ANALISI CHIMICO FARMACEUTICA E TOSSICOLOGICA III

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1 A.A. 2017/2018 ANALISI CHIMICO FARMACEUTICA E TOSSICOLOGICA III Orario di ricevimento: tutti i giorni previo appuntamento Contatti: Telefono: daniela.secci@uniroma1.it

2 ORARIO LEZIONI Martedì, h Aula D PDT Mercoledì, h Aula A PDT Venerdì, h Aula A vecchio edificio LABORATORI DIDATTICI Lunedì, h Martedì, h Mercoledì, h Venerdì, h Obbligo di frequenza

3 SCOPO DEL CORSO: ] Il corso ha lo scopo di fornire le basi per l identificazione e la purificazione dei farmaci iscritti nella Farmacopea Ufficiale Europea, con particolare riguardo ai criteri di identità e purezza ] Il corso è articolato in una serie di lezioni e di esercitazioni pratiche

4 Testi Consigliati: Irene Briguglio, Antonio Carta, Sandra Piras: Manuale di analisi farmaceutica Organica Qualitativa non Strumentale Aracne Editrice Savelli- Bruno; Analisi chimico farmaceutica Ed. Piccin F. Chimenti; Identificazione sistematica di composti organici. Ed. Grasso Testi di Consultazione: Farmacopea ufficiale Italiana Farmacopea Europea USP Handbook Indice Merk

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6 Riconoscimento di cationi ed anioni secondo F.U. Qualitativa Quantitativa ANALISI CHIMICA Inorganica Organica Analisi di un campione solido, liquido o gassoso, allo scopo di identificarne gli elementi, i radicali o i composti in esso presenti Riconoscimento di sostanze covalenti con diverse caratteristiche chimico-fisiche Separazione di molecole Riconoscimento di molecole secondo F.U.

7 ANALISI QUALITATIVA INORGANICA Riconoscimento ed identificazione in miscela Fase I (separazione) A B C D Fase II (identificazione)

8 ANALISI Se inorganica, QUALITATIVA l analisi qualitativa INORGANICA si può suddividere in: Analisi per via secca (senza l aiuto di un solvente) Analisi per via umida (analisi degli ioni in soluzione acquosa) Analisi di emissione (saggio alla fiamma) Reazioni alla stato fuso Solubilizzazione Saggi di riconoscimento Comportamento al riscaldamento senza reattivi con reattivi

9 ANALISI QUALITATIVA ORGANICA A B C D Identificazione possibile solo previo smistamento della miscela

10 PASSAGGI NELL ANALISI QUALITATIVA ORGANICA 1. Analisi Preliminare (comune all analisi qualitativa inorganica) Esame organolettico (definizione dei caratteri); comportamento alla calcinazione (distinzione tra sostanze organiche, metallo-organiche ed inorganiche) 2. Analisi Molecolare Determinazione delle proprietà chimico-fisiche (p.f., p.e., solubilità, densità, indice di rifrazione, potere rotatorio specifico, coefficiente di distribuzione, parametri cromatografici, ecc) 3. Analisi Strutturale Comprende: analisi elementare qualitativa e quantitativa, saggi chimici per l individuazione dei gruppi organici, relazioni struttura-solubiltà, preparazione dei derivati cristallini

11 1.Analisi preliminare ( Caratteri in FU) ESAME ORGANOLETTICO Osservazione di: Stato Fisico (gassoso, liquido, solido) Aspetto (cristallino, amorfo) Colore Odore Sapore Permette di correlare la struttura alle proprietà appariscenti della molecola

12 STATO FISICO Le forze intermolecolari sono responsabili dell aggregazione delle molecole in gas, liquidi o solidi FORZE INTERMOLECOLARI ATTRATTIVE REPULSIVE r 0 = diametro molecolare (3-4 Å) E repulsione r r 0 attrazione

13 FORZE INTERMOLECOLARI ATTRATTIVE: Forze di Van der Waals Legame idrogeno Forze di Van der Waals Si distinguono in: Interazioni Ione-Molecola - Interazioni dipolo permanente-dipolo permanente (forze di Keesom) Avvengono tra molecole polari che per effetto della loro separazione di carica subiscono un attrazione elettrostatica, allineandosi in modo che il polo positivo dell una sia orientato verso il polo negativo dell altra µ= momento dipolare r= distanza K= costante di Boltzmann T= temperatura assoluta E 0 = µ 4 /3KTr 6

14 - Interazioni dipolo permanente-dipolo indotto (forze di Debye) Una molecola polare può provocare una distorsione nel guscio elettronico di una molecola apolare, inducendo un dipolo elettrico temporaneo. Si produce così fra le due molecole un attrazione E i = αµ 2 /r 6 α= polarizzabilità di distorsione della seconda molecola - Interazioni dipolo istantaneo-dipolo istantaneo indotto (forze di dispersione di London) In una molecola apolare i gusci elettronici vibrano attorno a posizioni di simmetria rispetto ai nuclei, generando momentanee separazioni di cariche (dipoli istantanei). Queste molecole provocano così dipoli istantanei indotti in quelle vicine e producendo attrazione ν 0 = frequenza di oscillazione cariche E d = -(3/4). hν 0 α 02 /r 6 Aumentano all aumentare delle dimensioni delle molecole

