилопектин, в отличие от амилозы, дает с йодом красно-фиолетовое окрашивание (lмакс 520-555 нм).

Декстрины, образующиеся при термической обработке крахмала, кислотном или ферментативном гидролизе, также реагируют с йодом. Однако цвет комплекса сильно зависит от молярной массы полимера (см. таблицу 1). Низкомолекулярные декстрины начинают проявлять внешние признаки реакций альдегидной формы глюкозы, т.к. по мере уменьшения полимерной цепи растет доля восстанавливающих терминальных остатков глюкозы.

Таблица 1 — Цветные реакции декстринов с йодом

Окраска иода в различных растворах

Пояснение. Одной из наиболее отличительных черт иода является видимая глазом зависимость окраски растворов этого вещества от природы растворителя. В неполярных растворителях растворы иода окрашены почти точно так же как и пары (максимум поглощения света лежит в сине-зеленой области спектра; проходящие лучи, соответствующие по волновым характеристикам фиолетовому и красному цвету, обуславливают характерную пурпурно-фиолетовую окраску). По мере увеличения полярности растворителя окраска растворов изменяется через вишневую (бензол, толуол) к оранжево-бурой (спирты, азотистые органические соединения, кетоны и т.д.). Причиной этого считается возможность образования комплексов переноса заряда, причем растворитель (обычно – полярный) служит в таком взаимодействии донором электронов, а иод – акцептором:

(II.1)

(II.2)

где в (II.1) и (II.2) A обозначает молекулу растворителя.

В некоторых работах предполагается, что оранжево-бурая (“коньячная”) окраска почти в любых электронодонорных растворителях обусловлена присутствием именно трииодид-иона. Реакционная способность йода в растворах зависит от положения равновесий (II.1) и (II.2) (что проявляется визуально в положении окраски в ряду от пурпурно-фиолетовой до оранжевого-бурой). Так, в растворах “коньячного” цвета иод проявляет большую реакционную способность, чем в пурпурно-фиолетовых. Растворы вишневых оттенков проявляют промежуточную активность.

Продолжение опыта. В пять больших пробирок поместить по одинаковому на вид кусочку йода (на миллиметровой бумаге стандартный кусочек должен занимать примерно одну клеточку, т.е. иметь размер около 1 мм в поперечнике). В первую пробирку добавить (при помощи мерной пипетки) 2,3 мл воды, во вторую – 7 мл этилового спирта (96 об.%), в третью – 11 мл диоксана, в четвертую – 13 мл толуола и, наконец, в пятую – 12 мл четырехлористого углерода. Образующиеся растворы – при условии полного растворения иода – должны иметь примерно одинаковую молярную концентрацию йода (количество растворителя везде близко к 1 /₈ моль). Для увеличения скорости растворения иода пробирки со 2 по 5 можно прогреть на водяной бане или в стакане с горячей водой, после чего привести к комнатной температуре. Отметить цвет образующихся растворов и интенсивность окраски в каждой из пробирок. Отметить, что в первой пробирке растворения крупинки иода почти не произошло. Ввести в эту пробирку иодид калия (полную лопатку шпателя) и перемешать содержимое.

· Растворился ли теперь иод? Какую окраску приобрел раствор, и какова ее интенсивность в сравнении с другими растворами? Какова роль иодида калия в растворении иода в воде? ·

Факультативно. Проверить, зависит ли окраска растворов брома от природы тех же растворителей.

Сравнение реакционной способности растворов иода в разных растворителях. В каждый из пяти растворов ввести по кусочку медной фольги (примерно одинаковой площади) и засечь время до обесцвечивания каждого из растворов.

