Reactie 1 
Farmaceutische Analyse
De reactie van Malaprade wordt veel bij suikers en polyolen toegepast. Deze hebben geen groepen die chemisch gezien erg actief zijn. De reactie van malaprade is een manier om ze toch via een absolute methode redelijk specifiek te bepalen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het feit dat de binding tussen twee koolstofatomen welke beide een alcoholgroep bevatten geoxideerd kunnen worden door de redelijk zwakke oxidator perjodaat.
Reactieverloop:
Stap 1: splitsing van de C-C binding tussen twee vicinale alcoholen.
Stap 2: splitsing van de C-C binding van het ontstane hydroxyethanal (alcohol- en aldehydegroep naast elkaar)
Reactie 2
Toelichting
Het gehalte van het meerwaardige alcohol is nu op vier manieren te bepalen:
Terugtitratie van gebruikte perjodaat, dit wordt gedaan bij de gehaltebepaling van mannitol, sorbitol en xylitol.- Manier 1:
Dissolve 0.400 g in water R and dilute to 100.0 ml with the same solvent. To 10.0 ml of the solution add 20.0 ml of a 21.4 g/l solution of sodium periodate R and 2 ml of dilute sulphuric acid R and heat on a water-bath for exactly 15 min. Cool and add 3 g of sodium hydrogen carbonate R a little at a time and 25.0 ml of 0.1 M sodium arsenite. Mix. Add 5 ml of a 200 g/l solution of potassium iodide R and allow to stand for 15 min. Titrate with 0.05 M iodine until the first trace of yellow colour appears. Carry out a blank titration.
Tijdens de eerste 15 minuten zullen reactie 1 en 2 plaatsvinden, totdat al het aanwezige sorbitol weggereageerd is tot formaldehyde en mierenzuur. Hierdoor wordt het perjodaat omgezet in jodaat volgens reactie 3.
IO4- + 2 H+ + 2 e - IO3- + H2O
Reactie 3
De pH wordt vervolgens met natriumwaterstofcarbonaat op pH 6,4 gebracht. De overmaat perjodaat wordt vervolgens met jodide omgezet in jodaat, het jodide wordt hierbij omgezet in jood (zie reactie 4). De pH van 6,4 is hierbij van belang omdat bij deze pH het perjodaat wel jodide oxideert, terwijl jodaat dit niet doet.
IO4- + 2 H+ + 2 e - IO3- + H2O
2 I- - I2 + 2 eReactie 4
Vervolgens wordt het ontstane jodium gereduceerd tot jodide met een overmaat arseniet.
AsO33- + H2O - AsO43- + 2 H+ + 2 e
I2 + 2 e - 2 I-Reactie 5
De overmaat arseniet wordt tenslotte teruggetitreerd met jood (ook volgens reactie 5).
Grafisch ziet dit er als volgt uit:
Als nu de hoeveelheid Jood van de blanco afgetrokken wordt van de hoeveelheid Jood van de monsterbepaling, valt de hoeveelheid Jood van de blanco precies weg tegen het rechter gedeelte van de hoeveelheid Jood van de titratie. De linker hoeveelheid blijft dan over, zoals men kan zien is deze gelijk aan de hoeveelheid stof dat is toegevoegd (hierbij dient natuurlijk wel rekening gehouden te worden met de de reactiefactoren).
Tabel 1:Reactieschema voor de bepaling van bijv. Sorbitol
|
|
aantal mol. |
hoeveeheid electronen in "mol" |
|
stof met n vicinaal alcoholgroepen |
Y |
2 . ( n - 1 ) . Y |
|
perjodaat |
A |
- 2 . A |
|
arseniet |
B |
2 . B |
|
jodium bepaling |
XO |
- 2 . XO |
|
jodium blanco |
XB |
- 2 . XB |
|
Voor de bepaling geldt: |
2 . ( n - 1 ) . Y + 2 . B = 2 . A + 2 . XO |
|
Voor de blanco geldt: |
2 . B = 2 . A + 2 . XB |
|
Combinatie van de vergelijkingen |
2 . ( n - 1 ) . Y = 2 . XO - 2 . XB |
|
Dus: |
Y = (XO - XB ) / (n - 1 ) |
Directe titratie van het ontstane mierenzuur met loog, dit wordt gedaan bij de gehaltebepaling van glycerol.- Manier 2:
Thoroughly mix 0.1000 g with 45 ml of water R. Add 25.0 ml of a 21.4 g/l solution of sodium periodate R. Allow to stand protected from light for 15 min. Add 5.0 ml of a 500 g/l solution of ethylene glycol R and allow to stand protected from light for 20 min. Using 0.5 ml of phenolphthalein solution R as indicator, titrate with 0.1 M sodium hydroxide. Carry out a blank titration.
