Titolazioni redox

1. 0.059 [Inrid] [Inrid] E = E0 + [Inox] [Inox] n Titolazioni redox Indicatori di ossido-riduzione Alcuni reagenti, come ad esempio il KMnO4, non richiedono l’impiego di indicatori dato che impartiscono una intensa colorazione. Gli indicatori di ossidoriduzione sono sostanze sensibili alla variazione del potenziale della reazione e non alla variazione della concentrazione di uno dei reagenti. La semi reazione responsabile della variazione di colore è: [Inrid] log Inox + ne  Inrid [Inox] Come per gli indicatori acido-base, anche per gli indicatori redox, perché si possa apprezzare una variazione di colore, il rapporto tra Inox e Inred deve essere superiore a 100. Quindi la concentrazione delle due specie deve andare da : = 10 <0.1

2. 0.059 0.059 E = E0 E = E0 - + n n Quindi perché si apprezzi un cambiamento di colore il potenziale del sistema deve andare da : a Quindi una variazione di circa 0.118/n. Di solito per molti indicatori n=2 e per avere il viraggio la variazione di potenziale al punto equivalente deve essere almeno di 0.06 volt

3. Fe2+ 3 1,10 Fenantrolina Ferroina (phen)3Fe3+ + e  (phen)3Fe2+ Blu pallido Rosso Dato che il colore della forma ossidata è debole, la variazione associata alla riduzione è da quasi incolore a rosso Indicatore ideale perché reagisce in modo rapido e reversibile, la variazione di colore è intensa, le soluzioni sono stabili e di facile preparazione.

4. Permanganometria Il KMnO4 è un energico ossidante e questa sua prerogativa ne limita le applicazioni in campo analitico dato che i substrati organici, oltre ad essere titolati vengono anche degradati. In ambiente acido è un ossidante energico MnO4- + 8H+ +5e  Mn2+ + 4H2O E0= +1.51 volt In ambiente neutro o leggermente alcalino è un ossidante ancora più energico MnO4- + 2H2O +3e  MnO2 + 4OH- E0= +1.695 volt Il KMnO4 viene solitamente usato in ambiente acido per acido solforico (si evita HCl in quanto Cl- si ossida a Cl2 e HNO3 agisce da ossidante in competizione con il permanganato) In permanganometria non si usa l’indicatore. Il punto finale viene apprezzato dalla colorazione impartita dal permanganato in eccesso. Attenzione però perché il punto finale non è stabile: 2MnO4- + 3Mn2+ + 2H2O  5 MnO2 + 4H+. Per fortuna la velocità alla quale viene raggiunto l’ equilibrio è talmente lenta che il punto finale sbiadisce in circa 30 sec.

5. Limiti della permanganometria: • Scarsa selettività nei confronti di sostanze riducenti • Intensa colorazione delle soluzioni che impediscono una accurata lettura del menisco • Instabilità chimica della soluzione acquosa. In ambiente neutro si verifica la seguente reazione: 4MnO4- + 2H2O  4MnO2 + 3O2 + 4OH- (la reazione è catalizzata da MnO2, luce, acidi, basi) è abbastanza lenta. Sufficientemente stabile a patto che si elimini MnO2 • Necessità di eseguire la reazione a caldo per velocizzare la reazione con conseguente decomposizione di una frazione di KMnO4 Preparazione e standardizzazione di una soluzione di KMnO4 Sebbene il KMnO4 può essere ottenuto allo stato puro non è usato come soluzione madre in quanto le sostanze presenti nell’acqua andrebbero a variare la concentrazione di KMnO4. Si prepara una soluzione approssimata si lascia a riposo per 24h, si scalda (per accelerare l’ossidazione dei contaminanti), si lascia a riposo per una notte e si filtra su lana di vetro per eliminare MnO2. Si raccoglie la soluzione in bottiglia di vetro scuro. Le sostanze madri utilizzate per la standardizzazione sono sodio ossalato, acido ossalico biidrato, solfato ferroso ammonico.

