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关于有机化合物的燃烧与热解试验


实验室k / 2018-10-12

       有机化合物与有机金屬化合物在空气内燃燒,即使将它們的粉末細度、燃燒达到的温度与加热的速度,保持在近似情兄,其外表景象在一切場合中并不相同。原因是燃燒过程涉及很多的部分过程,如去水,热裂,与水的反应(高温下分裂出水,因而成为类似过热水蒸汽形态),氧化还原反应等等。因此,小心注意試样燃燒时的形状,可以搜集到各种各样的情报。

       燃燒試驗,先将1~2毫克的試样,放在倒置的瓷坩堝盖上,或放在一只小蒸发皿内,再用小火焰从其下面加热,就可順利地进行。应該注意到有无由于硝基、亚硝基、偶氮化合物或叠氮化物而发生爆炸或爆裂事情。如果沒有这种情况发生,那就可用5~20毫克試样进行重复試驗,并記录熔融、气体的放出等等情况。时时将火焰从上面直接施加到物料上,使它在揮发以前投入灼燒。如果物质碳化,就应該增大火焰,最后将試样强烈加热。
       燃燒試驗所示出的重要向导为:

      芳族化合物 燃燒时现出有烟的火焰
      較低的脂族化合物 燃燒时现出几乎无烟的火焰
      含氧化合物 燃燒时现出带蓝色的火焰
      卤素化合物 燃燒时现出有烟的火焰
      多卤素化合物 一般在火焰直接加到物质以前并不灼燒;此后則物质瞬即使灯焰发烟
      糖类与朊类 燃燒时发出特別气味

       不揮发的有机物质,如果在有限的空气中迅速加热,将会发生一种干馏的过程。这种过程,依照重要的部分物相来說,涉及去水、水解、热解分裂、縮合、氧化、还原、热解分裂产物相互間的作用,并包括各自由基团的作用在内。从分析观点上看来,应该着重注意的是,可能生成一些产物,容易利用它的蒸气和适当的試紙接触而作出检定的。这类产物包括:酸性或碱性的蒸气;氰化氢;氰;乙醛;还原性气体;硫化氢。直至現在为止,对于有机化合物受干热时的性行还沒有系統的研究。可是,初步的研究已经启示了,从揮发性化合物試酸的正或負反应中,往往可以获得对試样本性方面饒有价值的暗示。
       揮发物試驗可在石棉架支持着的玻璃試管(4厘米×0.5厘米)中进行。将約1或2毫克的試样放在管中,然后将管口用适当潤湿的試紙一小片盖住。管的底部用微焰加热,直至明显的燒焦开始。这个操作手续系用試紙(必要时新鮮配制)来檢定下列的分解产物:

       1.揮发的酸类 刚果红試紙(变藍)
       2.揮发的碱类 酚酞試紙(变紅)
       3.氰化氢 醋酸銅-醋酸联苯胺試紙(变藍)
       4.氰 氰化鉀-8-羟基喹啉試紙(变紅)
       5.还原性蒸气 磷钼酸試紙(变藍)
       6.硫化氢 醋酸鉛試紙(变黑)
       7.乙醛 吗啉-硝普酸鈉試紙(变藍)

       表3示出試驗1~7施用于各种化合物的揮发性热解产物的结果。少于0.5毫克的样品量,往往足够用来檢定特性的热解产物。
       表中指出热解分裂出氰化氫这一現象,竟从这么多种含氮有机化合物中发生,以致氰离子試驗的負反应,就成为具有偵察价値了。又在有机化合物的热解产物中檢定氰与乙醛,虽然比較稀少,却也可同样进行。从很多种胍及胍的开链和环状衍生物,以及嘌呤衍生物可以分裂出氰。在含OC2H5-、NC2H5-、OCH2CH2O-、NCH2CH2N-或NCH2CH2O-基团的化合物的气态热解产物中,可以檢定出乙醛。后三种基团在热解分裂出水(即是类似过热水蒸汽形态)时,轉化成揮发的乙二醇,因而間接也可以发生乙醛反应。
       如上所述,有机化合物的热解分裂可和其它过程如水解、氧化还原反应、縮合作用等結伴发生或紧接发生。这种复合过程的具体有趣说明,将在許多含卤素有机化合物热解时的性行中見到,它們不仅产生氫卤酸,并且令人惊奇地还会产生大量的单体卤素。单体卤素的产生,是由于一种第二步的反应;这可由事实来証明,即将含卤素有机化合物与碳酸鈉或氧化镁的混合物进行干热时,只产生卤化鈉或卤化镁。因此,卤素的来由,显然是由于初步所产生的无水氫卤酸,受到空气氧化所致:

2HX+O → H2O+2X0    (X代表卤素)

       上面所述,乙醛在O-乙基与N-乙基化合物热解中产生,也同样屬于第二步反应的性质。在这些場合,連同相应的甲基化合物,其热解所产生的水,先将化合物皂化成为乙醇或甲醇(热水解),而热的乙醇(甲醇)蒸气和空气接触时,就部分地被氧化而成为相应的醛类。
       很多种苯胺衍生物在受到干热时产生苯胺,也是頗有兴趣的事例。苯胺在气相时,可利用它和曾经对-二甲胺基苯(甲)醛浸渗过的滤紙互相接触,产生黃色斑点(形成希夫氏碱类)来作出檢定。这个苯胺衍生物初步試驗法的灵敏度,可从少至5微克的乙酰替苯胺、苯酰替苯胺、肼撑苯或苯肼在热解时产生苯胺这一事实的发現,而得到說明。
       下面数种热解分裂,在分析上具有很大的重要性:(1)具有兼含N与O基团的有机化合物,无例外地分裂出亚硝酸。(2)环核或支链内有O-原子的芳族化合物产生酚类。亚硝酸与揮发性酚类,是可在气相中得到灵敏的檢定的,那末它們的特性試驗法,就可根据于这种性行了。
       在評估气态化学分裂产物的檢定法时,应注意到化合物的混合物,其性行和其分开的各个组份会有所不同,因为混合物在加热时,各个组份之間可有种种反应发生。例如醋酸及甲酸的碱金属盐或碱土金屬盐的混合物,在加热时会形成乙醛。这是甲酸与碱金屬甲酸盐一个纯度試驗法的基础。另一例子,是亚硝胺类和碳水化合物类、柠檬酸、酒石酸等的混合物,在热解时会有亚硝酸迅速形成。
       有机化合物与不熔无机氧化剂的混合物在干热时,可以观察到一些有趣的效应。它和有机参加物或其热解产物之間,将发生局部化学的氧化还原反应,形成特性热解产物,易于作出檢定。

表 3

化合物 H+ OH- HCN (CN)2 还原性蒸气 H2S CH3CHO
硫脲 + + + +
尿酸 + + +
亚硝基R盐 + + + +
糖精 + + +
若丹明B + + + +
巴比土酸 + + +
辛可宁(碱) +
葡萄糖 + + +
氨基非林 + + +
D,L-异白氨酸 + + +
双阿脲 + + + +
联苯胺 + + +
肼撑苯 + + +
二甲基乙二肟 + + + +
縮二脲 +
胱氨酸 + + +
碳酸胍 + + +
8-羟基喹啉 + +
6-硝基喹啉 + +
聚乙烯醇 + +
黄蝶呤 + + + +
对,对'-二氨苯基砜 + + +
盐酸萘胺 +

 


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