X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

В последнее время появилось большое количество новых лекарственных препаратов. Вместе с этим резко увеличилось количество фальсифицированных средств. Поэтому очень важно, чтобы все лекарственные препараты проходили контроль эффективности, безопасности и постоянства химического состава.

Контроль качества лекарственных веществ включает три основных этапа: испытание на подлинность (идентификация), испытание на чистоту (определение примесей) и количественное определение фармакологически активного компонента. Фармацевтический анализ осуществляется на всех этапах разработки, в процессе производства, контроля качества конечного продукта и многочисленных лекарственных форм, представляющих собой смеси нескольких лекарственных и вспомогательных веществ. Из-за столь широкого многообразия объектов требования к чувствительности, правильности, воспроизводимости, продолжительности анализа могут быть различными. Вот почему в фармацевтическом анализе используют как химические, так и физико-химические методы. Физико-химические методы все шире внедряются в фундаментальные фармацевтические исследования и в практику фармацевтического анализа. Они используются для идентификации и количественного определения различных групп лекарственных веществ.

Целью данной работы является идентификация кофеина в комбинированных формах лекарственных средств химическими и спектральными методами.

В связи с целью задачи, в работе были поставлены следующие задачи:

1. Изучить физико-химические свойства, методы синтеза кофеина и методики идентификации кофеина в лекарственных препаратах.

2. С помощью химических реакций идентифицировать кофеин, в том числе в лекарственных препаратах.

3. Методами ИК- и КР- спектроскопии качественно идентифицировать кофеин в образцах лекарственных препаратов.

4. С помощью полученных экспериментальных данных о содержании кофеина сделать вывод о качестве изученных образцов лекарственных препаратов.

Экспериментальная часть

Спектральные методы

Методом ИК-спектроскопии на установке IRAffinity-1 был исследован чистый кофеин (ГСО). Результат представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. ИК-спектр кофеина, полученный экспериментально

По полученным данным (рисунок 1) с использованием литературных данных [1] можно определить соответствие колебаний определенных функциональных групп и длин волн:

При длине волны 1680-1620 см^- пик, соответствующий функциональной группе C=C. Пик при длине волны 1690-1635 см-1 соответствует функциональной группе C=N,

при длине волны 3080-3030 см-1 пик соответствует функциональной группе C-H, при длине волны 3540-3480 см-1 CO-NH₂ пик соответствует функциональной группе. Также на Ик-спектре имеются шумы.

На рисунке 2 представлен ИК-спектр кофеина, найденный в спектральной базе данных NIST [4].

Рисунок 2 Ик-спектр кофеина [4].

По полученным данным (рисунок 2) с использованием литературных данных [1] можно определить соответствие колебаний определенных функциональных групп и длин волн: при длине волны 1680-1620 см^-1 пик, соответствующий функциональной группе C=C. Пик при длине волны 1690-1635 см^-1 соответствует функциональной группе C=N, при длине волны 3080-3030 см^-1 пик соответствует функциональной группе C-H, при длине волны 3540-3480 см^-1 CO-NH₂ пик соответствует функциональной группе.

Отличие спектра ГСО кофеина от спектра базы NIST объясняется особенностями пробоподготовки, а также индивидуальными особенностями установки IRAffinity-1.

Методом ИК-спектроскопии на установке IRAffinity-1 были исследованы сложные смеси - лекарственные средства: колдрекс, пенталгин, цитрамон. В результате эксперимента были получены ИК-спектры, представленные на рисунках 3 - 5.

Рисунок 3. Ик-спектр колдрекса.

На Ик-спектре колдрекса (рисунок 3) при длине волны 1680-1620 см^-1 пик, соответствующий функциональной группе C=C. Пик при длине волны 1690-1635 см^-1 соответствует функциональной группе C=N, при длине волны 3080-3030 см^-1 пик соответствует функциональной группе C-H, при длине волны 3540-3480 см^-1 CO-NH₂ пик соответствует функциональной группе.

Рисунок 4 Ик-спектр пенталгина.

На Ик-спектре пенталгина (рисунок 4) при длине волны 1680-1620 см^-1 пик, соответствующий функциональной группе C=C. Пик при длине волны 1690-1635 см^-1 соответствует функциональной группе C=N, при длине волны 3080-3030 см^-1 пик соответствует функциональной группе C-H, при длине волны 3540-3480 см^-1 CO-NH₂ пик соответствует функциональной группе.

Рисунок 5. Ик-спектр цитрамона.

На Ик-спектре цитрамона (рисунок 5) при длине волны 1680-1620 см^-1 пик, соответствующий функциональной группе C=C. Пик при длине волны 1690-1635 см^-1 соответствует функциональной группе C=N, при длине волны 3080-3030 см^-1 пик соответствует функциональной группе C-H, при длине волны 3540-3480 см^-1 CO-NH₂ пик соответствует функциональной группе.

