ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Химиялық сандық анализ» пәні 5В072100-«Органикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығына арналған ОҚУ-Әдістемелік материалдар

ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

«Химиялық сандық анализ» пәні

Семей

1. Дәрістер

2. Практикалық сабақтар

3. Студенттердің өздік жұмысы

Дәрілік заттар туралы ақпараттардың анықтылығы, объективтілігі және толық дәлелділігі, олардың тиімді және қауіпсіз қолдануының маңызды жағдайлары болып табылады. Қазіргі кездегі дәрігерлердің күнделікті өзінің қызметінде қолданылатын көптеген дәрілік заттар анықтамалары коммерциялық басылымдарға жатады және клиницисттерді дәрілік препараттар туралы қажетті ақпараттармен қамтамас етпейді. Тіркеу тізімі анықтамасына тек өмірге қажетті дәрілік заттар енгізілген, олар көптеген жылдар бойы Қазақстан Республикасындағы негізгі дәрілік заттар тізімі үшін (өмірге қажетті) Тіркеу тізімі комитетімен талдап алынған.

Қазақстан Республикасының негізгі дәрілік заттар (өмірге қажетті) Тізіміне енгізілген дәрілік заттардың мақсаттылығын бағалау үшін, Тіркеу тізімі комитетінің эксперттері өмірге қажетті дәрілердің маңыздылығын анықтауда, келесі факторларға сүйенген.

1.Өмірге қажетті, яғни аурудың медициналық және әлеуметтік маңыздылығына, аталған дәрілік заттар емдеу үшін тағайындалған (немесе клиникалық ақуалдарда дәрілердің қолданылуы). Ауру маңыздылығымен анықталынады, егер бара-бар және мүмкіндік емдер қолданбаса, еңбек қабілетінің шектелуімен және өз-өзіне қызмет көрсету немесе өлімге әкелетін ауыр асқынулардың дамуының үдеуі болуы мүмкін; сонымен қатар маңызды ауруларға қоршаған ортаға қауіпті аурулар жатады.

2. Факт дәлелдігі дәрілік заттардың тиімділігі мен қауіпсіздігін дәлелдейтін ғылыми зерттеулер.

3. Тиімділіктің мінездемесі мен айқындылығы дәрілік заттарды қолданғанда болатын. Бұл кезде ем нәтижесіне әсері бағаланады – қорытынды (қатты) нүкте - өлім, қайтымсыз асқынулардың даму жиілігі, оларға миокардтың инфаркты, инсульт немесе аралық (сапасыз) нүкте – клиникалық, зертханалық және құралдармен зерттеу көрсеткіштерінің динамикасы. Сонымен қатар, дәрілік заттар симптоматикалық қолдану үшін немесе патогенетикалық ем үшін керектігі ескерілген.

4. Бара-бар дәрілік заттар Тізімінде болмауы немесе болуы бара-бар қолданулар үшін көрсеткіштер (бәсекелестік ортаны ұстап тұру үшін және нарық бөлігінің монополизациясымен күресуде).

Қазақстан Республикасындағы негізгі (өмірге қажетті) дәрілік заттар Тізімін, Тіркеу тізімі комитеті 2001-2007 жж. бойы жоғарыдағы көрсетілген шарттарды ескеру арқылы құрастырған. Ол медициналық көмек үлгісін құрау үшін, науқастарды жүргізу хаттамасының, аурухана тіркеу тізімінің негізгі құжаты болып саналады, себебі оған енгізілген дәрілік заттар толық экспертизадан өткен. Сонымен бірге, ол басқа дәледенген және экономикалық мақсатталынған дәрілік заттарды талдауда қалыпты құжаттарды құрстырушыларды шектемейді. ӘДҰ тізімінен айырмашылығы, Қазақстан Республикасындағы негізгі (өмірге қажетті) дәрілік заттар Тізімі науқастарға қол жеткізу мүмкіндіктерімен қамтамас етілген көптеген жаңа, қымбат тұратын, тиімділігі жоғары дәрілік заттардан тұрады. Одан басқа, Қазақстан республикасындағы негізгі (өмірге қажетті) дәрілік заттар Тізімі дәрілік заттар айналымындағы бәсекелес ортасын ұстап тұруды бағдарлайды – онда көбінесе терапиялық аналогтар саны жеткілікті болып келеді (егер олар елдің нарқында болса). Улылық деңгейі жоғары болып келетін бір қатар ескірген дәрілер (мысалы, индометацин, метамизол натрия) тізімнен, жұмыс барысында алынып тасталған. Қазақстан Республикасындағы негізгі (өмірге қажетті) дәрілік заттар Тізімі, ӘДҰ тізім бөлігі ұсынған, дәрілік заттардың фармакотерапиялық жіктелуіне сәйкес құрастырылған.

