Najprostszymi układami heterocyklicznymi są układy złożone z 3 atomów w tym 1
j Ćwiczenie nr 11
heteroatom. Przykładem takiego układu jest etylenoimina (azirydyna) lub tlenek
mgr Kinga Ostrowska
etylenu.
ZwiÄ…zki heterocykliczne i kwasy nukleinowe
Najczęściej występującymi układami heterocyklicznymi są układy 5 i 6 członowe.
Cząsteczki związków heterocyklicznych mogą składać się z jednego pierścienia
Repetytorium
aromatycznego lub wielu takich pierścieni skondensowanych (połączonych jedną lub
1. Definicja i podział związków heterocyklicznych.
kilkoma ścianami). Układy te mogą być częściowo lub całkowicie uwodornione.
2. Budowa i własności nukleozydów i nukleotydów.
Znane są również związki heterocykliczne zawierające więcej niż 6 atomów węgla w
3. Biomedyczne znaczenie nukleotydów.
cząsteczce, np. azepiny, występujące w wielu lekach uspokajających.
4. Kwasy nukleinowe.
Podstawowe układy heteroaromatyczne to:
5. Terapia genowa.
6. Jednostkowe procesy fizyczne: krystalizacja, destylacja, ekstrakcja.
N
Część praktyczna
N
N O S N N
H H H
1. Wykrywanie rybozy (próba Biala).
pirazol
imidazol
pirol furan tiofen
2. Wykrywanie fosforanów.
N N N N
3. Wykrywanie obecności puryn.
N
O O S S
4. Izolacja furfuralu z otrÄ…b.
oksazol izoksazol tiazol tiadiazol
5. Izolacja kofeiny z coca-coli.
6. Wykrywanie cukrów w coca-coli.
N
N
7. Wykrywanie fosforanów w coca-coli.
N N
N
pirydyna pirymidyna
pirazyna
Repetytorium
Numerację związków heterocyklicznych wprowadzamy według następujących zasad:
1. Definicja i podział związków heterocyklicznych
1. Heteroatomy w układzie heterocyklicznym oznaczamy najmniejszymi numerami.
Związki cykliczne, w których zamiast atomu węgla jako człon pierścienia występuje
2. Jeżeli w cząsteczce są różne heteroatomy, najważniejszy w numeracji jest atom
co najmniej jeden atom innego pierwiastka nazywamy zwiÄ…zkami
tlenu, następnie atom siarki, potem atom azotu.
heterocyklicznymi. Atomami tymi są najczęściej atomy azotu, tlenu lub siarki.
3. W cząsteczkach wielopierścieniowych numerację zaczyna się od:
a) pierścienia z heteroatomami innymi, niż N,
1
b) pierścienia o największej liczbie heteroatomów, Pochodne furanu
Furany są lotnymi, dość trwałymi związkami o przyjemnym zapachu. Furan
c) pierścienia o największej liczbie atomów.
niepodstawiony, stosowany w przemyśle do otrzymywania powszechnie używanego
Właściwości chemiczne związków heteroaromatycznych
rozpuszczalnika tetrahydrofuranu, otrzymuje się przez dekarbonylację furfuralu, który
Pirol, furan i tiofen, a także ich pochodne z większą ilością heteroatomów w z kolei otrzymuje się w dużych ilościach działając kwasami na odpady zbożowe
pierścieniu mają charakter aromatyczny. Ulegają reakcjom podstawienia (substytucji (plewy owsa i kukurydzy). W ten sposób otrzymano furfural po raz pierwszy w 1831
elektrofilowej) przebiegającego z zachowaniem pierwotnego cyklicznie sprzężonego roku a jego nazwa pochodzi od łacińskiego słowa furfur  otręby.
układu elektronów w produkcie. Zgodnie z regułą Huckela aromatyczność wykazują Liczne pochodne aldehydu 5-nitro-2-furylowego są ważnymi środkami
cykliczne układy sprzężone o 4n+2 elektronach Ą, tzn. o 2, 6, 10, 14 itd. chemoterapeutycznymi, jak na przykład:
leki przeciwbakteryjne:
Pochodne pirolu
O
Pirol wyodrębniono po raz pierwszy w 1857 roku z produktów pirolizy kości. Nazwa
O2N C N N C NH2
O
H H
pirol wywodzi się z greckiego słowa oznaczającego kolor czerwony, co wiąże się z
jaskrawą barwą czerwoną, którą nadaje on wiórkom sosnowym zwilżonym stężonym Nitrofurazon
kwasem solnym.
O
Głównym impulsem do badań piroli były prace nad budową heminy, barwnika krwi,
O2N CH N N N
oraz budową chlorofilu, zielonego pigmentu roślinnego, spełniającego ważną rolę w O H
procesie fotosyntezy, gdyż degradacja obu tych produktów naturalnych prowadzi do O
mieszaniny alkilopiroli. Barwniki te tworzą się w żywych komórkach z
Nitrofurantoina
porfobilinogenu, jedynego pirolu, który spełnia ważną życiowo funkcję w
metabolizmie.
