Artikelinformation

Artikelinformation

INDVIRKNING AF ACIDISK, NEUTRAL OG BASISK pH PÅ LØSELIGHED OG PARTITIONSKOFFICIENT AF BENZOESYRE MELLEM VAND-BENZENS SYSTEM

HTML Full Text

INDVIRKNING AF ACIDISK, NEUTRAL OG BASISK pH PÅ LØSELIGHED OG PARTITIONSKOFFICIENT AF BENZOESYRE MELLEM VAND-BENZENS SYSTEM HTML Full Text

EFFEKTE AF ACIDISK, NEUTRAL OG BASISK pH PÅ LØSELIGHED OG PARTITIONSKOEFFICIENT AF BENZOESYRE MELLEM VAND-BENZENSYSTEM

Gita Chaurasia

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

ABSTRACT: Solubilisering er afhængig af opløsningsmiddel/opløsningsmiddel-interaktion, dissociation af opløst stof i opløsningsmiddel til ionisk form, temperatur, tryk, hydrogenbinding, dielektrisk konstant, stoffets polaritet og upolaritet, pH osv. Fordelingskoefficienten blev bestemt i to ikke-miskelige opløsningsmidler i vandigt og organisk lag. Benzoesyre blev udvalgt til denne undersøgelse på grund af dens opløselighed i forskellige pH-bufferopløsninger (sure, neutrale og basiske) og til undersøgelse af fordelingskoefficienten ved stuetemperatur. Opløseligheden af benzoesyre i forskellige pH-bufferopløsninger blev analyseret ved hjælp af titreringsmetoden. De mest almindelige to umiskelige opløsningsmidler, såsom vand som hydrofilt opløsningsmiddel og benzen som hydrofobt opløsningsmiddel, blev udvalgt til undersøgelse af fordelingskoefficienten. Lægemidlet benzoesyre blev fordelt mellem disse opløsningsmidler ved hjælp af shake-flask-metoden, og koncentrationen af lægemidlet i begge opløsningsmidler blev analyseret ved hjælp af syre-base-titreringsmetoden. Opløseligheden og fordelingen af benzoesyre mellem benzen-bufferopløsning med pH 4,0, 7,0 og 9,0 og destilleret vand er blevet bestemt. Det blev observeret, at benzoesyren forbliver i usocieret monomer molekylær form i det vandige lag og som dimer-associeret form i det organiske lag. Opløseligheden af benzoesyre i destilleret vand blev fundet at være 0,142 + 0,033 g/100 g vand og ved forskellige pH 4,0, pH 7,0 og pH 9,0 blev fundet at være henholdsvis 0,153 + 0,01, 0,148 + 0,708 og 0,186 + 0,145. Grafisk blev det observeret, at opløseligheden i pH-bufferopløsninger i surt medium var lidt højere end i basisk pH. Fordelingskoefficienten for benzoesyre i benzen-vand-systemet blev fundet at være 0,636 og i bufferopløsninger med pH 4,0, pH 7,0 og pH 9,0 var den henholdsvis 0,841, 0,624 og 0,589. Grafisk blev det observeret, at fordelingskoefficienten for benzoesyre i surt pH-niveau var højere end i neutralt og basisk medium.

Nøgleord:

Løselighed, fordelingskoefficient, pH-effekt, faktorer, der påvirker opløseligheden, Nernst-fordelingskoefficient

INDLEDNING: Kvantitativt defineres opløselighed som koncentrationen af opløst stof i en mættet opløsning ved en bestemt temperatur, og kvalitativt kan den defineres som den spontane interaktion mellem to eller flere stoffer for at danne en homogen molekylær dispersion. Den udtrykkes som det antal milliliter opløsningsmiddel, hvori et gram opløst stof vil blive opløst. Inden for de kemiske og farmaceutiske videnskaber.