Het glycerol wordt door het perjodaat geoxideerd tot formaldehyde en mierenzuur.
In deelreacties uitgeschreven verloopt de reactie als volgt:
IO4-+ 2 H+ + 2 e- - IO3- + H2O
C3H8O3 + H2O - 2 CH2O + HCOOH + 4 H+ + 4 e-
Combinatie van deze deelreacties levert:
2 IO4- + C3H8O3 = 2 IO3- + H2O + 2 CH2O + HCOOH Reactie 6
De protonen die bij de eerste deelreactie verbruikt worden komen bij de tweede deelreactie vrij.
Het glycerol kan hierbij bepaald worden door het ontstane mierenzuur te titreren.
De overmaat perjodaat wordt na de voorgeschreven reactierijd met behulp van ethyleenglycol worden weggenomen.
IO4-+ 2H+ + 2 e- - IO3- + H2O
C2H6O2 - 2 CH2O + 2 H+ + 2 e-
Combinatie van de deelreacties levert:
IO4- + C2H6O2 - IO3- + H2O + 2 CH2O Reactie 7
De overmaat perjodaat wordt onschadelijk gemaakt zodat het bij de verdere titratie van het mierenzuur niet stoort. Door de reactie met ethyleenglycol wordt geen extra mierenzuur gevormd, het stoort de gehaltebepaling dus niet..
Hierbij wordt het overgebleven Jood direct met arseniet getitreerd. Dit wordt uitgevoerd bij de gehaltebepaling van fosfomycine natrium.- Manier 3:
Into a stoppered-glass flask, dissolve 0.120 g of the substance to be examined in 20.0 ml of 0.1 M sodium periodate. Add 5 ml of a 50 per cent V/V solution of perchloric acid R and shake. Heat on a water-bath at 37 °C for 105 min. Add 50 ml of water R and immediately adjust to pH 6.4 with a saturated solution of sodium hydrogen carbonate R. Add 10 ml of a freshly prepared 400 g/l solution of potassium iodide R, close and allow to stand for 2 min. Titrate with 0.1 M sodium arsenite until the yellow colour almost disappears. Add 2 ml of starch solution R and titrate slowly until the colour is completely discharged. Carry out a blank test under the same conditions.
De te bepalen stoffen worden in zuur milieu geoxideerd.
IO4- + 2 H+ + 2 e - IO3- + H2O Reactie 8
De pH wordt vervolgens met kaliumwaterstofcarbonaat op pH 6,4 gebracht.
De overmaat perjodaat wordt vervolgens met jodide omgezet in jodaat.
De pH van 6,4 is hierbij van belang omdat bij deze pH het perjodaat wel jodide oxideert, terwijl jodaat dit niet doet.
IO4- + 2 H+ + 2 e - IO3- + H2O
2 I- - I2 + 2 e Reactie 9
Het ontstane jodium wordt bij deze variant direct met arseniet bepaald.
AsO33- + H2O - AsO43- + 2 H+ + 2 e
I2 + 2 e - 2 I- Reactie 10
De gehalteberekening gaat nu als volgt:
Tabel 2:Reactieschema voor de bepaling van fosfomycine natrium
|
|
aantal mol. |
hoeveeheid electronen in "mol" |
|
stof met n vicinaal alcoholgroepen |
Y |
2 . ( n - 1 ) . Y |
|
perjodaat |
A |
- 2 . A |
|
arseniet bepaling |
XO |
2 . XO |
|
arseniet blanco |
XB |
2 . XB |
|
Voor de bepaling geldt: |
2 . ( n - 1 ) . Y + 2 . XO = 2 . A |
|
Voor de blanco geldt: |
2 . XB = 2 . A |
|
Combinatie van de vergelijkingen |
2 . ( n - 1 ) . Y = 2 . XB - 2 . XO |
|
Dus: |
Y = (XB - XO ) / (n - 1 ) |
Manier 4: wordt bij het zuiverheidsonderzoek en de gehaltebepaling van glycerylmonostearaat gebruikt.