CO2H
HO2C lek moczopędny:
O
H2N
H2N S COOH
N
H
O
Cl N CH2
porfobilinogen
H
O
Furosemid
2
O
CH2OH C
H
HO CH2 OH HO CH2 OH
Układ dihydrofuranu zawarty jest w witaminie C (kwasie askorbinowym)
CH2OH
H3C N H3C N
H OH
O
pirydoksyna pirydoksal
O
H
Przykładami leków zawierających pierścień pirydynowy są:
OH OH
Amid kwasu nikotynowego (witamina PP)
O
i węglowodanach  furanozach (np. fruktoza, ryboza, dezoksyryboza).
NH2
N
Pochodne tiofenu
Niepodstawiony tiofen i jego pochodne występują w destylatach smoły węglowej.
Aromatyczne związki tiofenowe nie odgrywają roli w metabolizmie roślinnym, jedna
Kardiamid (Koramina)
z witamin  biotyna jest pochodna tetrahydrotiofenu.
O
C2H5
N
C2H5
O
N
HN NH
H H
(CH2)4COOH
Izoniazyd (Rimifon)
S
O NH NH2
biotyna
Pochodne pirydyny
N
Pirydyna i jej pochodne sÄ… cieczami o przykrym zapachu. W syntezie organicznej
stosowane są jako rozpuszczalniki o charakterze zasadowym. Pirydynę wyodrębniono
Sulfapirydyna
po raz pierwszy z produktów pirolizy kości. Nazwę jej utworzono z greckiego słowa
NH2
pyr (ogień) i końcówki ydyna stosowanej w nazewnictwie zasad aromatycznych.
Występuje ona także w smole węglowej.
Aromatyczny pierścień pirydynowy odgrywa wielką rolę w procesach
SO2 N
N
H
metabolicznych. Występuje w wielu witaminach, jak. np. w witaminie B6
występującej w dwóch postaciach :
3
Układ pirydyny występuje w wielu alkaloidach. Są to złożone, biologicznie czynne Dało to początek syntezie wielu tysięcy pochodnych kwasu barbiturowego.
związki chemiczne o charakterze zasadowym, pochodzenia roślinnego lub Poszukiwano związków działających szybko, ale krótkotrwale, czyli ułatwiających
zwierzęcego, zawierające przynajmniej jeden atom azotu. Na przykład nikotyna, zasypianie; działających długotrwale  przedłużających i pogłębiających płytki sen
alkaloid grupy pirydyny, występuje w tytoniu. fizjologiczny oraz dających mocny sen narkotyczny  dożylnych narkotyków
chirurgicznych. Wprowadzenie do czÄ…steczki barbituranu podstawnika
N
aromatycznego rozszerza działanie związku na ośrodki motoryczne sfery ruchowej
CH3
N
kory mózgowej oraz na ośrodek wymiotny. Z tego względu arylobarbiturany
nikotyna
stosowane są jako środki przeciwpadaczkowe, przeciwdrgawkowe i
przeciwwymiotne.
Pochodne pirymidyny
Toksyczne działanie barbituranów wzrasta w miarę zwiększenia masy ich cząsteczki.
Barbiturany
Związki te mogą także wywoływać uczulenia, a przy dłuższym stosowaniu
Kwas barbiturowy otrzymany został przez Adama Bayera w 1864 roku. Do
obserwowane są uszkodzenia narządów miąższowych, a także przyzwyczajenie, które
dzisiejszego dnia tajemnicą jest nazwa, którą autor nadał otrzymanemu przez siebie
może prowadzić do nałogu.
zwiÄ…zkowi.
To krótkie omówienie jednej z lepiej poznanych grup leków pokazuje, że nie ma leku
Kwas barbiturowy
idealnego.
O OH
HN N
O N O HO N OH
H
laktam laktym
heksahydropirymidyno-2,4,6-trion 2,4,6-trihydroksypirymidyna
W 1903 roku został wprowadzony do lecznictwa Barbital (Weronal  kwas 5,5-
dietylobarbiturowy) o działaniu nasennym.
Wielopierścieniowe układy heteroaromatyczne
-
O
C2H5
H
N
C2H5
O N O
H
Weronal
4
N
Układ indolu zawiera aminokwas egzogenny  tryptofan, będący składnikiem
N
N
N budulcowym białek a także służący jako prekursor hormonów: serotoniny
N N
H
puryna chinolina izochinolina
HO CH2 CH2 NH2
N
H3C N
H
N
N
H
H Serotonina
indol
tropan
morfinan (5-hydroksytryptaminy) oraz melatoniny. Szereg alkaloidów grupy indolu znalazło
powszechne zastosowanie w medycynie. Należą do nich: rezerpina  lek o znaczeniu
historycznym, stosowany jako neuroleptyk i środek obniżający ciśnienie, obecnie
wycofywany z lecznictwa,
Pochodne chinoliny
winkrystyna i winblastyna stosowane w leczeniu białaczek, ergotamina stosowana w
Chinolinę wyodrębniono po raz pierwszy ze smoły węglowej w 1834 roku. Nazwa jej
leczeniu migreny i ergonowina, czynnik regulujÄ…cy skurcze macicy. LSD 
wywodzi się z nazwy alkaloidu chininy, wyodrębnionej z kory południowo
dietyloamid kwasu lizergowego jest halucynogenem.
amerykańskiego drzewa Cinchona. Układ chinoliny występuje także w syntetycznych
lekach bakteriobójczych np. w Chlorchinaldinie.