Partitionskoefficienter er nyttige til at vurdere fordelingen af lægemidler i kroppen. Hydrofobiske lægemidler med høje oktanol/vand-fordelingskoefficienter fordeles hovedsageligt på hydrofobiske områder som f.eks. lipidbilayers i celler og blod. Omvendt findes hydrofile lægemidler (med lave oktanol/vand-fordelingskoefficienter) primært i vandige områder, f.eks. i blodserum. 1 Hvis der tilsættes et overskud af væske eller fast stof til en blanding af to ikke-miskelige væsker, vil det fordele sig mellem de to faser, således at de hver især bliver mættede. Hvis stoffet tilsættes til de ikke-miskelige opløsningsmidler i en mængde, der er utilstrækkelig til at mætte opløsningerne, vil det stadig blive fordelt mellem de to lag i et bestemt koncentrationsforhold. Hvis C1 og C2 er ligevægtskoncentrationen af stoffet i opløsningsmiddel 1 og opløsningsmiddel 2, bliver ligevægtsudtrykket C1/C2 = K. Dette K er kendt som “fordelingskoefficienten eller fordelingskoefficienten eller fordelingsforholdet eller Nernst-fordelingsligningen”. 2 Hvis det ene opløsningsmiddel er en gas og det andet en væske, kan man bestemme en gas/væske-fordelingskoefficient. F.eks. måler blod/gas-fordelingskoefficienten for et generelt anæstetikum, hvor let anæstetikumet passerer fra gas til blod. 3 Fordelingskoefficienter kan også defineres, når en af faserne er fast stof, f.eks. når den ene fase er et smeltet metal og den anden et fast metal4 , eller når begge faser er faste stoffer. 5

Den deling af et stof i et fast stof resulterer i en opløsning. Fordelingskoefficienter kan måles eksperimentelt på forskellige måder (ved hjælp af shake-flask, HPLC osv.) eller estimeres via beregning på grundlag af en række forskellige metoder (fragmentbaseret, atombaseret osv.). Farveløs krystallinsk fast benzoesyre i fast form med svag behagelig lugt er valgt til dette arbejde på grund af dens opløselighed i acetone, benzen, CCl4, CHCl3, alkohol, ethylether, hexan, phenylsyrer, flydende ammoniak, acetater osv. Terapeutisk set hjælper benzoesyre med at forebygge infektion forårsaget af bakterier. Benzoesyre og salicylsyre topisk (til huden) er et kombinationsmedicin, der anvendes til behandling af hudirritation og inflammation forårsaget af forbrændinger, insektbid, svampeinfektioner eller eksem.

Salte af benzoesyre anvendes som konserveringsmiddel til fødevarer og som et vigtigt forstadie til industriel syntese af mange andre organiske stoffer. Typiske anvendelsesniveauer for benzoesyre som konserveringsmiddel i fødevarer ligger på mellem 0,05-0,1 %. De fødevarer, hvori benzoesyre må anvendes, og maksimumsgrænserne for anvendelsen af benzoesyre er reguleret af den internationale fødevarelovgivning. 6, 7 Det blev brugt som slimløsende, smertestillende og antiseptisk middel i begyndelsen af det 20. århundrede. 8 I undervisningslaboratorier er det en almindelig standard til kalibrering af et bombecalorimeter. 9 Benzoesyre blev udvalgt til nærværende undersøgelse på grund af dens opløselighed i forskellige pH-bufferopløsninger (sure, neutrale og basiske) og til undersøgelse af fordelingskoefficienten ved stuetemperatur. Opløseligheden af benzoesyre i forskellige pH-bufferopløsninger blev analyseret ved hjælp af titreringsmetoden. De mest almindelige to umiskelige opløsningsmidler, såsom vand som hydrofilt opløsningsmiddel og benzen som hydrofobt opløsningsmiddel, blev udvalgt til undersøgelse af fordelingskoefficienten. Lægemidlet benzoesyre blev fordelt mellem disse opløsningsmidler ved hjælp af shake-flask-metoden, og koncentrationen af lægemidlet i begge opløsningsmidler blev analyseret ved hjælp af syre-base-titreringsmetoden.

MATERIALER OG METODER:

Materialer: Lægemidlet benzoesyre leveret af Research lab fine chem. Industries, Mumbai, og bufferopløsninger med forskellige pH-værdier (4,0, 7,0 og 9,0) blev leveret af Merck specialties Private Ltd., Mumbai. Alle kemikalier og opløsningsmidler blev anvendt af analytisk reagenskvalitet, og der blev anvendt frisk destilleret vand under hele arbejdet.

Metoder:

Bestemmelse af opløselighed: Opløseligheden af benzoesyre (S) i forskellige pH-bufferopløsninger blev estimeret ved syre-base-titreringsmetoden ved stuetemperatur (25 0C). I dette arbejde blev 100 ml bufferopløsning med forskellige pH-værdier (4,0, 7,0 og 9,0) opsamlet i forskellige bægerglas, og i hvert bægerglas blev der tilsat ca. 200 mg benzoesyre, som blev omrørt godt med en glasstav for at fremstille mættede opløsninger (noget fast stof skal forblive uopløst). Disse opløsninger blev om nødvendigt opvarmet. De fremstillede opløsninger blev afkølet ved stuetemperatur, og 5 ml af disse opløsninger blev overført til en konisk kolbe (W1), der var tørret på forhånd. Koniske kolber med 5 ml blev vejet igen (W2), og disse opløsninger blev titreret mod 0,05 N NaOH-opløsninger (frisk fremstillet) med phenolphthalein som indikator. Slutpunktet var lyserødt, og disse målinger blev registreret (V). Opløseligheden af benzoesyre i g/100 g opløsningsmiddel blev bestemt ved hjælp af nedenstående formel og sammenlignet med opløseligheden i destilleret vand som blindprøve. Grafen blev tegnet mellem opløseligheden i g/100 g opløsningsmiddel og bufferopløsninger med forskellige pH-værdier. Virkningen af pH på opløseligheden af benzoesyre blev undersøgt grafisk.

Hvis W1= vægten af den tomme koniske kolbe

W2= vægten af den koniske kolbe med 5 ml opløsning

W3 = opløsningens vægt = (W2 – W1) gram

W4= vægten af opløsningsstoffet (benzoesyre) = 0.122 x 0,05 x buretteaflæsning (V)

W5 = = Vægt af opløsningsmiddel = (W3 – W4)

S = Opløseligheden af benzoesyre i g/100 g opløsningsmiddel

= Vægt af opløst stof (W4) ×100

Vægt af opløsningsmiddel (W5)

Bestemmelse af fordelingskoefficienten: Fordelingskoefficienten ved forskellige pH-værdier blev anslået ved hjælp af syre-base-titreringsmetoden i shake-flask. En 10 % opløsning af benzoesyre i benzen (bb-opløsning) blev fremstillet i et bægerglas. I fire forskellige skilletragere fremstilles de fire forskellige opløsninger som følger:

1. 40 ml bufferopløsning pH 4,0 + 40 ml bb-opløsning.
2. 40 ml bufferopløsning pH 4,0 + 30 ml bb-opløsning + 10 ml benzen.
3. 40 ml bufferopløsning pH 4,0 + 25 ml bb-opløsning + 15 ml benzen.
4. 40 ml bufferopløsning pH 4,0 + 20 ml bb-opløsning + 20 ml benzen.

Disse kolber blev rystet på en vandbad-inkuberingsvibrator i 24 timer ved stuetemperatur (25 0C). Alle opløsninger fik lov til at stå i 30 minutter på et stativ for at opnå ligevægt. Den indeholdt det nederste vandige lag og det øverste benzenlag. De nederste vandige lag af hver kolbe blev fjernet i et tørt bægerglas, idet benzenlaget blev tilbageholdt i en separatorkolbe. 10 ml af det vandige lag blev pipetteret over i en tør konisk kolbe og titreret mod 0,01 N NaOH med phenolphthalein som indikator. Slutpunktet var lyserødt, og denne måling blev noteret. I en anden tør, konisk kolbe pipetteres 5 ml af benzenlaget, hvorefter der tilsættes 10 ml destilleret vand. Opløsningen blev titreret mod 0,1 N NaOH-opløsning med phenolphthalein som indikator. Slutpunktet var lyserødt, og denne måling blev noteret. Samme procedure blev fulgt med bufferopløsning med pH 7,0 og pH 9,0 og med destilleret vand som blindprøve. Fordelingskoefficienten (K) blev beregnet for et sådant system ved følgende formel-

a) For det vandige lag beregnes koncentrationen af benzoesyre i mol/liter ved normalitetsbestemmelse som ækv. 1, 2 og 3.

N1V1 = N2V2 ……………….(1)

Hvor N1= normalitet af det vandige lag = Naq

Naq = 0.01 V2 / 10 ……(2)

N2= Normalitet af NaOH til titrering = N org = 0.01 N

Naq = Caq ………………(3)

V1 = Volumen af det optagne vandige lag = 10 ml

V2 = Volumen af forbrugt NaOH (aflæsning af buretten)

1. For det organiske lag beregnes koncentrationen af benzoesyre i mol/liter ved normalitetsbestemmelse som ekv. 4, 5 og 6.