De te bepalen stof wordt in zuur milieu geoxideerd (volgens reactie 8):
Vervolgens worden zowel het ontstane jodaat als de overmaat perjodaat met jodide omgezet in jodiumdat vervolgens met thiosulfaat getitreerd wordt.
2 IO4- + 16 H+ + 14 e - I2 + 8H2O
2 IO3- + 12 H+ + 10 e - I2 + 6H2O
2 I- - I2 + 2 e
Combinatie van deze reacties levert
IO4- + 8 H+ + 7 I- - 4 I2 + 4 H2O
IO3- + 6 H+ + 5 I- - 3 I2 + 3 H2O
Reactie 11
Het ontstane jodium wordt bij deze variant met thiosulfaat bepaald.
I2 + 2 e-- 2 I-
2 S2O32- - S4O62- + 2 e
Combinatie van deze reacties levert
I2 + 2 S2O32- - 2 I- + S4O62-
Reactie 12
Tabel 3:Reactieschema voor de bepaling van glycerylmonostearaat
|
|
aantal mol. |
hoeveeheid electronen in "mol" |
|
stof met n vicinaal alcoholgroepen |
Y |
2 . ( n - 1 ) . Y |
|
perjodaat |
A |
- 8 . A |
|
thiosulfaat bepaling |
XO |
XO |
|
thiosulfaat blanco |
XB |
XB |
Bij de reactie van de titreren stof neemt het perjodaat per mol 2 electronen op en gaat hierbij over in jodaat.
Na toevoegen van kaliumjodide neemt het kaliumjodaat nog 5 electronen op onder de vorming van jodium. Bij de omzetting van jodium naar jodide wordt voor iedere jodide nog 1 electron opgenomen. Het totaal aan opgenomen electronen per mol perjodaat bedraagd dus 8.
Bij deze varient zijn de titercijfers van de blanco en de bekende veel hoger dan bij variant 2 en 3 (voor de blanco 4x zo hoog !!).
Deze methodiek is daardoor minder nauwkeurig.
De berekening gaat als volgt:
|
Voor de bepaling geldt: |
2 . ( n - 1 ) . Y + XO = 8 . A |
|
Voor de blanco geldt: |
XB = 8 . A |
|
Combinatie van de vergelijkingen levert: |
2 . ( n - 1 ) . Y = XB - XO |
|
Dus |
Y = (XB - XO ) /2. (n - 1 ) |
Voor de berekening zijn dus alleen de ml en de titer van het thiosulfaat van belang.
Deze reactie wordt toegepast om het gehalte van fenol te bepalen, bijv. fenol, rescorcinol en chloorcresol. Deze reactie is gebaseerd op het feit dat de ortho- en paraposities (ten opzichte van de OH) van een benzeenring negatief geladen (en dus reactiever) zijn.
Een positief geladen broom-atoom zal nu via een necleofiele substitutie op de ortho en paraplaatsen de waterstoffen vervangen, waardoor 2,4,6-tribroomfenol zal ontstaan. Het H+ wat de ring verlaten heeft vormt samen met Br- HBr. Voor fenol zal deze reactie dus 3 (broom) op 1 (fenol) verlopen. Bij chloorcresol zal dit natuurlijk niet het geval zijn, hier is immers de paraplaats al bezet door het chlooratoom. Chloorcresol zal dus ook maar 2 op 1 reageren.
De gehaltebepaling van fenol wordt als volgt uitgevoerd:
Dissolve 2.000 g in water R and dilute to 1000.0 ml with the same solvent. Transfer 25.0 ml of the solution to a ground-glass-stoppered flask and add 50.0 ml of 0.0167 M bromide-bromate and 5 ml of hydrochloric acid R, close the flask, allow to stand with occasional swirling for 30 min and then allow to stand for a further 15 min. Add 5 ml of a 200 g/l solution of potassium iodide R, shake and titrate with 0.1 M sodium thiosulphate until a faint yellow colour remains. Add 0.5 ml of starch solution R and 10 ml of chloroform R and continue the titration with vigorous shaking. Carry out a blank titration.
