Методы исследований органических соединений, содержащих ковалентно-связанный атом

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………..	4
Анализ по функциональным  группам………………………………….	5
1. Методы исследований  соединений, содержащих первичную  и вторичную ароматическую аминогруппу  и нитрогруппу……………......	6
1.1 Методы идентификации………………………………………………..	7
1.2 Методы количественного  определения…………………………….....	9
2. Методы исследований  соединений, содержащих фенольный  гидроксил…………………………………………………………………….	11
2.1 Методы идентификации………………………………………………...	12
2.2 Методы количественного  определения……………………………….	15
3. Методы исследований  соединений, содержащих альдегидную и кетонную группы …………………………………………………………...	16
3.1 Методы идентификации  альдегидов …………………………………	17
3.2 Методы количественного  определения альдегидов………………….	19
3.3 Методы количественного  определения кетонов……………………..	20
4. Методы исследований  соединений, содержащих спиртовой  гидроксил…………………………………………………………………….	21
4.1 Методы идентификации………………………………………………..	21
4.2 Методы количественного  определения………………………………..	22
5. Методы исследований  соединений, содержащих сложноэфирную  группу ……………………………………………………………………….	24
5.1 Методы идентификации………………………………………………...	24
5.2 Методы количественного  определения………………………………..	26
6. Методы исследований  органических соединений, содержащих  ковалентно-связанный атом ……………………………………………….	27
6.1 Способы переведения  ковалентно-связанного галогена в ионное состояние ……………………………………………………………………	27
6.2 Идентификация галогенид-ионов …………………………………….	30
6.3 Количественное определение  галогенидов …………………………...	32
7. Анализ циклодола ………………………………………………………	34
Заключение…………………………………………………………………	36
Список использованной литературы………………………………………	37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Введение

Химический анализ органических веществ основан на наличии функциональных групп. Функциональная группа – это связанные с углеводородным радикалом отдельные атомы или группы атомов, которые определяют химические свойства молекул и могут быть использованы для идентификации (установления подлинности) и количественного определения лекарственных средств.

Знание свойств функциональных групп позволяет предсказать способы испытания качества любых органических веществ, так как реакции на их основе носят универсальный характер. Поскольку лекарственные вещества – это, как правило, соединения полифункциональной природы, то при испытании на подлинность обычно выполняются реакции на несколько функциональных групп. Это дает возможность надежно идентифицировать исследуемое вещество и в случае смесей (сложных лекарственных форм) избирательно обнаруживать одни вещества в присутствии других.

Количественное определение также, как правило, может быть выполнено несколькими методами, исходя из конкретной ситуации. В данной курсовой работе мы рассмотрим анализ лекарственных веществ по некоторым самым распространенным функциональным группам.

Целью данной курсовой работы является рассмотрение вопросов, связанных с анализом лекарственных веществ по функциональным группам.

В данной курсовой работе мы рассматриваем не все функциональные группы, так как их огромное число, а выбираем только те, которые наиболее значимы с точки зрения фармацевтической химии, и присутствуют в пособиях разных авторов как основные функциональные группы.

Задачи:

- рассмотреть анализ веществ  по функциональным группам (качественный  и количественный);

- провести анализ циклодола (подлинность и количественное определение), рассмотрев его с точки зрения функциональных групп.

Анализ по функциональным группам

Большинство органических веществ не являются электролитами, поэтому для их анализа не могут быть использованы реакции ионного типа. Исключение составляют соли органических кислот и соли органических оснований с минеральными кислотами. Соли органических кислот (калия ацетат, аспарагинат, натрия бензоат, цитрат, оксибутират, кальция лактат, глюконат, пантотенат, гомопантотенат; магния аспарагинат и другие) диссоциируют в водных растворах и могут определяться реакциями на соответствующие катионы и анионы. Соли органических оснований и минеральных кислот (прокаина гидрохлорид = новокаин, морфина гидрохлорид, пахикарпина гидроиодид, гоматропина гидробромид, атропина сульфат, секуринина нитрат и другие) также водных растворах диссоциируют и могут определяться общими и специфическими реакциями на органические основания в виде катионов и анионов минеральных кислот (хлорид-, бромид-, иодид-, нитрат-анионы).[2,7]

Для исследования большинства органических веществ применяют методы, в основу которых положены реакции, основанные на химических свойствах функциональных групп, содержащихся в этих веществах.