6. Il sodio ossalato è la sostanza madre più utilizzata. La reazione viene condotta in ambiente acido per H2SO4 e a caldo (60°C). E’ una reazione lenta che si autocatalizza con Mn2+. 2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+ 2 Mn2+ + 10CO2 + 8H2O Non scaldare a temperatura superiore in quanto si avrebbe la decomposizione di ac. ossalico H2C2O4 H2O + CO2 + CO L’errore di titolazione è dello 0.2-0.4% in meno di quello teorico dovuto all’ossidazione all’aria di acido ossalico H2C2O4 + O2 H2O2 + 2CO2

7. Applicazioni permanganometria in E.P.: Determinazione dell’idrogeno perossido in soluzione (acqua ossigenata): In E.P. sono riportati due tipi di soluzione di H2O2 - Al 30% m/m di H2O2 (PM 34) corrispondente a 110 volumi di O2 (68 grammi di H2O2 sviluppano una mole di O2 che a 25°C e a 760 mmHg occupa un volume di 24.46 L) 2H2O2 2H2O + O2 1 ml di una soluzione al 30% contiene 0.3 g di H2O2 ovvero 0.0088 moli che sviluppano 0.0044 moli di O2 (108 ml) - Al 3% m/m corrispondente a circa 10 volumi di O2 L’H2O2 ad uso farmaceutico viene stabilizzata con H2SO4 o H3PO4 L’H2O2 viene determinata titolando in ambiente acido per H2SO4 e a freddo con KMNO4 0.1 N fino a colorazione rosa persistente. 5H2O2 + 2MnO4- + 6H+ 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

8. HYDROGEN PEROXIDE SOLUTION (30 PER CENT) Hydrogenii peroxidum 30 per centum DEFINITION Hydrogen peroxide solution (30 per cent) contains not less than 29.0 per cent m/m and not more than 31.0 per cent m/m of H2O2 (Mr 34.01). One volume of this solution corresponds to about 110 times its volume of oxygen. A suitable stabiliser may be added. ASSAY Dilute 1.00 g to 100.0 ml with water R. To 10.0 ml of this solution add 20 ml of dilute sulphuric acid R. Titrate with 0.02 M potassium permanganate until a pink colour is obtained. 1 ml of 0.02 M potassium permanganate is equivalent to 1.701 mg of H2O2 or 0.56 ml of oxygen

9. Cerimetria • L’impiego come ossidante della soluzione di cerio tetravalente è stata possibile con l’introduzione degli indicatori redox. Le soluzioni CeIV sono stabili a caldo e al freddo e presentano le seguenti proprietà: • - La stechiometria di reazione è semplice essendo possibile una sola variazione di numero di ossidazione Ce4+ + e  Ce3+ E0= 1,44 v • Il colore della soluzione non disturba la lettura del menisco • Il prodotto di riduzione è incolore • L’esanitrocerato di ammonio (NH4)2Ce(NO3)6 ha caratteristiche di soluzione madre • Tendenza a formare precipitati di Sali basici scarsamente solubili in soluzioni acide diluite. L’indicatore più utilizzato nella cerimetria è la ferroina

10. FERROUS SULPHATE, DRIED Ferrosi sulfas desiccatus FeSO4 Mr 151.9 DEFINITION Hydrated ferrous sulphate from which part of the water of hydration has been removed by drying at about 40 °C. Content: 86.0 per cent to 90.0 per cent. ASSAY Dissolve 2.5 g of sodium hydrogen carbonate R in a mixture of 150 ml of water R and 10 ml of sulphuric acid R. When the effervescence ceases, add to the solution 0.140 g of the substance to be examined and dissolve with gentle shaking. Add 0.1 ml of ferroin R and titrate with 0.1 M ammonium and cerium nitrate until the red colour disappears. 1 ml of 0.1 M ammonium and cerium nitrate is equivalent to 15.19 mg of FeSO4.

11. PARACETAMOL Paracetamolum C8H9NO2 Mr 151.2 DEFINITION N-(4-Hydroxyphenyl)acetamide. Content: 99.0 per cent to 101.0 per cent (dried substance). ASSAY Dissolve 0.300 g in a mixture of 10 ml of water R and 30 ml of dilute sulphuric acid R. Boil under a reflux condenser for 1 h, cool and dilute to 100.0 ml with water R. To 20.0 ml of the solution add 40 ml of water R, 40 g of ice, 15 ml of dilute hydrochloric acid R and 0.1 ml of ferroin R. Titrate with 0.1 M cerium sulphate until a greenish-yellow colour is obtained. Carry out a blank titration. 1 ml of 0.1 M cerium sulphate is equivalent to 7.56 mg of C8H9NO2. Ox H+

