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Departamento de Química Analítica
Asignatura: Laboratorio de Química Analítica I (ref. 34231) Volumetría ácido-base en medio no acuoso
PNT_LQAI
PRÁCTICA 3. VOLUMETRÍA ÁCIDO-BASE EN MEDIO NO ACUOSO:
DETERMINACIÓN DE AMOXICILINA EN UN PREPARADO FARMACÉUTICO
Índice Pág.
**1. Objetivos
- Fundamento
- Prevención de riesgos y gestión de residuos
- Material y reactivos
- Procedimiento
- Registro y tratamiento de datos
- Elaboración del informe
- Referencias
- Cuestiones**
Elaborado por: Prof. Salvador Garrigues Dpto. Química Analítica
Revisado por: Prof. Guillermo Ramis Prof. María Celia García Prof. María Luisa Cervera
Fecha de creación: 19-12- Fecha última revisión: 22-12-
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1. OBJETIVOS
Establecer el contenido de amoxicilina en un preparado farmacéutico mediante volumetría ácido-base en medio no acuoso (ácido acético glacial), utilizando HClO 4 como valorante.
2. FUNDAMENTO
La valoración ácido-base de compuestos en medio acuoso está limitada por la fuerza ácido-base de los analitos, y por la escasa solubilidad en agua de muchos de ellos. Sin embargo, muchos ácidos y bases que son demasiado débiles (y/o poco solubles) para permitir su determinación en medio acuoso, se pueden valorar en disolventes no acuosos apropiados. Estas valoraciones tienen interés en muchos campos, como el control de calidad de reactivos orgánicos, preparados farmacéuticos oleosos y otros productos industriales hidrófobos, así como numerosos compuestos de interés biológico.
Los disolventes juegan un papel activo en las reacciones que en ellos se desarrollan, de forma que la fuerza ácido-base de los compuestos disueltos depende de las propiedades ácido-base del disolvente, de su constante de autoprotólisis y de su permisividad eléctrica (antiguamente, constante dieléctrica). Los disolventes se pueden clasificar en tres grupos principales: (i) Anfipróticos: Pueden actuar como ácidos y como bases (agua, etanol, ácido acético y etilendiamina). (ii) Apróticos: Pueden actuar como bases, pero no como ácidos (acetona). (iii) Inertes: No pueden actuar ni como ácidos, ni como bases (tetracloruro de carbono). Dentro de los disolventes anfipróticos se puede hacer una subdivisión en disolventes protogénicos y protofílicos, según sean ácidos o bases más fuertes que el agua. En el primer grupo se encuentra el ácido acético, y en el segundo, la etilendiamina. Los alcoholes, por su parte, poseen propiedades ácido-base comparables a las del agua.
Para la comprensión de las reacciones ácido-base en los disolventes anfipróticos, resulta de gran utilidad la teoría ácido-base de Brönsted-Lowry, que considera un ácido como un dador de protones y una base como un aceptor. Según esta teoría, la disociación de un ácido o base no es más que un proceso de intercambio de protones entre el soluto y el disolvente. Así, por ejemplo, si un ácido débil, tal como el benzoico, se disuelve en agua, se establece el equilibrio siguiente:
HB + H 2 O B–^ + H 3 O +
Si el ácido se disuelve en amoniaco líquido, se tiene:
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117.7 ºC), y se obtiene fácilmente puro. El ácido acético es ideal como disolvente para valorar bases que son débiles en agua y que se comportan como fuertes en este medio. Puesto que HCl y H 2 SO 4 se comportan como ácidos débiles en ácido acético, no pueden ser empleados como valorantes. Se emplea HClO 4 como valorante, debido a que es el más fuerte (p K = 4.9 a 25 ºC en HAcO).
Antes de valorar, es necesario eliminar el agua de todas las disoluciones. El agua se comporta como una base moderadamente fuerte en el medio acético, esto es, acepta protones, por lo que consume también HClO 4 y, por lo tanto, interfiere en la valoración de otras bases. Se pueden obtener disoluciones anhidras por adición de una cantidad suficiente de anhídrido acético, que reacciona con el agua existente. La reacción del anhídrido con el agua no es instantánea, por lo que hay que dejar reposar las disoluciones unas horas. Se asegura que el medio sigue siendo anhidro dejando un porcentaje en exceso de anhídrido en el mismo.
Las curvas de valoración obtenidas en medio no acuoso son semejantes a las que se obtienen en medio acuoso, pero la relación entre la acidez y la forma de la curva es más compleja. Al valorar con HClO 4 , no tiene lugar tan sólo la formación de la especie protonada de la base, HB +^ , sino también su asociación con los aniones perclorato para dar lugar a pares iónicos (HB+^ ,ClO 4 – ), lo que es debido a la baja permisividad eléctrica del disolvente. De hecho, la formación de pares iónicos tiene una importancia crítica en el éxito de las valoraciones de bases muy débiles. Debe tenerse en cuenta que el HClO 4 , a pesar de ser el ácido más fuerte que se conoce, se comporta como un ácido débil en medio acético; sin embargo, se puede utilizar en valoraciones ácido-base gracias a la elevada constante de estabilidad de los pares iónicos formados entre el ClO 4 –^ y las bases protonadas, lo que desplaza favorablemente los equilibrios.
