СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОХЛОРИДА 5-АМИНОЛЕВУЛИНОВОЙ (5-АМИНО-4-ОКСОПЕНТАНОВОЙ) КИСЛОТЫ
METHOD FOR QUANTITATIVE DETERMINATION OF HYDROCHLORIDE OF 5-AMINOLEVULINIC(5-AMINO-4-OXOPENTANOIC) ACID

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способу количественного определения гидрохлорида 5-аминолевулиновой (5-амино-4-оксопентановой) кислоты (АЛК) - эндогенной аминокислоты, являющейся биологическим предшественником порфиринов во всех живых организмах, в том числе и в организме человека, который может быть использован в исследовательской и производственной практике.
АЛК получают каталитическим гидрированием метилового эфира 5-нитролевулиновой кислоты на палладиевом катализаторе в кислой метанольной среде [патент РФ №2146667, С07С 227/12, 2000] или его электрохимическим восстановлением [патент РФ №2260585, С07С 227/12, 2005]. В зависимости от метода восстановления, а также условий электролиза и катализа техническую АЛК получают с содержанием основного вещества 80-95%. Побочными продуктами, снижающими выход и качество АЛК, являются: 5-гидроксиламино-4-оксопентановая кислота, хлорид аммония, нитрометан, гидрохлорид монометиламина, янтарная кислота и другие регистрируемые методом ТСХ неидентифицированные вещества [Конарев А.А., Лукъянец Е.А., Негримовский В.М., Электрохимия, 2007, Т.43, №11, с.1320-1328]. Последние существенным образом осложняют количественное определение АЛК известными методами и затрудняют разработку альтернативных способов ее анализа.
Ароматические аминопроизводные анализируют вольтамперометрически на электроде из стеклоуглерода [патент РФ №2159424, G01N 27/48, 2000]. По этому способу аминосоединения определяют по волнам окисления, регистрируемым при анодной развертке потенциала. Однако этот метод анализа не может быть использован для определения АЛК, так как последняя не дает анодных волн окисления на стеклоуглероде.
1/2
Известна группа способов [Турьян Я.И. Химические реакции в полярографии. - М.: Химия, 1980, с 308-309] косвенного определения алифатических аминосоединений, в частности, аминокислот в растворах, основанная на конденсации амина с избытком карбонильного соединения, приводящей к образованию ненасыщенного азотсодержащего производного - основания Шиффа, которое полярографически легко восстанавливается. Для косвенного анализа АЛК использовали в качестве карбонильного реагента формальдегид, который с АЛК образует соответствующее метиленовое соединение (основание Шиффа), полярографически восстанавливающееся при E=-1,32 В (н.к.э.). Однако косвенный полярографический метод не может быть применен для анализа АЛК из-за наличия в ней побочного продукта - хлорида аммония, который в этих условиях образует полярографически активный метиленимин, восстанавливающийся при потенциалах, близких к потенциалу восстановления метиленового производного АЛК [Турьян Я.И., Жанталай Б.П., Заводская лаборатория, 1962, 12, 1431-1434]. Кроме того, при восстановлении АЛК возможно восстановление кето-группы, приводящее к образованию соответствующего аминоспирта. Последний также может искажать результаты анализа содержания основного вещества в АЛК.
1/2
АЛК является карбонилсодержащим соединением, и кето-группа в ней может полярографически восстанавливаться. Полярографическое поведение алифатических кетонов изучено недостаточно по сравнению с ароматическими из-за трудного их восстановления [Майрановский С.Г., Страдынь Я.П., Безуглый В.Д. Полярография в органической химии. Л.: Химия, 1975, 351 с.]. Поэтому для анализа алифатических кетонов часто используют их реакцию с аминами, взятыми в избытке; образующиеся при этом азометины (основание Шиффа) восстанавливаются намного легче, чем исходный кетон. При этом в качестве амина для анализа алифатических кетонов используют солянокислый гидразин, который является токсичным реагентом [Zuman P. Coll., 1950, v.15, p.839-873; Баранова В.Г., Панков А.Г., Турьян Я.И. Основы физико-химических методов анализа и контроль производства изопрена. М.: НИИТЭХИМ, 1965, 81 с.; Чернова З.Д., Васильева Г.Г., Петропавловский Г.А. ЖАК, 1975, Т.30, №7, с.1438-1439]. Однако кето-группа в АЛК полярографически восстанавливается на фоне боратного буфера с pH 8,5-9,2 при E-2,13÷-2,13 В (н.к.э), а предельный ток волны восстановления пропорционален концентрации АЛК, что позволяет использовать полярографический метод прямого восстановления кето-группы для анализа АЛК в различных технологических растворах, а также определять содержание основного вещества в образцах АЛК [Патент РФ №2300100, G01N 27/48, 2007]. К существенному недостатку этого метода следует отнести использование токсичного ртутного капающего электрода, что делает проблематичным применение его в производственной практике.