Тұнба түзілу кезінде тұнба мен оның үстіндегі қаныққан ерітінді арасында гетерогенді тепе-теңдік орнайды.

mA + nB ↔ A_mB_n.

Осы тепе-теңдік константасы тұнбаның ерігіштік көбейтіндісі (ЕК) деп аталады. Концентрациялық ЕК қаныққан ерітіндідегі тұнба иондарының концентрацияларының көбейтіндісіне тең, ол берілген температурада тұрақты шама, мәндері анықтамалық таблицаларда беріледі.

K_s = [A]^m_* [B]ⁿ

Егер концентрациялар орнына иондар активтіліктері алынса, мұндай ЕК термодинамикалық ЕК деп аталады, ол иондық күшке тәуелді.

K⁰_s = [A]^m_* [B]ⁿ

Иондық күш тұрақты болса, термодинамикалық ЕК орнына концентрациялық ЕК қолдануға болады.

Тұнба түзілуі үшін ЕК ережесі орындалуы керек: ерітіндіде иондар концентрацияларының көбейтіндісі ЕК-не жетсе, тұнба түзіледі.

Тұнбаны еріту үшін гетерогенді тепе-теңдікті ығыстыру керек, яғни иондардың біреуін байланыстыру керек, ол үшін қышқыл, сілті, комплекс түзуші реагент немесе тотықтырғыш қосу керек.

Тұнба ерігіштігі деп қаныққан ерітіндідегі сол заттың жалпы (молярлы) концентрациясын атайды. Ерігіштік пен ЕК өзара байланысты. Ерігіштік арқылы ЕК және керісінше есептеуге болады.

Ерігіштік бірнеше факторларға тәуелді: температураға, иондық күшке, аттас ионның болуына, рН-қа, комплекс түзушінің болуына т.б.

Температура артқан сайын көпшілік тұнбалардың ерігіштігі артады. Иондық күш ерігіштікті арттырады, бұл құбылыс «тұздық эффект деп аталады». Аттас ион ерігіштікті кемітеді, себебі гетерогенді тепе-теңдік тұнба түзілу бағытында ығысады.

Егер тұнба құрамында қышқылдық қасиеті бар катион немесе негіздік қасиеті бар анион болса, мұндай тұнбалардың ерігіштігі рН-қа тәуелді. Құрамында қышқылдық катионы бар тұнба ерігіштігі рН кеміген сайын кемиді. Ал негіздік анионы бар тұнбалар ерігіштігі рН кеміген сайын артады.

Егер ерітіндіде комплекс түзуші реагент болса, тұнба еруі мүмкін. Комплекс түзу реакциясының тепе-теңдік константасы >1 ,болса, тұнба ериді,егер константа <1, бірақ > 10^-4 болса, тұнба комплекс түзуші реагенттің артық мөлшерінде ериді, ал константа < 10^-4 болса, тұнба ерімейді.
№4 дәріс. Дәрі-дәрмектерді сынаудың негізгі әдістері.
Гравиметриялық анализ анықталатын элементті таза күйінде бөліп алып, дәл массасын өлшеуге негізделген. Анализдің 2 әдісі бар:

1. Ұшыру әдісі – анықталатын компонентті ұшқыш зат ретінде бөліп алу;

2. Тұндыру әдісі – анықталатын компоенентті тұнбаға түсру.

