книги из ГПНТБ / Инструментальные методы анализа функциональных групп органических соединений

вый хроматограф и легко детектируется катарометром. Оборудование. Газовый хроматограф с колонкой из меди длиной около 1 м, с внешним диаметром около 0,6 см. Насадка колонки —

Реагенты. Насыщенный водный раствор нитрита натрия и ледяная уксусная кислота.

Рис. 11.2. Схема включения реакционной ячейки в ГХ-систему.

/ _ мембрана; 2, 3, 4 — краны; 5—колонка; «—детектор.

Проведение анализа. Переносят 1—5 мг анализируемого соедине­ ния и 0,3 мл насыщенного раствора нитрита натрия в реакционную ячейку и подсоединяют ее к системе (рис. 11.2). Кран 4 закрывают, открывают краны 2 и 3 и в течение 30 с продувают ячейку током гелия, Затем краны 2 и 3 закрывают, открывают кран 4 и через ре­

зиновую мембрану шприцем вводят в ячейку 0,15 мл ледяной ук­ сусной кислоты. После этого в течение 1 мин ячейку встряхивают вибратором. Спустя 10 мин кран 4 закрывают и на 30 с одновре­ менно открывают краны 2 и 3; затем краны 2 и 3 вновь закрывают и открывают кран 4. Образовавшийся азот выходит из колонки и дает на хроматограмме симметричный хроматографический пик. Количество образовавшегося азота определяют по высоте этого пика. Калибровочный график строят по данным анализа известных порций 5%-ного раствора глицина.

Результаты. Данный метод был испытан в анализах глицина, глу­ таминовой кислоты, тирозина, лизина и валина. Количество азота, полученного в анализе первичных аминов, отличалось от теорети­ ческого не более чем на 0,5%. Для того чтобы не допустить быст­ рой реакции кислых аминокислот с нитритом натрия и связанных с этим потерь азота, аминокислоты предварительно растворяли в 0,5 н. раствора едкого натра.

Вместо описанной системы в этом анализе можно использовать установку Нортона, Тернера и Салмона (см. гл. 8, разд. II) и тем самым упростить анализ.

Обсуждение. Этот общий метод применяли для обнаружения пер­ вичных аминогрупп в производных стильбена [31].

В. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМИНОВ В ФОРМЕ АМИДОВ

С помощью различных реагентов амины и соответствующие исходные соединения легко превратить в амиды, которые можно без труда определить методом ГХ. При этом применяют как по­ лярные, так и неполярные жидкие фазы. Амиды, образуемые из различных соединений, и соответствующие реагенты приведены в табл. 11.17. (Как правило, эти реагенты взаимодействуют также с группой ОН и другими группами, содержащими активный водо­ род.) Ацетамиды и пропиоамиды получали до ГХ-анализа и во время него. Во втором из этих методов после ввода пробы или вместе с ней в колонку вводят ангидридный реагент и при повы­ шенных температурах ГХ-колонки в ней почти мгновенно обра­ зуется соответствующее производное. При реакции амина с ангид­ ридом или хлорангидридом легко образуется тригалогенацетамид. В отличие от трифторацетатов трифторацетамиды проявляют лишь слабые электронно-захватные свойства [32]. Поэтому высо­ кая чувствительность электронно-захватного детектора при оп­ ределении производных пирокатехинаминов обусловлена скорее О-трифторацетильными, чем N-трифторацетильными группами. В анализе диаминов и со-аминокислот, полученных из гомо- и со­ полимеров полиамидных смол, применяли трифторацетильные и триметилсилильные производные. Удобны и гептафторбутироамиды; эти производные достаточно стабильны, проявляют хорошие электронно-захватные свойства и удобны для ГХ-анализа.

Таблица 11.17

Типичные методы, применяемые для газохроматографического определения аминов в форме амидов

3.Street H. V., J. Chromatog., 37, 162 (1968).

4.Anders M. W„ Mannering G. 1., Anal. Chem., 34, 730 (1962).

5.Noonan 1. S., Murdick P. W., Ray R. S., J. Pharmacol. Exptl. Therap., 168,

205 (1969).

6.Pailer M., Huebsch W. J „ Monatsh. Chem., 97, 1541 (1966).

