Metody analizy związków chemicznych

Transkrypt

1 Laboratorum z przedmotu: Metody analzy zwązków chemcznych Kerunek: Technologa Chemczna /studa nestacjonarne/ Sem. 1/II stopna Prowadzący: Dr nż. Tadeusz Beg v1@2015

2 Spektroskopa NMR w analze jakoścowej loścowej. Wstęp: Początkowo wykorzystane zjawska magnetycznego rezonansu jądrowego ( NMR ) w analtyce chemcznej sprowadzało sę wyłączne do badań strukturalnych zwązków organcznych. Stosunkowo mała czułość tych technk w połączenu z dużym kosztem aparatury były w początkowym okrese hamulcem rozwoju tej technk. Dopero znaczny postęp w technolog konstruowana magnesów zdolnych wytwarzać bardzo slne pola magnetyczne ( magnesy nadprzewodzące ) oraz postęp w elektronce komputeryzacj, spowodował znaczne zwększene czułośc metody. bnżene progu oznaczalnośc połączone z daleko posunętą zdolnoścą specjacyjną, sęgającą poszczególnych elementów struktury cząsteczk oraz zdolność do loścowego oznaczana parametrów typu wskaźnków sumarycznych sprawły, że metoda spektroskop magnetycznego rezonansu jądrowego stała sę atrakcyjną dla chemka analtyka. Wysoka selektywność pomarów, w welu przypadkach czynąca zbędnym etap separacj, predysponuje tę technkę do zastosowań w analtyce środowska. Można przypuszczać, że zastosowane NMR w analze środowska będze przebegać dwutorowo. Po perwsze rezonans jąder 1 H, 13 C, 14 N, 15 N, 31 P, 19 F, 35 Cl będze służył montorowanu organcznych zaneczyszczeń środowska. Umożlw to, dzęk ne nszczącemu charakterow oraz wysokej selektywnośc metody, oznaczane welu analtów z jednej próbk poddane uzyskanych wynków daleko dącej analze korelacyjnej. Drug kerunek rozwoju technk NMR będze zapewne polegać na wykorzystanu nsko rozdzelczych, relatywne tanch spektrometrów, przy pomocy których można oznaczać wskaźnk sumaryczne, wykorzystując w tym celu poszczególne zakresy częstotlwośc rezonansowych, charakterystyczne dla poszczególnych jąder atomowych, grup funkcyjnych klas zwązków. Cel ćwczena: Ćwczene ma pokazać na przykładze analzy tabletk od bólu głowy ( TBG ), zalety możlwośc zastosowana spektroskop magnetycznego rezonansu jądrowego w: - ustalanu struktury zwązków organcznych - stwerdzenu tożsamośc zwązków - analze loścowej składu tabletk Ćwczene ma pokazać równeż znaczne uproszczene procedury analtycznej, gdy metody klasyczne w analze loścowej składnków tabletk od bólu głowy take jak: - alkalmetryczne oznaczane kwasu acetylosalcylowego - jodometryczne oznaczane kofeny - azotynometryczne oznaczane fenacetyny oraz metody klasycznej analzy jakoścowej zastąp sę metodą spektroskop magnetycznego rezonansu jądrowego 1H-NMR. ps na stronach 3-5 lustruje nakład pracy przy stosowanu klasycznych metod analzy. 2

