Свойства и методы определения аскорбиновой кислоты

Содержание

Введение                           3-4

1. Литературный обзор («Свойства и методы определения аскорбиновой кислоты»)                              4

1.1.1. Свойства аскорбиновой кислоты                      4-6

1.1.2. История открытия аскорбиновой кислоты           6-7

1.1.3. Применение аскорбиновой кислоты                     7-8

1.2. Химические методы определения содержания аскорбиновой кислоты     8

1.2.1. Качественное определение аскорбиновой кислоты метиленовым синим

               9

1.2.2. Количественное определение аскорбиновой кислоты    9

1.2.2.1. Определение аскорбиновой кислоты методом титрования реактивом Тильманса.               9-11

1.2.2.2. Определение аскорбиновой кислоты методом йодометрического титрования                   11

1.2.2.3. Определение аскорбиновой кислоты методом броматометрического титрования                                                                                 11

2. Обсуждение результатов                 12-14

3. Экспериментальная часть                14-15

Выводы                  16

Список  литературы                        17 

Введение

 Витамины  участвуют во множестве биохимических  реакций, выполняя каталитическую  функцию в составе активных  центров большого количества  разнообразных ферментов либо  выступая информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.

 Они  не являются для организма  поставщиком энергии и не имеют  существенного пластического значения. Однако витаминам отводится важнейшая  роль в обмене веществ.

 Концентрация  витаминов в тканях и суточная  потребность в них невелики, но  при недостаточном поступлении  витаминов в организм наступают  характерные и опасные патологические  изменения.

 Большинство витаминов не синтезируются в организме человека. Поэтому они должны регулярно и в достаточном количестве поступать в организм с пищей или в виде витаминно-минеральных комплексов и пищевых добавок. Исключение составляет витамин К, достаточное количество которого в норме синтезируется в толстом кишечнике человека за счёт деятельности бактерий.

 С нарушением поступления витаминов в организм связаны принципиальные патологические состояния: недостаток витамина — гиповитаминоз, отсутствие витамина — авитаминоз, и избыток витамина — гипервитаминоз.

 Известно около полутора десятков витаминов. Исходя из растворимости,  витамины делят на жирорастворимые — A, D, E, F, K и водорастворимые — все остальные (B, C и др.). Жирорастворимые витамины накапливаются в организме, причём их депо являются жировая ткань и печень. Водорастворимые витамины в существенных количествах не депонируются, а при избытке выводятся. Это с одной стороны объясняет то, что довольно часто встречаются гиповитаминозы водорастворимых витаминов, а с другой — иногда наблюдаются гипервитаминозы жирорастворимых витаминов.

 Витамины отличаются от других органических пищевых веществ тем, что не включаются в структуру тканей и не используются организмом в качестве источника энергии (не обладают калорийностью).

 Рассмотрим  подробнее витамин C (аскорбиновую кислоту). [4]

1. Литературный обзор («Свойства и методы определения аскорбиновой кислоты»)

1.1.1. Свойства аскорбиновой кислоты

 По  физическим свойствам аскорбиновая  кислота представляет собой белый  кристаллический порошок кислого  вкуса и является одноосновной кислотой, дающей соли, типа С₆Н₇О₆М. Легко растворим в воде, растворим в спирте.

 Из-за  наличия двух асимметрических  атомов существуют четыре энантиомера  аскорбиновой кислоты. Две условно  именуемые L- и D- формы хиральны  относительно атома углерода  в фурановом кольце, а изо- форма является D-изомером по атому углерода в боковой этиловой цепи.

L-изоаскорбиновая,  или эриторбовая, кислота используется  в качестве пищевой добавки  E315.

Оптические  изомеры аскорбиновой кислоты:

1a - L-аскорбиновая кислота, 2a - L-изоаскорбиновая кислота

1b - D-изоаскорбиновая кислота, 2b - D-аскорбиновая кислота

 Недостаток  аскорбиновой кислоты в пище  человека ведет к развитию  ряда недомогания, приводящих  постепенно к тяжелой болезни  – цинге.