Тұндыру әдісі жиі қолданылады. Тұндыру кезінде жүргізілетін операциялар:

1. Анализденетін зат өлшемесін алу;

2. Өлшемені еріту;

3. Компонентті тұнбаға түсіру (тұнбалық форма алынады), тұндыру толықтығын тексеру;

4. Тұнбаны ескіруге қалдыру;

5. Тұнбаны фильтрлеу, шаю;

6. Тұнбаны құрғату және тұрақты массаға дейін құрыштау (гравиметриялық форма алынады).

7. Гравиметриялық форманың массасын өлшеу.

Тұнбалық формаға қоылатын талаптар:

- Тұнба неғұрлым нашар еруі керек, ерігіштігі 1*10^-7 – 10^-8 моль/л-ден артпауы керек;

• 
  Тұнба ірі кристалдық болуы немесе жақсы коагуляцияланған болып, оңай фильтрленуі керек;
  
• 
  Тұнба құрыштағанда гравиметриялық формаға оңай айналуы керек.
  

• 
  Құрамы химиялық формуласына дәл сәйкес болуы керек;
  
• 
  Химиялық тұрақты болуы керек;
  
• 
  Құрамында анықталатын компоненттің массалық үлесі неғұрлым аз болуы керек.
  
• 
  
  

Титриметриялық анализде қолданылатын реакциялар келесі талаптарға сай болуы керек:

1. Реакция толық және мөлшерлі жүруі керек.

2. Реакция жылдам жүруі керек.

3. Реакция соңын анықтау әдісі болуы керек.

4. Ерітіндіде қосалқы реакциялар жүрмеуі керек.

Осы талаптардың барлығына сай реакцияларды ғана титриметрияда қолдануға болады.

Титриметрияда реакциялардың келексі түрлерін пайдаланады:

• 
  Қышқылдық-негіздік реакциялар;
  
• 
  Тотығу-тотықсыздану реакциялары;
  
• 
  Комплекстүзу реакциялары;
  
• 
  Тұндыру реакциялары.
  

№6 дәріс: р-элементтердің дәрі-дәрмектері.

1. Қышқылдық-негіздік реакция кезінде екі негіз протонды қосып алуға бәсекелеседі;

2. Қышқылдық-негіздік реакция кезінде қышқылдан оның іліктес негізі, ал негізден оның іліктес қышқылы түзіледі:

Қышқыл₁ + негіз₂ ↔ негіз₁ + қышқыл₂

Қышқыл неғұрлым күшті болса, оның іліктес негізі соғұрлым әлсіз болады және керісінше.

3. Қышқылдық-негіздік реакциялар оңай қайтымды болады.

Ерітіндінің қышқылдығы химиялық реакция жүру кезінде шешуші факторлардың бірі болып табылады; сондықтан қышқылдық-негіздік тепе-теңдіктерді зерттеудің үлкен практикалық маңызы бар. Күшті қышқылдар мен негіздер ерітіндіде іс жүзінде толық диссоциацияланады, ал әлсіз қышқылдар мен негіздер өте әлсіз диссоциацияланады. Әлсіз қышқыл НА ерітіндісінде мынадай тепе теңдік орнайды:

НА=Н⁺+А^-

Тепе-теңдіктің әрбір мүшесі гидраттанған. Тепе-теңдікті диссоциациялану константасы сипаттайды:
К⁰_НА=а_Н+а_А-/а_НА=[H⁺] [A^-]/[HA]/γ_H+γ_A-/γ_HA

Әлсіз В негізінің ерітіндісінде мынадай тепе-теңдік орнайды:

Қышқылдық-негіздік титрлеу әдісінің негізінде сутек ионы немесе гидроксоний ионы мен гидроксил ион арасында жүретін, нәтижесінде аз диссоциацияланатын су молекулалары (еріткіш) түзілетін реакциялар жатады..

Қышқылдық-негіздік титрлеу әдісінің екі варианты бар: ацидиметрия-титрант қышқыл болады, онымен негіздерді және әлсіз қышқылдардың гидролизденетін тұздарын титрлейді және алкалиметрия- титрант негіз, онымен қышқылдарды және күшті қышқылдар тұздарын титрлейді.