Экстракция иода и других галогенов из водных растворов. Подготовить три обычные пробирки. В первой из них приготовить насыщенный раствор иода в водно-спиртовой смеси (в соотношении воды к этиловому спирту 3:1; спирт добавляется для повышения растворимости иода). Пробирка должна быть заполнена раствором примерно наполовину. Во вторую и третью пробирку добавить такие же объемы бромной и хлорной воды соответственно. Далее в каждую из трех пробирок ввести по 1 мл четыреххлористого углерода и энергично встряхнуть содержимое. Примерно через минуту рассмотреть цвет каждого из двух слоев в пробирках, где находились иодная и бромная вода. Сделать вывод о коэффициенте распределения йода и брома между водой и четыреххлористым углеродом. Для доказательства заметного присутствия хлора в растворе CCl₄, извлечь этот раствор (нижний из двух слоев) при помощи бюретки и перелить его в пробирку, содержащую концентрированный раствор KI. Наблюдать окрашивание слоя четыреххлористого углерода.

· Как этот опыт доказывает заметную растворимость хлора в CCl₄? ·

Работа 2.4. Галогены в степени окисления ‑1. Фториды, хлориды, бромиды, иодиды и их свойства. (Опыт серии A.)

а) Гидролиз галогенидов щелочных металлов. Водные растворы фторида, бифторида, хлорида, бромида и иодида калия (или натрия) испытать действием индикаторной бумаги. Как можно объяснить высокие значения pH водных растворов фторидов щелочных металлов? Записать соответствующее уравнение гидролиза этой соли. Почему для фторидов существуют не только средние, но и кислые соли?

Лекция 7. Препараты галогенов и галогенидов

Препараты галогенов.

1.1.Препараты солей хлорноватистой кислоты (гипохлориты).

Гипохлориты-получают при взаимодействии хлора с гидроксидами щелочных металлов:

2NaОН + Сl₂ = NaClО + NaCl +Н₂О

Промышленный способ получения гипохлоритов заключается в электролизе хлоридов калия или натрия. Испытания на подлинность, количественное определение и применение гипохлоритов связано с окислительными свойствами этих солей. Гипохлориты легко разрушаются под действием света, температуры, кислот, углекислого газа. Распад может происходить по трем направлениям:

А) Хлоратный распад

3СlО — = СlО₃ — + 2Сl —

Б) Кислородный распад

В) Хлорный распад (в присутствии хлоридов)

В растворах гипохлоритов чаще всего содержатся примеси хлоридов, поэтому основной распад протекает по третьей схеме с выделением элементарного хлора, что и используется в медицинской практике для обеззараживания помещений, оборудования и других материалов. Широко применяется известь хлорная или ДТСГК (дву-трети основная соль гипохлорита кальция). Принято описывать ее состав следующими формулами:

Известь хлорная содержит около 32% активного хлора. Следует обратить внимание на условия ее хранения: в сухом, темном прохладном месте, хорошо закупоренную, т.к. свет, углекислота, вода ее разрушают:

Известь хлорную применяют как дезинфицирующее средство в сухом виде и в виде растворов 0,2-5%. С той же целью используют и иные гипохлориты.

1.2.Препараты йода. Источники получения йода – буровые воды и морские водоросли. До 0,3% йода содержится в Чилийской селитре. В качестве лекарственных форм используются следующие:

— Йод
— Раствор йода спиртовой 5%
— Раствор йода спиртовой 10%
— Растворы йода 1 и 2%
— Йодопирон (комплекс с поливинилпирролидоном)
— Йодинол (комплекс с поливиниловым спиртом)
— Йодонат (водный раствор ПВА с йодом)
— Йодопирон(ПВП с калием йодидом и йодом).

Йод плохо растворим в воде, растворим в органических растворителях. В водных растворах йодидов он образует комплексы различного состава: К[I]₃; К[I]₅; К[I]₉.

