Курсовая по аналитике

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НОВОСИБИРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ» (НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ, НГУ)
Факультет естественных наук
Кафедра аналитической химии
Направление подготовки 04.03.01 Химия (бакалавр)
Группа 20403б
КУРСОВАЯ РАБОТА ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Ляпина Павла Константиновича
Определение глицина в фармацевтических препаратах методом формольного титрования
«Работа принята»
Научный руководитель
Кандидат химических наук
Кандидат химических наук
Е.А. Притчина _____________
Е.А. Притчина ______________
«____» декабря 2021 г
«____» декабря 2021 г
Оценка/баллы
Оценка/баллы
____________________
____________________
Новосибирск, 2021
Оглавление
Введение .........................................................................................................................................3
1. Обзор литературы ......................................................................................................................4
2. Экспериментальная часть .........................................................................................................6
Приготовление и стандартизация раствора гидроксида натрия ...........................................6
Определение глицина в фармацевтическом препарате ..........................................................9
3. Обсуждение результатов.........................................................................................................11
Результаты и выводы ..................................................................................................................12
Список литературы ......................................................................................................................13
2
Введение
Глицин – одна из важнейших субъединиц в составе белков. Глицин также является
нейромедиаторной
аминокислотой,
проявляющей
двоякое
действие.
Глициновые
рецепторы имеются во многих участках головного мозга и спинного мозга. Связываясь с
рецепторами (кодируемые генами GLRA1, GLRA2, GLRA3 и GLRB), глицин вызывает
«тормозящее»
воздействие
на
нейроны,
уменьшает
выделение
из
нейронов
«возбуждающих» аминокислот, таких, как глутаминовая кислота, и повышает выделение
ГАМК. Также глицин связывается со специфическими участками NMDA-рецепторов и,
таким образом, способствует передаче сигнала от возбуждающих нейротрансмиттеров
глутамата и аспартата.
Глицин
оказывает
успокаивающее,
и антидепрессивное действие,
ослабляет
слабое
противотревожное
выраженность
побочных
эффектов антипсихотических средств (нейролептиков), снотворных и противосудорожных
средств, включён в ряд терапевтических практик по снижению алкогольной, опиатной и
других
видов абстиненции как
слабовыраженное
седативное
вспомогательный
и
некоторыми ноотропными свойствами,
препарат,
транквилизирующее
улучшает память и
оказывающий
действие.
ассоциативные
Обладает
процессы.
Таблетки глицин имеют белый цвет, выпускаются в виде плоскоцилиндрических капсул с
фаской. Один из таких типов препаратов был выбран для определения глицина как
действующего вещества – «Глицин CONSUMED».
Цель
исследования:
определение
процентного
содержания
анализируемом образце фармацевтического препарата.
Задачи:
1. Провести стандартизацию раствора NaOH;
2. Определить содержание глицина в навеске методом прямого титрования.
3
глицина
в
1. Обзор литературы
Аминокислоты представляют собой важнейший класс химических соединений.
Они участвуют в биосинтезе необходимых для жизнедеятельности веществ, таких как
алколоиды, порфирины, мочевина и т. д. В состав белков входят остатки двадцати αаминокислот в различных комбинациях. Аминокислоты или аминокарбоновые кислоты
содержат одновременно карбоксильные (-COOH) и аминные (-NH2) группы, поэтому они
являются амфолитами. В состав некоторых аминокислот входят и другие кислотные (OH, -SH) и основные группы (=NH). Аминокислоты, в которых карбоксильная группа и
аминогруппа присоединены к одному и тому же атому углерода, называют αаминокислотами. Аминокислоты, как правило, являются бесцветными кристаллическими
соединениями, имеющими довольно высокие температуры плавления. Они лучше
растворяются
в
воде,
чем
в
органических
растворителях.