Жұмысшы ерітінді ретінде көбінесе HCl және H₂SO₄ қышқылдарын, NaOH және KOH сілтілерін қолданады. Эквиваленттік нүктені анықтау үшін қышқылдық-негіздік немесе рН-индикаторлар қолданылады. Бұлар өз түсін ерітінді рН-на тәуелді өзгерте алады. Индикаторларға келексі талаптар қойылады:

• 
  түсі айқын болуы;
  
• 
  түс өзгерісі неғұрлым жіңішке рН интервалында байқалуы;
  
• 
  түс өзгерісі қайтымды болуы керек.
  

№8 дәріс: Радиофармацевтикалық және гомеопатиялық дәрі-дәрмектер.

Редокс-потенциал шамасына келесі факторлар әсер етеді:

• 
  ерітіндінің иондық күші;
  
• 
  ерітіндіде тұндырғыштың болуы;
  
• 
  ерітіндіде комплекс түзгіш реагенттің болуы.
  

э.қ.к. = E⁰_ox2/red2-E⁰_ox1/red1.

Егер э.қ.к >0 болса, ТТР тура бағытта жүреді; ал э.қ.к. <0 болса, ТТР кері бағытта жүреді.

Тепе-теңдікті есептеу үшін тепе-теңдік константасын қолданған ыңғайлы:

lgK=(E⁰_ox2/red2-E⁰_ox1/red1)^nF/ 2.303RT
№9 дәріс: Органикалық табиғатты дәрі-дәрмектер және оларды анализдеу ерекшеліктері.
Фармацевтикалық дәрі-дәрмектердің көбі органикалық заттар болып табылады. Бүгінде органикалық заттардың жалпы мөлшері бес миллионнан астам. Ал оның саны жыл сайын жүздеген мыңға артып отырады.

Органикалық дәрілік заттардың жіктелуі мен оларды топтарға бөліп оқудың ғылыми үлкен маңызы бар. Олай дейтініміз: көптеген әртүрлі органикалық заттардың басын біріктіріп, олардың молекулалық құрылысын және физикалық, химиялық қасиеттері арасындағы ұқсастықтарды салыстыра зерттеуге мүмкіндік береді. Осының негізінде жалпылама ғылыми тұжырымдар, теориялар жасауға, ғылыми бастаулар тудыруға себеп етеді де, жалпы молекулалық формулаларын және барлығына ортақ сапалық реакцияларын жазып көрсетуге мүмкіндік береді.

Комплекс қосылыстағы химиялық байланыстың түзілу механизмін қарастырып, комплекс қосылысқа анықтама беруге болады. Мысалы: NH₄Cl молекуласы қалай түзіледі

Барлық комплекс қосылыстарда донорлы-акцепторлы (д.-а.) байланыс болады. КОМПЛЕКСТІ ҚОСЫЛЫСТАР ДЕГЕНІМІЗ ДОНОРЛЫ-АКЦЕПТОРЛЫ БАЙЛАНЫС АРҚЫЛЫ ТҮЗІЛЕТІН ЖОҒАРЫ РЕТТІ ҚОСЫЛЫСТАР. Комплексті қосылыстарда:

1. 
   Комплекс түзуші, олар көбінесе оң зарядталған металл иондары болады, көбінесе d-элементтері жатады.
   
2. 
   Комплекс түзушінің маңайында лигандтар орналасады, олар теріс зарядталған аниондар немесе электронейтрал молекулалар.
   
3. 
   Лигандтар саны координациялық сан деп аталады.
   
4. 
   Комплекс түзуші мен лигандтар комплексті қосылыстарының ішкі сферасын түзеді, ол квадрат жақшаға алынады.
   
5. 
   Ішкі сфераға кірмеген иондар сыртқы сфераны құрайды.
   

Комплекстің түзілуі мен диссоциациясы шын мәнісінде сатылап жүреді:

M+L=ML

ML+L=ML₂

Осы сатылардың тепе-теңдіктік константасы, мысалы І саты үшін:

К₁⁰=a_ML / a_M* a_L

Сатылық тұрақтылық константалар К деп аталады.

