Анализ по функциональным группам

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ВПО «ПЕРМСКАЯ государственная ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ Министерства здравоохранения

Российской Федерации»

КАФЕДРА  ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ  ХИМИИ

ОЧНОГО ФАКУЛЬТЕТА

 

 

 

 

 

 

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ  АНАЛИЗ

ПО  ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ  ГРУППАМ  и  общие титриметрические  методы  анализа

 

Учебно-методическое пособие  для студентов очного факультета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь - 2004 г.

 

 

Учебно-методическое пособие  предназначено для самостоятельной  работы студентов 3-5 курсов очного факультета.

Составлено в соответствии с программой по фармацевтической химии (Москва, 2001 г.) и приказом МЗ РФ № 93 от 31.03.97 г. «О поэтапном введении с 1997 года итоговой государственной аттестации выпускников высших медицинских и фармацевтических ВУЗов» профессором Ярыгиной Т.И., доцентами Перевозчиковой Г.Г., Саттаровой О.Е., Визгуновой О.Л., Кирилловой Р.В., Бобровской О.В.

Под общей редакцией  профессоров кафедры фармацевтической химии Ярыгиной Т.И. и Коркодиновой Л.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть I. Фармацевтический анализ

по функциональным группам

 

Введение

Лекарственные вещества (ЛВ) органического происхождения составляют большую часть лекарственных средств. Анализ этих ЛВ, в основном, сводится к исследованию функциональных групп, входящих в состав соединения.

Функциональная группа (ФГ) – это реакционно-способный  атом или группа атомов, обусловливающие  химические свойства вещества, его  фармакологическую активность, а также принадлежность к определённому классу органических соединений. Анализ лекарственных веществ по ФГ позволяет унифицировать методики реакций подлинности и количественного определения; даёт возможность прогнозировать способы испытаний по их структуре.

ЛВ, как правило, полифункциональные соединения, т.е. содержат несколько ФГ. При испытании на подлинность обычно выполняют реакции на все ФГ соединения, что позволяет достоверно идентифицировать исследуемое ЛВ. Для каждой ФГ предложено несколько способов количественного определения, что даёт возможность выбрать оптимальный метод анализа при исследовании ЛВ в различных объектах (субстанция, лекарственный препарат).

Некоторые ФГ обладают одинаковыми  химическими свойствами, например, карбоксильная и имидная, сложноэфирная и амидная, ковалентно связанные хлор и бром. Поэтому, при действии на ЛВ реагента эти группы вступают в реакцию одновременно, что следует учитывать при проведении анализа соединения.

Классификация ФГ основана на названии входящих в них элементов. Однако, она условна, т.к. некоторые ФГ являются смешанными (содержат несколько элементов).

 

1. ФГ, содержащие кислород:

  гидроксильная группа (спиртовая или фенольная);

                      

карбонильная ( альдегидная  или                       кетонная);

 a-кетольная;          

                              

 

       карбоксильная группа;

                                     

сложноэфирная группа;

 

                                                 

простая эфирная группа.

 

 

2. ФГ , содержащие  азот:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Прочие ФГ (которые  нельзя обобщить по одному признаку) : 

 

 

 

Анализ лекарственных  веществ по ФГ

 

Спиртовый гидроксил

 

                         (1)                                        (2)                                                    (3)

Гидроксил, связанный  с алифатическим (примеры 1 и 2) или алициклическим (3) углеводородным радикалом. Различают первичный (1), вторичный (3) и третичный (2) спиртовый гидроксил.

Химические свойства

1. Реакция образования сложных эфиров (реакция этерификации). В реакцию вступают все спиртовые гидроксилы.

2. Окислительно-восстановительные. Спирты проявляют слабые восстановительные свойства. Окисляются только сильными окислителями (K₂Cr₂O₇, KMnO₄, HIO₄, KIO₄) в кислой среде. Механизм реакции окисления различен, зависит от характера гидроксила.

 

 

 

 

 

 

 

 

Третичные и многоатомные спирты окисляются трудно, с разрывом углеводородной цепи.

