Методичка: Анализ органических лекарственных веществ по функциональным группам

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Алтайский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения и социального развития РФ

Методические рекомендации для студентов очного отделения фармацевтического факультета

Анализ органических лекарственных веществ по функциональным группам

Издание 3-е, переработанное и дополненное

Под редакцией Н.И. Чернобровина

Барнаул - 2009

Печатается по решению Центрального координационно-методического совета Алтайского государственного медицинского университета

Авторы:

доктор фарм. наук, профессор Н. И. Чернобровин;

доцент, канд. фарм. наук Т. А. Чернобровина;

доцент, канд. хим. наук И. Н. Аникина;

доцент, канд. фарм. наук Е. А. Антипова.

Рецензент: доцент кафедры фармакогнозии, к.б.н. Т. Н. Пензина.

Анализ органических лекарственных веществ по функциональным группам : методические рекомендации для студентов очного отделения фармацевтического факультета / Чернобровин Н.И., Чернобровина Т.А., Аникина И.Н., Антипова Е.А. ; под ред. Чернобровина Н.И. - Издание 3-е, переработанное и дополненное. - Барнаул : Издательство Алтайский государственный медицинский университет, 2009. - 88 с.

Методические рекомендации обобщили свойства лекарственных веществ органической природы на основе содержащихся в них общих структурных элементов - функциональных групп (ФГ), что позволяет студентам изучить и усвоить большой объем знаний по анализу фармпрепаратов.

Рассмотрены химические уравнения реакций идентификации по функциональным группам в общем виде и на конкретных примерах лекарственных веществ органической природы, на основе которых предложены методы количественного анализа.

Введение

Методические рекомендации предназначены для студентов при подготовке к занятиям и выполнении лабораторных работ и включают:

введение;

план изучения темы;

список литературы;

блок информации;

методические указания к практическим занятиям:

задания для самоподготовки студентов;

вопросы для контроля знаний студентов по данной теме.

Значение изучения темы. Лекарственные средства органического происхождения составляют большую часть фармацевтических препаратов. Особенностью контроля качества является применение в анализе реакций на функциональные группы (ФГ), входящие в состав молекул лекарственных веществ. На занятиях обобщаются свойства препаратов, содержащих ту или иную ФГ, что дает возможность будущему специалисту-провизору прогнозировать анализ лекарственных средств, содержащих данные функциональные группы, но относящихся к разным классам соединений. Кроме того, такая профессиональная ориентация необходима практическому работнику в связи с расширением арсенала лекарственных средств.

Цель обучения: изучить общие закономерности качественного химического анализа лекарственных средств по функциональным группам и возможность использования данных реакций для количественного определения.

План изучения темы по каждой функциональной группе

1. Теоретическая подготовка:

понятие ФГ, классификация групп;

влияние ФГ на химические свойства веществ;

качественные реакции на основании ФГ;

количественный анализ на основании ФГ.

2. Практическая работа: выполнение качественных реакций на изучаемую ФГ, оформление результатов в виде таблиц. Отчет преподавателю о выполненной работе.

3. Контроль усвоения темы: коллоквиум по теме занятия с использованием карточек с формулами препаратов, содержащих различные ФГ. Студенты должны показать умение выделить в структуре лекарственного вещества ФГ и предложить по ней качественные реакции и методы количественного анализа по предложенной реакции.

Теоретические сведения

Функциональные группы (ФГ) - это группы атомов, которые обусловливают принадлежность соединений к определенному классу органических веществ. Для идентификации веществ по ФГ, основываясь на их физико-химических свойствах, используют реакции, протекающие достаточно быстро и сопровождающиеся внешним эффектом: выпадением осадка определенного цвета или имеющего определенную структуру, изменением или появлением окраски раствора, выделением газообразного вещества.

Наиболее часто встречающиеся в структуре лекарственных веществ ФГ можно подразделить на:

ФГ, содержащие кислород:

ФГ, содержащие азот:

Прочие ФГ, которые нельзя обобщить по одному признаку:

Лекарственные средства - в основном многофункциональные соединения, содержащие несколько ФГ.

Анализ органических лекарственных веществ по ФГ Спиртовый гидроксил

Качественный анализ

Реакция этерификации (ацилирования)

Спирты образуют сложные эфиры с органическими кислотами в присутствии концентрированной серной кислоты и с ангидридами кислот. Сложные эфиры, полученные на основе низкомолекулярных спиртов, характеризуются специфическим запахом, а сложные эфиры на основе высокомолекулярных спиртов являются кристаллическими веществами и характеризуются определенной температурой плавления.

Механизм реакции этерификации

Реакция этерификации для спиртов протекает по механизму нуклеофильного замещения через стадии присоединения-отщепления. Скорость реакции ацилирования спирта кислотой очень мала, поэтому ее проводят в присутствии кислотного катализатора.

Присоединение спирта к кислоте протекает с образованием неустойчивого оксониевого соединения (I), отщепляющего молекулу H2O, при этом образуется карбкатион (II), который стабилизируется за счет отщепления протона с образованием сложного эфира (III).

М е т о д и к а. К 1 мл этанола прибавляют 0,5 мл ледяной уксусной кислоты, 1 мл концентрированной серной кислоты и осторожно нагревают: ощущается характерный запах этилацетата (свежих яблок).

При анализе стероидных гормонов продукты этерификации затем идентифицируют по температуре плавления:

Реакция окисления

Окисление спиртов проводят сильными окислителями, такими как хромовая смесь, перманганат калия в присутствии серной кислоты и др. Далее проводят анализ по продуктам окисления.

