Индикаторы окислительно-восстановительного титрования. Их применение в анализе лекарственных препаратов

Редокс-индикаторам предъявляют следующие требования:

·   окраска окисленной и восстановленной формы должна быть различна;

·   изменение цвета  должно быть заметно при небольшом  количестве индикатора;

·   индикатор должен реагировать в точке эквивалентности  с весьма небольшим избытком восстановителя или окислителя;

·   интервал действия его должен быть как можно меньше;

·   индикатор должен быть устойчив к воздействию компонентов  окружающей среды (О2, воздуха, СО2, света и т.п.).

Интервал действия редокс-индикатора рассчитывается по формуле:

Е = Ео ± 0,058/n ,

где Ео - нормальный окислительно-восстановительный потенциал индикатора (в справочнике), n - число электронов, принимающих в процессе окисленияили восстановления индикатора.

К специфическим индикаторам  относят крахмал, используемый в  йодометрии и образующий с йодом продукт адсорбции интенсивно синего цвета.  Обратимые редокс-индикаторы - это индикаторы, которые видимо и обратимо изменяют свою окраску в зависимости от изменения окислительно-становительного потенциала системы. Пределы значений величины редокс- потенциала, в которых происходит изменение окраски редокс-индикатора,  называют интервалом его перехода.  Под действием окислителя или восстановителя в структуре редокс-индикатора происходят изменения, вызывающие изменение окраски. Таким образом, в растворе редокс-индикатора существует равновесие между окисленной и восстановленной формами, имеющими разную окраску:

IndОХ + nе ↔ Indred

Где  IndOX - окисленная, а Indred - восстановленная формы индикатора;  n - количество электронов, принимающих участие в окислительно-восстановительном процессе.

Одним из наиболее широко известных редокс-индикаторов является дифениламин:

Под действием окислителей  дифениламин по необратимой реакции  сна­чала  образует  дифенилбензидин:

   +2Н+  + 2е

 

Далее бесцветный дифенилбензидин обратимо окисляется до окрашенного в интенсивный сине-фиолетовый цвет дифенилбен-зидина фиолетового:

+2Н++2е

Применяют также дифениламиносульфокислоту, 1,10-фенантро -линат железа (ферроин) и др. индикаторы. Выбор осуществляют на основе кривых титрования, учитывая, что интервал перехода индикатора должен находиться в пределах скачка титрования.

Окислительно-восстановительными индикаторами могут быть органические вещества, обладающие окислительно-восстановительными свойствами (дифениламин и его  производные), либо комплексные соединения органических реагентов с металлами — в последнем случае при достижении определенного потенциала изменяется степень окисления закомплексованного металла (ферроин). В обоих случаях окисленная и восстановленная формы должны различаться окраской. Окислительно-восстановительные индикаторы, наиболее часто используемые в аналитической химии, представлены в табл. 14.5. Среди используемых в аналитической практике индикаторов часто встречаются такие, у которых окрашена окисленная форма Iпd0к, например у дифениламина и его производных. В присутствии окислителей дифениламин необратимо окисляется до бесцветного дифенил-бензидина. Дифенилбензидин .обратимо окисляется до ди-фенилбензидинфиолетового. Дифенилбензидин и дифенилбен-зидинфиолетовый легко переходят друг в друга Из производных дифениламина наиболее широко применяют фенилантраниловую кислоту и дифениламиносульфо-кислоту (окисленная форма имеет красно-фиолетовый цвет у того и другого индикаторов).

Двуцветным индикатором  является ферроин, представляющий собой комплекс Fe2+ с о-фенантролином

Крахмал является специфическим индикатором и в присутствии небольших количеств ионов Ir (U) образует адсорб-

290 ционный комплекс, окрашенный в синий цвет, в образовании которого участвует растворимая часть крахмала р-амилоза. Комплекс легко разрушается, а следовательно, раствор обесцвечивается при восстановлении 12 до I-. При большой концентрации 12 крахмал разрушается, поэтому крахмал следует добавлять к растворам, содержащим незначительные количества иода, на что указывает светло-желтая окраска раствора.

Раствор крахмала, содержащий небольшие количества 1г или I- (иод-крахмальный индикатор), действует как общий окислительно-восстановительный индикатор и может быть использован при титровании сильных окислителей сильными восстановителями, или наоборот. В присутствии сильных окислителей (?> 0,54 В) отношение концентраций иод— иодид велико, и наблюдается синяя окраска иод-крахмального комплекса; в присутствии сильных восстановителей (?<0,54 В) преобладают ионы I-, окрашенный комплекс разрушается. При использовании иод-крахмального индикатора изменение окраски не зависит от природы реагентов, а определяется потенциалом системы в точке эквивалентности. Специфический индикатор можно использовать как внешний индикатор в капельном варианте.

