М-фенилендиамин как реагент - азосоставляющая для спектрофотометри-ческого определения прокаина Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

А.И.Жебентяев, Е.С.Гуринова

М-ФЕНИЛЕНДИАМИН КАК РЕАГЕНТ - АЗОСОСТАВЛЯЮЩАЯ ДЛЯ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОКАИНА

Витебский государственный медицинский университет

Исследован новый реагент как азосоставляющая для спектрофотометрического определения прокаина. Процедура определения основывается на диазотировании прокаина и последующем азосочетании с м-фенилендиамином в водном растворе. Определены оптимальные условия образования окрашенного продукта (рН = 2,4—3,1; время азосочетания 30 мин). Установлена оптимальная концентрация реагента — азосоставляющей (м-фенилендиамина), соответствующая максимальному выходу азокрасителя (4-105 моль/л). Изучены химико-

аналитические характеристики образующегося азосоединения: длина волны ^тах = 450-460 нм, кажущийся молярный коэффициент поглощения етах = 4,25-104. В области концентраций прокаина 0,16— 5,10 мкг/мл растворы, содержащие азокраситель, подчиняются основному закону светопоглощения. Стехиометрическое соотношение реагирующих компонентов в реакции азосочетания определено методами спектрофотометрического анализа - молярных отношений (насыщения), прямой линии (Асмуса). Результаты указывают, что диазоти-рованный прокаин и м-фенилендиамин образуют азосоединение в соотношении 1:1. На основании полученных результатов и, учитывая литературные данные по состоянию реагирующих веществ в условиях образования окрашенного продукта, обсуждено наиболее вероятное строение образующегося азосоединения. Уравнение прямой, соответствующей прямолинейному участку градуировочного графика, имеет вид А = 0,157х.

ВВЕДЕНИЕ

Фотометрические определения лекарственных соединений - первичных ароматических аминов, основанные на реакции диазотирования и последующем азосочетании, характеризуются высокой

чувствительностью. Одно из лекарственных веществ, в структуре которого присутствует первичная ароматическая аминогруппа - прокаин, используемый как местноанестезирующее средство. Для определения подлинности первичных ароматических аминов ГФ-Х1 рекомендует реакцию диазотирования с последующим азосочетанием с Р-нафтолом [1]. Для количественного определения прокаина согласно ГФ-Х используют метод нитритометрии, основанный на реакции диазотирования с внутренними индикаторами нейтральным красным или тропеолином 00 в смеси с метиленовым синим [2]. Известны методики фотометрических определений прокаина как диазосоставляющей по реакции предварительного диазотирования и азосочетания с фенолами: тимолом, 8-

оксихинолином и ароматическими аминами: 1-нафтиламином, К-(1-нафтил) эти-

лендиамином, нафтионовой кислотой [3], характеризующиеся достаточно высокой чувствительностью. Так, молярный коэффициент поглощения продукта азосочетания с а-нафтолом 8тах = 25000, с Р-нафтолом 8тах = 21800, с N-(1-

нафтил)этилендиамином 8тах = 27000 для диазотированной сульфаниловой кислоты

[4].

Положение максимума (Хтах) в спектре азосоединения и величина молярного коэффициента поглощения зависят от строения азосоставляющей. Согласно теории цветности [5], одним из способов углубления цвета (увеличения 8тах) и чувствительности определения является увеличение электронодонорности заместителей и количества электродонорных заместителей в м-положении друг к другу, в котором возможно их согласованное влияние на смещение электронов в сопряженной сис-

теме в сторону электроноакцепторного заместителя в остатке прокаина (диазосоставляющей). С другой стороны, реакция азосочетания протекает по механизму электрофильного замещения в ароматическом ядре. При этом согласованное влияние ЭД заместителей в м-положении друг к другу повышает активность азосоставляющей как ароматического субстрата в реакции азосочетания с диазосоставляющей электрофильным реагентом. Поэтому выход азосоединения и скорость реакции азосочетания увеличиваются.