Таблица 1 Валентные колебания

Структурные фрагменты	Волновые числа см-1 [1]	Волновые числа см-1 кофеин ГСО	Волновые числа см-1 колдрекс	Волновые числа см-1 пенталгин	Волновые числа см-1 цитрамон
С-Н	3080-3030	3080-3030	3080-3030	3080-3030	3080-3030
C=C	1680-1620	1680-1620	1680-1620	1680-1620	1680-1620
-CO-NH2	3540-3480	3540-3480	3540-3480	3540-3480	3540-3480
C=N	1690-1635	1690-1635	1690-1635	1690-1635	1690-1635

Методом ИК-спектроскопии были проанализированы сложные смеси (пробоподготовка аналогична описанной выше), во всех исследуемых смесях определены характеристические пики для кофеина, что подтверждает его наличие в рассмотренных лекарственных препаратах. Следовательно, метод ИК-спектроскопии может применяться для идентификации кофеина в твердых смесях.

Кроме ИК-спектроскопии была предпринята попытка исследования лекарственных средств, содержащих кофеин, методом Комбинационного рассеяния (КР) на портативном Рамановском анализаторе РаПорт. Перед проведением эксперимента образцы измельчали до порошка. Сначала был получен спектр чистого кофеина (рисунок 6), отметим хорошую сходимость полученных пиков с литературными данными (рисунок 7). Однако результаты для цитрамона, колдрекса и пенталгина получились неудовлетворительными, что можно объяснить окраской данных препаратов.

Рисунок 6. КР-спектр кофеина

Рисунок 7. КР-спектр кофеина [4].

Химические методы

Эксперимент на подлинность кофеина

Приготовили 4 навески по 0.0124; 0,0536; 0,0706; 0,0513; 0,0524 г.

Мурексидная проба

Молекула пурина при нагревании с окислителем (пероксидом водорода, бромной водой, азотной кислотой и т.д.) до образования смеси метилированных производных аллоксана и диалуровой кислоты. Взаимодействуя между собой, они образуют метилированные производные аллоксантина, которые под действием избытка раствора аммиака приобретают пурпурно-красное окрашивание. Окраска обусловлена появлением аммонийной соли тетраметилпурпуровой кислоты. Кофеин дает мурексидную пробу по схеме:

[2].

Опыт 1. 0,0124 г кофеина поместили в фарфоровую емкость, добавили H₂O₂ и 10 капель HCl. Выпарили досуха. К сухому остатку добавили 0,1 мл 10% NH₃. В результате реакции наблюдалось красно-розовое окрашивание.

В составе таблеток кофеин бензоат натрия содержится кофеин и крахмал. Крахмал дает с иодом характерное синее окрашивание.

Опыт 2. Растворили 0,0536 г кофеина в 5 мл горячей H₂O, затем добавили 4 капли I₂. Не должно быть никакого окрашивания раствора и выпадения осадка, но у нас образовался сине-фиолетовый раствор. Затем добавили 2М HCl по каплям, ничего не изменилось. Окраска исчезла лишь при добавлении 2М NaOH.

Общей реакцией на кофеин, теобромин и теофиллин является реакция с хлоридом ртути (II). Выпадает в осадок белое комплексное соединение [2].

Осадок представляет собой комплексное соединение состава

Опыт 3. 0,0524 г кофеина растворили в 5 мл H₂O, затем добавили 0,5 г соли HgCl₂. В результате реакции образовался белый хлопьевидный осадок.

Эксперимент на подлинность парацетамола

Рис.6 Строение парацетамола.

C₈H₉NO₂ N-(4-Гидроксифенил) ацетамид.

Анализ органического соединения производили по функциональным группам.

Приготовили 5 навесок по 0,3097; 0,1080; 0,2089; 0,4090; 0,2602 г.

В центрифугу вещества отправляли 5 раз: при 1000 об/мин 2 раза на 4,5 мин; при 4000 об/мин 1 раз на 10 с; при 2000 об/мин 2 раза на 9,5 мин.

Качественная реакция

0,1 г субстанции встряхивают с 10 мл H₂O и прибавляют 0,5 мл 3 % раствора FeCl₃;должно появится сине-фиолетовое окрашивание [3].

Опыт 1 Растворили 0,3097 г парацетамола в 10 мл H₂O. Отправили в центрифугу, после слили воду и добавили 10 капель (3%) FeCl₃. Наблюдали сине-фиолетовое окрашивание раствора.

Реакция окисления

Первичные ароматические амины легко окисляются даже кислородом воздуха, образуя окрашенные продукты окисления. В качестве окислителей используются также хлорная известь, хлорамин, перекись водорода, железа (III) хлорид, калия дихромат и т.д [3].

Опыт 2 0,1080 г парацетамола растворили в 10 мл C₂H₅OH. Встряхнули и отправили в центрифугу. Отделили раствор от осадка. Раствор поместили в фарфоровую чашку и выпаривали досуха на плите. Добавили 2 мл 2Н HCl + 10 мл H₂O, затем охладили и добавили 1 каплю K₂Cr₂O₇ 0,1 Н. В результате реакции наблюдалось зелено-фиолетовое окрашивание.