В фармацевтическом анализе применяют такие методы окислительно-восстановительного титрования, как перманганатометрия, йодометрия, йодхлорометрия, йодатометрия, броматометрия, дихроматометрия, цериметрия.

ПЕРМАНГАНАТОМЕТРИЯ основана на использовании окислительных свойств титранта — перманганата калия в кислой и щелочной средах.

МnО4- + 8Н+ + 5е → Мn2+ + 4Н20.

В кислой среде продуктом  восстановления являются практически  бесцветные соли марганца (II). Поэтому  при прямом перманганатометрическом титровании индикатор в анализируемый раствор не добавляют, им является титрант, избыток которого придает раствору розовое окрашивание.

Прямое титрование используется для определения восстановленного железа, препаратов пероксида водорода.

В случае медленного протекания окислительно-восстановительного процесса применяется обратное титрование. Например, при определении нитрита натрия, левомицетина. Избыток титранта оттитровывают йодометрически.

ИОДОМЕТРИЯ основана на использовании окислительных свойств свободного йода и восстановительных свойств йодид-ионов:

I2 + 2е → 2I-

Методом йодометрии количественно определяют неорганические и органические лекарственные вещества, способные окисляться или восстанавливаться, а также образовывать с йодом продукты замещения. Кроме того, йодометрию используют для определения избытка титранта в обратном окислительно-восстановительном титровании. Свободный йод, образовавшийся в избытке при обратном йодометрическом титровании, оттитровывают тиосульфатом натрия:

I2 + 2Nа2S2О3 → 2NаI + Nа2S4О6.

Индикатором обычно служит раствор крахмала, образующий с йодом  синее соединение. Прямое титрование йодом применяют для определения  тиосульфата натрия и препаратов мышьяка (III). Иодометрическое опреде ление, основанное на окислении альдегидов йодом, используют для титрования хлоралгидрата, формальдегида в растворе, а также лекарственных веществ образующих формальдегид при гидролизе (никодина метазида). Окисление альдегидов происходит по схеме:

I2 + 2NаОН → NaIO + NaI + Н2O

Процесс окисления йодом  лежит в основе определении фурацилина, изониазида, метионина, анальгина и др.

Восстановительные свойства йодида калия используются для определения  окислителей. Лекарственные вещества — окислители выделяют эквивалентное  количество свободного йода при взаимодействии с йодидом калия. Выделившийся йод  титруют раствором тиосульфата  натрия. Эти процессы лежат в основе колчественного определения препаратов пероксида водорода, соединений мышьяка (V), меди (II), перманганата калия, а также обладающих окислительными свойствами гипохлоридов (известь хлорная) и хлор-производных амидов сульфокислот (хлорамины, пантоцид). Для количественного анализа используется сочетание реакций замещения и йодометрии. С помощью титрованного раствора йода получают йодпроизводные, их отфильтровывают, а в фильтрате определяют избыток йода титрованием раствором тиосульфата натрия. Этот прием используют для определения некоторых алкалоидов, которые образуют малорастворимые перйодиды состава [R3N]•НI•I4. Это кодеин, кокаин, кофеин и др.

ИОДХЛОРОМЕТРИЮ согласно ГФ XI рекомендуют для количественного определения лактата этакридина, который осаждается в виде дийодпроизводного. Избыток титранта раствора йодмонохлорида оттитровывают йодометрически:

IСl + КI →I2 + КСl.

Иодхлорометрическим методом можно определять фенолы, сульфаниламиды и другие первичные ароматические амины.

ИОДАТОМЕТРИЮ используют для определения фтивазида, апрессина, аскорбиновой кислоты. Происходит процесс окисления лекарственных веществ титрованным раствором йодата калия КIO3. Например, по ГФ X аскорбиновую кислоту рекомендуют титровать 0,1 М раствором йодата калия в присутствии йодида калия. Окисление происходит по схеме:

Избыток титранта йодата калия в точке эквивалентности приводит к окислению йодида калия в кислой среде в соответствии с уравнением

КIO3 + 5KI + 6НСl → 3I2 + 6KCl + 3Н20.

Иод окрашивает раствор в желтый цвет, а после добавления раствора крахмала — в синий цвет. Фтивазид титруют раствором йодата калия после предварительного гидролиза в среде соляной кислоты. В титруемый раствор прибавляют несколько миллилитров хлороформа. Образующийся при титровании йод извлекается хлороформом, окрашивая его в фиолетовый цвет: Точку эквивалентности определяют по обесцвечиванию хлороформного слоя, когда йод превратится в монохлорид иода.

В БРОМАТОМЕТРИИ в качестве титранта применяется раствор бромата калия. Титрование восстановителей, таких, как мышьяк (III), сурьма (III), гидроксиламин, производные гидразина и др., можно осуществлять прямым и обратным титрованием в среде соляной и серной кислот. Бромат калия восстанавливается до бромида калия, и в тот момент, когда в растворе появляется небольшой избыток титранта, тотчас реагирует с ним:

КBrО3 + 5KBr + 6НС1 → 3Br2 + 6КС1 + 3Н20.

