2. Методичка лет.яды. Учебнометодическое пособие по токсикологической химии для студентов 4 курса очного отделения фармацевтического факультета. Лабораторные работы
 Скачать 1.07 Mb.
|
|
ГОУ ВПО «Казанский государственный медицинский университет» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию Кафедра фармацевтической химии с курсами аналитической и токсикологической химии ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ Учебно-методическое пособие по токсикологической химии для студентов 4 курса очного отделения КАЗАНЬ 2010 УДК 615.07 (075.8) ББК 52.81.012 М 11 Печатается по решению Центрального координационно-методического совета Казанского государственного медицинского университета Составители: старший преподаватель Жигалко Л.А., зав. кафедрой, доцент Мустафин Р.И. Рецензенты: доцент кафедры управления и экономики фармации, Грибова Я.В., доцент кафедры фармацевтической технологии, Меркурьева Г.Ю. Учебно-методическое пособие по токсикологической химии для студентов 4 курса очного отделения /Жигалко Л.А., Мустафин Р.И. – Казань: КГМУ, 2010. – 52 с. Учебно-методическое пособие по токсикологической химии для студентов 4 курса очного отделения фармацевтического факультета. «Лабораторные работы» соответствуют государственному образовательному стандарту по специальности 060108 «фармация» и типовой программе по токсикологической химии, утверждённой Министерством здравоохранения Российской Федерации в 2002 г. © Казанский государственный медицинский университет, 2010 СОДЕРЖАНИЕ Введение……………………..…………...………………………….……4 1. Группа веществ, изолируемых перегонкой с водяным паром («летучие яды»)……………………...………….………………….……..4 2. Способы изолирования «летучих ядов» из объектов исследования………………………………………………………… ………….6 3. Синильная кислота.…………………………………………….……9 4. Галогенопроизводные алифатического ряда (хлороформ, хлоралгидрат, четырёххлористый углерод, дихлор- этан)…………………………………………………..……………...12 4.1 Хлороформ…………………………………………………..……….12 4.2 Хлоралгидрат………………………………………..…………………..15 4.3 Четырёххлористый углерод….………………..……….……………16 4.4 Дихлорэтан (хлористый этилен)…….……………....……………...17 5. Формальдегид………….…………………………………………....19 6. Ацетон………………….……………………………………………21 7. Алифатические одноатомные спирты…………………………...……22 7.1 Метиловый спирт…….……………………………………………...22 7.2 Спирт этиловый………..………….…………………………………24 8. Спирты высшие (С 3 – С 5 )……………………………...…………...27 9. Фенол……………………...…………………………………..………..29 10. Кислота уксусная.……………………………………………….….30 11. Этиленгликоль…………………………….………………………...…32 12. Тетраэтилсвинец…………………………………...……………….35 Вопросы для самоподготовки студентов………..………...……….…..38 Ситуационные задачи...…………………………………….……………….40 Тестовые задания……………………….………………….…....…………...42 Литература…………………………………………………….……...............52 4 ВВЕДЕНИЕ Пособие по токсикологической химии разработано с целью оказания помощи студентам в усвоении и закреплении теоретических навыков, а также в практической подготовке и организации самостоятельной работы по теме «Токсические вещества, изолируемые из биологического материала методом перегонки с водяным паром» и содержит вопросы для самоподготовки, ситуационные задачи и тестовые задания. Интоксикации, вызванные приемом различных технических жидкостей (антифризы, растворители, средства для мытья окон, пятновыводители и др.) или некачественных ликероводочных изделий занимают одно из первых мест по общему числу острых и смертельных отравлений, и количество их с каждым годом увеличивается. Отравления, вызванные данными веществами, протекают очень тяжело, что связано с особенностями метаболизма некоторых из них, и способностью накапливаться в жизненно-важных органах и тканях. Судебно- химический или химико-токсикологический анализ на данную группу ядов может вызывать затруднение из-за широкого разнообразия веществ, близости их природы (ряд хлорированных углеводородов, ряд алифатических спиртов и др.) и активного их метаболизма. Основная цель пособия состоит в формировании у студентов химико- токсикологического мышления, умений и практических навыков по идентификации и количественному определению ядовитых и сильнодействующих веществ, изолируемых дистилляцией из разных объектов исследования - биологических тканей и биологических жидкостей (кровь, моча), вещественных доказательств небиологического происхождения (неизвестных жидкостей). В пособии содержатся сведения по методам изолирования, химического анализа дистиллята (идентификация и количественное определение), а также теоретический материал по газо-жидкостной хроматографии, и практические примеры применения данного метода для анализа биологического материала (ткани и жидкости) и дистиллята. 