металл хкс что это

Металл хкс что это

ВКС представляют собой частный случай хелатных комплексных соединений (хелатов) металлов (ХКС), т. е. координационных соединений металлов с одинаковыми или различными отрицательно заряженными или нейтральными полидентатными лигандами (органическими или неорганическими), имеющих один или несколько одинаковых или различных хелатных циклов. Термин «хелат» предложен в 1920 году Морганом и Дрю. Хелаты, в отличии от ВКС, могут быть комплексами катионного, анионного типа или комплексами-неэлектролитами, содержать во внутренней координационной сфере или только полидентатные, или одновременно один или несколько полидентатных и монодентатные лиганды и иметь или не иметь внешнесферные ионы. Различия между ВКС и ХКС иногда (но не всегда) не делается: любые ХКС, содержащие хотя бы один хелатный цикл, нередко называется ВКС. В ХКС один и тот же полидентатный лиганд образует один или несколько хелатных циклов, причём этот лиганд может быть би-, три-, тетра-, пента-, гексадентатным. Так, в комплексах 8-оксихинолином (оксином) реализуются пятичленные металлоциклы:

Примером может служить вышеописанный оксихинолинат цинка или оксихинолинат магния MgL2 (символом HL обозначена молекула 8-оксихолина), осаждающийся из растворов в виде осадка темно-зелёного цвета и используемы для определения магния.

Большую группу хелатных комплексов образует этилендиамин H2NCH2CH2NH2 (часто для краткости обозначаемый En или en), дающий пятичленные металлоциклы, например, в комплексе платины(II)

Два идентичных металлоцикла содержаться в комплексе кобальта(III) наряду с двумя монодентатными тиоцианатогруппами:

Этот комплекс применяется для определения серебра(I), висмута(III) в форме соединений [CoEn2(NCS)2][Ag(NCS)2] и [CoEn2(NCS) 2] [BiI4].

К ХКС относятся такие практически важные вещества, как соединения металлов с основаниями Шиффа, комплексонаты, фталоцианины металлов, порфирины, хлорофилл, гемоглобин, цианокобаламин, инсулин, ферритин и многие другие.

Смотрите также

Источник

Курсовая работа: Применение органических реагентов в аналитической химии

2. Реакции, основанные на образовании комплексных соединений металлов

2.1 Внутрикомплексные соединения

2.2 Хелатные комплексные соединения

2.3 Понятие о функционально-аналитической и аналитико-активной группах

3. Реакции без участия комплексных соединений металлов

3.1 Образование окрашенных соединений с открываемым веществом

3.2 Образование органических соединений, обладающих специфическими свойствами

4. Использование органических соединений в качестве индикаторов титриметрических методов

4.1 Теории кислотно-основных индикаторов

4.2 Индикаторы группы азосоединений

4.3 Трифенилметановые индикаторы

4.5 Индикаторы других структурных групп

Органические вещества широко применяются в аналитической химии вообще и в фармацевтическом анализе, в частности. Ещё с начала нашей эры было известно, что настой чернильных дубильных орешков можно было применять в качестве пробы на железо. Много столетий спустя (1815 год) было установлено, что крахмал в присутствии йода окрашивается в синий цвет. Первым синтетическим специфическим органическим реагентом для химического анализа считается реактив Грисса-Илошвая (предложен П. Гриссом в 1879 году и подробно изучен Л. Илошваем в 1889 году) – смесь α-нафтиламина и сульфаниловой кислоты, которая даёт красную окраску с нитрит-ионами. В 1885 году М.А. Ильский и Г. Кнорре предложили α-нитрозо-β-нафтол в качестве реагента для открытия и определения кобальта. Эта реакция оказалась примерно в 120 раз чувствительнее применявшейся ранее аналитической реакции катионов кобальта с нитритом калия. В 1905 году Л.А. Чугаев в работе «О новом чувствительном реагенте на никель» предложил диметилглиоксим в качестве реагента на никель и затем в своей докторской диссертации (1906) изложил результаты исследований в рассматриваемой области. Предложенный Чугаевым диметилглиоксим и поныне является непревзойдённым аналитическим реагентом на никель.

В настоящее время известно очень большое число синтетических органических реагентов, применяемых в химическом анализе, благодаря трудам И.П. Алимарина, А.К. Бабко, Р. Берга, В.А. Назаренко и других исследователей.