Перечисленным условиям удовлетворяет строение 3-аминофенола и м-фенилендиамина. Разработаны чувствительные методики определения нимесули-да после предварительного восстановления нитрогруппы и ряда сульфаниламидов, таких как дапсон (диафенилсульфон), суль-фатиазол (норсульфазол), сульфадиазин (сульфазин), сульфацетамид, сульфаме-токсазол, сульфамеразин, сульфагуанидин (сульгин), сульфадимидин (сульфадимезин) по реакции диазотирования и последующего азосочетания с 3-аминофенолом [6,7]. М-фенилендиамин используют как активную, азосоставляющую для получения азокрасителей для окрашивания тканей [5]. Описана методика фотометрического определения м-фенилендиамина в анилине по реакции с диазотированным анилином (Хщах = 460 нм) [3]. Разработана методика титриметрического определения ароматических аминов, в том числе м-фенилендиамина, по реакции их азосочетания с хлоридами п-толуол- и м-нитробензолдиазония [4]. В работе [8] изучено диагностическое средство, относящееся к группе азокрасителей и по химическому строению представляющее 2,4-диамино-4'-этоксиазобензол. Данное соединение может быть получено с использованием м-фенилендиамина как азосоставляющей по реакции азосочетания. Предельная чувствительность поглощения его растворов составляет 0,5мкг/мл (рН = 2) и 0,5-1 мкг/мл (рН = 8). Однако использование м-фенилендиамина как азосоставляющей - реагента для фотометрического определения лекарственных веществ с

первичной ароматической аминогруппой в изученной литературе не описано.

Целью настоящей работы является определение оптимальных условий образования и выхода окрашенного продукта в реакции азосочетания диазотированного прокаина с м-фенилендиамином и изучение его основных химико-аналитических свойств.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использовали прокаин фармакопейной чистоты, м-

фенилендиамин сернокислый квалификации х. ч. Для исследований готовили их водные растворы нужной концентрации. Для переведения прокаина в диазосоединение использовали 2 М НС1 и 0,1% раствор №а№02. Избыток азотистой кислоты удаляли 4 М раствором мочевины. Диазотирование и азосочетание проводили при комнатной температуре в мерных колбах вместимостью 25 мл. Нужное значение рН среды для исследования влияния кислотности на выход азосоединения создавали

0,1 М №а0Н.

Оптическую плотность окрашенных растворов азосоединений измеряли с помощью спектрофотометра СФ-46 в кюветах с толщиной поглощающего слоя 1 см относительно воды очищенной. Значения рН растворов контролировали с помощью иономера лабораторного И-160, в качестве индикаторного использовали стеклянный электрод.

Стехиометрическое соотношение компонентов в реакции азосочетания диа-зотированного прокаина и м-фенилендиамина определяли методами насыщения, прямой линии (Асмуса) [9].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Спектр поглощения продукта реакции азосочетания диазотированного прокаина и м-фенилендиамина имеет максимум при 450-460 нм (рис. 1).

Рис. 1. Спектр поглощения раствора азокрасителя

Спрокаина=0,02'10 моль/л, См-фенилендиамина=0,2'10 моль/л.

На скорость достижения максимального значения оптической плотности раствора и выход образуемого азосоединения оказывает влияние рН среды. На рис. 2 приведена зависимость оптической плотности растворов продукта реакции азосо-

четания диазотированного прокаина с м-фенилендиамином сульфатом от рН, а на рис. 3,4 - от времени выполнения реакции азосочетания при разных значениях рН от 1,65 до 2,61.

Рис. 2. Зависимость оптической плотности растворов, содержащих прокаин и м-фенилендиамин, от рН

^тах 460 нм, Спрокаина“

а 0,°2'10 моль/л, См-фенилендиамина 0,2‘10 моль/л.

время, мин

Рис. 3. Реакция диазотированного прокаина с м-фенилендиамина сульфатом

^шах=460 нм, Спрокаина=0,02'10 м°ль/л, См-фенилендиамина=0,2'10 моль/л.

Рис. 4. Реакция диазотированного прокаина с м-фенилендиамина сульфатом

ах 460 нм, Спрокаина

а 0,02‘10 моль/л, См-фенилендиамина °,2‘10 моль/л.

