Реакции окисления – восстановления.

Окислительно-восстановительные процессы лежат в основе многих химических реакций, используемых для испытаний подлинности лекарственных веществ.

Реакция гидрирования нитросоединений (металлическим цинком в присутствии соляной кислоты)

Ar – NO₂ + 3H₂ → Ar – NH₂ + 2H₂O

Применяется для получения аминов и последующего образования из них окрашенных диазо- и азосоединений.

Процесс гидрирования, основанный на присоединении водорода по месту двойной связи, может быть использован для идентификации непредельных соединений.

Окислительная гидратация происходит в щелочной среде в присутствии перманганата калия:

КМnО₄

– C=C– – С – С –

OHOH

Последний при этом обесцвечивается. Однако следует иметь в виду, что в присутствии легко окисляющихся веществ (енолов, фенолов, альдегидов, эфиров, спиртов, аминов, меркаптанов) также происходит обесцвечивание перманганата калия.

Реакцию окисления спиртов до альдегидов

_[O] O

R – CH₂OHR – C

H

используют для идентификации лекарственных веществ, содержащих в молекуле первичную спиртовую группу.

Восстановительные свойства лекарственных веществ производных альдегидов (формальдегид, хлоралгидрат, цитраль, глюкоза), изоникотиновой кислоты (изониазид, салюзид), стероидных гормонов, содержащих в молекуле α-кетольную группу, антибиотиков тетрациклинового ряда и стрептомицинов устанавливают с помощью реакции образования «серебряного зеркала», а также реактивом Фелинга или реактивом Несслера. Действие этих реактивов может быть рассмотрено на примере альдегидов, которые, окисляясь до кислот, восстанавливают комплексные соли.

Реакция образования серебряного зеркала основана на восстановлении серебра из аммиачного раствора оксида серебра:

OO

R – C + 2 [Ag (NH₃)₂] OH →R - C + 2Ag ↓ + 4NH₃ ↑ + H₂O

HOH

Реактив Фелинга представляет собой смесь приготавливаемых отдельно двух растворов: раствора сульфата меди и раствора, содержащего сеньетову соль (соль винной кислоты) и гидроксид натрия. При смешивании этих растворов с альдегидами после нагревания образуется вначале желтый осадок гидроксида меди (I), а затем красный осадок оксида меди (I):

Cu²⁺ + 2OH^- Cu (OH)₂

NaOOC – CH –– CH – COO^-

HO OH

Cu (OH)₂ + 2NaOOC – CH – CH – COOK Cu²⁺

OHOHHOOH

^-OOC – CH –– CH – COOK

O

2KNa [Cu (C₄H₄O₆)₂] + R – C – H + 3NaOH + 2KOH → 2CuOH ↓ + RCOONa +

+ 4KNaC₄H₄O₆ + 2H₂O

2CuOH → Cu₂O + H₂O

Действие реактива Несслера основано на восстановлении ртути в щелочной среде:

O

K₂HgI₄ + R – C + 3KOH → R – COOK + 4KI + Hg ↓ + 2H₂O

H

Восстановительные свойства альдегидов могут быть использованы для испытания подлинности неорганических лекарственных веществ (соединений ртути, серебра).

Реакция окисления дифениламина лежит в основе испытаний подлинности нитратов и нитритов. Дифениламин восстанавливает нитраты (нитриты), окисляясь до дифенилбензидина, а затем до имеющего синюю окраску хиноидного соединения:

_

2 –NH – -NO₃

→

→ – NH – – – NH – →

_

NO₃ + _

→ – N= = =NH – · HSO₄

H₂SO₄

Процесс окисления дихромата калия до надхромовых кислот применяют для испытания подлинности препаратов перекиси (пероксида) водорода. Окрашенные в синий цвет надхромовые кислоты извлекаются эфиром, но не бензолом и хлороформом. Если выполнять реакцию в присутствии некоторых органических оснований (коразола, пилокарпина), то слой бензола (хлороформа) окрашивается в сине-фиолетовый цвет. Это отличительный признак используют для подтверждения подлинности коразола и пилокарпина.