Опыт 3 Взяли 0,2089 г парацетамола растворили в 10 мл C₂H₅OH. Отправили в центрифугу. Отделенную от осадка жидкость выпарили. После чего добавили 2 мл 2М H₂SO₄. После добавления полученный раствор вскипятили в течение 3 минут. Появился запах уксусной кислоты.

Реакция нитрования

Реакция основана на способности фенолов нитроваться за счёт замещения подвижного атома водорода в орто- и пара-положениях. Нитропроизводные окрашены в жёлтый цвет [3].

Опыт 4 0,2602 г парацетамола растворили в 10 мл H₂O. Отправили в центрифугу. Выпарили раствор и добавили 3 капли HNO₃ (20%). Появилось оранжево-красное окрашивание.

Эксперимент на подлинность солпадеина

Приготовила 5 навесок по 0,3049; 0,1213; 0,2119; 0,4047; 0,2064 г.

В центрифугу вещества отправляла 3 раза: при 2600 об/мин на 3 мин; при 3000 об/мин на 6 мин; при 4000 об/мин на 2 мин.

Опыт 1 Было растворено 0,3049 г вещества в 10 мл H₂O. Отправила в центрифугу, после слила воду и добавила 10 капель (3%) FeCl₃. Наблюдалось сине-фиолетовое окрашивание раствора.

Опыт 2 0,1213 г вещества растворила в 10 мл C₂H₅OH. Встряхнула и отправила в центрифугу. Отделила раствор от осадка. Раствор поместила в фарфоровую чашку и выпаривала досуха на плите. Добавила 2 мл 2Н HCl + 10 мл H2O, затем охладила и добавила 1 каплю K₂Cr₂O₇ 0,1Н. В результате реакции наблюдалось зелено-фиолетовое окрашивание.

Опыт 3 Взяла 0,2119 г вещества растворила в 10 мл C₂H₅OH. Отправила в центрифугу. Отделенную от осадка жидкость выпарила. После чего добавила 2 мл 2М H₂SO₄. После добавления полученный раствор вскипятила в течение 3 минут. Появился запах уксусной кислоты.

Опыт 4 0,2064 г вещества растворили в 10 мл H₂O. Отправили в центрифугу. Выпарили раствор и добавили 3 капли HNO₃ (20%). Появилось оранжево-красное окрашивание.

Эксперимент на подлинность мигренола

Приготовила 5 навесок по 0,3448; 0,1081; 0,2182; 0,4743; 0,2563 г.

В центрифугу вещества отправляла 3 раза: при 4000 об/мин два раза по 5 мин; при 4000 об/мин на 2 мин.

Опыт 1 Растворила 0,3448 г вещества в 10 мл H₂O. Отправила в центрифугу, после слила воду и добавила 10 капель (3%) FeCl₃. Наблюдала сине-фиолетовое окрашивание раствора.

Опыт 2 0,1081 г вещества растворила в 10 мл C₂H₅OH. Встряхнула и отправила в центрифугу. Отделила раствор от осадка. Раствор поместила в фарфоровую чашку и выпаривала досуха на плите. Добавила 2 мл 2Н HCl + 10 мл H₂O, затем охладила и добавили 1 каплю K₂Cr₂O₇ 0,1Н. В результате реакции наблюдалось зелено-фиолетовое окрашивание.

Опыт 3 Взяла 0,2182 г вещества растворила в 10 мл C₂H₅OH. Отправила в центрифугу. Отделенную от осадка жидкость выпарила. После чего добавила 2 мл 2М H₂SO₄. После добавления полученный раствор вскипятила в течение 3 минут. Появился запах уксусной кислоты.

Опыт 4 0,4090 г вещества растворила в 10 мл H₂O. Отправила в центрифугу. Образовавшийся раствор выпарила и добавила Br₂. Наблюдалось оранжевое окрашивание раствора.

Опыт 5 0,2563 г вещества растворила в 10 мл H₂O. Отправила в центрифугу. Выпарила раствор и добавила 3 капли HNO₃ (20%). Появилось оранжево-красное окрашивание.

Итоги работы

В ходе работы были:

изучены физико-химические свойства и методы синтеза кофеина;

изучены спектральные методы идентификации кофеина;

изучены методики идентификации кофеина в лекарственных препаратах;

с помощью химических реакций идентифицирован кофеин, в том числе в лекарственных препаратах.

Литература

Тарасевич Б.Н. Ик-спектры основных классов органических соединений. Москва, 2012. [Электронный ресурс] URL: http://www.chem.msu.su/rus/teaching/tarasevich/Tarasevich_IR_tables_29-02-2012.pdf (дата обращения 17.05.16).

Крыльский Д.В, Сливкин А.И. Гетероциклические лекарственные вещества, Воронеж, 2007 г.

Биоорганическая химия под редакцией Тюкавкиной Н.А., Зурабяна С.Э., Москва 2012.

Национальный институт стандартов и технологий. [Электронный ресурс] URL: http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C58082&Units=SI&Mask=80#IR-Spec (дата обращения 13.12.2015).

Код для цитирования: Скопировать