Оптимальное значение рН составляет 2,24-3,1. В этом диапазоне оптическая плотность максимальна через 30 минут после начала стадии азосочетания и через 10 минут - при рН 2,4-3,1. При снижении рН замедляется скорость азосочетания и оптическая плотность достигает максималь-

ного значения через 4 часа при рН 1,66 (Атах = 0,940), и через 2 часа при рН = 1,8 (Атах = 0,930) (рис. 3). При повышении рН до близкой к нейтральной (рН=5; 6,5) и далее щелочной среды (рН=9,9; 10,5)

уменьшается интенсивность максимума при 450-460 нм, соответствующего азосое-

динению, и увеличивается интенсивность максимума при 280-290 нм, соответствующего исходному прокаину (в соответствии с данными [10] Хтах = 279 нм для прокаина в водном растворе) (рис. 1). Таким образом, при повышении рН уменьшается выход окрашенного продукта реакции азосочетания.

Влияние рН на скорость и выход продукта реакции азосочетания можно объяснить следующим образом. В качестве азосоставляющей использовали раствор м-фенилендиамина сульфата, в котором м-фенилендиамин находился в форме катиона аммония. Нужное значение рН создавали нейтрализацией солянокислого раствора 0,1 М раствором №а0Н. При достижении рН, близкой к нейтральной и щелочной, часть щелочи расходовалась на превращение катионной формы м-

фенилендиамина в свободное основание. В итоговом растворе устанавливалось равновесие, во-первых, между протонированной формой м-фенилендиамина и формой сво-

бодного амина и, во-вторых, между формами диазотированного прокаина - катионом диазония и диазотат-анионом. При понижении рН до 1,8 и 1,66 снижается скорость реакции азосочетания, так как увеличивается превращение реакционноспособной формы свободного амина в нереакционноспособный протонированный аммониевый катион (рКВН+ = 4,98 для м-фенилендиамина). При повышении рН выше 3,1 выход окрашенного продукта снижается, так как уменьшается концентрация реакционноспособной формы диа-зотированного прокаина-катиона диазо-ния, который в сильнощелочной среде полностью превращается в нереакционноспособный диазотат-анион [11].

Стехиометрическое соотношение диазотированного прокаина и м-

фенилендиамина, определенное по методу насыщения (рис. 5,6) и методу прямой линии (Асмуса), составило 1:1.

С(прокаина) / С(м-фенилендиамина)

Рис. 5. Кривая насыщения в реакции диазотированного прокаина с м-фенилендиамина

сульфатом Хтах=460 нм; См-фенилендиамина=0,02'10 моль/л.

С(м-фенилендиамина) / С(прокаина)

Рис. 6. Кривая насыщения в реакции диазотированного прокаина с м-фенилендиамина сульфатом Хшах=460 нм; Спрокаина:

,=0,02-10'3 моль/л.

На основании полученных экспериментальных данных можно предположить

строение продукта реакции азосочетания (1):

№

№

2

©

КИ2

о

-с

\ © о-сн2-сн2-кн

сі

КН2 !№-НК-

лл

с2н5

о

с

©

н

,с2Н5 ©

\ © /

о-сн2-сн2-кн

№

©

сі

с2н5

(1)

В кислой среде возможно образование протонированной формы азосоединения.

Величину кажущегося молярного коэффициента светопоглощения рассчитывали как угловой коэффициент прямолинейной зависимости светопоглощения растворов азосоединения от молярной концентрации прокаина при достаточном избытке реагента (єшах = 4,25-104).

Определена оптимальная концентрация азосоставляющей м-

фенилендиамина сульфата в растворе 4-10' 5 моль/л, соответствующая максимальному выходу азокрасителя. При исследовании зависимости оптической плотности раствора азосоединения от концентрации прокаина (рис. 7) и установлено, что растворы азосоединения подчиняются основному закону светопоглощения в пределах концентраций прокаина 0,16 - 5,10 мкг/мл.

С(прокаин), мкг/мл

Рис. 7. Градуировочный график; См-фенилендиамина=0,04-!0'3 моль/л.

По методу наименьших квадратов выполнена математическая обработка градуировочного графика. Уравнение прямой, соответствующей прямолинейному участку градуировочного графика, имеет вид А = 0,І57х.

ВЫВОДЫ

1. Исследован м-фенилендиамин как реагент (азосоставляющая) для спектрофотометрического определения прокаина по реакции диазотирования с последующим азосочетанием.

