Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Функциональный анализ органических лекарственных веществ

Подавляющую часть применяемых в медицинской практике лекарственных веществ составляют соединения органической природы. В отличие от анализа неорганических веществ, в котором используются свойства образующих их ионов, основу анализа органических лекарственных веществ составляют свойства функциональных групп.

Функциональные группы - это связанные с углеводородным радикалом отдельные атомы или группы атомов, которые вследствие своих характерных свойств могут быть использованы для целей идентификации и количественного определения лекарственных веществ.

Наличие нескольких функциональных групп оказывает влияние на эффекты некоторых общих реакций и на свойства продуктов, образующихся в результате их протекания.

Классификация функциональных групп

1. Кислородсодержащие функциональные группы:

—ОН - гидроксильная (спиртовая или фенольная);

—С=О; —С=О - карбонильная (кетонная или альдегидная);

| \

—СООН - карбоксильная;

—C—О— - сложноэфирная группа;

—CH—(CH2)n—C=O – лактонная группа.

|____ O _____|

2. Азотсодержащие функциональные группы:

—NH2 - первичная аминогруппа алифатическая или ароматическая;

—NO2 - ароматическая нитрогруппа;

—NH— - вторичная аминогруппа;

—N— - третичный атом азота;

—C—NH— - амидная группа;

—CH—(CH2)n—C=O – лактамная группа;

|____ NH ____|

—С—NH—C— - имидная группа;

|| ||

O O

—SO2—NH— - сульфамидная группа;

—СН = N— - азометиновая группа;

3. Прочие функциональные группы:

- ароматический (фенильный) радикал;

- пиридиновый цикл;

R―Gal - ковалентно-связанный галоген (Cl, Br, I, F);

R―S― - ковалентно-связанная сера.

Спиртовый гидроксил: Alk — ОН

Спиртовый гидроксил - это гидроксил, связанный с алифатическим углеводородным радикалом. Его содержат спирты, карбоновые кислоты и их соли, терпены, производные фенилалкиламинов, соединения стероидного строения, антибиотики ароматического ряда и некоторых другие лекарственные вещества.

Идентификация

1. Реакция этерификации с кислотами или их ангидридами в присутствии водоотнимающих средств. Основана на свойстве спиртов образовывать сложные эфиры. В случае низкомолекулярных соединений эфиры обнаруживают по запаху, а при анализе высокомолекулярных веществ - по температуре плавления.

С2Н5ОН + СН3СООН + Н2SО4 к. → СН3-С = О + Н2О

ОС2Н5

спирт этиловый этилацетат (фруктовый запах)

2. Реакция окисления. Основана на свойстве спиртов окисляться до альдегидов, которые обнаруживают по запаху. В качестве реагентов используют различные окислители: калия перманганат, калия бихромат, калия гексацианоферрат (III) и др. Наибольшую аналитическую ценность имеет калия перманганат, который, восстанавливаясь, меняет степень окисления от

+7 до +2 и обесцвечивается, т.е. делает реакцию наиболее эффектной.

С2Н5ОН + [О] → СН3-С=О + Н2О

спирт этиловый ацетальдегид (запах яблок)

Окислению могут сопутствовать побочные химические реакции. Например, в случае эфедрина - гидраминное разложение, в случае молочной кислоты – декарбоксилирование.

3. Реакция комплексообразования, основанная на свойстве многоатомных спиртов образовывать комплексные соединения с сульфатом меди (II) в щелочной среде.

CuSO4 + 2 NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4

глицерин синего цвета комплекс

Аналогичную цветную реакцию дают аминоспитры (эфедрин, мезатон и др.). В комплексообразовании принимают участие спиртовый гидроксил и вторичная аминогруппа. Полученные окрашенные комплексы имеют структуру:

В случае эфедрина образующийся комплекс при извлечении в эфир окрашивает его в фиолетово-красный цвет, а водный слой сохраняет синее окрашивание.