В ряде случаев в состав молекулы органических веществ входят, кроме углерода, водорода, азота, другие элементы: ковалентно связанные хлор, бром, иод. Для открытия этих элементов в органическом соединении последнее подвергают минерализации (кипячение со спиртовыми или водными растворами щелочей, сплавление со щелочными металлами и щелочами, окисление, сжигание и так далее). При этом ковалентно связанные галогены переходят в ионное состояние и определяются обычными методами неорганического анализа.[2,13,14]

 

 

 

1. Методы исследований  соединений, содержащих первичную  и вторичную ароматическую аминогруппу  и нитрогруппу

Первичная ароматическая аминогруппа – это группа –NH2, связанная с ароматическим радикалом:

Первичную ароматическую аминогруппу содержат производные п-аминобензойной кислоты (анестезин, новокаин и другие), сульфаниламиды (стрептоцид, сульфацил-натрий, норсульфазол и другие), производные п-аминосалициловой кислоты (натрия пара-аминосалицилат).

Ряд лекарственных веществ образуют соединения с первичной ароматической аминогруппой при гидролитическом разложении: производные п-аминофенола (парацетамол и другие), бензодиазепина (нозепам, феназепам и другие).[1,12]

Небольшое количество соединений содержат вторичную ароматическую аминогруппу (дикаин и другие). К этой же группе можно отнести соединения с ароматической нитрогруппой (левомицетин, нитроксолин и другие) после восстановления ее до первичной ароматической аминогруппы:

Соединения с первичной ароматической аминогруппой имеют определенные особенности строения, накладывающие отпечаток на химические свойства.

Электронная пара азота первичной аминогруппы находится в сопряжении с π-электронами ароматической системы, это приводит к перераспределению электронной плотности и активации бензольного кольца в орто- и пара-положениях. Смещение электронной плотности с атома азота приводит к снижению его основности; поэтому ароматические амины являются слабыми основаниями.[16]

На основе свойств первичной ароматической аминогруппы и связанного с ней ароматического радикала в анализе используют следующие реакции:

− реакции диазотирования с последующим азосочетанием (реакция образования азокрасителя);

− реакции галогенирования;

− реакции конденсации;

− реакции окисления.

 

1.1 Методы идентификации

Для идентификации соединений с первичной ароматической аминогруппой используется реакция образования азокрасителя. В основе реакции диазотирования лежит реакция взаимодействия ароматического амина с натрия нитритом в кислой среде. В результате образуются бесцветные или слабо-желтого цвета соли диазония.

Полученные диазосоединения реагируют со слабощелочными  растворами фенолов ( β-нафтол, резорцин и другие). При этом образуются азокрасители вишнево- или оранжево – красного цвета.[7,15,17]

Для идентификации соединений с первичной ароматической аминогруппой используется реакция образования оснований Шиффа. При взаимодействии в кислой среде с ароматическими альдегидами первичные ароматические амины образуют основания Шиффа. Полученные продукты имеют желтую, оранжевую или красную окраску в зависимости от природы используемых альдегидов.

Реакции галогенирования, в частности, бромирования бромной водой, основанные на реакции электрофильного замещения атомов водорода бензольного кольца на галоген, могут быть использованы для идентификации первичных ароматических аминов. В результате образуются аморфные осадки белого или желтого цвета и происходит обесцвечивание бромной воды.

