Реакции идентификации и методы количественного определения по оксо- (альдегидной и кетонной), карбоксильной и сложноэфирной группам.

39. Реакции идентификации и методы количественного определения по оксо- (альдегидной и кетонной), карбоксильной и сложноэфирной группам.

Карбонильная (альдегидная и кетонная) группа

 

         (1)                                             (2)                                           (3)

Альдегидная группа, связанная с алифатическим (пример 1), алициклическим (пример 2) или ароматическим (3) радикалом.

 

                

               (1)                                       (2)                                             (3)

Кетонная группа, связанная с алифатическим (пример 1), алициклическим (пример 2) или ароматическим (3) радикалом.

 

Химические свойства

Соединения, содержащие карбонильную группу, являются очень реакционноспособными соединениями. Это объясняется частичной поляризацией p - связи между атомами углерода и кислорода, смещением электронной плотности углерода к кислороду и возникновением на нём дробного отрицательного заряда. На карбонильном углероде имеется дробный положительный заряд и частично вакантная орбиталь.

 

1.Окислительно-восстановительные свойства. Альдегиды проявляют достаточно сильные восстановительные свойства в щелочной среде, окисляются до соответствующих кислот. Кислоты в щелочной среде образуют соли.

Кетоны – устойчивые соединения, в обычных условиях не окисляются.

2. Реакция замещения кислорода карбонильной группы. На атоме углерода расположен центр электрофильности. Альдегиды и кетоны реагируют с нуклеофильными реагентами. Наибольший интерес представляют реакции с аминами, в ходе которых образуются основания Шиффа. Альдегиды, кроме того, вступают в реакции конденсации с фенолами.

3. Реакции присоединения к карбонилу альдегидной группы (кетоны не реагируют). В анализе альдегидов нашла применение реакция присоединения гидросульфита (бисульфита) натрия.

 

Реакции подлинности

1. Реакции окисления альдегидов. В качестве реагентов используют слабые окислители, например, оксиды и гидроксиды металлов: Ag+, Cu2+, Hg2+. В ходе реакции реактивы восстанавливаются до свободных металлов: Agо, Hgо или Cu2O, имеющих характерный внешний вид (цвет).

1.1. Реакция с аммиачным раствором серебра нитрата (реакция «серебряного зеркала»). Альдегиды восстанавливают [Ag(NH3)2]+ до металлического серебра.

 

 

Методика. К 1 мл раствора серебра нитрата прибавляют по каплям 10% раствор аммиака до растворения образующегося при постепенном приливании раствора аммиака осадка, затем прибавляют 2 –3 капли раствора альдегида: формалина, 5% раствора метенамина (гексаметилентетрамина), 10% раствора глюкозы; осторожно нагревают на водяной бане при температуре 50 –600 С; выделяется металлическое серебро.

 

1.2. Реакция с реактивом Фелинга. Альдегиды восстанавливают соединения меди (II) до меди (I) оксида, образуется осадок, окрашенный в кирпично-красный цвет.

 

Методика. К 1 мл раствора, содержащего около 0,01 – 0,02 г лекарственного вещества (см. методику 1.1.), прибавляют 2 мл реактива Фелинга, нагревают до кипения; образуется кирпично-красный осадок.

 

1.3. Реакция с реактивом Несслера. Альдегиды восстанавливают [HgI4]2- до металлической ртути, выпадает осадок тёмно-серого цвета.

 

Методика. К 2 –3 каплям раствора альдегида (см. методику 1.1) прибавляют 2 –3 капли реактива Несслера и нагревают; образуется тёмно-серый осадок металлической ртути.

 

2.Реакции конденсации.

2.1. Реакции окислительной конденсации альдегидов с фенолами (см. Фенолы, 4.5.1). Реакция используется для подтверждения подлинности  раствора формальдегида и лекарственных веществ, при гидролизе которых он выделяется: метенамин (гексаметилентетрамин), метамизол-натрий (анальгин), примидон (гексамидин). В качестве реактива используются салициловая или хромотроповая кислоты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика. Около 0,02 г метенамина (гексаметилентетрамина), метамизола-натрия (анальгина), примидона (гексамидина) помещают в фарфоровую чашку, прибавляют 0,02 г салициловой или 2-3 капли 2% раствора динатриевой соли хромотроповой кислоты, 2-3 капли концентрированной серной кислоты и нагревают. Образуется красное или сиреневое окрашивание.