Кристаллизуются
аминокислоты из нейтральных растворов, причем не в виде незаряженных молекул, а
в виде биполярных ионов (цвиттер-ионов):
𝐻𝑂𝑂𝐶𝑅𝑁𝐻2 ⇌ − 𝑂𝑂𝐶𝑅𝑁𝐻3+
Глицин (HOOCCH2NH2, Gly/G) является простейшей природной аминокислотой,
относящейся к α-моноаминомонокарбоновым кислотам. В медицине глицин используется
как лекарственный препарат при терапии заболеваний центральной нервной системы.
В водных растворах глицин находится в форме катиона, цвиттер-иона и аниона.
Мольная доля этих частиц зависит от значения pH среды. Так, доля цвиттер-иона близка к
единице в области значений pH, близких к изоэлектрической точке (pI):
𝐻𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁𝐻3+ ⇌ − 𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁𝐻3+ ⇌ − 𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁𝐻2
𝑝𝐻 < 𝑝𝐼
𝑝𝐻~𝑝𝐼
𝑝𝐻 > 𝑝𝐼
Изоэлектрическая точка соответствует такому значению pH раствора, при
котором суммарный заряд молекулы аминокислоты равен нулю, поэтому она не
перемещается в электрическом поле ни к катоду, ни к аноду.
Что касается главного вопроса работы – титрования. Для точного определения
состава препарата для анализа глицина используется метод формольного титрования.
Метод формольного титрования (метод Серенсена) основан на защите формальдегидом
4
свободных аминогрупп с образованием оснований Шиффа и алкалиметрическом
титровании эквивалентного количества карбоксильных групп.
Суть
метода
заключается
в
том,
что
добавление
щелочи
к
раствору
α-аминокислоты приводит к депротонированию цвиттер-иона, после чего к аминогруппе
присоединяется одна или две молекулы формальдегида. В результате реакции образуются
метилольные
(N-гидроксиметильные
и
N-дигидроксиметильные)
производные
аминокислот, а также замещенные имины (основания Шиффа, метилен-аминокислоты):
Рисунок 1. Механизм формольного титрования
Как метилольные, так и метиленовые производные аминокислот являются более
сильными кислотами, чем исходные аминокислоты, поэтому их содержание можно
определить титрованием щелочью. При расчете результатов анализа полагают, что
количество карбоксильных групп, оттитрованных щелочью, эквивалентно количеству
аминогрупп, прореагировавших с формальдегидом:
𝑣-COOH = 𝑣-NH2 = (𝐶𝑉)𝑂𝐻−
Реакции, протекающие при титровании глицина щелочью в присутствии формальдегида,
записываются в виде:
−
𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁𝐻3+ + 𝑂𝐻 − ⇌ − 𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁𝐻2 + 𝐻2 𝑂
−
−
𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁𝐻2 + 𝐶𝐻2 𝑂 ⇌ − 𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁𝐻𝐶𝐻2 𝑂𝐻
𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁𝐻𝐶𝐻2 𝑂𝐻 + 𝐶𝐻2 𝑂 ⇌ − 𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁(𝐶𝐻2 𝑂𝐻)2
−
𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁𝐻𝐶𝐻2 𝑂𝐻 ⇌ − 𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻2 𝑁 = 𝐶𝐻2 + 𝐻2 𝑂
Оптимальная концентрация формальдегида в растворе вблизи конца титрования
составляет 6–9 %. При такой концентрации формальдегида в растворе точка
эквивалентности находится при pH ≈ 9, для ее регистрации используется фенолфталеин.
5
2. Экспериментальная часть
Необходимые реагенты:
1. Гидроксид натрия, C=19,05M, p=1,525 г⁄см3.
2. Янтарная кислота, первичный стандарт.
3. Фенолфталеин, 0,10 %-ый раствор в 60 %-ом этаноле.
4. Формальдегид, 37 %-ый раствор.
