НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
Российского федерального агентства здравоохранения и социального развития
Фармацевтический факультет
__________________________
Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии
ХИМИКО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
КСЕНОБИОТИКОВ.
ЛЕТУЧИЕ ЯДЫ.
Методические указания к лабораторно-практическому занятию
по токсикологической химии для студентов IV курса
фармацевтического факультета
Нижний Новгород
2006
2
ВВЕДЕНИЕ
«Летучие яды» - класс токсичных жидкостей органических веществ
высокой липофильности и летучести. К группе летучих ядов относятся
органического вещества с низкой температурой фазового перехода жидкость
– пар; изолируемые из биологического материала методом перегонки с
водяным паром и методом количественного определения – газовой или
газожидкостной хроматографией.
Главными органами – мишенями для ядов данного класса, является
центральная нервная система, печень и почки.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Классы летучих ядов различной химической природы:
1)
алифатические
углеводороды
и
их
галогенопроизводные
(хлороформ; хлоралгидрат; четыреххлористый углерод; дихлорэтан; 1,1,1трихлорэтан; трихлорэтилен; тетрахлорэтилен; метиленхолорид и др.);
2)
циклические
алканы
и
их
галогенопроизводные
(гексан,
гексахлороциклогексан и др);
3)
кетоны (ацетон и др);
4)
карбоновые кислоты (муравьиная, уксусная кислоты и др.);
5)
ароматические
соединения
(бензол;
хлорзамещенные
производные бензола; нитробензол; толуол; этилбензол и др.);
6)
фенолы (фенол; крезолы; пентахлорфенол; хлорофенолы и др.);
7)
простые газообразные вещества (хлор Cl2, фтор F2 и др.);
8)
летучие оксиды и гидриды (угарный газ СО, диоксид азота NO2,
фтороводород HF,
сероводородH2S, селеноводород H2Se, арсин AsH3,
фосфин PH3 и др.);
9)
цианид водорода HCN;
10) акрилонитрил CH2=CHCN;
11) ацетонитрил CH3CN;
12) диметилформамид HCON(CH3)2.
3
Как
известно,
консервированию.
растворители,
биологический
Некоторые
аэрозольные
материал
консерванты,
пропелленты
а
в
часто
также
подвергается
стабилизаторы,
лекарственных
формах
представляют собой «летучие» яды:
Аэрозоли
фторуглеводороды - трифторметан,
дихлорфторметан.
Ингаляторы
инертные газы.
Инъекционные растворы
пропиленгликоль,
бензилбензоат,
этилолеат,
фенол,
крезол,
хлорбутанол, бензиловый спирт.
Свечи
пропиленгликоль.
Летучие яды легко абсорбируются через легкие, кожу и желудочно-
кишечный тракт. Липофильность растворителей возрастает с увеличением
молярной массы, а летучесть при этом уменьшается.
Большинство растворителей представляют собой не индивидуальные
вещества, а смесь химических соединений. Сведения о комбинированной
токсичности летучих ядов весьма ограничена. Как и для других классов
токсикантов, комбинированные воздействия летучих ядов могут быть
аддитивны, синергитические или антагонистические. Несмотря на различную
степень опасности, все летучие яды дают токсические эффекты.
4
ТОКСИКОДИНАМИКА И ТОКСИКОКИНЕТИКА
ЛЕТУЧИХ ЯДОВ
Токсикодинамика и токсикокинетика летучих ядов устанавливают
связь между дозой, скоростью и механизмами при абсорбции, распределении
и выведении летучего яда.
Абсорбция
Всасывание
паров
летучего
соединения
происходит
преимущественно в альвеолах, хотя отчасти абсорбция начинается в верхних
отделах дыхательных путей. Практически сразу устанавливается равновесие
между молекулами газообразного соединения в альвеолярном воздухе и
крови капилляров легких. Коэффициент распределения может быть
определен
как
отношение
концентраций
летучего
вещества
между
указанными средами в состоянии равновесия:
К
С крови
С альвеолы
Распределение
Растворители, всасывающиеся из желудочно-кишечного тракта в
систему портальной вены, попадают в печень и выделяются с желчью. Они
могут также элиминироваться органами дыхания. Константа скорости
печеночной элиминации зависит от количества токсиканта, а элиминация
через легкие напротив, не зависит от концентрации растворителя в крови.
Скорость переноса летучих ядов зависит от скорости артериального
кровотока и коэффициента распределения растворителя в системе ткань –
кровь.
Механизм токсичности летучих ядов
Как упоминалось выше, поражение летучими ядами в первую очередь
происходит в легких. Основным органом-мишенью для паров летучих
органических растворителей является центральная нервная система (ЦНС).
Однако, все представители данной группы имеют некоторые особенности.
5
ИЗОЛЯЦИЯ ЛЕТУЧИХ ЯДОВ ИЗ БИОМАТЕРИАЛА.
МЕТОД ДИСТИЛЛЯЦИИ С ВОДЯНЫМ ПАРОМ
Дистилляция
с
водяным
паром
широко
применяется
как
в
лабораторной практике, так и в химической промышленности для получения
веществ в чистом виде. В ХТА данным методом достигается изолирование
ядовитых и сильнодействующих веществ из объектов исследования
биологической природы. Особенно удобно изолировать дистилляцией с
водяным
паром
вещества,
труднорастворимые
или
практически
нерастворимые в воде. При нагревании двухкомпонентной смеси, состоящей
из практически нерастворимых друг в друге веществ, каждое из них
увеличивает упругость своих паров независимо от другого. Когда упругость
паров смеси достигает атмосферного давления (точнее, превышает его на
бесконечно малую величину), смесь закипает и оба вещества начинают
перегоняться. Так как сумма упругости паров обоих веществ равна
атмосферному давлению, температура перегонки каждого вещества в смеси
будет ниже температуры кипения каждого компонента в чистом виде (рис.1).
Температура кипения чистой жидкостей и их смеси соответствует точкам
пересечения изобары с кривыми давления пара.
Рис.1. Диаграмма состояния (Р-Т) для двух несмешивающихся жидкостей (А и Б)
и их смеси.