Подлинность препарата и лекарственных форм йода устанавливают с помощью очень специфической реакции. Она основана на образовании продукта синего цвета при взаимодействии йода и крахмального клейстера. При кипячении окраска исчезает и появляется снова при охлаждении. Было установлено, что этот продукт является комплексом включения. В качестве примесей регламентируются йодциан – токсичная примесь и хлориды. Для установления примеси йодциана используют характерную реакцию обнаружения цианид-иона по образованию берлинской лазури (гексацианоферрат (П) железа (Ш) натрия):

примесь хлоридов устанавливают после обесцвечивания раствора йода сернистой кислотой. Для раствором ьнитрата серебра в присутствии аммиака осаждают йодид-ион (йодид серебра нерастворим в аммиаке). Примесь хлорида серебра растворяется с образованием аммиаката серебра и остается в фильтрате. Фильтрат подкисляют азотной кислотой и определяют качественно наличие хлорид-ионов по мути (опалесценции) раствора:

Количественно йод определяют титрованием тиосульфатом натрия в присутствии индикатора – крахмала. Навеску йода предварительно растворяют в водном растворе йодида калия. Реакцию оксиелния тиосульфата натрия йодом широко используют в фармацевтическом анализе. Общепринято упрощенное написание этой реакции:

В реальности процесс протекает через комплексное соединение йодида калия.

1.3.Препараты галогенидов

К этой группе можно отнести препараты бескислородных соединений галогенов:

Фармакопейными препаратами галогенидов являются:

НСl – Acidum hydrochloricum 24,8 – 25,2%

Ac. Hydrochloricum dilutum 8,2-8,4%

Cоли галогеноводородных кислот (галиды)

Галогеноводородные кислоты

NaCl – Natrii chloridum

KCl – Kalii chloridum

NaBr – Natrii bromidum

KBr – Kalii bromidum

KI – Kalii iodidum

NaI — Natrii iodidum

НСl — хлороводородная (соляная) кислота,

НВr — бромоводородная кислота,

HI — иодоводородная кислота

1.3.1.Кислота хлористоводородная (соляная).

Кислоту получают растворением хлористого водорода в воде. Промышленная кислота содержит до 37% хлористого водорода и имеет плотность 1,19.

В фармакопее включено два препарата соляной кислоты:

1. Раствор соляной кислоты с содержанием хлористого водорода 24,8-25,2% и плотностью 1,122-1,124 и раствор соляной кислоты с содержанием хлористого водорода 8,2-8,4% и плотностью 1,038-1,039. Качественный анализ на хлорид ион – азотнокислое серебро по нерастворимому осадку хлористого серебра, который легко растворяется в аммиаке с образованием аммиаката серебра:

Хлорид-ион обнаруживают по выделению элементарного хлора при обработке хлористым марганцем или перманганатом калия.

Количественное определение проводится прямым титрованием раствором гидроксида натрия с индикатором метиловым оранжевым, можно определять и методом аргентоиметрического титрования по хлорид-иону. Достаточно достоверно определять чистую соляную кислоту по плотности. В медицине используют только разбавленную кислоту соляную при недостаточности желудочного сока ( по 10-15 капель на стакан воды).

1.3.2. Препараты галогенидов.

По физическим свойствам соли галогенводородных кислот имеют много общего. Все это, как правило, белые кристаллические вещества, имеющие различную кристаллическую решетку и форму кристаллов. Имеют горько-соленый вкус. Растворимы в воде, причем хлориды менее, чем йодиды.

Методы получения. Хлорид натрия получают из соляных копей (каменная соль- смесь хлорида натрия и калия с примесью хлори-дов щелочноземельных металлов и бромидов) и выпариванием воды из соляных озер. Очистку до фармакопейного хлористого натрия проводят перекристаллизацией и выпариванием из кислого раствора поваренной соли.

Хлорид калия получают одновременно с хлоридом натрия из каменной соли – сильвинит, хлорид калия выделяют методом флотации.

Бромиды и йодиды получают обычно из соответствующих солей железа. Методы очистки одинаковы – перекристаллизация из воды с добавлением соответствующих галогенводородных кислот, что снижает растворимость солей в воде.

Испытания галогенидов на подлинность.

Подлинность. Определение катионов.

