ИК-спектроскопия в фармацевтическом анализе

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
Российского федерального агентства здравоохранения и социального развития
Фармацевтический факультет
__________________________
Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии
Учебно–методическое пособие для студентов 5 курса
фармацевтического факультета
Нижний Новгород
2006
УДК 615.1
ИК–спектроскопия в фармацевтическом анализе: Учебно-методическое
пособие для студентов 5 курса фармацевтического факультета. – Нижний
Новгород: Изд-во Нижегородской государственной медицинской академии, 2006.
Учебно–методическое пособие составлено для студентов 5 курса фармацевтического факультета в соответствии с программой по фармацевтической химии (Москва, 2002 г.). В пособии рассмотрены общие теоретические положения инфракрасной (ИК) спектроскопии и методы установления подлинности, доброкачественности лекарственных средств.
Рекомендовано к изданию Центральным методическим советом Нижегородской государственной медицинской академии. Протокол № 3 от 28
ноября 2005 года.
Составители: Н.Б. Мельникова, О.Е. Зимнякова, В.М. Пожидаев,
Т.В. Саликова, М.С. Гусихина.
Рецензент: профессор кафедры «Биотехнологии, физической и аналитической химии» Нижегородского государственного технического университета, д.х.н. Арбатский А.П.
© Н.Б. Мельникова,
О.Е. Зимнякова,
В.М. Пожидаев,
Т.В. Саликова,
М.С. Гусихина, 2006.
2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Теоретические положения метода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Лабораторная работа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Перечень приобретаемых навыков и умений . . . . . . . . . . . . . .25
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Приложение 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Приложение 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3
ВВЕДЕНИЕ
Явление взаимодействия веществ с ИК -излучением было открыто У.Эбни и И.Фестингом в 1861 г. В настоящие время ИК спектрофотометрия стала одним из основных методов исследования веществ различной химической природы, в том число и лекарственных соединений.
Впервые метод стал фармакопейным с 1968 г (ГФ X), где он
рекомендовался для контроля качества трех лекарственных веществ: фторотана, оксациллина и метициллина натриевых солей,
а в разделе "Общие методы физико-химического, химического и
биологического исследования" фармакопеи помещен материал,
касающийся
некоторых
практических
вопросов
ИК-
спектрофотометрии. Со времени выхода 10-го издания фармакопеи число препаратов, при исследовании которых рекомендуется
метод, значительно выросло, что можно проследить на примере
дополнений к фармакопее, издаваемых ежегодно, и отдельно выпускаемых фармакопейных статьях. Наряду с ультрафиолетовой
ИК -спектрофотометрия включена во все современные фармакопеи. Так, Международная фармакопея (Женева, 1990 г) рекомендует этот метод практически в анализе половины описанных в
ней лекарственных веществ. Получать ИК-спектры можно не
только для субстанций, но и в ряде случаев для готовых препаратов. Для этого необходимо, чтобы вспомогательные вещества,
входящие в состав препарата (например, таблеток), не подавляли
спектр действующего вещества. Это условие обычно выполняется, если процентное содержание вспомогательных веществ не
4
слишком
велико
-
обычно
менее
60—70%.
ИК-
спектрофотометрия является обязательным методом контроля
веществ - стандартных образцов, кроме того, она в настоящее
время включается в ФС на многие лекарственные вещества.
Метод используется в фармакопейном анализе для доказательства отличия лекарственных веществ близкого химического
строения (одного ряда). Например, в ФС на эстоцин-препарат из
группы эфиров арилалифатических кислот требуется, чтобы в
ИК-спектре, снятом в вазелиновом масле, отсутствовала характеристическая полоса поглощения свободной гидроксильной группы в области 3300-3500 см-1 (отличие от амизила и метацина).
Примеси проявляются в появлении "лишних" полос, изменение формы, интенсивности и резкости отдельных полос.
Направления практического применения
ИК-спектрофотометрии в фармацевтическом анализе
ИК-спектрофотометрия используется:
 при установлении структуры новых БАВ получаемых путем
химического синтеза или выделяемых из природных объектов
(животное или растительное сырье, продукты жизнедеятельности
микроорганизмов); изучении строения метаболитов;
 при испытании на подлинность лекарственных веществ;
определении доброкачественности лекарственных соединений;
 количественном анализе;
 контроле технологического процесса в промышленном производстве фармпрепаратов (полнота протекания).
5
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА
ИК-спектрофотометрия - метод исследования веществ, основанный на поглощении ИК- излучения, в результате чего происходит усиление колебательных и вращательных движений молекул. Большее проявление имеют колебательные движения, поэтому ИК- спектры, называются колебательными (или молекулярными).