6
Дистилляция с водяным паром особенно выгодна, когда изолируемое
вещество кипит при очень высокой температуре или разлагается при
температуре кипения.
Связь между летучестью и молекулярным весом для веществ,
нерастворимых друг в друге, выражается уравнением:
 W0
M 0 P0


WW M W PW
где W0 и WW – вес органического вещества и воды в дистилляте;
М0 и МW – соответствующие молекулярные веса;
Р0 и РW - упругости паров.
В ряде случаев летучими с водяным паром оказываются вещества,
растворимые в воде в том или ином соотношении. Для веществ, которые
растворимы в воде, а вода оказывает влияние на упругость их паров, как,
например, кислоты, фенолы, амины, также имеются свои закономерности.
Более летучими с водяным паром являются вещества с большим
молекулярным весом и более высокой температурой кипения, чем низшие
члены гомологического ряда. Для многих органических веществ способность
их перегоняться с водяным паром может быть объяснена образованием
нераздельно кипящих (азеотропных) смесей их с водой.
Азеотропная – смесь двух жидкостей, состав которой не изменяется
при дистилляции.
КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Синильная кислота
Для качественного определения синильной кислоты в химикотоксикологическом анализе имеет значение только реакция образования
берлинской лазури.
NaOH + HCN = NaCN + H2O;
7
FeSO4 + 2NaCN = Fe(CN)2 + Na2SO4;
Fe(CN)2 + 4NaCN = Na4[Fe(CN)6];
3Na4[Fe(CN)6] + 2Fe2(SO4)3 = Fe4[Fe(CN)6]3 + 6Na2SO4
Чувствительность
реакции
20
мкг
HCN
в
1
мл
раствора.
Открываемый минимум 20 мкг при предельном разбавлении 1:100000. При
содержании 20-30 мкг HCN в пробе образуется соответственно зеленое или
голубое окрашивание раствора, а при количествах, больших 30мкг,
выделяется характерный синий осадок берлинской лазури, который может
быть предъявлен в качестве доказательства обоснованности заключения об
обнаружении синильной кислоты.
Реакция специфична и имеет положительное судебно-химическое
значение.
Хлороформ
Качественное определение хлороформа осуществляется с помощью
ряда реакций.
1.
Реакция отщепления галоида.
Эта реакция является общей реакцией на галогенпроизводные.
CHCl3 + 4NaOH
3NaCl + 2H2O + HCONa
O
Отщепление галоида достигается нагреванием части дистиллята со
спиртовым раствором едкой щелочи. Хлорид-ион обнаруживается реакцией с
раствором нитрата серебра в азотнокислой среде. Образование мути или
осадка говорит о наличии галогенпроизводных и необходимости проведения
других реакций их обнаружения. Реакция не специфична.
2. Реакция образования изонитрила.
В случае отсутствия осадка или мути в реакции №1, учитывая ее
сравнительно невысокую чувствительность, нужно проделать реакцию
получения изонитрила.
8
CHCl3+3NaOH(спирт. р-р)+C6H5NH2 = C6H5N=C+3NaCl+3H2O
Отрицательный результат этой сравнительно чувствительной реакции
(0,01 мг) позволяет судить о ненахождении в исследуемом объекте этих
веществ. При положительном результате проводят другие реакции.
Реакция
не
специфична,
ее
дают
все
хлорпроизводные,
за
исключением дихлорэтана.
3. Реакция с резорцином в щелочной среде.
OH
OH
OH
2HOH
- 2HCl
CHCl3
- HCl
- H2O
OH
OH
OH
HC
HCCl2
H
Дихлорметилрезорцин
OH
O
OH
OH
OH
H
+
OH
HC
H
- H2O
OH
O
HO
O
3,4-диоксибензальдегид
Кето-форма резорцина
HC
HO
Появление розового или красного окрашивания в исследуемой пробе
может указывать на наличие хлороформа. Параллельно выполняется
«слепой» опыт, цель которого исключить ошибки за счет продуктов
окисления резорцина, окрашенных в зеленый цвет и маскирующих розовое
окрашивание.
9
Реакция не специфична, ее дают все хлорпроизводные, кроме
дихлорэтана, а также формальдегид.
4. Реакция с реактивом Фелинга.
При значительных количествах хлороформа проводят реакцию
восстановления Cu(OH)2 в Cu2(OH)2, переходящую далее в Cu2O при
кипячении с реактивом Фелинга. При наличии хлороформа образуется
желтый осадок гидрата закиси меди, переходящий в красный осадок закиси
меди.
OH
HCCl3 + 4NaOH = 3NaCl + HC
OH
OH
HCONa + 2H2O
O
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
OH
= HOCONa + Cu2(OH)2 + H2O
HCONa + 2Cu
O
OH
O
H2O + CO2
Cu2(OH)2 = Cu2O + H2O
Реакция не специфична, ее дает хлороформ, хлоралгидрат и
формальдегид. Не дают четыреххлористый углерод и дихлорэтан.
5. Реакция Фудживара.
Реакция взаимодействия с пиридином в присутствии щелочи. На этой
реакции основано предварительное обнаружение галогенпроизводных в
моче.
10
NaOH
CHCl3 +
Cl-
NaOH
N
N
CHCl2
Cl
CHNHCH=CHCH=CHCHO
H2O
Cl
H
H
CCH=CHCH2C
O
O
Глутаконовый альдегид
О наличии хлороформа судят по появлению красной окраски.
Реакция не специфична, ее дают все хлорпроизводные.
Хлоралгидрат
Хлоралгидрат
дает
все
реакции,
которые
используют
для
обнаружения хлороформа (см. реакции 1-5), т.к. они проводятся в
присутствии щелочи, под влиянием которой хлоралгидрат разлагается с
выделением хлороформа:
CCl3CH(OH)2 + NaOH
CHCl3 + HCOONa + H2O
Для отличия хлоралгидрата от хлороформа используются специальные
пробы.
1. Реакция с реактивом Несслера. В реакции используются
восстановительные свойства хлоралгидрата. В результате образуется сначала
кирпично-красный осадок, который постепенно меняет окраску до грязнозеленого цвета.