3 ps ćwczena: 1. Skład Tabletk od bólu głowy ( TBG ) wg Farmakope Polskej: a) Kwas acetylosalcylowy 0,300g b) Fenacetyna 0,100g c) Kofena 0,050g Masa tabletk 0,600g 2. Własnośc fzykochemczne składnków TBG: Parametr Kwas acetylosalcylowy Fenacetyna Kofena Masa cząsteczkowa 180,16 179,22 194,20 Temperatura topnena ,5 Rozpuszczalność w H Rozpuszczalność w CHCl Analza jakoścowa metodam klasycznym [2]: Próby fzykochemczne oraz nektóre reakcje charakterystyczne wymagają rozdzału TBG na składnk. Należą do nch m.n. dla kofeny reakcja z roztworem jodu w środowsku kwaśnym reakcja mureksydowa, natomast dla fenacetyny reakcja ntrowana oraz reakcja utlenana dwuchromanem potasowym. Z wymenonym odczynnkam reaguje zarówno kofena jak fenacetyna. Do zolacj składnków tabletek wykorzystano ch rozpuszczalność w eterze, wodze, roztworze wodorotlenku sodowego chloroforme. Najperw ze sproszkowanych Tabletek od bólu głowy ekstrahuje sę kwas acetylosalcylowy fenacetynę eterem, a następne z pozostałośc kofenę wodą. Do rozdzału fenacetyny kwasu acetylosalcylowego w pozostałośc po oddestylowanu eteru wykorzystano ch rozpuszczalność w roztworze wodorotlenku sodowego, w którym rozpuszczalny jest tylko kwas acetylosalcylowy. Przepsy wykonana prób: 2g sproszkowanych TBG ekstrahować trzykrotne 15 ml eteru. Wycąg eterowe zawerają kwas acetylosalcylowy fenacetynę, a pozostałość kofenę składnk masy tabletkowej. Z ekstraktów eterowych oddestylować rozpuszczalnk, a do pozostałośc dodać 15ml 0,5 mol/dm 3 roztworu wodorotlenku sodowego, wymeszać przesączyć. Przesącz zawera kwas acetylosalcylowy, osad na sączku fenacetynę. Kwas acetylosalcylowy. Identyfkację kwasu acetylosalcylowego można przeprowadzć na podstawe: 1. prób fzykochemcznych: temperatury topnena, absorpcj promenowana w zakrese nadfoletu podczerwen, 2. reakcj charakterystycznych: 3

4 a. reakcj aromatycznych kwasów karboksylowych, do których należy reakcja estryfkacj b. reakcj perścena aromatycznego, do których należą reakcje z odczynnkem Mllona Marqusa c. hydrolzy kwasu acetylosalcylowego do kwasu salcylowego kwasu octowego, zolacj kwasu salcylowego jego charakterystyk metodam podanym wyżej dla kwasu acetylosalcylowego Kwas acetylosalcylowy w roztworze etanolowym wykazuje maksma absorpcj promenowana przy długośc fal 226nm ( =8612, A 1cm 1% =478 ) 276nm. Fenacetyna. sad na sączku zawerający fenacetynę przekrystalzować z 50% roztworu etanolu. sad odsączyć wysuszyć w temperaturze 80 o C. Identyfkację fenacytyny można przeprowadzć na podstawe: 1. prób fzykochemcznych: temperatury topnena, absorpcj promenowana w zakrese nadfoletu. 2. reakcj charakterystycznych: a. reakcj utlenana produktu hydrolzy dwuchromanem potasowym b. reakcj dwuazowana, a następne sprzęgana z 1 lub 2-naftolem produktu hydrolzy w środowsku kwaśnym. Fenacetyna w roztworze etanolowym wykazuje maksmum absorpcj promenowana przy długośc fal 250nm ( A 1cm 1% =868 ). Kofena. Pozostałość po wyekstrahowanu kwasu acetylosalcylowego fenacetyny eterem, ekstrahować dwukrotne 20 cm 3 wody. Wycąg wodne zawerające kofenę przesączyć. Przesącz ekstrahować 20 cm 3 chloroformu pozostałość przekrystalzować z etanolu. sad odsączyć wysuszyć w temperaturze 80 o C. Identyfkację kofeny można przeprowadzć na podstawe: 1. prób fzykochemcznych: temperatury topnena, absorpcj promenowana w zakrese nadfoletu. 2. reakcj charakterystycznych: a. reakcj mureksydowej b. reakcj zasad organcznych Kofena w roztworze etanolowym wykazuje maksmum absorpcj promenowana przy długośc fal 272nm ( A 1cm 1% =480 ). 4. Analza loścowa metodam klasycznym. 4

