Thuốc thử Tollens

Thuốc thử Tollens (công thức hóa học: $\text{Ag}{\left({\text{NH}}_3^{}\right)}_2^{}\text{OH}$) là một chất hóa học dùng để phân biệt aldehyde với keton và một số alpha-hydroxy keton có thể chuyển hóa thành aldehyde. Thuốc thử này bao gồm dung dịch bạc(I) nitrat, amonia và một chút natri hydroxide để duy trì độ pH kiềm. Tên của thuốc thử được đặt theo tên nhà hóa học người Đức Bernhard Tollens. Kết quả dương tính sẽ được thể hiện bằng sự xuất hiện của bạc đơn chất, thường tạo thành lớp “gương bạc” trên thành bình phản ứng.

Chuẩn bị

Thuốc thử Tollens không có sẵn trên thị trường do thời hạn sử dụng ngắn, vì vậy cần phải chuẩn bị mới tại phòng thí nghiệm. Quá trình chuẩn bị thường bao gồm hai bước. Đầu tiên, thêm vài giọt natri hydroxide loãng vào dung dịch 0,1 M bạc nitrat. Các ion ${\text{OH}}^{-<!--\; -\; -->}$ sẽ chuyển phức bạc aquo thành bạc oxide ${\text{Ag}}_2^{}\text{O}$, tạo thành kết tủa màu nâu đen trong dung dịch.

$2{\text{AgNO}}_3^{}+2\text{NaOH}⟶<!--\; ⟶\; -->{\text{Ag}}_2^{}\text{O}\left(\text{s}\right)+2{\text{NaNO}}_3^{}$

+ H 2 O {\displaystyle {\ce {2AgNO3 + 2NaOH -> Ag2O(s) + 2NaNO3 + H2O}}}

Ở bước tiếp theo, thêm từ từ dung dịch amonia cho đến khi bạc oxide hòa tan hoàn toàn. Dung dịch thu được sẽ chứa phức [Ag(NH₃)₂], chính là thành phần chính của thuốc thử Tollens.

${\text{Ag}}_2^{}\text{O}\left(\text{s}\right)+4{\text{NH}}_3^{}+2\text{NaOH}+{\text{H}}_2^{}\text{O}⟶<!--\; ⟶\; -->2\left[\text{Ag}{\left({\text{NH}}_3^{}\right)}_2^{}\right]\text{OH}+2\text{NaOH}$

Ngoài ra, bạn cũng có thể thêm amonia trực tiếp vào dung dịch bạc nitrat. Ban đầu, amonia sẽ làm xuất hiện bạc oxide rắn, nhưng sau khi thêm amonia tiếp, kết tủa này sẽ hòa tan và tạo thành dung dịch trong suốt chứa phức bạc(I) ${\left[\text{Ag}{\left({\text{NH}}_3^{}\right)}_2^{}\right]}^{+}$. Việc lọc thuốc thử trước khi sử dụng sẽ giúp loại bỏ các vấn đề liên quan đến kết quả không chính xác.

Hướng dẫn sử dụng

Phân tích định tính các hợp chất hữu cơ

Khi đã xác định được sự có mặt của nhóm carbonyl bằng cách sử dụng thuốc thử 2,4-dinitrophenylhydrazine (hay còn gọi là thuốc thử Brady, 2,4-DNPH hoặc 2,4-DNP), nhưng không rõ liệu nhóm carbonyl là aldehyde hay keton, cần sử dụng thêm thuốc thử Tollens. Thuốc thử Tollens thường cho kết quả âm tính với hầu hết các keton, ngoại trừ xeton alpha-hydroxy.

Thử nghiệm dựa trên đặc điểm của aldehyde dễ bị oxi hóa hơn so với keton do nhóm carbonyl trong aldehyde có liên kết với hydro. Phức bạc diammine(I) trong hỗn hợp đóng vai trò là chất oxy hóa và là thành phần quan trọng trong thuốc thử Tollens. Thử nghiệm thường được thực hiện trong ống nghiệm ngâm trong nước ấm.

