ИК – спектроскопия в фармацевтическом анализе (стр. 1 )

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

Российского федерального агентства здравоохранения и социального развития

Фармацевтический факультет

__________________________

Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии

ИК - спектроскопия

в фармацевтическом анализе

Учебно–методическое пособие для студентов 5 курса
фармацевтического факультета

Нижний Новгород

2006

УДК 615.1

ИК–спектроскопия в фармацевтическом анализе: Учебно-методическое пособие для студентов 5 курса фармацевтического факультета. – Нижний Новгород: Изд-во Нижегородской государственной медицинской академии, 2006.

Учебно–методическое пособие составлено для студентов 5 курса фармацевтического факультета в соответствии с программой по фармацевтической химии (Москва, 2002 г.). В пособии рассмотрены общие теоретические положения инфракрасной (ИК) спектроскопии и методы установления подлинности, доброкачественности лекарственных средств.

Рекомендовано к изданию Центральным методическим советом Нижегородской государственной медицинской академии. Протокол № 3 от 28 ноября 2005 года.

Составители: , , .

Рецензент: профессор кафедры «Биотехнологии, физической и аналитической химии» Нижегородского государственного технического университета, д. х.н.

© ,

,

,

,

, 2006.

Содержание

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Теоретические положения метода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Лабораторная работа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Перечень приобретаемых навыков и умений. . . . . . . . . . . . . .25

Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

Приложение 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Приложение 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Введение

Явление взаимодействия веществ с ИК - излучением было открыто У. Эбни и И. Фестингом в 1861 г. В настоящие время ИК - спектрофотометрия стала одним из основных методов исследования веществ различной химической природы, в том число и лекарственных соединений.

Впервые метод стал фармакопейным с 1968 г (ГФ X), где он рекомендовался для контроля качества трех лекарственных веществ: фторотана, оксациллина и метициллина натриевых солей, а в разделе "Общие методы физико-химического, химического и биологического исследования" фармакопеи помещен материал, касающийся некоторых практических вопросов ИК-спектрофотометрии. Со времени выхода 10-го издания фармакопеи число препаратов, при исследовании которых рекомендуется метод, значительно выросло, что можно проследить на примере дополнений к фармакопее, издаваемых ежегодно, и отдельно выпускаемых фармакопейных статьях. Наряду с ультрафиолетовой ИК -спектрофотометрия включена во все современные фармакопеи. Так, Международная фармакопея (Женева, 1990 г) рекомендует этот метод практически в анализе половины описанных в ней лекарственных веществ. Получать ИК-спектры можно не только для субстанций, но и в ряде случаев для готовых препаратов. Для этого необходимо, чтобы вспомогательные вещества, входящие в состав препарата (например, таблеток), не подавляли спектр действующего вещества. Это условие обычно выполняется, если процентное содержание вспомогательных веществ не слишком велико - обычно менее 60—70%. ИК-спектрофотометрия является обязательным методом контроля веществ - стандартных образцов, кроме того, она в настоящее время включается в ФС на многие лекарственные вещества.

Метод используется в фармакопейном анализе для доказательства отличия лекарственных веществ близкого химического строения (одного ряда). Например, в ФС на эстоцин-препарат из группы эфиров арилалифатических кислот требуется, чтобы в ИК-спектре, снятом в вазелиновом масле, отсутствовала характеристическая полоса поглощения свободной гидроксильной группы в области 3300-3500 см-1 (отличие от амизила и метацина).

Примеси проявляются в появлении "лишних" полос, изменение формы, интенсивности и резкости отдельных полос.

Направления практического применения

ИК-спектрофотометрии в фармацевтическом анализе

ИК-спектрофотометрия используется:

¨  при установлении структуры новых БАВ получаемых путем химического синтеза или выделяемых из природных объектов (животное или растительное сырье, продукты жизнедеятельности микроорганизмов); изучении строения метаболитов;

¨  при испытании на подлинность лекарственных веществ;

определении доброкачественности лекарственных соединений;

¨  количественном анализе;

¨  контроле технологического процесса в промышленном производстве фармпрепаратов (полнота протекания).