Атомы в молекулах никогда не находятся в состоянии покоя,
а колеблются относительно каких-то средних положений, отчего
расположение их относительно друг друга периодически изменяется. ИК-излучение усиливает эти колебания, при этом часть
энергии излучения теряется. Фиксируется ослабление прошедшего ИК-излучения. (J)=J0-Jпотери как функция длины волны (так же,
как в электронных спектрах).
Энергия, необходимая для возбуждения колебаний атомов в
молекуле, соответствует энергии квантов света с длиной волны 115 мкм или волновым числом 400-4000 см-1, т.е. электромагнитному излучению средней инфракрасной области. Области примыкающие к ней называются ближней инфракрасной от 12500-4000
см-1 и дальней инфракрасной от 625-50 см-1. Слова ближний и
дальний характеризуют близость к области видимого света.
Колебательные уровни молекул квантованы, энергия переходов между ними и, следовательно, частоты колебаний могут
иметь только строго определенные значения. Поглощая квант
света, молекула может переходить на более высокий колебатель6
ный уровень, обычно из основного колебательного состояния в
возбужденное.
Поглощение инфракрасного излучения вызывают колебания
связанные с изменением либо длин связи, либо углов между связями. Это означает, что в зависимости от частоты поглощенного
излучения начинает периодически растягиваться определенная
связь или искажаться определенный угол между связями.
Таким образом, основными типами колебаний являются так
называемые валентные и деформационные колебания.
Колебания, заключающиеся в изменении длины связи между
связанными атомами и не сопровождающиеся отклонением от
межъядерной оси, называются валентными, т.о. валентными колебаниями называются колебания ядер атомов вдоль линии связи,
они обозначаются буквой ν (ν С=С, ν С=О).
Валентные колебания располагаются в области больших частот 4000-1400 см-1, деформационные - в области низких < 1400
см-1. В зависимости от природы колебания подразделяются на
скелетные (800-1500 см-1) и колебания групп (>1500 см-1).
Наряду с указанными основными в спектре наблюдаются
обертоны, полосы резонансного взаимодействия, составные полосы, возникающие в результате взаимодействия полос поглощения
отдельных атомов.
Колебательными спектрами обладают не все молекулы, а
только те, у которых при колебании происходит изменение ее дипольного момента. Например, HCI, H2O, но не Cl2, N2, O2, и т.д.
7
Приближенной механической моделью валентных колебаний
может служить система из двух шаров, связанных пружиной (шары изображают атомы, а пружина - химическую связь). При растяжении или сжатии пружины шары начнут колебаться вокруг
положения равновесия, т.е. будет осуществляться гармоническое
колебание, описываемое уравнением
 
1
2
F
m r , где
ν- частота колебания;
F - силовая постоянная; характеризующая прочность связи,
или силу, возвращающую шары в положение равновесия;
mr - приведенная масса атомов, вычисляемая по формулам:
mr 
m1  m 2
m1  m 2 , где
m1 и m2 – массы атомов.
валентные колебания могут быть симметричными (νs ), если
обе связи одновременно удлиняются или укорачиваются и пары
атомов одновременно приближаются и отделяются;
m1
m1
m2
m2
и антисимметричными, если одна из связей укорачивается, а
другая - удлиняется (νаs ), этом случае приближение и отдаление
разных пар атомов происходит не одновременно
8
Частота антисимметричного колебания всегда выше, чем
симметричного.
Следующим типом колебаний являются деформационные,
которые связаны с изменением валентного угла, образованного
связями у общего атома, т.е. колебания, при которых атомы смещаются с межъядерной оси, они обозначаются буквой δ.
Для возбуждения деформационных колебаний требуется
меньшая энергия, чем в случае валентных колебаний и, следовательно, они имеют меньшую частоту. С увеличением числа атомов в молекуле число возможных колебаний быстро растет. В реальной молекуле колебания атомов тесно связаны друг с другом и
взаимодействуют между собой.
Спектры молекул представляют собой сложный набор различных колебаний, каждое из которых проявляется в узком интервале частот. Общее число линий (полос поглощения) в спектре, связанных с колебаниями атомов, определяется для нелинейной молекулы формулой 3N - 6 основных колебаний и 3N - 5 для
линейной молекулы, где N- число атомов в молекуле. Фактически
9
число полос в спектре не всегда равно этому числу. Оно может
уменьшаться вследствие того, что часть полос не проявляется в
ИК-спектре, что связано со степенью симметрии молекулы.
Уменьшение числа полос происходит из-за того, что для достаточно симметричных молекул различные колебания могут иметь
одинаковые частоты и в результате этого в спектре проявляется
вместо 2-3 лишь одна полоса.
Интенсивность поглощения в ИК-спектрофотометрии обычно
выражают как поглощение (Д) или чаще как пропускание (Т) светового потока в процентах
T ,% 
J
 100
J0
Полосы также оцениваются ориентировочно как сильные (с),
средние (ср) и слабые (сл).
