ANALISI DEI FARMACI I

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1 ANALISI DEI FARMACI I TESTI CONSIGLIATI Skoog - West - Holler - (Crouch): Fondamenti di chimica analitica Harris: Chimica analitica quantitativa Per la Conduttimetria Cozzi - Protti - Ruaro: Analisi chimica strumentale Porretta: Analisi di preparazioni farmaceutiche

2 TITOLAZIONI CON FORMAZIONE DI COMPLESSI Nelle reazioni di complessazione, specie elettrondonatrici, i leganti (basi di Lewis), formano legami covalenti dativi con uno ione positivo (acido di Lewis). Se lo ione coordinante è idratato, la reazione consiste nello spostamento del legante acqua da parte di un legante più basico (base di Lewis più forte) [M(H 2 O) n ] z+ + nl [ML n ] z+ + nh 2 O Il numero massimo n di legami covalenti dativi formati da un catione viene chiamato numero di coordinazione.

3 I leganti possono essere molecole neutre (NH 3, H 2 O, ecc.) o ioni negativi (CN -, Cl -, SO 4 2-, ecc.) Le specie complesse in soluzione possono essere neutre o possedere una carica positiva o negativa. Esempi: Fe 3+ + CN - FeCN 2+ Fe CN - Fe(CN) 3 Fe CN - Fe(CN) 6 3-

4 LEGANTI Monodentati Bidentati, Tridentati. Polidentati Vantaggi leganti polidentati: -reazioni con i cationi più complete (punti finali più netti)

5 Vantaggi leganti polidentati: -formazione complessi 1:1 I leganti monodentati formano di solito due o più specie intermedie Curva A: complesso tra Metallo M e legante tetradentato in rapporto 1:1 Curva B: complesso tra Metallo M e legante bidentato in rapporto 1:2 Curva C: complesso tra Metallo M e legante monodentato in rapporto 1:4

6 Vantaggi leganti polidentati: - stabilità dei complessi elevata per formazione di chelati O C CH 2 O Cu O C H 2 C O N H 2 N H 2 Complesso rame-glicina Quanti più legami esistono tra metallo e legante, tanto più difficile è romperli tutti

7 Acido etilendiamminotetraacetico (EDTA) E l agente complessante di gran lunga più utilizzato! HOOC CH 2 CH 2 COOH N CH 2 CH 2 N HOOC CH 2 CH 2 COOH Legante esadentato

8 _ OOC COOH H + N N + H _ HOOC COO H 4 Y H 4 Y H 3 Y - + H + pk 1 = 2,01 Le prime due costanti di dissociazione hanno lo stesso ordine di grandezza _ OOC COO H + N N + H _ HOOC COO _ H 3 Y - H 2 Y 2- + H + pk 2 = 2,75 H 3 Y -

9 OOC COO H + N N + H _ OOC COO _ H 2 Y 2- HY 3- + H + pk 3 = 6,24 H 2 Y 2- OOC OOC N N + COO H COO HY 3- Y 4- + H + pk 4 = 10,26 HY 3- OOC OOC N N COO COO Y 4-

10 indica il rapporto tra la concentrazione della specie in esame e la concentrazione totale di tutte le forme in cui essa è presente in soluzione H 4 Y H 2 Y 2- HY 3- Y 4- H 3 Y - ph Composizione delle soluzioni di EDTA in funzione del ph

11 L'EDTA forma complessi molto stabili in rapporto stechiometrico 1:1 con numerosi ioni, indipendentemente dalla carica, tra i quali Ba 2+, Ca 2+, Cd 2+, Co 2+, Fe 2+, Fe 3+, Hg 2+, Mg 2+, Mn 2+, Ni 2+, Sr 2+, ecc. Struttura a gabbia di un generico complesso metallo-edta

12 12 Considerando la specie deprotonata Y 4- all equilibrio si ha: M n+ + Y 4- MY n-4 K f = [MY n-4 ] [M n+ ][Y 4- ]

13 Costante di formazione condizionale (o effettiva) La concentrazione di Y 4- può indicarsi come: 4 = [Y4- ] C T dove C T è la conc. totale di EDTA non complessato C T = [Y 4- ] + [HY 3- ] + [H 2 Y 2- ] + [H 3 Y - ] + [H 4 Y] La costante di formazione diventa K f = [MY n-4 ] [M n+ ][Y 4- ] = [MY n-4 ] [M n+ ] 4 C T 4 K f = [MY n-4 ] [M n+ ] C T = K f Questa nuova costante consente di descrivere la formazione del complesso metallo-edta in funzione del ph