 

          2.2. Реакции конденсации альдегидов и кетонов с аминами и гидразинами (гидроксиламином, фенилгидразином, 2,4-динитрофенилгидразином и др.). Реакции конденсации применяются для определения подлинности как самих альдегидов и кетонов, так и веществ, вступающих во взаимодействие с ними. Реакции альдегидов с аминами протекают через стадию нуклеофильного присоединения.

 

 

 

 

 

 

 

Методика. 0,05 г метандиенона (метандростенолона), кортизона ацетата, метилтестостерона, преднизолона, прогестерона растворяют в 3 мл этилового спирта, прибавляют 1мл раствора 2,4-динитрофенилгидразина; образуется осадок или окрашивание.

 

 

Количественное определение

1. Йодометрический метод (обратное титрование). Используется  для определения формальдегида, глюкозы. Основан на окислении альдегидов йодом в щелочной среде (NaOH) до натриевой соли соответствующей кислоты. После подкисления раствора избыток йода оттитровывают раствором натрия тиосульфата.

 

 

fэкв (альдегида)=1/2

 

 

          2.Сульфитный метод. Основан на свойстве альдегидов взаимодействовать с натрия сульфитом в присутствии воды с выделением эквивалентного количества натрия гидроксида, которое титруют кислотой (индикатор - фенолфталеин). Метод используется, согласно ФС, для количественного определения формальдегида в препарате «Формидрон».

 

 

 

 

 

 

 

fэкв (альдегида)=1

 

          3.Оксимный метод. Основан на свойстве альдегидов и кетонов образовывать с гидроксиламина гидрохлоридом оксимы с выделением эквивалентного количества хлороводородной кислоты. Выделившуюся кислоту титруют щёлочью (косвенное алкалиметрическое определение), либо осадок оксима отфильтровывают, промывают, высушивают до постоянной массы и взвешивают (гравиметрическое определение).

 

 

 

 

fэкв (камфоры)=1

4. Фотоколориметрический и спектрофотометрический методы с использованием цветных реакций (конденсация с фенолами, ароматическими аминами, гидразинами).

 

Карбоксильная группа

Химические свойства

          1. Кислотно-основные. Карбоксильная группа проявляет достаточно сильные кислотные свойства. рКа кислот около 4,7 – 4,8. Длина радикала практически не влияет на силу кислотных свойств. Введение в углеводородный радикал или цикл электроноакцепторных заместителей (галогены, гидроксильная группа, нитрогруппа, дополнительная карбоксильная группа) заметно повышает (на 1 – 2 – 3 единицы рКа) кислотность карбоксильной группы.    

 

 

В растворе карбоксильная группа подвергается ионизации, образуется карбоксилат-ион (анион соответствующей кислоты) и протон. Карбоксилат-ион проявляет основные свойства (является слабым основанием). Карбоновые кислоты образуют соли при взаимодействии с гидроксидами, карбонатами и гидрокарбонатами щелочных металлов (калия и натрия) и аммония. Эти соли, как правило, легко растворимы в воде, бесцветны. Карбоксильная группа в анионной форме (т.е. в виде соли) реагирует с солями тяжелых металлов (меди, железа, кобальта). Эффект реакции - образование трудно растворимых в воде солей. Окраска определяется цветом лекарственного вещества и реагента. Соли меди окрашены в сине-зеленый цвет, железа – желто-розовый, кобальта – в розовый.

 

 

Реакции подлинности

1. Реакция образования сложных эфиров (этерификации). 

Методика. Около 0,02 г лекарственного вещества (калия ацетата, кислоты бензойной, кислоты ацетилсалициловой, кислоты никотиновой) помещают в сухую пробирку, прибавляют 2 капли 95% спирта, 5 капель концентрированной серной кислоты и смесь осторожно нагревают; ощущается запах сложных эфиров.

2. Реакции с солями тяжёлых металлов.

Особенности проведения реакций:

• Лекарственное вещество вступает в реакцию только в ионизированной форме, поэтому его сначала переводят в натриевую (или аммониевую) соль. Реакция среды должна быть близкой к нейтральной, поэтому щелочь берется в эквивалентном количестве (без избытка). В щелочной среде реагенты осаждаются в виде гидроксидов, с лекарственным веществом не реагируют.
• Реакции этой группы  малочувствительны, поэтому необходимо приготовить концентрированный раствор лекарственного вещества (как правило, 2-5%).

Методика. 2.1. Около 0,15 г лекарственного вещества (кислоты бензойной, кислоты никотиновой) взбалтывают с 3 мл раствора натрия гидроксида (0,1 моль\л), фильтруют (к фильтрату можно прибавить 1-2 мл воды). Фильтрат делят на две части. К первой части прибавляют 2 капли раствора железа (III) хлорида, ко второй – 2 капли раствора меди (II) сульфата; наблюдают  эффект реакции.  

