Informace o článku

Informace o článku

VLIV KYSELÉHO, NEUTRÁLNÍHO A ZÁKLADNÍHO pH NA ROZTOKOVOST A PARTIČNÍ KOEFICIENT KYSELINY BENZOOVÉ MEZI SYSTÉMEM VODA-BENZEN

HTML Plný text

VLIV KYSELÉHO, NEUTRÁLNÍHO A ZÁKLADNÍHO pH NA ROZTOKOVOST A PARTITION-COEFFICIENT KYSELINY BENZOOVÉ MEZI SYSTÉMEM VODA-BENZEN

Gita Chaurasia

Department of Pharmaceutics, Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune – 412109 Maharashtra India.

ABSTRAKT: Rozpouštění závisí na interakci roztoku s rozpouštědlem, disociaci rozpuštěné látky v rozpouštědle na iontovou formu, teplotě, tlaku, vodíkové vazbě, dielektrické konstantě, polaritě a nepolaritě látky, pH atd. Rozdělovací koeficient byl stanoven ve dvou nemísitelných rozpouštědlech ve vodné a organické vrstvě. Kyselina benzoová byla pro tuto studii vybrána z důvodu její rozpustnosti v různých pH pufrových roztocích (kyselých, neutrálních a zásaditých) a pro studium rozdělovacího koeficientu při pokojové teplotě. Rozpustnost kyseliny benzoové v různých pH pufrových roztocích byla analyzována titrační metodou. Pro studium rozdělovacího koeficientu byla vybrána dvě nejběžnější nemísitelná rozpouštědla, jako je voda jako hydrofilní rozpouštědlo a benzen jako hydrofobní rozpouštědlo. Léčivo kyselina benzoová bylo rozděleno mezi tato rozpouštědla metodou třepací baňky a koncentrace léčiva v obou rozpouštědlech byla analyzována acidobazickou titrační metodou. Byla stanovena rozpustnost a distribuce kyseliny benzoové mezi roztokem benzenového pufru o pH 4,0, 7,0, 9,0 a destilovanou vodou. Bylo zjištěno, že kyselina benzoová zůstává ve vodné vrstvě v nedisociované monomerní molekulární formě a v organické vrstvě ve formě dimerů. Bylo zjištěno, že rozpustnost kyseliny benzoové v destilované vodě je 0,142 + 0,033 g/100 g vody a při různých hodnotách pH 4,0, pH 7,0 a pH 9,0 je 0,153+0,01, 0,148+0,708 a 0,186+0,145 v uvedeném pořadí. Graficky bylo zjištěno, že rozpustnost v roztocích pH pufru v kyselém prostředí byla mírně vyšší než v prostředí se zásaditým pH. Bylo zjištěno, že rozdělovací koeficient kyseliny benzoové v systému benzen-voda je 0,636 a v pufrových roztocích o pH 4,0, pH 7,0 a pH 9,0 je 0,841, 0,624 a 0,589 v uvedeném pořadí. Graficky bylo zjištěno, že rozdělovací koeficient kyseliny benzoové v kyselém pH byl vyšší než v neutrálním a bazickém prostředí.

Klíčová slova:

Rozpustnost, rozdělovací koeficient, vliv pH, faktory ovlivňující rozpustnost, Nernstův distribuční koeficient

Úvod: Kvantitativně je rozpustnost definována jako koncentrace rozpuštěné látky v nasyceném roztoku při určité teplotě a kvalitativně ji lze definovat jako spontánní interakci dvou nebo více látek za vzniku homogenní molekulární disperze. Vyjadřuje se jako počet mililitrů rozpouštědla, ve kterém se rozpustí jeden gram rozpuštěné látky. V chemických a farmaceutických vědách