CCl3CH(OH)2 + K2[HgI4] + 3KOH
Hg + CCl3COOK + 4KI + 3H2O
11
Другие хлорпроизводные этой реакции не дают, однако она не специфична,
т.к. ее дают альдегиды и другие восстановители.
2. Экстракция из дистиллята.
Дистиллят повторно извлекают небольшими порциями эфира и
фильтруют через сухой фильтр. Следы остатка после удаления эфира при
комнатной температуре обрабатывают несколькими каплями воды и с
раствором проводят реакции 1-5. Хлороформ при такой обработке
улетучится, и положительные результаты реакций укажут на наличие
хлоралгидрата.
Четыреххлористый углерод
Качественное обнаружение четыреххлористого углерода основано на
тех же реакциях, что и обнаружение хлороформа и хлоралгидрата: реакции
отщепления хлора, реакции образования изонитрила, получение розового
окрашивания с резорцином в щелочной среде. Однако в отличие от
хлороформа и хлоралгидрата четыреххлористый углерод не дает реакции с
реактивом Феллинга, т.к. в процессе нагревания с раствором щелочи не
образуется веществ, обладающих восстановительными свойствами.
Заключение о наличии четыреххлористого углерода в дистилляте
делают при положительном результате реакций 1-3 и отсутствии результата
реакции с реактивом Фелинга.
1,2 – дихлорэтан (хлористый этилен)
В случае 1,2-дихлорэтана реакция отщепления атомов хлора идет в
более жестких условиях: либо при длительном нагревании со спиртовым
раствором щелочи, либо при нагревании и повышенном давлении. Так при
четырехчасовом нагревании дистиллята в запаянной ампуле с 10% раствором
карбоната натрия от дихлорэтана отщепляются два атома хлора, образуется
этиленгликоль, который при дальнейшем окислении дает формальдегид,
обнаруживаемый по реакции с фуксинсернистой кислотой:
12
H
H
H
C
C
Cl
Cl
H + Na2CO3 + HOH = H
H
H
H
C
C
OH
OH
H
[O]
H
H
C
C
OH
OH
H + 2NaCl + CO2
2HCH + H2O
O
Вторая часть жидкости после подкисления азотной кислотой и добавления
10% раствора нитрата серебра дает ясно заметную муть хлорида серебра.
Реакция образования ацетиленида меди.
При нагревании в запаянной ампуле дистиллята, содержащего
дихлорэтан, с 40% раствором едкого натра от молекулы дихлорэтана
отщепляются 2 молекулы хлористого водорода и получается ацетилен.
Последний обнаруживается реакцией с раствором закисной меди в
присутствии аммиака по образованию розового или красного окрашивания
или выделению осадка.
ClCH2CH2Cl + 2NaOH
HC
CH + 2CuNO3 + 2NH4OH
HC
CuC
CH + 2NaCl + 2H2O
CCu + 2NH4NO3 + 2H2O
Реакция специфична, другие хлорпроизводные ее не дают. Однако с
дистиллятом, полученным из внутренних органов трупов, положительный
результат этой реакции получается не всегда.
Реакция с хинолином.
При нагревании дихлорэтана с хинолином образуется цианиновый
краситель синевато-красного цвета.
13
ClN
C
H
ClH2CH2C
N
CH2CH2Cl
Реакция специфична, другие хлорпроизводные ее не дают. Реакция
используется для обнаружения дихлорэтана в технических жидкостях.
Дистиллят, содержащий дихлорэтан, не дает реакции образования
изонитрила, не окрашивается при нагревании со щелочным раствором
резорцина, не обладает способностью восстанавливать Cu(OH)2.
Реакции обнаружения хлорпроизводных, имеющих
токсикологическое значение
Исследуемые вещества
Реакции
Хлорофор
м
Хлоралгид
рат
Четыреххл
ористый
углерод
Дихлорэта
н
Отщепление хлора
+
+
+
+
Фудживара
+
+
+
+
Образование
+
+
+
-
С резорцином
+
+
+
-
С реактивом Фелинга
+
+
-
-
С реактивом Несслера
-
+
-
-
Образование
-
-
-
+
-
-
-
+
-
-
-
+
изонитрила
этиленгликоля
Образование
ацетиленида меди
С хинолином
14
Формальдегид
Реакция с резорцином в щелочной среде.
O
O
OH
H
CH2
H2CO
H
- H2 O
OH
OH
OH
енольная форма
кето-форма
Реакция с реактивом Фелинга.
O
H
C
COOK
+
Cu
O
C
H
O
HC
H
C
+
C
H
+
COOK
2
HO
NaOH
H
COONa
HO
+
Cu 2 O
COONa
+
H2 O
O
HC
ONa
тартрат K, Na (Сеньетова соль)
Реакция с фуксинсернистой кислотой (реактив Шиффа).
NHSO2H
H2N
C SO3H
NHSO2H
NHSO2CH2OH
2 H2CO
C
NH
NHSO2CH2OH
15
Реакция с кодеином и концентрированной серной кислотой.
H
HO
H3CO
H 2O
O
k. H2SO4, T
H2CO
O
- CH3OH
NCH3
NCH3
H
H
HO
HO
кодеин
HO
OH
CH2
HO
O
CH
[O]
- H2 O
Реакция
с
хромотроповой
кислотой
(1,8-диоксинафталин-3,6—
дисульфокислота) в присутствии конц.серной кислоты.
SO3H
HO
SO3H SO3H
H
+
HO
k. H2SO4
- H2 O
H2CO
HO
C
H2
HO
OH
SO3H
SO3H SO3H
SO3H SO3H
HO
CH
O
HO
OH
SO3H SO3H
Реакция восстановления ионов серебра.
+
AgNO3
2 AgOH
Ag2O
16
+
AgOH
NH4OH
Ag2O
H2CO
+
+
NH4NO3
H2 O
2 Ag
+
OH
HCOOH
[O]
- H2 O
Метиловый спирт
Реакция этерификации (образование метилсалицилата).
CH3OH
+
T
HOSO3H
+
CH3OSO3H
OH
H2 O
OH
COOH
CH3OSO3H
COOCH3
T
+
+
H2 O
Реакция окисления до формальдегида и обнаружение последнего
реакциями окрашивания.