2. РЕАКЦИИ, ОСНОВАННЫЕ НА ОБРАЗОВАНИИ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ

При таких аналитических реакциях преимущественно (хотя и не всегда) применяются циклообразующие лиганды, способные к построению хелатных комплексов, особенно – внутрикомплексных соединений и комплексонатов металлов. Молекулы подобных лигандов должны содержать функционально-аналитические группы (ФАГ), способные образовывать с атомами металлов-комплексообразователей относительно прочные координационные связи, чаще всего – устойчивые металлоциклы. В состав ФАГ могут входить группы ОН, SH, NH, C=O, C=S, гетероатомы азота и др.

В химическом анализе используют комплексные соединения практически всех типов – катионного, анионного, комплексы-неэлектролиты, комплексы с неорганическими и органическими лигандами, моноядерные, многоядерные и т. д. Кратко охарактеризуем наиболее часто используемые в химическом анализе комплексных соединений.

2.1 Внутрикомплексные соединения

Внутрикомплексные соединения (ВКС) – координационные соединения металлов с одинаковыми или различными бидентатными (обычно-органическими) ацидолигандами, связанными с одним и тем же атомом металла комплексообразователя через одну отрицательно заряженную и одну нейтральную донорные группы с образованием одинаковых или различных внутренних металлоциклов (хелатных циклов), не содержащие внешнесферных ионов и являющиеся комплексами-неэлектролитами. Примером ВКС могут служить глицинат меди (II) и оксихинолинат цинка:

К ВКС относятся также такие практически важные соединения, как оксихинолинаты металлов состава ML_n (L – депротонированный по венольной группе остаток 8-оксихинолина, n – степень окисления металла М), комплексы металлов с оксиоксимами, нитрозогидроксиламинами, нитрозофенолами, различными аминокислотами и др.

2.2 Хелатные комплексные соединения

Примером может служить вышеописанный оксихинолинат цинка или оксихинолинат магния MgL₂ (символом HL обозначена молекула 8-оксихолина), осаждающийся из растворов в виде осадка темно-зелёного цвета и используемы для определения магния.

Большую группу хелатных комплексов образует этилендиамин H₂ NCH₂ CH₂ NH₂ (часто для краткости обозначаемый En или en), дающий пятичленные металлоциклы, например, в комплексе платины(II)

Этот комплекс применяется для определения серебра(I), висмута(III) в форме соединений [CoEn₂ (NCS)₂ ][Ag(NCS)₂ ] и [CoEn₂ (NCS) ₂ ] [BiI₄ ].

2.3 Понятие функционально-аналитических и аналитико-активных группах

ВКС – обычно малорастворимые в воде, часто – окрашенные вещества, могут экстрагироваться (иногда избирательно) органическими растворителям, не смешивающимися с водой. ХКС обладают различными растворимостью и окраской, зависящими от природы как металла-комплексообразователя, так и лигандов внешней сферы

Так, например, ионы меди(II) Cu 2+ при взаимодействии с органическими соединениями – α-ацилоиноксимами – образуют комплексы зелёного цвета, содержащие пятичленные металлоциклы:

При реакциях ионов кадмия Cd 2+ c органическми реагентами состава Ar-N=N-NH-Ar’ (Ar и Ar’ – арильные радикалы), содержащими в качестве ФАГ диазоаминокруппу, образуются комплексы красного цвета.

Сурьма (III) даёт малорастворимые белые осадки комплексов с лигандами, имеющими в качестве ФАГ две соседние фенольные группы в ароматическом ядре, наример с пирогаллолом. Образующиеся комплексы содержат пятичленные металлогруппы:

В настоящее время известно значительное число ФАГ.

Наличие ФАГ в органической молекуле является необходимым, но не всегда достаточным условием, позволяющим использовать данное органическое соединение в качестве аналитического реагента. Требуется также во многих случаях присутствие аналитико-активных групп (ААГ), обычно не образующих непосредственно координационные связи с центральным атомом металла-комплексообразователя, но усиливающих аналитический эффект ФАГ. Сочетание ФАГ, ААГ вместе с центральным атомом определяемого металла даёт «аналитический узел», играющий решающую роль в соответствующей аналитической реакции. Понятие о ФАГ и ААГ было введено Л. М. Кульбергом. К некоторым основным критериям применения внутрикомплексных соединений в химическом анализе относятся:

а) малая растворимость комплексного соединения в тех случаях, когда их используют для осаждения ионов металлов из растворов;

б) наличие интенсивной характерной окраски образующихся комплексов, если их используют для открытия или определения ионов металлов по окраске раствора;

в) достаточно высокая устойчивость образующихся комплексов (большие значения констант устойчивости).

