znaczanie ilościowe środków leczniczych metodą bromianometryczną omianometria opiera się na kilku reakcjach, których wspólną cechą jest pośrednie bądź bezpośrednie stosowanie roztworu bromianu potasowego. W metodzie tej wykorzystuje się silne właściwości utleniające bromianu potasu, który w środowisku kwaśnym redukuje się do bromku. 3 - + 6 + - + 3 2 znaczenia bromianometryczne przeprowadza się najczęściej z uŝyciem roztworu bromianu potasu w środowisku kwaśnym, w obecności jonów bromkowych: 3 - + 5 - + 6 + 3 2 + 3 2 Wydzielony brom cząsteczkowy bierze następnie udział w reakcjach z oznaczaną substancją. Reakcje zachodzące między bromem a oznaczaną substancją. 1. omowanie substytucyjne związków aromatycznych salol, fenol, kwas salicylowy sulfanilamidy hydroksyestry, aminoestry kwasu benzoesowego aminy aromatyczne) 2. Przyłączanie atomów bromu do nienasyconych wiązań podwójnych pochodne kwasu barbiturowego 3. omianometryczne utlenianie pochodne hydrazyny: izoniazyd, siarczan dihydralazyny We wszystkich przypadkach zastosowania bromianu do oznaczeń ilościowych, niezaleŝnie od typu zachodzącej reakcji, bromian jest zuŝywany w tych samych
stosunkach ilościowych i jego 1n roztwór zawiera zawsze 1/6 gramocząsteczki bromianu potasowego. Wskaźniki stosowane w bromianometrii Wskaźniki specyficzne Tworzą one połączenia z utleniaczem lub reduktorem, czemu towarzyszy zmiana zabarwienia. Przykładem takiego wskaźnika jest skrobia, która tworzy z wolnym jodem związek addycyjny o charakterystycznym, granatowym zabarwieniu. Wskaźniki redoks Są to substancje, które zmieniają barwę wraz ze zmianą potencjału układu. Podczas wzrostu potencjału wskaźnik utlenia się, podczas obniŝania się potencjału wskaźnik ulega redukcji. Wskaźniki redoks są to pary redoks, w których forma utleniona ma inną barwę niŝ forma zredukowana. Dzielą się one na wskaźniki odwracalne i nieodwracalne. Przykładem wskaźnika odwracalnego jest ferroina (jon kompleksowy Fe 2+ z fenantroliną), której postać zredukowana ma barwę ciemnoczerwoną. W wyniku utlenienia, zachodzącego wobec potencjału 1,14 V, ferroina przybiera barwę jasnoniebieską. ranŝ metylowy i czerwień metylowa to wskaźniki redoks nieodwracalne. Wobec określonego potencjału redoks ulegają one nieodwracalnemu utlenieniu bromem i odbarwienie roztworu wskazuje na koniec miareczkowania. W bromianometrii często wykonuje się oznaczenie bez stosowania wskaźnika, szczególnie w miareczkowaniu bromianometrycznym bezpośrednim. Roztwór miareczkuje się wówczas do barwy Ŝółtej, pochodzącej od wolnego bromu w roztworze. omowanie substytucyjne związków aromatycznych omowanie pierścienia aromatycznego jest typową reakcją podstawienia elektrofilowego. W rozpuszczalnikach niepolarnych brom cząsteczkowy jest mało reaktywny w stosunku do układów aromatycznych typu benzen.