Por otra parte, la amoxicilina (C 16 H 19 N 3 O 5 S, Mr = 365. g/mol en la forma anhidra) es un antibiótico semi- sintético derivado de la penicilina (Fig. 1). Concretamente, se trata de una amino-penicilina que actúa contra un amplio espectro de microorganismos, tanto Gram-positivos como Gram-negativos. En su forma trihidrato (Mr = 419.4 g/mol), se encuentra como principio activo de un gran número de medicamentos, presentándose en forma de polvo para la preparación de disoluciones orales, o en forma de cápsulas o comprimidos recubiertos.
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Desde el punto de vista químico, la amoxicilina es un sólido cristalino, de color blanco, ligeramente soluble en agua y en etanol, pero insoluble en cloroformo. Posee un grupo ácido carboxílico y un grupo amino, por lo que presenta dos constantes de acidez, cuyos valores son pK 1 = 2.4 y pK 2 = 9.6, respectivamente. En medio ácido acético, la ionización del grupo ácido está inhibida, pero la amina tiene exaltado su carácter básico, lo que hace posible su valoración directa con HClO 4.
3. PREVENCIÓN DE RIESGOS Y GESTIÓN DE RESIDUOS
- Leer el documento " Normas generales de seguridad en el laboratorio ".
- Revisar las etiquetas de los reactivos, en particular las consideraciones de seguridad.
- Es necesario adoptar medidas de seguridad para el manejo de las siguientes sustancias: HClO (^4) concentrado, ácido acético glacial y anhídrido acético.
- El ácido perclórico concentrado y anhidro es muy explosivo. Por lo tanto, debido al riesgo de explosión grave, nunca se debe mezclar ácido perclórico concentrado con anhídrido acético. El anhídrido se añade cuando el ácido perclórico ya está diluido en ácido acético. Esta mezcla la realizará el técnico de laboratorio.
- Los residuos generados en esta práctica se depositarán en una garrafa rotulada a tal efecto y que estará situada en el laboratorio de prácticas.
4. MATERIAL Y REACTIVOS
4.1. Material
- 1 bureta de 10 mL
- 1 soporte para bureta
- 7 erlenmeyers de 100 mL
- 1 vaso de precipitados de 100 mL
- 1 probeta de plástico de 20 o 25 mL
- 3 pesasustancias
4.2. Reactivos
- Ácido acético glacial (anhidro), CH 3 COOH
- Ácido perclórico concentrado (72% m/m), HClO (^4)
- Anhídrido acético, (CH 3 CO) (^2)
- Hidrógenoftalato de potasio sptp, KH(COO) 2 C 6 H 4 (Mr = 204.22 g/mol), un recipiente en cada uno de los desecadores de los cuartos de balanzas
- α-Naftolbenceína
4.3. Preparación de disoluciones
- Ácido acético anhidro ( ya preparado en el laboratorio): Contiene anhídrido acético al 10% v/v (100 mL de anhídrido acético por cada litro de la mezcla), para asegurar en todo momento la ausencia de agua. Ésta es la mezcla que debe usarse para disolver las muestras y para preparar las disoluciones de valorante y de indicador.
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solubles en ácido acético anhidro; en este caso, se opera de igual forma, suponiendo que toda la amoxicilina presente se habrá disuelto y reaccionado cuantitativamente al alcanzarse el punto final. Se tapan ahora los erlenmeyers con un vidrio de reloj, o con parafilm o polietileno, se toma nota de la hora y se procede a normalizar el ácido perclórico y valorar el blanco antes de valorar las muestras.
5.2. Normalización de la disolución de HClO (^4) Para normalizar la disolución de HClO 4 , se pesa por triplicado y con precisión de 0.1 mg, alrededor de 0.15 g de hidrógenoftalato de potasio sptp (las pesadas deben hacerse directamente en los erlenmeyers de 100 mL completamente secos y a temperatura ambiente para evitar el efecto boya). Se disuelve la sptp en aproximadamente 20 mL de ácido acético anhidro (preparado en presencia de exceso de anhídrido acético). Una vez disuelto, se añade una gota de indicador (α-naftolbenceína), y se valora con HClO 4 hasta viraje del amarillo-anaranjado al verde. El viraje volverá atrás a medida que las disoluciones absorban agua de la atmósfera. El punto final se tiene que tomar cuando el color verde se mantiene al menos unos 10 segundos (pero no mucho más), mientras se agita la disolución.