Образовавшийся свободный  бром окрашивает раствор в бледно-желтый цвет. Однако эта окраска очень  слабая и точку эквивалентности  по ней точно фиксировать нельзя, поэтому пользуются индикаторами метиловым  оранжевым и метиловым красным. В точке эквивалентности индикатор  необратимо окисляется до бесцветных продуктов.

Броматометрические определения основаны не только на окислительно-восстановительных процессах, но и на реакциях присоединения брома и замещения бромом, который образуется в процессе взаимодействия с бромидом калия. Поэтому очень часто титрование производят титрованным раствором, содержащим бромат калия и бромид калия в соотношении 1:5. При использовании метода обратного титрования избыток титранта определяют йодометрически. Метод используют для определения лекарственных веществ производных фенолов (фенол, тимол, резорцин, салициловая кислота) и первичных ароматических аминов (сульфаниламидные препараты, производные п-аминобензойной кислоты), йодидов и органических оснований.

ДИХРОМАТОМЕТРИЯ использует в качестве титранта раствор дихромата калия. Титрование выполняется в среде серной, соляной или фосфорной кислот.

Применение этого метода основано на реакциях окисления-восстановления и реакциях двойного обмена, сопровождающихся образованием не растворимых в воде соединений. Так определяют концентрацию метиленового синего, акрихина, этония. К растворенной навеске анализируемого вещества приливают избыток титрованного раствора, происходит образование осадка дихромата основания:

2 (R3N • Н)+Сl- + К2Сr2О7 → [R3N • Н]2Сг2O7↓ + 2КС1.

После отделения осадка фильтрованием  избыток титранта в фильтрате определяют йодометрическим методом:

К2Сr2О7 + 6KI + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7Н20.

Выделившийся йод титруют  раствором тиосульфата натрия.

ЦЕРИМЕТРИЯ основана на применении титрованного раствора солей церия (IV), которые в кислой среде восстанавливаются до церия (III)

Се4+ + е = Се3+

Соединения церия (IV) обладают устойчивостью титрованных растворов  как при комнатной температуре, так и при нагревании до 100°С и выше.

Метод предложен для определения  содержания неорганических соединений, таких, как железо (II), мышьяк (III), и  органических лекарственных веществ (углеводов, органических кислот, викасола, производных фенотиазина).

НИТРИТОМЕТРИЯ использует в качестве титранта раствор нитрита натрия. Метод применяется главным образом для определения органических лекарственных веществ. Наибольшее количество методик основано на легко протекающих реакциях диазотирования или нитрозирования. Первичные ароматические амины образуют с нитритом натрия в среде соляной кислоты диазосоединение

Ar—NH2 + NaNO2 + 2HCl → [Ar—N+≡N)C1- + NaCl + 2H20.

Вторичные ароматические  амины в таких же условиях образуют нитрозоамины

Эквивалентную точку устанавливают  с помощью внешних и внутренних индикаторов, а также потенциометрическим  методом. Реакция диазотирования является экзотермической и к концу, титрования протекает медленно. Для ускорения в анализируемый раствор прибавляют катализатор — кристаллический бромид калия.

Область применения нитритометрии—определение сульфаниламидных препаратов, производных п-аминобензоиной кислоты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          Заключение 

Индикаторы позволяют  быстро и достаточно точно контролировать состав жидких или газообразных сред, следить за изменением их состава, или  за протеканием химической реакции.

Широко используются кислотно-основные индикаторы, разбавленные растворы которых  обладают способностью заметно изменять цвет, в зависимости от кислотности  раствора. Причина изменения цвета - изменения в строении молекул  индикатора в кислой и щелочной среде, что приводит к изменению спектра  поглощения раствора.

Редокс- или окислительно-восстановительные индикаторы изменяют цвет в зависимости от присутствия в растворе окислителей или восстановителей. Дифениламин бесцветен в восстановленной форме, но имеет фиолетовый цвет в окисленном состоянии. Некоторые ярко окрашенные вещества сами могут служить индикатором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Список литературы

• Аналитическая химия. Химические методы анализа/ под ред. О.М. Петрухина. М.: Химия, 1992, 400 с.
• Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 1. Гравиметрический и титриметрический методы анализа. М.: Высшая школа, 1989, 320 с.
• Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 2. Методы химического анализа/ под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа, 2000, 494 с.
• Ю.Ю. Лурье, Справочник по аналитической химии.-М: химия, 1989.
• В.Н. Алексеев, Количественный анализ. -М: химия, 1972
• Н.Н. Ушакова, Е.Р. Николаева, С.А. Моросанова, Пособие по аналитической химии: Количественный анализ. -М: Изд.МГУ, 1981