Редоксметрия в анализе органических лекарственных средств

МИНИСТЕРСТВО  ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное бюджетное  образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Фармацевтического факультета

Кафедра фармацевтической химии

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Тема: «Редоксметрия в анализе органических лекарственных средств»

 

 

Выполнила: студентка фармацевтического

факультета, 2 курса СПО

Денк Марина Владимировна

 

 

Проверил: Лигастаев Александр Валерьевич

 

 

 

 

Новосибирск

2013 г.

 

Содержание:

Введение…………………………………….. ………………………………….3

Глава 1. Сущность редоксметрии

1.1 Понятие редоксметрии  ………………………………………………………4

1.2 Особенности и условия  редоксметрии ……………………………………..4

Глава 2. Виды редоксметрии

2.1 Классификация по способу  выполнения …………………………………...6

2.2 Классификация по применяемому  титранту ………………………………7

Глава 3. Индикаторы в редоксметрии ………………………………………8

Глава 4. Применение редоксметрии в  фармацевтическом анализе…….10

Заключение………………………………………………………………………15

Список литературы………………………………………………………………16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В аналитической химии  применяется множество методов  количественного анализа, одним  из которых является титриметрия. Титриметрия  основана на измерении количества реагента, необходимого для взаимодействия с  определяемым компонентом в растворе в соответствии со стехиометрией  химической реакции между ними. При  проведении эксперимента контролируют объем добавляемого титранта с точно  известной концентрацией реагента. Наибольшее распространение получила титриметрия для экспрессного определения  высоких и средних концентраций веществ в растворах, в том  числе и неводных.

В титриметрии применяют  различные химические реакции: кислотно-основные, комплексообразования, окисления-восстановления. Реакция должна протекать не только стехиометрически, но также быстро и количественно (правильные результаты можно получить лишь в том случае, если при прибавлении стехиометрического кол-ва титранта полнота протекания р-ции не менее 99,9%). Кроме того, в  каждом конкретном случае должен быть подходящий способ фиксирования КТТ (конечной точки титрования).

Целью данной работы является подробно рассмотреть метод редоксметрии. В его основе лежат реакции  окисления-восстановления. Это титрование сопровождается переходом одного или  большего числа электронов от восстановителя к окислителю. Задачами курсовой работы являются раскрыть сущность этого метода, рассмотреть его классификацию, используемые индикаторы и применение.

 

 

 

 

 

Глава 1. Сущность редоксметрии

1. Понятие редоксметрии

Редоксметрия-группа методов титриметрического анализа, основанных на применении окислительно-восстановительных реакций.

Восстановленная форма одного вещества Red1, отдавая электроны, переходит  в окисленную форму Ox1 того же вещества. Обе эти форму образуют редокс-пару Ox1|Red1. Окисленная форма Ox2 второго вещества, принимая электроны, переходит в  восстановленную форму Red2 того же вещества. Обе эти формы так же образуют редокс-пару Ox2|Red2. Чем выше окислительно-восстановительный  потенциал редокс-пары Ox2|Red2, окисленная форма которой играет роль окислителя в данной реакции, тем большее  число восстановителей Red1 можно  оттитровать и определить с помощью  данного окислителя Ox2. В редоксметрии в качестве титрантов применяют  окислители, стандартные окислительно-восстановительные  потенциалы редокс-пар которых имеют  как можно более высокие значения (например, MnO4) Если же определяемые вещества - окислители, то для их титрования применяют  восстановители, стандартный окислительно-восстановительный  потенциал которых имеет минимальное  значение.

 

2.  Особенности и условия редоксмертии

Условия, применяемые в  методах окислительно-восстановительного титрования должны отвечать ряду требований, важнейшими из которых являются следующие:

• Реакции должны протекать практически до конца.
• Реакция должна протекать достаточно быстро, чтобы равновесие, при котором реальные окислительно-восстановительные потенциалы обеих резонс-пар равны, устанавливалось практически мгновенно.
• Реакция должна протекать стехиометрически, побочные эффекты должны быть исключены.
• Конечная точка титрования должна определятся точно и однозначно либо с индикатором или нет.