O
CH CH2
C2H5
N
H N
HO
Cl
CH N
N
C2H5
H3CO
CH3
LSD
Cl N CH3
N
Pochodne tropanu
OH
Jednym z alkaloidów grupy tropanu jest atropina  stosowany w okulistyce lek o
Chlorchinaldin Chinina
działaniu parasympatykolitycznym (cholinolitycznym).
Pochodne indolu
5
O O
O
CH3 H
H3C H3C
H3C O CH
N
N N
N N
CH2OH
N N
O N O N
CH3 CH3
Atropina
Pochodne morfinanu
Kofeina (Teina) Teofilina
Duże znaczenie w medycynie mają: morfina, stosowana jako silnie działajacy lek
O
przeciwbólowy o działaniu ośrodkowym, powodujący uzależnienie; kodeina, lek
OH
CH3
H
N
N
przciwkaszlowy o działaniu ośrodkowym.
N
N
OH
N
N
O N
HO N
OH OCH3
H
CH3
O O
Teobromina Kwas moczowy
HO HO
Kwas moczowy jest przejściowym produktem przemiany materii. Jeżeli nie jest dalej
N N
metabolizowany, odkłada się w stawach (dna moczanowa) i przewodach moczowych
CH3 CH3
w postaci moczanów (kamica dróg moczowych).
Morfina Kodeina
Heroina (diacetylomorfina) jest środkiem o bardzo silnym działaniu euforyzującym.
2. Budowa i własności nukleozydów i nukleotydów
Zasady azotowe występujące w kwasach nukleinowych należą do dwóch grup
Pochodne ksantyny (kofeina, teofilina, teobromina, kwas moczowy)
związków heterocyklicznych, pirymidyn i puryn.
OH
Zasadami pirymidynowymi sÄ…: cytozyna , uracyl i tymina a zasadami purynowymi
N
N
sÄ…: adenina i guanina. Tautomeria keto-enolowa, wynikajÄ…ca z przemieszczenia siÄ™
N
HO N
protonów sprawia, że zasady pirymidynowe i purynowe występują w różnych
H
postaciach tautomerycznych, mianowicie w formie laktamu lub laktymu.
Ksantyna
6
NH2
O
O
węgla składnika cukrowego z pierwszym atomem azotu (N1) zasady pirymidynowej
CH3
N
HN
HN lub dziewiÄ…tym atomem azotu (N9) zasady purynowej.
O N
O N Struktura przestrzenna heterocyklicznych zasad narzuca brak swobodnej rotacji w
O N
H
H
H
wiÄ…zaniu ²-N-glikozydowym. Nukleozydy istniejÄ… wiÄ™c jako stabilne izomery syn i
laktamy (postaci ketonowe)
anti (anty) które mogą być zmienione tylko przez rozerwanie i odtworzenie na nowo
wiÄ…zania glikozydowego. W naturalnych nukleozydach dominuje konformacja anti.
NH2
OH
OH
CH3
NH2 NH2
N
N
N
N N
N N
HO N
HO N
HO N
N N
HO N N
HO
O O
laktymy (postaci enolowe)
OH OH OH OH
Cytozyna Uracyl Tymina
Anti
Syn
O
Konformacje syn i anti adenozyny
NH
6 7
1
N
N HN Nukleotydy są estrami fosforanowymi nukleozydów. Ortofosforan zastępuje przede
HN
5
8
4
2
N
wszystkim grupę OH przy piątym atomie węgla (C5 ) rybozy lub deoksyrybozy.
N H2N N
N
9
H
3
H
imina laktam
NH2
-
N
O
N
-
OH O P O
NH2
N
N
N
O
N
N CH2 O
N
N
N
H2N N
N
H
H
OH OH
amina laktym
Adenozyno-5 -monofosforan (AMP)
Adenina Guanina
Tylko nukleozydo-5 -fosforany sÄ… wykorzystywane w organizmie do biosyntezy
Nukleozydy sÄ… N-glikozydami. SkÅ‚adnikiem cukrowym jest albo ²-D-rybofuranoza
kwasów nukleinowych. Grupy fosforanowe nukleotydów mają charakter kwasowy i
albo ²-D-deoksyrybofuranoza. WiÄ…zanie ²-N-glikozydowe Å‚Ä…czy anomeryczny atom
przy fizjologicznym pH około 7 występują w postaci dianionów.
