Тема: Методы колебательной спектроскопии. ИК-спектроскопия

Тема: Методы колебательной спектроскопии. ИК-спектроскопия

Цель: формирование у магистрантов профессиональных,  научно-исследовательских компетенций по использованию основных современных физико-химических методов анализа для установления строения и идентификации лекарственных средств, решения прикладных задач в области создания новых лекарственных средств.

План:

Методы колебательной спектроскопии. ИК-спектроскопия. ИК - спектроскопия функциональных групп и характерных структурных фрагментов (положение и интенсивность полос поглощения фармакологически значимых функциональных групп). ИК-спектроскопия. Правила отбора, характеристичность колебаний. Теоретические основы понятия характеристичности. Колебательные спектры отдельных классов органических соединений. Спектральные проявления различных типов водородных связей. Применение метода ИК-спектроскопии в фармацевтическом анализе

  ИК-область спектра охватывает диапазон от 4000 до 625 см-1. Соседние области называются ближней ИК-областью (от 12500 до 4000 см-1) и дальней ИК-областью (от 625 до 50 см-1). Поглощение ИК-излучения молекулой вещества вызывает изменения длин связей и углов между связями. То есть, в зависимости от  частоты поглощенного излучения начинает периодически растягиваться определенная связь или искажаться определенный угол между связями.

  Колебания, заключающиеся в изменении длины связи между атомами, и не сопровождающиеся отклонениями атомов от межъядерной оси называются валентными.

  Колебания, при которых атомы смещаются  с межъядерной оси, то есть сопровождающиеся  изменением углов между связями, называются деформационными.

  Каждому типу связей и каждому виду колебаний соответствует определенная энергия. Значит, каждому колебанию соответствует определенная частота излучения н. Поэтому, зная, в какой области, при какой частоте происходит поглощение излучения данным веществом, можно сделать вывод о строении вещества. Часто  частоту заменяют пропорциональной ей величиной, обратной длиной волны. Единицей измерения в этом случае служит обратный сантиметр, см-1.

Принципиальная схема ИК-спектрометра.

Рис.1 Принципиальная схема ИК-спектрометра.

  Свет от источника излучен-1.ия с помощью двух зеркал делится на два одинаковых луча, один из которых проходит через кювету с образцом, а второй проходит через кювету с раствором сравнения. Затем каждый луч проходит через монохроматор, который позволяет выделять излучение строго определенной частоты, и попадает на детектор, где энергия излучения преобразуется в электрический ток.

  Обычно рассматривается область от 600 до 4000 см-1.

Расшифровка ИК-спектра.

Рис.2. ИК-спектр ацетона.

  ИК-спектр записывается в виде кривой. На рисунке 2 приведен спектр ацетона. Расшифровка спектра заключается в поиске в спектре полос поглощения в виде пиков, характерных для данного соединения.

Характеристические частоты поглощения в ИК-области

Связь	Соединение	Частота, см-1	Интенсивность и характер полосы
- NH2	Алканы Алкены и арены Алкины Алканы (Обычно валентные колебания С-С связи не используются для идентификации) Алкены Алкины Нитрилы Спирты Простые эфиры Карбоновые кислоты Сложные эфиры Альдегиды Кетоны Карбоновые кислоты Сложные эфиры Спирты Фенолы Амины Амины	2850-2960 3010-3100 3300 600-1500 1620-1680 2100-2260 2200-2300 1000-1300 1720-1740 1720-1740 1705-1725 1700-1750 3950-3650 3300-3500 3300-3500	Сильная Средняя Сильная Слабая Переменная Переменная Переменная Сильная Сильная Сильная Сильная Переменная Средняя Средняя

  ИК-спектры очень специфичны. Они  также индивидуальны для каждого соединения, как отпечатки пальцев человека. Не случайно  область от 625 до 1250 см-1 называют областью отпечатков пальцев. При расшифровке ИК-спектра или его сравнения с литературным учитывается не только расположение полос поглощения в спектре, но и форма пика и его интенсивность.

  ИК-спектроскопия часто используется и для количественного анализа соединений. В этом случае в спектре выбирается полоса поглощения достаточной интенсивности, предварительно снимаются ИК-спектры растворов вещества определенной концентрации, строится градуировочная кривая.

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 про-изводстве фармпрепаратов (полнота протекания).

ФТОРХИНОЛОНЫ ЦИПРОФЛОКСАЦИН, ЛЕВОФЛОКСАЦИН

Субстанция. В агатовой ступке растирают 15 мг лекарствен-ного вещества с 1 каплей вазелинового масла до получения од-нородной пасты. Часть полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и получают ИК-спектр образца. Таблетки. В агатовой ступке растирают навеску измельчен-ной таблетки, содержащую 5 мг действующего вещества, с 1 ка-плей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и получают ИК-спектр образца.

Инфракрасный спектр испытуемого образца должен иметь полное совпадение полос поглощения с полосами поглощения прилагаемого спектра сравнения по положению и относительным интенсивностям.

ОФЛОКСАЦИН, СПАРФЛОКСАЦИН

Субстанция. В агатовой ступке растирают 15 мг лекарственного вещества с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и получают ИК-спектр образца.

Таблетки. В агатовой ступке растирают навеску измельченной таблетки, содержащую 5 мг действующего вещества, с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и получают ИК-спектр образца.

Инфракрасный спектр испытуемого образца должен иметь полное совпадение полос поглощения с полосами поглощения прилагаемого спектра сравнения по положению и относительным интенсивностям.

ПЕФЛОКСАЦИН, НОРФЛОКСАЦИН,

ЛОМЕФЛОКСАЦИН, МОКСИФЛОКСАЦИН.

Субстанция. В агатовой ступке растирают 15 мг лекарственного вещества с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и получают ИК-спектр образца.

Таблетки. В агатовой ступке растирают навеску измельченной таблетки, содержащую 5 мг действующего вещества, с 1 каплей вазелинового масла до получения однородной пасты. Часть полученной пасты на кончике стеклянной палочки помещают между двумя пластинами из калия бромида и получают ИК-спектр образца.

Инфракрасный спектр испытуемого образца должен иметь полное совпадение полос поглощения с полосами поглощения прилагаемого спектра сравнения по положению и относительныминтенсивностям.

4. Иллюстративный материал: слайды, таблицы

ордон, Р. Форд. Спутник химика. М.: Мир, 2010. Э. Преч, Ф. Бюльманн, К. Аффольтер. Определение строения органических соединений. М.: Мир, 2006. Альманах компании Bruker. 2010. , , Белорукова методы исследования неорганическихвеществ. М.: «Академия/Academia», 2006 г. - 400 с. птическая спектроскопия для химиков и биологов. М.: Техносфера, 2007 .- 367 с. пектроскопия М.: Техносфера, 2009 .- 527 с.

6. Контрольные вопросы (обратная связь)

ИК-спектроскопия. Правила отбора, характеристичность колебаний. Теоретические основы понятия характеристичности. Колебательные спектры отдельных классов органических соединений. Спектральные проявления различных типов водородных связей. Применение метода ИК-спектроскопии в фармацевтическом анализе (подлинность, определение примесей, идентификация продуктов разложения и метаболитов, выявление фальсифицированных лекарственных веществ). Обработка спектральной информации по представленным ИК-спектрам.