1 курс / Химия / Kharitonov_Yu_Ya_-_Analiticheskaya_khimia_2_chast

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ__________________ М М А им .И .М . Сеченова

Харитонов Ю.Я. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. АНАЛИТИКА. Кн. 2

Для раздельного титрования кислот в дифференцирующих раствори­ телях (ацетон, ацетонитрил, третбутанол, метилизобутилкетон, метилэтилкетон) используют индикаторы азофиолетовый, бромтимоловый си­ ний, и-гидроксиазобензол, тимоловый синий.

7.7.Применение кислотно-основного титрования

вневодных средах

Методом -неводного кислотно-основного титрования определяют многие вещества, обладающие как основными, так и кислотными свойст­ вами. Часто неводное титрование проводят потенциометрическим методом.

Титрование веществ основного характера. Как основания титру­ ются азотсодержащие гетероциклические соединения, амиды, амины и их соли, четвертичные аммонийные основания, щелочные соли органиче­ ских и минеральных кислот. Так, например, при неводном титровании в безводной уксусной кислоте можно определять NaCl, NaBr, Nal, NaN03, Na2S 04, ацетат натрия, натриевые соли бензойной, винной, лимонной, салициловой кислот, многие лекарственные вещества — адреналингидрат и норадреналингидрат, амидопирин, кодеинфосфат, метионин, никотинамид, резерпин, тиамина хлорид, этионамид, эфедрина гидрохлорид и др.

При титровании очень слабых оснований, таких, как кофеин, в каче­ стве растворителя применяют смесь уксусного ангидрида с бензолом.

Рассмотрим в качестве примера титрование анилина C6 H5NH2 рас­ твором хлорной кислоты НС104 в безводной уксусной кислоте в присут­ ствии индикатора кристаллического фиолетового (в КТТ окраска титруе­ мого раствора изменяется от фиолетовой до сине-зеленой).

Суммарно реакцию титрования можно описать схемой:

C 6 H 5N H 2 + НСЮ4 = C 6 H ,N H ;+ с ю ;

Химизм процесса заключается в следующем.

В растворе определяемого вещества — анилина в безводной уксусной кислоте устанавливается равновесие ионизации анилина как основания:

C6 H5NH2 + С Н 3 СООН = C6 H,NH; • С Н 3 СОСГ

ионная пара

Катион и анион, возникшие при ионизации молекулы основания — анилина, образуют ионную пару, поскольку диэлектрическая проницае­ мость безводной жидкой уксусной кислоты мала (s = 6 ,2 ) и поэтому ка­ тион C6 H,NH3+ и анион СН3 СОСГ удерживаются силами электростатиче­ ского притяжения друг к другу.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ__________________ М М А им .И .М . Сеченова

Харитонов Ю.Я. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. АНАЛИТИКА. Кн. 2

В растворе титранта — хлорной кислоты в безводной уксусной ки­ слоте — устанавливается равновесие диссоциации хлорной кислоты с образованием катиона ацетония:

нсю4+снзсоон=сн 3соон; +сю;

катион ацетония

При прибавлении раствора титранта к раствору определяемого ве­ щества — анилина — протекает реакция между вышеуказанной ионной парой и катионом ацетония:

C 6 H 5 N H ; • c o r n e r + C HJCO O H ; = C 6 H 5 N H ; + 2 с н 3с о о н

с регенерацией молекул растворителя.

Количество прореагировавших катионов ацетония, равное количест­ ву прибавленного титранта — хлорной кислоты, эквивалентно количест­ ву образовавшихся ионных пар, т.е. количеству анилина в исходном рас­ творе:

H(C6 H5NH2)= и(СН3 СООЩ) = и(НС104).

Отсюда, зная количество хлорной кислоты, израсходованной на тит­ рование, можно рассчитать концентрацию и массу анилина в исходном анализируемом растворе.

