Раздел 2

ГЛАВА 14

14.1. Ограничения возможностей кислотно-основного основного титрования в водных растворах

Несмотря на то, что вода является одним из лучших растворителей для проведения титриметрических определений, кислотноосновное титрование в водной среде имеет ряд ограничений.

•Сила титруемой кислоты или основания. Например, в случае анализа 0,1 М растворов с допустимой погрешностью не более 0,2% можно определять кислоты с pKa < 8 и основания с pKBH+ > 6.

•Нельзя определять вещества нерастворимые в воде.

•Невозможно провести, например, раздельное определение находящихся в смеси сильных кислот (вследствие нивелирующего действия воды) либо слабых кислот или оснований, имеющих близкие значения pKa.

Втом случае, когда по перечисленным выше причинам вода не может быть использована как растворитель для проведения титриметрического определения, в качестве среды для его проведения можно применить другие растворители.

Титрование, при котором средой служит неводный растворитель с небольшим содержанием растворённой воды (менее 0,5%), на-

зывается титрованием в неводных средах (неводным титрованием,

неводной титриметрией).

Неводное титрование достаточно широко применяется в фармацевтическом анализе, поскольку многие лекарственные вещества являются слабыми основаниями или кислотами и не могут быть определены титриметрическим методом в водной среде.

14.2. Критерии выбора растворителя для кислотноосновного титрования

При выборе растворителя для проведения кислотно-основного титрования принимают во внимание следующие критерии.

• Растворитель, используемый для определения веществ

основного характера, должен обладать кислотными свойствами, а для определения веществ кислотного характера – основными.

168

Химические методы анализа

•Желательно, чтобы константа автопротолиза растворителя была невелика.

•Диэлектрическая проницаемость растворителя, по возмож-

ности, должна быть большой.

•Растворитель должен растворять определяемое вещество, по крайней мере, в такой степени, чтобы можно было получить 0,01 М

раствор.

•Растворитель не должен вступать в побочные химические реакции с определяемым веществом.

•При титровании в данном растворителе должно быть воз-

можно обнаружение конечной точки титрования.

•Растворитель должен быть не слишком токсичным, легко подвергаться очистке и др.

Вкачестве количественного критерия при выборе растворителя для кислотно-основного титрования можно использовать константу,

называемую константой титрования (KT). Данная константа зависит от KSH растворителя и Ka или Kb определяемого вещества.

Вслучае титрования кислот

	KT =	[HA][S− ]		=	KSH
		[A− ]			Ka

pKT = pKSH - pKa

При титровании оснований

KT = KSH = K BH+

K b

pKT = pKSH - pKb = pKBH+

Чем меньше величина KТ (больше рКТ), тем более полно идёт реакция титрования, так как образуется более слабое сопряжённое основание в случае титрования кислот или более слабая сопряжённая кислота в случае оснований.

Пусть необходимо выбрать растворитель для титриметрического определения слабого основания, например, анилина. Для титрования необходимо взять кислотный растворитель. В муравьиной кислоте анилин будет проявлять более сильные основные свойства, чем в уксусной (pKb равны 0,6 и 5,8 соответственно). Однако, для HCOOH pKT = 6,1 - 0,6 = 5,5, а для CH3COOH pKT = 14,4 - 5,8 = 8,6. Поэтому согласно величине рКТ в качестве растворителя лучше использовать уксусную кислоту.

169

Раздел 2

14.3. Применение в фармацевтическом анализе

Титрование в кислотных растворителях

В качестве кислотных растворителей используют уксусную кислоту, уксусный ангидрид, а также их смеси с инертными растворителями - дихлорэтаном, бензолом и др. Данные растворители используют при определении слабых оснований, которые могут быть незаряженными (например, кофеин, амидопирин) или заряженными (анионы). Титрантом обычно является HClO4 (раствор в ледяной уксусной кислоте). Хлорная кислота, в отличие от HCl или H2SO4, остаётся достаточно сильной кислотой и в среде CH3COOH.

Стандартный раствор (0,1 моль/л) HClO4 в ледяной уксусной кислоте готовят по следующей методике. Определённый объём 57% или 72%-ного водного раствора HClO4 растворяют в ледяной уксусной кислоте. Затем к полученному раствору для удаления лишней воды прибавляют уксусный ангидрид. После охлаждения раствор доводят ледяной уксусной кислотой до объёма 1 л. Приготовленный раствор должен содержать не менее 0,01% и не более 0,2% воды.

Уксусная кислота называется ледяной не потому, что она «очень холодная» (как неверно предполагают некоторые студенты), а потому что замерзает при температуре 16 °С, образуя кристаллы похожие на лёд. Уксусная кислота, содержащая 2-3% воды, замерзает при температуре ниже 13 °С.

Стандартизацию раствора титранта проводят по гидрофталату калия. Обнаружение конечной точки титрования осуществляют потенциометрически либо с помощью трифенилметановых индикаторов: кристаллического фиолетового или метилового фиолетового.