1. Группа веществ, изолируемых перегонкой с водяным паром («летучие яды») Перегонка с водяным паром широко применяется как в лабораториях, так и химической промышленности для получения вещества в чистом виде. В химико- токсикологическом анализе перегонкой с водяным паром достигается изолирование ядовитых и сильнодействующих веществ из объектов исследования биологической происхождения (внутренние органы трупов, рвотные массы, пищевые продукты и т.п.) или небиологического происхождения (технические жидкости, лекарственные формы и т. п.) Этим методом могут изолироваться вещества органической, неорганичес- кой природы, а также металлорганические соединения: 1. Синильная кислота. 2. Галогенопроизводные алифатического ряда: хлороформ, хлоралгидрат, хлористый этилен, трихлорэтилен, четыреххлористый углерод, гексахлорэтан. 5 3. Альдегиды и кетоны алифатического ряда: формальдегид, ацетон. 4. Спирты алифатического ряда: метиловый, этиловый, пропиловый, изопропиловый, амиловый, изоамиловый, этиленгликоль. 5. Сложные эфиры алифатического ряда: уксусноамиловый эфир, амилнитрит. 6. Карбоновые кислоты алифатического ряда: кислота уксусная, кислота молочная. 7. Сероуглерод. 8. Элементорганические соединения: тетраэтилсвинец. 9. Ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилолы. 10. Нитропроизводные и амины ароматического ряда: нитробензол, анилин. 11. Фенолы и фенолокислоты: фенол, крезолы, салициловая кислота. 12. Фосфор и его продукты: кислоты фосфорноватистая и фосфористая, фосфористый водород, цинка фосфид. Могут перегоняться с водяным паром вещества кислого и основного характера, например, кислоты салициловая, никотин, анабазин, ареколин и др. Способность химических соединений перегоняться с водяным паром зави- сит от их физических свойств. При нагревании двухкомпонентной смеси, состоящей из практически нерастворимых друг в друге веществ, давление паров каждой жидкости будет таким же, как и давление пара ее в чистом виде, независимо от наличия другой жидкости. Общее давление пара смеси Р таких жидкостей будет равно сумме парциальных давлений паров обоих компонентов Р 1 и Р 2 при данной температуре. Смесь начинает кипеть тогда, когда при данной температуре сумма парциальных давлений насыщенных паров обоих ее компонентов станет равной внешнему (атмосферному) давлению, следовательно, температура кипения смеси будет ниже температуры кипения каждого компонента в чистом виде. Перегонка с водяным паром особенно выгодна в тех случаях, когда изолируемое вещество кипит при очень высокой температуре, труднорастворимые или практически нерастворимые в воде: толуол, нитробензол, дихлорэтан и т.д., - или разлагается при температуре кипения. Например, тетраэтилсвинец - кипит при температуре 200 °С с разложением. Степень разложения увеличивается с повышением температуры. При 500 - 600 °С тетраэтилсвинец разлагается полностью. При дистилляции с водяным паром тетраэтилсвинец перегоняется в условиях сравнительно низкой температуры и без разложения, что используется для его получения в чистом виде и изолирования из его биологического материала при химико-токсикологическом исследовании. Связь между летучестью и молекулярным весом для веществ нерастворимых друг в друге, выражается уравнением: W o = M o P o * W w = Mw Pw * , где m o и m w вес органического вещества и воды в дистилляте; M o и M w - соответствующий молекулярный вес; Р o * и P w * - упругости паров. 6 В ряде случаев летучими с водяным паром оказываются вещества, растворимые в воде в том или ином соотношении. Установлено, что более летучими с водяным паром оказываются вещества с большим молекулярным весом и более высокой температурой кипения, чем низшие члены гомологического ряда. С водяным паром перегоняются некоторые жидкости, практически не смешивающиеся или ограниченно смешивающиеся с водой, а также вещества образующие с водой азеотропные смеси или наоборот, которые смешиваются с водой и перегоняются без образования азеотропов. Азеотропными называются такие смеси, у которых пар, находящийся в равновесии с жидкостью, в данных условиях обладает тем же составом, что и сама жидкая смесь. Состав азеотропной смеси (раствора) совпадает с составом пара, находящегося с ней в равновесии. Поэтому азеотропные смеси перегоняются при постоянной температуре, следовательно, они не могут быть разделены перегонкой в данных условиях. Способность различных органических веществ давать с водой и другими органическими веществами азеотропные смеси используется в практике. Например, способность дихлорэтана давать азеотропные смеси с метиловым спиртом, этиловым спиртом, водой используется при обезвоживании этилового спирта. Для снижения температуры кипения и увеличения степени изолирования некоторых токсических веществ (этиленгликоль и его эфиры) используют их способность давать азеотропы с другими органическими веществами (бензолом). Данная особенность используется в методе дистилляции с селективным переносчиком. 