Приготовление и стандартизация раствора гидроксида натрия
Готовим 1,0 л примерно 0,10 М раствора гидроксида натрия. Вычисляем, сколько
понадобится 19,05 М раствора NaOH для приготовления нужного нам раствора:
(CV)𝑐=0,1=(CV)𝑐=19,05 ⇒ 0,1×1000=19,05∗V ⇒ 𝑉𝑐=19,05=5,249 мл
Стандартизуем его по навескам янтарной кислоты (для краткости записи
обозначим янтарную кислоту ее брутто-формулой: H2C4H4O4). Для определения
интервала отбора навесок примем, что на ее титрование должно уйти примерно 20-24 мл
щелочи (не более объема бюретки). Вычисляем искомые интервалы отбора масс:
𝑚(𝐻2 𝐶4 𝐻4 𝑂4 )
𝑀экв (𝐻2 𝐶4 𝐻4 𝑂4 )
= 𝑉𝑇 𝑁𝑇 (1),
1
где 𝑀экв (𝐻2𝐶4𝐻4𝑂6) = 𝑓экв ∗ 𝑀(𝐻2𝐶4𝐻4𝑂6) = 2 𝑀(𝐻2𝐶4𝐻4𝑂6) = 59,044 г/моль,
𝑉𝑇 =20-24 мл, 𝑁𝑇 = 𝐶𝑇 = 0,1𝑀;
Интервал массы навесок, подходящих для определения:
m = 0,1181 – 0,1417 г.
№
Масса
Масса кальки
Масса
Масса
взвешивания
кальки, 1, г
с веществом,
кальки, 2, г
вещества, г
г
1
0,1034
0,2231
0,1037
0,1194
2
0,1058
0,2264
0,1060
0,1204
6
3
0,1063
0,2258
0,1064
0,1194
4
0,1052
0,2266
0,1058
0,1208
5
0,1078
0,2284
0,1078
0,1206
6
0,1038
0,2239
0,1040
0,1199
7
0,1045
0,2258
0,1046
0,1212
8
0,1061
0,2277
0,1064
0,1213
Навеску первичного стандарта помещаем в коническую колбу, растворяют в 20 мл
воды, добавляем каплю фенолфталеина и титруем раствором гидроксида натрия до
появления бледно-розовой окраски, устойчивой в течение 20 с.
H2C4H4O4 + 2OH- = C4H4O42- + 2H2O
Снимаем показания с бюретки и рассчитываем среднюю концентрацию
стандартизируемого раствора:
№
Масса навески янтарной кислоты, г
VNaOH, мл
СNaOH, М
1
0,1194
19,63
0,1030
2
0,1204
19,76
0,1032
3
0,1194
19,61
0,1031
4
0,1208
17,95
0,1140
(промах)
5
0,1206
19,80
0,1032
6
0,1199
18,26
0,1112
(промах)
7
0,1212
19,97
0,1028
8
0,1213
19,93
0,1031
Средняя концентрация щёлочи, М
19,78
0,1031
7
Расчёт концентрации щёлочи для каждого титрования проводится, исходя из формулы
(1), путём выражения концентрации титранта (NT):
𝑁𝑇 = 𝐶𝑇 =
𝑚(𝐻2 𝐶4 𝐻4 𝑂4 )
𝑀экв (𝐻2 𝐶4 𝐻4 𝑂4 ) × 𝑉𝑇
Средняя концентрация щёлочи, которая и будет использоваться в дальнейших расчётах,
определяется по формуле:
∑6𝑖=1 𝐶𝑖 𝑁𝑎𝑂𝐻 /6 =(0,1030 + 0,1032 + 0,1031 + 0,1032 + 0,1028 + 0,1031)/6 = 0,1031 M
Ссредний = 0,1031 мл.
8
Определение глицина в фармацевтическом препарате
Стоит сделать важное замечания, что опыты следует проводить параллельно для
сохранения времени.