		O	CH3	Одним из лекарственных веществ,
	H3C			которые определяют методом неводного
		N	N	титрования, является кофеин. В водном
			N pKBH+ = 0,6	растворе кофеин проявляет очень сла-
	O	N		бые основные свойства, поэтому ки-
		CH3		слотно-основное титрование в водной
				среде для его определения использовать

невозможно. В среде уксусного ангидрида основные свойства кофеина значительно повышаются (рКВН+ = 6,30) и его титриметрическое определение становится возможным. Точную навеску высушенного до постоянной массы образца кофеина растворяют в смеси уксусного ангидрида и бензола и титруют стандартным раствором HСlO4 (0,1 моль/л) в ледяной уксусной кислоте. Конечную точку титрования обнаруживают с помощью кристаллического фиолетового.

170

Химические методы анализа

O

CH3

O

CH3

H3C

H3C

N

N

N

N

+ HClO4→

N

ClO

O N

N

O

N

4

CH3

CH3

H

С учётом того, что HClO4 в уксусной кислоте находится, главным образом, в виде ионных пар CH3COOH2+ ClO4- (уксусная кислота

– неполярный растворитель), уравнение реакции взаимодействия кофеина с титрантом можно представить и так

O

CH3

O

CH3

H3C N

H3C

N

N

N

+ CH3COOH2 ClO4

→

N

ClO

+ CH3COOH

N

O

N

O N

4

CH3

CH3

H

Многие из лекарственных веществ представляют собой соли, образованные органическим катионом и неорганическим анионом (галогенидом, сульфатом, нитратом и т.д.). Анион, с точки зрения теории Бренстеда, является основанием и может быть определён ацидиметрически. В водных растворах перечисленные анионы обладают очень слабыми основными свойствами и не могут быть оттитрованы. В уксусной кислоте их основные свойства усиливаются. Сульфаты, нитраты, гидротартраты и некоторые другие анионы можно определять прямым титрованием раствором HClO4. Галогениды определяют способом титрования заместителя. При помощи обменной реакции с ацетатом ртути (II), соединением, практически не диссоциирующим в уксусной кислоте, получают эквивалентное галогениду количество ацетата. Галогениды при этом связываются в комплексный галогенид ртути. Затем выделившиеся ацетат-ионы (а это то же самое, что и ОН- в водном растворе) титруют раствором HClO4. Например, реакции, лежащие в основе титриметрического определения хлорида четвертичного амониевого иона, выглядят следующим образом:

2R4N+ Cl- + Hg(CH3COO)2 → HgCl2 + 2 R4N+ CH3COO-

R4N+ CH3COO- + CH3COOH2+ ClO4- → R4N+ ClO4- + 2CH3COOH

Фактор эквивалентности определяемого вещества зависит от того, сколько галогенид-ионов входит в его состав. Характер органического катиона в данном случае не имеет значения. Например, для вещества (1) фактор эквивалентности равен 1, а для вещества 2 – 1/2.

Лекарственное вещество (1) называется циклодолом, а вещество (2) – декамином.

171

Раздел 2

X			CH3	Y	CH3
OH		H2N	N	(CH2)10 N	NH2 2Cl
CH2 CH2 N	Cl
H

Раствор хлорной кислоты можно использовать для определения слабых оснований (в т.ч. и анионов) не только в кислотных, но и в амфотерных и инертных растворителях (метаноле, ацетоне и др.). Для стандартизации титранта в этом случае используют гидрофталат калия, салицилат натрия, дифенилгуанидин. В качестве индикаторов применяют тропеолин 00, метиловый оранжевый и другие вещества.

Титрование в основных растворителях

Из группы основных растворителей в фармацевтическом анализе используют, главным образом, диметилформамид. Это вещество не имеет неприятного запаха, относительно малотоксично, мало гигроскопично, устойчиво к действию CO2. Диметилформамид применяют в качестве растворителя при определении различных лекарственных веществ кислотного характера (барбитураты, сульфаниламиды и др.). В качестве титрантов используют 0,1 М CH3ONa в бензоле, а также 0,1 М NaOH в смеси метанола и бензола и 0,1 М [(C2H5)4N]OH в бензоле. Стандартизацию растворов титрантов проводят по бензойной кислоте. Конечную точку титрования обнаруживают потенциометрически или с помощью сульфофталеинового индикатора тимолового синего.

Рассмотрим, например, титриметрическое определение фенобарбитала (в водном растворе рКa1 = 7,21). Точную навеску образца фенобарбитала растворяют в диметилформамиде (предварительно нейтрализованном по тимоловому синему) и титруют 0,1 М NaOH в смеси метанола и бензола.

		O		H		O
C6H5			N		C6H5	N
C	H	5		+ CH3ONa →			+ CH OH
2					C2H5		3
	O N			O	O	N	ONa
		H				H

Для обнаружения конечной точки титрования используют тимоловый синий.

172