3. Кислотно-основные. Очень слабые кислотные свойства, солей с щелочами не образуют. На силу кислотных свойств влияют характер заместителя в радикале и число гидроксильных групп в соединении: с увеличением числа групп кислотные свойства возрастают. Многоатомные спирты вследствие этого способны образовывать внутрикомплексные (хелатные) соединения с солями металлов (медь, кобальт) в сильнощелочной среде. Наибольший интерес представляет реакция с меди (II) сульфатом в среде натрия гидроксида. Одноатомные спирты вступают в реакцию комплексообразования, если кроме спиртового гидроксила содержат другие электронодонорные группы, способные образовывать координационные связи с металлом.

Реакции подлинности

 1. Реакция образования сложных эфиров. Спирты образуют с органическими кислотами или ангидридами кислот в присутствии водоотнимающих средств сложные эфиры. Сложные эфиры, полученные на основе низкомолекулярных спиртов, обладают характерным запахом, а сложные эфиры на основе высокомолекулярных спиртов являются кристаллическими веществами, имеющими четкую температуру плавления.

 

 

 

1.1.

 

 

 

 

Методика. К I мл этанола прибавляют 5 капель ледяной уксусной кис-

лоты, 0,5 мл конц. серной кислоты и осторожно нагревают; обнаруживается характерный запах этилацетата (свежих яблок).

 

 

1.2. Реакция ацилирования (ацетилирования).

 

 

 

 

 

2. Реакция окисления спиртов до альдегидов. Образующиеся альдегиды обнаруживают по запаху. В качестве окислителей используют калия гексациано -(III)-феррат, калия перманганат, калия дихромат и др.

 

2.1.

 

 

Методика. Около 0,01 г эфедрина гидрохлорида растворяют в 0,5 мл воды,

прибавляют кристаллик калия гексацано-(III)-феррата и нагревают до кипения, появляется запах бензальдегида.

 

2.2. В случае кальция  лактата одновременно протекает  реакция декарбоксилирования.

 

 

Методика. Около 0,05 г кальция  лактата растворяют в 1 мл воды, подкисляют разведённой серной кислотой, прибавляют раствор калия перманганата до красно-фиолетового окрашивания и нагревают; обнаруживается запах ацетальдегида.

3. Реакция образования комплексных соединений.

3.1. Многоатомные спирты.

3.1.1.

 

 

 

 

Методика. К 0,5 мл глицерола (глицерина) прибавляют по 5 капель растворов натрия гидроксида и меди (II) сульфата, появляется интенсивное синее окрашивание.

3.1.2.

 

 

 

 

 

 

 

Методика. К нескольким крупинкам левомицетина прибавляют 3 капли раствора меди (II) сульфата и 0,5 мл раствора натрия гидроксида, через 1 минуту взбалтывают с 0,5 мл н-бутанола. Слой н-бутанола окрашивается в сине-фиолетовый цвет.

3.2. Одноатомные спирты.

 

 

 

 

Методика. 0,01 г эфедрина гидрохлорида растворяют в 1 мл воды, прибавляют 2 капли раствора меди (II) сульфата, 10-15 капель раствора натрия гидроксида и 1 мл эфира; при взбалтывании слой органического растворителя окрашивается   в красно-фиолетовый цвет; водный слой – в синий.

 

Количественное определение

1. Метод ацетилирования (для высокомолекулярных спиртов). Основан на свойстве спиртов вступать в реакцию ацетилирования с уксусным ангидридом с образованием нерастворимых сложных эфиров и выделением эквивалентного количества уксусной кислоты. Выделившуюся уксусную кислоту оттитровывают раствором натрия гидроксида (индикатор - фенолфталеин).

 

 

 

 

Избыток уксусного ангидрида при разбавлении водой подвергают гидролизу с образованием уксусной кислоты, которая тоже будет титроваться щёлочью, поэтому параллельно проводят контрольный опыт.

 

 

 

При расчёте из избытка  щёлочи, израсходованного на контрольный  опыт, вычитают объём щёлочи, израсходованный на определение:

V_NaOH(контрольный опыт) - V_NaOH(на определение)

f_{экв (вещества)}=1/n, где n – количество спиртовых гидроксилов в молекуле вещества. f_{экв (ментола)}=1.