Редоксметрия имеет следующие  особенности:

. Сравнительно низкие  скорости реакций.

. Сложный механизм протекания  реакций.

. Критерий применимости  реакции для титрования: E0 = E0Ox - E0Red не менее 0,2В, в этом случае  константа равновесия оказывается  достаточно высокой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Виды редоксметрии

2.1 Классификация  по способу выполнения

Редокс-титрование может  быть выполнено различными способами: прямое титрование, обратное титрование и заместительное титрование.

Прямое окислительно-восстановительное  титрование проводят тогда, когда окислительно-восстановительная реакция удовлетворяет основным требованиям к реакциям этого вида титрования. Определяемое вещество непосредственно взаимодействует с титрантом. Прямым титрованием можно определить: ионы Fe2+ ( титрант - раствор KMnO4 ),  J2 – (титрант - раствор Na2S2O3).

Обратное  окислительно-восстановительное титрование проводят тогда, когда применение прямого титрования нецелесообразно по тем или иным причинам. К аликвоте анализируемого раствора, содержащего определяемый компонент х, прибавляют точно известное избыточное количество вещества А. Выдерживают раствор некоторое время для обеспечения полноты реакции между х и А. Непрореагирующий избыток вещества А оттитровывают стандартным раствором титранта Т. Например, при определении сульфидов добавляют известное заведомо избыточное количество первого рабочего раствора J2, избыток которого затем оттитровывают раствором Na2S2O3.   

Заместительное  окислительно-восстановительное титрование применяют для определения веществ как вступающих, так и не вступающих в окислительно-восстановительные реакции. К аликвоте анализируемого раствора, содержащего определяемый компонент, прибавляют избыточное количество реагента. Выделившееся вещество оттитровывают определенным титрантом. Например, определение карбоната кальция.

 

 

 

2.2 Классификация по применяемому титранту

По применяемому в окислительно-восстановительном  титровании титранту различают:

 Перманганатометрия - метод, который основан на окислительной способности рабочего раствора перманганата калия KМnO4. Титрование ведется без индикатора. Применяется для определения только восстановителей при прямом титровании.

 Иодометрия - метод, в котором рабочим титрованным раствором служит раствор свободного иода в КI. Метод позволяет определять как окислители, так и восстановители. Индикатором служит крахмал.

Дихроматометрия основана на использовании в качестве рабочего раствора дихромата калия K2Cr2O7. Метод может применяться как для прямых так и косвенных определений восстановителей.

 Броматометрия основана на использовании в качестве титранта бромата калия KBrO3 при определении восстановителей.

  Цериметрия (титрант - сульфат церия (IV) Ce(SO4)2).

 Ванадатометрия дает возможность использовать окислительную способность ванадата аммоноя NH4VO3.

Кроме перечисленных методов  в лабораторной практике используются и такие методы как  хлоридометрия (титрант - хлорид иода JCl), титанометрия и другие.

 

 

 

 

Глава 3. Индикаторы в редоксметрии

Индикаторы, используемые в  редоксметрии, бывают двух типов:

• специфические индикаторы-вещества, вступающие в химическую реакцию с одним из участников титрования;
• окислительно-восстановительные индикаторы, реагирующие на изменение потенциала системы.

Индикаторы первого типа образуют окрашенные соединения с определяемым веществом или титрантом. Точку  эквивалентности с помощью индикаторов  этого типа устанавливают по исчезновению окраски раствора, если окрашенное соединение было образовано определяемым веществом с индикатором, или  по появлению окраски, если окрашенное соединение возникает при взаимодействии индикатора с титрантом. Наиболее известным  специфическим индикатором является крахмал, образующий с трииодид-ионами комплекс синего цвета.

Ко второму типу относятся  окислительно-восстановительные индикаторы, которые находят более широкое  применение, поскольку их поведение  зависит только от изменения потенциала системы.