2.2. Около 0,05 г лекарственного вещества (калия ацетата, кальция глюконата) растворяют в 2 мл воды, раствор  делят на две части. Проводят  реакции с указанными выше  реагентами, наблюдают эффект реакции.

 

Количественное определение

1.Алкалиметрический метод нейтрализации. Основан на сильных кислотных свойствах карбоксильной группы. Титрант – раствор натрия гидроксида. Индикатор – фенолфталеин (интервал рН перехода цвета 8,2- 10,0, поэтому идеально подходит для титрования карбоновых кислот). Нерастворимые в воде лекарственные вещества предварительно растворяют в органическом растворителе (спирт этиловый, реже – ацетон).

 

 

 

 

fэкв (кислоты салициловой)=1

 

2. Определение натриевых и калиевых солей карбоновых кислот.

Карбоксилат-ион проявляет слабые основные свойства, поэтому применяется ацидиметрический метод. В водных растворах титруется трудно.

2.1. Метод кислотно-основного титрования в среде протогенного растворителя, усиливающего слабые основные свойства карбоксилат-иона. Растворитель ледяная уксусная кислота, титрант – раствор кислоты хлорной в ледяной уксусной кислоте, индикатор – раствор кристаллического фиолетового в ледяной уксусной кислоте.

 

 

 

 

 

fэкв (вещества)=1/n, где n - количество карбоксилат-ионов в веществе.

2.2. Ацидиметрический метод нейтрализации (вытеснения). Используется для определения солей карбоновых кислот в экстемпорально изготовленных препаратах. Титрант – кислота хлороводородная. Индикаторы с интервалом рН перехода цвета около 2 (тимоловый синий, диметиловый желтый). При титровании в присутствии метилового оранжевого (рН 3,0 – 4,4) необходимо добавление эфира, который извлекает образующуюся карбоновую кислоту и тем самым сдвигает равновесие реакции вправо.

 

 

 

fэкв (натрия салицилата)=1

(рКа 2,89; при рН 3 будет оттитровано  только 50% соединения; эфир извлекает  кислоту салициловую, тем самым достигается практически 100% переведение

Сложноэфирная группа

                                                              

 

 

Получена при взаимодействии кислот со спиртами

 

Химические свойства

Гидролиз. В нейтральной среде протекает медленно. Для ускорения реакции гидролиз проводят в присутствии катализатора (минеральная кислота или гидроксид щелочного металла), при нагревании.

 

Реакции подлинности

1. Реакция кислотного или щелочного гидролиза. Продукты гидролиза доказывают аналитическими реакциями или по физическим свойствам (специфический запах, температура плавления).

1.1. Реакция кислотного гидролиза (проводится при кипячении ЛВ с разведенной кислотой (серной, хлороводородной) или при добавлении конц. серной кислоты и воды).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Методика. 1. 0,1 г кислоты ацетилсалициловой  помещают в фарфоровую чашку, добавляют 5 капель конц. серной кислоты, перемешивают и добавляют 1–2 капли воды; ощущается запах уксусной кислоты. Затем добавляют 1–2 капли раствора железа (III) хлорида; появляется фиолетовое окрашивание (или добавляют 1 – 2 капли раствора формальдегида 37%; появляется розовое окрашивание).   

          2. 0,05 г парацетамола, лидокаина гидрохлорида, фталилсульфатиазола (фталазола) кипятят с 2 мл разведенной хлороводородной кислоты 2 – 3 минуты, охлаждают и проводят реакцию образования азокрасителя

          1.2. Реакция щелочного гидролиза (проводится при кипячении ЛВ с раствором натрия гидроксида).

 

 

 

 

 

         

 

 

Методики. 1. 0,05 г бензокаина (анестезина) нагревают с 3 мл раствора натрия гидроксида и приливают раствор йода ( 0,1 моль/л ) до неисчезающего желтого окрашивания; появляется запах йодоформа.

          2. 0,1 г  никотинамида, пирацетама кипятят  с 2 мл раствора натрия гидроксида; обнаруживается запах аммиака, влажная красная лакмусовая бумага окрашивается в синий цвет.

          2. Гидроксамовая реакция. При гидролизе сложных эфиров и амидов в присутствии щелочного раствора гидроксиламина образуются гидроксамовые кислоты, которые с солями железа (III) и меди (II) в кислой среде образуют окрашенные комплексные соли – гидроксаматы железа (III) (вишневого, красно-коричневого или красно-фиолетового цвета) и гидроксаматы меди (II) (зеленого цвета).