Для обеспечения этих критериев необходимо соблюдение, по крайней мере, следующих условий:

1) молекулы органических реагентов должны содержать ФАГ;

2) ФАГ должен иметь такую пространственную конфигурацию и взаимное расположение донорных атомов (азота, кислорода, серы, фосфора, мышьяка и др.), чтобы могла реализоваться возможность образования наиболее устойчивых пяти- и шестичленных металлоциклов;

3) молекула органического лиганда должна иметь, По-возможности, большую молекулярную массу – это понижает погрешности определения металлов.

К числу достаточно распространённых в химическом анализе относятся, например, такие органические реагенты, как дитизон, диметилглиоксим, 1-нитрозо-2-нафтол.

Дитизон используется также для определения Cu(II), Ag(I), Au(III), Cd(II), Hg(II), In(III), Tl(I), Pb(II), Bi(III), Co(II), Ni(II), Pd(II), Pt(II) и некоторых других ионов.

Диметилглиоксим (диацетилдиоксим, реактив Чугаева)

Это – классический органический реагент, впервые предложенный, как уже отмечалось, Л.А. Чугаевым в 1905 году в качестве специфического селективного реагента на никель.

Ионы Ni 2+ образуют с диметилглиоксимом в водной среде объёмистый осадок красного цвета, малорастворимый в воде и в водном аммиаке, но растворимый в минеральных кислотах. Реакция протекает по схеме:

Ni 2+ + HDMG→ [Ni(DMG)₂ ] + 2Н +

где HDMG – сокращённое обозначение молекулы диметилглиоксима. Структурная формула образующего комплекса будет выглядеть следующим образом:

где точками обозначены внутримолекулярные водородные связи. Этот нейтральный комплекс никельдиметилглиоксим и является показателем наличия ионов никеля в растворе. Осаждение обычно проводят из разбавленных аммиачных растворов при рН=8-9. Комплекс очень устойчив; логарифм константы устойчивости равен lgβ=17, 32. Реакция весьма чувствительна: предел обнаружения m=0, 16 мкг, предельное разбавление V_lim =3∙10 5 мл/г. Поскольку диметилглиоксим малорастворим в воде, то предложено использовать не сам диметилглиоксим, а его двунатриевую соль, которая растворяется в воде. С помощью диметилглиоксима можно определять также и палладий(II), железо(II), висмут(III), кобальт(III). При определении никеля для устранения мешающего действия висмута, железа и кобальта ионы последних маскируют введением тиогликоевой кислоты. Небольшое количество ионов кобальта и железа можно также маскировать введением винной кислоты. Для маскирования больших количеств этих ионов рекомендуют прибавлять в раствор добавки N,N-ди(оксиэтилен)глицина. Диметилглиоксим используют и при фотометрическом определении никеля в присутствии окислителей.

1-Нитрозо-2-нафтол (α-нитрозо-β-нафтол, или реактив Ильинского)

Разработана фотометрическая методика определения кобальта с помощью рассматриваемого органического реагента.

3. РЕАКЦИИ БЕЗ УЧАСТИЯ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ

3.1 Образование окрашенных соединений с открываемыми веществами

Антипирин используют для открытия нитрит-ионов NO₂ ˉ (реакция фармакопейная). В кислой среде (HCl, H₂ SO₄ ) нитриты образуют с антипирином нитрозоантипирин изумрудно-зелёного цвета:

Нитраты образуют с антипирином в сильнокислой среде (концентрированная серная кислота) ярко-красный нитроантипирин

Название: Применение органических реагентов в аналитической химии
Раздел: Рефераты по химии
Тип: курсовая работа Добавлен 14:09:42 27 марта 2010 Похожие работы
Просмотров: 2060 Комментариев: 21 Оценило: 5 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать

Реакция весьма чувствительная: открываемый минимум m=0, 01 мкг. Нитрат-ион NO₃ ˉ такой реакции не даёт.

Аналогично протекает реакция также в том случае, если вместо 1-амино-2-нафтола взять β-нафтол: развивается красная окраска.

Вместо сульфаниловой кислоты в этой реакции можно использовать различные другие ароматические амины, которые в щелочной среде с 1-нафтиламином или 1-нафтолом (а также с производными анилина, например, диметиланилином) дают окрашенные азокрасители.

