Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)1 TITOLAZIONI DI NEUTRALIZZAZIONE Le titolazioni di neutralizzazione dipendono dalla reazione chimica tra analita

Analisi dei Medicinali II (A.A. 08/09)

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TITOLAZIONI DI NEUTRALIZZAZIONE

• Le titolazioni di neutralizzazione dipendono dalla reazione chimica tra analita e reagente standard.

O2HOHOH23

•Il punto di equivalenza chimico è indicato da un indicatore chimico o da un metodo strumentale.


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• HNO3 non viene usato perché le sue proprietà ossidanti possono dar luogo a reazioni concomitanti.

• Le sol di H2SO4, HClO4 conc. calde sono potenti agenti ossidanti e sono molto pericolose.

• A freddo e diluite sono relativamente innocue (protezione per gli occhi!)


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Le sol. standard impiegate sono acidi forti o basi forti perché esse reagiscono in maniera completa con l’analita.

Le soluzioni di acidi standard (HCl, H2SO4, HClO4) consistono in diluizioni di un volume appropriato di reattivo concentrato (commerciale)


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Indicatori acido/base

• Un indicatore acido/base è un composto organico a carattere acido o basico, ad alto peso molecolare, che, al variare del pH dell’ambiente, può esistere in forma dissociata o indissociata .

• Queste forme sono diversamente colorate • a causa di cambiamenti, provocati dal pH, • nella loro struttura chimica,• consistenti nella formazione di doppi legami

coniugati in presenza di gruppi cromofori.


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• La variazione di colore viene percepita dall’occhio umano quando il rapporto di concentrazione [HIn]/[In-]

• è compreso tra 0,1 e 10.

• L’incertezza visiva con un indicatore acido/base è compresa tra 0,5 e 1 unità di pH.


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comportamento di un indicatore acido:

HIn(col. Acido) + H2O In-(col. Base) +

H3O+

• Il viraggio è rilevabile nell’intorno di due unità di pH vicino al pKa dell’indicatore.

• Quindi, quanto più il punto di viraggio dell’indicatore (e quindi il punto finale della titolazione) è vicino al punto equivalente, tanto più la titolazione sarà accurata.


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Requisiti di un indicatore acido/base

• Efficace in quantità molto piccola:• prende parte alla titolazione, non deve

consumare troppo reattivo (titolazione in bianco se consuma titolante in quantità non trascurabile)

• Viraggio istantaneo e in intervallo di pH ristretto

• Reazione cromatica legata ad un equilibrio reversibile

Indicatori ftaleinici, solfoftaleinici ed azoici


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C

C

OC

C

OO

OH OH O O-

O-

pH 8-12rosso

+ H3O+

pH = 8 incolore

pKa = 9,7 vira a pH 8-10 dall'incolore al rosso

Fenolftaleina

•E’ l’indicatore acido più usato: con gli alcali si apre e forma una struttura chinoide rosso-viola


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Rosso fenolo

pKa = 7,8, vira a pH 6,4-8 dal giallo al rosso

C

O

OH

SO3-

+OH-

+H+

forma acida gialla

C

O

O-

SO3-

forma basica rossa


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Metilarancio

pKa = 3,5 vira a pH 3,1 - 4,4 dal rosso al giallo

N N NH(CH3)2-3OS

NH N N(CH3)2-3OS

+

+

forma acida rossa

OH-

H+

N-3OS

N N(CH3)2

forma acida gialla


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Lettura buretta: 14,50 mL


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Curve di titolazione di acidi e basi forti

• Nella titolazione di un acido con una base (o viceversa) avviene la reazione:

O2HOHOH23

Supponendo di titolare 50 mL di HCl 1 M con NaOH 1 M:

All’inizio: [H3O+] = 1 mole/L pH =0

Fino al p.e. escluso:

[H3O+] = conc. analitica dell’acido da titolare che si calcola sottraendo alla quantità totale di esso, la quantità di base aggiunta e dividendo per il volume della soluzione.