Ряд веществ, применяемых в медицине в качестве дезинфицирующих средств, проявляют активные окислительные свойства, в частности хлорпроизводные амидов сульфокислот (хлорамины, пантоцид). Они так же, как гипохлориды и хлорная известь, в водных растворах отщепляют активный хлор, который окисляет иодиды до совбодного иода.

Значительная группа лекарственных веществ претерпевает химические превращения под действием окислителей. Окрашенные продукты окисления образуют гетероциклические соединения, производные пиразонола и фенотиазина; алкалоиды, производные бензилизохинолина (папаверин), морфиана (морфин, кодеин, апоморфин), индола (резерпин). Процесс окисления использован в мурексидной (пуриновые алкалоиды) и таллейохинной (хинин) пробах.

В основе испытаний подлинности гормонов, имеющих в молекуле фенольный гидроксил, а также препаратов ряда витаминов лежат химические реакции, основанные на их окислении. В качестве окислителей используют галогены (раствор иода, бромная вода) или вещества, легко отщепляющие галогены (хлорамины, гипохлориты), а также растворы пероксида водорода, перманганата калия, дихромата калия, солей церия и др.

Реакции окисления – восстановления использованы и для других испытаний. Процесс окисления происходит при образовании индофенола и других соединений хиноидной структуры. Окислительные свойства проявляют концентрированная азотная кислота, концентрированная серная кислота и др.

РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ СОЛЕЙ И КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Неорганические соли железа (III), меди (II), серебра, кобальта, ртути (II), кадмия, свинца, сурьмы широко используют для испытания подлинности органических соединений: карбоновых кислот (в том числе аминокислот, оксикислот), производных барбитуровой кислоты, спиртов, фенолов, сульфаниламидов, некоторых алкалоидов, гормонов, антибиотиков. В результате реакций образуются соответствующие соли или комплексные соединения за счет наличия в молекулах карбоксильной группы, фенольного гидроксила, имидной группы, вторичной аминогруппы и спиртового гидроксила.

Для идентификации пользуются реакцией нейтрализации натриевых (калиевых) солей органических кислот (бензойной, салициловой и др.):

R – COONa + NCl → R – COOH + Na Cl

Выделившиеся нерастворимые в воде кислоты осаждаются. Затем их идентифицируют по температуре плавления или цветными реакциями с ионами тяжелых металлов. Если лекарственное вещество мало растворимо в воде, его вначале превращают в натриевую соль или соль аммония, а затем выполняют реакцию с солями тяжелых металлов.

₂₊

– OFe

окрашенные в синий или фиолетовый цвет (фенол, резорцин и др.). Установлено, что наличие карбонильной и некоторых других групп в орто-положении к фенольному гидроксилу обусловливает фиолетовую окраску испытуемого вещества; в пара-положении– желтую или красную, мета-замещенные фенолы не образуют окрашенных соединений (тимол).

Окрашенные соединения с хлоридом железа (III) образуют лекарственные вещества, содержащие в молекуле фенольный гидроксил: производные η-аминофенола, сложные эфиры салициловой кислоты и производные салициламида с незамещенным фенольным гидроксилом; производные 8-оксихинолина, 4-оксикумарина; оксипиридиновые витамины и витамины группы флаваноидов; препараты гормонов, являющиеся производными аминофенолов; антибиотики тетрациклического ряда и продукт гидролиза стрептомицина – мальтол; синтетические эстрогены производные ди-(η-оксифенил)-гексана.

Если фенольный гидроксил связан в сложноэфирную группу органической кислотой, то необходимо предварительное гидролитическое расщепление эфирной связи.

Хлорид железа (III) образует окрашенные соли с ацетат-, глюконат-ионом, терпингидрадом (η-ментандиолом-1,8).