Stap 1:
Het bromide-bromaat vormt in zuur milieu Broom (zie reactie 5)
6 H+ + 5 Br- + BrO3- - 3 Br2 + 3 H2OReactie 5
Stap 2:
Het broom reageert met het fenol.
Reactie 6
Stap 3:
Er wordt kaliumiodide toegevoegd (doe dit met een kraag erlenmeyer om het verlies aan (gasvormig) broom te beperken). De overmaat Broom reageert met iodide tot Jood.
Stap 4:
Het jood wordt teruggetitreerd met thiosulfaat.
Hieronder volgt de algemene rekenmethode voor de reactie van Koppeschaar:
|
|
aantal mol |
hoeveelheid electronen in "mol" |
|
te bepalen stof (n-voudige substitutie) |
Y |
2 . n . Y |
|
bromaat |
A |
- 6 . A |
|
thiosulfaat bepaling |
XO |
XO |
|
thiosulfaat blanco |
XB |
XB |
|
- Voor de bepaling geldt |
2 . n . Y + XO = 6 . A |
|
- Voor de blanco geldt: |
XB = 6 . A |
|
- Combinatie van de vergelijkingen levert: |
2 . n . Y = XB - XO |
|
- Dus: |
Y = ( XB - XO ) / 2 . n |
Voor de berekening zijn dus alleen de ml en de titer van het thiosulfaat van belang.
(In feite is de blanco een titerstelling van het gebruikte bromaat)
De bekendste complexvormer voor de kwantitatieve bepaling van metaalionen is EDTA. Dit molecuul is in staat om zeer sterke complexen met metaalionen te vormen. Als deze complexvorming volledig aflopend is kan dit gebruikt worden als gehaltebepaling.
Principe:
EDTA staat voor EthyleenDiamineTetraAzijnzuur. Als alle vier de zure groepen gedeprotoneerd zijn kunnen zeer stabiele complexen met een metaalion gevormd worden. Er zijn dan namelijk 6 vrije electronenparen ,twee van de stikstoffen en 4 van de gedeprotoneerde zuurstoffen. Een metaalion kan nu als electronenacceptor deze zes vrije electronenparen binden. Het ontstane chelaat (complex van metaalion met meerdere ligandatomen uit 1 molecuul) is juist door deze zes-omringing zeer stabiel. Het EDTA vormt dus altijd met 1 metaalion een complex.
Het gebruik van de pH-afhankelijkheid
Omdat EDTA alleen in de volledig gedeprotoneerde vorm complexen kan vormen is de pH dus van groot belang. Bij hele hoge pH (vanaf 12) zullen vrijwel alle moleculen EDTA gedeprotoneerd zijn. Bij deze pH is het complexerend vermogen dus maximaal. Hoe lager de pH wordt hoe moeilijker complexen gevormd worden. Deze eigenschap van het EDTA kan juist gebruikt worden om de titratie specifieker te maken. Niet alle metaalionen vormen namelijk even goed een complex met het EDTA. Een ion dat juist erg goed een complex vormt (bijv Bi3+) kan bij zeer lage pH nog getitreerd worden. Het voordeel hiervan is dat eventueel andere metaalionen die ook in de oplossing kunnen voorkomen bij deze lage pH geen complex kunnen vormen. Als echter Mg2+ getitreerd wordt zal dit bij hoge pH moeten omdat het magnesium slecht een complex vormt met het EDTA.
De volgende formule kan gebruikt worden om de optimale pH te kiezen:
log K's = log a4 + log Ks Formule 1
Door de log Ks uit tabel 1 en de log a4 uit tabel 2 in te vullen in formule 1 wordt de zogenaamde conditionele reactieconstante gevonden.
Tabel 1: Stabileitsconstanten voor enkele metaal-EDTA complexen.
|
Metaalion |
Log Ks |
|
Mg2+ |
8,69 |
|
Ca2+ |
10,70 |
|
Fe2+ |
14,33 |
|
Al3+ |
16,13 |
|
Zn2+ |
16,31 |
|
Fe3+ |
25,120 |
|
Bi3+ |
27,94 |
Tabel 2: Correctiefactor voor de stabiliteitsconstanten bij verschillende pH's.
|
pH |
Log a4 |
|
2 |
-13,4 |
|
3 |
-10,6 |
|
4 |
-8,4 |
|
5 |
-6,5 |
|
6 |
-4,7 |
|
7 |
-3,30 |
|
8 |
-2,3 |
|
9 |
-1,3 |
|
10 |
-0,5 |
|
11 |
-0,1 |
|
12 |
0,0 |
Voor een goede omslag dient de gevonden reactieconstante minimaal 6 te bedragen. Bij een lagere waarde zal het omslagpunt niet goed waar te nemen zijn. Indien dit het geval is zal de pH verhoogd moeten worden waardoor de conditionele reactieconstante groter zal worden.