5 CH3OH
KMnO4
+
+
2 KMnO4
+
3 H2SO4
5 H2C2O4
+
3 H2SO4
5 H2CO
+
2 MnSO4
2 MnSO4
+
10 CO2
+
K2SO4
+
8 H2 O
+
K2SO4
+
8 H2 O
избыток
Прежде, чем приступить к окислению метанола при анализе
дистиллята, необходимо проверить наличие формальдегида в дистиляте!
Предварительная проба на метанол в биологической жидкости (моча).
3 CH3OH
+
K2Cr2O7
+
4 H2SO4
3 HCOH
+
Cr2(SO4)3
+
K2SO4
+
Этиловый спирт
Реакция этерификации (образование этилацетата).
2 CH3COONa
C2H5OH
+
C2H5OSO3H
+
H2SO4
HOSO3H
+
2 CH3COOH
T
C2H5OSO3H
CH3COOH
+
+
Na2SO4
H2 O
C2H5OCOCH3
+
H2SO4
Чувствительность реакции 15-20 мг.
17
7 H2 O
Реакция окисления (образование ацетальдегида).
+
3 C2H5OH
K2Cr2O7
+
4 H2SO4
O
3 CH3C
H
+
Cr2(SO4)3
+
K2SO4
+
7 H2 O
Чувствительность реакции 3 мг.
Реакция образования йодоформа.
I2
+
2 NaOH
C2H5OH
CH3CHO
CI3CHO
+
+
+
NaOI
NaOI
+
+
NaI
+
CH3CHO
3 NaOI
CI3CHO
NaOH
CHI3
+
H2 O
NaI
+
+
H2 O
3 NaOH
HCOONa
Реакция не специфична, ее дает ацетон.
Чувствительность реакции 0,04 мг.
Предварительная проба на этанол в биологической жидкости
/моча/ проводится аналогично описанной выше пробе для метанола.
Реакция имеет отрицательное судебно-химическое значение.
Изоамиловый спирт
Исследование на наличие изоамилового спирта проводится при
наличии специфического запаха сивушных масел и маслянистых капель на
поверхности дистиллята. Все реакции на изоамиловый спирт дают
положительный эффект только при отсутствии
воды, поэтому перед
выполнением реакций изоамиловый спирт экстрагируют из дистиллята
эфиром (5 мл)*, эфирную вытяжку делят на 4 части и эфир испаряют ври
комнатной температуре. С полученным остатком проделывают реакции:
* Примечание: При выполнении качественных реакции с чистым веществом экстракцию эфиром не проводят.
18
Реакция этерификации (образование изоамилацетата).
+
2 CH3COONa
C5H11OH
+
H2SO4
2 CH3COOH
CH3COOH
+
C5H11OCOCH3
Na2SO4
+
H2 O
Реакция имеет отрицательное судебно-химическое значение.
Реакция окисления (образование изовалерианового альдегида).
+
5 C2H5OH
2 KMnO4
+
3 H2SO4
5 C4H9C
O
H
+
2 MnSO4
+
K2SO4
+
8 H2 O
Чувствительность реакции 0,11 мг.
Реакция Комаровского с ароматическими альдегидами (на высшие
старта, содержащие более 3 атомов углерода).
Реакция с салициловым альдегидом
Возможные
механизм
реакции
включает
в
себя
окисление
изоамилового спирта концентрированной серной кислотой до изовалерианового альдегида, который вступает в реакцию конденсации с ароматическим
альдегидом.
C5H11OH
[O]
O
C4H9C
H
OH
C4H9C
O
H
O
O
C
H
+
O
C
H
-H 2 O
H
HCC4H9
Чувствительность реакции 1,5 мг,
19
Ацетон
Реакция образования йодоформа.
I2
+
2 NaOH
CH3COCH3
+
NaOI
+
3 NaOI
+
NaI
H2 O
CI3COCH3
+
3 NaOH
трийодацетон
CI3COCH3
+
CHI3
NaOH
+
NaOCOCH3
В отличие от этанола ацетон дает реакцию в мягких условиях - без
нагревания и со слабой щелочью.
Чувствительность реакции 0,1 мг.
Реакция имеет отрицательное судебно-химическое значение, ее дает
этиловый спирт.
Реакция с нитропруссидом натрия.
+
CH3COCH3
Na2[Fe(CN5)NO]
+
Na4[Fe(CN)5ON=CHCOCH3]
2 NaOH
+
2 H2 O
Реакция не специфична для ацетона, ее дают другие альдегиды и
кетоны.
Реакция о фурфролом.
O
C
O
+
CH3COCH3
- 2 H 2O
H
O
C
H
CHCOCH
C
O
H
Реакция не специфична для ацетона, ее дают альдегиды и кетоны.
Фенол
Для обнаружения фенола используется часть второго дистиллята,
который подщелачивают раствором гидрокарбоната натрия до щелочной
реакции, вносят в делительную воронку и извлекают двумя порциями эфира
20
по 5 мл. Эфирные вытяжки объединяют и упаривают при комнатное
температуре досуха. Сухой остаток растворяют в 2-3 мл воды и с раствором
проделывают реакции:
Реакция с бромной водой (образование трибромфенола).
OH
OH
Br
+
Br
3 Br2
+ 3 HBr
Br
* Примечание: При выполнении качественных реакций на чистом
веществе экстракцию эфиром не проводят.
Чувствительность реакции 1:50 000.
Реакция имеет отрицательное судебно-химическое значение, ее дают
анилин и другие ароматические амины.
Реакция образования индофенола.
NH2
+
HOCl
NHCl
+
H2 O
Реакция имеет отрицательное судебно-химическое значение, ее дают
соединения, содержащие фенольную группу.
21
Реакция с хлоридом окисного железа.
OH
.
O FeCl2
+
FeCl3
O
Fe
O
Cl
O
Fe
O
O
Чувствительность реакции 1:1000.
Реакция имеет положительное судебно-химическое значение.
Уксусная кислота
Реакция с хлоридом окисного железа.
FeCl3
+
Fe(CH3COO)3
3 CH3COOH
3 Fe(CH3COO)3
+
2 H2 O
+
3 HCl
[Fe3(CH3COO)6(OH)2]CH3COO
+
2 CH3COOH
Чувствительность реакции 1,25 мг.