Соли галогенводородных кислот (хлориды, бромиды, иодиды) тит­ руют раствором хлорной кислоты в среде безводной уксусной кислоты в присутствии ацетата ртути(Н) Hg(CH3COO)2, который при реакции с га­ логенидами связывает галогенид-ионы в устойчивые (слабо диссоции­ рующие) комплексы ртути(П). Так, например, в случае хлоридов KatCl, где Kat+ — неорганический или органический катион, протекает реакция

2KatCl + Hg(CH3 COO) 2 = HgCl2 + 2Kat+ + 2CH3 COO“

В случае объемистого органического катиона может образоваться ионная пара Kat+• СН3 СОО“, так как диэлектрическая проницаемость безводной уксусной кислоты мала.

Количество выделяющихся ацетат-ионов эквивалентно количеству хлорида в анализируемом растворе.

При прибавлении титранта к титруемому раствору образовавшиеся ацетат-ионы реагируют с катионами ацетония, присутствующими в рас­ творе титранта вследствие прохождения реакции

нсю4+снзсоон=сю; +сн 3соон;

Таким образом, при титровании осуществляется взаимодействие:

СН3 СОО” + СН3 СООН; = 2СН3СООН

Суммарно реакцию можно описать схемой:

292

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ__________________ М М А им .И .М . Сеченова

Харитонов Ю.Я. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. АНАЛИТИКА. Кн. 2

2KatCl + 2НС104 + Hg(CH3COO) 2 = 2KatC104 + HgCl2 + 2СН3СООН

Количество прореагировавших катионов ацетония эквивалентно ко­ личеству образовавшихся ацетат-ионов и количеству хлорной кислоты, израсходованной в процессе титрования:

и(НС104) = и(СН3СООН;) = и(СН3 СОСГ) = «(KatCl).

Отсюда можно рассчитать концентрацию и массу KatCl в анализи­ руемом растворе.

Так определяют эфедрина гидрохлорид, тиамина гидрохлорид, ди­ медрол и др.

Титрование веществ кислого характера. Как кислоты титруются аминокислоты, карбоновые кислоты, галогенводородные кислоты, ангид­ риды кислот, барбитураты, сульфонамиды, фенолы, метилтиоурацил, фталазол, фурадонин, дикумарин и другие фармацевтические препараты.

Как уже упоминалось выше, титрование кислых веществ проводят в среде таких основных растворителей, как диметилформамид, и-бутил- амин, пиридин, этилендиамин и некоторые другие.

Так, например, при титровании фенола С6 Н5ОН метилатом натрия в среде этилендиамина H2 NCH2 CH2NH2 проходит реакция, которая сум­ марно описывается схемой:

С6 Н5ОН + CH3ONa = C6 H5ONa + СН3ОН

Химизм процесса можно представить следующим образом.

В исходном растворе фенола в этилендиамине, обладающем выра­ женными основными свойствами, фенол ведет себя как кислота; протон фенольной группы переходит к этилендиамину:

С6 Н5ОН + H2NCH2 CH2NH2 = С6 Н5 0 “ + H2 NCH2 CH2 NH3+

Врезультате образуется катион этилендиаммония H2 NCH2 CH2 NH3

вколичестве, эквивалентном количеству исходного фенола.

Втитранте — в растворе метилата натрия в этилендиамине — мети­ лат натрия подвергается электролитической диссоциации с образованием метилат-аниона СН3 0 ”:

CH3ONa = Na+ + СН3СГ

При прибавлении титранта к титруемому раствору фенола образо­ вавшиеся катион этилендиаммония и метилат-анион реагируют между собой:

H 2 N C H 2 C H 2 N H ; + СН3СГ = NH2 CH2 CH2 NH2 + СН3ОН

Молекула растворителя — этилендиамина — регенерируется. Аналогично можно описать процессы неводного титрования кислот

и в других случаях.

293

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ__________________ М М А им .И .М . Сеченова

Харитонов Ю.Я. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. АНАЛИТИКА. Кн. 2

7.8.Примеры и задачи к гл. 7

7.8.1.Примеры

1.Охарактеризуйте химизм процесса титрования аланина — амино­ кислоты H2N—СН(СН3)—CQOH как основания раствором хлорной ки­ слоты НС104 в среде безводной уксусной кислоты.