При изучении взаимодействия с ИК- излучением веществ
различного химического строения (модельные соединения) было
установлено, что многие атомные группы такие как
-ОН, - NH2,
-NO, >СО, а также определенные связи, такие как С-Н, С-С, С=С,
С=О, характеризуются определенными частотами, мало отличающимися в различных соединениях. Такие частоты получили
название характеристических или групповых частот. Они обозначаются греческой буквой ν и для основных классов органических
соединений приведены в табл.1-5.(приложение 2)
Частота валентных колебаний определяется массой атомов и
прочностью (энергией) связи. Чем больше масса, тем меньше частота, например
10
νС-
~ 1000 см-1
νС-Н ~ 3000 см-1
Чем прочнее, тем выше частота колебаний
νС-
~ 1000 см-1
ν
~ 1600 см-1
Существование таких частот обусловлено тем, что хотя зависимость между колебаниями разных частей молекулы существует
всегда, взаимодействие связей в пределах функциональной группы характеризуется строгим постоянством и только в небольшой
степени зависит от природы углеродного скелета, несущего эту
функциональную группу. Поэтому оказывается возможным установить соответствие между различными функциональными группами и свойственными им групповыми частотами. Именно по
этой причине ИК-спектрофотометрия используется главным образом для определения функциональных групп молекулы.
Колебательная спектроскопия является:
 молекулярно – специфичной, что позволяет получать
информацию о функциональных группах в молекуле –
их типе, взаимодействиях и ориентациях;
 селективной по отношению к изомерам, благодаря области «отпечатков пальцев»;
 методом количественного и недеструктивного анализа,
даже по отношению к неустойчивым соединениям;
 методом, работающим в области концентраций от 0,1%
до 100%, но также пригодным и для определения микроколичеств после соответствующего концентрирования;
11
В основе получения ИК-спектра лежит облучение исследуемого образца ИК-светом с постепенно изменяющейся частотой с
помощью прибора - ИК-спектрофотометра.
Схема
ИК-спектрофотометра
сходна
со
схемой
УФ-
спектрофотометра, однако конструкция приборов более сложна.
ИК-излучение является тепловым; его источником обычно служит керамический стержень (SiС- карборунд), раскаляемый проходящим электрическим током. С помощью системы зеркал световой поток разделяется на два одинаковых луча, один из которых пропускается через кювету с веществом, другой - через кювету сравнения. Прошедшие через кюветы излучение поступает в
монохроматор, состоящий из вращающейся призмы, зеркала и
щели, позволяющий выделять излучение со строго определенной
частотой и плавно изменять эту частоту. Учитывая, что в ИКобласти большинство веществ непрозрачно, призмы изготовляются из монокристаллов солей. В приборах высокого класса применяют три призмы: из LiF (2000-3800 см-1), NaCl (700-2000 см-1)
и KBr (400-700 см-1). Каждая из призм в другом интервале волно-
монохроматор
1
3
Усиливающее
устройство
2
Детектор
вых чисел дает значительно меньшее разрежение.
Само
мописец
Интенсивности двух световых потоков (основного и луча
сравнения), прошедших через монохроматор, автоматически вычитаются одна из другой. Электрический импульс, образующийся
12
при попадании результирующего светового потока на детектор
типа термопары, усиливается и регистрируется самопищущим потенциометром. Запись представляет собой ИК-спектр в виде зависимости поглощения или пропускания (в %) от частоты (в см-1)
или длины волны (в мкм)
Для правильной работы прибор должен находиться на прочной устойчивой поверхности, исключающей его колебания, что
особенно важно в момент снятия спектров. Располагать прибор
необходимо вдали от нагревательных приборов и источников воды (влаги). Последнее особенно важно, поскольку вода затрудняет получение ИК-спектров, так как поглощает ИК-излучение.
ИК-спектрофотометрия включает следующие стадии:
1. Подготовка исследуемого образца
2. Регистрация (снятие) спектра с помощью прибора
3. Интерпретация (анализ спектра, отнесение полос поглощения к определенным ФГ, связям, фрагментам
структур)
4. Решение аналитической задачи.
Подготовка проб
Существуют различные способы подготовки исследуемого
образца в ИК-спектрофотометрии:
1. Растворы веществ наиболее удобны для получения спектров,
так как в этом случае отсутствуют межмолекулярные взаимодействия. В связи с тем, что в ИК-области поглощает любое вещество, в качестве растворителей используют соединения простейшей
структуры, спектры которых состоят из минимального числа по13
лос, и наиболее часто – CCl4 и CS2. Для растворов применяют цилиндрические кюветы толщиной 0,1-1 мм с окнами из солевых
пластин. Необходимый для заполнения кюветы объем раствора
0,1-1,0 мл при концентрации 0,05-10%.
2. Тонкие пленки (< 0,01 мм) жидкого вещества, помещенные
между солевыми пластинами, удерживаемыми капиллярными силами.