Rozdělovací koeficienty jsou užitečné při odhadu distribuce léčiv v těle. Hydrofobní léčiva s vysokými rozdělovacími koeficienty oktanol/voda se distribuují především do hydrofobních oblastí, jako jsou lipidové dvojvrstvy buněk a krev. Naopak hydrofilní léčiva (nízké rozdělovací koeficienty oktanol/voda) se nacházejí především ve vodných oblastech, jako je krevní sérum. 1 Pokud se do směsi dvou nemísitelných kapalin přidá přebytek kapaliny nebo pevné látky, rozdělí se mezi obě fáze tak, že se každá z nich nasytí. Pokud se látka přidá k nemísitelným roztokům v množství nedostatečném k nasycení roztoků, bude se přesto rozdělovat mezi obě vrstvy v určitém poměru koncentrací. Jsou-li C1 a C2 rovnovážné koncentrace látky v rozpouštědle1 a rozpouštědle2, rovnovážný výraz je C1/C2 = K. Toto K je známo jako „rozdělovací koeficient nebo distribuční koeficient nebo distribuční poměr nebo rovnice Nernstova distribučního zákona“. 2 Je-li jedno z rozpouštědel plyn a druhé kapalina, lze určit rozdělovací koeficient plyn/kapalina. Například rozdělovací koeficient krev/plyn celkového anestetika udává, jak snadno anestetikum přechází z plynu do krve. 3 Rozdělovací koeficienty lze také stanovit, když je jedna z fází pevná, například když je jednou fází roztavený kov a druhou pevný kov, 4 nebo když jsou obě fáze pevné. 5

Rozdělení látky do pevné fáze vede ke vzniku roztoku. Rozdělovací koeficienty lze měřit různými způsoby experimentálně (pomocí třepací baňky, HPLC atd.) nebo odhadovat výpočtem na základě různých metod (na základě fragmentů, atomů atd.). Pro tuto práci byla vybrána bezbarvá krystalická pevná kyselina benzoová se slabým příjemným zápachem vzhledem k její rozpustnosti v acetonu, benzenu, CCl4, CHCl3, alkoholu, ethyletheru, hexanu, fenylech, kapalném amoniaku, octanech atd. Terapeuticky kyselina benzoová pomáhá předcházet infekcím způsobeným bakteriemi. Kyselina benzoová a kyselina salicylová lokálně (na kůži) je kombinovaný léčivý přípravek používaný k léčbě podráždění a zánětů kůže způsobených popáleninami, kousnutím hmyzem, plísňovými infekcemi nebo ekzémy.

Soli kyseliny benzoové se používají jako konzervanty potravin a jako důležitý prekurzor pro průmyslovou syntézu mnoha dalších organických látek. Obvyklá úroveň použití kyseliny benzoové jako konzervační látky v potravinách se pohybuje mezi 0,05- 0,1 %. Potraviny, v nichž lze kyselinu benzoovou používat, a maximální množství pro její použití jsou kontrolovány mezinárodním potravinovým právem. 6, 7 Na počátku 20. století se používala jako expektorans, analgetikum a antiseptikum. 8 Ve výukových laboratořích je běžným standardem pro kalibraci bombového kalorimetru. 9 Kyselina benzoová byla pro tuto studii vybrána pro její rozpustnost v různých pH pufrových roztocích (kyselých, neutrálních a bazických) a pro studium rozdělovacího koeficientu při pokojové teplotě. Rozpustnost kyseliny benzoové v různých pH pufrových roztocích byla analyzována titrační metodou. Pro studium rozdělovacího koeficientu byla vybrána dvě nejběžnější nemísitelná rozpouštědla, jako je voda jako hydrofilní rozpouštědlo a benzen jako hydrofobní rozpouštědlo. Léčivo kyselina benzoová bylo rozděleno mezi tato rozpouštědla metodou třepací baňky a koncentrace léčiva v obou rozpouštědlech byla analyzována acidobazickou titrační metodou.

MATERIÁLY A METODY:

Materiály: Látka kyselina benzoová byla dodána firmou Research lab fine chem. Industries, Mumbai a pufrové roztoky o různém pH (4,0, 7,0 a 9,0) poskytla společnost Merck specialties Private Ltd., Mumbai. Všechny chemikálie a rozpouštědla byly použity v analytické reagenční kvalitě a v průběhu práce byla použita čerstvě připravená destilovaná voda.