7.Irvine W. J ., Saxby M. J . , J. Chromatog., 43, 129 (1969).

8.Clarke D. D., Wilk S., Gitlow S. E., Franklin M. ] ., J. Gas Chromatog., 5, 307

(1967).

9. Kawai S., Tamura Z., Chem. Pharm. Bull. (Tokyo), 16, 1091 (1968). 10. Mori S., Furusawa M., Takeuchi T„ J. Chromatog. Sci., 8, 477 (1970).

11.Mori S., Furusawa M., Takeuchi T., Anal. Chem., 42, 138 (1970).

12.Mori S., Furusawa M., Takeuchi T., Anal. Chem., 42, 959 (1970).

13.Carter H. E., Gaver R. C., J. Lipid Res., 8, 391 (1967).

14.VandenHeuvel W. J . A., J. Chromatog., 36, 354 (1968).

15.Horning M. G., Moss A. Af., Horning E. C., Biochim. Biophys. Acta, 148, 597 (1967).

311 (1968).

18.Zlatkis A., Pettit В. C., Chromatographia, 2, 484 (1969).

Г. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМИНОВ В ФОРМЕ НИТРОФЕНИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ

В щелочном растворе амины и соответствующие исходные со­ единения (например, карбаматы) превращаются в нитрофенильные производные, к которым очень чувствителен электронно-за­ хватный детектор. Таким способом с применением 1-фтор-2,4-ди­ нитробензола определяли амины, выделенные из лекарственных препаратов, обнаруженных в моче [33], и из карбаматных пести­ цидов [34], а также во вгор-бутиламинных остатках [35, 36]. Для образования N-тринитрофенильного производного при определе­ нии циклогексиламина в цикламатах применяли пикрилхлорид [37], а для образования 2,6-динитро-4-трифторметиланилина и 2-нитро-4-трифторметиланилина из карбаматных пестицидов при­ меняли соответственно 4-хлор-а,а,а-трифтор-3,5-динитротолуол и а,а,а-4-тетрафтор-3-нитротолуол ]38].

Д. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМИНОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ РЕАКЦИИ КОНДЕНСАЦИИ

Используя алифатические кетоны или циклобутанон, первич­ ные амины (пирокатехинамины) превращали в енамины или ос­ нования Шиффа, которые легко анализировать методом ГХ [39, 40]. Менее чем микрограммные количества первичных алифатических

иароматических аминов можно количественно определить после их конденсации с гександионом-2,5 [41]. Несколько аминомеркаптанов

идисульфидов, имеющих значение в биохимии, определили мето­ дом ГХ после их реакции с пивалиновым альдегидом, в результате которой образуется тиазолйдин или производные оснований Шиф­ фа [42].

Е. ДРУГИЕ МЕТОДЫ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМИНОВ

С помощью йодной кислоты длинноцепочечные (сфингомиелиновые) основания превращали в альдегиды, которые определяли затем методом ГХ. Эта реакция характерна для а-аминоспиртов [43]. В работе [44] описан анализ, в котором сфингомиелиновые основания аналогичным образом расщепляли до альдегидов, а альдегиды определяли затем методом ГХ в форме их 1,3-диоксо- лановых производных. Применяли также бромирование дифенил­

296 Глава II

амина [45] и ароматических гербицидов с образованием бромзамещенных анилинов [46, 47] и последующее определение произ­ водных этих соединений методом ГХ с электронно-захватным детектором. Гербициды в моче можно определять в форме их иодпроизводных путем диазотирования анилиновых производных гер­ бицидов и последующей обработки этих производных K.I с иодом в качестве катализатора [48].

Для определения первичных и вторичных аминогрупп методом ГХ применяли цианэтилирование; продукты реакции цианэтилирования остаются в колонке, а измеряют количество непрореаги­ ровавшего акрилонитрила [49]. Функциональную алкиминогруппу определяли путем образования четвертичного иодида аммония под действием иодистоводородной кислоты и последующего пиро­ лиза образовавшегося четвертичного иодида аммония до алкилиодида. Алкилиодиды отгоняли от реакционной смеси и направляли в газовый хроматограф для определения [50]. Чувствителен к ами­ нам и амидам ГХ-анализ на активный водород (см. гл. 8 , разд. II). В результате полного метилирования третичных аминов (реакция Гофмана) образуются соответствующие олефины; продукты этой реакции хорошо разделялись методом ГХ и были пригодны для количественного анализа [51].