3. Biomedyczne znaczenie nukleozydów
7
Syntetyczne analogi nukleozydów są stosowane jako leki przede wszystkim przeciw
4. Kwasy nukleinowe
nowotworom. Podanie analogu, w którym pierścień heterocykliczny lub cząsteczka
Kwasy nukleinowe, deoksyrybonukleinowy (DNA) i rybonukleinowy (RNA) sÄ…
cukru zostały zmienione indukuje działanie cytotoksyczne gdy analog zostaje
chemicznymi nośnikami informacji genetycznej w komórkach. Informację genetyczną
wbudowany w swoiste składniki komórkowe. Ich skutki odzwierciedlają dwa
stanowi chemicznie  zapisana (alfabetem zasad azotowych) kolejność
procesy:
deoksyrybonukleotydów w łańcuchach DNA, która przechowywana jest głównie w
1. Zahamowanie przez lek swoistych enzymów niezbędnych do biosyntezy kwasów
jądrze komórkowym.
nukleinowych
Kwasy nukleinowe są nie rozgałęzionymi łańcuchami polinukleotydowymi w których
2. Wbudowanie takiego metabolitu w kwasy nukleinowe, gdzie wpływa on na
kolejne mononukleotydy połączone są wiązaniami 3 5 fosfodiestrowymi, tworzącymi
parowanie zasad  procesu niezbędnego dla prawidłowego przeniesienia informacji.
obwodowy, ujemnie naładowany rdzeń fosfocukrowy, od którego sterczą na bok
Przykładem takich leków są 5-fluorouracyl, 6-tioguanina 6-merkaptopuryna. Należy
zasady azotowe. Kolejność (sekwencja) czterech różnych nukleotydów w łańcuchu
pamiętać, że cytotoksyczne lub cytostatyczne działanie analogów nukleozydów
kwasu nukleinowego jest dowolna, przy czym każdy rodzaj nukleotydu może się
skierowane jest nie tylko przeciw komórkom nowotworowym ale uszkadza także
powtarzać, co stwarza możliwość tworzenia wielkiej ilości kombinacji nukleotydów
zdrowe, dzielące się intensywnie komórki organizmu, np. układu krwiotwórczego,
w nici kwasu nukleinowego.
skóry, jajników czy jąder. Azatioprynę (Immuran) stosuje się jako środek tłumiący
Pojedynczy łańcuch o określonej sekwencji nukleotydów określa się mianem
procesy odrzucania immunologicznego przy transplantacji narządów.
struktury I-rzędowej kwasów nukleinowych.
Cząsteczki DNA występują w postaci dwóch spiralnie skręconych nici połączonych
O
ze sobą wiązaniami wodorowymi utworzonymi między komplementarnymi zasadami
CH3
H3C
N
HN
azotowymi. Zasady te to: adenina i tymina (A-T) oraz guanina i cytozyna (G-C).
N
HOCH2 N
Masa cząsteczkowa DNA może osiągać 1,9x106 daltonów, a długość cząsteczki do 12
NO2
S
O
cm. Nici DNA tworzą podwójne helisy (spirale) (typów A, B lub Z) wokół centralnej
N
N
H
osi. Helisa stanowi strukturę II-rzędową.
NH H
N3
N
H
Cząsteczki kwasów rybonukleinowych są znacznie mniejsze od cząsteczek DNA, ich
Immuran AZT
masa cząsteczkowa osiąga 35 000 daltonów. RNA istnieje w postaci jednoniciowych
cząsteczek, mogących tworzyć rejony dwuniciowe, stabilizowane wiązaniami
Najbardziej znanym lekiem przeciwko wirusowym jest azydotymidyna (AZT),
wodorowymi. RNA zamiast deoksyrybozy zawiera rybozÄ™, adeninÄ™, guaninÄ™,
skuteczny także przeciw wirusom HIV.
cytozynÄ™ i uracyl (zamiast tyminy).
8
CH3
Kwasy nukleinowe, podobnie jak nukleozydy, nukleotydy i zasady azotowe absorbujÄ…
O
H H
promieniowanie nadfioletowe (około 260 nm). Czyni to światło nadfioletowe
N
N N
H
(słoneczne) silnym mutagenem (przyczyną wywołującą mutację). Własność tę
N
deoksyryboza
N
O
wykorzystuje się do wykrywania, ilościowego oznaczania oraz określania stopnia
N
N
czystości kwasów nukleinowych.
deoksyryboza
tymina - adenina
H
5. Terapia genowa
N
H
Terapia genowa  czyli genetyczna modyfikacja komórek mająca na celu
O
N N
zapobieganie, łagodzenie objawów lub leczenie chorób jest fascynującą koncepcją
H
deoksyryboza
N
N
O
przyszłości. Wprowadzenie kwasów nukleinowych do komórek organizmu jest tak
H
N
N N
obiecujące, że przeznacza się na rozwój tej koncepcji ogromne środki finansowe.
deoksyryboza
H
Postęp na tym polu niesie za sobą możliwość radykalnego leczenia chorób o podłożu
cytozyna - guanina
.
genetycznym takich jak np. mukowiscydoza czy hemoglobinopatie. Po drugie
Wiązania wodorowe między komplementarnymi zasadami azotowymi.