Количественное определение

1. Метод ацетилирования: алкалиметрия, вариант нейтрализации, способ косвенного титрования. Основан на свойстве спиртов образовывать нерастворимые сложные эфиры. Ацетилирование проводят избытком уксусного ангидрида при нагревании в присутствии пиридина. В процессе титрования выделяется эквивалентное количество уксусной кислоты, которую оттитровывают натрия гидроксидом с индикатором фенолфталеин.

СН2—ОН СН2—О—COCH3

| |

СН —ОH + 3 (СH3CO)2O → СН —О—COCH3 + 3 CH3COOH

| |

СН2—ОН СН2—О—COCH3

Одновременно будет титроваться также кислота, образованная при гидролизе избытка уксусного ангидрида, взятого для ацетилирования, поэтому необходим контрольный опыт.

(СH3CO)2O + H2O → 2 СH3COOH

избыток

СH3COOH + NaOH → СH3COONa + H2O Э=М/3

2. Бихроматометрия. Метод основан на окислении спиртов избытком бихромата калия в кислой среде. При этом спирт этиловый окисляется до уксусной кислоты, глицерин – до углекислоты и воды. Окислении проходит во времени и поэтому используют способ обратного титрования.

3 C2H5OH + 2 K2Cr2O7 + 16 HNO3 → 3 CH3COОН + 4 Cr(NO3)3 + 4 KNO3 + 11 H2O

Избыток бихромата калия определяют йодометрически с индикатором – крахмал:

K2Cr2O7 + 6 KJ + 14 HNO3 → 3 J2 + 2 Cr(NO3)3 + 8 KNO3 + 7 H2O

J2 + 2 Na2S2O3 → 2 NaJ + Na2S4O6 Э=М/4

3. Куприметрия. Метод основан на свойстве спиртов образовывать устойчивые комплексные соединения с сульфатом меди в щелочной среде. Прямое титрование. Титрант – сульфат меди. Индикатор – мурексид. Метод используется во внутриаптечном контроле качества лекарственных форм с левомицетином.

Фенольный гидроксил: Аr - ОН

Это гидроксил, связанный с ароматическим радикалом. Его содержат лекарственные вещества группы фенолов, фенолокислот и их производных, производные фенантренизохинолина, синэстрол, адреналин и др.

Идентификация

1. Реакция комплексообразования фенольного гидроксила с ионами железа (III). Основана на свойствах фенольного гидроксила образовывать растворимые комплексные соединения, окрашенные чаще в синий цвет (фенол) или фиолетовый (резорцин, кислота салициловая), реже в красный (ПАС-натрий) и зеленый цвета (хинозол).

Состав комплексов, а, следовательно, и их окраска обусловлены количеством фенольных гидроксилов: синий (фенол) или фиолетовый (резорцин), влиянием других функциональных групп (кислотата салициловая, ПАС-натрий, хинозол), реакцией среды (резорцин).

кислота салициловая

2. Реакция бромирования ароматического кольца. Основана на электрофильном замещении водорода в о- и п-положениях на бром с образованием нерастворимого бромпроизводного белого цвета. При избытке бромной воды образуется продукт окисления и галогенирования (тетрабромциклогексадиен-2,5-он) в виде осадка желтого цвета.

Основные правила бромирования

1) Бром замещает водород в о- и п-положениях по отношению к фенольному гидроксилу:

фенол трибромфенол

белый аморфный осадок (Т пл.)

2) При наличии в о- или п-положениях ароматического кольца заместителей в реакцию вступает меньше атомов брома:

дибромтимол

3) Если в о- или п-положениях находится карбоксильная группа, то при наличии избытка брома происходит декарбоксилирование и образование трибромпроизводного:

кислота салициловая трибромфенол

При йодировании избытком раствора йода декарбоксилирования салициловой кислоты не происходит.