Решение. Кислотная диссоциация карбоксильной группы СООН аланина в среде кислого растворителя — безводной уксусной кислоты — подавлена, тогда как основность аланина по аминогруппе в кислом рас­ творителе, напротив, повышается. Поэтому аланин титруется как основа­ ние, что можно описать суммарной реакцией

H2NCH(CH3)COOH + НСЮ4 = Н3 ЙСН(СН3)СООН + с ю-4

В соответствии с изложенным ранее при растворении в безводной уксусной кислоте аланин подвергается ионизации как основание с обра­ зованием ионной пары (поскольку диэлектрическая проницаемость жид­ кой безводной уксусной кислоты мала):

H2NCH(CH3)COOH + СН3СООН = Н3 ЙСН(СН3 )СООН-СН3СОСГ

В растворе титранта — хлорной кислоты в безводной уксусной ки­ слоте — хлорная кислота подвергается кислотной диссоциации с образо­ ванием катиона ацетония:

При прибавлении раствора титранта к анализируемому раствору аланина катион ацетония взаимодействует с ацетат-ионом ионной пары:

СН3СООН2+ + СН3СОО“ = 2СН3СООН

Молекулы растворителя регенерируются.

2. Охарактеризуйте химизм процесса титрования ацетата калия СН3СООК как основания хлорной кислотой в среде безводной уксусной кислоты.

Решение. Суммарная реакция:

СН3СООК + НСЮ4 = СН3СООН + КС104

Химизм процесса заключается в следующем.

В растворе титруемого вещества — ацетата калия: СН3СООК = СН3СОО‘ + К+

294

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ__________________ М М А им .И .М . Сеченова

Харитонов Ю.Я. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. АНАЛИТИКА. Кн. 2

В растворе титранта:

нсю4+ снзсоон = сю; + сн3соон;

Титрование:

СНзСОСГ + СН3 СООН2+ = 2СН3СООН

3. Охарактеризуйте химизм процесса титрования Никотинамида как основания раствором хлорной кислоты в среде безводной уксусной ки­ слоты.

Решение. В среде кислого растворителя никотинамид титруется как основание:

CONH

Химизм процесса заключается в следующем. В растворе титруемого вещества:

В растворе титранта:

нсю4+ снзсоон = сю; + сн3соон;

Титрование:

СН3 СООН; + СН3 СОО“ (из ионной пары) = 2СН3СООН

4. Охарактеризуйте химизм процесса титрования сульфаниламида как слабой кислоты метилатом натрия CH3ONa в среде основного раство­ рителя — бутиламина C4 H9NH2.

Решение. Суммарная реакция:

H2N S02NH2 + CH3ONa = H2N S02NHNa + CH3OH

сульфаниламид

Химизм процесса заключается в следующем.

В растворе определяемого вещества — сульфаниламида — в основ­ ном растворителе кислотные свойства сульфаниламида усиливаются и он ионизируется как кислота с образованием катиона бутиламмония

C 4 H ,N H ;

295

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ__________________ М М А им .И .М . Сеченова

В растворе титранта — метилата натрия в бутиламине — метилат натрия подвергается ионизации с образованием метилат-аниона СН30 “:

CH3 0Na = CH30 + N a\

При прибавлении раствора титранта к раствору сульфаниламида ка­ тион бутиламмония реагирует с метилат-анионом:

C 4 H , N H ; + с н 3о = C 4 H „N H 2 + сн3он.

Молекула растворителя регенерируется.

5. Охарактеризуйте химизм процесса титрования гидрохлорида бути­ ламмония C4 H9 NH3C r как очень слабой кислоты раствором метилата на­

трия CH3ONa в основном растворителе — этилендиамине H2NCH2CH2NH2 . Решение. Суммарная реакция:

С4 Н9 Ш ;С Г + CH3ONa = C4 H9NH2 + СН3ОН + NaCl.