znacznie bardziej powszechne schorzenia jak nowotwory złośliwe i choroby
neurodegeneracyjne mają często podłoże dziedziczne i również będą mogły być
Własności kwasów nukleinowych
leczone przy pomocy terapii genowej. Istnieje powszechna zgoda, że terapia genowa
Kwasy nukleinowe wykazują różną wrażliwość na pH środowiska. Cząsteczki DNA
powinna dotyczyć wyłącznie komórek somatycznych a zakazane jest stosowane
są odporne na działanie silnych zasad natomiast hydrolizują pod wpływem kwasów z
terapii związanej z modyfikowaniem DNA w komórkach rozrodczych lub we
rozerwaniem wiązania glikozydowego. RNA jest nietrwałe w środowisku
wstępnym okresie zarodkowym gdyż rzutowałoby to na następne pokolenia.
zasadowym i ulega hydrolizie kwasowej. Pod wpływem działania mocnych kwasów
Przenoszenie zrekombinowanego kwasu nukleinowego do komórki docelowej  czyli
o
mineralnych (np. 72% roztwór HClO4) i podwyższonej temperatury (100 C, 1 h)
problem  dystrybucji leku jest punktem krytycznym terapii genowej. Kwas
DNA i RNA ulegają całkowitej hydrolizie uwalniając zasady, pentozy oraz kwas
nukleinowy musi przejść z przestrzeni zewnątrzkomórkowej przez błonę komórkową,
fosforowy. DNA i RNA ulegają także hydrolizie enzymatycznej.
cytoplazmę i błonę jądrową i zostać włączony do chromosomów. DNA ma duży
Denaturacja kwasów nukleinowych polega na zniszczeniu ich struktury II i III-
ładunek ujemny a masa cząsteczkowa pojedynczych genów jest około milion razy
rzędowej. Powodują ją wysoka wartość pH, alkohole, fenole, wysoka temperatura,
większa od masy klasycznych leków. Opracowano jednak różne metody transportu
ultradżwięki i promieniowanie. Denaturacja może być odwracalna po usunięciu
genów.
czynnika denaturujÄ…cego.
9
Połowa przeprowadzanych obecnie prób klinicznych dotyczy leczenia tą terapią Jeśli mamy kilka rozpuszczalników nadających się w jednakowym stopniu do
nowotworów złośliwych. W praktyce badania na modelach zwierzęcych dają krystalizacji danej substancji, to o wyborze rozpuszczalnika decydują takie czynniki
znakomite wyniki, jednak doświadczenia z klasycznymi lekami jak: łatwość i bezpieczeństwo manipulacji, palność i cena. W przypadku krystalizacji
przeciwnowotworowymi uczą, że nie gwarantują on takich samych rezultatów u produktów organicznych, które mogą zawierać zanieczyszczenia barwne, niewielkie
człowieka. Istnieje także znaczne zainteresowanie leczeniem terapią genową choroby ilości smół i olejów nie zawsze dających się usunąć przez zwykłe sączenie,
powodowanej zakażeniem wirusem HIV. zanieczyszczenia usuwa się przez ogrzewanie roztworu przez kilka minut z niewielką
ilością węgla aktywnego i sączenie na gorąco.
6. Jednostkowe procesy fizyczne: krystalizacja, destylacja,
Destylacja to proces rozdzielania oparty na wykorzystaniu różnicy składu cieczy i
ekstrakcja
pary nasyconej z niej wytworzonej.. Proces ten wykorzystuje siÄ™ do oczyszczania
Krystalizacja jest jednÄ… z podstawowych metod oczyszczania i rozdzielania
substancji ciekłych od mniej lotnych zanieczyszczeń lub do rozdzielania mieszanin
mieszanin. Oczyszczenie przez krystalizacjÄ™ polega na rozpuszczeniu
cieczy o różnych temperaturach wrzenia. Polega ona na ogrzaniu cieczy do wrzenia,
zanieczyszczonej substancji w odpowiednim rozpuszczalniku na gorÄ…co, odsÄ…czeniu
oziębieniu i skropleniu powstałych par. Podczas ogrzewania ciecz coraz intensywniej
nierozpuszczalnych zanieczyszczeń i oczyszczeniu roztworu z barwnych
paruje, zwiększa się więc ciśnienie jej pary nasyconej aż do momentu, w którym
zanieczyszczeń oraz wydzieleniu czystej krystalizowanej substancji z roztworu na
osiągnie wartość równą ciśnieniu zewnętrznemu. W temperaturze, w której to nastąpi,
zimno.
ciecz zaczyna parować w całej swojej objętości, rozpoczyna się wrzenie cieczy. Jeżeli
Czystość otrzymanej substancji stałej po wysuszeniu sprawdza się zwykle przez
podgrzewana ciecz jest czysta (jednorodna), wtedy skład cieczy i pary jest taki sam, i
oznaczenie temperatury topnienia.
wrzenie odbywa się przy stałej wartości temperatury. Stałość temperatury jest więc
Rozpuszczalnik używany do krystalizacji powinien posiadać następujące cechy:
kryterium czystości cieczy.