Этакридин (риванол) в кислой среде образует с нитратами диазоэтакридин красного цвета:

Реакция специфична для нитратов.

Реакция образования окрашенных соединений с органическими реагентами используются для определения подлинности многих лекарственных препаратов или открытия входящих в них групп, например, органических кислот; соединений, содержащих гидроксильные, альдегидные, кетонные, эфирные, имидные группы, аминогруппы, фенильные радикалы; алкалоидов, гликозидов сердечного действия, витаминов, гормонов и их синтетических аналогов, антибиотиков и других веществ.

3.2 Образование органических соединений, обладающих специфическими свойствами

Летучие сложные эфиры борной кислоты окрашивают пламя в зелёный цвет. В присутствии серной кислоты и этанола борат-ионы образуют сложные эфиры:

При поднесении пламени к чашке или тиглю, в которых протекает эта реакция, продукты сгорания окрашивают пламя в зелёный цвет. Реакция – фармакопейная.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В КАЧЕСТВЕ ИНДИКАТОРОВ В ТИТРИМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДАХ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

4.1. Теории кислотно-основных индикаторов

Кроме использования органических соединений для образования металлокомплексов, образования окрашенных соединений органические реагенты используются очень широко в аналитической химии в качестве индикаторов методов кислотно-основного титрования. Индикатор – это вещество, которое проявляет видимое изменение в точке эквивалентности или вблизи её. Кислотно-основные индикаторы в кислых и щелочных растворах имеют различную окраску. Иак, лакмус в кислой среде (рН 7) – в синий; фенолфталеин в кислой – бесцветен, в щелочной – имеет красную или малиновую окраску.

Для объяснения природы изменения окраски индикаторов было предложено несколько теорий. Ионная теория кислотно-основных индикаторов предполагает наличие в растворе двух форм молекулы индикатора – кислой формы, имеющей один цвет, и основной формы, имеющей другой цвет. В зависимости от рН раствора и соответственно от преобладания той или иной формы, происходит окрашивание раствора в соответствующий форме молекулы индикатора цвет.

Хромофорная теория кислотно-основных индикаторов объясняет наличие окраски индикаторов, являющихся органическими соединениями, присутствием в молекулах индикаторов хромофорных групп. В роли хромофорных групп могут выступать такие группировки атомов и связей, как

хиноидные структуры и некоторые другие.

Далее предполагается, что индикаторы в растворе могут присутствовать в разных таутомерных формах, находящихся в равновесии. В кислой среде доминирует одна таутомерная форма индикатора с какой-то, а в щелочной – другая таутомерная форма с иной хромофорной группой. Примером сказанного может послужить индикатор фенолфталеин, который в кислой среде бесцветен, а в щелочной окрашен в красный цвет. Согласно хромофорной теории предполагается, что в водном растворе фенолфталеина устанавливается равновесие:

Таутомерная форма I не имеет хромофорной группы и поэтому бесцветна, а форма II обладает хиноидным хромофором и поэтому окрашена в красный цвет. Другой пример виден у индикатора метиловый оранжевый, который является натриевой солью диметиламиноазобензол-сульфокислоты (CH₃ ) ₂ N – C₆ H₄ – N=N – C₆ H₄ – SO₃ Na. В водном растворе анион этой кислоты присоединяет протон и переходит в кислоту, которая подвергается превращению по схеме:

Таутомерная форма I имеет хромофор ─N=N─, придающий индикатору жёлтый цвет, а таутомерная форма II имеет другую хромофорную группу, придающую индикатору красный цвет.

Ионно-хромофорная теория, которая объединила представление ионной и хромофорной теорий.

В рамках этой теории принимается, что кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые кислоты и основания, причём нейтральная молекула индикатора и её ионизированная форма содержат разные хромофорные группы.

Допустим, индикатор представляет собой слабую одноосновную кислоту HInd. В соответствии с ионно-хромофорной теорией в водном растворе индикатора устанавливается равновесии:

HInd = H + + Indˉ = H + + Indˉ_B

кислая форма Iосновная форма II

Кислая форма представляет собой нейтральную молекулу слабой кислоты HIndв какой-то таутомерной форме, основная форма Indˉ_B – это анион кислотной формы, которая является слабой кислотой в другой таутомерной форме. Хромофорные группы обеих таутомерных форм HInd и Indˉ_B неодинаковы, поэтому и окраска этих двух форм различна.

