Общие испытания на основании кислотно-основных свойств ЛВ

Кислотно-основные свойства ЛВ используют при определении их подлинности или количественном анализе в водных и неводных средах.

В качестве примера рассмотрим кислотно-основные свойства ЛВ групп пурина и пиразолона.

Кофеин (1,3,7-триметилксантин) - слабое основание, электронная плотность на атомах азота увеличена за счет электронодонорных свойств метильных групп:

Теобромин (3,7-диметилксантин) - амфолит - NH-кислота, pK_a = 9,9; основные свойства N9 более выражены по сравнению с теофиллином (см. ниже), что объясняется присутствием электронодонорной метильной группы у N7:

Теофиллин (1,3-диметилксантин) также проявляет амфотерные свойства - более сильная, чем теобромин, NH-кислота, pK_a = 8,8. Основные свойства N9 меньше выражены по сравнению с теобромином, что объясняется нахождением обеих электронодонорных метильных групп в пиримидиновом кольце, а следовательно, более низкой электронной плотностью на N9:

Аминофеназон (амидопирин) (1-фенил-2,3-диметил-4-диметиламинопиразолон-5) - слабое основание вследствие электронодонорных свойств метильных групп и увеличения электронной плотности на азоте:

Фенилбутазон (бутадион) (1,2-дифенил-4-бутил-пиразолидиндион-3,5) - CH-кислота. 0сновные свойства атомов азота N1 и N2 ослаблены за счет сопряжения с С₆Н₅-радикалами:

Феназон (антипирин) (1-фенил-2,3-диметил-пиразолон-5) - амфотерное соединение, свойства которого проявляются за счет CH-кислотного и N₄-основного центров:

К фармакопейным методам количественного определения ЛС органической природы относится титрование в неводных растворителях. В водных средах возможно количественное определение только тех ЛВ, рКа которых находится в области рН, характерной для водных растворов. Многие органические вещества являются чрезвычайно слабыми кислотами или основаниями, и их количественное определение титрованием в водной среде невозможно. В этом случае используют титрование в неводных средах (растворителях).

В основе процессов, связанных с количественным определением ЛВ путем неводного титрования, лежит протолитическая теория Бренстеда-Лоури. Согласно этой теории, кислоты в зависимости от свойств компонента, участвующего в кислотно-основном взаимодействии, ведут себя как доноры или акцепторы протона. Например, при взаимодействии безводной уксусной кислоты с безводной азотной карбоновая кислота CH₃COOH действует как основание, а азотная кислота HNO₃ - как кислота:

 

В свою очередь, даже такая сильная кислота, как азотная, по отношению к еще более сильной хлорной кислоте ведет себя как основание:

Наглядным примером зависимости свойства вещества от природы партнера является поведение аминокислот, которые в щелочной среде ведут себя как кислоты, в кислой среде - как основания,

а при рН = рI (pI - рН в изоэлектрической точке) нейтральны и проявляют свойства амфолитов.

Растворители делят на 2 класса: амфипротонные (самоионизирующиеся) и апротонные (не способные к самоионизации).

Соединения, способные легко присоединять протоны, называют протофильными, они являются основаниями. Если такие соединения служат растворителями, то их называют протофильными растворителями (жидкий аммиак, амины, пиридин). Чем сильнее выражена протофильность растворителя, тем большее число веществ, растворенных в нем, ведут себя как кислоты, тем отчетливее проявляется различие в их силе.

Соединения, способные отдавать протоны, называют протогенными, они являются кислотами (серная, азотная, уксусная кислота). Если они служат при этом растворителями, то их называют протогенными растворителями. Чем легче молекулы растворителя отдают протоны, тем большее число веществ в этом растворителе проявляет основные свойства.

Апротонные растворители - вещества, не демонстрирующие кислотных и основных свойств либо демонстрирующие их очень слабо. Они не способны отдавать или принимать протоны. К таким растворителям относят бензол и большинство углеводородов.

Хотя деление растворителей на протолитические и апротонные общепринято, известные в настоящее время экспериментальные данные, полученные, в частности, при исследовании ЛВ, свидетельствуют о том, что понятие «апротонность» весьма условно. К примеру, многие углеводороды, считающиеся инертными апротонными растворителями, являются не только донорами протонов (-СН-кислотами), но и Н-акцепторами (бензол в ряде случаев выступает как основание).

Рассмотрим примеры определения ЛВ в неводных растворителях. Как уже отмечалось выше, аминофеназон (амидопирин) - очень слабое основание, поэтому количественное определение его в водном растворе невозможно. Его основные свойства значительно возрастают в ледяной уксусной кислоте. В качестве титрующего агента используют надхлорную кислоту. Механизм превращений может быть представлен следующим образом:

В исходном растворе титранта (HClO₄ в безводной CH₃COOH) устанавливается равновесие:

В титруемом растворе аминофеназон протонируется:

 

При титровании регенерируется растворитель и образуется соль:

Возможные примеси воды должны быть исключены, поэтому в раствор добавляют уксусный ангидрид: (CH₃CO)₂O + H₂O =

= 2CH₃COOH.

Количественное определение барбитала - слабой - ОН-кислоты - проводят в неводном растворителе основной природы диметилформамиде (ДМФА). В качестве титранта используют раствор NaOH в метаноле. При растворении барбитала в ДМФ устанавливается равновесие:

В среде апротонного растворителя (ДМФА) титрант (гидроксид натрия в метаноле) может быть представлен в виде метилата натрия CH₃ONa.

При добавлении титранта регенерируется растворитель (метанол и диметилформамид) и образуется соль - барбитал-натрий:

Физико-химические методы в фармации. Для исследования, определения подлинности, количественного определения ЛС органической природы в фармакопейном анализе применяют такие методы, как:

- ИК-спектрометрия, которая позволяет идентифицировать ЛВ по характеристическим частотам;

- спектрофотометрия для прозрачных бесцветных растворов - в ультрафиолетовой части спектра (200-400 нм), для окрашенных растворов - в видимой части спектра (400-800 нм);

- высокоэффективная жидкостная (ВЭЖХ) и другие виды хроматографии;

- масс-спектрометрия в сочетании с хроматографией (хроматомасс-спектрометрия);

- спектроскопия ядерно-магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса;

- рамановская спектроскопия;

- электрохимические методы (вольтамперометрия, амперометрия, кулонометрия).

Контрольные вопросы и задания

• Как влияют физико-химические свойства ЛВ на проявление ими биологической активности? Приведите примеры.

• Какое влияние оказывает введение заместителей на биологическую активность ЛВ?

• Назовите особенности испытаний качества ЛС органической природы. К какому типу реакций - общегрупповым или специфическим - относятся реакции образования красителей?

• Назовите стадии получения азокрасителя, укажите необходимые значения рН для проведения реакций.

• Перечислите фармакопейные методы количественного определения ЛВ.

• Перечислите физико-химические методы анализа ЛВ органической природы.