Механизм реакции окисления может быть различным. Рассмотрим один из примеров идентификации парацетамола.[7,13]

 

1.2 Методы количественного определения

Метод нитритометрии

Нитритометрический метод количественного определения веществ с первичной ароматической аминогруппой основан на реакции диазотирования. Титрование проводят в кислой среде в присутствии калия бромида как катализатора, при пониженной температуре и медленном добавлении титранта – натрия нитрита.[1,2,7]

Охлаждение реакционной смеси позволяет избежать потерь азотистой кислоты и предотвратить разложение соли диазония.

Индикацию конечной точки титрования можно производить с помощью:

1) внутренних индикаторов (тропеолина 00 или его смеси с метиленовым синим, нейтральным красным);

2) внешнего индикатора  – иодкрахмальной бумаги;

3) потенциометрически.

Йодкрахмальная бумага – пористая беззольная фильтровальная бумага, пропитанная раствором крахмала с калия йодидом и высушенная в темном месте. Титрование ведут до тех пор, пока капля титруемого раствора, взятая через 1 минуту после прибавления титранта, не будет немедленно вызывать синее окрашивание на полоске йодкрахмальной бумаги [2,5,7].

2KI + 2 NaNO2+ 4 HCl = I2 + 2 NO+ 2KCl+ 2 NaCl+ 2 H2O

I2+ крахмал= синее окрашивание

Вторичные ароматические амины с нитритом натрия образуют нитрозосоединения [2,17]:

Условия титрования аналогичные.  Нитросоединения вступают в реакцию диазотирования после предварительного восстановления нитрогруппы в аминогруппу[3,4,6,7,9,10-13,15,16]..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Методы исследований  соединений, содержащих фенольный  гидроксил 

Фенольный гидроксил Ar-OH – это гидроксил, связанный с ароматическим радикалом.

Фенольный гидроксил содержат лекарственные вещества группы фенолов (фенол, тимол, резорцин и другие); фенолокислот и их производных (кислота салициловая, фенилсалицилат, салициламид и другие); производные фенантренизохинолина (морфина и апоморфина гидрохлориды) и так далее.[3,8,17]

Химические свойства соединений, содержащих фенольный гидроксил, обусловлены, взаимодействием неподеленной электронной пары атома кислорода с π-электронами ароматического кольца.[7,16]

Это взаимодействие приводит к смещению электронной плотности с OH-группы на кольцо, нарушению в нем равномерности распределения электронов, созданию избыточного отрицательного заряда в o- и n- положениях. Атом водорода OH-группы ионизируется и придает фенолам слабые кислотные свойства.

Наибольшее значение имеют реакции электрофильного замещения водорода в o- и n- положениях ароматического кольца. Для фенолов так же характерны реакции азосочетания (образование азокрасителя), окисления, образования индофеноловых красителей, конденсации.[16]

 

 

 

 

 

2.1 Методы идентификации

Реакция комплексообразования с ионами железа (III) основана на способности фенольного гидроксила образовывать растворимые комплексные соединения, окрашенные чаще в синий (фенол) или фиолетовый (резорцин, кислота салициловая), реже в красный (п-аминосалицилат натрия) и другие цвета.[7,13]

 

Исключением является лишь тимол, который ввиду пространственных затруднений в молекуле не образует окрашенных продуктов с раствором хлорида железа (III).

Для идентификации фенолов, так же как и для соединения с первичной ароматической аминогруппой, характерны реакции галогенирования, в частности, бромирования бромной водой, которая сопровождается выделением белого осадка и обесцвечиванием бромной воды.[2,7,13,17]

В случае салициловой кислоты при наличии избытка брома происходит её декарбоксилирование и образование трибромопроизводного фенола.

Реакция азосочетания фенолов с диазореактивом (диазотированная сульфаниловая кислота) приводит к образованию азокрасителя, окрашенного в оранжево-красный цвет.