3. Пасты, приготовляемые тщательным растиранием твердого
образца с вазелиновым маслом и помещаемые в виде тонкого
слоя между солевыми пластинами. Само вазелиновое масло поглощает в области 2900 и 1400 см-1 Методика получения пасты с
вазелиновым маслом более проста и экспрессна.
4. Твердые вещества в виде тонкого порошка 0,5-1 г тщательно
перемешанные с порошком бромида калия ≈100 мг и затем
спрессованные в специальном устройстве под давлением в тонкую пластину.
Важным условием получения ИК-спектров является отсутствие влаги в анализируемом образце. Испытуемое вещество или
препарат тщательно измельчают в агатовой ступке. Обычную
ступку нельзя использовать, поскольку в ней имеются поры, в
которых содержится вода. Затем полученный порошок необходимо поместить в среду, хорошо пропускающую ИК-излучение.
Если анализируется лекарственная субстанция, для анализа
берут испытуемую навеску массой около 15 мг (0,015 г).
При анализе таблеток содержание действующего вещества в
пробе должно быть около 5 мг (0,005 г). Остальная часть — это
14
вспомогательные вещества. При таком соотношении на спектре
прослеживаются полосы лекарственного вещества, а полосы
вспомогательных веществ либо отсутствуют, либо немногочисленны и имеют небольшую интенсивность.
Небольшое количество полученной пасты помещают стеклянной палочкой между двумя стеклами из калия бромида, которые, в свою очередь, зажимают в специальном устройстве (кювете). Кювету помещают в измерительный отсек прибора и получают ИК-спектр.
Для получения надежных результатов рекомендуется снимать
фоновый спектр (спектр воздуха) непосредственно перед каждым
измерением. Это, во-первых, связано с колебаниями влажности,
во-вторых, с изменением газового состава в измерительном отсеке (двухатомные молекулы N2, О2 не имеют ИК-спектров, однако
СО2 поглощает ИК-изучение) и, в третьих, с постепенным «прогревом» прибора после его включения.
Интерпретация спектров
Инфракрасный спектр испытуемого образца должен иметь
полное совпадение полос поглощения с полосами поглощения
прилагаемого спектра сравнения по положению и относительным
интенсивностям.
Однако в настоящее время при интерпретации ИК-спектров
необходимо
учитывать
ряд
факторов.
Современные
ИК-
спектрофотометры имеют достаточно большую чувствительность
и управляются серьезным программным обеспечением. Полученные спектры также анализируются с помощью этих компьютер15
ных программ, а не рисуются относительно грубо с помощью самописца. Это позволяет видеть на рисунке полосы поглощения
практически любой интенсивности — вплоть до 0,5 % по шкале
пропускания (transmittance). Высокое разрешение современных
приборов (в данном случае 1 см-1) дает возможность разделить
находящиеся рядом полосы. С другой стороны, воспроизводимость физических методов анализа хотя и улучшилась, но порядок значений остался прежним. Для качественных аналитических
приборов воспроизводимость (относительное стандартное отклонение) составляет обычно 2–5 % с учетом погрешностей пробоподготовки.
Поэтому в случае ИК-спектроскопии (особенно при получении спектров таблеток, где имеется побочное действие вспомогательных веществ) добиться полного (100%) совпадения полос даже для подлинного (нефальсифицированного) препарата не всегда
удается. Некоторые очень слабые полосы могут исчезать, а иногда появляться в виде артефактных полос поглощения очень небольшой интенсивности. При разрешении 1 см-1 воспроизводимость значений волновых чисел составляет обычно ±4—8 см-1 в
области 4000 — 2000 см-1 и ±1—3 см-1 в области 2000—400 см-1.
Последнее может приводить к слиянию (неразрешению) полос
поглощения, находящихся друг от друга на расстоянии нескольких см-1.
Поэтому при интерпретации спектров важно чтобы все полосы большой, средней и малой интенсивности имели полное совпадение с соответствующими полосами стандартного спектра.
16
Исчезновение или появление полос очень малой интенсивности
(1—2 % по шкале пропускания), а также слияние полос, находящихся друг от друга на расстоянии менее 6—8 см-1, не свидетельствует о факте подделки.
В случае исследования новых химических соединений проводят анализ спектра (интерпретацию, расшифровку, объяснение
нахождения в спектре определенных полос). Имеющееся полосы
поглощения относят к определенным функциональным группам,
связям, фрагментам структур, используя таблицы характеристических
частот,
имеющиеся
в
руководствах
по
ИК-
спектрофотометрии. На основании подобного анализа спектра
делают выводы (заключение) о строении исследуемого вещества.