5.3. Valoración del blanco de ácido acético glacial En un erlenmeyer de 100 mL, perfectamente seco, se introduce aproximadamente 20 mL del mismo ácido acético glacial mezclado con anhídrido acético empleado para disolver el patrón o las muestras. Se añade una gota del indicador (α-naftolbenceína) y se valora hasta viraje del amarillo-anaranjado al verde. Como se ha indicado para las valoraciones del HClO 4 , el viraje volverá atrás a medida que las disoluciones absorban agua de la atmósfera. Por ello, el punto final se tiene que tomar en cuanto el color verde se mantenga al menos unos 10 segundos (pero no mucho más) mientras se agita la disolución. El volumen consumido en la valoración del blanco debe restarse de los consumidos en la normalización del HClO 4 y en la valoración de la muestra. Sin embargo, si el viraje del blanco se produce con la primera gota de valorante, el volumen a restar es cero.
5.4. Valoración de la muestra problema Antes de empezar a valorar las disoluciones de muestra, hay que asegurarse de que han pasado por lo menos 30 o 40 min desde que se dejaron tapadas. Se añade una gota del indicador (α-naftolbenceína) y se valora con la disolución normalizada de HClO 4 hasta observar el viraje del indicador del amarillo- anaranjado al verde. Respecto al viraje del indicador, deben seguirse las mismas indicaciones que para las valoraciones del HClO 4 y del blanco.
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Nota: Al terminar las valoraciones, se lavan los erlenmeyers de 100 mL, se enjuagan con agua desionizada y se dejan en estufa a 100 – 110 ºC, de modo que el siguiente grupo de prácticas pueda disponer de ellos ya secos.
6. REGISTRO Y TRATAMIENTO DE DATOS
Nota. Se recuerda que hay que expresar todos los resultados (media, incertidumbre y unidades) tal como se indicó al final del apartado 3 del Seminario de Análisis Volumétrico.
Considerando las cantidades exactas de hidrógenoftalato de potasio pesadas y los volúmenes de HClO (^4) consumidos, tanto para la normalización del HClO 4 como en la valoración del blanco, se deben completar en el cuaderno de laboratorio, para cada réplica, los datos que aparecen indicados en la Tabla 3.1. Recordar que debe apreciarse hasta una fracción de las divisiones de la bureta en la expresión de los volúmenes de reactivos consumidos. A partir de los valores individuales de la concentración obtenidos para cada réplica, se calcula el valor promedio de la molaridad de la disolución valorante de HClO 4 , acompañado de su desviación estándar.
Tabla 3.1. Datos de la normalización de la disolución de ácido perclórico. Valoración (réplica nº)
Masa de sptp (g) Volumen HClO 4 (mL)
Volumen corregido HClO 4 (mL)
Molaridad HClO 4 (M) Blanco 1 …
HClO 4 , M (resultado del cálculo con dos cifras más que las significativas) Media ± s HClO 4 , M (resultado de la media redondeado a cuatro cifras significativas)
Teniendo en cuenta los volúmenes de HClO 4 consumidos en las valoraciones replicadas de la muestra y del blanco, se deben completar en el cuaderno de laboratorio los datos indicados en la Tabla 3.2, y calcular el contenido de amoxicilina trihidrato (m/m) en la muestra, expresando el resultado con la correspondiente incertidumbre (como desviación estándar). Finalmente, se calcula la masa media de una cápsula o comprimido, y la masa media de amoxicilina trihidrato a que corresponde (Tabla 3.3).
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- Valoración de la muestra. Datos primarios (Tabla 3.2). Expresiones empleadas para el cálculo de la concentración del analito en la muestra, expresada como porcentaje (m/m) de amoxicilina trihidrato por gramo de muestra. Se informa la masa media de una cápsula o comprimido, y la masa media total de una dosis.
- Discusión de resultados. Se indica cualquier circunstancia anómala que se haya podido producir durante la realización de la práctica o tratamiento de los datos (repetición de réplicas, rechazo de valores, etc.).
- Fecha y firma. Se escribe la fecha y se pone la firma de los autores del informe. 8. REFERENCIAS
- I.M. Kolthoff, V.A. Stenger, Volumetric Analysis, Vol. 2, Interscience, Nueva York, 1947.
- G. Charlot, Soluciones acuosas y no acuosas. Vol. 1, 2ª ed., Toray-Masson, Barcelona, 1975.
- D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch, Fundamentos de Química Analítica, 8º ed., Thomson- Paraninfo, Madrid, 2005.
- W.F. Pickering, Química Analítica moderna, Reverté, Barcelona, 1976.
- H.A. Laitinen, W.E. Harris, Análisis Químico, Reverté, Barcelona, 1982.
- D.C. Harris, Análisis Químico Cuantitativo, Reverté, Barcelona, 2007.
9. CUESTIONES
- La determinación de amoxicilina, ¿podría llevarse a cabo empleando ácido clorhídrico o ácido sulfúrico, en lugar de ácido perclórico? Razona la respuesta.
- ¿Por qué se realiza una valoración del blanco de disolvente utilizado en esta práctica? ¿Qué álcalis puede contener?