12. SODIUM NITRITE Natrii nitris NaNO2 Mr 69.0 DEFINITION Content: 98.5 per cent to 100.5 per cent (dried substance). ASSAY Dissolve 0.400 g in 100.0 ml of water R. Introduce 20.0 ml of the solution, while stirring continuously and keeping the tip of the pipette below the surface of the liquid, into a conical flask containing 30.0 ml of 0.1 M cerium sulphate. Immediately stopper the flask and allow to stand for 2 min. Add 10 ml of a 200 g/l solution of potassium iodide R and 2 ml of starch solution R. While stirring continuously, titrate with 0.1 M sodium thiosulphate until the blue colour disappears. Carry out a blank titration. 1 ml of 0.1 M cerium sulphate is equivalent to 3.45 mg of NaNO2.

13. Iodimetria e Iodometria • Con il termine di “Iodimetria” si definisce la titolazione che utilizza una soluzione di iodio, ed è utilizzata nella determinazione di sostanze con carattere riducente (I2 + 2e  2I-; E0=0.5353 volt) • Con il termine di “iodometria” si definisce la titolazione che utilizza una soluzione di sodio tiosolfato, uno dei pochi agenti riducenti stabili all’aria. Lo iodometria è usata per misurare agenti ossidanti e prevede l’aggiunta di un eccesso non misurato di ioduro ad una soluzione acida dell’analita. Lo iodio liberato viene quindi determinato con una soluzione di sodio tiosolfato. L’ossidazione del tiosolfato a ione tetrationato è specifica per lo iodio (altri ossidanti portano alla formazione di ione solfato) e si esegue a pH neutro o debolmente acido. • S2O32- + I2 2I- + S4O62- • Nello iodimetria e iodometria è importante controllare il pH della soluzione per i seguenti motivi: • Le soluzione di iodio debbono essere impiegate a pH< 8.5 in quanto a pH basico lo iodio disproporziona

14. L’ossidazione del tiosolfato sodico a tetraionato avviene in ambiente neutro o debolmente acido (in soluzione alcalina si avrebbe l’ossidazione a solfato) • In ambiente acido il tiosolfato si decompone a S2 • In ambiente acido lo ioduro viene ossidato a iodio • O2 + 4I- + 4H+  2I2 + 2H2O • La reazione tra ioduro e un agente ossidante può essere spostata a destra utilizzando i seguenti accorgimenti: • - Incrementare la concentrazione idrogenionica se l’ossidante è un composto contenente ossigeno • - incrementare la concentrazione dello ioduro • - eliminare lo iodio formato mediante l’impiego di un solvente organico o tiosolfato sodico • - Impiegare un agente complessante o precipitante per eliminare la forma ridotta dell’ossidante

15. Indicatori nella iodimetria e iodometria La sospensione acquosa di amido viene impiegata come indicatore di iodio (l’amido si colora di azzurro in presenza di iodio per formazione di un complesso di -amilosio con I2). La sospensione acquosa o “salda d’amido” si prepara stemperando amido solubile (privo di -amilosio) in una capsula 10 g di amido con poca acqua e versando la poltiglia in 1 L di acqua bollente. Si lascia raffreddare e si filtra. Si usa HgI2 come antifermentativo.

16. Preparazione e standardizzazione di una soluzione 0.1 N di iodio Lo iodio è pochissimo solubile in H2O e deve essere solubilizzato impiegando ioduro solido. I2+ I- I3- Lo iodio è presente in commercio in forma molto pura (iodio sublimato) ma si preferisce preparare una soluzione approssimata che viene poi standardizzata. Per preparare una soluzione 0.1 N si pesano circa 13 g di iodio solido e si sciolgono in una soluzione di 30-40 g di KI. La soluzione deve essere mantenuta in un recipiente di vetro scuro (non usare mai tappi e rubinetti di gomma!!). Le soluzioni di iodio sono instabili e il titolo deve essere controllato periodicamente. La standardizzazione viene eseguita impiegando come sostanza madre As2O3 (anidride arseniosa) o sodio tiosolfato e usando salda d’amido come indicatore As2O3 + 2OH- 2AsO2- + H2O AsO2- + I2 + 2H2O  H2AsO4- + 2I- + 2H+ Applicazioni della iodimetria Nelle ultime edizioni della Farmacopea l’utilizzo della iodimetria è stato ampiamente ridimensionato a favore delle analisi cromatografiche (es. determinazione degli antibiotici -lattamici)