A/ dużą zdolność rozpuszczania krystalizowanej substancji na gorąco i stosunkowo
Czasami substancja destylowana osiągając temperaturę wrzenia ulega rozkładowi.
niewielką w temperaturze pokojowej lub poniżej tej temperatury
Takie substancje można oczyścić poprzez destylację pod zmniejszonym ciśnieniem
B/ powinien rozpuszczać zanieczyszczenia bardzo dobrze lub rozpuszczać je tylko w
lub destylację z parą wodną. Tego typu procesy fizyczne zachodzą w niższej
bardzo nieznacznym stopniu
temperaturze niż destylacja prosta.
C/ sprzyjać wytwarzaniu dobrze wykształconych kryształów oczyszczonego związku
Destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem (próżniowa) stosowana jest do rozdzielania
D/ powinien być łatwy do usunięcia z ich powierzchni przez odparowanie lub
cieczy nietrwałych  ulegających rozkładowi w czasie normalnej destylacji. W tym
odmycie
przypadku prężność pary nasyconej substancji w niższej temperaturze zrówna się z
E/ jego temperatura wrzenia powinna być niższa niż temperatura topnienia
ciśnieniem zewnętrznym. Zależność temperatury wrzenia od ciśnienia zewnętrznego
oczyszczanej substancji.
10
jest logarytmiczna. W przybliżeniu, przy zmniejszeniu ciśnienia o połowę, K (współczynnik podziału) jest wielkością charakterystyczną dla każdego układu
temperatura wrzenia obniża siÄ™ o ok. 15Ú C, np. temperatura wrzenia wody pod dwóch rozpuszczalników i rozpuszczonej w nich substancji.
ciÅ›nieniem 500 hPa (0,5 atm) wynosi 85Ú C. Ponadto czasem pod zmniejszonym Dla ukÅ‚adów, dla których wielkość staÅ‚ej podziaÅ‚u K e" 10, wystarcza jednokrotna
ciśnieniem występuje większa różnica względnych lotności składników mieszaniny, ekstrakcja, by uzyskać przeniesienie związku z jednej fazy do drugiej. Dla układów o
co umożliwia ich rozdział. wartości K = 5  10 konieczna jest kilkakrotna ekstrakcja, przy K H" 1  ekstrakcja
Destylacja z parą wodną ma zastosowanie do oczyszczania substancji nie wielokrotna, przy K< 1  ekstrakcja ciągła.
mieszających się z wodą lub mieszających się z nią w niewielkim stopniu, które
podczas destylacji prostej lub nawet pod zmniejszonym ciśnieniem ulegają
Część praktyczna
rozkładowi. Zaletą tego rodzaju destylacji jest także to, że można z jej pomocą łatwo
1. Wykrywanie rybozy (próba Biala)
wydzielić czystą lotną substancję organiczną z mieszaniny smolistych lub
W probówce umieścić około 1 cm3 roztworu rybozy, dodać kilka kryształków orcyny,
polimerycznych zanieczyszczeń.
1 cm3 0,1% roztworu wodnego chlorku żelaza(III) i 2 cm3 stężonego kwasu solnego.
W rezultacie wzajemnego oddziaływania cząsteczek składników temperatura wrzenia
Mieszaninę reakcyjną ogrzać do wrzenia w płomieniu palnika. Obserwować
mieszaniny jest zawsze niższa od temperatury wrzenia tzw. stałego składnika, czyli
powstawanie zielonego  ciemnozielono niebieskiego zabarwienia roztworu.
wody, ponieważ przy temperaturze niższej niż 100 Ú C prężność pary nasyconej
Powstaje kompleksowy barwny zwiÄ…zek fenolu (orcyna) z furfuralem otrzymanym
osiąga wartość równą ciśnieniu zewnętrznemu.
przez odwodnienie rybozy.
2. Wykrywanie fosforanów
Ekstrakcja jest to proces wyodrębniania substancji z mieszaniny lub roztworu w
W probówce umieścić około 1 cm3 roztworu molibdenianu amonu, dodać kilka kropli
innym rozpuszczalniku albo z fazy stałej (np. surowca naturalnego) przez
stężonego kwasu azotowego - tylko tyle, rozpuścić wydzielający się początkowo
przeniesienie jej do odpowiedniego rozpuszczalnika.
obfity biały osad, i wymieszać. Do tak przygotowanego odczynnika dodać kilka
Zjawiska zachodzące podczas ekstrakcji podlegają tzw. prawu podziału Nernsta.
kropli badanego roztworu (HPO42-). Obserwować wytrącanie się żółtego osadu
Według tego prawa jeśli do układu dwóch nie mieszających się cieczy A i B
fosforomolibdenianu amonowego (NH4)3H4P(Mo2O7)6.
tworzących dwie warstwy doda się pewną ilość trzeciej substancji rozpuszczalnej w
obu cieczach, wówczas ustali się równowaga powodująca podział tej substancji
3. Wykrywanie obecności puryn
między obie ciecze w taki sposób, że stosunek stężenia substancji w rozpuszczalniku
(dokładnie wymieszać roztwór puryn przed pobraniem!)