К +
1. Фиолетовое окрашивание пламени
2. Катион калия можно также обнаружить реакцией с винной кислотой (в нейтральной или уксуснокислой среде) по образованию белого кристаллического осадка:

3. Соли калия в уксусно-кислой среде образуют с гексанитрокобальтатом (III) натрия желтый кристаллический осадок:

Na +
1. Окрашивание пламени в желтый цвет.
2. Na + +Zn[(UO₂)₃(CH₃COO)₈] + CH ₃ COOH + H₂O → Na Zn[(UO₂)₃CH₃COO)₉]· 9H₂O↓
3. Na + + K[Sb(OH)₆] → Na[Sb(OH)₆]↓ + K +
4. Тринитрофенол также образует нерастворимую соль натрия:

Определение анионов

1. Групповая реакция с AgNO₃ – все галогениды под действием раствора AgNO₃ в присутствии HNO₃ дают творожистый осадок. Галогениды серебра отличаются друг от друга по цвету и по растворимости в растворе аммиака.

Галогениды

Цвет осадка

Произведение растворимости

Растворимость в растворе аммиака

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИТАМИНА «С» МЕТОДОМ ЙОДОМЕТРИИ

Идёт приём заявок

Подать заявку

Для учеников 1-11 классов и дошкольников

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИТАМИНА «С» МЕТОДОМ ЙОДОМЕТРИИ

Борисова Л.Р. , Михайлов А.С., Тачкова М.А., 8 класс

МБОУ г. Астрахани «Средняя общеобразовательная школа №28»

Бондаренко В.В., учитель химии

МБОУ г. Астрахани «Средняя общеобразовательная школа №28»

Пикулина Н.Ю. – научный руководитель, магистрант 1-го года обучения

ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет»

В Эдинбурге в XVIII веке студент-медик обнаружил, что цитрусовые эффективно лечат от цинги. Лишь спустя 2 столетия выяснили, что веществом, лечащим мучительную болезнь, является аскорбиновая кислота или витамин С. Синтезировать удалось его только в 1928 году из лимонного сока .

Аскорбиновая кислота представляет собой органическое соединение, родственное глюкозе, в виде белого кристаллического порошка кислого вкуса. Выполняет биологические функции восстановителя и кофермента некоторых метаболических процессов, является антиоксидантом.

Организм человека не может самостоятельно синтезировать аскорбиновую кислоту, она поступает в наш организм вместе с пищей. Основной источник витамина С для человека – овощи, фрукты и ягоды.

Определение витамина «С» методом иодометрии

Анализ основывается на взаимодействии витамина «С» с иодом [2; 5 ; 6 , с. 270 – 276]. Раствор иода (I ₂ ) способен окислять аскорбиновую кислоту с образованием бесцветной дегидроаскорбиновой кислоты, ионов водорода и иодид-ионов I — .

Иод витамин С дегидроаскор- ионы иодид-ионы

Избыток иода определяют титрованием раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала:

Анализ выполнялся методом титрования: постепенное добавление известного количества одного из реагентов к другому до тех пор, пока определяемое вещество не прореагирует полностью. В этот момент происходит изменение цвета или какой-либо другой характеристики. Таким образом, появление устойчивой синей окраски означает конец титрования [ 6 , с.275 – 276].

А) Определение коэффициента пересчета (количество витамина «С», реагирующее с 1 мл раствора иода).

Сначала оттитруем раствор витамина «С» известной концентрации. Это поможет определить коэффициент пересчета, который выражает массу аскорбиновой кислоты, реагирующей с 1 мг используемого нами раствора иода. На основании этих данных можно рассчитать, сколько витамина «С» содержится в 25 мл исследуемого раствора.

Отмер яем 25 мл раствора витамина «С» в колбу емкостью 125 мл.

Добав ляем 10 капель 1%-ной суспензии крахмала.

Б юретку н аполн яем раствором й ода. Запис ываем начальный объем.

Медленно, по каплям, добавля ем раствор й ода к анализируемому раствору, постоянно его взбалтывая. Добавляем , пока не достигнем конечной точки титрования (синяя окраска устойчива более чем 20 с). Для удобства наблюдения под колбу под ложим лист белой бумаги.

