Функциональный анализ органических лекарственных веществ

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);

     |               \

                     Н

—СООН                   - карбоксильная;

 

—C—О—               - сложноэфирная группа;

            || 

             O

—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;

             || 

             O

        —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

3

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

С2Н5ОН   +  [О]  →  СН3-С=О  +  Н2О

                                                                                               \

                                                                                               Н

                                                     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

 

4

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

5

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

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

6

                                                             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:

7

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.