При расшифровке спектров необходимо учитывать следующие моменты:
а) отсутствие характеристической полосы поглощения является
более надежным доказательством отсутствия структурной
группы, чем доказательство ее наличия на основании появления полосы поглощения;
б) не все полосы можно интерпретировать;
в) выводы, получаемые из спектров, часто остаются более или
менее обоснованными предположениями; точным доказательством спектры становятся тогда, когда имеются надежные данные для сравнения и спектр идентифицируемого вещества во
всех деталях совпадают со спектром проанализированного соединения.
17
Для структурного анализа часто рекомендуют следующую схему:
- определение класса соединения (для алифатических соединений частота валентных колебаний группы ≡СН < 3000 см-1, для
ненасыщенных и ароматических соединений частота валентных
колебаний группы >СН > 3000 см-1);
- обнаружение функциональных групп (-ОН, -NH2, >NH, - СN,
>С=O) целесообразно начинать с области высоких частот;
- установление типа заместителей в ароматических соединениях,
положения и характера двойных связей, влияния стерических
факторов.
Полученная таким образом информация в большинстве случаев
достаточна для выбора некоторых возможных вариантов.
При определении подлинности ИК-спектр лекарственного
0
0
вещества является такой же константой как t пл , tкип , [α] и др. В
этом случае анализа спектра не требуется. Как же поступают на
этой стадии контроля качества?
а) рекомендуется получить ("снять") спектр анализируемого вещества и стандартного образца этого же соединения в одинаковых условиях (агрегатное состояние, растворитель, толщина
слоя и др.) - при этом картина спектров должна совпадать (число полос, их частота, форма контура). Способ рекомендован
для гормонов стероидной структуры, антибиотиков: ампициллин-стандарт, метациклин-стандарт; тестостерона пропионатстандарт.
18
б) если стандартный образец отсутствует, то рекомендуется сравнивать полученный спектр анализируемого вещества со спектром приведенным в фармакопейной статье: в этом случае в
статье также приведены условия получения спектра анализируемого вещества (например, для рибоксина, фепромарона,
рифампицина, эстрадиола-дипропионата.
в) в некоторых случаях рекомендуется снимать не весь спектр, а
наиболее характерные его фрагменты. Например, для фуразолидона-стандарта ФС рекомендует снять спектр в области
1900-700 см (область "отпечатков пальцев").
Условия получения ИК-спектров лекарственных веществ согласно действующей НД приведены в табл. 5, приложения 2.
ФТОРХИНОЛОНЫ
ЦИПРОФЛОКСАЦИН, ЛЕВОФЛОКСАЦИН
Субстанция. В агатовой ступке растирают 15 мг лекарственного вещества с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть полученной пасты на кончике стеклянной
палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и
получают ИК-спектр образца.
Таблетки. В агатовой ступке растирают навеску измельченной таблетки, содержащую 5 мг действующего вещества, с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть
полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают
между двумя пластинами из калия бромида и получают ИКспектр образца.
19
Инфракрасный спектр испытуемого образца должен иметь
полное совпадение полос поглощения с полосами поглощения прилагаемого спектра сравнения по положению и относительным
интенсивностям.
Примечание. Расчет массы навески порошка растертых таблеток проводят следующим образом:
mНАВ 
Х  mТАБ
, где
D
m НАВ - масса навески порошка растертых таблеток;
X- требуемое содержание действующего вещества в навеске
порошка растертых таблеток;
m ТАБ - масса таблетки (определяется взвешиванием);
D- дозировка действующего вещества в таблетке (указана на
упаковке).
Например, навеска порошка растертых таблеток должна содержать 50 мг действующего вещества. При этом доза лекарственного вещества в таблетке составляет 250 мг, а масса самой
таблетки — 500 мг. Тогда навеска порошка, содержащая 50 мг
действующего вещества, составляет 100 мг. Аналогично навеска
порошка, содержащая 5 мг действующего вещества, составляет
10 мг.
ОФЛОКСАЦИН, СПАРФЛОКСАЦИН
Субстанция. В агатовой ступке растирают 15 мг лекарственного вещества с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть полученной пасты на кончике стеклянной
20
палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и
получают ИК-спектр образца.
Таблетки. В агатовой ступке растирают навеску измельченной таблетки, содержащую 5 мг действующего вещества, с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть
полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают
между двумя пластинами из калия бромида и получают ИКспектр образца.
Инфракрасный спектр испытуемого образца должен иметь
полное совпадение полос поглощения с полосами поглощения прилагаемого спектра сравнения по положению и относительным
интенсивностям.
Примечание. Расчет массы навески порошка растертых таблеток проводят следующим образом:
m НАВ 
Х  m ТАБ
, где
D
m НАВ - масса навески порошка растертых таблеток;
X- требуемое содержание действующего вещества в навеске
порошка растертых таблеток;
m ТАБ - масса таблетки (определяется взвешиванием);
D- дозировка действующего вещества в таблетке (указана на
упаковке).