Запис ываем конечный объем жидкости в бюретке. Рассчит ываем , какое количество й ода израсходовано.

Рассчит ываем коэффициент пересчета, разделив 25 мг витамина «С» (столько его было в колбе) на объем (в мл) используемого раствора иода.

Запи шем это значение в соответствующий столбик таблицы (размерность: мг витамина «С»/ мл раствора й ода).

Б) Определение витамина «С» в растительных объектах

Отмерить 25 мл образца в колбу емкостью 125 мл.

Выполн яем пункты 2 – 3 первой части методики. Уч итываем , что окраска анализируемого раствора может изменять цвет комплекса крахмала с й одом. Так , красный цвет раствора в сочетании с синей окраской комплекса приведет к тому, что в конце титрования появится фиолетовое окрашивание.

Запис ываем количество миллилитров использованного раствора й ода в таблицу. Т уда же впишем и величину коэффициента пересчета, определенную выше.

Выполн яем расчеты, необходимые для определения массы витамина «С» (в мг), находящегося в 25 мл образца.

Расположить исследованные образцы в порядке уменьшения содержания витамина «С».

В) рекомендации В.Н. Волкова и М.Л. Давтяна [2, c.50].

Отмерить 10 мл сока, добавить 10 мл 2%-ной соляной кислоты и 20 мл раствора иода (0,005 моль-экв/л). Оставить в темном месте на 3–5 мин, добавить 2 мл крахмала, разбавляя водой до 100 мл. Титрование провести раствором тиосульфата натрия (0,01 моль-экв/л) до обесцвечивания.

Содержание аскорбиновой кислоты (ω,%) вычислить по формуле:

где: V ₁ – объем раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование холостой пробы (10 мл раствора иода), мл; V ₂ – объем раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование пробы с соком, мл; С – концентрация раствора тиосульфата натрия, моль-экв/л; 88 – молярная масса эквивалента аскорбиновой кислоты, г/моль-экв.

1%-ный раствор крахмала готовили непосредственно перед опытом;

спиртовой раствор иода – к 10 мл 5%-ного раствора иода приливали 25 мл спирта и 25 мл дистиллированной воды;

спиртовую растительную вытяжку разбавляли 10 мл дистиллированной воды.

Заключение и выводы:

1. В результате проведения научно-исследовательской работы изучена информация о витамине С (аскорбиновой кислоте) в литературных источниках и Интернете.

2. Для количественного определения содержания витамина С использовали один из вариантов титриметрического анализа – метод йодометрии.

3. Экспериментальным путем определили содержание аскорбиновой кислоты в наиболее востребованных овощах, фруктах, ягодах и фруктовых соках: яблоке, груше, цитрусовых фруктах, шиповнике (свежем и сушеном), капусте белокочанной (свежей и квашенной), свекле столовой, моркови, а также в соках: яблочном, грушевом, гранатовом и д.р.

Результаты исследования показали, что методы окислительно-восстановительного титрования являются наиболее значимыми, дешевыми и безопасными, а так же методические рекомендации возможно использовать в практике определения качественного состава овощей, фруктов, фруктовых соков.

1. Васильева П.Д. Химический эксперимент в проектах школьников: Учебно-методическое пособие / П.Д. Васильева, Э.Ф. Матвеева, Т.В. Хондяева, Н.В. Багрова; под общ. ред. П.Д. Васильевой – Астрахань: Издатель: Сорокин Р.В., 2015. -128 с.

2. Волков В.Н., Давтян М.Л. Фруктовые соки: определение химического состава и качества // Химия в школе,2013. – №3. – С.45 – 51

3. Коренман Я. И. Практикум по аналитической химии: анализ пищевых продуктов. М.: КолосС, 2005. – 295 с.

4. Матвеева Э.Ф. Обучение студентов химического факультета приемам техники безопасности и охраны труда / Э.Ф. Матвеева, Т.А. Колесникова // Безопасность жизнедеятельности.– 2013. – №10. – С.47 – 52

5. Солодова В. И., Волкова Л. А., Волков В. Н. Определение витамина C в овощах и фруктах. // Химия в школе. – 2002. — №6. – С. 63-66.