Szybkość bromowania wzrasta znacznie przy zastosowaniu katalizatorów typu kwasów Lewisa (Fe 3, AlCl 3, ZnCl 2 ) lub zasad Lewisa (pirydyna) poniewaŝ przekształca on cząsteczkę bromu w znacznie bardziej reaktywny elektrofil + - Fe 4 W pierwszym etapie następuje heterogeniczny rozpad cząsteczki bromu na kation i anion. Dzieje się tak na skutek oddziaływania na brom dwóch czynników: nukleofilowy układ aromatyczny odpycha elektrony, a elektrofilowy katalizator przyciąga elektrony. Powoduje to daleko idącą polaryzację cząsteczki bromu i jej heterogeniczny rozkład. + 2 + Fe 3 --------- --------- --------- Fe 3 + Fe 4 + + Fe 3 Dalsze bromowanie prowadzi do powstania kolejnych izomerów, w róŝnych proporcjach ilościowych. W przypadku bromowania fenoli lub amin aromatycznych, gdzie lub 2 są podstawnikami aktywującymi I rodzaju, bromowanie przebiega łatwiej niŝ w przypadku benzenu, a brom jest kierowany w pozycje orto i para. Pozycje te są wzbogacone ładunkiem ujemnym na skutek zjawiska mezomerii. + 2 + 2 - - + 2 -
bliczanie gramorównowaŝnika w bromianometrii. W przypadku bromowania pierścienia aromatycznego gramorównowaŝnik zaleŝy od całkowitej ilości atomów bromu biorących udział w reakcji. bliczamy go dzieląc masę cząsteczkową oznaczanej substancji przez całkowitą liczbę atomów bromu biorących udział w reakcji. + 2 + GramorównowaŜnik = 1/2 gramocząsteczki + 2 2 + 2 GramorównowaŜnik = 1/4 gramocząsteczki + 3 2 + 3 GramorównowaŜnik = 1/6 gramocząsteczki znaczenie bromianometryczne moŝna prowadzić metodą bezpośredniego miareczkowania roztworem bromianu potasu lub metodą pośredniego miareczkowania wobec nadmiaru bromianu potasu. Bezpośrednie miareczkowanie roztworem bromianu potasowego prowadzi się w roztworze silnie zakwaszonym kwasem solnym, w obecności bromku potasu. Jako wskaźnika uŝywa się czerwieni metylowej lub oranŝu metylowego (wskaźniki redoks nieodwracalne), które w środowisku kwaśnym mają czerwoną barwę. W trakcie miareczkowania mianowanym roztworem bromianu potasu wydziela się brom, który zuŝywany jest na bromowanie pierścienia aromatycznego. Pierwsza kropla wolnego bromu utlenia wskaźnik, powodując jego nieodwracalne odbarwienie. znaczenie moŝna prowadzić bez wskaźnika, poniewaŝ w punkcie końcowym wolny brom cząsteczkowy zabarwia roztwór na Ŝółty kolor. Koniec miareczkowania moŝna teŝ oznaczyć potencjometrycznie. Metoda ta nadaje się do oznaczania związków o duŝej aktywności nukleofilowej, poniewaŝ wówczas bromowanie przebiega bardzo szybko.
PoniewaŜ szybkość bromowania, nawet w takim przypadku, stopniowo maleje w miarę obniŝania się stęŝenia oznaczanego związku, naleŝy kolejne porcje bromianu wprowadzać bardzo powoli, aby nie dopuścić do powstawania lokalnych, zwiększających się stęŝeń bromu. Mogłoby to spowodować trwałe odbarwienie wskaźnika przed końcem miareczkowania. W wielu oznaczeniach tego typu wytrąca się osad pochodnej bromowej oznaczanej substancji. MoŜe on adsorbować wskaźnik, co powoduje jego późniejsze odbarwienie. Aby temu zapobiec dodaje się do roztworu kwas octowy lub chloroform, które to zabezpieczają przed wypadaniem osadu. Jednocześnie lepiej rozpuszczają brom i zapobiegają stratom związanym z jego lotnością. Metoda jest uŝywana rzadko, równieŝ ze względu na szybkie zmiany miana roztworu bromianu potasowego. znaczenie bromianometryczne pośrednie prowadzi się w środowisku wodnym, silnie zakwaszonym kwasem solnym lub siarkowym, w obecności duŝego nadmiaru bromku potasu i przy uŝyciu ściśle określonego nadmiaru roztworu bromianu potasu. Z mieszaniny bromku i bromianu potasu wydziela się brom cząsteczkowy, którego ilość zaleŝy ściśle od ilości uŝytego bromianu. 3 - + 5 - + 6 + 3 2 + 3 2 Część powstałego w środowisku reakcji bromu bierze udział w substytucji pierścienia aromatycznego, tworząc w zaleŝności od rodzaju związku trój, dwu, rzadziej jednobromopochodną. Pozostały brom reaguje z dodanym do roztworu nadmiarem jodku potasu i wydziela z niego równowaŝną ilość jodu, który jest miareczkowany mianowanym roztworem tiosiarczanu wobec skrobi: 2 + 2 KI = I 2 + 2 K I 2 + 2 K 2 S 2 3 = 2 KI + K 2 S 4 6 znaczona ilość jodu jest równoznaczna z ilością bromu, który nie wziął udziału w bromowaniu pierścienia aromatycznego oznaczanej substancji. znaczona w próbie