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16 Legame Idrogeno Tipico di sostanze contenenti gruppi OH, NH 2, NH, SH e dell HF. Anche gli acetiluri possono dare legame idrogeno -X H-Y X,Y= O, N, F δ - δ + δ - dotati di almeno un doppietto elettronico su un orbitale 2sp 2 o 2sp 3 eteroatomo accettore eteroatomo donatore La forza del legame dipende dalla elettronegatività degli atomi X e Y, secondo la scala: F > O > N A seconda che X e Y siano uguali o meno il legame idrogeno si distingue in simmetrico e asimmetrico Il Cl, pur avendo quasi la stessa elettronegatività dell N, non dà forti legami H a causa delle > dimensioni atomiche

17 Il legame idrogeno può essere neutro-neutro, neutro-carico o ionico rinforzato L energia associata dipende non solo dall eventuale presenza di cariche ma anche dall elettronegatività degli atomi coinvolti OH----N > NH----O

18 Legame Idrogeno H H O H H O O H O H H Intermolecolare R O OH HO O R Intramolecolare H salicilaldeide N-acetil-2-nitroanilina β-chetoestere (e β-dichetone)

19 Interazioni Ione-Molecola Molecole polari o non polari interagiscono con particelle cariche Es: -Solubilizzazione dei Sali (NaCl, KCl, ecc.) in acqua -Solubilizzazione dello Iodio in KI (solubilizzazione per complessazione) I 2 + K + I - K + I 3 -

20 TIPO DI LEGAME Forze intermolecolari Energia Kcal/mole Forze di Van der Waals 1-10 Interazioni ione-dipolo 1-10 Legame idrogeno F-H... F 7 O-H... O 6 O-H... N 4-7 N-H... O 2-3 C-H... O 2-3 Legami di valenza Legame ionico Legame covalente

21 ASPETTO PESO MOLECOLARE INTERAZIONI INTERMOLECOLARI STATO FISICO GASSOSO LIQUIDO SOLIDO Cristallino Amorfo

22 A parità di peso molecolare lo stato di aggregazione cresce con il crescere dell energia delle interazioni molecolari A parità di interazioni molecolari lo stato di aggregazione cresce con il crescere del peso molecolare Urea PM 60; p.f. 133 C Acetone PM 58.1; p.f.-95 C; p.e. 56 C Pentadecano; PM 212; p.f. 10 C; p.e. 270 C

23 Stati di aggregazione della materia Stato solido Stato liquido Stato gassoso Forma: costante, rigida e fissa variabile: la stessa del contenitore variabile: la stessa del contenitore Volume: costante costante variabile: la stessa del contenitore Movimento delle particelle: vibrano attorno a delle posizioni fisse le particelle si muovono, ma interagiscono tra di loro ogni particella si muove indipendentemente dalle altre

24 SOLIDI Cristallini: disposizione ordinata delle particelle costituenti (atomi, molecole e ioni) nei punti nodali del reticolo Es: NaCl Proprietà: 1) punto di fusione definito 2) alto PM oppure. 3) basso PM, ma gruppi funzionali polari Si differenziano: a) per la geometria della unità minima (cella elementare) b) per la natura delle forze attrattive esistenti all interno del cristallo (Solidi Covalenti, Ionici, Molecolari, Metallici)

25 STATO FISICO: SOLIDI AMORFI Disposizione casuale delle particelle costituenti (manca di reticolo cristallino simili ad un liquido ad alta viscosità) La fusione avviene in un intervallo di temperatura (non hanno un punto di fusione netto, ma graduale rammollimento per riscaldamento) Es: acido tannico, bismuto salicilato, zinco stearato, cloruro di benzalconio, neomicina solfato Raffreddando un liquido non lentamente (per dar modo che si organizzino i cristalli), ma velocemente, si ottiene un solido amorfo Esempi: il vetro ed alcune materie plastiche, che possono essere considerati liquidi ad altissima viscosità

26 STATO LIQUIDO Nello stato liquido l'energia delle particelle è più elevata che nello stato solido: esse non sono legate saldamente e scivolano le une sulle altre rompendo legami tra loro e formandone di nuovi in continuazione Struttura semiordinata. Le molecole sono fra loro posizionate a distanze poco superiori che allo stato solido. Interazioni deboli. Proprietà: - sono comprimibili - soggetti a dilatazione per riscaldamento - basso PM (etanolo) oppure -.alto PM (benzoato di benzile) ma con porzioni apolari prevalenti