К примеру, в цериметрии при  титровании применяется индикатор ферроин. Это комплекс о-фенантролинсульфата с железом (2+) Fe(C12H8N2)3(SO4).Ферроин (1,10-фенантролина сульфат C12H8N2×H2SO4) -окислительно-восстановительный индикатор изменения кислотности (рН) химических растворов в цериметрии. Порошок белого цвета с желтоватым оттенком. Растворим в воде, практически нерастворим в 95% EtOH. Химическая формула: Fe(C12H8N2)3SO4 - комплекс о-фенантролинсульфата с железом. Окраска окисленной формы бледно-голубая, восстановительной формы - красная.

Раствор индикатора готовят  непосредственно перед употреблением. Для этого 0,7 г гептагидрата сульфата железа FeSO4×7H2O растворяют в 100 мл воды, прибавляют 2,2г о-фенантролина сульфата и перемешивают до растворения. Окраска  окисленной формы - бледно-голубая, восстановленной - красная. Из всех окислительно-восстановительных  индикаторов лишь один ферроин обладает почти идеальными свойствами: резким переходом окраски, легкостью приготовления  его растворов и их устойчивостью.

Другим достаточно широко используемым в редоксметрии индикатором  является дифениламин (С6Н5)2NН. Дифениламин  представляет собой бесцветные кристаллы, темнеющие на свету, нерастворимые в воде, легко растворимые в Et2O, EtOH, CCl4. Это один из первых известных окислительно-восстановительных индикаторов (был предложен Кнопом в 1924г. для титрования железа (II) бихроматом). Дифениламин, как правило, применяется в виде растворов в серной кислоте.

В присутствии сильного окислителя дифениламин подвергается следующим  превращениям:

В ходе реакции выделяются два протона и образуется бесцветный дифенилбензидин. Эта реакция необратима. Далее дифенилбензидин окисляется, образуя дифенилдифенохинондиимин (фиолетового цвета) и два протона. Этот переход является обратимым.

Переход дифенилбензидина в  дифенилдифенохинондиимин вследствие внутримолекулярной перегруппировки  является обратимым и представляет истинно индикаторную реакцию. Окислительно-восстановительный  потенциал для второй реакции  равен +0,76 В. Несмотря на то, что в  результате реакции выделяются ионы водорода, изменение кислотности  мало влияет на величину потенциала, что  можно объяснить ассоциацией  ионов водорода с окрашенным продуктом  реакции.

Как индикатор дифениламин  имеет недостатки - его применению мешают вольфрамат-ион и ионы ртути (II); кроме того, его готовят в  довольно концентрированных растворах  серной кислоты, т.к. его растворимость  в воде незначительна. Вместо дифениламина удобнее применять дифениламиносульфокислоту  в виде ее Na-соли. Она лишена этих недостатков. Переход окраски соли выражен более резко и соответствует  ее изменению от бесцветной через  зеленую в темно-фиолетовую. Потенциал  перехода окраски равен примерно +0,8В и не зависит от концентрации кислоты. Сульфопроизводные в настоящее  время широко применяются в качестве редокс-индикаторов.

 

 

 

 

 

Глава 4. Применение редоксметрии в  фармацевтическом анализе

В фармацевтическом анализе  применяют такие методы редоксметрии , как перманганатометрия, йодометрия, йодхлорометрия, йодатометрия, броматометрия, дихроматометрия, цериметрия. Подробнее рассмотрим их.

ПЕРМАНГАНАТОМЕТРИЯ основана на использовании окислительных  свойств титранта — перманганата калия в кислой и щелочной средах.

МnО4- + 8Н+ + 5е → Мn2+ + 4Н20.

В кислой среде продуктом  восстановления являются практически  бесцветные соли марганца (II). Поэтому  при прямом перманганатометрическом  титровании индикатор в анализируемый  раствор не добавляют, им является титрант, избыток которого придает раствору розовое окрашивание.