4) Если заместитель находится в м-положении, то он не препятствует образованию трибромпроизводного:

мезатон триброммезатон

Если в соединении содержится два фенольных гидроксила в м-положении, то в результате их согласованной ориентации образуется трибромпроизводное:

резорцин трибромрезорцин

6) Если две гидроксильные группы расположены о- и п-положениях друг к другу, то они действуют несогласованно и бромирование не проходит:

адреналин

3. Реакция азосочетания фенолов с диазореактивом (диазотированная сульфаниловая кислота) в щелочной среде с образованием азокрасителя, окрашенного от оранжево-красного до вишнево-красного цвета:

4. Реакция окисления. Фенолы могут окисляться до различных соединений, но чаще всего до хинонов, окрашенных в розовый или, реже, в желтый цвет:

5. Реакция образования индофенолового красителя. Основана на окислении фенолов до хинонов, которые при конденсации с аммиаком или аминопроизводным и избытком фенола образует индофеноловый краситель:

Фенол образует индофеноловый краситель сине-зеленого цвета, тимол – слабо-розового, резорцин – буровато-желтого.

6. Реакция конденсации с альдегидами или ангидридами кислот:

1) С формальдегидом в присутствии концентрированной серной кислоты салициловая кислота образует ауриновый краситель красного цвета:

Концентрированная серная кислота на первой стадии реакции играет роль водоотнимающего средства, а на второй является окислителем.

2) Сплавление резорцина с избытком фталевого ангидрида и последующее растворение плава желто-красного цвета в растворе щелочи. Появляется интенсивно-зеленая флюоресценция.

С фенолом образуется фенолфталеин, имеющий в щелочной среде малиновую окраску. С тимолом – тимолфталеин, окрашенный в щелочной среде в синий цвет.

Количественное определение

1. Броматометрия. Метод основан на электрофильном замещении атомов водорода ароматического кольца на бром, выделенный в реакции бромата калия с бромидом калия в кислой среде:

KBrO3 + 5 KBr + 6 HCl → 3 Br2 + 6 KCl + 3 H2O

Э=М/6

Используют способы прямого (тимол) и обратного титрования (фенол, резорцин). При прямом способе титруют калия броматом в присутствии бромида с индикатором метилоранжем или метиловым красным до обесцвечивания. При обратном – добавляют избыток калия бромата, калия бромид, кислоту и выдерживают нужное для бромирования время, а затем избыток брома определяют йодометрически:

Br2 + 2 KI → I2 + 2 KBr

I2 + 2 Na2S2O3 → 2 NaI + Na2S4O6

Индикатор – крахмал. Эквивалент зависит от количества присоединенного брома.

2. Йодометрия. Основана на электрофильном замещении атомов водорода ароматического кольца на йод:

Э=М/6

Для связывания йодоводородной кислоты, смещающей равновесие в обратную сторону, добавляют ацетат или гидрокарбонат натрия:

HI + NaHCO3 → NaI + CO2↑ + H2O

HI + CH3COONa → NaI + CH3COOH

Используют способы прямого и обратного титрования. В последнем - избыток йода оттитровывают тиосульфатом натрия. Параллельно ставится контрольный опыт.

3. Йодхлорметрия. Метод основан на электрофильном замещении атомов водорода в о- и п-положениях ароматического кольца на йод, входящий в состав йодмонохлорида. Используют способ обратного титрования - избыток йодмонохлорида определяют йодометрически.

ICl + KI → I2 + KCl

I2 + 2 Na2S2O3 → 2 NaI + Na2S4O6 Э=М/6

4. Метод ацетилирования. Используют для количественной оценки синэстрола.

Э=М/2

5. Алкалиметрия. Метод нейтрализации в среде протофильного растворителя диметилформамида (ДМФА). Фенолы проявляют очень слабые кислотные свойства, их определение алкалиметрическим методом нейтрализации в водных или смешанных средах невозможно, поэтому используют титрование в среде неводных растворителей, в частности, ДМФА. Метод основан на солеобразовании определяемой слабой кислоты (фенола) с титрантом – метилатом натрия в среде протофильного растворителя, усиливающего кислотные свойства:

В качестве индикатора применяют тимоловый синий. Э=М

6. Фотоколориметрия (ФЭК) и спектрофотометория (СПФ). Методы основаны на свойстве окрашенных растворов поглощать немонохроматический (ФЭК) или монохроматический (СПФ) свет в видимой области спектра. В случае фенолов получают окрашенные соединения на основе реакций комплексообразования, азосочетания и образования индофенолового красителя.