14 Calcolo del valore di 4 4 = [Y 4- ] C T C T = [H 4 Y] + [H 3 Y - ] + [H 2 Y 2- ] + [HY 3- ] + [Y 4- ] H 4 Y H 3 Y - + H + K 1 = [H 3 Y - ] [H + ] [H 4 Y] [H 4 Y] = [H 3 Y - ] [H + ] K 1 [H 4 Y] = [Y 4- ] [H + ] 4 K 1 K 2 K 3 K 4 H 3 Y - H 2 Y 2- + H + K 2 = [H 2 Y 2- ] [H + ] [H 3 Y - ] [H 3 Y - ] = [H 2 Y 2- ] [H + ] K 2 [H 3 Y - ] = [Y 4- ] [H + ] 3 K 2 K 3 K 4 H 2 Y 2- HY 3- + H + K 3 = [HY 3- ] [H + ] [H 2 Y 2- ] [H 2 Y 2- ] = [HY 3- ] [H + ] K 3 [H 2 Y 2- ] = [Y 4- ] [H + ] 2 K 3 K 4 HY 3- Y 4- + H + K 4 = [Y 4- ] [H + ] [HY 3- ] [HY 3- ] = [Y 4- ] [H + ] K 4

15 [Y 4- ] [H + ] 4 [Y 4- ] [H + ] 3 [Y 4- ] [H + ] 2 [Y 4- ] [H + ] K 1 K 2 K 3 K 4 K 2 K 3 K 4 K 3 K 4 K 4 C T = [Y 4- ] C T = [Y 4- ] ( [H + ] 4 [H + ] 3 [H + ] 2 [H + ] 1) K 1 K 2 K 3 K 4 K 2 K 3 K 4 K 3 K 4 K 4 [Y 4- ] ( [H + ] 4 K K 1 K 2 [H + ] 2 1 [H + ] 3 K K K [H + ] K K 2 K 3 K 4 ) K1K2K3K4 C T = [Y 4- ] 4 = = C T K 1 K 2 K 3 K 4 ( ) K 1 K 2 K 3 K 4 [H + ] 4 K K 1 K 2 [H + ] 2 1 [H + ] 3 K 1 K 2 K 3 [H + ] Conoscendo ph e costanti di dissociazione di EDTA è possibile calcolare 4

16 Valori di 4 per l EDTA a valori di ph selezionati

17 Curve di titolazione con EDTA Es.: titolazione di M n+ 0.05M con EDTA 0.05M assumendo K f = Regione 3 Eccesso EDTA Regione 1 Eccesso M n+ Regione 2 Punto equivalente ml EDTA aggiunti

18 Criterio di titolabilità di un metallo: è necessario che il prodotto tra la sua concentrazione e la K f sia maggiore o uguale a 10 6 Esempio: influenza del ph sulla titolazione di Ca 2+ 0,01M con EDTA 0,01M 4,9 x 10 8 K f = 4K f 1,8 x ,8 x ,1 x 10 4

19 Curve di titolazione di soluzioni 0,01M di vari cationi a ph 6,0 con EDTA 0,01M K FeY - = 1.3 x K HgY 2- = 6.3 x K ZnY 2- = 3.2 x K FeY 2- = 2.1 x K CaY 2- = 5.0 x 10 10

20 ph minimo necessario per una titolazione efficace di vari cationi con EDTA Fe 3+ Fe 2+ log K f Ca 2+ Mg 2+ ph

21 Costruzione di una curva di titolazione teorica Titolazione di 50,0 ml di Ca 2+ 0,005M con EDTA 0,01M in una soluzione tamponata a ph 10,0 Costante di formazione condizionale per il complesso CaY 2- a ph 10,0 K [CaY 2- ] f = = 4 K f = 0,35 x 5,0 x = 1,75 x [Ca 2+ ] C T Il valore elevato di K f consente di affermare che la reazione giunge a completamento ad ogni aggiunta di titolante!

22 Valore di pca prima del punto equivalente Si consideri l aggiunta di 10,0 ml di EDTA. Trascurando Ca 2+ derivante dalla dissociazione del complesso, si ha: [Ca 2+ ] = 50,0 x 0,005-10,0 x 0,01 = 2,50 x 10-3 M 60,0 pca = -log (2,50 x 10-3 ) = 2,60 In modo simile si può calcolare pca per qualsiasi volume di EDTA prima del punto di equivalenza!

23 Valore di pca al punto equivalente Il punto equivalente si raggiunge dopo l aggiunta di 25,0 ml di EDTA. Trascurando la dissociazione del complesso, si ha: [CaY 2- ] = 50,0 x 0,005 = 3,33 x 10-3 M 75,0 La concentrazione di Ca 2+ libero è molto bassa e può essere ricavata dalla K f considerato che essa è uguale a C T. Pertanto: K f = [CaY 2- ] = 3,33 x 10-3 = 1,75 x [Ca 2+ ] C T [Ca 2+ ] 2 [Ca 2+ ] = 3,33 x 10-3 = 4,36 x 10-7 M 1,75 x pca = -log (4,36 x 10-7 ) = 6,36

24 Valore di pca dopo il punto equivalente Si consideri l aggiunta di 35,0 ml di EDTA. Trascurando la dissociazione del complesso, si ha: [CaY 2- ] = 50,0 x 0,005 = 2,94 x 10-3 M 85,0 C T = 35,0 x 0,01-50,0 x 0,005 = 1,18 x 10-3 M 85,0 K f = [CaY 2- ] = 2,94 x 10-3 = 1,75 x [Ca 2+ ] C T [Ca 2+ ] x 1,18 x 10-3 [Ca 2+ ] = 2,94 x ,18 x 10-3 x 1,75 x = 1,42 x M pca = -log (1,42 x ) = 9,85