Таблетки анализируемого препарата глицина помещаем на кальки и проводим
взвешивания аналогичным способом, как и янтарную кислоту:
№
Масса
Масса кальки
Масса
Масса
взвешивания
кальки, 1, г
с веществом,
кальки, 2, г
вещества, г
г
1
0,1155
0,2217
0,1156
0,1061
2
0,1143
0,2216
0,1143
0,1073
3
0,1199
0,2260
0,1203
0,1057
4
0,1165
0,2204
0,1166
0,1038
5
0,1166
0,2227
0,1168
0,1059
6
0,1125
0,2208
0,1125
0,1083
В растворе формальдегида зачастую можно обнаружить следы продукта
окисления – муравьиной кислоты. Для ее нейтрализации добавляем в пробу формалина
(все пробы брались пипеткой на 10 мл) каплю фенолфталеина и титруем данный раствор
до
появления
розоватой
окраски:
№ Колбы
Добавленного для нейтрализации NaOH, мл
1
1,1
2
1,02
3
1,08
4
0,98
5
1,05
6
1,12
9
Далее в нейтрализованный раствор помещаем таблетку анализируемого препарата
и растворяем, временами размешивая раствор круговыми движениями колбы. На колбу
при этом ставим крышечку для ограничения доступа воздуху.
Непосредственно перед титрованием растворенного образца препарата доводим
бюретку раствором NaOH до нуля. Затем снимаем крышку с колбы и незамедлительно
начинаем титровать нейтрализованный раствор формалина с растворенным в нем
образцом препарата до появления бледно-розовой окраски:
𝑚(к − ты)
= 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑀экв (к − ты)
№ Колбы
Объем
NaOH, мл
р-ра
Масса
Масса глицина
Процентное
таблетки, мг
в препарате, мг
содержание, %
1
12,78
106,1
98,9
93,21
2
12,87
107,3
99,6
92,82
3
12,77
105,7
98,8
93,47
4
12,48
103,8
96,6
93,06
5
12,77
105,9
98.9
93,39
6
13,08
108,3
101,2
93,44
ωглицин =
𝑚глицин
𝑚таблетки
ωсредний = ∑6𝑖=1 𝜔𝑖 𝑁𝑎𝑂𝐻 /6 = 93,23%
10
∗ 100%
3. Обсуждение результатов
Рассчитаем доверительный интервал для процентного содержания (или массы?)
глицина в исследуемом препарате:
ωсредний = 93,23%
(93,23−93,21)2 +(93,23−92,82)2 +(93,23−93,47)2 +(93,23−93,06)2 +(93,23−93,39)2 +(93,23−93,44)2
𝑆r = √
5
𝑆∗𝑡(0,95;𝑓)
∆дов=
√𝑛
=
0,2548∗2,57
√6
= 0,27
ωполный(NH2CH2COOH в препарате) = 93,23±0,27%
11
= 0,2548
Результаты и выводы
Методом формольного титрования было определено процентное содержание
глицина в препарате «Глицин CONSUMED». Исходя из инструкции к применению и
состава данного препарата, зафиксировано ~94% содержание глицина на одну таблетку.
Полученный экспериментальный результат – 93,23±0,27% - с высокой точностью
является достоверным.
С помощью методов математической статистики был определен доверительный
интервал для процентного содержания глицина в препарате.
12
Список литературы
1. Притчина Е. А., Лавренова Л. Г., Федотова Т. Д. Химические методы анализа:
курсовые работы и итоговые задачи. Новосиб. гос. ун-т. – Новосибирск : РИЦ НГУ, 2014.
– 120 с.
2. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. В 2 т. Т. 2 : учеб. для студ. Учреждений
высш. проф. образования. 5-е изд., стер. – М. : Издательский центр «Академия»,2012. –
416 с.
3. Жебентяев, А.И. Аналитическая химия. Химические методы анализа : учеб. пособие. –
М. : Новое знание; Минск : Новое знание, 2010. – 542 с. : ил.
4. Глицин [Электронный ресурс] // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Глицин
(дата обращения: 19.012.2021).
5. Яковенко А. В., Бевз О. В., Рубан Е. А. Разработка методик идентификации и
количественного определения глицина в экспериментальной лекарственной форме. –
2020.
13