Реакция этерификации (образование этилацетата).
CH3COOH
+
C2H5OH
H2SO4, t
CH3COOC2H5
+
H2 O
Реакция образования индиго.
При нагревании уксусной кислота с солями кальция образуется
ацетон, который подвергается конденсации с о-нитробензальдегидом.
22
2 CH3COOH
+
T
(CH3COO)2Ca
+
(CH3COO)2Ca
CaO
CH3COCH3
+
+
CaO
H2 O
CO2
NO2
+
2 CH3COCH3
2
O
2
O
C
H
N
NO2
O
CH-CH2COCH3
H
OH
N
H
Чувствительность реакции 10 мг.
Реакция образования окиси какодила, обладающего неприятным
запахом.
2CH3COOH
CH3COO
CH3COO
+
Ca
(CH3COO)2Ca
CaO
+
CH3
As2O3
+
As
H2 O
O
As
CH3
CH3
CH3
+
2 CaCO3
Чувствительность реакции 5-10 мг.
Этиленгликоль
Реакция окисления периодатом калия в обнаружение образовавшегося формальдегида реакцией с фуксинсернистой кислотой.
HOCH2CH2OH
KJO4
2 H2CO
+
KJO3
+
H2 O
Реакция окисления до щавелевой кислоты при многократном выпаривании этиленгликоля с азотной кислотой.
HOCH2CH2OH
[O]
COOH
+
2 H2 O
COOH
Образовавшуюся щавелевую кислоту доказывают:
23
а/ по характерным кристаллам оксалата кальция.
H2C2O4
+
CaCl2
+
CaC2O4
2 HCl
б/ по обесцвечиванию раствора пермавгавата калия.
5 H2C2O4
+
2KMnO4
+
3 H2SO4
2 MnSO4
+
K2SO4
+
8 H2 O
+
10 CO2
Реакция с сульфатом меди (голубое окрашивание раствора).
Реакция применяется для обнаружения этиленгликоля в технических
жидкостях, для дистиллятов неприменима.
CuSO4
+
2 NaOH
Na2SO4
+
Cu(OH)2
H2C
HOCH2CH2OH
24
+
Cu(OH)2
O
C
CH2
O
Cu
+
2 H2 O
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ДИСТИЛЛЯЦИЯ С ВОДЯНЫМ ПАРОМ
Цель работы: Изолировать летучее органическое вещество из
биологического материала методом дистилляции с
водяным паром.
Подготовка прибора
Прибор для дистилляции с водяным паром (рис.2) состоит из трех
частей: парообразователя (1); круглодонной колбы(2) и холодильника (4).
Рис.2. Установка для изолирования летучих ядов перегонкой с водяным паром.
1 - парообразователь; 2 – колба с объектом исследования; 3 - холодильник;
4 – приемник дистиллята.
Парообразователь (1) представляет собой сосуд с отводной боковой
трубкой, которая служит для соединения его с колбой (2). Для
уравновешивания давления в горлышко парообразователя вставляется
длинная стеклянная трубка (~1 м), доходящая почти до дна цилиндра.
Парообразователь заполняют водой на 1/3 – 1/4 объема. О количестве
введенной в него воды судят по водомерной трубке.
Измельченный объект исследования помещают в круглодонную
колбу (2) емкостью 0,5 л, закрытую корковой пробкой с двумя вставленными
25
в нее стеклянными трубками; одна из трубок согнута под прямым углом, она
соединяет колбу с парообразователем и доходит почти до самого дна колбы;
другая – короткая, согнутая дважды в виде буквы П, - соединяет колбу с
холодильником. Колба установлена на водяной бане (3).
В качестве приемника дистиллята заготовлена коническая колба (4).
Методика эксперимента
Объект,
поле
проведения
наружного
осмотра,
смешивают
с
дистиллированной водой до густоты кашицы и помещают в круглодонную
колбу с таким расчетом, чтобы колба была заполнена не более чем на 1/3 ее
объема. Колбу с объектом закрепляют в штативе, предварительно обернув ее
горло полоской бумаги, глубоко погружают в холодную водяную баню и
закрывают пробкой так, чтобы конец стеклянной трубки, вводящей пар,
доходил почти до дна колбы. Когда прибор подготовлен, парообразователь
нагревают, доводя воду почти до кипения. Затем объект подкисляют
виннокаменной или щавелевой кислотой по лакмусу и быстро закрывают
пробкой. После этого парообразователь присоединяют к колбе с объектом и
продолжают нагревать сначала парообразователь, а затем и водяную баню, в
которой
находится
колба
с
объектом
исследования.
Дистилляция
производится по возможности медленно, так, чтобы можно было считать
капли в приемнике. Это достигается регулированием пламени горелки.
Первую порцию собирают в количестве 3 мл в 2 мл 5% раствора
едкой щелочи, для чего конец форштосса вводят в приемник таким образом,
чтобы он был погружен в щелочь, находящуюся в нем. Второй и третий
дистилляты сбирают в приемники без едкой щелочи в количестве 25 мл
каждый.
26
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
КАЧЕСТВЕННОЕ И КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ
ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, ИЗОЛИРУЕМЫХ
ДИСТИЛЛЯЦИЕЙ С ВОДЯНЫМ ПАРОМ
Цель работы: Изучить и провести реакции качественного и
количественного обнаружения ядовитых и
сильнодействующих веществ, которые были
выделены из биоматериала методом дистилляции
водяным паром.
Методика эксперимента
1. Количественное определение
Для количественного определения изолирование синильной кислоты
проводят из отдельной навески биоматериала.
В
полноте
отгонки
синильной
кислоты
убеждаются
по
отрицательному результату реакции образования берлинской лазури в
последней порции дистиллята.
Объемный метод
Для анализа берут 20-25 мл фильтрата, помещают в коническую
колбу, добавляют 5 мл 6н азотной кислоты, 1 мл индикатора (насыщенный
раствор железоаммонийных квасцов в воде (~40%)) и избыток нитрата
серебра оттитровывают 0,1н (или 0,01н) раствором роданида аммония. После
первого
заметного
изменения
цвета
(переход
в
оранжево-красный)
титрование ведут очень осторожно, при сильном перемешивании жидкости,
до
появления
коричневого
оттенка,
не
исчезающего
при
сильном
перемешивании жидкости в течение 5 минут.