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• Per es.:• Volume titolante aggiunto = 30 mL• Quantità di base aggiunta 30 x 1M = 30 millimoli

NaOH• Quantità di acido da neutralizzare = (50 x1) - (30 x1) • = 20 millimoli HCl• Volume della soluzione 50 + 30 = 80 mL• Per cui:

0,25moli/L mL 0,25mmoli/

80130150

OH3

pH = -log 0,25 = 0,60

Al p.e. si è in presenza di una soluzione di sale di acido e base forti, per cui pH = 7,00


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• Dopo il p.e.:• Volume titolante aggiunto = 50,1 mL• Quantità di acido neutralizzato = (50 x1)

millimoli HCl• Quantità di base in eccesso (50,1 x 1M)-

(50x1) =0,1 millimoli NaOH• Volume della soluzione = 100,1 mL• Per cui:

moli/L10 x 1

100,1150150,1

OH 3-

pOH = 3 pH = 11

Da ciò risulta che intorno al p.e. una quantità minima di titolante provoca una brusca variazione di pH


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In figura sono riportate le variazioni della curva al variare della concentrazione del reattivo,dato che il pH diminuisce al diminuire delle conc. dei reagenti.

Quindi è importante scegliere un indicatore appropriato, cioè che abbia un pH di viraggio compreso nella variazione di pH al p.e.


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Per titolare una base forte con un acido forte, il procedimento è analogo,

la serie dei valori di pH è invertita, poiché la titolazione inizia in ambiente basico e termina in ambiente acido.


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Il salto di pH si riduce sensibilmente al diminuire di Ka o Kb, cioè della forza dell’acido o della base


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Titolazione di un acido poliprotico

Nelle titolazioni di un acido poliprotico, se le relative costanti di prima e seconda dissociazione differiscono almeno di 103 volte, è possibile neutralizzare successivamente i rispettivi idrogeni acidi.

Con un acido che presenti due p.e. è possibile terminare la titolazione al I° o al II°, scegliendo l’indicatore adatto:

H3PO4 :

Ia diss. = K1 =7,11 x 10-3

IIa diss. = K2 =6,34 x 10-8

III° diss. = K3 =4,2 x 10-13

(poco diss. non evidenzia p.e.)


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• Nel caso dell’acido ossalico:

K1 =5,36 x 10-2

K2 =5,42 x 10-5

K1/ K2 = 103

Il pH relativo al I° p.e. è poco evidente, si apprezza solo il II° p.e.


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•Nel caso di H2SO4 , esso possiede un protone completamente dissociato, e uno con Ka = 1,2 x 10-2

•A causa della forza simile dei due protoni si apprezza un unico p.e. corrispondente alla titolazione di entrambi.


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Standardizzazione di acidi

• Standard primari*• Carbonato di sodio:• purificazione per riscaldamento a

270°C diNaHCO3

gCOgOHsCONaNaHCO22323

2 *una massa elevata per protone consumato è una caratteristica auspicabile perché richiede una quantità maggiore di reattivo da pesare e riduce l’errore di pesata


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• Na2CO3 +2 HCl 2 NaCl + H2O + CO2

• Con fenolftaleina:

• Na2CO3 + HCl NaHCO3 + NaCl

• Con metilarancio:

• Na2CO3 +2 HCl 2 NaCl + H2O + CO2


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A seconda dell’indicatore usato, si evidenziano uno o due p.e.:

Con la fenolftaleina si evidenzia solo il primo p.e., con il metilarancio si titola fino al 2° p.e.

Quindi nel I° caso il rapporto molare è 1:1, nel II° 2 a 1


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Borace:formulato normalmente come Na2B4O7 ·10H2O ma che in realtà contiene una unità tetramera e va formulato come Na2[B4O5(OH)4].8H2

O

(M.M. =381,44)

Na2B4O7 + 3 H2O 2 NaBO2 + 2 H3BO3

NaBO2 + HCl HBO2 + NaCl

Rapporto molare 1:2


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Ossido di Mercurio (HgO PM = 216,61)

HgO + 4I- + H2O [HgI4]= + 2 OH-

complesso:tetraiodomercurato

Rapporto molare 1:2


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TRIS (Tris-idrossimetilamminometano PM = 121,14)

C

CH2OH

NH2 CH2OH

CH2OH

H3O C

CH2OH

NH2 CH2OH

CH2OH

+++

Rapporto molare 1:1


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Preparazione di soluzioni standard di basi

• L’idrossido di sodio (NaOH) è la base più comune per preparare soluzioni standard

• (anche KOH, Ba(OH)2).