Например, навеска порошка растертых таблеток должна содержать 50 мг действующего вещества. При этом доза лекарственного вещества в таблетке составляет 200 мг, а масса самой
таблетки - 400 мг. Тогда навеска порошка, содержащая 50 мг
21
действующего вещества, составляет 100 мг. Аналогично навеска
порошка, содержащая 5 мг действующего вещества, составляет
10 мг.
ПЕФЛОКСАЦИН, НОРФЛОКСАЦИН,
ЛОМЕФЛОКСАЦИН, МОКСИФЛОКСАЦИН.
Субстанция. В агатовой ступке растирают 15 мг лекарственного вещества с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть полученной пасты на кончике стеклянной
палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и
получают ИК-спектр образца.
Таблетки. В агатовой ступке растирают навеску измельченной таблетки, содержащую 5 мг действующего вещества, с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть
полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают
между двумя пластинами из калия бромида и получают ИКспектр образца.
Инфракрасный спектр испытуемого образца должен иметь
полное совпадение полос поглощения с полосами поглощения прилагаемого спектра сравнения по положению и относительным
интенсивностям.
Примечание. Расчет массы навески порошка растертых таблеток проводят следующим образом:
mНАВ 
Х  mТАБ
, где
D
m НАВ - масса навески порошка растертых таблеток;
22
X- требуемое содержание действующего вещества в навеске
порошка растертых таблеток;
m ТАБ - масса таблетки (определяется взвешиванием);
D- дозировка действующего вещества в таблетке (указана на
упаковке).
Например, навеска порошка растертых таблеток должна содержать 50 мг действующего вещества. При этом доза лекарственного вещества в таблетке составляет 400 мг, а масса самой
таблетки - 800 мг. Тогда навеска порошка, содержащая 50 мг
действующего вещества, составляет 100 мг. Аналогично навеска
порошка, содержащая 5 мг действующего вещества, составляет
10 мг.
ЦЕФАЛОСПОРИНЫ
ЦЕФАЗОЛИН
ЦЕФАЛОТИН
Субстанция, порошок для приготовления инъекционного
раствора.
В агатовой ступке растирают 15 мг лекарственного средства
с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты.
Часть полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и получают
ИК-спектр образца.
Инфракрасный спектр испытуемого образца должен иметь
полное совпадение полос поглощения с полосами поглощения прилагаемого спектра сравнения по положению и относительным
интенсивностям.
23
ИК-спектрофотометрирование
ЦЕФУРОКСИМА,
ЦЕФА-
МАНДОЛА, ЦЕФОТАКСИМА, ЦЕФТРИАКСОНА проводят аналогичным образом.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
1. Получить задание у преподавателя.
2. Приготовить образец для анализа.
3. Снять ИК-спектр.
4. Сделать необходимые расчеты и дать максимальную информацию об указанном соединении (строение, формула, функциональные группы), ответив на вопросы:
4.1 объясните природу нормальных колебаний и групповых
частот, их количество и активность для анализируемых
веществ;
4.2 какие колебания проявляются в области «отпечатков
пальцев»? Каково аналитическое значение этой области?
Колебания каких функциональных групп расположены в
этой области?
4.3 какую важную информацию можно получить из спектров
ближней ИК- области?
4.4 какую важную информацию можно получить из спектров
средней ИК- области?
4.5 какую важную информацию можно получить из спектров
дальней ИК- области?
5. Сравните информацию, получаемую из УФ и ИК-спектров, сопоставить с информацией из НД.
6. Сделать выводы.
7. Составить отчет и сдать его преподавателю.
24
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИОБРЕТАЕМЫХ
ПРАКТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ И УМЕНИЙ
1. Практические навыки проведения фармакопейного анализа
субстратов и готовых лекарственных средств методом ИКспектроскопии.
2. Умение проводить анализ спектров и составлять заключение о
качестве образца.
3. Умение работать с нормативной документацией (ГФ XI, фармакопейные статьи)
25
ЛИТЕРАТУРА
1. Арзамасцев А.П., Дорофеев В.Л., Коновалов А.А., Кочин
В.Ю., Лебедев Н.Н., Титов И.В. «Экспресс – анализ с целью
выявления фальсифицированных средств» Практическое руководство. Фторхинолоны и цефалоспорины. Н.: Издательский
дом «Русский врач», - 2003. – 132 с.
2. Кросс А.Д. «Введение в практическую инфракрасную спектроскопию» Пер с англ. – М.: Иностранная литература, 1961 - 110 с.
3. Смит А. «Прикладная ИК – спектроскопия»: Пер с англ. М.:
Мир, 1982 – 327 с.
4. Чекрышкина Л.А., Эвич Н.И. «Методы УФ- и ИК – спектрофотометрии в фармацевтическом анализе» Учебное пособие.