Сатылық константа мен жалпы константа арасында мынандай байланысбар:

β⁰_n =K₁⁰ K ₂⁰… K⁰_n
Комплексті қосылыстардың сыртқы және ішкі сфераларының арасындағы байланыстар иондық болғандықтан, суда еріткенде, олар комплексті ион мен қарапайым сыртқы сфераның иондарына ыдырайды:

[Ag(NH₃)₂]Cl→ [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^-

K[Ag(CN)₂] → K⁺ + [Ag(CN)₂]^-

Түзілген комплексті иондар өте аз мөлшерде өздерінің құрамына кіретін бөлшектерге (иондарға, молекулаларға) ыдырайды.

[Ag(NH₃)₂]⁺ ↔ Ag⁺ + 2NH₃

[Ag(CN)₂]^- ↔ Ag⁺ + 2CN^-

Комплексті иондардың диссоциациясы аз мөлшерде жүретін қайтымды процесс болғандықтан оларға массалар әсерлесу заңын қолдануға болады және процестер сан жағынан диссоциация константасы арқылы анықталады:

К_т.з.= ([Ag⁺]*[NH₃]²)/[Ag(NH₃)₂]⁺ =6,8*10^-8

К_т.з. = ([Ag⁺]*[CN^-]²)/[Ag(CN)₂]^- =1,0*10^-21

Келтірілген комплекс иондарының диссоциациялану константаларын тұрақсыздық константасы К_т.з. деп атайды. Тұрақсыздық константаларының сандық мәндері комплексті иондардың тұрақтылығын немесе беріктігін көрсетеді. К_т.з. пайдаланып, комплексті қосылыстың арасындағы реакция қай бағытта жүретінін анықтауға болады.

1. Комплекстүзуші металл атомының саны бойынша:

А) моноядролы;

Б) биядролы;

В) полиядролы;

2. Лиганд табиғаты бойынша:

А) біртекті лигандты;

Б) аралас лигандты;

3. Лиганд молекулаларының саны бойынша:

А) монокомплекстер;

Б) бискомплекстер;

В) трискомплекстер және т.б.

4. Комплекстүзуші мен лиганд арасындағы химиялық байланыс табиғаты бойынша:

А) сыртқы сфералық комплекстер (соның ішінде иондық ассоциаттар);

Б) ішкі комплексті қосылыстар;

В) хелаттар;

Аталған комплекстердің барлығы және олардың түзілу реакциялары аналитикалық химияда кеңінен қолданылады:

- сапалық анализде иондарды анықтау немесе бөлу үшін

- титриметриялық анализде

- гравиметриялық анализде

- фотометриялық анализде.

Органикалық комплекс түзгіш реагенттер - өте сезімтал, әрі талғамды реагенттер болып табылады. Әдетте олар қанық түсті және бейорганикалық реагенттерге қарағанда тұрақтылығы жоғары болатын комплекстер түзеді.

Осы топтағы ДЗ (дәрілік заттар) әр түрлі химиялық қосылыстарға жатады да, басқа кластың химиялық қосылыстар тобына тән болып келеді.

1. 
   Сусыз ортада қышқылды-негізді титрлеу. Қышқылдық қасиет көрсететін 5–нитрофуран туындыларын протофильді еріткіштер (диметилформамид, пиридин, бутиламин) ортасында стандартты натрий немесе литий метоксид ерітіндісімен титрлейді. Осылай, МФ (3 бас., III т) осы әдіспен фурадонинді (диметилформамид ортасында титрант − 0,1 н литий метоксид ерітіндісімен) бір негізді қышқыл сияқты титрлеуді ұсынады.
   
2. 
   Фотометриялық әдіс 5-нитрофуран туындыларының протофилді еріткіштегі (өзіне тән хлороформ тобы бар, боялған қосылыс ретінде) ерітінділерінің көрінетін облыстар спектрінің сіңіру жарығын өлшеуге негізделген. Кейде ионизациялануды жақсарту үшін спирт немесе негіздің сулы ертіндісін қосады.
   