Фенолы подвергаются окислению при хранении, что сопровождается появлением окраски различных оттенков. На этом свойстве основаны реакции подлинности фенолов при действии на них гипохлоритов, бромной воды в присутствии аммиака.[7,10]

Фенолы способны вступать в реакцию конденсации с альдегидами, в частности, с формальдегидом в присутствии концентрированной серной кислоты (реактив Марки), при этом образуется темно-вишневое окрашивание.

Реакции этерификации в виду длительности реализации для идентификации используются очень редко.[2,7,17]

 

 

 

2.2 Методы количественного определения

Броматометрический метод

На реакции галогенирования фенолов основан броматометрический метод. Реже используют метод прямого титрования фенолов, когда титруют калия броматом в присутствии калия бромида с индикатором метиловым оранжевым или метиловым красным.

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

Чаще применяют метод обратного титрования, который аналогичен броматометрическому определению веществ с первичной ароматической аминогруппой.[7,13]

Алкалиметрический метод

Вещества группы фенолов проявляют очень слабые кислотные свойства, поэтому только некоторые из них (салициламид и другие) определяются алкалиметрическим методом в неводных средах.[7]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Методы исследований  соединений, содержащих альдегидную и кетонную группы

Альдегидной называется группа, в которой карбонил связан с атомом водорода и радикалом (алифатическим, ароматическим или гетероциклическим).

Кетонной называется группа, в которой карбонил связан с двумя углеводородными радикалами.

Альдегидную группу содержат формальдегид (раствор формалина), глюкоза, пиридоксальфосфат и другие.[7,16,17]

Кетонная группа входит в состав камфоры, кислоты сульфокамфорной, гормонов группы циклопентанопергидрофенантрена и их синтетических аналогов (кортизона ацетат, прегнин и другие).

Химические свойства веществ, содержащих альдегидную группу, определяются ее строением:

Дипольным моментом карбонила, эффективным положительным зарядом на атоме углерода карбонила, поляризуемостью двойной связи, что обусловливает высокую реакционную способность альдегидов. Кетоны менее реакционноспособны, чем альдегиды.[16]

 

 

 

 

 

3.1 Методы идентификации альдегидов

Окислительно-восстановительные методы

Лекарственные средства, содержащие альдегидную группу окисляются по связи С-Н этой группы до карбоновых кислот.[2,7,13,17]

а) реакция с аммиачным раствором серебра нитрата – реакция «серебряного зеркала»

 Металлическое серебро осаждается  на стенках пробирки в виде зеркального слоя или серого осадка.

б) реакция с реактивом Фелинга. Реактив Фелинга получают смешиванием двух растворов: 1) раствор меди (II) сульфата; 2) раствор сегнетовой(сеньетовой) соли и натрия гидроксида. При сливании растворов образуется медный комплекс виннокислого калий-натрия. Альдегиды при нагревании с реактивом Фелинга, окисляясь, восстанавливают соединения

 в) Реакция с реактивом Неслера

Конденсация альдегидов с фенолами

При конденсации альдегидов с фенолами (фенол, тимол, салициловая кислота, динатриевая соль хромотроповой кислоты и другие) в присутствии концентрированной серной кислоты образуется бесцветный продукт, при последующем окислении которого получаются интенсивно окрашенные продукты хиноидной структуры.[7,13,17]

Реакции идентификации, общие для альдегидов и кетонов

Реакции взаимодействия с аминами характерны для веществ, содержащих как альдегидную, так и кетонную группы. В качестве реактивов используют соединения с первичной ароматической аминогруппой, гидразин и его производные – фенилгидразин, 2, 4-динитрофенилгидразин, гидроксиламин и другие. При этом образуются соединения с азометиновой группой: − основания Шиффа гидразоны, оксимы, которые характеризуются определённой температурой плавления и окраской.[7,13]

 

 

3.2 Методы количественного определения альдегидов

Реакция окисления альдегидов иодом в щелочной среде широко используется для количественного определения соединений, содержащих альдегидную группу (раствора формальдегида, глюкозы).

