Цель: формировать знания о методах определения элементов в ЛП органической природы по ГФ.
Задачи обучения:
· ознакомление студентов с теоретическими основами фармакопейных методов определения элементсодержащих органических ЛС (метод Къельдаля, метод сжигания в колбе с кислородом, проба Бельштейна);
· формирование коммуникативной компетенции путем развития умений формулировать вопросы и давать ответы на них, умений работы в коллективе.
Основные вопросы темы:
1. Определение азота в органических соединениях.
2. Метод сжигания в колбе с кислородом.
3. Проба Бельштейна.
Методы обучения и преподавания: групповое обсуждение по материалам темы, презентация.
Литература:
1. Беликов В.Г. Фармацевтическая химия: учебное пособие, 2-е изд. – М.: МЕДпресс-информ, 2008. – 616 с.
2. Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической химии / Под ред. акад. РАМН А.П. Арзамасцева. – М.: Медицина, 2001. – 320 с.
3. Максютина Н.П., Каган Ф.Е., Кириченко Л.А., Митченко Ф.А. Методы анализа лекарств. – К.: Здоров’я, 1984. – 224 с.
4. Климова В.А Основные микрометоды анализы органических соединений, 2 издание, - Москва: 1975 г – 104 с.
Контроль (вопросы):
1. Какие катализаторы используются во время реакции минерализации в методе Къельдаля?
2. Какие продукты разложения образуются при добавлении раствора натрия гидроксида?
3. С какой целью используется борная кислота в методе Къельдаля?
4. Какикие ЛВ органической природы можно анализировать с помощью метода сжигания в колбе с кислородом?
5. Поясните суть пробы Бельштейна.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Определения азота в органических соединениях. Фармакопейный метод определения азота в органических соединениях известен также под названием метода Кьельдаля. Он основан на сочетании минерализации органического вещества с последующим применением кислотно-основного титрования. Применяют метод Кьельдаля для количественного анализа азотсодержащих органических веществ, а также лекарственных препаратов, содержащих аминный, амидный и гетероциклический азот. Метод включает несколько последовательно выполняемых стадий. Вначале осуществляют минерализацию образца нагреванием с концентрированной серной кислотой:
R-NH2 + [O] + H2SO4 → CO2↑ + H2O + NH4HSO4.
Затем действуют на гидросульфат аммония гидроксидом натрия и отгоняют выделяющийся аммиак в приемник, содержащий раствор борной кислоты.
NH4HSO4 + 2NaOH → NH3↑ + 2H2O + Na2SO4.
Так как борная кислота реагирует с аммиаком с образованием солей метаборной и тетраборной кислот, то в приемнике образуются метаборат и тетраборат аммония:
NH3 + Н3ВО3 → NH4ВO2 + Н2O,
2NH3 + 4Н3ВO3 → (NH4)2В4O7 + 5Н2O.
Далее собранный отгон, содержащий весь образовавшийся аммиак в виде мета- и тетрабората аммония, титруют 0,1 М раствором соляной кислоты:
NH4ВO2 + НС1 + H2O → NH4С1 + Н3ВО3,
(NH4)2В4O7 + 5Н20 + 2НС1 → 2NH4С1 + 4Н3ВO3.
Для повышения точности анализа параллельно выполняют контрольный опыт. Разность между количеством миллилитров титрованного раствора соляной кислоты в основном и контрольном опытах, умноженная на 0,0014, соответствует количеству азота (г), который содержится в испытуемом веществе.
Область применения метода Кьельдаля в фармацевтическом анализе довольно широка. ГФ рекомендует его для определения уретанов (мепротан), аминокислот (метионин, глутаминовая кислота) и других азотсодержащих лекарственных веществ (бензогексоний, оксафенамид, дипрофиллин). Самый существенный недостаток метода — его трудоемкость.
Для определения некоторых лекарственных веществ, содержащих легко гидролизующуюся в щелочной среде амидную группу (салициламид, диэтиламид никотиновой кислоты, салюзид растворимый, прозерин), используют упрощенный вариант метода Кьельдаля, исключающий стадию минерализации. Методика определения сводится к разрушению препарата 30 %-ным раствором гидроксида натрия в колбе Кьельдаля и отгонке выделяющегося аммиака (или диалкиламина) в приемник.