 Симптомы  гиповитаминоза следующие: общая слабость, легкая утомляемость, вялость, сонливость (особенно весной), сердечная недостаточность. Снижается устойчивость к различным заболеваниям, в том числе простудным. Замедляется заживление ран и выздоровление при различных болезнях. Ухудшается общее самочувствие. Усиливаются склеротические изменения в сосудах. Увеличивается содержание холестерина в крови, и развивается холестериновый атеросклероз. Происходят частые  кровоизлияния из носа. Появляются синие пятнышки на коже (синяки без ушибов). Усиливается гипертония. Возникают боль и кровотечения десен, кариес, расшатывание и выпадение зубов.

 Аскорбиновая  кислота отличается непрочностью  вследствие наличия двойной связи  в молекуле. Она способна обратимо  окисляться и восстанавливаться.  При обратимом окислении образуется дегидроаскорбиновая кислота (С₆Н₆О₆), что обуславливается наличием в молекуле редко встречающейся в природе эндиольной группировки.

 Последняя  способна чрезвычайно легко окисляться  в дикетогруппировку, обуславливая  тем самым исключительную восстановительную способность аскорбиновой кислоты. Молекулярный вес аскорбиновой кислоты 176, эквивалентный вес 88. Она легко растворима в воде и в метиловом спирт, но в высших спиртах (например амиловом) почти нерастворима. Умеренно растворима в ацетоне и совсем нерастворима в безводном серном эфире и петролейном эфире.

 Наиболее  характерным свойством аскорбиновой  кислоты является ее способность  давать химически и термодинамически  обратимую ОВ-систему; с этим  свойством обычно связывают ее  физиологическую функцию. [3]

1.1.2. История открытия аскорбиновой кислоты

 Впервые  в чистом виде витамин С  был выделен в 1928 году, а в  1932 году было доказано, что именно  отсутствие аскорбиновой кислоты  в пище человека вызывает цингу.

 В  ряде случаев фармакологи возлагали на витамин С большие надежды, основанные прежде всего не на экспериментальных доказательствах клинической эффективности препарата, а на теоретических предпосылках, в первую очередь — относительно возможного антирадикального действия аскорбиновой кислоты.

 В  1970 г. Лайнус Полинг опубликовал  в Докладах национальной академии  США статью «Эволюция и потребность  в аскорбиновой кислоте», в которой  выдвинул концепцию необходимости  высоких доз витамина С, предполагая  их оптимальными для здоровья. К этому выводу Полинг пришёл путём теоретических рассуждений на основе доступной ему в то время литературы. Полинг предполагал, что высокие дозы витамина С способны защитить человека от многих заболеваний, в частности вирусных (ОРВИ, грипп) и онкологических. Витамин С также необходим для формирования волокон коллагена, для защиты тканей организма от свободных радикалов. Полинг предложил повысить ежедневную дозу витамина С в 100—200 раз. Сам он сообщал, что вместе с женой установил для себя дневную норму витамина С в 10 граммов.

 В  настоящее время теория Полинга об особой эффективности высоких доз витамина С при простуде не нашла подтверждения. С другой стороны, дозы аскорбиновой кислоты, существенно превышающие потребность, могут приводить к определённым физиологическим расстройствам.

 В 1996 г. в Норвегии был принят закон, запрещавший продавать капсулы, содержавшие больше 250 мг аскорбиновой кислоты. За Норвегией в 1997 г. последовали Финляндия и Германия. Ограничительные законы запрещали рекламу витаминов как лечебных препаратов против конкретных заболеваний, если не было необходимой для лекарств серии клинических испытаний. Эти законы, как оказалось, затрагивали интересы множества пищевых и фармакологических фирм. Поскольку витамины классифицировались в Европейском союзе как пищевые продукты, то для их поступления в коммерческую продажу никаких клинических испытаний не требовалось.

 В 2005 г. Европейский суд принял решение об ограничениях дозировок препаратов витамина С в странах ЕС с 1 августа 2005 г. Изменены формулировки рекомендаций (слова «лечит», «излечивает», «продлевает» и т. п. заменены на «способствует сохранению», «защищает»).