Известен способ количественного определения аминокислот, в частности, метод формольного потенциометрического титрования [Полюдек-Фобини Р., Бейрих Т. Органический анализ. Л.: Химия, 1981, 622 с.]. Этот метод является трудоемким и продолжительным из-за построения графических зависимостей изменения потенциала электрода от объема титранта (гидроксида натрия). Кроме того, получаемые результаты этим методом неоднозначны и вызывают нередко сомнение из-за трудности определения эквивалентных точек титрования и неселективности метода к примесям, содержащимся в АЛК.
Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ количественного определения аминокислот методом кондуктометрического титрования, заключающийся в измерении величины удельной электропроводности в процессе титрования [Крешков А.П. Основы аналитической химии. М.: Химия, 1970, 471 с.]. Несмотря на дифференцированное титрование АЛК и побочного продукта - хлорида аммония, являющегося преимущественной примесью [Конарев А.А., Лукъянец Е.А., Негримовский В.М., Электрохимия, 2007, Т.43, №11, с.1320-1328; патент РФ №2295516, C07C 227/38, 2007] и точность определения эквивалентных точек титрования, этот метод является трудоемким и продолжительным из-за построения графических зависимостей изменения величины удельной электропроводности растворов АЛК от объема титранта (гидроксида натрия).
Задачей предлагаемого изобретения является разработка кондуктометрического способа количественного определения АЛК, обеспечивающего быстрый и точный анализ содержания основного вещества в АЛК.
Для решения этой задачи предложен способ кондуктометрического количественного определения АЛК, заключающийся в измерении величины удельной электропроводности растворов АЛК с концентрацией образцов 1,0 г/л при температуре 20°C и последующем расчете содержания основного вещества (СОВ) в АЛК по градуировочному (калибровочному) графику или по формуле:
СОВ(%)=133,64-429,2×X,
где X - величина удельной электропроводности анализируемого раствора АЛК с концентрацией образца 1,0 г/л, измеренная при температуре 20°C, См/м;
133,64 - содержание основного вещества при нулевом значении удельной электропроводности раствора;
429,2 - тангенс угла наклона калибровочной прямой.
Предлагаемый способ осуществляют с использованием кондуктометра серийного производства, в частности, КЛ-1М для измерения величины удельной электропроводности анализируемых растворов АЛК, приготовленных с концентрацией образца 1,0 г/л. В качестве образцов используют техническую АЛК, полученную каталитическим и электрохимическим способами, а также очищенную и фармакопейную АЛК [патент РФ №2295516, C07C 227/38, C07C 227/12, C07C 229/22, 2007]. Измерения величины удельной электропроводности растворов проводят при температуре 20°C.
При кондуктометрическом титровании различных образцов АЛК было обнаружено, что величина удельной электропроводности исходных растворов АЛК, приготовленных для титрования, зависит от содержания основного вещества в образце АЛК: чем выше содержание основного вещества в АЛК, тем меньше величина удельной электропроводности раствора. В связи с этим исследована зависимость изменения содержания основного вещества в АЛК от величины удельной электропроводности растворов АЛК (фиг.1). Неожиданным в полученных результатах оказалось то, что эта зависимость линейна и может использоваться для количественного определения АЛК. В качестве стандарта для построения калибровочного графика зависимости содержания основного вещества в АЛК от величины удельной электропроводности используют АЛК с содержанием не ниже 99,5% и на ее основе готовят модельные образцы с различным содержанием АЛК, используя в качестве побочного продукта хлорид аммония. Последний является основной примесью в АЛК и вносит наибольший вклад в изменение величины удельной электропроводности по сравнению с органическими побочными продуктами.