Поправка на индикатор равна 0,01 мл 0,1н раствора AgNO3.
Расчет ведут по формуле:
Х
(аК1  вК 2 )  0,027  V  100
V n
27
где Х – количество HCN в мг;
а – количетво (мл)0,1н раствора AgNO3, взятого для осаждения;
в – количество (мл) 0,1н раствора роданида аммония, израсходованного
для титрования;
К1 и К2 – коэффициенты поправок для 0,1н раствора AgNO3 и NH4CNS;
0,027 –количество (мг) HCN, соответствующее 1 мл 0,1н раствора
AgNO3;
V – первоначальный объем раствора;
V1- объем раствора AgNO3, взятый для титрования;
n – навеска исследуемого материала (г).
Метод
применим
при
исследовании
свежего
биологического
материала.
Весовой метод
Производят отгонку синильной кислоты из объекта. Полученный
после отгонки раствор подкисляют азотной кислотой до ясно кислой реакции
по лакмусу, дают осадку отстояться и осадок количественно переносят на
небольшой гладкий фильтр.
Если осадок серого или темного цвета, его прямо на фильтре
обрабатывают 5-6мл 6н раствора аммиака (для растворения AgCN). Фильтрат
подкисляют избыточным количеством 6н HNO3 и выделившийся осадок
цианида серебра вновь отфильтровывают.
Осадок AgCN промывают дистиллированной водой и высушивают
вместе с фильтратом; фильтр затем сжигают и осадок прокаливают во
взвешенном фарфоровом тигле до постоянного веса. Остаток металлического
серебра взвешивают и пересчитывают на HCN.
Формула расчета:
Х
аF
n
где Х – количество исследуемого вещества в мг;
а – вес весовой формы в мг;
28
F – коэффициент пересчета, равный для HCN (по Ag) 0,2505;
n – навеска исследуемого вещества.
Метод применим к исследованию как свежего, так и загнившего
биологического материала животного происхождения.
2. Качественное определение
Произвести наружный осмотр дистиллятов (внешний вид, запах,
наличие капель, маслянистой пленки на поверхности).
Исследовать первый дистиллят на наличие синильной кислоты. 1 мл
исследуемого раствора подщелачивают 5% раствором гидроксида натрия и
туда же добавляют 1-3 капли 40% раствора сульфата железа (II),
содержащего следы сульфата железа (III). Смесь взбалтывают, нагревают
почти до кипения, а затем охлаждают до комнатной температуры и по каплям
добавляют 10% раствор соляной кислоты до слабокислой реакции (рН 3-4).
Появление синего осадка или синей окраски указывают на наличие
синильной кислоты.
Хлороформ
Исследовать
второй
дистиллят
на
наличие
хлороформа
и
хлоралгидрата по реакциям отщепления хлора, реакции Фудживара и пробы
с реактивом Несслера.
Реакция отщепления хлора.
В пробирку вносят 1-2 мл исследуемого раствора и 1 мл 10%
спиртового раствора гидроксида натрия. Пробирку осторожно нагревают в
течение 3-5 мин. После охлаждения раствора его подкисляют 10% раствором
азотной кислоты до кислой реакции (рН 3-4) и прибавляют 0,5 мл 1%
раствора нитрата серебра. Появляется белый осадок, растворимый в растворе
аммиака. Параллельно проводят пробу в тех же условиях с 1 мл
исследуемого раствора и гидроксидом натрия, но без нагревания (для
исключения ионов хлора в исследуемом растворе).
29
Реакция Фудживара.
К 2-3 мл исследуемого раствора прибавляют 2 мл свежеперегнанного
пиридина и 2 мл 10% раствора гидроксида натрия. Смесь нагревают на
водяной бане 2-3 минуты, появляется красная окраска.
Хлоралгидрат
Проба с реактивом Несслера.
К нескольким каплям исследуемого раствора прибавляют 2-3 капли
реактива Несслера и взбалтывают жидкость. Образуется кирпично-красный
осадок, постепенно меняющий цвет на грязно-зеленый.
Формальдегид
Реакция с резорцином в щелочной среде.
В
пробирку
вносят
1
мл
исследуемого
раствора
и
1
мл
свежеприготовленного 1% раствора резорцина в I0% растворе гидроксида
натрия (готовится перед употреблением, 1 мл 10% раствора гидроксида
натрия добавляют 1 кап. 10% раствора резорцина) нагревают 3-5 мин. на
водяной бане. Появляется розовая или малиновая окраска.
Реакция не специфична (дают галогенпроизводные и др.), имеет
отрицательное судебно-химическое значение.
Чувствительность реакции 0,03 мкг.
Реакция с реактивом Фелинга.
В пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора, прибавляют 1-2 кап.
10% раствора гидроксида натрия до щелочной реакции (по лакмусу), а затеи
добавляют 2-3 кап. реактива Фелинга (готовится перед употреблением путей
смешивания равных количеств растворов Фелинга №1 и №2). Жидкость
сильно взбалтывают и нагревают. При охлаждении на дне пробирки виден
желтый или красный осадок оксида меди /I/.
Реакция не специфична (дают галогенопроизводные и другие), имеет
отрицательное судебно-химическое значение.
Реакция с фуксинсернистой кислотой (реактив Шиффа).
В пробирку или в фарфоровую чашку вносят 1 мл исследуемого
30
раствора и 2-3 кап.концентрированной серной кислоты, взбалтывают,
охлаждают и добавляют 1 мл раствора фуксинсернистой кислоты.
Появляется сине- или красно-фиолетовая окраска, иногда не сразу, а через
10-15 мин.
Реакция с кодеином и концентрированной серной кислотой.
В фарфоровую чашку вносят 1 мл исследуемого раствора и 5 мл
концентрированной
серной
кислоты.
После
охлаждения
жидкости
прибавляют несколько кристаллов кодеина, через 5-10 мин. появляется синеили красно-фиолетовая окраска.