Избыток иода взаимодействует с натрия гидроксидом с образованием натрия гипоиодита, являющегося сильным окислителем.[2,7,15]

I2 (изб) + 2NaOH = NaOI + NaI + H2O

Гипоиодит натрия окисляет альдегид до кислоты.

 

Затем прибавляют избыток серной кислоты для нейтрализации щелочи и выделения из натрия иодида и непрореагировавшего гипоиодита натрия свободного иода, который оттитровывают раствором натрия тиосульфата.

NaOI + NaI + H2SO4 = I2 + Na2SO4 + H2O

I2 + 2Na2S2O3= 2NaI + Na2S4O6

3.3 Методы количественного определения кетонов

В качестве метода количественного определения кетонов используют оксимный метод, который основан на способности кетонов образовывать с гидроксиламина гидрохлоридом оксим с выделением эквивалентного количества хлороводородной кислоты. Дальнейшее определение проводят по кислоте алкалиметрическим методом нейтрализации (косвенное определение) или по оксиму, осадок которого отфильтровывают, промывают, высушивают до постоянной массы и взвешивают (гравиметрия).[7,13]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Методы исследований  соединений, содержащих спиртовой  гидроксил

Спиртовой гидроксил -OH – это гидроксил, связанный с sp3– гибридизованным атомом углерода в алифатических, циклических и гетероциклических соединениях. В зависимости от количества спиртовых гидроксилов различают одно-, двух-, трех- многоатомные спирты. К одноатомным спиртам относятся этанол, к двухатомным – этиленгликоль, к многоатомным – глицерин, глюкоза, сахароза, и другие. В зависимости от того, с какиматомом углерода (первичным, вторичным, третичным) связан гидроксил, различают спирты[2,12,13]:

 

Спиртовой гидроксил содержат лекарственные вещества из группы спиртов (этиловый спирт, глицерин), карбоновых кислот и их солей (кальция лактат, пангамат, пантотенат и другие) терпеноидов (ментол и другие), соединений стероидного строения (прегнин, прогестерон и другие), антибиотиков (например, левомицетин).[2,17]

 

 

4.1 Методы идентификации

Наиболее часто для идентификации спиртов применяется реакция этерификации с кислотами ( уксусной кислотой или уксусным ангидридом) в присутствии концентрированной серной кислоты. В случае образования низкомолекулярных соединений эфиры обнаруживают по запаху, при анализе веществ с высокой молекулярной массой – по температуре плавления.[7,13,17]

 Реакции окисления используются  редко и для каждого вещества  образуются специфические продукты.

Специфической реакцией на этиловый спирт (но не реакцией на спиртовой гидроксил) является образование иодоформа, который обнаруживают по резкому специфическому запаху и появле-ию желтого осадка.

Отличительным свойством многоатомных спиртов является их способность проявлять слабокислотные свойства и вступать в реакцию комплексообразования с некоторыми катионами тяжелых металлов – меди (II), железа (II).[2,7,13]

 

 

 

 

4.2 Методы количественного определения

На реакции этерификации основано количественное определение спиртов, заключающееся в способности веществ за счет спиртовых гидроксилов ацетилироваться уксусным ангидридом с образованием сложных эфиров и выделением эквивалентного количества уксусной кислоты, которую оттитровывают натрия гидроксидом.[2,7,17]

Избыток уксусного ангидрида разлагают добавлением воды, поэтому при титровании одновременно будет титроваться уксусная кислота, образовавшаяся при гидролизе избытка уксусного ангидрида, взятого для ацетилирования, следовательно необходима постановка контрольного опыта.[7,13]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Методы исследований  соединений, содержащих сложноэфирную  группу 

Сложноэфирная группа включает остаток кислоты и спирта (фенола или енола)

Сложноэфирную группу содержат лекарственные вещества производные салициловой кислоты (фенилсалицилат, кислота ацетилсалициловая и другие), n-аминобензойной кислоты (анестезин, новокаин, дикаин и другие), стероидных гормонов (дезоксикортикостерона ацетат, эстрадиола дипропионат и другие), производные тропана (например, атропина сульфат ) и так далее.[2,17]

На основе химических свойств сложноэфирной группы в анализе используются следующие реакции:

− гидролитическое разложение;

− образование окрашенных солей гидроксамовых кислот

(«гидроксамовая проба»).