Химизм процесса заключается в следующем.

Врастворе определяемого вещества — гидрохлорида бутиламмония —

восновном растворителе этилендиамине гидрохлорид бутиламмония диссоциирует как кислота с образованием катиона этилендиаммония:

В растворе метилат натрия подвергается ионизаций: CH3ONa = СН3СГ + N a\

Титрование:

СН30 + H3 1NICH2 CH2 NH2 =СН3ОН + H2NCH2CH2NH2.

Молекула растворителя регенерируется.

6 . Навеску т = 0,0985 г препарата метилтиоурацила C5 H6 N2OS (мо­ лярная масса 142,127) растворили в 30 мл основного растворителя диметилформамида (CH3)2NCHO (предварительно нейтрализованного по рас­ твору тимолового синего) и опитровали как слабую кислоту стандарт­ ным 0,1000 моль/л раствором метилата натрия CH3ONa в диметилформамиде в присутствии индикатора тимолового синего (до синего окрашива­ ния раствора). На титрование израсходовали 6,85 мл титранта.

Охарактеризуйте химизм процесса и рассчитайте массу и содержа­ ние (в %) метилтиоурацила в анализируемом препарате.

Решение. При титровании метилтиоурацила метилатом натрия в сре­ де основного растворителя диметилформамида протекает реакция

296

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ__________________ М М А им .И .М . Сеченова

Харитонов Ю.Я. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. АНАЛИТИКА. Кн. 2

C5H6 N2OS + CH3ONa = C5 H5 N2OSNa + СН3ОН

а) Химизм процесса заключается в следующем.

В растворе определяемого вещества метилтиоурацил подвергается ионизации как слабая кислота:

C5 H6N2OS + (CH3)2NCHO = C5 H5N2 OS~ + (СН3 ) 2 NHCHO

растворитель

В растворе титранта метилат натрия диссоциирует:

CH3ONa = СН3СГ + Na+

При титровании:

(СН3 ) 2 NHCHO + СН3СГ = (CH3)2NCHO + СН3ОН

Молекула растворителя регенерируется.

б) Рассчитаем массу метилтиоурацила (титруемое вещество X) и его процентное содержание в препарате по результатам титрования раство­ ром метилата натрия (титрант Т). С учетом закона эквивалентов можем написать (все обозначения — традиционные):

и(Х) = и(Т), С(Х)К(Х) = с(Т)К(Т), с(Х) = с(Т)К(Т)/К(Х),

где с(Т) = c(CH3 ONa) = 0,1000 моль/л; К(Т) = 6,85 мл = 0,00685 л; К(Х) = = 30 мл = 0,030 л.

Подставляя численные значения в последнее уравнение, находим концентрацию метилтиоурацила в анализируемом растворе: ■

с(Х) = 0,1000 ■0,00685/0,030 = 0,0228 моль/л.

Масса т(Х) метилтиоурацила равна:

т(Х) = c(X)M(X)V(X) = 0,0228 • 142,127 ■0,030 = 0,0972 г,

где молярная масса метилтиоурацила М(Х) = 142,127. Процентное со­ держание W, % метилтиоурацила в препарате:

W, % = т(Х) ■100%/ти = 0,0972 ■100%/0,0985 = 98,68%.

7.8.2.Задачи

1.Навеску 0,1000 г препарата пиразинамид C5H5N30 (молярная масса 123,11)

растворили в 50 мл уксусного ангидрида и оттитровали (потенциометрически) как основание стандартным раствором НС104 в ледяной уксусной кислоте с титримет-

рическим фактором пересчета по пиразинамиду, равным {(HCICVCsHsNjO) =

=0,01231 г/мл. На титрование израсходовано 8,0 мл титранта. Охарактеризуйте химизм процесса. Рассчитайте массу, молярную концентрацию, титр пиразина-

297

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ__________________ М М А им .И .М . Сеченова

Харитонов Ю.Я. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. АНАЛИТИКА. Кн. 2

мида в исходном анализируемом растворе и содержание (в %) пиразинамида в препарате. Ответ: 0,09848 г; 0,0160 моль/л; 0,001970 г/мл; 98,48%.