Реакция специфична, имеет положительное судебно-химическое
значение.
Чувствительность реакции 0,02 мхг.
Реакция
с
хромотроповой
кислотой
(1,8-диоксинафталин-3,6—
дисульфокислота) в присутствии конц.серной кислоты.
В пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора и 0,2 мл 1% раствора
хромотроповой кислоты в концентрированном серной кислоте, а затем
прибавляют 5 мл концентрированном серной кислоты и взбалтывают.
Наблюдается фиолетовая или красно-фиолетовая окраска.
Реакция специфична, имеет положительное судебно-химическое
значение. Чувствительность реакции I мкг.
Реакция восстановления ионов серебра.
В хорошо очищенную от жира пробирку вносят 5 кап.1% раствора
нитрата серебра и по каплям добавляют 10% раствор аммиака до растворения
образовавшегося осадка гидроксида серебра. К порученному раствору
прибавляют 1 мл исследуемого раствора и осторожно нагревают. На стенках
пробирки появляется "серебряное зеркало". Нагревание пробирки должно
быть умеренным, т.к. при высокой температуре зеркальный налет не образуется, а выпадает бурш осадок серебра.
Реакция не специфична, имеет отрицательное судебно-химическое
значение.
31
Чувствительность реакции - сотые доли микрограмма.
Результаты исследований занести в рабочий журнал.
По окончании исследования дать судебно-химическую оценку
полученным результатам и составить акт судебно-химического исследования
по прилагаемому образцу.
Метиловый спирт
Реакция этерификации (образование метилсалицилата).
В пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора, прибавляют 0,05 г
салициловой кислоты и 2 мл конц. серной кислоты, смесь осторожно
нагревает. Раствор охлаждают до комнатной температуры, при этом
ощущается запах метилового эфира салициловой кислоты.
Чувствительность реакции 0,3 мг.
Реакция окисления до формальдегида и обнаружение последнего
реакциями окрашивания.
К 5 мл исследуемого раствора добавляет 2-3 мл 10% раствора серной
кислоты и жидкость охлаждают льдом. Затем по каплям добавляют 1%
раствор перманганата калия до сохраняющейся светло-розовой окраски
(избегать большого избытка!). Через 15-20 мин. для обесцвечивания избытка
перманганата калия добавляют кристаллическую щавелевую кислоту,
жидкость делят на 2 части и проделывают реакции:
А) с кодеином в серной кислоте,
Б) с фуксинсернистой кислотой.
Чувствительность обеих реакций 0,1 мг.
Предварительная проба на метанол в биологической жидкости (моча).
К 1 мл мочи прибавляют 1 мл 10% раствора дихромата калия в 50%
растворе серной кислоты. Появляется зеленая окраска в течение 10-45 сек.
(предел обнаружения 75 мг% спирта). При нагревании реакционной смеси
на водяной бане предел обнаружения 20 мг%.
Реакция не специфична для метанола и имеет отрицательное судебно32
химическое значение.
Этиловый спирт
Реакция этерификации (образование этилацетата).
В пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора и 0,1 г высушенного
ацетата
натрия,
затем
осторожно
по
каплям
прибавляет
2
мл
концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают до выделения
пузырьков газа. После охлаждения пробирки ощущается запах этилацетата,
который появляется более отчетливо, если содержимое пробирки вылить в
20-25 кратный объем воды.
Чувствительность реакции 15-20 мг.
Реакция окисления (образование ацетальдегида).
К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 10% раствор серной
кислоты до кислой реакции. К этой смеси по каплям прибавляют 10%
раствор дихромата калия до оранжево-красной окраски. Смесь оставляют на
несколько
минут
при
комнатной
температуре.
Появляется
запах
ацетальдегида.
Реакция образования йодоформа.
К 1 мл исследуемого раствора добавляют 2 мл 5% раствора
гидроксида натрия, а затем по каплям 1% раствор йода в 2% растворе йодида
калия до сохраняющейся слабо-желтой окраски. Смесь нагревают несколько
минут на водяном бане /50°/, при этом ощущается запах йодоформа. При
охлаждении
раствора
образуются
кристаллы
йодоформа
в
виде
шестиугольников и звездочек (рассмотреть под микроскопом и зарисовать).
Изоамиловый спирт
Реакция этерификации (образование изоамилацетата).
К остатку в фарфоровой чашке прибавляет 2 кап. конц. серной
кислоты и несколько крупинок ацетата натрия. При слабом нагревании
ощущается
запах
грушевой
эссенции,
который
становится
более
выраженным при разбавлении реакционной смеси водой.
33
Реакция окисления (образование изовалерианового альдегида).
Остаток с фарфоровой чашки смывают в пробирку с помощью эфира,
который затем упаривают досуха. К остатку в пробирке прибавляют 5 кап.
концентрированного раствора перманганата калия и такой же объем
концентрированной серной кислоты. Пробирку нагревают на кипящей
водяной бане 1-2 мин. Появляется ароматный запах изовалерианового
альдегида, при стоянии переходящий в неприятный запах изовалериановой
кислоты (запах "гнилого сыра").
Реакция Комаровского с ароматическими альдегидами (на высшие
старта, содержащие более 3 атомов углерода).
А) реакция с салициловым альдегидом
К остатку в фарфоровой чашке после испарения эфира прибавляют 1
мл 1% раствора салицилового альдегида в этаноле и 3 мл концентрированной
серной кислоты. После охлаждения содержимого чашки ее помещают на. 3
мин. на кипящую водяную баню. Появляется розово-красная окраска.
Б) реакция с п-диметиламинобензальдегидом
В фарфоровой чашке на остаток после испарения эфира наносят 5-10
кап, 5% растворе п-диметиламинобензальдегида в концентрированной
серной кислоте. Появляется темно-красное окрашивание, переходящее при
разбавлении водой в фиолетовое.
Ацетон
Реакция образования йодоформа.
К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10% раствора аммиака
и несколько капель раствора йода в йодиде калия. Образуется желтый осадок
йодоформа.
Реакция с нитропруссидом натрия.