kontrolnej ilość jodu jest równoznaczna początkowej ilości bromu, jaka powstaje w reakcji bromianu potasu z bromkiem w środowisku kwaśnym. Ilość bromu zuŝytą na reakcję bromowania (a więc równowaŝną ilości oznaczanej substancji) obliczamy z róŝnicy między ilością tiosiarczanu zuŝytego na miareczkowanie jodu w próbie kontrolnej a ilością tiosiarczanu zuŝytego na zmiareczkowanie jodu w próbie właściwej. ie odmiareczkowujemy bromu bezpośrednio tiosiarczanem, poniewaŝ brom jest lotny, trujący, a ponadto reakcja bromu z tiosiarczanem nie przebiega do końca. Wszystkie oznaczenia bromianometryczne dają dobre wyniki pod warunkiem ścisłego przestrzegania warunków oznaczenia (sposób rozpuszczania próbki, stopień kwasowości, nadmiar bromu, czas bromowania). Warunki te są często róŝne dla róŝnych substancji. Fenol + 3 2 + 3 Rezorcyna + 3 2 + 3
β-naftol + 2 + W ß-naftolu szczególnie podatna na podstawienie elektrofilowe jest pozycja 1, poniewaŝ jest aktywowana przez grupę i sąsiedni pierścień aromatyczny. Pozycja 3 nie jest aktywna, poniewaŝ wiązania podwójne w ß-naftolu są zlokalizowane w duŝym stopniu i brak jest efektu mezomerycznego +M w kierunku tego węgla. Kwas salicylowy C C 2 2 2-2 -, - C 2 Salicylan fenylu + 2 a - 2 a + Ca + 2 Cl - 2 acl + C + 6 2 2-6 - C 2
ydroksybenzoesany: metylu, etylu, propylu CR Ca C + 2 a - R - 2 a + 2 Cl - 2 acl + 3 2 + 3 + C 2 Sulfanilamid 2 S 2 2 + 2 2 2 S 2 2 + 2 Sulfatiazol 2 S 2 S 3 2 2 S 2 S + 3
ydrochlorotiazyd Cl Cl S 2 S 2 S 2 S Sulfadimetoksyna C 3 2 S 2 3 2 + C 3 C 3 2 S 2 + 3 C 3 Wszystkie oznaczenia bromianometryczne dają dobre wyniki pod warunkiem ścisłego przestrzegania warunków oznaczenia (sposób rozpuszczania próbki, stopień kwasowości, nadmiar bromu, czas bromowania). Warunki te są często róŝne dla róŝnych substancji. Addycja bromu do nienasyconych wiązań podwójnych. Reakcja przyłączenia atomów bromu do nienasyconych wiązań podwójnych jest typową reakcją przyłączania elektrofilowego. Czynnikiem aktywnym jest tu kation bromkowy +, który powstaje w wyniku heterolitycznego rozpadu cząsteczki bromu.
Dzieje się tak na skutek oddziaływania elektronów п podwójnego wiązania na cząsteczkę bromu. R 1 R 2 R 1 R 2 + ------------- R 4 R 3 R 4 R 3 R 1 R 2 R 1 R 2 R 4 R 3 jon bromoniowy R 4 R 3 GramorównowaŜnik = 1/2 gramocząsteczki znaczenie prowadzi się metodą pośrednią, w środowisku kwasu solnego, często z dodatkiem kwasu octowego. Kwas ten lepiej rozpuszcza brom, co zapobiega stratom związanym z jego lotnością. Gdy w oznaczanym związku występuje więcej wiązań podwójnych, gramorównowaŝnik zaleŝy od przebiegu konkretnej reakcji. Addycja bromu do wiązań podwójnych skumulowanych R 1 R 2 C C R 3 R 4 + 2 R 1 R 2 C C R 3 R 4 GramorównowaŜnik = 1/2 gramocząsteczki
W przypadku wiązań podwójnych izolowanych, gramorównowaŝnik równa się iloczynowi gramocząsteczki i odwrotności podwojonej ilości wiązań podwójnych. W przypadku addycji bromu do podwójnego wiązania równieŝ naleŝy przestrzegać ściśle warunków oznaczenia, które są róŝne dla kaŝdego rodzaju związków. a wynik oznaczenia ma wpływ szybkość reakcji addycji, obecność w oznaczanej substancji innych ugrupowań zuŝywających brom i inne. W analizie farmaceutycznej metoda ta jest wykorzystywana do oznaczania pochodnych kwasu barbiturowego, zawierających nienasycone wiązanie (allobarbital, cyklobarbital) Cyklobarbital C 2 5 2 C 2 5 Cyklobarbital wapnia C 2 5 Ca 2+ 2 2 2 C 2 5 Ca 2+ 2 GramorównowaŜnik = 1/4 gramocząsteczki
Allobarbital C C 2 C C 2 + 2 2 C C 2 C C 2 omianometryczne utlenianie W wyniku reakcji utlenienia bromem cząsteczkowym: 1. Pochodnych hydrazyny -- 2 - powstaje azot pierwiastkowy 2 2. Pochodnych hydroksyloaminy - powstaje kwas azotowy 3 3. Kwasu mrówkowego powstaje dwutlenek węgla C 2 Izoniazyd C 2 + 2 2 + 2 C + 2 + 4 GramorównowaŜnik = 1/4 gramocząsteczki Izoniazyd moŝna oznaczyć metodą bromianometryczną pośrednią lub bezpośrednią.