6. Химия и общество: пер. с англ. /Под ред. М.Ю. Гольдфельда. – М.: Мир, 1995. – 560 с.

7. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (Аналитика). В 2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа: Учеб. для вузов. – 2-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2003.–559с.: ил.

Химия в криминалистике

4.2. Распознавание чернил методом бумажной хроматографии.

При расследовании преступлений достаточно часто приходится отвечать на вопрос, какой ручкой, какими чернилами была записана та или иная информация? Зная, что компоненты пасты из шариковых ручек различаются у разных производителей, мы использовали метод бумажной хроматографии для идентификации надписи.

На полоске бумаги для хроматографии нанесли несколько пятен разными образцами паст шариковых ручек (Фото 7), и только 2 пятна из них соответствовали одному стержню.

Перед нами стоял вопрос: можем ли мы, наблюдая за хроматограммой, найти 2 одинаковых образца? На пятна пасты мы наносили по каплям растворитель (спирт этиловый) и наблюдали за разделением красителя (Фото 5, Фото 6). Через некоторое время обнаружилось, что оттенки красителей различаются. Поэтому мы смогли без труда, по хроматограммам, идентифицировать 2 одинаковых пятна . Объяснение этому – различная скорость движения молекул красителей.

4.3. Применение качественных химических реакций для распознавания различных примесей.

4.3.1. Определение наития белка в образцах жидкостей.

В криминалистике очень часто приходиться отвечать на вопросы, связанные с отравлениями различными веществами, в том числе и белковой природы.

Обычно яды, содержащие в качестве активного начала вещества белковой природы, включают также минорные белковые компоненты и ряд органических и неорганических веществ, определяющих в совокупности физиологическую активность и характер токсичного действия. По этой причине яды белковой природы принято классифицировать по видам животных, вырабатывающих яд и характеризовать как целый яд, так и его наиболее значимые компоненты.

Белковые яды животных.

Белковые яды служат как для защиты от хищников, так и для поражения добычи. Такие белки и пептиды содержатся в ядах большинства животных (например, змей, скорпионов, стрекающих,…). Содержащиеся в ядах белки имеют различные механизмы действия. Так, яды гадюковых змей часто содержат фермент фосфолипазу, который вызывает разрушение клеточных мембран и, как следствие, гемолиз эритроцитов и геморрагию. В яде аспидов преобладают нейротоксины; например, в яде крайтов содержатся белки а-бунгаротоксин (блокатор никотиновых рецепторов ацетилхолина и (3-бунгаротоксин(вызывает постоянное выделение ацетилхолина из нервных окончаний и тем самым истощение его запасов); совместное действие этих ядов вызывает смерть от паралича мышц.

Бактериальные белковые яды.

Бактериальные белковые яды – ботулотоксин; токсин тетаноспазмин, вырабатываемый возбудителями столбняка, дифтерийный токсин возбудителя дифтерии; холерный токсин. Многие из них являются смесью нескольких белков с разным механизмом действия. Некоторые бактериальные токсины белковой природы являются очень сильными ядами; компоненты ботулотоксина – наиболее ядовитое из известных природных веществ.

Токсины патогенных бактерий рода Clostridium, видимо, требуются анаэробным бактериям для воздействия на весь организм в целом, чтобы привести его к смерти – это дает бактериям «безнаказанно» питаться и размножаться, затем сильно увеличив свою популяцию, покинуть организм в виде спор.

Биологическое значение токсинов многих других бактерий точно не известно.

Белковые яды растений.

Биологическое значение токсинов многих других бактерий точно не известно.

Белковые яды растений.

У растений в качестве ядов обычно выступают вещества небелковой природы (алкалоиды, гликозиды и другие). Однако у растений встречаются и белковые токсины. Так, в семенах клещевины (растения семейства молочайные) содержится белковых токсин рицин. Этот токсин проникает в цитоплазму клеток кишечника, и его ферментативная субъединица, воздействуя на рибосомы, необратимо блокирует трансляцию.