2. Способы изолирования «летучих ядов» из объектов исследования I. Метод макродистилляции применяется в случае, когда на исследование доставлено большое (100 г и более) количество биологического материала или иного объекта. Биологический материал измельчают, смешивают с дистиллированной водой до густоты кашицы и помещают в круглодонную колбу, заполняя последнюю не более чем на 1/3 ее объема. Колбу с объектом исследования закрепляют в штативе и погружают в холодную водяную баню. Когда в парообразователе пойдет пар, объект подкисляют органической кислотой, соединяют все части прибора и доводят водяную баню до кипения, чтобы уменьшить конденсацию водяного пара в колбе. Объект не подкисляют заранее. Биоматериал подкисляют слабыми органическими кислотами (щавелевой или виннокаменной) до рН = 2. При перегонке с водяным паром из подкисленного объекта первые порции дистиллята, собирают в объеме 3 мл в заранее приготовленную коническую колбу, приемник, содержащую 2 мл 2% раствора натра едкого во избежание потерь кислоты синильной (а при количественном определении - в титрованный раствор серебра нитрата). Остальные порции дистиллята по 25-50 мл собирают в последующие 1-2 колбы подготовленные заранее. При специальном исследовании на метанол прием-ник охлаждают льдом для уменьшения потерь искомого токсического вещества. При целенаправленном исследовании на спирт этиловый приемник с дистиллятом охлаждают водой, чтобы предотвратить его испарение. Ввиду высокой летуче- 7 сти уксусной кислоты при перегонке с водяным паром ее собирают в сосуд, содержащий 0,1 М раствор натра едкого. При изолировании с водяным паром веществ основного характера из подщелоченного объекта, дистиллят собирают в раствор кислоты хлористоводородной. Рис. 1. Аппарат для перегонки ядовитых веществ с водяным паром: 1 — парообразователь; 2 — колба с объектом исследования; 3 — холодильник; 4 — приёмник; 5 — водяная баня После окончания дистилляции сначала отсоединяют от парообразователя колбу с биоматериалом и только потом прекращают надевать парообразователь и водяную баню. Пропускание пара через колбу с биоматериалом вместо образования его в самой колбе важно потому, что при пропускании пара через колбу с объектом, ее можно нагревать (чтобы не конденсировались пары) на водяной бане. Образование пара в колбе потребовало бы нагревания при температуре выше 100 °С на пламени или масляной бане и могло бы повести к разложению веществ на стенках колбы выше уровня воды и даже к образованию следов синильной кислоты за счет подгорания белковых веществ. Дистилляция должна проводиться по возможности медленно, что достигается регулированием пламени горелок. Достоинства метода перегонки с водяным паром: происходит изолирование и одновременная очистка анализируемых ве- ществ; данным методом изолируются вещества, которые разлагаются при 8 температуре кипения, имеют высокую температуру кипения и вещества нерастворимые в воде; данным способом извлекаются вещества разных классов химических соединений. Недостатки метода: длительность; трудоемкость; требуется специальная литература. Влияние рН среды на перегонку токсических веществ с водяным паром Для достижения максимальной степени изолирования токсических веществ из биологического материала необходимо разрушить комплекс этого вещества с белковыми структурами от тканей. Это возможно при значениях рН близких к изоэлектрической точке белка, рН = 2-3. Подкислять биологический материал следует только органическими кислотами, т.