Пермская фармацевтическая академия. кафедра фармацевтической химии ФДПО и заочного факультета. Пермь., 2000 – 49 с.
5. Сайдов Г.В., Свердлова О.В. «Практическое руководство по
молекулярной спектроскопии»: Учебное пособие / Под ред.
Бахишева Н.Г. – Л.: Издательство Ленинградского университета. 1980-136 с.
26
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ИК-СПЕКТРЫ СУБСТАНЦИЙ
И ПРЕПАРАТОВ ФТОРХИНОЛОНОВ
И ЦЕФАЛОСПОРИНОВ
Введение
На всех представленных спектрах полосы с частотами около
2955, 2924, 2855 см-1 соответствуют валентным колебаниям СН. Полосы с частотами около 1462, 1377 и 721 см -1 соответствуют деформационным колебаниям С-Н. Все вышеуказанные
полосы в спектрах фторхинолонов перекрываются аналогичными полосами вазелинового масла. Набор слабых полос с частотами около 2361, 2346 и 2334 см-1 соответствует колебаниям
присутствующего в атмосфере углекислого газа и не включается
в интерпретацию.
27
ФТОРХИНОЛОНЫ
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
ЦЕФАЛОСПОРИНЫ
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Характеристические частоты поглощения
различных групп атомов в ИК-области
Таблица 1
Характеристические частоты поглощения алканов, алкенов и ароматических соединений(бензол, нафталин, фенантрен и другие аналогичные соединения)
Тип соединения
Алканы
СН3
СН2
Алкены
=СН2
=СНR
H
C C
R
H
H
R
C C
R
H
Ароматические
циклы
Волновое число, см-1
(длинна волны, мкм)
Интенсивность
Тип колебания
2960 (3,38)
2870 (3,48)
1460 (6,85)
1375 (7,27)
с
с
ср
νаs (С-Н)
νs (С-Н)
δаs (С-Н)
δs (С-Н)
2920 (3,12)
2850 (3,51)
1465 (6,83)
с
с
ср
νаs (С-Н)
νs (С-Н)
δаs (С-Н)
3080 (3,23)
2975 (3,36)
ср
ср
νаs (С-Н)
νs (С-Н)
3020 (3,31)
ср
νs (С-Н)
3020 (3,31)
1665-1652 (6,02-6,05)
ср
ср
νs (С-Н)
νs (С=С)
3020 (3,31)
1678-1668 (5,96-5,99)
980-965 (10,20-10,36)
сл
сл
с
νs (С-Н)
νs (С=С)
δ (С-Н) неплоские
3070-3030 (3,26-3,30)
1600-1580 (6,25-6,33)
1500-1450 (6,67-6,90)
сл
ср
ср
νs (С-Н)
νs (С=С) кольца
νs (С=С) кольца
60
Таблица 2
Характеристические частоты поглощения гидроксильной группы
в спиртах, фенолах, кислотах.
Волновое число, см-1
(длинна волны, мкм)
Интенсивность
Тип колебания
3630 (2,75)
1045 (9,57)
1350-1250 (7,41-8,00)
сл
с
ср
νs (О-Н)
νs (С-О)
δ (О-Н)
вторичные
3625 (2,75)
1100 (9,09)
1350-1250 (7,41-8,00)
сл
с
ср
νs (О-Н)
ν (С-О)
δ (О-Н)
третичные
3615 (2,76)
1150 (8,69)
1410-1310 (7,09-7,63)
сл
с
ср
νs (О-Н)
ν (С-О)
δ (О-Н)
3600 (2,78)
1200 (8,33)
1410-1310 (7,09-7,63)
сл
с
ср
ν (О-Н)
ν (С-О)
δ (О-Н)
3400-3200 (2,94-3,13)
сл, ш
ν (О-Н)
Водородная связь 3400-3200 (2,94-3,13)
сл, ш
ν (О-Н)
3510 (2,69)
1640-1615 (6,10-6,19)
сл
ср
ν (О-Н)
δ (О-Н)
Кислоты (мономеры)
3550 (2,82)
920 (10,87)
сл
ср
ν (О-Н)
δ (О-Н)
Кислоты (димеры)
3000-250 (3,33-4,00)
сл, ш
ν (О-Н)
Тип соединения
Алифатические
спирты (мономеры)
первичные
Ароматические
спирты
(Ar-OH)
Димеры
R-OH∙∙∙O-R
Кристаллизационная вода
61
Таблица 3
Характеристические частоты поглощения иминов,
аминов и их солей
Тип соединения Волновое число, см-1
ИнтенТип колебания
(длинна волны, мкм) сивность
Алифатические
и ароматические амины
-NH2
3500 (2,86)
сл
νаs (N-Н)
3400 (2.94)
сл
νs (N-О)
1230-1030 (8,13-9,71)
ср
ν (N-H)
1640-1560 (6,10-6,41)
с
δ (N-Н)
900-650 (11,11-15,38)
ср, ш
δ (N-Н)неплоские
NH
3350-3310 (2,99-3,02)
сл
ν (N-Н)
1230-1030 (8,13-9,71)
ср
ν (С-N)две полосы
1580-1490 (6,33-6,71)
сл
δ (N-Н)
=N-H
3400-3300 (2,94-3,33)
сл
ν (N-Н)
1590-1500 (6,29-6,67)
ср
δ (N-Н)
1670 (5,99)
ср, ш
ν (С=N) R-алкил
1640 (6,10)
ср
ν (С=N) R-арил
Аммониевые
соли
R-NH2+
3000 (3,33)
с. ш
ν (N-Н) несколько
полос
2500 (4,00), 2000
ср
(5,00)
+
NH4
δas (N-Н)
1600-1572 (6,25-6,35)
ср
ν (N-Н)
3300-3030 (3,03-3,30)
с, ш
δ (N-Н)
1430-1390 (7,00-7,20)
с, ш
62
Таблица 4
Характеристические частоты поглощения
карбонильных групп.