Первичные спирты окисляются до альдегидов. Механизм сводится к следующему: окисляется атом водорода, связанный с тем же атомом углерода, что и гидроксил; образующееся при этом дигидратное производное непрочно, оно разлагается с выделением воды и образованием альдегида.

Спирт этиловый окисляется бихроматом калия в кислой среде до уксусного альдегида.

Методика. К 2 кап. этанола добавляют 1 кап. 10 % раствора серной кислоты, 2 кап. 10 % раствора дихромата калия и нагревают. Через несколько секунд раствор становится синевато-зеленым (сульфат хрома), одновременно ощущается запах ацетальдегида - запах зеленых яблок.

Йодоформная проба так же основана на способности этанола окисляться.

Этиловый спирт взаимодействует с йодом в щелочной среде, образуя йодоформ - осадок желтого цвета с характерным запахом. Эту реакцию дают также соединения, содержащие этоксильную и ацетильную группы.

Методика. 0,5 мл этанола смешивают с 5 мл раствора гидроксида натрия, прибавляют 2 мл 0,1 н. раствора йода: ощущается запах йодоформа и постепенно образуется желтый осадок йодоформа

Вторичные спирты окисляются до кетонов. Механизм аналогичен:

Методика. Около 0,01 г эфедрина гидрохлорида растворяют в воде, прибавляют кристаллик гексацианоферрата (III) калия нагревают до кипения: ощущается запах бензальдегида.

Реакция комплексообразования

Вторичный спиртовый гидроксил, обладая слабыми кислотными свойствами при наличии основного центра (аминогруппа, спиртовый гидроксил) вступает в реакцию комплексообразования с солями меди (II) в щелочной среде с образованием комплекса сине-фиолетового цвета.

Реакция с сульфатом меди (II)

Методика

а) К нескольким крупинкам препарата прибавляют 3 капли раствора сульфата меди и 0,5 мл раствора гидроксида натрия, через 1 минуту взбалтывают с 0,5 мл н-бутанола. Спиртовый слой окрашивается в сине-фиолетовый цвет.

б) 0,01 г эфедрина гидрохлорида растворяют в 1 мл воды, прибавляют 2 капли раствора сульфата меди (II), 10-15 капель раствора гидроксида натрия и 1 мл эфира; при взбалтывании слой органического растворителя окрашивается в красно-фиолетовый цвет, водный слой - в синий.

Реакция на многоатомные спирты с сульфатом меди (II) в щелочной среде

По сравнению с одноатомными спиртами многоатомные обладают большей кислотностью за счет отрицательного индуктивного эффекта одной гидроксильной группы по отношению к другой, поэтому образуют окрашенные внутрикомплексные соли с гидроксидами металлов.

Методика. К 0,5 мл глицерина прибавляют по 5 капель растворов гидроксида натрия и сульфата меди (II): появляется интенсивное синее окрашивание (глицерат меди).

Сахара вступают в реакцию комплексообразования с солями меди в циклической форме, образуя сахараты сине-фиолетового цвета.

Количественный анализ

Метод ацетилирования (для высокомолекулярных спиртов)

Основан на свойстве спиртов вступать в реакцию ацетилирования - замещения атома водорода спиртового гидроксила на ацетил. В качестве ацетилирующего реагента используют уксусный ангидрид. В результате реакции образуются ацетильное производное и эквивалентное количество уксусной кислоты.

Варианты метода

Выделившуюся уксусную кислоту оттитровывают щелочью (косвенная алкалиметрия). Параллельно проводят контрольный опыт, так как избыток уксусного ангидрида, взятый для реакции, при разбавлении водой также образует уксусную кислоту. При расчете из объема щелочи, пошедшего на титрование задачи, вычитают объем щелочи, израсходованный на титрование в контрольном опыте.

Эквивалент зависит от количества спиртовых групп.

Осадок ацетильного производного отделяют, промывают и кипятят с избытком титрованного раствора щелочи, остаток которой определяют ацидиметрически (метод щелочного гидролиза):

Параллельно проводят контрольный опыт.

Осадок ацетильного производного отделяют, промывают, высушивают до постоянного веса и взвешивают (гравиметрия).

Обратная дихроматометрия с йодометрическим окончанием

Метод основан на способности спиртов к окислению. Принят ГФ для определения этанола в хлороформе.

Фотоэлектроколориметрия

Примером применения метода может служить определение глицерина после получения глицерата меди. Расчет проводится с использованием стандартного раствора.

Енольный гидроксил

Качественный анализ

Комплексообразование

Енольный гидроксил проявляет большую кислотность, чем спиртовый, за счет преобладания положительного мезомерного эффекта над отрицательным индуктивным, поэтому может вступать в реакцию комплексообразования с гидроксидами металлов.

Этерификация

Енольные соединения вступают в эту реакцию аналогично спиртам (с. 8, п. 1). Сложный эфир идентифицируют по температуре плавления.

Окисление

Аналогично спиртам (с. 9, п. 2).

Количественный анализ

Прямая алкалиметрия в неводных средах (пиридин, ацетон). Применяется согласно ГФ X для количественного определения дикумарина и нео-дикумарина.

Фенольный гидроксил

Качественный анализ

Фенолы проявляют значительно большую кислотность, чем спирты. Это связано с наличием положительного мезомерного эффекта, который делает связь 0-Н еще более полярной и, как следствие этого, облегчает отщепление водорода фенольного гидроксила в виде протона.

Реакция комплексообразования с хлоридом железа (III)