Окрашенные соединения с салицилат- и аминосалицилат-ионом обусловлены наличием фенольного гидроксила и карбоксильной группы. Состав и свойства окрашенных соединений с солями железа (III) зависят от pH среды. Так, например, салициловая кислота в зависимости от значения pH образует соединение IIII (pH7,4; желтая окраска):

s TI7NTsMwEITvSLyDtUjcqNMftSHEqRCIC1yg4QG2tkmi2utgu23g6VlOcFrNzmjmq7eTd+JkYxoC KZjPChCWdDADdQre26ebEkTKSAZdIKvgyybYNpcXNVYmnOnNnna5E1xCqUIFfc5jJWXSvfWYZmG0 xN5HiB4zy9hJE/HM5d7JRVGspceBeKHH0T70Vh92R68glu36c/l9eMHxsXttUafnwWmlrq+m+zsQ 2U75Lwy/+IwODTPtw5FMEo71ZsFJBSs+bN+WKxB7fs+XG5BNLf/zNz8AAAD//wMAUEsBAi0AFAAG AAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQ SwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQ SwECLQAUAAYACAAAACEAxe3bg5gCAABBBQAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAwFYP1tsAAAAHAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAADyBAAAZHJzL2Rvd25y ZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAPoFAAAAAA== " adj="4003" fillcolor="white [3201]" strokecolor="black [3200]"/>O – Fe + O^-- O^-3-

Fe Fe

COO COO^- ₂ COO^- ₃

IIIIII

Соли тяжелых металлов используют в качестве реактивов для идентификации органических кислот различной химической структуры: лимонной, бензойной, цинхониновой, аминокислот, η-аминосалициловой кислоты и др.

Ионы железа (III), серебра, меди (II), кобальта позволяют подтвердить наличие имидной группы в молекулах сульфаниламидов, барбитуратов, пуринов.

Соли меди (III) в нейтральной среде образуют комплексные соединенияс сульфаниламидными препаратами:

H₂N – –SO₂ – N – R

Cu

H₂N – –SO₂ – N – R

Различия в растворимости и окраске позволяют отличать друг от друга эти препараты. Подобные комплексы образуют с сульфаниламидами и другие тяжелые металлы.

Барбитураты превращаются в сине-фиолетовые комплексные соединения под действием солей кобальта и кальция, а с солями меди образуют комплексы, имеющие различную окраску от голубой до сиреневой. Реакции следует выполнять при определенных значениях pH среды.

Алкалоиды – производные пурина (теобромин, теофиллин) осаждаются солями меди, кобальта.

Некоторые производные барбитуровой, цинхониновой кислот и пурина осаждаются в виде нерастворимых солей в воде серебра.

Окрашенные соли с гидроксидом меди (II) образуют многоатомные спирты (глицерин и др.). Аналогичную цветную реакцию дают аминоспирты, β-диэталонамин, 1,2-этилендиамин, входящие в состав лекарственных препаратов (эуфиллин).

Наличие спиртового гидроксида и вторичной аминогруппы в молекулах производных гуанидина и арилалифатических аминоспиртов (эфедрин, мезатон и др.) создает условия для комплексообразования. Полученные окрашенные комплексы имеют структуру

Ar – CH – CH₂

O^-NH – RCu²⁺

₂

Реакции комплексообразования и образования солей с ионами железа (III), меди (II) используют для идентификации гетероциклических производных пиразолона (антипирин, амидопирин, анальгин, бутадион), а с хлоридом меди (I) и дихлоридом ртути (II) – производных титразола (коразол). Нерастворимые окрашенные осадки с солями меди (II) дают некоторые производные никотиновой и изоникотиновой кислот.

Соли тяжелых металлов позволяют идентифицировать также некоторые алкалоиды (цитизин), витамины (рибофлавин, фолиевая кислота, никотиновая кислота, витамины группы Aи D).

Из комплексных соединений в качестве реактива наиболее широко используют в фармацевтическом анализе нитропруссид натрия Na₂[Fe(CN)₅NO] · 2H₂O. Он образует характерные окрашенные продукты с различными органическими лекарственными веществами. Окраска возникает вследствие замещения нитрозо-группы в ионе нитропруссида, например кетонами:

O

CH₃ – C – R O

Na₂ Fe (CN)₅ NO Na₂ Fe (CN)₅CH₂ – C – R

Окрашенные соединения с нитропруссидом натрия образует также альдегиды, фенолы, ряд аминопроизводных, тиосемикарбазоны и др.