A (CA) do stężenia tej substancji w drugim rozpuszczalniku B (CB) jest w stałej
A. W probówce umieścić około 1 cm3 roztworu puryny, dodać 1 cm3 2m roztworu
temperaturze wielkością stałą.
octanu sodowego CH3COONa. Sprawdzić pH roztworu  powinno być około 5-6.
CA/CB = K
11
H H
Mieszaninę reakcyjną ogrzać do wrzenia a następnie dodać 2 krople roztworu
N C COH
N
H5C6 C C CH C6H5
H H
siarczanu miedzi (II) i kilka kropli roztworu wodorosiarczanu (IV) sodu NaHSO3.
H5C6NH2
Obserwować tworzenie się bladożółtawego osadu soli miedzi (I) puryn (kłaczki).
Anil
CHO
B. W probówce umieścić około 1 cm3 roztworu, dodać kilka kropli wodnego
O
H5C6NH2
H H
roztworu amoniaku. Sprawdzić pH roztworu  powinno być około 8-9. Dodać
N C COH
H5C6 C C CHO
kilka kropli odczynnika Tollensa. Obserwować tworzenie się szarawego, H H
kłaczkowatego osadu soli srebra puryn, nierozpuszczalnego w amoniaku.
Aldehyd
4. Izolacja furfuralu z otrÄ…b
Wykonanie
Pentozy: L-arabinoza i D-ksyloza występują w przyrodzie jako polimeryczne
W kolbie o pojemności 1000 cm3 wymieszać 30 g otrąb z 90 cm3 wody i 15 cm3
bezwodniki, tzw. pentozany. Araban jest głównym składnikiem gum roślinnych -
stężonego kwasu siarkowego. Kolbę połączyć z chłodnicą i oddestylować około 150
gumy z czereśni, gumy arabskiej i otrąb. Ksylan jest składnikiem drewna. Podczas
cm3 cieczy. Próby identyfikacyjne wykonać na destylacie.
ogrzewania w obecności kwasu siarkowego zachodzi depolimeryzacja pentozanów, a
Identyfikacja:
następnie odwodnienie pentoz i cyklizacja nienasyconych hydroksyaldehydów z
1. Do 0,5 cm3 destylatu dodać pipetą 1 cm3 kwasu solnego 1:1 i 1/10 łopatki
utworzeniem zwiÄ…zku heterocyklicznego  furfuralu.
floroglucyny. Ogrzewać do wrzenia w płomieniu palnika do uzyskania
ciemnozielonego osadu.
HC CH
HOHC CHOH H2SO4
2. Do 0,5 cm3 destylatu dodać pipetą 1 cm3 octanu aniliny. Roztwór barwi się
HOHC COH
HOH2C CHOH CHO
temp.
O na czerwonawy kolor.
CHO
CHO
3. Do 0,5 cm3 destylatu dodać pipetą 1 cm3 kwasu solnego 1:1, 1/10 łopatki
Pentozy Furfural
orcyny i 0,5 cm3 jonów żelaza (III). Ogrzewać do wrzenia w płomieniu
palnika do uzyskania ciemnozielonego zabarwienia.
Otrzymywanie czystego furfuralu jest operacja bardziej złożoną. Aby
otrzymać czysty furfural należy destylat zobojętnić wodorowęglanem sodowym
wobec papierka uniwersalnego, nasycić chlorkiem sodowym (około 20 g NaCl) i
ekstrahować chlorkiem metylenu (3x30 cm3). Połączone warstwy organiczne suszyć
bezwodnym siarczanem sodowym przez 15-30 min. Odsączyć środek suszący na
12
sączku karbowanym, oddestylować rozpuszczalnik a pozostałość przedestylować pod wymyślić inny kształt butelki. Ten kształt wprowadzono w życie w 1915 roku. W
normalnym ciśnieniem. Otrzymuje się około 1,5 g furfuralu, cieczy o t. wrz. 1919 roku Coca-Cola Company kupił Ernest Woodruff za 25 milionów dolarów. Do
162 oC. 1940 Coca-Cola butelkowana była już w 40 krajach. W 1978 roku wprowadzono
plastykowe butelki. W 1982 roku po raz pierwszy w historii postanowiono zmienić
5. Izolacja kofeiny z Coca Coli
skład napoju. Jednak pomysł był chybiony, po kilkunastu miesiącach dyrekcja
zasypywana tonami listów w tej sprawie postanowiła ponownie produkować Coca-
Ponad 100 lat temu, w czasach niemalże niepamiętnych dla dzisiejszego człowieka, w
Colę według starego przepisu.