Тип соединеВолновое число, см-1
ния
(длинна волны, мкм)
Кетоны
R-CO-R
1720 (5,82)
Ar-CO-Ar
1690 (5,90)
Лактоны
-СО-СО1750 (5,71)
Ангидриды
(СН3СО)2О
1830, 1760 (5,46), (5,68)
Кето-енольная
таутомерия кетонов
-СО-СН-СО1720 (5,81)
C C CO 1650,1615 (6,06), (6,19)
Интенсивность
Тип колебания
с
с
ν (С=О)
ν (С=О)
с
ν (С=О)
с
ν (С=О)
с
с
ν (С=О)
ν (С=О)
1725 (5,80)
с
ν (С=О)
1760(5,68)
1710 (5,85)
1610-1550 (6,06-6,45)
с
с
с
ν (С=О)мономер
ν (С=О)димеры
1735 (5,76)
с
ν (С=О)
Амиды
-СО-NH2-
3520, 3400(2,84), (2,94)
ср
ν (N-H) свободные
-СО-NH2…О-
3200-3050 (3,12-3,28)
ср
ν (N-H)ассоцииро
1690 (5,92)
с
ν (С=О) полоса амид
OH
Альдегиды
-СНО
Кислоты
R-COOH
R-COOН…О
R-COOC
O
OR
1650 (6,06)
с
1600 (6,25)
с
1640 (6,10)
с
 C
O
)
O
формы
ванные формы
I ассоциированная
форма
ν (С=О) полоса амид
I ассоциированная
форма
δ (N-H) полоса амид
II свободная форма
δ (N-H) полоса амид
II ассоциированная
форма
63
Таблица 5
Характеристика ИК спектров, используемых
при идентификации некоторых лекарственных веществ
в фармакопейном анализе.
Лекарственное вещество
Анальгин
Анестезин
Ацетилсалициловая кислота
Бензилпенициллина натриевая соль
Викасол
Глютаминовая кислота
Дибазол
Димедрол
Метилурацил
Метронидазол
Натрия салицилат
Никотиновая кислота
Новокаин
Папаверина гидрохлорид
Пирацетам
Тиамина хлорид
Фенилсалицилат
Фенкарол
Фуразолидон
Хинозол
Гидрокортизона ацетат
Область ИК излучения, см-1
4000-400
-//-//-
Условия получения
спектра
диск KBr
-//-//-
-//-
-//-
2000-400
4000-400
-//-//4000-500
4000-1600
4000-400
-//4000-600
4000-400
-//–/-//-//-//-//-//-//-//-//-//-
-//4000-700
4000-400
3300-550
1900-700
4000-400
3700-400
Дексаметазон
Дротаверина гидрохлорид
Изониазид
Кальция глюконат
Кальция пангамат
Кофеин
Натрия цитрат для инъекций
Парацетамол
-//-//-
-//-//-//-//-//-//суспензия в вазелиновом масле
-//-//-
-//4200-1200
4000-400
4200-400
4000-400
-//-//-//-//-//-
4200-400
-//-
64
ИК – СПЕКТРОСКОПИЯ
В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ
Учебно-методическое пособие для студентов 4 – 5 курсов
фармацевтического факультета
Печатается в авторской редакции
Компьютерная верстка – авторская
Подписано к печати ___________ Формат 60×841/16.
Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная.
Усл. печ. л. _____. Уч.-изд. л. ____. Тираж 300 экз. Заказ _____
Издательство Нижегородской государственной
медицинской академии
603005, Н.Новгород, пл. Минина 10/1
Полиграфический участок НижГМА
603005, Н.Новгород, ул. Алексеевская, 1.
65