Нитропруссид натрия применяют в фармакопейном анализе для испытания подлинности производных тиосемикарбазона (метисазон), сульфаниламидов (стрептоцид растворимый, норсульфазол, сульфадимезин, сульфапиридазин, сульфамонометоксин, сульфадиметоксин); производных имидазола (мерказолил, нафтизин), пиридина (ипразид), фурохромона (келлин), изоникотиновой кислоты (изониазид), тиоурацила (метилтиоурацил). Этот реактив может быть применен для обнаружения в лекарственных веществах тиокетонной и тиоэфирной серы после предварительного нагревания в растворе гидроксида натрия до образования сульфидов, а также для идентификации веществ, образующих при разложении альдегиды и кетоны.

Нитропруссид натрия дает характерные цветные реакции с некоторыми алкалоидами (пилокарпин, теофиллин, сальсолин, пахикарпин, сферофизин). Раствор нитропруссида натрия в щелочной среде позволяет обнаружить наличие пятичленного лактонного цикла в молекуле сердечных гликозидов.

Сходный по химической структуре с нитропруссидом – пентацианоакваферриат натрия Na₂[Fe(CN)₅ · H₂O] образует окрашенные в синий или зеленый цвет соединения с первичными ароматическими аминами, с серосодержащими соединениями (меркаптанами, тиокетонами и др.), в том числе с производными тиоурацила.

Пентацианоаминоферрат натрия Na₃[Fe(CN)₅NH₃] образует окрашенные вещества, взаимодействуя с гидразинами (красного или фиолетового цвета), изоникотиновой кислотой, N-оксиуретанами.

Количественное определение содержания в препарате чистого вещества.

Проводят его при помощи титрометрических и физико-химических методов исследования. Первые из них включают титрование кислотно-основное, комплексонометрию, йодометрию, перманганатометрию, титрование в неводных средах и с использованием потенциометров и других электрохимических приборов. Физико-химические методы исследования подразделяются на спектральные, электрохимические и хроматографические. К спектральнымотносят методы: абсорбционные, эмиссионные и основанные на измерении эффектов поляризационных взаимодействий. 1. Первые из них основаны на поглощении света атомами (атомно-абсорбционный спектральный анализ), молекулами (фотоэлектроколориметрия, спектрофотометрия в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях) и частицами вещества в суспензии (турбодиметрия). 2. Эмиссионные методы основаны на измерении интенсивности света, излучаемого веществом. К ним относят методы молекулярно-эмиссионные (флуорометрия), атомно-эмиссионные (эмиссионный спектральный анализ, пламенная фотометрия и масс-спектрометрия) и измерение света, рассеянного частицами суспензии вещества (нефелометрия). 3. К методам, основанным на измерении эффектов поляризационных взаимодействий, относят рефрактометрию, интерферометрию и поляриметрию. В фармацевтической химии спектральные методы могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с хроматографическими и другими методами исследования.

Спектральные методы анализа основаны на свойстве молекул или атомов веществ поглощать или испускать электромагнитные излучения определенной длины волны. Характер спектра специфичен для каждого соединения, а интенсивность поглощенния в определенном интервале его пропорциональна концентрации вещества. Это предоставляет возможность как идентификации, так и количественной оценки содержания вещества. В зависимости от природы используемого излучения различают следующие оптические методы анализа: 1) фотоэлектроколориметрия в видимой области спектра; 2) ультрафиолетовая спектрофотометрия; 3) инфракрасная спектроскопия; 4) атомно-адсорбционная спектрометрия (ААС); 5) масс-спектрометрия; 6) флуоресцентная спектрофотометрия и др. В химико-фармацевтическом анализе эти методы могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с хроматографическими и другими методами исследования.