25 Ca 2+ Mg 2+ pm Intervallo di transizione del NET Intervallo di transizione del NET ml EDTA per Ca 2+ ml EDTA per Mg 2+ Curve di titolazione di Ca 2+ e Mg 2+ con EDTA a ph 10,0

26 Indicatori per titolazioni con EDTA (indicatori metallo-cromici) Coloranti organici il cui colore varia quando chelano uno ione metallico. Requisiti: - reazioni cromatiche rapide, nette e sensibili con lo ione metallico - formazione di complessi stabili con lo ione metallico, ma meno stabili di quelli EDTA-metallo Nero eriocromo T (NET) O 2 N SO 3 H Gruppo solfonico completamente dissociato H 3 In + H 2 O H 2 In - + H 3 O + OH Gruppi fenolici parzialmente dissociati rosso N N (gruppi chelanti) OH H 2 In - + H 2 O HIn 2- + H 3 O + K 1 = 5 x 10-7 rosso blu HIn 2- + H 2 O In 3- + H 3 O + K 2 = 2,8 x blu arancione

27 Un tipico esempio è costituito dall uso del NET nella titolazione di Mg 2+ con EDTA a ph 10,0 A questo valore di ph la forma libera predominante del NET è quella HIn 2- (blu), quella complessata MgIn - (rossa) L EDTA complessa prima il Mg 2+ libero in soluzione, poi quello legato al NET: Mg 2+ + Y 4- MgY 2- MgIn - + Y 4- + H + MgY 2- + HIn 2- (rosso) (blu) Il NET forma complessi rossi con molti ioni metallici, ma solo le costanti di formazione di pochi sono appropriate per la rilevazione del punto finale!

28 Intervallo di transizione del NET nelle titolazioni di Mg 2+ e Ca 2+ a ph 10,0 Consideriamo la K 2 del NET e la K f del complesso MgIn - HIn 2- + H 2 O In 3- + H 3 O + K 2 = 2,8 x = [H 3 O + ] [In 3- ] [HIn 2- ] Mg 2+ + In 3- MgIn - K f = 1,0 x 10 7 = [MgIn - ] [Mg 2+ ] [In 3- ] Moltiplicando K 2 per K f si ottiene: [MgIn - ] [Mg 2+ ] [In 3- ]. [H 3 O + ] [In 3- ] = 2,8 x 10-5 [HIn 2- ]

29 Riarrangiando si ha: [Mg 2+ ] = [MgIn - ] [HIn 2- ]. [H 3 O + ] 2,8 x 10-5 [H 3 O + ] = 1,0 x M Se poniamo [MgIn - ] [HIn 2- ] = 10 [Mg 2+ ] = 3,6 x 10-5 M Se poniamo [MgIn - ] [HIn 2- ] = 0,1 [Mg 2+ ] = 3,6 x 10-7 M pmg = 5,4 ± 1,0 Intervallo di transizione del NET

30 Procedendo allo stesso modo, l intervallo di transizione per Ca 2+ risulta: pca = 3,8 ± 1,0 (K f CaIn - = 2,5 x 10 5 ) Il NET è dunque un indicatore ideale per Mg 2+ ma non totalmente soddisfacente per Ca 2+ (vedi diapositiva precedente!)

31 Ca 2+ Mg 2+ pm Intervallo di transizione del NET Intervallo di transizione del NET ml EDTA per Ca 2+ ml EDTA per Mg 2+ Curve di titolazione di Ca 2+ e Mg 2+ con EDTA a ph 10,0

32 Tecniche di titolazione con EDTA Titolazione diretta L analita viene titolato con EDTA standard ad un ph al quale si abbia: - K f del complesso metallo-edta elevata - nessuna precipitazione dell idrossido del metallo - variazione di colore distinguibile al punto equivalente

33 Titolazione per spostamento L analita viene generalmente trattato con un eccesso di MgY 2- da cui sposta Mg 2+ che viene successivamente titolato con EDTA standard in presenza di NET: M n+ + MgY 2- MY n-4 + Mg 2+ L analita deve ovviamente formare un complesso con EDTA più stabile di quello del magnesio

34 Titolazione di ritorno (o retrotitolazione) Si aggiunge all analita un eccesso noto di EDTA e si titola successivamente tale eccesso con una soluzione standard di magnesio in presenza di NET Anche in questo caso l analita deve ovviamente formare con EDTA un complesso più stabile di quello del magnesio

35 Durezza dell acqua Si riferisce alla concentrazione totale di ioni alcalino-terrosi. Può essere uguagliata a [Mg 2+ ] + [Ca 2+ ] essendo le concentrazioni di questi ioni molto maggiori degli altri. Si determina mediante semplice titolazione con EDTA a ph 10,0 in presenza di NET La durezza viene comunemente espressa come mg CaCO 3 per litro. Acqua leggera < 60 mg CaCO 3 /l Acqua dura > 270 mg CaCO 3 /l