Токсичные центры продуцируют некоторые грибы рода Penicillium и синие водоросли Microcystic, а также различные виды семейств: омеловые, бобовые, тыквенные.

Человеку известны и бактериальные белковые яды – ботулотоксин , дифтерийный токсин, холерный токсин и токсины столбняка.

Через некоторое время стало видно, что одна из проб приобрела более фиолетовую окраску, по сравнению с другой. Это указало на то, что она содержит примесь белка.

Идентифицировать белковое загрязнение можно с помощью биуретовой реакции – взаимодействие предлагаемого белка с гидроксидом меди в щелочной среде. При наличии белкового загрязнения должно образоваться сине-фиолетовое окрашивание. Впервые биуретовая реакция описана в 19 в. для простого соединения — биурета (NHj—СО—N11— СО—NH2). Для опробования метода определения наличия белка в воде, мы добавили несколько капель водорастворимого белка в одну из пробирок с водой и провели биуретовую реакцию (взаимодействие со свежеприготовленным гидроксидом меди Си(ОН)г). В 1833 году немецкий ученый Ф. Розе открыл биуретовую реакцию на белки – одну из основных цветных реакций на белковые вещества и их производные в настоящее время. Был сделан также вывод о том, что это самая чувствительная реакция на белок, поэтому она в то время привлекла наибольшее внимание химиков.

4.3.2 Распознавание пятен крови с помощью роданида аммония.

Мы попробовали использовать еще один метод для идентификации пятен крови. Он более простой и доступный. Способ основан на взаимодействии Fe +3 содержащегося в гемоглобине крови, с раствором роданида аммония.

Одним из важных практических приложений аналитической химии является судебно- медицинская экспертиза. Зачастую именно химические методы анализа позволяют восстановить правильную картину преступления.

Всегда ли можно считать красные пятна на месте преступления однозначным свидетельством кровопролития? В 1995 году во время слушания дела об убийстве в уголовном суде Лос- Анджелеса защита прибегла к неожиданному трюку, заявив, что обнаруженные на вещественных доказательствах пятна крови являются на самом деле следами кетчупа.

Опишем опыт, который мы провели для того, чтобы определить, на какой из двух тканей находится пятно крови или кетчупа.

В 2 часовых стекла наливаем горячую воду.

На эти стёкла вымываем образцы крови и кетчупа, из белой ткани, на которую они были нанесены (Фото 9).

Добавляем пару капель роданида аммония в каждый раствор.

Видим, что только один раствор окрасился в красно-коричневый цвет, что свидетельствует о наличии железа. Следовательно, это кровь (Фото 10).

Следует отметить, что данная реакция проявляется, но не дает четкого ответа, потому что цвет полученного смыва с кровавого пятна и цвет роданида железа очень похожи и выявить изменения сложно.

4.3.3. Обнаружение пятен крови с помощью пероксида водорода.

Одним из методов экспресс-анализа на кровь в судмедэкспертизе является цветная реакция окисления фенолфталеина, которую несложно воспроизвести в школьной лаборатории. Метод основан на окислении фенолфталеина перекисью (пероксидом) водорода, катализируемом гемогруппой гемоглобина крови. При этом раствор фенолфталеина из бесцветного становится красным.

Основной раствор реагента готовят растворением 2 граммов фенолфталеина и 20 грамм гидроксида калия в 100 граммах дистиллированной воды. Затем при перемешивании добавляют 20 грамм порошкообразного цинка до обесцвечивания раствора. Основной раствор хранят в закрытой тёмной ёмкости с избытком цинка (это позволяет поддерживать фенолфталеин в восстановленной форме). Рабочий раствор реагента готовят разведением основного раствора этанолом в соотношении 1:5.

У нас имеется образец ткани с неизвестным пятном. Выясним, кровь ли это?

Слегка смачиваем влажным бумажным тампоном образец пятна.