W przypadku metody bezpośredniej izoniazyd miareczkuje się mianowanym roztworem bromianu potasu w środowisku kwaśnym, wobec p-etoksychryzoidyny, która odbarwia się pod wpływem wolnego bromu. Siarczan dihydralazyny 2 + 4 2 + 2 2 2 + 2 2 + 8 GramorównowaŜnik = 1/8 gramocząsteczki W wyjątkowych przypadkach, gdy w środowisku brak jest jonów halogenkowych, bezpośrednim utleniaczem jest bromian sodu lub potasu. PoniewaŜ w obecności jonów bromkowych w środowisku kwaśnym powstaje brom cząsteczkowy, naleŝy do roztworu dodać jony rtęci g 2+. Będą one wiązać jony bromkowe, a tym samym zapobiegać tworzeniu się bromu cząsteczkowego. Takie reakcje utleniania przebiegają jednak wolno i wymagają obecności odpowiednich katalizatorów. Praktyczne wykonanie analizy ilościowej metodą bromianometryczną 1. Przygotowujemy próbkę w kolbie stoŝkowej z dobrze dopasowanym, szlifowanym korkiem. JeŜeli oznaczaną substancję hydrolizujemy, naleŝy potem dobrze ją ochłodzić, poniewaŝ brom jest wówczas mniej lotny. 2. astępnie dodajemy do kolby odpowiednią, zgodną z instrukcją ilość roztworu bromianu z bromkiem potasu.
3. Dodajemy do kolby kwas solny lub siarkowy i bardzo szybko zamykamy kolbę doszlifowanym korkiem, aby nie dopuścić do ulatniania się bromu. 4. Zostawiamy kolbę w ciemnym miejscu na czas określony w przepisie. 5. Dodajemy jodek potasu i po kilku minutach miareczkujemy wydzielony jod mianowanym roztworem tiosiarczanu wobec skrobi. Skrobię dodajemy pod koniec miareczkowania, gdy roztwór ma barwę jasnoŝółtą. Badaną próbkę miareczkujemy do zaniku niebieskiego zabarwienia. 6. Przed rozpoczęciem miareczkowania naleŝy spłukać jod ze ścianek kolby i szlifu oraz z korka, za pomocą tryskawki z wodą destylowaną. Dzięki temu zmiareczkujemy całą ilość wydzielonego jodu. 7. Wykonujemy próbę kontrolną bez oznaczanej substancji, co pozwoli oznaczyć całkowitą ilość wytworzonego w środowisku reakcji bromu. 8. bliczamy zawartość procentową próbki: ilość tiosiarczanu odpowiadającą ilości bromu który reagował z oznaczaną substancją obliczamy z róŝnicy objętości tiosiarczanu zuŝytego na ślepą próbę a ilością tiosiarczanu zuŝytego na próbę właściwą. Literatura 1. Z. Lipiec, T. Szmal; Chemia analityczna. PZWL Warszawa 2. M. Zając, A. Jelińska ; cena jakości substancji i produktów leczniczych. Podręcznik dla studentów farmacji. Wydawnictwo AM Poznań 2010 3. E. Pawełczyk, Z. Płotkowiak, M. Zając; Chemiczna analiza leków, PZWL 1986 4. W. Kwapiszewski i inni; Chemiczna analiza ilościowa środków leczniczych. PZWL Warszawa 1975 5. E. Pawełczyk, M. Zając; Analiza leków. AM Poznań 1989 6. M. Gorczyca, A. Zejc; Ćwiczenia z chemii leków. CM UJ Kraków 1993