Metody:

Stanovení rozpustnosti: Rozpustnost kyseliny benzoové (S) v různých pH pufrových roztocích byla stanovena metodou acidobazické titrace při pokojové teplotě (25 0C). V této práci bylo odebráno 100 ml tlumivého roztoku o různém pH (4,0, 7,0 a 9,0) do různých kádinek a do každé kádinky bylo přidáno asi 200 mg kyseliny benzoové, dobře promícháno skleněnou tyčinkou, aby vznikly nasycené roztoky (část pevné látky musí zůstat nerozpuštěná). Tyto roztoky se v případě potřeby zahřívaly. Připravené roztoky byly ochlazeny při pokojové teplotě a 5 ml těchto roztoků bylo odebráno do předem odvážené suché kónické baňky (W1). Kuželové baňky s 5 ml byly opět odváženy (W2) a tyto roztoky byly titrovány proti 0,05 N roztokům NaOH (čerstvě připraveným) za použití fenolftaleinu jako indikátoru. Konečným bodem bylo růžové zbarvení a tyto hodnoty byly zaznamenány (V). Rozpustnost kyseliny benzoové v g/100 g rozpouštědla byla stanovena podle níže uvedeného vzorce a porovnána rozpustnost s destilovanou vodou jako slepým pokusem. Byl vykreslen graf mezi rozpustností v g/100 g rozpouštědla a pufrovými roztoky o různém pH. Vliv pH na rozpustnost kyseliny benzoové byl studován graficky.

Pokud W1= Hmotnost prázdné kónické baňky

W2= Hmotnost kónické baňky s 5 ml roztoku

W3 = Hmotnost roztoku = (W2 – W1) gramů

W4= Hmotnost roztoku (kyseliny benzoové) = 0.122 x 0,05 x údaj byrety (V)

W5 = = Hmotnost rozpouštědla = (W3 – W4)

S = Rozpustnost kyseliny benzoové v g/100 g rozpouštědla

= Hmotnost rozpuštěné látky (W4) ×100

Hmotnost rozpouštědla (W5)

Stanovení rozdělovacího koeficientu: Rozdělovací koeficient při různém pH byl stanoven metodou acidobazické titrace v třepací baňce. V kádince byl připraven 10 % roztok kyseliny benzoové v benzenu (roztok bb). Ve čtyřech různých dělicích nálevkách se připravily čtyři různé roztoky takto:

1. 40 ml tlumivého roztoku pH 4,0 + 40 ml roztoku bb.
2. 40 ml tlumivého roztoku pH 4,0 + 30 ml roztoku bb + 10 ml benzenu.
3. 40 ml tlumivého roztoku pH 4,0 + 25 ml bb roztoku + 15 ml benzenu.
4. 40 ml tlumivého roztoku pH 4,0 + 20 ml bb roztoku + 20 ml benzenu.

Tyto baňky byly třepány na třepačce s vodní lázní po dobu 24 hodin při pokojové teplotě (25 0C). Všechny roztoky se nechaly stát 30 minut na stojanu, aby se dosáhlo rovnováhy. Obsahovaly spodní vodnou vrstvu a horní benzenovou vrstvu. Spodní vodné vrstvy každé baňky byly odstraněny v suché kádince a benzenová vrstva byla ponechána v oddělovací baňce. Do suché kuželové baňky se odpipetovalo 10 ml vodné vrstvy a titrovalo se proti 0,01 N NaOH za použití fenolftaleinu jako indikátoru. Konečným bodem bylo růžové zbarvení a tento údaj byl zaznamenán. Do další suché kónické baňky se odpipetovalo 5 ml benzenové vrstvy a přidalo se 10 ml destilované vody. Roztok byl titrován proti 0,1 N roztoku NaOH za použití fenolftaleinu jako indikátoru. Konečným bodem bylo růžové zbarvení a tento údaj byl zaznamenán. Stejný postup byl proveden s pufrovým roztokem o pH 7,0 a pH 9,0 a s destilovanou vodou jako slepým vzorkem. Odhad rozdělovacího koeficientu (K) byl pro takový systém vypočten podle následujícího vzorce-

a) Pro vodnou vrstvu se koncentrace kyseliny benzoové v mol/l vypočte stanovením normality podle rovnic 1, 2 a 3.