Затем добавляем пару капель щелочного раствора фенолфталеина (Фото 10).

Теперь добавляем пероксид водорода (Фото 11).

Мы видим, что появился розовый оттенок на ткани, следовательно, – это кровь.

4.3.4. Определение наличия метилового спирта в растворе этанола.

Метанол (прежние названия: древесный спирт, метиловый спирт, оксиметан, карбинол) представляет собой летучую бесцветную жидкость. Легко воспламеняется. Пары его образуют взрывоопасные смеси. Метанол хорошо растворяется в спиртах и ряде органических веществ, легко смешивается с водой в любых пропорциях. По запаху, цвету и вкусу метанол имеет сходство с винным спиртом, что увеличивает опасность этого яда.

Метанол является сильным и опасным для человека ядом. Он может проникать в организм при вдыхании воздуха, насыщенного его парами, через кожу, при мытье рук и смачивании одежды. Однако самый частый и наиболее опасный путь отравления метанолом — попадание яда внутрь. Смертельная доза метанола при попадании внутрь равна 30 г. Известны случаи отравления с тяжелыми последствиями всего лишь 5—10 г метанола.

Попадая в организм, метанол сильно поражает нервную и сердечно- сосудистую системы. Особенно активно он воздействует на зрительный нерв и сетчатую оболочку глаза. Вследствие этого одним из признаков отравления метанолом является слепота, которая остается на всю жизнь. Особенностью метанола является быстрое всасывание из желудочно-кишечного тракта в кровь и медленное выделение его из организма. Принятый внутрь, метанол выделяется с мочой и с выдыхаемым воздухом в течение 7 суток. Кроме того, метанол обладает кумулятивными свойствами— при повторном употреблении малых доз яд накапливается в организме, создавая опасную и смертельную концентрацию. Благодаря этим свойствам возможно также хроническое отравление человека. Вот почему опасны для жизни не только чистый метанол, но и жидкости, содержащие этот яд в сравнительно небольших количествах – от 1 до 10%. В этиловом (винном) спирте, получаемом из древесины, который применяется для различных технических целей, обнаруживается метанол в количестве от 6 до 12%. Наибольшую опасность для общества принятие некачественного (содержащего метанол) алкоголя. Ниже представлена трагичная статистика.

Определить следы метанола можно, зная его химические свойства. Метанол в кислой среде окисляется сильным окислителем до углекислого газа, а этанол – до уксусной кислоты.

Мы приготовили 2 пробирки с раствором этанола и со смесью этанола и метанола. После добавления концентрированной серной кислоты и перманганата калия наблюдали в одной из пробирок непродолжительное выделение газа. Следовательно, в этой пробирке этиловый спирт был загрязнен метанолом (Фото 13).

4.3.5. Обнаружение примесей крахмала в мёде.

Недобросовестные торговцы с целью получения большей прибыли от удешевления своего товара достаточно часто разбавляют молодой жидкий мёд крахмалом, тем самым «утяжеляя» ег: Такие примеси легко обнаружить, используя всего лишь раствор йода.

При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение включения (клатрат) канального типа. Клатрат – это комплексное соединение, в котором частицы одного вещества | ■ молекулы-гости») внедряются в кристаллическую структуру «молекул-хозяев». В роли молекул-хозяев» выступают молекулы амилозы, а «гостями» являются молекулы йода. Молекулы йода располагаются в канале спирали диаметром 1 нм, создаваемой молекулой амилозы, в виде цепей. Попадая в спираль, молекулы йода испытывают сильное влияние со сторонь: своего окружения (ОН-групп), в результате чего увеличивается длина связи I-I до 0,306 нм ( в молекуле йода длина связи 0,267 нм). Причем эта длина едина для всех атомов йода г лепи Данный процесс сопровождается изменением бурой окраски йода на сине-фиолетовую _(макс620-680нм). Амилопектин, в отличие от амилозы, дает с йодом красно-фиолетовое окрашивание (макс 520-555 нм).