2.Навеску 285 мг препарата мелоксикам C14H13N 3O4S2 (молярная масса

351,41) растворили в 5 мл муравьиной кислоты, прибавили 50 мл ледяной ук­ сусной кислоты при перемешивании смеси. Полученный раствор оттитровали (потенциометрнчески) стандартным 0.1000 моль/л раствором НС104 в ледяной

уксусной кислоте. На титрование израсходовали 7,97 мл титранта. Охарактери­ зуйте химизм процесса. Найдите молярную концентрацию, титр, массу мелоксикама в анализируемом растворе и содержание (в %) мелоксикама в препарате, считая, что мелоксикам титруется как однокислотное основание. Ответ'. 0,0145 моль/л; 0,005092 г/мл; 0,2801 г; 98,28%.

3.Навеску 0,5000 г препарата, содержащего 98,95% флуконазола C 13H 12F 2N 6O

(молярная масса 306,27), растворили в 70 мл безводной уксусной кислоты. Полу­ ченный раствор оттитровали (потенциометрически) стандартным раствором HCIO4 в безводной уксусной кислоте. На титрование израсходовано 16,15 мл тит­

ранта. Охарактеризуйте химизм процесса. Определите молярную концентрацию титранта — раствора хлорной кислоты, его титр по определяемому веществу — флуконазолу (титриметрический фактор пересчета) /(11СЮ4/С ПН|2F2N60 ), считая,

что флуконазол титруется как однокислотное основание. Ответ'. 0,1000 моль/л; 0,030635 г/мл.

4.Для определения содержания пропиофеназона C|4H|8N20 (молярная масса

230,3) в препарате коффедон (таблетки) растерли три таблетки массой 630 мг каждая. Полученную таблеточную массу растворили в смеси 10 мл уксусного ангидрида с 75 мл этиленхлорида и оттитровали стандартным 0,1000 моль/л рас­ твором НСЮ4 в ледяной уксусной кислоте (в присутствии индикатора кристалли­

ческого фиолетового) с титриметрическим фактором пересчета титранта по пропиофеназону /(HCI04/C |4H|8N:0 ) = 0,02303 г/мл. Охарактеризуйте химизм про­

цесса, считая, что пропиофеназон титруется как однокислотное основание. Вы­ числите массу (в мг) пропиофеназона, содержащуюся в одной таблетке препарата коффедон, и массовую долю (в %) пропиофеназона в препарате. Ответ: 210,03 мг; 33,34%.

5. Навеску 0,1950 г препарата, содержащего гексобарбитал C|2H|6N 20 3 (мо­

лярная масса 236,139), растворили в 10 мл диметилформамида (CH3)2NCHO и оттитровали как кислоту стандартным 0.1000 моль/л раствором метилата натрия

CH3ONa в присутствии индикатора тимолового синего до синего окрашивания титруемого раствора. На титрование израсходовано 8,15 мл титранта. Охаракте­ ризуйте химизм процесса. Рассчитайте массу гексобарбитала, его содержание (в %) в анализируемом препарате и титр раствора метилата натрия по гекеобарбиталу /(HC104/C,2H16N20 3). Ответ: 0,1926 г; 98.77%; 0,02363 г/мл.

6. Регламентируемое содержание барбитала C8H)2N20 3 (молярная масса

184,107) в таблетке препарата составляет 0,238— 0,262 г. Для проведения анализа отобрали растертую в порошок массу препарата, равную массе 0,6 таблетки, рас­

творили в 10 мл смеси диметилформамида (CH3)2NCHO с бензолом (1 : 3), ней­ трализованной по тимоловому синему, и оттитровали в присутствии тимолового синего стандартным 0,1000 моль/л раствором NaOH в смеси метанола с бензолом до синего окрашивания титруемого раствора. На титрование израсходовали 8,14 мл титранта. Охарактеризуйте химизм процессу. Определите массу барбитала, при-

298

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ__________________ М М А им .И .М . Сеченова

Харитонов Ю.Я. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. АНАЛИТИКА. Кн. 2

холящуюся на одну таблетку, и ее соответствие регламентируемому содержанию барбитала. Ответ: 0,250 г; найденное содержание барбитала соответствует рег­ ламентируемому.