 

 

5.1 Методы идентификации

Реакции кислотного и щелочного гидролиза

Кислотный гидролиз широко используется в анализе веществ, содержащих сложноэфирную группу.

Образовавшиеся продукты гидролиза идентифицируют с помощью соответствующих реакций, доказывающих наличие кислоты и (или) спирта (фенола) химическими, физическими (температура плавления) методами или органолептически (по запаху).[7,17]

Например, кислота ацетилсалициловая при кислотном гидролизе образует салициловую и уксусную кислоты.

Салициловую кислоту можно идентифицировать по температуре плавления, появлению сине-фиолетового окрашивания с раствором железа (III) хлорида.

Уксусную кислоту идентифицируют реакцией этерификации с этанолом по характерному запаху образовавшегося уксусноэтилового эфира.

В некоторых случаях прибегают к более сильному щелочному гидролизу.

Далее идентифицируют соединение спиртового характера, а после подкисления – кислоту.[7,13,17]

Реакция образования солей гидроксамовых кислот («гидроксамовая проба»)

Гидроксамовая проба основана на взаимодействии сложных эфиров с гидроксиламином в щелочной среде с образованием гидроксамовых кислот, которые с ионами Fe (III) и Cu (II) в кислой среде образуют окрашенные комплексные соли – гидроксаматы.[7,13]

 

 

5.2 Методы количественного определения

Реакция щелочного гидролиза лежит в основе алкалиметрического метода количественного определения веществ, содержащих сложноэфирную группу (способ обратного титрования).

Процесс проводят в присутствии избытка титрованного раствора натрия гидроксида, который далее оттитровывают кислотой. Параллельно проводят контрольный опыт.[2,7,17]

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Одновременно по фенольному гидроксилу вступают в реакцию и продукты гидролиза.

6. Методы исследований  органических соединений, содержащих  ковалентно-связанный атом

Ковалентно-связанный галоген – это галоген, входящий в структуру молекулы органического вещества и связанный ковалентной связью с атомом углерода. По природе галогена различают фтор- (фторотан, фторафур, фторурацил), хлор- (хлороформ, хлористый этил), бром- (бромизовал, бромкамфора) и йодсодержащие (иодоформ, дииодтирозон, тиреоидин) лекарственные вещества.

Поскольку галогены с органической частью молекулы связаны прочной ковалентной полярной связью, то их непосредственное определение в таких соединениях невозможно. Для обнаружения галогена необходимо разрушить его связь с углеродом и перевести галоген в ионное состояние.[2,7,16]

 

 

6.1 Способы переведения ковалентно-связанного галогена в ионное состояние

1. Проба Бейльштейна. Присутствие хлора, брома или йода в органических соединениях можно обнаружить при слабом нагревании в бесцветном пламени горелки, помещѐнного на медную проволоку раствора исследуемого вещества. Пламя при этом окрашивается в зелѐный цвет в результате образования летучих галогенидов меди (I)[2,13]:

Фторсодержащие органические соединения не дают реакции Бейльштейна, так как фторид меди нелетуч. Кроме того, этой реакцией нельзя определить, какой галоген содержится в молекуле.

2. Проба на иодсодержащие препараты. Некоторые органические соединения йода уже при слабом нагревании в пробирке разлагаются, выделяя йод в виде фиолетовых паров.