Nếu có kết quả dương tính, phức bạc diammine(I) sẽ oxy hóa aldehyde thành ion carboxylat, đồng thời phức bạc bị khử thành bạc nguyên chất và amonia trong nước. Bạc nguyên chất sẽ kết tủa trong dung dịch, tạo thành lớp 'gương bạc' đặc trưng trên bề mặt bên trong của bình phản ứng. Ion carboxylat khi bị acid hóa sẽ tạo thành acid carboxylic tương ứng. Acid carboxylic không được hình thành ngay từ đầu vì phản ứng xảy ra trong điều kiện kiềm. Các phương trình ion cho phản ứng tổng thể được trình bày dưới đây với R là nhóm alkyl.

$2{\left[\text{Ag}{\left({\text{NH}}_3^{}\right)}_2^{}\right]}^{+}+\text{R}-\text{CHO}+{\text{H}}_2^{}\text{O}⟶2\text{Ag}\left(\text{s}\right)+4{\text{NH}}_3^{}+\text{R}-\text{COOH}+2{\text{H}}^{+}$

Thuốc thử Tollens cũng có khả năng kiểm tra các alkyne cuối ($\text{R}-{\text{C}}_2^{}\text{H}$). Trong trường hợp này, bạn sẽ thấy kết tủa trắng của axetylua ($\text{AgC}-\text{R}$). Một thử nghiệm khác dùng phản ứng giữa furfural và phloroglucinol để tạo ra hợp chất màu với khả năng hấp thụ mol cao, và thử nghiệm này cũng dương tính với hydrazin, hydrazon, keton α-hydroxy và 1,2-dicarbonyl.

Thuốc thử Tollens và thuốc thử Fehling đều phản ứng dương tính với acid fomic.

Kỹ thuật nhuộm màu

Trong giải phẫu bệnh lý, nitrate bạc amoniac được dùng trong phương pháp nhuộm Fontana-Masson, một kỹ thuật nhuộm bạc giúp phát hiện melanin, argentaffin và lipofuscin trong mô học. Melanin và các chromaffin khác có khả năng khử bạc nitrat thành bạc kim loại.

Phương pháp tráng gương bạc

Thuốc thử Tollens có thể được dùng để phủ bạc lên các bề mặt thủy tinh, chẳng hạn như bên trong của bình giữ nhiệt chân không. Quá trình hóa học này được gọi là phản ứng tráng gương hoặc phản ứng tráng bạc. Glucose (một aldehyde) đóng vai trò là chất khử và cần có dụng cụ thủy tinh sạch để tạo ra lớp gương chất lượng cao. Để tăng tốc độ lắng đọng, bề mặt thủy tinh có thể được xử lý trước bằng thiếc(II) chloride trong dung dịch acid hydrochloric.

Trong các ứng dụng yêu cầu chất lượng quang học cực cao, chẳng hạn như gương kính thiên văn, việc sử dụng thiếc(II) chloride có thể gây vấn đề vì nó tạo ra độ nhám ở kích thước nano và làm giảm hệ số phản xạ. Các phương pháp chế tạo gương kính thiên văn thường sử dụng các phụ gia bổ sung để cải thiện độ bám dính và khả năng phục hồi của lớp tráng, như phương pháp Martin với acid tartaric và ethanol.

Đảm bảo an toàn trong phòng thí nghiệm

Thuốc thử Tollens, khi đã pha chế lâu mà chưa sử dụng, có thể bị phân hủy bằng acid loãng để ngăn ngừa sự hình thành bạc nitride, một hợp chất rất dễ nổ.

• Thuốc thử Benedict

Các liên kết bên ngoài

• Xem video về quá trình thí nghiệm với thuốc thử Tollens
• Cơ chế của phản ứng với thuốc thử Tollens