In de onderstaande afbeelding is te zien hoe groot de sprong in het equivalentiepunt is bij verschillende waardes voor K's. Ook valt te zien wat het effect van het verhogen van de pH is voor de complexvorming van bijvoorbeeld Fe2+
Vanwege de afhankelijkheid van de pH is het bij veel bepalingen noodzakelijk om te bufferen. Tijdens de titratie kunnen namelijk protonen vrijkomen. Dit komt doordat door het vormen van het complex er steeds volledig gedeprotoneerd EDTA weg wordt genomen. De geprotoneerde vorm zal vervolgens protonen afstaan om zodat het evenwicht tussen de geprotoneerde en gedeprotoneerde vorm weer hersteld wordt. Een bekende buffer hiervoor is bijvoorbeeld Hexamine.
Keuze van de indicator
Vaak is de keuze van indicator gekoppeld aan de pH waarbij gewerkt wordt en aan het ion dat getitreerd wordt. Hieronder is een afbeelding opgenomen waarin het gedrag van Eriochroomzwart T tijdens een titratie van magnesium wordt geïllustreerd.
Als nu in de bovenstaande afbeelding gekeken wordt valt te zien dat eriochroomzwart T niet zomaar bij elke pH geschikt is als indicator. Bij hoge en lage pH is de kleuromslag namelijk niet goed te zien. Slechts tussen de pH 8 en pH 10 heeft deze indicator een goede kleuromslag, namelijk van rood naar blauw. Voor magnesium is dit precies het goede gebied. Magnesium kan niet bij een te lage pH bepaald worden, uit de formule volgt dat de pH niet lager mag zijn dan 8, anders is de conditionele reactieconstante te laag. De pH mag echter ook niet te hoog worden, dan vormt zich een neerslag van magnesiumhydroxide. Hieronder volgt een lijst met indicatoren waarbij vermeld wordt bij welke pH er welke metaalionen getitreerd kunnen worden.
Tabel 3: Indicatoren voor complexometrische bepalingen
|
Indicator |
Toepassing |
Kleuromslag |
pH |
|
Eriochroomzwart-T |
Mg2+ Ca2+ Zn2+ |
paars->blauw |
8-10 |
|
Xylenolaronje |
Pb2+ Zn2+ Bi3+ |
paars->geel |
>1,<6 |
|
calcon corboxylzuur |
Ca2+ |
paars->blauw |
10-12 |
|
Methylthymolblauw |
Zn2+ Al3+ |
blauw-grijs->kleurloos |
10-12 |
|
Dithizon |
Al3+ |
paars-groen->blauw |
4 |
|
(sulfo)Salicylzuur |
Fe3+ |
paars->geel |
2-6 |
Maskering
Door de pH in te stellen kan redelijk specifiek een metaalion getitreerd worden. Toch valt het soms niet te voorkomen dat tijdens de titratie meerdere metaalionen tegelijk getitreerd worden. Als toch de afzonderlijke gehaltes bepaald dienen te worden biedt maskering soms een uitkomst. Het principe van maskering is het wegnemen van een van de metaalionen, vaak door het met een andere complexvormer te laten reageren. Hierdoor zal dit metaalion niet meer meegetitreerd worden. Een voorbeeld hiervan is de maskering van Al3+met fluoride bij de titratie op Zn2+. Door eerst zonder maskering te titreren wordt het totaal aan aluminium en zink verkregen. Als vervolgens bij een nieuw monster natriumfluoride wordt toegevoegd zal het aluminium daarmee complexeren en zal alleen zink overblijven. Uit deze twee titraties kan zowel het gehalte zink als aluminium berekend worden.
Farmaceutische Analyse 5e-jaar |
23 augustus 2000