К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10% раствора
гидроксида натрия и 5 кап. свежеприготовленного 1% раствора
нитропруссида натрия. Появляется оранжево-красное окрашивание,
34
переходящее при добавлении 10% раствора уксусной кислоты в краснофиолетовое или вишнево-красное.
Реакция о фурфролом.
К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 5 кап, 1% раствора
фурфурола в этаноле и 3 кап. 10% раствора гидроксида натрия. Через 3-5
мин. к этой жидкости добавляют 10-12 кап. концентрированной соляной
кислоты. Появляется краевая окраска.
Фенол
Реакция с бромной водой (образование трибромфенола).
К 0,5-1,0 мл исследуемого раствора прибавляют 3-5 кап. бромной
воды. Образуется желтовато-белый осадок трибромфенола.
Реакция образования индофенола.
К 0,5-7,0 мл исследуемого раствора прибавляют 1 кап. анилина и 2 мл
раствора гипохлорита натрия. Появляется грязно-фиолетовая окраска, после
прибавления раствора аммиака переходящая в синюю (щелочная соль
индофенола).
Реакция с хлоридом окисного железа.
1-2 кап. раствора помещают на фарфоровую пластинку и прибавляют
1-2 кап. свежеприготовленного 5% раствора хлорида железа (Ш). Появляется
сине-фиолетовая окраска, исчезающая от добавления воды, спирта и кислот
(отличие от салициловой кислоты).
Уксусная кислота
Реакция с хлоридом окисного железа.
К 2-3 мл исследуемого раствора, внесенным в пробирку, добавляют 1
кап. 5% свежеприготовленного раствора хлорида железа (Ш). Появляется
красная окраска. При нагревании окрашенного раствора происходит
гидролиз, в результате которого выпадает бурый осадок.
35
Реакция этерификации (образование этилацетата).
В пробирку вносят 3-5 мл исследуемого раствора и выпаривают
досуха.
К
сухому
остатку
прибавляют
1
мл
этанола
и
2
мл
концентрированной серной кислоты, а затем смесь осторожно нагревают.
Появляется специфический запах этилацетата.
Реакция образования индиго.
Около половины дистиллята вносят в пробирку и выпаривают досуха.
К сухому остатку прибавляют смесь равных количеств оксида кальция и
карбоната кальция.
Отверстие
пробирки
накрывают
фильтровальном
бумагой, смоченной свежеприготовленным раствором о-нитробензальдегида
в 5% растворе гидроксида натрия. Затем пробирку нагревают до
прокаливания ее содержимого. На бумаге появляется синее пятно (окраска
индиго).
Этиленгликоль
Реакция окисления периодатом калия в обнаружение образовавшегося формальдегида реакцией с фуксинсернистой кислотой.
К 3-5 мл дистиллята прибавляют 5 кап. раствора серной кислоты, 5
кап. 5% раствора перйодата калия в 5% растворе серной кислоты и
взбалтывают. Через 5 мин. прибавляют 3-5 кап. раствора сернистой кислоты
(для связывания избытка йодат- и перйодат-ионов), а затем 4 кап. раствора
фуксинсернистой кислоты. Появляется красно-фиолетовое или розовое окрашивание.
Реакция с сульфатом меди (голубое окрашивание раствора).
К 2-3 мл исследуемого раствора прибавляют 1-2 мл 10% раствора
гидроксида натрия и несколько капель 10% раствора сульфата меди.
Появляется голубая окраска.
36
АКТ
Химико-токсикологического исследования № 1
На основании направления кафедры фармацевтической химии и фармакогнозии
Нижегородской медицинской академии от (дата) мною, студентом (номер группы, ФИО)
(дата начала исследования) на кафедре фармацевтической химии и фармакогнозии
Нижегородской
медицинской
академии
начато
судебно-химическое исследование
внутренних органов (печень) трупа гражданина Х с целью обнаружения ядовитых и
сильнодействующих веществ, изолируемых перегонкой с водяным паром.
Обстоятельства дела: неизвестны, письменных сопроводительных документов не
поступало.
Наружный осмотр: на исследование поступил объект (описание тары, укупорки и
надписей). Содержимое склянки представляет собой кусочки печени весом (указать вес),
(цвет, запах, наличие инородных включений, рН, консервация).
Химическое исследование: содержимое банки 100 г печени измельчили, смешали
с дистиллированной водой до кашицеобразного состояния (и далее методика проведения
дистилляции с указанием количества и объема дистиллятов, отметить характерный вид и
запах дистиллятов, если они имеются).
Исследование первого дистиллята: (методика и результаты исследования).
Исследование второго дистиллята: (методики и результаты исследований).
Заключение: на основании проведенного судебно-химического исследования
внутренних
органов
(печень)
трупа
гражданина
Х,
направленных
с
кафедры
фармацевтической химии и фармакогнозии Нижегородской медицинской академии (дата
отправления)
с
целью
обнаружения
ядовитых
и
сильнодействующих
веществ,
изолируемых из биологического материала дистилляцией с водяным паром найдены (не
найдены) (перечисляются все вещества, на которые производилось исследование).
Анализ проводил ФИО
(подпись)
_(дата составления акта)_
37
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Какие вещества могут быть отнесены к группе «летучих» ядов?
2. Какие группы органических веществ и какие именно вещества при
ХТА изолируются дистилляцией с водяным паром?
3. Почему при дистилляции паром биоматериал подкисляют слабой
органической кислотой?
4. Почему первый дистиллят собирают в раствор едкой щелочи?
5. В чем преимущество реакции образования берлинской лазури
перед другими качественными реакциями обнаружения синильной
кислоты?
6. На чем основан метод количественного определения синильной
кислоты?
7. Почему
объемный
метод
неприменим
при
исследовании
гнилостного биоматериала?
ЛИТЕРАТУРА
1. Крамаренко В. Ф. Токсилогическая химия. – Киев: Вища школа, 1989.
2. Белова
А.В.
Руководство
к
практическим
занятиям
по
токсикологической химии. – М.: «Медициа», 1976.
3. Швайкова М.Д. Токсикологическая химия. – М.: «Медицина», 1975.
4. Токсикологическая
химия:
учебник
Т.В.Плетеневой.- 2-е изд., М.: 2005. – 512с.
38
для
вузов
/
под
ред.