5 4.1 Alkalmetryczne oznaczane kwasu acetylosalcylowego [1]. dważyć dokładne około 600mg sproszkowanych tabletek, rozpuścć w 25 cm 3 zobojętnonego 95% etanolu mareczkować 0,1 mol/dm 3 roztworem NaH wobec fenoloftaleny do różowego zabarwena. 1 cm 3 0,1 mol/dm 3 r-ru NaH odpowada 0,1 mm kwasu acetylosalcylowego (18,01 mg ). 4.2 Azotynometryczne oznaczane fenacetyny [2]. dważyć dokładne około 1,4g sproszkowanych tabletek do kolby stożkowej, dodać 20 cm 3 16% kwasu sarkowego gotować pod chłodncą zwrotną w cągu godzny. Po ochłodzenu przeneść zawartość kolby do zlewk, popłukując kolbę 50 cm 3 wody, dodać 10 cm 3 25% kwasu solnego, 2 g bromku potasowego mareczkować 0,1 mol/ dm 3 roztworem azotynu sodowego metodą amperometryczną w układze dwóch elektrod platynowych spolaryzowanych. 1 cm 3 0,1 mol/dm 3 r-ru NaN 2 odpowada 0,1 mm fenacetyny (17,92 mg ). 4.3 Jodometryczne oznaczane kofeny [2]. dważyć dokładne około 0,7g sproszkowanych tabletek do zlewk, dodać 20cm 3 wody, dokładne wymeszać przesączyć przenosząc możlwe cały osad na sączek zberając przesącz do kolby marowej o pojemnośc 100ml. sad przemyć ponowne 20 cm 3 wod. Następne do zebranych przesączów dodać 5 cm 3 16% kwasu sarkowego 25 cm 3 0,05 mol/dm 3 roztworu jodu, uzupełnć wodą do kresk pozostawć na 15 mn. Wydzelony osad odsączyć odrzucając perwsze 20 cm 3 przesączu. 25,0 cm 3 przesączu mareczkować 0,1 mol/dm 3 roztworem tosarczanu sodowego wobec skrob. 1 cm 3 0,1 mol/dm 3 r-ru J 2 odpowada 0,05 mm kofeny (9,71 mg ). 5

6 5. Zastosowane spektroskop magnetycznego rezonansu jądrowego w analze kwasu acetylosalcylowego, fenacetyny kofeny Analza loścowa w spektroskop NMR Analza loścowa opera sę na proporcjonalnośc natężena sygnału od lczby protonów. Jako pasma analtyczne wybera sę sygnały ( najczęścej snglety lub dublety), dobrze oddzelone od nnych sygnałów w próbce. znaczena można wykonać metodam: a. kalbracj zewnętrznej b. wzorca wewnętrznego c. normalzacj wewnętrznej Metoda kalbracj zewnętrznej. W metodze kalbracj zewnętrznej dla ser roztworów wzorcowych wykonuje sę pomary natężena sygnału (P wz ) ustala sę zależność P wz = f(c %), opsaną równanem prostej P wz = a. c wz (%) + b Stałe a b oblcza sę metodą najmnejszych kwadratów. Następne dokonuje sę pomaru natężena sygnału analtycznego dla roztworu badanego ( P ) oblcza zawartość oznaczanego składnka x w badanym preparace na podstawe krzywej wzorcowej. Metoda wzorca wewnętrznego. W przypadku gdy ne dentyfkuje sę wszystkch składnków próbk lub gdy wadomo, że w próbce są substancje ne dające sygnałów NMR, korzysta sę z metody wzorca wewnętrznego. Wzorzec wewnętrzny mus być tak dobrany, by jego pasmo analtyczne ne nakładało sę z żadnym z pasm oznaczanych substancj. Zawartość składnka oznaczanego oblcza sę ze wzoru: P M mwz x (%) 100 P M m wz wz p P natężene sygnału analtycznego -tego składnka meszanny w przelczenu na jeden proton P wz natężene sygnału analtycznego wzorca w przelczenu na jeden proton M - masa cząsteczkowa -tej substancj M wz - masa cząsteczkowa wzorca m p - masa próbk m wz - masa wzorca 6