27 STATO AERIFORME Le particelle (atomi, ioni o molecole) non sono legate da alcun legame e quindi ognuna è libera di muoversi indipendentemente dalle altre. Esse quindi, nel loro insieme, assumono la forma e il volume del recipiente che le contiene. Un gas non ha volume proprio né forma propria e può essere facilmente compresso Un aeriforme che può essere trasformato in liquido per semplice compressione prende il nome di vapore. Un aeriforme che non può essere liquefatto per semplice compressione (perché si trova ad una temperatura alla quale le sue particelle hanno energia superiore a quella dei legami che dovrebbero formare nel nuovo stato liquido) prende il nome di gas. La temperatura che segna il confine tra vapore e gas si chiama temperatura critica. Raffreddando un gas al di sotto della temperatura critica questo si trasforma in vapore, viceversa un vapore può essere trasformato in gas riscaldandolo al di sopra della sua temperatura critica. Le temperature critiche sono molto diverse da sostanza a sostanza. Quella dell'acqua è 374 C, quella dell'elio -267 C.

28 le COLORE: è il risultato dell interazione fra la luce bianca ordinaria e molecole, atomi, ioni che costituiscono una sostanza Assorbimento di una lunghezza d onda Luce rimanente λ (nm) assorbita colore radiazione colore osservato assorbita violetto verde-giallo blu giallo verde-blu arancione blu-verde rosso verde porpora giallo-verde violetto giallo blu arancione azzurro rosso verde-blu

29 P La colorazione può essere dovuta anche ad impurezze o ad alterazione della sostanza P Il colore si deve interpretare solo se la sostanza è PURA APOMORFINA bianca ossidazione Derivati chinonici Colore verde smeraldo

30 CROMOFORO C=C, _ C=C, C=O, C=S, N=S, N=O, NO 2 + = COLORE AUXOCROMI Ph, C=C, NH, OH.. Assorbono nell UV, ma se inseriti in una struttura satura, non producono colorazione Assorbono a <E, quindi nel visibile. La coniugazione con cromofori abbassa il ΔE tra stato fondamentale ed eccitato di questi ultimi colorazione!! (effetto batocromico)

31 Effetto della coniugazione (es: doppi legami coniugati) stato eccitato Energia ΔE 1 ΔE 2 ΔE 3 ΔE 4 n= numero di insaturazioni stato fondamentale n = λ = nm All aumentare di n la differenza di energia tra stato fondamentale ed eccitato diminuisce, pertanto il composto assorbe a lunghezze d onda > (vis)

32 Vitamina A λ max= 325 nm λ max= 450 nm β-carotene

33 190 nm Red-shift 230nm Incolore giallo arancione Incolore giallo

34 Assorbimento nei composti inorganici La colorazione nei composti inorganici è data principalmente dai metalli di transizione (orbitali d parzialmente occupati). A causa delle diverse interazioni con gli ioni o le molecole leganti, gli orbitali d di tali elementi non sono isoenergetici. Le differenze di energia non sono comunque molto alte, pertanto sono sufficienti le radiazioni nel visibile per eccitare un elettrone da un orbitale d a bassa E ad uno ad E maggiore. [Fe(CN) 6 ] 3- Cu(NH 3 ) 4 2+ MnO 4 - Ferricianuro: rosso Ferrocianuro: giallo chiaro

35 ODORE E funzione del tipo di sostanza, della sua volatilità e della concentrazione minima alla quale è rivelabile (soggettività). CLASSE FUNZIONALE ODORE CARATTERISTICO Idrocarburi saturi benzina Idrocarburi alogenati dolciastro Alcoli inferiori gradevole Aldeidi ed acidi inferiori penetrante Aldeidi ed acidi intermedi rancido Aldeidi aromatiche mandorle, vaniglia Anidridi e cloruri acidi pungente Esteri di acidi alifatici fruttato Ammine a basso PM ammoniacale Ammine ad alto PM pesce putrefatto Eteri fenolici anice-finocchio Mercaptani uova marce

36 Esistono composti appartenenti a classi funzionali diverse aventi odore simile Sostanze a bassissima tensione di vapore (zuccheri, amminoacidi) sono inodori per bassa volatilità MANDORLE AMARE CARATTERISTICO

37 SAPORE Anche se di notevole aiuto per l identificazione di determinate sostanze, questo saggio è sconsigliabile perché una gran parte dei composti organici è dotata di attività fisiologica anche in piccolissime concentrazioni. Ci sono sostanze appartenenti a classi chimiche diverse aventi sapore simile.

38 SACCARINA GLUCOSIO ASPARTAME SAPORE DOLCE CLORAMFENICOLO SULFAMIDICI SAPORE AMARO

39 ODORE SAPORE Non è possibile ricavare informazioni molto predittive di un composto. Sostanze molto diverse fra loro possono presentare odore e/o sapore uguali