II. ГИДРОКСИЛЬНАЯ ГРУППА – ОН (СПИРТЫ, ФЕНОЛЫ)

СПИРТЫ

Соединения алифатического ряда, содержащие одну или несколько гидроксильных групп, называются спиртами.

Спирты имеют общую формулу R - OH. Их можно рассматривать как производные воды, в молекуле которой один атом водорода замещен на алкильный радикал.

В зависимости от числа гидроксильных групп различают одно- , двух ­и многоатомные спирты.

Спирты делят на первичные (1⁰ ), вторичные (2⁰ ) и третичные (3⁰ ) в зависимости от количества радикалов, связанных с гидроксил-несущим атомом углерода.

Спирты обладают слабо выраженными кислотными свойствами. Поскольку гидроксильная группа может выступать донором протонов спирты диссоциируют подобно воде.

1. Кислотные свойства спиртов подтверждаются следующими тестами:

а) Первичные одноатомные спирты реагируют с металлическим натрием с образованием алкоголятов (алкоксидов).

б) Многоатомные спирты обладают более выраженными кислотными свойствами вследствие взаимного отрицательного индуктивного эффекта гидроксильных групп, поэтому способны взаимодействовать с гидроксидами тяжелых металлов с образованем хелатных соединений. В частности при взаимодействии с гидроксидом меди (II) возникает интенсивно-синее окрашивание.

2. Спирты образуют сложные эфиры с карбоновыми кислотами. Реакция эстерификации в отсутствии катализаторов протекает очень медленно вследствие низкой активности карбонильной группы в карбоновых кислотах. Реакция существенно ускоряется в присутствии минеральных кислот, например, концентрированной серной. Образующиеся эфиры обычно обладают специфическим запахом, температурой кипения или являются осадками с определенной температурой плавления. Так, при взаимодействии этанола с кислотой уксусной образуется уксусно-этиловый эфир, имеющий характерный запах "свежих яблок".

Для получения сложных эфиров со спиртами могут быть использованы ангидриды и хлорангидриды кислот.

3.Первичные, вторичные и третичные спирты возможно дифференцировать реакциями окисления. Первичные спирты окисляются до альдегидов и далее до карбоновых кислот; вторичные - до кетонов; третичные спирты в обычных условиях не окисляются.

В качестве окислителей могут быть использованы реактив Джонса ( Jone's reagent, хромовый ангидрид CrO₃, растворенный в водном раст­воре серной кислоты и ацетоне ), хромовая кислота, реактив Фреде ( Fro­de, аммония молибдат в концентрированной серной кислоте ) и др.

Следует отметить, что соли Сr (III) могут образовывать различно окрашенные гидраты. Так, если хрома (III) сульфат образует зеленые кристаллы, то Cr₂ (SO₄) x 12H₂O - фиолетовые. Это изменение в окраске основано на "гидратационном изомеризме". Комплекс такого типа образуется при окислении глицерина.

Для того, чтобы остановить окисление первичных спиртов на стадии образования альдегидов используется специальный реактив пиридиния хлорохромат.

Третичные спирты не подвергаются такому типу окисления. Однако, они могут быть окислены в очень жестких условиях с образованием смеси соответствующих кетона и кислоты, каждый(я) из которых содержит меньшее количество атомов углерода, чем спирт.

б) "Йодоформная проба" может быть использована для идентификации спирта этилового. При взаимодействии этанола со щелочным раствором йода образуется желтый осадок йодоформа, который имеет специфический запах. Йод в щелочной среде обладает не только окислительными, но также йодирующими и гидролизующими свойствами.

Данная проба положительна также для веществ, имеющих этокси - группу, для метилкетонов (например, ацетона) и для вторичных спиртов, имеющих гидроксильную группу в положении 2.

ФЕНОЛЫ

Ароматические углеводороды, содержащие одну или несколько гидроксильных групп, непосредственно связанных с бензольным кольцом, называются фенолами.

Фенолы обладают значительно более выраженными кислотными свойствами, чем спирты. Так, фенол примерно в 1 миллион раз более сильная кислота, чем этанол. Это связано с тем, что соответствующие феноксид - ионы стабилизированы резонансом. При этом отрицательный заряд делокализован в орто- и пара- позициях бензольного кольца.

1. Кислотные свойства фенолов подтверждаются следующими реакциями:

а) Фенолы растворяются в щелочах с образованием солей, известных как феноляты или феноксиды:

б) Наиболее специфической для фенолов является реакция взаимо­действия с железа (III) хлоридом в водной или водно-спиртовой среде. При этом образуются комплексные феноляты железа, окрашенные в фиолетовый, красный, синий или зеленый цвет. Окраска более интенсивна и продолжительна во времени в присутствии других комплексообразующих функциональных групп в орто- позиции, таких, как -ОН, - СОН, - СООН или -SO₃H. Состав комплексов зависит от количества фенольных гидроксилов, наличия других функциональных групп, условий проведения реакции (преимущественно рН среды ).

2. Для фенолов характерны реакции образования простых и сложных эфиров.

Cложные эфиры образуются при взаимодействии с ангидридами или хлорангидридами кислот.

Эта реакция важна для идентификации стероидных соединений, так как образующиеся сложные эфиры имеют характерную температуру плавления.

3. Так как фенольный гидроксил оказывает сильное активирующее действие на ароматическое ядро, фенолы легко вступают в реакции электрофильного замещения даже в очень мягких условиях. Поскольку фенольный гидроксил является ориентантом 1- го рода, заместители направляются в орто - и пара-положения.