При изменении рН растворов, а именно при подкислении равновесие смещается влево – в сторону кислой формы и после понижения рН до такого значения рН1, когда в растворе доминирует эта форма, раствор принимает окраску формы I. При уменьшении концентрации ионов водорода равновесие смещается вправо – в сторону основной формы II. В случае индикатора фенолфталеина схему можно упрощённо представить следующим образом:

4.2 Индикаторы группы азосоединений

4.3 Трифенилметановые индикаторы

Трифенилметановые индикаторы. Индикаторы этой группы также часто применяются в кислотно-основном титровании. Все они формально могут рассматриваться как производные трифенилметана. Из индикаторов этой группы распространены фенолфталеины, сульфофталеины, анилинсульфофталеины, бензеины, собственно трифенилметановые красители. Характер таутомерных превращений фталеинов аналогичен описанным выше для фенолфталеина. К фталеинам относятся α-нафтолфталеин, фенолфталеин, тимолфталеин и др. К сульфофталеинам, содержащим сульфогруппу –SO₃ Hв качестве заместителя в ароматических ядрах, принадлежат брокрезоловый зелёный, бромкрезоловый пурпуровый, брофеноловый синий, хлорфеноловый красный и др. Сульфогруппа играет роль ауксохрома. Сульфофталеины обладают интенсивной окраской и резким её изменением при переходе от одной формы индикатора к другой. Различные индикаторы этой группы можно рассматривать в качестве производных фенолового красного

Предполагается, что в растворе феноловый красный претерпевает в зависимости от рН раствора превращения по схеме:

Интервал перехода окраски индикатора наблюдается в пределах рН от

8, 4 (красная). К собственно трифенилметановым красителям относятся кристаллический фиолетовый, малахитовый зелёный, метиловый фиолетовый, пентаметоксикрасный, гексаметоксикрасный. Одним из индикаторов данной группы является кристаллический фиолетовый (кристаллвиолет):

В водных растворах кристаллический фиолетовый протонируется: к атомам азота двух ароматических диметиламиногрупп последовательно присоединяются один или два протона в зависимости от кислотности раствора с образованием зелёной, желтовато-зелёной и оранжевой форм. Интервал перехода лежит в пределах изменения рН раствора от

0,8 (зелёная окраска) до

2, 6 (синяя окраска). Изменение окраски индикаторов этой группы в водных растворах не очень резкое; они чаще применяются при кислотно-основном титровании в неводных средах.

Нитроиндикаторы представляют собой ароматические нитропроизводные, например, паранитрофенол, который в растворе претерпевает превращения:

Интервал перехода лежит в пределах рН от 5, 6 (бесцветный) до 7, 6 (жёлтый). К этой группе индикаторов относятся также мета- и ортонит-рофенолы, динитрофенолы и некоторые другие.

4.5 Индикаторы других структурных групп

Таким образом, как показано выше, в аналитической химии немалую роль играет применение органических реагентов в качественном, количественном анализах, кислотно-основном титровании и других случаях. Качественный анализ имеет большое значение, поскольку частные химические реакции на многие катионы и анионы применяются постоянно в фармацевтическом анализе, фармакопейном анализе для контроля подлинности лекарственных субстанций и компонентов лекарственных форм.

1. Основы аналитической химии. В 2-х книгах под ред. академика РАН Ю.А. Золотова. М.: «Высшая школа», 1996г.

2. Аналитическая химия. В 2-х частях. В.Д. Пономарев. М.: «Высшая школа», 1982г.

3. Аналитическая химия. В 2-х книгах. Ю.Я. Харитонов. М.: «Высшая школа», 2001г.

4. Аналитическая химия. А.Я. Логинов, А.Г. Воскресенский, И.С. Солодкин. М.: «Просвещение», 1973г.

5. Крешков. А.П. Основы аналитической химии, II. т. 1-3, Москва, 1977г.

6. В.Г. Беликов. Фармацевтическая химия. Пятигорск. 1996 г.

7. В.Д. Шаповалова. Фармацевтический анализ лекарственных средств. Харьков, 1995 г.

8. Ф.Б. Коган. Методы идентификации лекарственных препаратов. Киев, 1978 г.

9. Н.Н. Глущенко, Т.В. Плетнёва, В.А. Попков. Фармацевтическая химия. Москва, 2004 г.

Источник