• Non essendo disponibili come standard primario, bisogna standardizzare le sol. preparate.


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Se si usa una sol. a titolo noto di HCl, per calcolare la concentrazione (molarità) della soluzione di NaOH si utilizza la seguente espressione:

VHCl•MHCl = VNaOH•MNaOH

dove :VHCl = mL utilizzati di HClVNaOH = mL utilizzati di NaOHE quindi: MNaOH= VHCl•MHCl/VNaOH


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STANDARD PER BASI

COOH

COO

OH

COO

COO

+-

-

-

-+ H2O

Ftalato acido di potassio (PM =204,22)

Rapporto molare 1:1

Acido ossalico biidrato (PM = 126,07)

COOH

COOH x 2 H2O

Rapporto molare 1:2


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DETERMINAZIONI ALCALIMETRICHE

CH2COOH

COH

COOH

CH2COOH

C6H8O7 PM =192,1

Presenta tre Ka (10-4; 10 –5; 10 –6) troppo vicine, non sono distinguibiliUnico punto di viraggioReattivo titolante: NaOH 1MIndicatore: fenolftaleina Rapporto molare 1:3

Acido citrico (2-idrossipropan-1,2,3-tricarbossilico)

Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 64.03 mg di C6H8O7


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CH2COOH

COH

COOH

CH2COOH

COH

+ 3 NaOH

CH2COONa

CH2COONa

COONa+3H2O


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Acido fosforico (H3PO4 PM= 98)

Presenta tre Ka (10-3; 10-7; 10-13)I punti equivalenti evidenziabili sono i primi dueIn FUI si evidenzia il II°

H3PO4 + 2 NaOH Na2HPO4 + 2 H2O

E’ utile aggiungere NaCl che per effetto dello ione in comune limita la dissociazioneReattivo titolante: NaOHIndicatore: fenolftaleina

Rapporto molare 1:2

Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 49 mg di H3PO4


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Acido borico (H3BO3 PM = 61,83)

E’ un acido debolissimo (Ka = 5,83 x 10-10)Non si può titolare direttamente.

Si tratta con polialcoli (glicerolo, mannite)con i quali forma un complesso acido con Ka = 10-6

Si titola con NaOH 1MIndicatore fenolftaleina Rapporto molare 1:1

Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 61,8 mg di

H3BO3


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CH2OH

CHOH

CH2OH

B

OHOH

OH

B

OHOH

OH

CH2OH

CH2OH

CHOH

CH2

CH2 OH

OH

BCH2

CH2OH

CH

CH2

CH2 OH

O

CHO

O

O

+ 2

+ H+ + 3 H2O

HOHC

Si formano 3 legami esterei e 1 covalente (B ha carenza elettronica)


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Borato di sodio, Borace (Na2B4O7 x 10 H2O)

PM = 381,44

Na2B4O7 + 3 H2O 2 NaBO2 + 2 H3BO3

NaBO2 + HCl HBO2 + NaCl

(Oppure come per a. borico)

Rapporto molare 1:2Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 190,7 mg di Na2B4O7x10 H2O


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Formaldeide (CH2O PM = 30,03)

Si ossida ad acido formico con H2O2, Si aggiunge NaOH in eccesso noto,Si scalda,Si retrotitola con HCl 0,1 MIndicatore: fenolftaleina Rapporto molare 1:1

Equivalenza: 1 ml di NaOH 1M equivale a 30,03 mg di CH2O

Contemporaneamente si esegue una titolazione in bianco, perché NaOH a caldo forma Na2CO3

(si perde NaOH)


40

CH

H

O

H2O2 CH

O

OH

CH

O

OH

CH

O

ONa

+ + H2O

+ NaOHH2O+


41

Acido salicilico ( acido 2-idrossibenzoico C7H6O3 PM = 138,12)

E’ poco solubile in acqua, si scioglie in etanolo

Reattivo titolante: NaOH 0,1 M

Indicatore: rosso fenolo Rapporto molare 1:1

Equivalenza: 1 ml di NaOH 0,1M equivale a 13,81 mg di C7H6O3

OH

COOH

OH

COONa

+ NaOH + H2O


42

Acido acetilsalicilico (acido 2-acetossibenzoico C9H8O4 PM =180,2)

Si addiziona di un volume noto di NaOH 0,5 M,

Si fa bollire per 10 minuti, (idrolisi alcalina)