Теоретические положения метода

ИК-спектрофотометрия - метод исследования веществ, основанный на поглощении ИК - излучения, в результате чего происходит усиление колебательных и вращательных движений молекул. Большее проявление имеют колебательные движения, поэтому ИК - спектры, называются колебательными (или молекулярными).

Атомы в молекулах никогда не находятся в состоянии покоя, а колеблются относительно каких-то средних положений, отчего расположение их относительно друг друга периодически изменяется. ИК-излучение усиливает эти колебания, при этом часть энергии излучения теряется. Фиксируется ослабление прошедшего ИК-излучения. (J)=J0-Jпотери как функция длины волны (так же, как в электронных спектрах).

Энергия, необходимая для возбуждения колебаний атомов в молекуле, соответствует энергии квантов света с длиной волны 1-15 мкм или волновым числом 400-4000 см-1, т. е. электромагнитному излучению средней инфракрасной области. Области примыкающие к ней называются ближней инфракрасной от 12500-4000 см-1 и дальней инфракрасной от 625-50 см-1. Слова ближний и дальний характеризуют близость к области видимого света.

Колебательные уровни молекул квантованы, энергия переходов между ними и, следовательно, частоты колебаний могут иметь только строго определенные значения. Поглощая квант света, молекула может переходить на более высокий колебательный уровень, обычно из основного колебательного состояния в возбужденное.

Поглощение инфракрасного излучения вызывают колебания связанные с изменением либо длин связи, либо углов между связями. Это означает, что в зависимости от частоты поглощенного излучения начинает периодически растягиваться определенная связь или искажаться определенный угол между связями.

Таким образом, основными типами колебаний являются так называемые валентные и деформационные колебания.

Колебания, заключающиеся в изменении длины связи между связанными атомами и не сопровождающиеся отклонением от межъядерной оси, называются валентными, т. о. валентными колебаниями называются колебания ядер атомов вдоль линии связи, они обозначаются буквой ν (ν С=С, ν С=О).

Валентные колебания располагаются в области больших частот 4000-1400 см-1, деформационные - в области низких < 1400 см-1. В зависимости от природы колебания подразделяются на скелетные (800-1500 см-1) и колебания групп (>1500 см-1).

Наряду с указанными основными в спектре наблюдаются обертоны, полосы резонансного взаимодействия, составные полосы, возникающие в результате взаимодействия полос поглощения отдельных атомов.

Колебательными спектрами обладают не все молекулы, а только те, у которых при колебании происходит изменение ее дипольного момента. Например, HCI, H2O, но не Cl2, N2, O2, и т. д.

Приближенной механической моделью валентных колебаний может служить система из двух шаров, связанных пружиной (шары изображают атомы, а пружина - химическую связь). При растяжении или сжатии пружины шары начнут колебаться вокруг положения равновесия, т. е. будет осуществляться гармоническое колебание, описываемое уравнением

, где

ν- частота колебания;

F - силовая постоянная; характеризующая прочность связи, или силу, возвращающую шары в положение равновесия;

mr - приведенная масса атомов, вычисляемая по формулам:

, где

m1 и m2 – массы атомов.

валентные колебания могут быть симметричными (νs ), если обе связи одновременно удлиняются или укорачиваются и пары атомов одновременно приближаются и отделяются;

и антисимметричными, если одна из связей укорачивается, а другая - удлиняется (νаs ), этом случае приближение и отдаление разных пар атомов происходит не одновременно

Частота антисимметричного колебания всегда выше, чем симметричного.

Следующим типом колебаний являются деформационные, которые связаны с изменением валентного угла, образованного связями у общего атома, т. е. колебания, при которых атомы смещаются с межъядерной оси, они обозначаются буквой δ.

Для возбуждения деформационных колебаний требуется меньшая энергия, чем в случае валентных колебаний и, следовательно, они имеют меньшую частоту. С увеличением числа атомов в молекуле число возможных колебаний быстро растет. В реальной молекуле колебания атомов тесно связаны друг с другом и взаимодействуют между собой.