A „gyümölcsaroma” azonosítása kizárással
Egy élelmiszer-üzemből címke nélküli üvegcse került az iskolai laborba; a kísérő papíron csak ez áll: „gyümölcsaroma, C₄H₈O₂, forráspont 77 °C”. A folyadék színtelen, kellemes szagú, vízben mérsékelten oldódik (kb. 8 g/100 cm³). NaHCO₃-oldattal nem pezseg, Tollens-reagenssel nem ad ezüsttükröt, a brómos vizet nem színteleníti el. NaOH-oldattal melegítve elhidrolizál. A hidrolizátum egyik része desztillálva 78 °C-on forr, vízzel minden arányban elegyedik, és jódos lúgos oldattal sárga csapadékot ad. A hidrolizált elegy másik része savanyítás után vörösre festi a lakmuszt, és NaHCO₃-oldattal CO₂-t fejleszt. A tanulók egy része a 77 °C és a C₄H₈O₂ alapján butánsavra tippel, mások metil-propanoátra. A tanár kizárásos bizonyítást és reakcióegyenleteket kér.
1. Azonosítsd a vegyületet kizárásos alapon! Minden kémiai vizsgálathoz rendeld hozzá, melyik izomert zárja ki, és magyarázd meg, miért nem dönthető el a kérdés a forráspontból!
Read the worked answer
Kizárások:
- NaHCO₃-oldattal nincs pezsgés → nincs ecetsavhoz hasonlóan savas hidrogén, tehát a karbonsavak (butánsav, 2-metilpropánsav) kizárva. A butánsav forráspontja egyébként is 163 °C, nem 77 °C.
- Tollens-reagenssel nincs ezüsttükör → nincs aldehidcsoport; a vizsgált összegképlet izomerjei között amúgy sincs egyszerű aldehid, ez inkább a szennyeződés kizárása.
- Hidrolízis lúggal → észter. A keletkező alkohol 78 °C-on forr, vízzel elegyedik, jódos lúggal sárga csapadékot (CHI₃) ad: ez az etanol iodoform-reakciója. Metanol ezt nem adja, tehát a metil-észterek (metil-propanoát, metil-butanoát) kizárva.
- A savas komponens lakmuszt vörösít, és NaHCO₃-dal CO₂-t fejleszt → ecetsav.
Eredmény: a vegyület az etil-acetát (etil-etanoát), CH₃COOC₂H₅.
Miért nem elég a forráspont? Az etil-acetát 77,1 °C-on, a metil-propanoát 79,8 °C-on forr - 3 °C különbség a légnyomás és a tisztaság függvényében eltűnik. A fizikai adat csak valószínűsít, a kémiai bizonyíték (etanol keletkezése) dönt.
2. Írd fel a hidrolízis egyenletét, és magyarázd meg, miért kell a második termék kimutatásához savanyítani! Add meg az iodoform-reakció egyenletét is!
Read the worked answer
Hidrolízis: CH₃COOC₂H₅ + NaOH → CH₃COONa + C₂H₅OH.
Miért kell savanyítani? A lúgos hidrolízis után a karbonsav nátriumsójává alakul: CH₃COONa + HCl → CH₃COOH + NaCl. Az acetátion gyenge bázis, lúgos közegben a savas kémhatás nem jelenik meg, és a NaHCO₃-dal sem lehet CO₂-t fejleszteni, mert a hidrogén-karbonátot a felesleges lúg semlegesíti. A karbonsav kimutatásához tehát előbb erős savval fel kell szabadítani: CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂↑ + H₂O - a pezsgés bizonyítja a karbonsav jelenlétét.
Iodoform-reakció (etanol): C₂H₅OH + 4 I₂ + 6 NaOH → CHI₃↓ + HCOONa + 5 NaI + 5 H₂O. A sárga csapadék a trijód-metán. A reakció feltétele a CH₃–CH(OH)– csoport, ezért az etanol pozitív, a metanol negatív - éppen ez a metil-propanoát kizárásának alapja.
3. Az üvegcse feliratán az is szerepel, hogy tűzveszélyes. Magyarázd meg, mire kell ügyelni a desztillációnál, és miért „fakulhat” az aroma egy vízalapú üdítőben hosszabb tárolás során!
Read the worked answer
Tűzveszély: az etil-acetát lobbanáspontja kb. −4 °C, gőze a levegőnél nagyobb sűrűségű, ezért már szobahőmérsékleten is gyúlékony elegyet képez, és a padlószinten összegyűlhet. Desztillálni csak vízfürdőn vagy elektromos fűtőköpennyel, nyílt láng közelében soha; a gőzt el kell vezetni, és a berendezést le kell földelni. A forráskő segít elkerülni a túlhevülést.
Aroma romlása: víz jelenlétében az észter hidrolízise savkatalízissel is lejátszódik: CH₃COOC₂H₅ + H₂O ⇌ CH₃COOH + C₂H₅OH. Az üdítő savas kémhatású, meleg tárolásnál az egyensúly a hidrolízis irányába tolódik el, ecetsav keletkezik, és az ital „ecetes” mellékízt kap, miközben a gyümölcsös aroma gyengül. Ezért csökkentik az észter bomlását hűtéssel és megfelelő pH-beállítással, illetve zárják ki az észterázt.