 Высказанные Л. Полингом надежды на активацию защитных сил с помощью витамина С, способствующую излечению от рака, также не нашли явного подтверждения. Более того, доказано, что при лучевой терапии использование аскорбиновой кислоты приводит к повышенной устойчивости опухолевых клеток. [3]

1.1.3. Применение аскорбиновой кислоты

 В  фармакологии применяется как  общеукрепляющее и стимулирующее иммунную систему средство при различных болезнях (простудные, онкологические и т. д.), а также профилактически при недостаточном поступлении с пищей, например, в зимне-весенний период.

 Аскорбиновая  кислота вводится также при  отравлении угарным газом, метгемоглобинобразователями в больших дозах — до 0,25 мл/кг 5 % раствора в сутки. Препарат является мощным антиоксидантом, нормализует окислительно-восстановительные процессы.

 Аскорбиновая  кислота и ее натриевая соль (аскорбат натрия) применяется в  пищевой промышленности в качестве антиоксиданта Е300, предотвращающего окисление продукта.

 Люди должны получать аскорбиновую кислоту с пищей. Также как у высших приматов (сухоносых обезьян), ген, отвечающий за образование одного из ферментов синтеза аскорбиновой кислоты, нефункционален. Однако, например, в организме кошки (как и у многих других млекопитающих) витамин C синтезируется (из глюкозы).

 Физиологическая  потребность для взрослых —  90 мг/сутки (беременным женщинам  рекомендуется употреблять на 10 мг больше, кормящим — на 30 мг). Физиологическая потребность для детей — от 30 до 90 мг/ сутки в зависимости от возраста. Верхний допустимый уровень потребления — 2000 мг/сутки.

 Наиболее  богаты аскорбиновой кислотой  плоды киви, шиповника, красного  перца, цитрусовых, чёрной смородины, лук, томаты, листовые овощи (например, салат и капуста), обычном сладком перце, брокколи, шпинате и черной смородине. [3]

1.2. Химические методы определения содержания аскорбиновой кислоты

1.2.1. Качественное определение аскорбиновой кислоты метиленовым синим

Поместить в пробирку по одной капли метиленовой  сини, гидрокарбоната натрия и натурального сока, нагреть до кипения, обесцвечивание раствора свидетельствует о наличие  аскорбиновой кислоты в растворе. [1]

1.2.2. Количественное определение аскорбиновой кислоты

1.2.2.1. Определение аскорбиновой кислоты методом титрования реактивом Тильманса.

 Принцип метода основан на окислительно-восстановительной реакции между аскорбиновой кислотой и индикатором — 2,6-дихлорфенолиндофенолом (реактив Тильманса).

 Реактивы: 0,001 н. раствор краски Тильманса (1 мл соответствует 0,088 мг аскорбиновой кислоты); 2 % раствор хлористоводородной кислоты. Для приготовления этого раствора отвешивают 0,2 г соли и растворяют в 600 мл дистиллированной воды при энергичном взбалтывании (рекомендуется оставить на 12 ч), затем фильтруют через складчатый фильтр, доводят объем водой до 1 л и хранят в темном месте. Срок годности реактива не более 7 сут. После приготовления краски Тильманса устанавливают ее титр по соли Мора. Для этого в коническую колбу наливают 10 мл 0,001 н. раствора краски Тильманса, титр которого хотят установить, прибавляют 5 мл насыщенного раствора оксалата аммония (7 г на 100 мг воды) и титруют 0,01 н. раствором соли Мора до перехода синей окраски в соломенно-желтую. Для получения 0,01 н. раствора соли Мора берут навеску 3,92 г соли и растворяют в 0,01 % растворе серной кислоты (0,56 мл серной кислоты с относительной плотностью 1,84 разбавляют дистиллированной водой в колбе до объема 1 л). Раствор хранят в склянке из темного стекла.

 Для установления титра приготовленного раствора соли Мора в коническую колбу наливают 10 мл данного раствора, прибавляют 1,5 мл серной кислоты в разбавлении 1:2 и титруют 0,01 н. раствором перманганата калия (0,316 г на 1 л дистиллированной воды) до появления устойчивой окраски.

 Титр раствора перманганата калия устанавливают по свежеприготовленному точному 0,01 н. раствору оксалата аммония, для приготовления которого растворяют 0,062 г этой соли в 100 мл дважды перегнанной дистиллированной воды. Для установления титра к 10 мл раствора оксалата аммония прибавляют 2,5 мл серной кислоты в разбавлении 1:2 и титруют раствором перманганата калия на водяной бане при температуре, близкой к кипению, до появления слабо розовой окраски.