N1V1 = N2V2 ……………….(1)

Kde N1= normality vodné vrstvy = Naq

Naq = 0.01 V2 / 10 ……(2)

N2= Normálnost NaOH pro titraci = N org = 0.01 N

Naq = Caq ………………(3)

V1 = Objem odebrané vodné vrstvy = 10 ml

V2 = Objem spotřebovaného NaOH (odečet byrety)

1. Pro organickou vrstvu se koncentrace kyseliny benzoové v molech/litr vypočítá stanovením normality podle rovnic 4, 5 a 6.

1. b) N3V3 = N4V4 …………(4)

Kde N3 = normalita organické vrstvy = Norg

Norg = 0,1 V4 / 5 ………(5)

N4 = normalita NaOH pro titraci = 0.1 N

N org = C org …… (6)

V3 = objem odebrané organické vrstvy = 5 ml

V4 = objem spotřebovaného NaOH (údaj z byrety)

1. c) Rozdělovací koeficient pro soustavu benzen-voda byl stanoven podle rovnice 7 takto-

K = Caq / Corg 1/2 …..(7)

K = Koncentrace ve vodné vrstvě (CW)

{Koncentrace v organické vrstvě (CO)}1/2

Byl vynesen graf mezi rozdělovacím koeficientem (k) a pufrovými roztoky o různém pH. Vliv pH na K kyseliny benzoové byl studován v systému benzen-voda.10

VÝSLEDEK A DISKUSE: Rozpouštění závisí na interakci roztok-rozpouštědlo, disociaci rozpuštěné látky v rozpouštědle na iontovou formu, teplotě, tlaku, vodíkové vazbě, dielektrické konstantě, polaritě a nepolaritě látky atd. V tabulce 1 jsou uvedeny analýzy rozpustnosti kyseliny benzoové při teplotě 25 0C. Bylo zjištěno, že rozpustnost kyseliny benzoové (S) v destilované vodě je 0,142 + 0,033 g/100 g vody při pokojové teplotě (25 0C) a je maximální v neutrálním pufrovém roztoku o pH 7,0.

TABULKA 1: ANALÝZY ROZTOKOVOSTI PŘI 25 °C

Č.	Rozpouštědla	Rozpustnost*(S) (g/100 g rozpouštědla) (průměr+SD)
1	Destilovaná voda	0.142 + 0,033
2	Benzen-buffer roztok pH 4,0	0,153 + 0,012
3	Benzen-buffer roztok pH 7.0	0,186 + 0,145
4	Benzen-buffer roztok pH 9,0	0,148 + 0,708

* Výsledek vyjádřen jako (průměr + SD) (n = 3) při 25 0C

Graficky na obr. 2. 1 byl učiněn závěr, že rozpustnost v roztocích pH pufru v kyselém prostředí je mírně vyšší než v základním pH v důsledku iontové disociace.

FIG.1: VLIV pH NA ROZTOKOVOST

Distribuce kyseliny benzoové mezi vodou a benzenem při studiu ukazuje, že poměr CW/CO nezůstává konstantní, ale poměr CW/CO1/n zůstává konstantní. To bylo způsobeno asociací dvou molekul (dimerizací|) vodíkovou vazbou mezi molekulami kyseliny benzoové v benzenové vrstvě a zůstávají jako molekuly monomeru ve vodné vrstvě. 11 V tabulce 2 je uveden vliv pH na rozdělovací koeficient a bylo analyzováno, že rozdělovací koeficient kyseliny benzoové v systému benzen-voda byl zjištěn 0,636 a v pufrových roztocích o pH 4,0, pH 7,0 a pH 9,0 byl 0,841, 0,624 a 0.589.