17. SODIUM SULPHITE, ANHYDROUS Natrii sulfis anhydricus Na2SO3 Mr 126.0 DEFINITION Anhydrous sodium sulphite contains not less than 95.0 per cent and not more than the equivalent of 100.5 per cent of Na2SO3. CHARACTERS ASSAY Introduce 0.250 g into a 500 ml conical flask containing 50.0 ml of 0.05 M iodine. Shake until completely dissolved. Add 1 ml of starch solution R and titrate the excess of iodine with 0.1 M sodium thiosulphate. Carry out a blank titration. 1 ml of 0.05 M iodine is equivalent to 6.30 mg of Na2SO3

18. ASCORBIC ACID Acidum ascorbicum C6H8O6 Mr 176.1 DEFINITION Ascorbic acid contains not less than 99.0 per cent and not more than the equivalent of 100.5 per cent of (5R)-5-[(1S)-1,2-dihydroxyethyl]-3,4-dihydroxyfuran-2(5H)-one. ASSAY Dissolve 0.150 g in a mixture of 10 ml of dilute sulphuric acid R and 80 ml of carbon dioxide-free water R. Add 1 ml of starch solution R. Titrate with 0.05 M iodine until a persistent violet-blue colour is obtained. 1 ml of 0.05 M iodine is equivalent to 8.81 mg of C6H8O6.

19. CYSTEINE HYDROCHLORIDE MONOHYDRATE Cysteini hydrochloridum monohydricum C3H8ClNO2S,H2O Mr 175.6 DEFINITION Cysteine hydrochloride monohydrate contains not less than 98.5 per cent and not more than the equivalent of 101.0 per cent of (2R)-2-amino-3-sulfanylpropanoic acid hydrochloride, calculated with reference to the dried substance ASSAY In a ground-glass stoppered flask dissolve 0.300 g of the substance to be examined and 4 g of potassium iodide R in 20 ml of water R. Cool the solution in iced water and add 3 ml of hydrochloric acid R1 and 25.0 ml of 0.05 M iodine. Stopper the flask and allow to stand in the dark for 20 min. Titrate with 0.1 M sodium thiosulphate using 3 ml of starch solution R, added towards the end of the titration, as indicator. Carry out a blank titration. 1 ml of 0.05 M iodine is equivalent to 15.76 mg of C3H8ClNO2S.

20. CAPTOPRIL Captoprilum C9H15NO3S Mr 217.3 DEFINITION (2S)-1-[(2S)-2-Methyl-3-sulphanylpropanoyl]pyrrolidine-2-carboxylic acid. ASSAY Dissolve 0.150 g in 30 ml of water R. Titrate with 0.05 M iodine, determining the end-point potentiometrically (2.2.20). Use a combined platinum electrode. 1 ml of 0.05 M iodine is equivalent to 21.73 mg of C9H15NO3S

21. Iodometria: preparazione di una soluzione di sodio tiosolfato 0.1 N Il sodio tiosolfato non ha caratteristiche di std primario in quanto il contenuto di acqua di cristallizzazione è variabile. Si usa KIO3 per la standardizzazione (si ottiene in forma pura per riscaldamento a 120°C per un’ora). Per la standardizzazione di sodio tiosolfato si procede nel seguente modo: Si pesa con accuratezza KIO3 e si aggiunge quantità note di H2O, KI, e HCl. La soluzione si colora di rosso bruno per formazione dello iodio secondo la seguente reazione: IO3- + 5I- + 6H+ 3I2 + 3H2O Si titola a freddo lo iodio formato con sodio tiosolfato, aggiungendo la salda d’amido verso la fine della titolazione (soluzione colorata di giallo paglierino).