Альдегидная группа: R—С=О

Альдегидной называется группа, в которой карбонил связан с атомом водорода и углеводородным радикалом (алифатическим или ароматическим). Альдегидную группу содержат: формальдегид, глюкоза, хлоралгидрат, пиридоксаль фосфат.

Идентификация

1. Реакция окисления. Альдегиды окисляются до карбоновых кислот с тем же числом атомов углерода, что и исходный альдегид. Окисление происходит даже под действием слабых окислителей: йода, растворов комплексных соединений серебра, меди, ртути в щелочной среде при нагревании. Ионы этих металлов восстанавливаются до свободных металлов или их оксидов, образуя окрашенные осадки, а раствор йода обесцвечивается.

1) Реакция с аммиачным раствором нитрата серебра (реакция серебряного зеркала):

Формальдегид, окисляясь до аммонийной соли муравьиной кислоты, восстанавливает аммиачный раствор нитрата серебра до металлического серебра, которое осаждается на стенках пробирки в виде «зеркала» или серого осадка.

2) Реакция с реактивом Несслера (щелочной раствор тетрайодомеркурата калия). Формальдегид восстанавливает тетрайодмеркурат-ион до металлической ртути - осадок темно-серого цвета:

3) Реакция с реактивом Фелинга. Этот реактив представляет собой смесь двух отдельно приготовленных растворов: раствора меди сульфата и раствора соли винной кислоты и натрия гидроксида. При смешивании этих растворов с альдегидами после нагревания образуется вначале желтый осадок гидроксида меди (I), а затем кирпично-красный осадок оксида меди (I):

2. Реакции конденсации.

1) С фенолами. В присутствие концентрированной серной кислоты образуется бесцветный продукт конденсации при последующим окислении которого получаются интенсивно окрашенные соединения хиноидной структуры. В качестве реактивов используются салициловая кислота или хромотроповая (1,8-диоксинафталин-3,6-дисульфоновая кислота):

2) С аминами или их производными. В качестве реактивов используются соединения с первичной ароматической аминогруппой. При этом образуются соединения с азометиновой связью - основания Шиффа, которые характеризуются желтой окраской.

Количественное определение

1. Йодометрия. Способ обратного титрования. Метод основан на свойстве альдегидов окисляться йодом в щелочной среде до кислоты. Йод взаимодействует с натрия гидроксидом с образованием натрия гипойодида, являющегося сильным окислителем. Гипойодид натрия окисляет альдегид до кислоты:

J2 + 2 NaOH → NaOJ + NaJ + H2O

H—С=О + NaOJ + NaOH → HCOONa + NaJ + H2O

Затем прибавляют серную кислоту для выделения йода из избытка гипойодида натрия, йод оттитровывают раствором натрия тиосульфата: NaOJ + NaJ + H2SO4 → J2 + Na2SO4 + H2O

2. Фотоколориметрия (ФЭК) и спектрофотометория (СПФ). В случае альдегидов получают окрашенные соединения на основе реакций конденсации с фенолами и образования оснований Шиффа.

Кетонная группа: R—С=О

Кетонной называется группа, в которой карбонил связан с двумя углеводородными радикалами (алифатическими или ароматическими). Кетогруппа входит в структуру кортикостероидов, гестагенных гормонов, андрогенных гормонов, бициклических терпенов.

Идентификация

Реакция конденсации с аминами или их производными. В качестве реактивов используют производные гидразина – фенилгидразин и 2,4-динитрофенилгидразин, гидроксиламин. При этом образуются соединения с азометиновой связью – гидразоны, оксимы, которые характеризуются определенной окраской или температурой плавления.

Реакция образования оксима рекомендуется для испытания подлинности прегнина, определяют температуру плавления образующегося оксима.