Следующие реакции данного типа являются важнейшими для фармацевтического анализа:

а) Бромирование. Фенолы легко бромируются. Положительный тест подтверждается потерей окраски бромной воды и образованием осадка бромпроизводного. Так, при взаимодействии с бромной водой водный раствор фенола дает осадок желтовато-белого цвета. Продуктами реакции являются бесцветный 2,4,6-трибромфенол (I) и желтый 2,4,4,6-тетрабро­мо-2,5-циклогексадиен-1-он (2), который образуется при избытке брома.

Реакция лежит в основе броматометрического количественного определения ряда соединений фенольной структуры.

б) Нитрование. Фенолы нитруются разбавленной азотной кислотой при комнатной температуре с образованием смеси орто- и пара-нитрофе­нолов, имеющих желтую окраску.

Добавление раствора нaтрия гидроксида усиливает окраску вследствие образования аци-формы.

в) Нитрозирование (нитрозореакция Либермана, Libermann’s test test). Реакция характерна для фенолов, не имеющих заместителей в орто- и пара-положениях. При нагревании фенола с концентрированной азотной кис­лотой и натрия нитритом появляется красное окрашивание, переходящее в глубокое синее.

При избытке в реакционной смеси фенола далее образуется индофенол:

г) Взаимодействие с реактивом Миллона (Millon) специфично для фе­нолов с замещенной пара-позицией. Реактив Миллона представляет собой раствор кислоты азотной, содержащий нитрат, нитрит-, ртути (I) и ртути (II) ионы. Фенол нитрозируется в орто-положении. Образующийся нитрозофенол находится в равновесии с 1,2хинонмоноксимом и стабилизируется образованием хелатного комплекса с ртути (II) ионами.

В результате реакции наблюдается красное окрашивание.

д) Сочетание с солями диазония в щелочной среде с образованием азокрасителей.

Замещение по пара-положению предпочтительнее. Если оно блокировано другими заместителями, тогда осуществляется орто-замещение.

Цвет азокрасителя обычно ограничивается шкалой желтый - оранже­вый - красный.

4. Фенолы легко окисляются. Это свойство используется для их идентификации, количественного определения, учитывается при хранении и обусловливает применение некоторых фенолов в качестве антиоксидантов.

Окисление фенолов протекает по радикальному типу. При этом структура продуктов окисления зависит от стабильности образующихся радикалов и от силы применяемых окислителей.

Так, если радикал нестабилен и используется слабый окислитель, то происходит реакция сочетания между двумя радикалами с образованием производного дифенохинона.

Если радикал стабилен, а окислитель сильный, то идет преимущест­венное окисление до пара-хинона.

Среди окислительных реакций фенолов наибольшее применение в практике фармацевтического анализа находят реакции окислительного сочетания.

а) Индофеноловая проба.

Тест выполняется в среде аммиака при действии таких окислителей, как хлорная известь, хлорамин, натрия гипохлорит, пероксид водорода, калия перйодат, калия феррицианид.

Фенол окисляется до хинона, который превращается в хинонимин действием раствора аммиака. Хинонимин окислительно сочетается с избытком фенола с образованием окрашенного индофенола. Окраска индофенола изменяется при добавлении минеральной кислоты.

б) Фенолы с незамещенной пара-позицией дают положительный тест с реактивом Гиббса (Gibbs) (2,6-дихлорохинонхлоримид).

Этот реагент, например, используется для обнаружения пиридоксина гидрохлорида. Согласно последним исследованиям хлоримид не является действующим агентом. В водном растворе он быстро превращается в 2,6-дихлорохинонимин, который окислительно сочетается с фенолом с образованием индофенолового красителя.

Реакция осуществляется в присутствии боратного или фосфатного буферов (рН = 8,5) или буфера Бриттона-Робинсона.

в) Очень чувствительной является реакция с 4-аминофеназоном (4-аминоантипирином), введенная в 1940 г. Эмерсоном (Emerson). Она по­ложительна для фенолов с незамещенной пара-позицией или замещенной легко окислительно диссоциирующими заместителями, такими как галоген, -СООН, SO₃H, OH, OCH₃. В орто-положении должна отсутствовать нитро группа, препятствующая реакции.

Реакция протекает по пути окислительного сочетания в пара-пози­ции. Необходимо присутствие окислителя калия гексацианоферрата (III). Тест выполняется в слабо щелочной среде (рН 8, динатрийфосфатный бу­фер).

Образуется красное окрашивание.

5. Фенолы окислительно конденсируются с альдегидами. При взаимо­действии с реактивом Марки (Marqui, раствор формальдегида в концентрированной кислоте серной) фенолы образуют продукт конденсации, который затем окисляется до арилметанового красителя красного цвета. Серная кислота выполняет функцию дегидратирующего, конденсирующего и окислительного агента.

6. При нагревании с раствором натрия гидроксида и хлороформом фе­нолы образуют окрашенные дифенилметановые красители (реакция Гуареши-Люстгартена , Guareschi-Lustgarten ).

Так, резорцин дает красное окрашивание, тимол - красно-фиолетовое окрашивание при выполнении данного теста.

В этой реакции щелочь выполняет две функции: активирует фенол до фенолята и вызывает образование электрофильного дихлоркарбена из хлороформа.