Si titola l’eccesso di alcali con HCl 0,5 M

Indicatore: rosso fenolo

Contemporaneamente e nelle stesse condizioni si esegue una titolazione in bianco


43

COOH

O

COONa

OH

CH3COONa

O

CH3

+ 2 NaOH +

C

idrolisi

NaOH + HCl NaCl + HNaOH + HCl NaCl + H22OO

Rapporto molare 1:2

Equivalenza: 1 ml di NaOH 0,5 M equivale a 45,04

mg di C9H8O4


44

g901.02.180005.0

1000

5.030

1000

5.050

2NaOH moli 0.010

moli 0.0100.0150.025

gx

mLmLmL

901.01000

04.4520

203050


45

Acido lattico acido 2-idrossi-propionico

C3H6O3 PM = 90,08

E’ costituito da una miscela di polimeri lineari o ciclici,

CH3CHCOOH

OCOCHCH3

OH

CH3CHCO

O O

COCHCH3

CH3CH COOH

OH

acido lattil-lattico lattide

acido lattico


46

Si tratta con NaOH per idrolizzare tutti i prodotti di condensazione, si lascia a riposo per 30 minuti,

Si retrotitola con HCl, fenoftaleina;

Rapporto molare 1:1

Equivalenza: 1 ml di NaOH 1 M equivale a 90,1 mg di

C3H6O3

CH3

CHOH

COOH

CH3

CHOH

COONa

+ NaOH


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CCl3 CH

OH

OH

2,2,2-tricloroetano-1,1 diolo(tricloroacetaldeide idrata)

Cloralio idrato (C2H3Cl3O2 PM =165,40)


48

CCl3 CH

OH

OH

+ NaOH CHCl3 + HCOONa + H2O

4 NaOH+

HCOONa + 3 NaCl + H2O

Rapporto molare 1:1Equivalenza: 1 ml di NaOH 1 M equivale a 165,4 mg di C2H3Cl3O2


49

CCl3 CH

OH

OH

+ NaOH CHCl3 + HCOONa + H2O

4 NaOH+

HCOONa + 3 NaCl + H2O


50

Prevede due momenti: dapprima si aggiunge un eccesso noto di NaOH 1M, e si retrotitola con H2SO4 0,5 M,

indicatore fenolftaleina

La reazione prosegue:

CHCl3 + 4 NaOH HCOONa + 3 NaCl + H2O

Si titola con AgNO3 l’alogeno che si è formato (metodo di Mohr), indicatore K2CrO4

3Cl- + 3 Ag+ 3AgCl


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mmoli NaOH = [VNaOH – (VH2SO4 + 2/15 V AgNO3 )]

1 CHCl3 4 NaOH 4000 ml 1M

3 NaCl 30000 ml AgNO3 0,1 M

4000 = 2/15 di 30000


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DETERMINAZIONI ACIDIMETRICHE

Efedrina: 2-aminometil-1 fenil-propan-1-olo (PM =165,2)

CH

OH

CHCH3

NH CH3

Si retrotitola l’eccesso di HCl 0,1 M con NaOH 0,1M, indicatore rosso metile

Rapporto molare 1:1

Equivalenza: 1 ml di HCl 0,1 M equivale a 16,52 mg di C10H15NO


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•Saccarina • (sulfobenzimmide

• C7H5NSO3 PM =183,2)

•Si tratta a caldo con alcali, la solfoimmide benzoica si apre ad ammide,• che è poi idrolizzata con HCl O.1 M che fissa l’azoto sotto forma di NH4Cl.•si retrotitola l’eccesso con NaOH 0,1M in presenza di rosso metile.

Rapporto molare 1:1


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O

NH2

SO3Na

SO3H

COOHNH4

idrolisiammide

distillazione su HCl

idrolisi

CO

NHSO2

NaOH C

HCl

++

NH4Cl

Quantità di saccarina = HCliniz. – mL NaOHtitolaz.


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APPLICAZIONI DELLE TITOLAZIONI DI NEUTRALIZZAZIONE

• Le titolazioni di neutralizzazione vengono usate per determinare molte specie organiche, inorganiche o biologiche che hanno proprietà acide o basiche

• Anche molti elementi che costituiscono sistemi organici e biologici possono essere determinati con titolazioni acido-base: i non metalli, quali carbonio, azoto, cloro, bromo, fluoro

• Si sfrutta la conversione di un analita in un acido o una base mediante un opportuno trattamento chimico seguito da titolazione con sol. standard di acido o di base.