TABULKA 2: ANALÝZA VLIVU pH NA PARTITION COEFFICIENT

S č.	Rozpouštědla	Rozdělovací koeficient (K)
1	Systém benzen-voda	0.636
2	Benzen-pufrový roztok pH 4,0	0.841
3	Benzenový tlumivý roztok pH 7,0	0,624
4	Benzenový tlumivý roztok pH9.0	0,589

Graficky bylo zjištěno, že rozdělovací koeficient kyseliny benzoové v kyselém pH byl vyšší než v neutrálním a bazickém prostředí (obr. 2).

FIG. 2. Rozdělovací koeficient kyseliny benzoové v kyselém prostředí byl vyšší než v neutrálním a bazickém prostředí (obr. 2): Vliv pH na rozdělovací koeficient

ZÁVĚR: Bylo konstatováno, že studium rozpustnosti a rozdělovacího koeficientu kyseliny benzoové v různých rozpouštědlech má větší význam při preformulačním návrhu jakékoli lékové formy. Těmito metodami se odhaduje disociace nebo asociace rozpuštěné látky v určitém rozpouštědle, množství rozpuštěné látky extrahované z jejího roztoku, stanovení vzorce komplexů, stanovení rozptylového koeficientu pro lokální přípravu, množství léčiva distribuovaného do krve a jiných tělních tekutin atd.

PODĚKOVÁNÍ: Autor děkuje farmaceutickému oddělení a knihovně Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune za poskytnutí pomoci a cenných údajů.

1. Shargel L, Susanna W a Yu AB: Chapter 10: Physiological Drug Distribution and Protein Binding. Aplikovaná biofarmaceutika & Farmakokinetika.: McGraw-Hill Medical, New York, Edition 6, Vol, II, 2012: 211.
2. Martin A, Swarbrick J a Cammaratu A: Physical pharmacy. verghese publishing house, Bombay, Edition 3, 1991: 303-309.
3. Golan DE, Tashjian AH, Armstrong EJ a Armstrong AW: Chapter 15: General Anesthetic Pharmacology. Principy farmakologie: The Pathophysiologic Basis of Drug Therapy. Secondary, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, Edition 2, 2008: 243.
4. Stallman R and Ngan A: Chapter 3: Solidification. Moderní fyzikální metalurgie. Secondary, Elsevier/Butterworth-Heinemann, Amsterdam, vydání 8, 2014: 93-120.
5. Machlin ES: Kapitola 3: Volná energie a fázové diagramy. An Introduction to Aspects of Thermodynamics and Kinetics Relevant to Materials Science. Secondary, Elsevier, Amsterdam, vydání 3, 2007:
6. GSFA Online Food Additive Group Details (Skupina pro potravinářská aditiva): Benzoáty. 2006.
7. Směrnice Evropského parlamentu a Rady č. 95/2/ES ze dne 20. února 1995 o potravinářských přídatných látkách jiných než barviva a náhradní sladidla (sborníky neobsahují poslední změny zákona)
8. Lillard, Benjamin: Praktický lékárník a farmaceutický přehled recenzí. 1919.
9. Experiment 2: Using Bomb Calorimetry to Determine the Resonance Energy of Benzene.
10. Hadkar U.B: A Handbook of Practical Physical Pharmacy and Practical Pharmaceutics, Nirali prakashan, Pune, Edition 7, 2012: 82-87.
11. Hadkar U.B: Physical Pharmacy, Nirali prakashan, Pune, Edition 8, 2007: 252-254.

    Jak citovat tento článek:

    Chaurasia G: Effect of acidic, neutral and basic pH on solubility and partition-coefficient of benzoic acid between water-benzene system. Int J Pharm Sci Res 2017; 8(6): 2637-40.doi: 10.13040/IJPSR.0975-8232.8(6).2637-40.

    All © 2013 are reserved by International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. This Journal licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License.

Vydáno: 01. června 2017.