22. Applicazioni dello iodometria in EP: Analisi della Cloramina T H+ + HClO + H2O HClO + 2I- + 2H+ I2 +Cl- +H2O

23. TOSYLCHLORAMIDE SODIUM Tosylchloramidum natricum C7H7ClNNaO2S,3H2O Mr 281.7 DEFINITION Tosylchloramide sodium contains not less than 98.0 per cent and not more than the equivalent of 103.0 per cent of sodium N-chloro-4-methylbenzene-sulphonimidate trihydrate. ASSAY Dissolve 0.125 g in 100 ml of water R in a ground-glass-stoppered flask. Add 1 g of potassium iodide R and 5 ml of dilute sulphuric acid R. Allow to stand for 3 min. Titrate with 0.1 M sodium thiosulphate, using 1 ml of starch solution R as indicator. 1 ml of 0.1 M sodium thiosulphate is equivalent to 14.08 mg of C7H7ClNNaO2S,3H2O.

24. Iodatometria: impiego analitico di soluzioni di iodato Bromometria: impiego analitico di soluzioni di bromato (BrO3-). Ampiamente impiegata in EP per l’analisi di composti fenolici quali ad esempio clorocresolo e fenolo Il bromato è una sorgente di Br2. In tale applicazione un eccesso non misurato di bromuro di potassio è aggiunto in eccesso ad una soluzione acida dell’analita. L’introduzione di un volume misurato di bromato di potassio std. forma una q.tà stechiometrica di Br2 BrO3- + 5Br- + 6H+ 3Br2 + 3H2O Questa produzione indiretta risolve il problema dell’utilizzo di Br2 estremamente instabile La bromometria viene solitamente utilizzata per determinare composti organici che reagiscono con Br2. Dato che solitamente le reazioni sono lente, un eccesso misurato di bromato viene aggiunto alla soluzione di analita in presenza di bromuro . Dopo acidificazione e miscelazione la reazione viene lasciata a riposo fino a compimento. Il bromo in eccesso non reagito viene quindi determinato con ioduro di potassio 2I- + Br2 I2 + 2Br- Lo iodio liberato viene quindi determinato con sodio tiosolfato

25. Reazioni di sostituzione e addizione Il Br2 si inserisce in una molecola organica sia per reazione di sostituzione (rimpiazzo di idrogeno) sia di addizione (es. olefine) Reazioni di sostituzione: Si applicano per quei composti contenenti forti gruppi orto-para orientanti, in particolare ammine e fenoli 2 Br2 + 2 H+ + 2Br- Reazioni di addizione: implicano la presenza di un doppio legame olefinico Br2

26. UNDECYLENIC ACID Acidum undecylenicum C11H20O2 Mr 184.3 DEFINITION Undecylenic acid contains not less than 97.0 per cent and not more than the equivalent of 102.0 per cent of undec-10-enoic acid. Degree of unsaturation. Dissolve 85.0 mg in a mixture of 5 ml of dilute hydrochloric acid R and 30 ml of glacial acetic acid R. Using 0.05 ml of indigo carmine solution R1, added towards the end of the titration, as indicator, titrate with 0.0167 M bromide-bromate until the colour changes from blue to yellow. 8.9 ml to 9.4 ml of 0.0167 M bromide-bromate is required. Carry out a blank titration. ASSAY Dissolve 0.750 g in 10 ml of alcohol R. Using 0.1 ml of phenolphthalein solution R as indicator, titrate with 0.5 M sodium hydroxide until a pink colour is obtained. 1 ml of 0.5 M sodium hydroxide is equivalent to 92.14 mg of C11H20O2.

27. RESORCINOL Resorcinolum C6H6O2 Mr 110.1 DEFINITION Resorcinol contains not less than 98.5 per cent and not more than the equivalent of 101.0 per cent of benzene-1,3-diol, calculated with reference to the ASSAY Dissolve 0.500 g in water R and dilute to 250.0 ml with the same solvent. To 25.0 ml of the solution in a ground-glass-stoppered flask add 1.0 g of potassium bromide R, 50.0 ml of 0.0167 M potassium bromate, 15 ml of chloroform R and 15.0 ml of hydrochloric acid R1. Stopper the flask, shake and allow to stand in the dark for 15 min, shaking occasionally. Add 10 ml of a 100 g/l solution of potassium iodide R, shake thoroughly, allow to stand for 5 min and titrate with 0.1 M sodium thiosulphate, using 1 ml of starch solution R as indicator. 1 ml of 0.0167 M potassium bromate is equivalent to 1.835 mg of C6H6O2.