к. использование минеральных кислот приводит к гидролизу синильной кислоты до формиата аммония, который является нелетучим соединением, не перегоняющимся с водяным паром, а так же является продуктом метаболизма белков. Может происходить потеря синильной кислоты C N H HC O ONH 4 H + Сернокислый эфир фенолов, образующийся в кишечнике под влиянием процессов гниения. При воздействии сильных минеральных кислоттакой эндогенный эфир разлагается с выделением фенола. Следовательно, фенол можно переоткрыть. OSO 3 H O H 2 OH H 2 SO 4 H + + Таким образом, при неправильном ведении анализа (подкисление объекта минеральной кислотой) возможно уничтожение и потеря одних (синильная кислота) и появление других (фенолы) ядовитых веществ. При целенаправленном исследовании на уксусную кислоту для подкисления биологического материала используют минеральные (фосфорную или серную) кислоты. Это необходимо для подавления диссоциации кислоты уксусной, которая переходит в недиссоциированное состояние и хорошо перегоняется с водяным паром. Определение свободной кислоты уксусной проводят без подкисления. При специальном исследовании на вещества основного характера: пиридин, кониин, ареколин, никотин, анабазин и другие, - биологический материал подщелачивают 5% раствором натра едкого. Отгон собирают в раствор разведенной кислоты хлористоводородной. II. Метод микродистилляции используется при изолировании «летучих» ядов из биожидкостей (10-200 мл) и проводится без парообразователя. 7 мл биологиче- 9 ской жидкости помещают в круглодонную колбу, добавляют 30 мл воды очищенной, подкисляют насыщенным раствором кислоты щавелевой до рН = 2, добавляют 10 г натрия хлорида (высаливающий агент) и перегоняют с дефлегматором. III. Метод фракционной перегонки применяется для изолирования, концентрирования полученного дистиллята, очистки от продуктов гнилостного разложения биологического материала, разделения веществ имеющих близкие температуры кипения на фракции с последующим анализом каждой фракции. Фракционную перегонку проводят в колбах, снабженных дефлегматором или фракционными колонками. IV. Метод паровоздушной дистилляции применяется для изолирования и одновременного исследования биологических жидкостей и дистиллята на «летучие яды» химическими методами: метод микродиффузии Герасимова на синильную кислоту (см.ниже) - или газохроматографическим методом . V. Метод суховоздушной дистилляции используется для анализа биологических тканей, и проводится аналогично методу паровоздушной дистилляции. VI. Метод прямой экстракции органическим растворителем используется для изолирования этиленгликоля из биологических жидкостей и тканей (метод Гуляевой, см.ниже). 3. СИНИЛЬНАЯ КИСЛОТА Токсикологическое значение Токсикологическое значение кислоты синильной и ее производных определяется их высокой токсичностью и широким применением в народном хозяйстве. Токсичность кислоты синильной обусловлена возможностью образования таутомерной формы - кислоты изоцианистой. Калия и натрия цианиды применяются в металлургической промышленности для извлечения благородных металлов из руд и в ювелирном деле. При этом используется способность цианидов образовывать комплексные соли с соединениями металлов, например, с солями золота или серебра. На этом же свойстве основано применение кали и натрия цианидов в фотографии. Циансплав - продукт плавления кальция цианамида применяется в гидрометаллургии при цианировании сталей, в производстве ферро- и феррицианидов калия. Широко применяются цианиды в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями плодовых деревьев, хлопка-сырца, протравливания семян, дезинфекции и дезинсекции. Калия и натрия цианиды применяются в производстве некоторых фармацевтических препаратов. Источниками отравления могут стать принятые в пищу в больших количествах ядра горького миндаля, абрикоса, вишни и других растений сем. Rosaceae, содержащие в своем составе гликозид - амигдалин, который в 10 кислом растворе под влиянием фермента эмульсина расщепляется на виноградный сахар, бензальдегид и синильную кислоту. Токсикологическое значение имеют также дициан [(CN) 2 ] или хлор- и бромцианы (ClCN, BrCN), используемые в химической промышленности. Смертельная доза синильной кислоты составляет 50-100 мг, натрия цианида 150 мг, смертельная концентрация в крови - 5 мг/л. Всасываются кислота синильная и ее соли быстро из желудочно-кишечного тракта, через дыхательные пути, кожные покровы. Характерно быстрое развитие симптомов интоксикации, нейротоксическое действие, блокирование клеточной цитохромоксидазы (тканевая гипоксия), резкая головная боль, тошнота, рвота, боль в животе, нарастание общей слабости, выраженная одышка, сердцебиение, психомоторное возбуждение, судороги, потеря сознания. Кожные покровы ярко- розовые, слизистые оболочки цианотичны. При поступлении внутрь смертельных доз появляются клонико-тонические судороги, резкий цианоз, острая сердечно- сосудистая недостаточность и остановка дыхания. Смерть может наступить в течение нескольких минут. При смертельном исходе от внутренних органов трупа часто ощущается характерный запах горького миндаля, что дает наводящие указания для правильного хода исследования и выбора соответствующего объекта судебно- химического анализа. |