3. 
   Йодометриялық кері титрлеу әдісі фурацилиннің сандық құрамын анықтауға қолданылады, яғни, негіздік ортада йодпен гидразин қалдығының тотығуына негізделген. Негіз фурацилиннің гидролизденуіне және гидразин қалдығын бөлу үшін керек. Осында натрий гипойодит пайда болып, фурацилинді тотықтырады:
   

I₂ + 2NaOH → NaI + NaOI + H₂O

Есептеу М(1/z) фурацилиннің осы әдісте z=4 тең.

Әдістемені жүргізу жағдайы:

− реактив әсерінің уақыты аз (1-2 мин) және аз мөлшерде негіз қажет;

− негіз тек гидразиннің тотығуын қамтамасыз ету үшін керек;

− фурфурол альдегидіне қатысты емес;

№13 дәріс: Алкалоидтар.

1.Бүркемелеу арқылы, яғни бөгет жасап, косплексті басқа формаға ауыстырады. Бірақ, сол ерітіндіде қалдырады. Бұл форма реакцияға қатысады, анализге кедергі жасамайды.

2.Комплексті бөлу арқылы – комплекстерді екі әр түрлі фазаға ауыстырады, содан кейін комплекстерді бөледі.

Бүркемелеу кезінде арнайы химиялық реагент қосады. Ол бөгет жасаушы химиялық реакцияны тежейді немесе бағытын өзгертеді. Жаңа фаза түзілмейді, бөлу қажет емес. Бүркемелеудің екі негізгі түрі бар:

а) термодинамикалық бүркемелеу- бөгет жасаушы реакцияның тепе-теңдік константасы күрт төмендетіледі. Реакция өте аз дәрежеде жүреді, бөгет жасаушы сигнал байқалмайды;

б) кинетикалық бүркемелеу кезінде бөгет жасаушы реакция жылдамдығы төмендейді. Бүркемелеу үшін қосылатын реагент бүркемелеуші зат немесе агент деп аталады. Олардың бір неше түрі бар:

1.Бөгет жасаушы компонентпен тұрақты комплекс түзетін реагент;

2.Бөгет жасаушы компоненттің тотығу дәрежесін өзгертетін реагент;

3.Бөгет жасаушы компонентті тұндыратын реагент;

4.нашар еритін гидроксид тұнбасын түздірмейтін реагент;

5.Ерекше беттік активті заттар (ПАВ).

Кейде бүркемелеу бірнеше әдіспен жүреді. Мысалы: элемент тотығу дәрежесін өзгертеді, одан кейін оны берік комплекске байланыстырады.

1.Сынамада анализге бөгет жасайтын компонент болса;

2.Анықталатын компонент сынамада әр текті таралса;

3.Анықталатын компонент концентрациясы әдістің анықтау шегінен төмен болса;

4.Сынама қымбат, улы, радиактивті болса.

Бөлу нәтижесінде компоненттер бір-бірінен механикалық немесе физикалық түрде бөлінетін әдіс.

Концентрациялау нәтижесінде микрокомпоненттердің концентрациясының макрокомпоненттер концентрациясының қатынасы артатын процесс.

Бөлу кезінде компоненттер концентрациясы жуық болу керек. Ал егер компоненттер концентрациясы алшақ болса, концентрлеу қажет болады.

Концентрлеудің 2 түрі болады:

1.Абсолюттік;

2.Салыстырмалы.

Абсолюттік концентрлеуде микрокомпоненттер аз көлемінде, яғни матрицаны азайтады.

Салыстырмалы концентрлеуде микро- және макрокомпоненттер концентрацияларының қатынасы артылады. Көбінесе матрица ауыстырылады.

Сонымен, жеке және топтық концентрлеу болады. Топтық концентрлеуде бірнеше компонент бірге бөлінеді. Ал жеке концентрлеуде сынамадан бір ғана компонент немесе компоненттер жеке-жеке бөлінеді.

Бөлу мен концентрлеудің теориялық негіздері және .... ұқсас әдістеріде бірдей.

Бөлу және концентрлеу әдістерін былай жіктейді:

1.Химиялық: тұндыру, қосарлана тұндыру, ұшыру;

2.Физикалық: қайта кристалдау, дистиляция, буландыру, зоналық балқыту;

3.Физико-химиялық: экстракция, хромотография, сорбция, ион алмасу.