Количественное определение

1. Оксимный метод. Используется в двух вариантах. Метод основан на свойствах кетонов образовывать с гидроксиламина гидрохлоридом оксим с выделением эквивалентного количества кислоты хлористоводородной. Дальнейшее определение проводят по кислоте алкалиметрически (косвенное определение) или по оксиму, осадок которого отфильтровывают, промывают, высушивают до постоянной массы и взвешивают (гравиметрия).

- HCl

HCl + NaOH → NaCl + H2O Э=М

2. Фотоколориметрия (ФЭК) и спектрофотометория (СПФ). Для получения окрашенных

соединений используют реакции конденсации с 2,4-динитрофенилгидразином.

α-кетольная группировка: R—С—СН2ОН

К карбонильным соединениям относятся вещества, содержащие α-кетольную группировку, которая включает связанные между собой кетонную и спиртовую группы. α-кетольную группировку содержат гормоны коркового слоя надпочечников и их полусинтетические аналоги.

Идентификация

Реакции окисления. Соединения с α-кетольной группировкой обладают восстановительными свойствами и под действием слабых окислителей (раствора йода, комплексных соединений серебра, меди, ртути) в щелочной среде при нагревании образуют 17-кетоальдегиды. Ионы металлов комплексных солей восстанавливаются до свободных металлов или их оксидов, образуя окрашенные осадки, а раствор йода обесцвечивается.

1) С реактивом Фелинга:

2) С аммиачным раствором серебра нитрата:

3) Под действием перйодата калия, хлорной кислоты или фосфорно-молибденовой кислоты образуется 17-карбоновая кислота, выделяется формальдегид, который можно обнаружить по образованию ауринового красителя с салициловой или хромотроповой кислотами.

Количественное определение

Фотоколориметрия (ФЭК) и спектрофотометория (СПФ) на основе цветных реакций окисления и реакции образования ауринового красителя после окисления сильным окислителем.

Карбоксильная группа: R—СООН

Карбоксильную группу содержат карбоновые кислоты и их соли, аминокислоты, ароматические кислоты, производные о-аминобензойной и о-аминофенилуксусной кислот, производные п-аминосалициловой к-ты, кислота никотиновая и др.

Идентификация

1. Реакции комплексообразования с ионами железа (III) или меди (II) с образованием окрашенных простых или комплексных солей. Например, соли карбоновых кислот:

3 [HOCH2–(CHOH)4–COO]2 Ca + 2 FeCl3 → 2 [HOCH2–(CHOH)4–COO-]3 Fe + 3 CaCl2

кальция глюконат светло-зеленое окрашивание

или

зеленое окрашивание

Ароматические кислоты:

бензойная кислота осадок розово-желтого цвета

Аминокислоты:

комплексы темно-синего цвета

2. Реакция этерификации. Карбоновые кислоты взаимодействуют со спиртами, образуя сложные эфиры. Как правило, образующиеся эфиры доказывают по специфическому запаху.

СН3СООН + С2Н5ОН + Н2SО4 к. → СН3-С = О + Н2О

ОС2Н5

уксусная кислота этилацетат (фруктовый запах)

3. Реакция декарбоксилирования для кислот салициловой и никотиновой. При нагревании этих кислот в присутствии натрия карбоната или натрия цитрата выделяется углекислый газ (декарбоксилирование). Продукты декарбоксилирования обнаруживаются по запаху.

салициловая кислота фенол

4. Реакция выделения кислот рекомендуется для идентификации солей, образованных ароматическими кислотами. Сильные минеральные кислоты (серная, хлористоводородная и азот-

ная) вытесняют более слабые из их солей. Образующиеся осадки кислот отделяют и идентифицируют по температуре плавления.

натрия бензоат кислота бензойная

белый осадок (Т пл.)

Количественное определение

1. Алкалиметрия для карбоновых кислот. Метод нейтрализации прямое титрование. Метод основан на свойстве кислот вступать в реакцию солеобразования со щелочами. Титруют в присутствии спирта или ацетона для растворения кислоты и предотвращения гидролиза образующейся соли. Индикатор фенолфталеин.

Функциональный анализ органических лекарственных веществ 📙 Реферат → 🆔 300466