Ж. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМИНОВ В ФОРМЕ ИХ СОЛЕИ ИЛИ КОМПЛЕКСОВ

Хлоргидраты алкиламинов (Ci — С5) в водных растворах можно анализировать, превратив эти соли в соответствующие сво­ бодные амины во входном устройстве газового хроматографа, за­ полненном насадкой: 20% КОН на носителе хромосорб 101. Об­ разовавшиеся свободные амины поступают затем в колонку с на­ садкой: 10% амина 220+10% КОН на носителе хромосорб W [52]. Перед анализом амины концентрируют без потерь в форме их солей; свободные амины очень летучи, однако они не выделяются из солей до тех пор, пока не попадут в колонку.

В работе [53] описано определение пяти лекарственных препа­ ратов с основными свойствами в форме комплексов. G помощью 0,1 н. H2SO4 pH растворов солей этих препаратов доводили до 5, а затем обрабатывали их бромтимоловым синим. Для определения методом ГХ пробы экстрагировали хлороформом. В газовом хро­ матографе образовавшийся комплекс разлагался до амина.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОЛЕЙ АММОНИЯ

При температурах, применяющихся в ГХ, соли аммония обыч­ но разлагаются. В одном анализе [54] длинноцепочечных алкил- и (или) бензилгалогенидов аммония выяснилось, что времена удер­ живания продуктов разложения совпадают с временами удержи­ вания третичных аминов, образующихся в результате удаления

соответствующих алкил- и бензилгалогенидов; по значениям этих времен удерживания и площадям соответствующих хроматогра­ фических пиков можно определить состав смесей исходного соеди­ нения [54].

Ацетилхолин [(СНз)зЫ(ОН)СН2СН2ОСОСНз] и родственные ему соединения имеют большое значение в исследовании процес­ сов передачи нервного импульса. Было создано несколько методов определения этих четвертичных аминов. Так, в работе [55] описано определение методом ГХ нескольких производных холина, в кото­ ром соединения путем мгновенного пиролиза на быстро нагре­ вающейся ленте превращали в соответствующие диметиламинные производные. В работе [56] утверждается, что реакция деалкили­ рования является общей для хлоридов алкиламмония вплоть до хлорида тетрагептиламмония. Менее чем микрограммные количе­ ства ацетилхолина и родственных ему соединений определяли пу­ тем N-деметилирования бензолтиолатом натрия, в результате ко­ торого образуются летучие третичные амины, легко определяемые методом ГХ [57, 58].

И. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ НИТРОСОЕДИНЕНИЙ

Первым шагом в определении структуры молекулы органиче­ ского соединения является элементарный анализ. Если при таком анализе в молекуле обнаружен азот, то часто бывает желатель­ ным определить его количество и (или) положение в молекуле (функциональные группы). В настоящее время в продаже имеются приборы для элементарного анализа, включая масс-спектрометры, а в литературе описано большое число соответствующих методов и типов установок (см. приложение, разд. II). Имеются, кроме того, и ГХ-детекторы, чувствительные к нитросоединениям, при­ чем они позволяют определять нанограммные количества этих со­ единений (см. приложение, разд. II, Г). Высокоспецифичны по отношению к азоту кулонометрические и электролитические ГХдетекторы по проводимости; термо-ионный детектор, модифициро­ ванный для определения азота, имеет среднюю специфичность по отношению к азоту.

Кроме этого, азот в органических соединениях определяли и методом Кьельдаля с CuS04 в качестве катализатора. Образую­ щийся сульфат аммония разлагали в кипящей серной кислоте в

рометром [59]. В работе [60] описан систематический анализ, имею­ щий целью различить 14 азотсодержащих функциональных групп молекул органических соединений. В этом анализе используются различные комбинации реакций разложения анализируемых со­ единений с измерением методов ГХ скорости образования газо­

образных продуктов этих реакций. Реакции проводили в микро­ реакторе, соединенном с газовым хроматографом, причем для ввода выделяющихся газов в газовый хроматограф их собирали в шприце. Хотя такой метод применим не всегда, автор этого ме­ тода считает его хорошим дополнением к другим методам иденти­ фикации.

Ш. ЭЛЕКТРОАНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

А. Ф. Крайвис

А. КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОЕ БРОМИРОВАНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ

Ароматические амины легко бромируются в орто- и пара-тза- мещенные положения кольца. Эта реакция была уже известна в течение некоторого времени, и было предложено несколько мето­ дов определения, основанных на титровании смесью бромид — бромат или бромом [61]. Однако, как сообщалось в работе [61], такой метод «не получил широкого распространения из-за того, что в анализе с его применением возникает большое число помех, связанных с окислительными и восстановительными свойствами брома». Основной причиной всех этих помех является то, что в со­ ответствующих анализах почти всегда используют избыток брома (или бромобразующих реагентов), а если в растворе в течение продолжительного времени имеется большой избыток брома, то нежелательные побочные реакции весьма вероятны.

Однако многие из этих проблем отпадают при использовании кулонометрического титрования бромем, при котором исполь­ зуются малые количества реагентов, и их можно вводить в рас­ творы с самыми различными скоростями. Условия такого титро­ вания подходят для бромирования многих ароматических аминов. Так, например, путем кулонометрического бромирования автору данного раздела удалось определить непрореагировавшие незаме­ щенные анилиновые соединения в продуктах бромирования этих соединений в большом масштабе [62].

Для определения ароматических аминов можно без изменений применять метод, используемый в анализе фенолов, описанный в гл. 1, разд. III, В. Необходимым этапом при этом является опре­ деление стехиометрии реакции для данного неизвестного соедине­ ния; затем можно соответствующим образом изменить способ вы­ числения, о чем в общих чертах говорилось ранее (стр. 64—65).

В случаях, когда такой упрощенный метод не эффективен, можно применить другой метод. Можно генерировать избыток брома, дать ему прореагировать в течение 1 мин с неизвестным Соединением и провести обратное кулонометрическое титрование

полученного раствора [63]. Обратное титрование основано на ге­ нерировании Си+, который реагирует с бромом. Исходный раствор при этом содержит Вг“ и Си2+. На первом этапе титрования анод находится в Ячейке для титрования и генерирует небольшой избы­ ток Вг2. Через 1 мин (продолжительность реакции) меняют поляр­ ность электродов так, ..что катод оказывается в ячейке для титро­ вания. При этом восстанавливается Си2+ до Си+, который и реаги­ рует с избытком брома.

Б. АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ

Титрование ароматических аминов раствором нитрита широко не применялось. Соответствующее этому титрованию уравнение реакции имеет вид

Относительную непопулярность этого метода можно объяснить тем, что в нем требуется внешний индикатор (крахмал — иодид), а также тем, что реакция может протекать медленно. Применение внутреннего индикатора и добавление катализатора для ускорения реакции может сделать этот метод более популярным. Такие из­ менения предложены в работе [64].

Вметоде, описанном ниже, применяется биамперометрическая система определения конечной точки титрования, соответствующей моменту появления в растворе избытка нитрита натрия. До появ­ ления первой капли этого избытка ток в системе практически ра­ вен нулю.

Ванализе этим методом используется катализатор и, кроме

того, реакция проводится при комнатной температуре. Благодаря этому скорость реакции гораздо выше, чем в том случае, когда ее ведут при пониженных температурах и без катализатора.

Экспериментальный метод (основанный на методе Шелтена и Стоуна {64])

Оборудование. В анализе можно использовать любой автоматиче­ ский или неавтоматический полярограф. (Наиболее удобен не­ автоматический полярограф с гальванометром.)

Одинаковые электроды из платиновой проволоки можно ку­ пить или изготовить, впаяв короткие отрезки проволоки в дно стеклянных пробирок. Чтобы обеспечить электрический контакт с электродами, в пробирки можно налить ртуть. Один из электро­ дов соединяют с положительной клеммой полярографа, а дру­ гой— с отрицательной.

Реагенты. Реакционную смесь приготавливают в ячейке поляро­ графа, смешивая концентрированную соляную кислоту и бромид калия.