2. Определены оптимальные условия выполнения и спектральные характеристики продукта реакции азосочетания диазотированного прокаина с м-фенилендиамином сульфатом (рН=2,4-З,І; Xmax = 450-460 нм; є = 4,25 • І04).

SUMMARY

A.I. Zhebentyaev, A.S. Hurynava. !,3-PHENYLENEDIAMINE AS A

COUPLING AGENT FOR THE SPECTROPHOTOMETRIC DETERMINATION OF PROCAINE. Novel coupling reagent for the spectropho-tometric determination of procaine hydrochloride was examined. The procedure of deter-

mination is based on the diazotization of procaine HCl, followed by coupling with 1,3-phenylenediamine in aqueous medium. The optimal conditions of the colored azo product formation were defined. They are pH = 2,4 -3,1; the time of diazo coupling is 30 min. The optimal concentration of coupling reagent (1,3-phenylenediamine), corresponding to a maximum yield of azo dye, was established; it is 4-10"5 mol/l. The main chemico-analytical properties of received azo compound were studied. They are wavelength (Xmax) of 450460 hm, apparent molar absorptivity (smax) of 4,25-104 in a maximum absorption. Beer's law for azo dye containing solutions is obeyed in the concentration range of 0,16 - 5,10 ^g/ml of procaine HCl. Stoichiometric ratio of reacting components in diazo coupling reaction was investigated by applying the spec-trophotometric analysis methods, such as the molar ratio and straight line (Asmus). The results indicated that diazotized procaine HCl and 1,3-phenylenediamine form 1:1 azo compound. Based on the received results and taking account in the literature data of reacting substances state in conditions of colored product formation, the most plausible structure of formed aso product was discussed. The equation of a straight line, corresponding

to a straight part of the calibration curve, is А

= 0,І57х.

ЛИТЕРАТУРА

1. Государственная фармакопея СССР. ІІ-е изд.: в 2 выпусках / Э.А. Бабаян, М. Д. Машковский [и др.]. - М.: Медицина, І987-І990. Вып. І: Общие методы анализа / Э.А. Бабаян [и др.] - І987.

- 333 с.

2. Государственная фармакопея СССР. І0-е изд. / М. Д. Машковский (гл. ред.) [и др.] - М.: Медицина, І968. - І079 с.

3. Коренман, И.М. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. / И.М.Коренман. - 2е изд., пер. и доп.- М.: Химия, І975.— 350 с.

4. Сиггиа, С. Количественный органический анализ по функциональным группам / С. Сиггиа, Дж. Г. Хана. - М.: Химия, І98З. - 67І с.

5. Степанов, Б. И. Введение в химию и технологию органических красителей: Учеб.для вузов / Б.И. Степанов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, І984.-592 с.

6. Nagaraja, P. 3-Aminophenol as a novel coupling agent for the spectrophotometric determinathion of sulfonamide derivatives / P. Nagaraja, H.S. Yathirajan, C.R. Raju, R.A. Vasantha, M.S. Hemantha Kumar // Farmaco Societa chimica italiana. - 2003.

- Vol. 58, № І2. - P. І295-ІЗ00.

7. Nagaraja, P. Novel coupling reagents for the sensitive spectrophotometric determination of nimesulide in pharmaceutical preparations / P. Nagaraja, H.S. Yathirajan, H.R. Arunrumar, R.A. Vasantha. // Journal of pharmaceutical and biomedical analysis. - 2002. - Vol 20, 29, № І, 2. -P. 277-282.

8. Шаповалов, В.В. Квалифицирование режима контроля и судебнофармацевтического скрининга диагно-

стического средства / В.В. Шаповалов,

В.А. Шаповалова, Н.М. Халин [и др.] // Сучасш проблеми токсикологи. - 2003.

- № 3.

9. Булатов, М.И. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа / М.И. Булатов, И.П. Калинкин.

- 5-е изд., перераб.-Л: Химия, 1986. -432 с.

10. Moffat, A.C. Clark’s isolation and identification of drugs in pharmaceuticals / A.C. Moffat. - Second Edition. - London: Tne pharmaceutical press, 1986. - Р. 1684.

11 . Сайкс, П. Механизмы реакций в органической химии / П. Сайкс. 4-е изд. -пер. с англ. под ред. В.Ф. Травеня. -М.: Химия, 1991. - 448 с.

Поступила 2.02.2007 г.