Для исследования продуктов питания на содержание витамина С берут необходимые  навески: 5 мл молока, 10 мл настоя шиповника, 1—50 мл соков и экстрактов, 1—2 г  драже и таблетки, 10—50 г свежих растительных продуктов и т.д. Для  анализа жидкие и пастообразные продукты тщательно перемешивают (растирают в фарфоровой ступке) с небольшим количеством 2 % раствора хлористоводородной кислоты (всего берут 50 мл кислоты). После растирания в ступку добавляют оставшуюся часть 2 % раствора хлористоводородной кислоты. Для полного извлечения аскорбиновой кислоты смесь оставляют в ступке на 10 мин, затем фильтруют через четыре слоя марли, вложенной в воронку.

 Для определения аскорбиновой кислоты от 1 до 10 мл фильтрата помещают в колбу вместимостью 100 мл, добавляют 1 мл 2 % раствора хлористоводородной кислоты и доводят объем жидкости до 15 мл. После этого содержимое колбы титруют 0,001 н. раствором краски Тильманса до появления розового окрашивания, не исчезающего в течение 1 мин.

 Если раствор имеет интенсивную окраску, то пробу для титрования разводят водой в 5 раз. Одновременно проводят контрольное титрование. Для этого в колбу наливают 1 мл 2 % раствора хлористоводородной кислоты и 14 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы титруют раствором краски Тильманса до розового окрашивания. [1]

1.2.2.2. Определение аскорбиновой кислоты методом йодометрического титрования

 Около 0,5 мл исследуемого раствора наливаем в мерную колбу емкостью 50 мл, доводим водой до метки и тщательно перемешиваем.

 Берем  навеску первичного стандарта (первичным стандартом является раствор йодата калия КIO₃). Рассчитываем массу так, чтобы при растворении в 200,00 мл воды у нас получился ≈0,1000н раствор.

 Растворяем йодат калия в 200,00 мл воды.

 Выполнение определения: берем аликвоту раствора в 10,00 мл, прибавляем 0,50 мл 1% раствора йодида калия, 2,00 мл раствора крахмала, 1,00 мл 2% раствора соляной кислоты и титруем 0,1000н раствором йодата калия до появления стойкого слабо-синего окрашивания. [2]

  1.2.2.3. Определение аскорбиновой кислоты методом броматометрического титрования

Готовят 500 мл. 0,1н раствора бромата калия  по навеске. Берут 20 мл сока, добавляют 20 мл соляной кислоты (1:1) и доводят  до 100 мл в мерной колбе водой. К  полученному раствору прибавляют 1-2 мл крахмала и 2-3 капли 0,1н раствора иодида калия и титруют стандартным раствором бромата калия до появления слабой синей окраски, устойчивой в течение 20 секунд. [2]

2. Обсуждение результатов

 В нашей работе мы использовали метод броматометрического определения аскорбиновой кислоты, так как данный метод не требует сложной аппаратуры, много времени. Необходимы для проведения эксперимента посуда и реактивы легко доступны.

 Бромат-ион  – сильный окислитель, легко восстанавливающийся  до бромид-иона:

BrO₃^- + 6H⁺ + 6e = Br^- + 3H₂O        E⁰=1,44В

 В кислых растворах бромат-ион способен реагировать с бромид-ионом, образуя бром:

BrO₃^- + 5Br^- + 6H⁺ = 3Br₂ + 3H₂O

 При взаимодействии с кислыми растворами восстановителей более сильных, чем бромид-ион, бромат первоначально количественно восстанавливается до бромид-иона. После тога, как реакция с определяемым веществом закончится, начинается окисление бромида до брома. Появление окраски брома может служить индикатором при титровании.

 Бромат  калия может быть получен в  чистом виде и использоваться в качестве первичного стандарта. Растворы реагента устойчивы.