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Azoto

• E’ presente in moltissime sostanze di interesse alimentare, agricolo, industriale, scientifico

• Es.: proteine, fertilizzanti, suoli, acque potabili, coloranti, farmaci

• Il metodo più utilizzato è il metodo di Kjeldahl che prevede una titolazione di neutralizzazione.

• Permette di dosare il contenuto proteico nelle carni, cereali, mangimi o altri materiali biologici, applicando fattori specifici:

• 6,25 per carne, 6,48 per latte e derivati, 5,70 per cereali


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Apparecchio di distillazione per la determinazione dell’ammoniaca

Reattivi:

H2SO4 conc,

NaOH conc.

Catalizzatori,

HCl

NaOH

Rosso metile


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• Il campione viene inizialmente decomposto in H2SO4 concentrato bollente per convertire l’azoto legato in ione NH4

+

• La soluzione risultante, dopo raffreddamento, si diluisce e si distilla

• NH3 viene raccolta in HCl (si forma NH4Cl)

• Si retrotitola l’eccesso con NaOH


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Esempio• 0,7121 g di farina sono analizzati con il

metodo Kjeldahl.

• L’NH3 ottenuta dopo digestione con H2SO4, viene distillata su 25 ml di HCl 0,05 M.

• L’eccesso di HCl richiede 3,97 ml di NaOH 0,04 M

• Calcolare la % di proteine nella farina.• (25 x 0,05) – (3,97 x 0,04) = 1,09 mmoli N• % N = 1,09 x 0,014007/0,7121 x 100 =

2,144• % proteine = 2,144 x 5,7 = 12,22%


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• Zolfo• Lo zolfo in materiali organici e biologici si

determina per combustione del campione in corrente di ossigeno.

• L’anidride solforosa e/o solforica che si forma viene raccolta per distillazione in una soluzione di H2O2

• SO2 + H2O2 H2SO4

• L’acido solforico viene titolato con soluzioni basiche standard


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Numero di acidità( Le sostanze grasse contengono acidi grassi liberi e/o esterificati)

• = Quantità di acidi liberi• = KOH che neutralizza tali acidi liberi/

g sostanza• KOH H• 5,61 mg KOH 1 ml 0,1 M• Indice di acidità =• Indicatore: fenolftaleina

sostg

Mml1,56


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NUMERO DI SAPONIFICAZIONE

• E’ la quantità totale di acidi presenti, sia liberi che esterificati

• mg KOH neutralizzazione degli acidi liberi + saponificazione degli esteri

• (processo di idrolisi basica di un estere che produce un alcool e una base coniugata)


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CH3COCH3 OH CH3C

O

O CH3OH

O

+ +

•idrolisi basica: alcool e una base coniugata

Procedimento:Addizione di KOH 0,5 M in eccesso a caldo, Retrotitolazione con HCl 0,5 M (indicatore fenolftaleina)


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Indice di saponificazione:

• PM KOH/2 = 28,05

• n2 = ml KOH

• n1 = ml HCl

• p = compostoIndice di esterificazione = IS - IA

p

nn12

05,28


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Calcolo dell’indice alcolico e ossidrilico attraverso reazione con anidride acetica

I gruppi OH in composti organici si possono determinare per esterificazione con varie anidridi.Es.: Alcool benzilico (C7H8O PM= 108,1)

CH2OH


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CH2OH CH3CO

O

CH3CO

CH2OCOCH3

CH3COOH

(CH3CO)2O

+ +

+ ecc. NaOH

CH3COONa+H2O

L’anidride acetica in piridina si aggiunge in eccesso, si riscalda, si aggiunge acqua per idrolizzare l’eccesso.

L’acido acetico formato si titola con NaOH, indicatore fenolftaleina

Rapporto molare 1:1


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E’ opportuno fare una titolazione in bianco

CH3C

O

O

CH3C

O

+ 2 NaOH 2CH3COONa + H2O

Differenza tra i ml usati per la prova in bianco e i ml per la prova campione

m

nn 1281,10%

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