Содержание основного вещества в АЛК рассчитывают по градуировочному графику (фиг.1) или по формуле. Относительная ошибка определения составляет не более 0,5%, а время, затрачиваемое на анализ, 15-20 минут.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
3
-3
Для приготовления раствора АЛК с концентрацией 1,0 г/л взвешивают 0,1000 г образца технической АЛК (точная навеска) и растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе вместимостью 100 см, а затем доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. После тщательного перемешивания полученного раствора АЛК измеряют его удельную электропроводность на кондуктометре КЛ-1М при температуре 20°C. Величина удельной электропроводности анализируемого раствора составляет 88,5×10 См/м, а содержание основного вещества в технической АЛК, рассчитанное по формуле, - 95,65%.
Пример 2.
3
-3
Для приготовления раствора АЛК с концентрацией 1,0 г/л взвешивают 0,1000 г образца очищенной АЛК (точная навеска) и растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе вместимостью 100 см, а затем доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. После тщательного перемешивания полученного раствора АЛК измеряют его удельную электропроводность на кондуктометре КЛ-1М при температуре 20°C. Величина удельной электропроводности анализируемого раствора составляет 82,5×10 См/м, а содержание основного вещества в технической АЛК, рассчитанное по формуле, - 98,2%.
Пример 3.
3
-3
Для приготовления раствора АЛК с концентрацией 1,0 г/л взвешивают 0,1000 г образца технической АЛК (точная навеска), полученной электрохимическим путем, растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе вместимостью 100 см, а затем доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. После тщательного перемешивания полученного раствора АЛК измеряют его удельную электропроводность на кондуктометре КЛ-1М при температуре 20°C. Величина удельной электропроводности анализируемого раствора составляет 108,5×10 См/м, а содержание основного вещества в технической АЛК, рассчитанное по формуле, - 87,29%.
Пример 4.
3
-3
Для приготовления раствора АЛК с концентрацией 1,0 г/л взвешивают 0,1000 г образца очищенной АЛК с содержанием 97,8% (точная навеска) и растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе вместимостью 100 см, а затем доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. После тщательного перемешивания полученного раствора АЛК измеряют его удельную электропроводность на кондуктометре КЛ-1М при температуре 20°C. Величина удельной электропроводности анализируемого раствора составляет 82,7×10 См/м, а содержание основного вещества в очищенной АЛК, рассчитанное по формуле, - 98,1%. Относительная ошибка определения содержания основного вещества в очищенном образце АЛК составляет 0,3%.
Примеры 5-7
В примерах 5-7 используют образцы фармакопейной АЛК. Приготовление растворов АЛК с концентрацией 1,0 г/л, измерение их удельной электропроводности и расчет содержания основного вещества в образцах фармакопейной АЛК осуществляют аналогично примерам 1-3.
Результаты анализа этих образцов АЛК приведены в таблице в сравнении с данными метода потенциометрического формольного титрования, принятого в практике для количественного определения АЛК.
Таблица
Результаты количественного определения АЛК
Образец АЛК
Кондуктометрия
Потенциометрия
Содержание основного вещества
удельная электропроводность, См/м
содержание основного вещества, %
по HCl, %
по -COOH, %
5
80,0×10<sup>-3</sup>
99,3
99,6
98,9
6
80,0×10<sup>-3</sup>
99,3
100,3
99,2
7
80,5×10<sup>-3</sup>
99,1
100,2
99,5
Из данных таблицы видно, что предлагаемым способом достигается идентичный результат содержания основного вещества в образцах АЛК, как и в случае потенциометрического формольного титрования.
Таким образом, предлагаемый способ кондуктометрического количественного определения АЛК существенным образом упрощает и ускоряет анализ содержания основного вещества в АЛК как по прототипу, так и по методу принятого в практике, что обеспечивает его реализацию в производственных условиях как экспресс-метода.