7 Metoda normalzacj wewnętrznej. W przypadku gdy można przyjąć założene upraszczające, że wszystke składnk próbk mają grupy protonów, których sygnały są dostateczne rozdzelone, oblczena prowadz sę zwykle metodą normalzacj wewnętrznej. Stężene -tego składnka w meszanne n-składnkowej wyrażone w procentach wagowych oblcza sę ze wzoru: x % P M n 1 P M 100 P - wartość całk -tej substancj w przelczenu na jeden proton M - masa cząsteczkowa -tego składnka W przypadku nakładana sę sygnałów analtycznych wartośc P można często wyznaczyć rozwązując układ równań pomocnczych. Wykonane ćwczena: Wykonujemy ćwczene wg warantu wskazanego przez prowadzącego (1,2 lub 3). 1. Do kuwetk pomarowej odważyć dokładne około 60mg dobrze sproszkowanej tabletk TBG dodać mkroppetą 1 ml deuterochloroformu ( CDCl 3 ) zawerający wzorzec TMS. Przed dodanem chloroformu wyzerować wagę, aby meć dokładną masę dodanego chloroformu. Probówkę zamknąć, zawartość wstrząsać łagodne ogrzać do całkowtego rozpuszczena sę składnków czynnych TBG. Substancje pomocncze take jak skroba laktoza obecne w tabletce są nerozpuszczalne w deuterochloroforme, wobec czego ne przeszkadzają w oznaczenu. Zarejestrować wdmo protonowe na spektrometrze magnetycznego rezonansu jądrowego Varan o częstotlwośc podstawowej 600MHz. Równolegle przygotować próbkę wzorcowego roztworu kofeny ( 0,05g w 1 ml CDCl 3 ) lub nnej substancj zawartej w TBG zarejestrować wdmo. Na rysunkach 1A, 1B oraz I-C przedstawono wdma 1H-NMR poszczególnych ndywdualnych składnków tabletek od bólu głowy oraz wdmo całej tabletk. Pokazano równeż wybrane sygnały analtyczne do oznaczeń loścowych poszczególnych składnków. Sygnały wybrane jako analtyczne mają następujące przesunęca chemczne: Kwas acetylosalcylowy: snglet przy 2,341 ppm odpowadający protonom grupy acetylowej CH 3 C-. Fenacetyna: kwartet przy 3,970 ppm odpowadający protonom CH 2 grupy etoksylowej -CH 2 -CH 3 lub snglet grupy CH 3 przy ppm. 7

8 Kofena: sygnały przy ppm odpowadające protonom grup N-CH 3 w pozycj 1 3 perścena kofeny. 2. Przeprowadzć analogczny pomar TBG z zastosowanem doksanu jako standardu wewnętrznego. Do analogczne przygotowanej próbk jak w punkce 1 dodać ścśle określoną lość doksanu ( np. 15mg ) zarejestrować wdmo 1H-NMR. 3. Zarejestrować wdma protonowe czystych składnków tabletk TBG oraz wdmo TBG analogczne jak w pkt. 1. Wykonać oblczena wzajemnego stosunku składnków metodą normalzacj wewnętrznej porównać wynk ze składem podanym przez producenta. Wynk zameścć w sprawozdanu. Lteratura: [1] ZN-60/MPCh/F-77 [2] Szyszko E., Metody badana leków, PZWL, Warszawa, 1974 BHP Deuterochloroform jest substancją toksyczną o własnoścach mutagennych. Ma własnośc uczulające. Podejrzewany jest o właścwośc kancerogenne. Lteratura dodatkowa: 1. R. M. Slversten, F. X. Webster, D. J. Kemle, Spektroskopowe metody dentyfkacj zwązków organcznych, PWN, Warszawa Praca zborowa pod redakcją W. Zelńskego A. Rajcy, Metody spektroskopowe ch zastosowane do dentyfkacj zwązków organcznych, WNT, Warszawa H. Günther, Spektroskopa magnetycznego rezonansu jądrowego, PWN, Warszawa

9 Materały pomocncze: H CH ppm Kwas acetylosalcylowy HN CH ppm Fenacetyna 1.390ppm H 3 C 3.980ppm 3.591ppm H 3 C N N CH 3 N N 3.965ppm Kofena CH ppm Rys.1 Pasma analtyczne na wdmach 1H-NMR składnków TBG 9

10 Rys. 1A Wdmo 1H-NMR kwasu acetylosalcylowego. Rys. 1B Wdmo 1H-NMR fenacetyny. 10

11 Rys. 1C Porównane wdm 1H-NMR tabletk od bólu głowy czystych składnków. 11