 Реакция  между броматом и аскорбиновой  кислотой описывается уравнением:

BrO₃^- + 3C₆H₈O₆ = Br^- + 3C₆H₆O₆ + 3H₂O

  Для регистрации конечной точки титрования в титруемый раствор добавляют немного иодида калия и крахмала. Первая избыточная капля титранта приводит к окислению иодид-иона до йода, который образует комплекс, окрашенный в синий цвет. Таким образом, конечную точку титрования устанавливают по появлению синей окраски комплекса йод-крахмал.

 Представление  результатов анализа:

Из трех сходящихся результатов титрования рассчитывают содержание аскорбиновой кислоты в анализируемом растворе в мг. Результат анализа представляют в виде среднего значения с интервалом.

m=c*V*Mэкв;   где c-концентрация

                        V-объем

                        Mэкв-молярная масса экв. аскорбиновой кислоты

 В  первом анализируемом растворе  оказалось 40,3 мг аскорбиновой  кислоты.

Мы рассчитали по формуле:

m=0,0975*0,47*88*10=40,3мг

Это был  сок «Добрый» с указанным содержанием  аскорбиновой кислоты 40,6мг.

 Во  втором растворе нашли 18,9мг  аскорбиновой кислоты:

m=0,0975*0,22*88*10=18,9мг

Это так  же не соответствует указанным на упаковке «не менее 20мг». Сок «Моя семья».

 В  третьем соке «Gold» оказалось 10,3мг:

m=0,0975*0,12*88*10=10,3мг

Это превышает указанное на упаковке содержание 10мг.

 В  ходе выполнения эксперимента  было установлено, что между  заявленными данными по содержанию  витамина С в соках и обнаруженными  методом броматометрии есть различия. Эти различия можно объяснить тем, что аскорбиновая кислота легко окисляется кислородом воздуха и в ходе эксперимента часть аскорбиновой кислоты могла окислиться.

 Не  смотря на различия данных, броматометрия является эффективным способом определения аскорбиновой кислоты.

3. Экспериментальная часть

Для проведения анализа использовались следующие реактивы:

1. Анализируемое вещество – апельсиновый сок.
2. Бромат калия (0,1н).
3. Соляная кислота, раствор (1:1).
4. Иодид калия, 0,1н раствор, свежеприготовленный.
5. Крахмал, свежеприготовленный 1% раствор.

Выполнение  работы:

1. Для проведения опыта подготовили химически чистую посуду.
2. Приготовили 500мл 0,1 раствора бромата калия по навеске:

m(KBrO₃), =V*C*M(KBrO₃), где

V – объем раствора, мл

C – концентрация раствора,

M(KBrO₃) – молярная масса эквивалента бромата калия.

3. Приготовили 50мл 0,1н раствора иодида калия:
4. Приготовили 1% раствор крахмала:
5. К 20мл анализируемого раствора прибавили 20мл соляной кислоты и разбавили до 100мл
6. К полученному раствору прибавили 1-2мл свежеприготовленного крахмала и 2-3 капли 0,1н раствора иодида калия.
7. Титровали стандартным раствором бромата калия до появления слабой синей окраски, устойчивой в течение 20 секунд.
8. Титрование проводят трижды.

Выводы

 Таким образом, в результате проведенных экспериментов по определению содержания аскорбиновой кислоты в соках различных марок броматометрическим методом было установлено неполное соответствие указанным значениям. Так, в двух типах сока («Добрый», «Моя семья») экспериментальноопределенное содержание аскорбиновой кислоты оказалось ниже заявленных производителями значений, указанных на упаковке, в третьем образце («Gold») экспериментальноопределенное содержание превысило значение, указанное на упаковке. В целом, значения, указанные производителями, носят ориентировочный характер.  Допускаемая погрешность составляет в среднем 3,08%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

1. Соколовский В.В., Лебедев Л.В. О методе раздельного определения аскорбиновой кислоты, дегидроаскорбиновой кислоты, и декитогулоновой кислоты в биологических тканях. // Лабораторное дело №3. 1974.
2. Чупахина Г.Н. Колориметрическое определение аскорбиновой кислоты. // Специальный практикум по биохимии и физиологии растений / Под ред. М.М. Окунцова. Калининград, 1981.
3. Орехов Ю.Ф. Витамин С. Химия и жизнь. 2001, №3.
4. Березов Т.Т. Биологическая химия / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин.-М.: Медицина, 1982.