7. При приготовлении стандартного раствора хлорной кислоты в безводной уксусной кислоте требуется получить раствор с заданной («теоретической») кон­ центрацией 0,1000 моль/л. Для стандартизации приготовленного раствора хлор­ ной кислоты растворили 0,1495 г гидрофталата калия C8Hs04K (молярная масса 204,22) в 20 мл безводной уксусной кислоты и оттитровали полученный раствор стандартизуемым раствором хлорной кислоты в присутствии двух капель раство­ ра индикатора кристаллического фиолетового до изменения первоначальной фиолетовой окраски титруемого раствора на голубовато-зеленую. Параллельно провели контрольное титрование для оценки поправки на расход титранта, затра­ ченного на взаимодействие с индикатором. После учета поправки оказалось, что на титрование раствора гидрофталата калия израсходовано 7,43 мл раствора хлорной кислоты. Рассчитайте молярную концентрацию («практическую»), титр раствора хлорной кислоты и величину поправочного коэффициента F. Ответ: 0.0985 моль/л; 0,009897 г/мл; F= 0,985.

8 . Заданная («теоретическая») концентрация стандартизуемого (для даль­ нейшего использования в качестве титранта) раствора метилата натрия CH3ONa в метаноле составляет 0,1000 моль/л. Для стандартизации приготовленного раство­ ра метилата натрия по бензойной кислоте С6Н,СООН (молярная масса 122,12) навеску 0 , 1 0 1 2 г бензойной кислоты растворили в 2 0 мл диметилформамида (предварительно нейтрализованного по тимоловому синему) и оттитровали стан­ дартизуемым раствором метилата натрия в присутствии индикатора тимолового синего до изменения цвета титруемого раствора от желтого на синий. На титро­ вание израсходовали 8,21 мл раствора метилата натрия. Вычислите молярную концентрацию («практическую»), титр раствора метилата натрия и значение по­ правочного коэффициента F. Ответ: 0,1009 моль/л; 0,005450 г/мл; F = 1,009.

9. Приготовили раствор гидроксида тетраэтиламмония (C2 H5)4NOH в смеси метанола с бензолом (1 :4) с целью его использования в качестве титранта. За­ данная молярная концентрация («теоретическая») составляет 0,1000 моль/л. Для стандартизации полученного раствора по бензойной кислоте С6 Н5СООН (моляр­ ная масса 122,12) растворили навеску 0,0998 г бензойной кислоты в смеси 5 мл метанола с 2 0 мл ацетона (предварительно нейтрализованной по тимоловому синему) и оттитровали стандартизуемым раствором гидроксида тетраэтиламмо­ ния в присутствии индикатора тимолового синего до синего окрашивания тит­ руемого раствора. На титрование затрачено 8,14 мл раствора гидроксида тетра­ этиламмония. Определите молярную концентрацию («практическую»), титр рас­ твора гидроксида тетраэтиламмония и величину поправочного коэффициента F. От­ вет: 0,1004 моль/л; 0,014776 г/мл; F - 1,004.

10. В фармакопейном анализе при применении методов неводного титрова­ ния для расчета массы определяемого вещества в анализируемом растворе по результатам проведенного титрования используют титриметрический фактор пересчета (титр по определяемому веществу) титранта с учетом поправочного коэф­ фициента F. Рассчитайте титриметрический фактор пересчета 0,1000 моль/л раствора хлорной кислоты НСЮ4 при величине поправочного коэффициента F = 0,992 по сле­ дующим веществам, определяемым неводным титрованием раствором хлорной

299