Atlancie dr John Styth Pemberton po wielu próbach, wreszcie mieszając składniki w
Coca-Cola, tak powszechnie używany napój, nie jest tak bezpieczna jak się uważa.
trzydziestogalonowym zbiorniku uzyskał to, co dzisiaj piją miliony ludzi na całym
Niskie pH napoju  około 2,5 powoduje rozpuszczanie szkliwa nazębnego i choroby
świecie - Coca-Colę. Nazwę Coca-Cola wymyślił Frank Robinson, księgowy
erozyjne dziąseł. Wysoka zawartość cukru i wodorowęglanów stanowi korzystne
Pembertona, jest ona adekwatna do składników, a poza tym Pemberton uważał że
środowisko dla rozwoju bakterii w jamie ustnej. W badaniach na ochotnikach
dwa C będą dobrze prezentowały się w reklamach. Coca-Cola na początku była
stwierdzono, że częste używanie Coca-Coli w dużych ilościach z powodu znacznych
syropem sprzedawanym głównie na targach i w drogeriach. Wtedy Pemberton miał
ilości kwasu fosforowego powoduje zwiększone wydalanie wapnia i fosforanów z
sześciu klientów dziennie, a wpływy roczne nie przekraczały 50 dolarów, co przy 70
moczem i spadek poziomu zjonizowanego wapnia we krwi. U małych dzieci nadmiar
dolarach nakładu na reklamę było przedsięwzięciem nieopłacalnym. Coca-Cola była
spożywanej Coca-Coli może spowodować spadek pH krwi.
wtedy zwykłym, naturalnym lekiem, takich jak tysiące innych. Mimo wszystko
Dlatego Coca i Pepsi-Cola nie powinny być spożywane w nadmiarze szczególnie
szczęście uśmiechnęło się jednak do Pembertona. Pewnego dnia jeden z jego klientów
przez dzieci.
zasugerował mu, że powinien mieszać syrop z wodą sodową, dzięki czemu klienci nie
Kofeina należy do alkaloidów, pochodnych puryny. Występuje w różnych
będą musieli kupować wody osobno. Mimo wysokich kosztów było to świetne
roślinach mających zastosowanie jako używki: w ziarnach kawy i kakao, w liściach
posunięcie. Pemberton zmarł w 1889, kilka miesięcy po tym, jak sprzedał swoją firmę
herbaty i w orzeszkach kola. Wykorzystywana jest w lecznictwie, gdyż pobudza
Asa Grees Candlerowi. 31 stycznia 1893 nazwa Coca-Cola została zastrzeżona w
działanie serca i ośrodków oddechowych. Kofeina, jak wszystkie ksantyny ma
urzędzie patentowym. Jako pierwszy do butelek Coca-Colę rozlał Joseph Biedenharn
również działanie diuretyczne. Dlatego używana w nadmiarze może wywołać
w 1894 roku. Candler uważał butelkowanie za ryzykowny interes, ponieważ kapsle
nadmierną diurezę. Ziarna kawy zawierają do 1%, a suche liście herbaty do 5%
często strzelały raniąc tym samym klientów. W tym samym roku, w Dallas otwarto
kofeiny.
również pierwszą fabrykę tego napoju. W 1889 prawa do butelkowania Coca-Coli
wykupili Benjamin F. Thomas i Joseph B. Witehead. W 1914 roku spółka Candlera
Ekstrakcja kofeiny
była już warta 50 milionów dolarów. Wkrótce na rynek zaczęły napływać różne
podróbki, więc Coca-Cola musiała odróżnić swój produkt od innych. Postanowiono
13
 50 cm3 coca coli (odgazowanej) ekstrahować trzema porcjami po 7 cm3 chlorku
metylenu. Ekstrakty organiczne zbierać do suchej erlenmajerki i suszyć bezwodnym
siarczanem sodu. Identyczność kofeiny stwierdza się metodą chromatografii
cienkowarstwowej na płytce z żelem krzemionkowym w porównaniu z wzorcem.
Chromatogram po rozwinięciu i wysuszeniu oglądać pod lampą UV.
6. Wykrywanie obecności cukrów w coca-coli
Do ok. 1 cm3 coca-coli (warstwa wodna po ekstrakcji) dodać 2 krople świeżo
sporzÄ…dzonego 10% roztworu Ä…- lub ²-naftolu w etanolu i caÅ‚ość wymieszać.
Ostrożnie wprowadzić pipetą po ścianie probówki ok. 1 cm3 stężonego kwasu
siarkowego tak, aby utworzyła się warstwa poniżej mieszaniny (aby kwas siarkowy
wypełniał dno probówki). Czerwono-fioletowy pierścień (obrączka) na granicy
płynów wskazuje na obecność cukru w badanej próbce.
7.Wykrywanie fosforanów w coca-coli
W probówce umieścić około 1 cm3 roztworu molibdenianu amonu, dodać
kilka kropli stężonego kwasu azotowego - tylko tyle, rozpuścić wydzielający się
początkowo obfity biały osad, i wymieszać. Do tak przygotowanego odczynnika
dodać kilka kropli coca-coli (warstwa wodna po ekstrakcji). Próbkę odstawić i
poczekać na wytrącanie się żółtego osadu fosforomolibdenianu amonowego
(NH4)3H4P(Mo2O7)6.
14