Метод сжигания в колбе с кислородом. Метод сжигания в колбе с кислородом является одним из перспективных методов количественного элементного анализа. Он включен во многие фармакопеи мира, в том числе Международную и Европейскую, но пока ограниченно используется в отечественном фармацевтическом анализе. Метод основан на разрушении органического вещества сожжением в колбе, наполненной кислородом, растворении образовавшихся продуктов в поглощающей жидкости и последующем определении элементов, находящихся в растворе в виде ионов или молекул. Определение выполняют различными химическими или физико-химическими методами. Метод может быть использован для качественного и количественного определения органических лекарственных веществ, содержащих в молекуле галогены, серу, фосфор, азот и другие элементы. Преимущества метода состоят в быстроте процесса минерализации, занимающего несколько секунд; исключении потерь элемента в процессе минерализации, проходящем в герметически закрытой колбе; возможности унификации применительно к различным группам соединений; высокой чувствительности анализа на заключительной его стадии и широкого сочетания метода на этой стадии с физико-химическими методами. Большие перспективы открывает применение метода сжигания в кислороде для определения примесей тяжелых металлов и других элементов в лекарственных веществах при испытании их на чистоту.
ГФ рекомендует этот метод для определения иода в иодорганических лекарственных веществах. Однако проведенные в последние годы исследования подтверждают возможность его использования для элементного анализа сульфаниламидных препаратов и других, содержащих серу, органических лекарственных препаратов. Весьма широки перспективы применения метода для количественного анализа хлор- и бром-содержащих лекарственных препаратов с последующим использованием меркуриметрического титрования. Важная особенность метода сжигания в кислороде — возможность применения для анализа препаратов в таких лекарственных формах, как таблетки, драже, мази, суппозитории.
Сжигание проводят в колбе из термоустойчивого стекла, наполненной кислородом. В пробку колбы впаяна платиновая или нихромовая проволока, заканчивающаяся спиралью (держатель), в которую помещают точную навеску ЛВ, завернутую в фильтровальную бумагу. На дно колбы вливают поглощающую жидкость. По окончании сжигания колбу оставляют на 30-60 мин, периодически перемешивая. После этого химическим или физико-химическим методом идентифицируют или определяют образовавшиеся ионы.
Например, йодсодержащие органические соединения последовательно количественно превращают в йодаты:
1. сжигание ЛВ в атмосфере кислорода приводит к окислению до свободного йода, растворяющегося в растворе гидроксида натрия (поглощающая жидкость) с образованием йодида и гипойодита натрия;
2. для окисления образовавшихся йодидов до гипойодатов в колбу вносят раствор ацетата брома до появления желтого окрашивания;
3. для удаления избытка брома добавляют концентрированную муравьиную кислоту до обесцвечивания раствора;
4. выдерживают 5 мин в темном месте после добавления йодида калия и раствора серной кислоты, а затем титруют выделившийся йод, содержание которого эквивалентно его количеству в испытуемом ЛВ.
Проба Бельштейна — качественный метод определения галогенов (кроме фтора) в образце. Основан на образовании летучих галогенидов меди, окрашивающих пламя в зелёный цвет, предел обнаружения галогенсодержащих соединений — менее 0,1 мкг. Благодаря простоте проведения проба широко использовалась для экспресс-анализа органических соединений.
Метод предложен русским учёным-химиком Фёдором Фёдоровичем Бельштейном в 1872 г.
Проба заключается во внесении образца, находящегося на предварительно прокаленной медной проволоке, в пламя газовой горелки и/или спиртовки. В случае окрашивания пламени в зелёный цвет проба положительна, в зависимости от содержания галогенов в пробе окраска после внесения пробы в пламя проявляется на мгновение или видима в течение 1-2 секунд.
Появление зеленой окраски обусловлено взаимодействием оксида меди (II) с галогенсодержащими органическими соединениями и продуктами их окисления, которое приводит к образованию летучих галогенидов меди (I), окрашивающих пламя:
CuO + RHal + O2 
CuHal2 + CO2 + H2O,
CuCl2 + RHal + O2 Cu2Hal2 + CO2 + H2O.
Хлориды и бромиды меди окрашивают пламя в сине-зеленый цвет, йодид меди — в зеленый цвет.
Фторид меди в этих условиях нелетуч, поэтому фторорганические соединения пробой Бельштейна не обнаруживаются.
Некоторые органические соединения, не содержащие галогенов, но образующие летучие соединения меди, также способны давать положительную пробу Бельштейна (оксихинолин, нитрилы, мочевина и тиомочевина и т.п.).
Описание опыта: в пламени горелки прокаливаем спираль из медной проволоки. Охлажденную проволоку опускаем в хлороформ, затем опять вносим в пламя. Сначала видно, как сгорает хлороформ, затем пламя окрашивается в зеленый цвет.