2. Перйодатный метод (для многоатомных спиртов). Основан на свойстве многоатомных спиртов окисляться йодной кислотой в кислой среде с образованием формальдегида и муравьиной кислоты по общей схеме:

 

 

 

          При окислении двух групп образуются две молекулы формальдегида, на что расходуется одна молекула йодной кислоты, а из группы получается муравьиная кислота, для образования которой требуется также одна молекула йодной кислоты. Избыток йодной кислоты определяют йодометрическим методом: прибавляют раствор калия йодида и выделившийся йод титруют раствором натрия тиосульфата (индикатор крахмал). Параллельно проводят контрольный опыт. При титровании раствора после окисления, наряду с не вошедшим в реакцию перйодатом, определяется также образовавшийся йодат:

 

                                                                            

                                                                     

Реакция среды должна быть кислая, чтобы не окислился  йодом выделившийся формальдегид. В расчётах учитывают количество раствора натрия тиосульфата, израсходованное на определение и контрольный опыт: V_{натр. тиосульфата} (контр. опыт) -  V_{натр. тиосульфата} (на определение спирта).

Фактор эквивалентности  зависит от числа гидроксильных  групп в молекуле спирта. Расчёт проводится косвенным способом, по изменению степени окисления реагента. Каждая молекула реагента в ходе реакции принимает два электрона   .

1 молекула спирта    ¾  (n+1) молекул   ®  (n+1) молекул     

 f_{экв (спирта)}=1/2(n+1), где n – число групп в молекуле спирта.

3. Куприметрический метод. Основан на свойстве спиртов образовывать с меди (II) сульфатом в щелочной среде устойчивые комплексные соединения (прямое титрование, индикатор – мурексид). Метод используется при внутриаптечном контроле препаратов хлорамфеникола (левомицетина).

 

 

f_{экв (хлорамфеникола)}= 2

 

 

 

Фенольный гидроксил

                                          Гидроксил, связанный с ароматическим циклом.

 

Химические свойства

1. Реакция этерификации (аналогично спиртовому гидроксилу).

2. Окислительно-восстановительные. Фенолы проявляют сильные восстановительные свойства, очень легко окисляется даже слабыми окислителями. Образуются окрашенные соединения хиноидной структуры.

3. Кислотно-основные. Электронная пара гидроксила смещена в сторону ароматического цикла, поэтому кислотные свойства более сильные, чем у спиртов (рК_а фенола 9,89). Образуют соли со щелочами (при рН ~ 12-13), комплексные соединения с железа (III) хлоридом (в нейтральных, слабощелочных, кислых растворах).

4. Реакции электрофильного замещения атома водорода в ароматическом кольце (бромирования, конденсации с альдегидами, сочетания с солями диазония, нитрования, нитрозирования, йодирования и др.) Способность фенолов вступать в реакции электрофильного замещения объясняется взаимодействием неподелённой электронной пары атома кислорода с p - электронами бензольного кольца. Электронная плотность смещается в сторону ароматического кольца. Наибольший избыток электронной плотности наблюдается у атомов углерода в о- и п- положениях по отношению к фенольному гидроксилу (ориентанту 1 рода).

 

Реакции подлинности

1. Реакция этерификации (ацилирования). Реакция основана на свойстве фенолов образовывать сложные эфиры (ацильные производные) с ангидридами и галогенангидридами кислот, выпадающие в осадок и имеющие чёткую температуру плавления.  

          Методика. К 0,25 г гексэстрола (синэстрола) прибавляют 1 мл уксусного ангидрида и 2 мл безводного пиридина. Кипятят с обратным холодильником 15 минут, охлаждают, добавляют 50 мл воды и тщательно встряхивают. Осадок отфильтровывают, промывают водой, сушат при 100-105° и определяют температуру плавления. Температура плавления выделенного диацетата синэстрола 137-139°С.

 

          2. Реакции окисления. Примером реакции окисления является индофеноловая проба. Проба проводится в растворе аммиака при взаимодействии с такими окислителями, как хлорамин, хлорная известь, бромная вода.