1. b) N3V3 = N4V4 …………(4)

Hvor N3 = Normalitet af organisk lag = Norg

Norg = 0,1 V4 / 5 ………(5)

N4 = Normalitet af NaOH til titrering = 0.1 N

N org = C org …… (6)

V3 = Volumen af organisk lag udtaget = 5 ml

V4 = Volumen af NaOH forbrugt (buretteaflæsning)

1. c) Fordelingskoefficienten for benzen-vand-systemet blev bestemt ved ligning 7 som følger-

K = Caq / Corg 1/2 …..(7)

K = Koncentration i vandigt lag (CW)

{Koncentration i organisk lag (CO)}1/2

Den graf blev plottet mellem fordelingskoefficienten (k) og bufferopløsninger med forskellig pH. Virkningen af pH på K for benzoesyre blev undersøgt i benzen-vand-systemet.10

RESULTAT OG DICUSSION: Solubilisering afhænger af vekselvirkningen mellem opløst stof og opløsningsmiddel, dissociation af opløst stof i opløsningsmiddel til ionisk form, temperatur, tryk, hydrogenbinding, dielektrisk konstant, stoffets polaritet og upolaritet osv. Tabel 1 viser analyser af opløseligheden af benzoesyre ved 25 0C. Det blev observeret, at opløseligheden af benzoesyre (S) i destilleret vand var 0,142 + 0,033 g/100 g vand ved stuetemperatur (25 0C), og den var størst i neutral pH-bufferopløsning 7,0.

TABEL 1: ANALYSER AF LØSELIGHEDEN VED 25 °C

Snr.	Løsningsmidler	Løselighed*(S) (g/100 g opløsningsmiddel) (gennemsnit + SD)
1	Destilleret vand	0.142 + 0,033
2	Benzenpufferopløsning pH 4,0	0,153 + 0,012
3	Benzenpufferopløsning pH 7.0	0,186 + 0,145
4	Benzene-bufferopløsning pH 9.0	0,148 + 0,708

* Resultatet udtrykt som (gennemsnit + SD) (n = 3) ved 25 0C

Grafisk i fig. 1 blev det konkluderet, at opløseligheden i pH-bufferopløsninger i surt medium var lidt højere end basisk pH på grund af ionisk dissociation.

FIG.1: pH’s virkning på opløseligheden

Den undersøgte fordeling af benzoesyre mellem vand og benzen viser, at forholdet CW/CO ikke forbliver konstant, men at forholdet CW/CO1/n forbliver konstant. Dette skyldes to molekyleassociation (dimerisering|) ved hydrogenbinding mellem benzoesyremolekyler i benzenlaget og forbliver som monomermolekyle i vandlaget. 11 Tabel 2 viser virkningen af pH på fordelingskoefficienten, og det blev analyseret, at fordelingskoefficienten for benzoesyre i benzen-vand-systemet viste sig at være 0,636 og i bufferopløsninger med pH 4,0, pH 7,0 og pH 9,0 var 0,841, 0,624 og 0,624.589.

TABEL 2: ANALYSER AF pH PÅ PARTITIONSKOFFICIENT

S nr.	Løsningsmidler	Partitionskoefficient (K)
1	Benzen-vand-system	0.636
2	Benzen-bufferopløsning pH 4,0	0.841
3	Benzene-bufferopløsning pH 7.0	0.624
4	Benzene-bufferopløsning pH9.0	0,589

Grafisk blev det observeret, at fordelingskoefficienten for benzoesyre i surt pH var højere end i neutralt og basisk medium (fig. 2).

FIG. 2: KONKLUSION: Det blev konkluderet, at undersøgelsen af benzoesyres solubilisering og fordelingskoefficient i forskellige opløsningsmidler har større værdi i forbindelse med præformuleringsdesign af enhver doseringsform. Undersøgelsen af opløst dissociation eller association i et bestemt opløsningsmiddel, mængden af opløst stof ekstraheret fra opløsningen, formelbestemmelse af komplekser, bestemmelse af spredningskoefficienten til topisk præparat, mængden af lægemiddel distribueret i blod og andre kropsvæsker osv. vurderes ved hjælp af disse metoder.

TIDLIGE BEMÆRKNINGER: Forfatteren takker til farmaceutisk afdeling og biblioteket på Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune for hjælp og værdifulde data.

1. Shargel L, Susanna W og Yu AB: Chapter 10: Physiological Drug Distribution and Protein Binding. Anvendt biofarmaceutik & Farmakokinetik.: McGraw-Hill Medical, New York, Edition 6, Vol, II, 2012: 211.
2. Martin A, Swarbrick J and Cammaratu A: Physical pharmacy. verghese publishing house, Bombay, Edition 3, 1991: 303-309.
3. Golan DE, Tashjian AH, Armstrong EJ and Armstrong AW: Chapter 15: General Anesthetic Pharmacology. Principles of Pharmacology: The Pathophysiologic Basis of Drug Therapy: The Pathophysiologic Basis of Drug Therapy. Secondary, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, Edition 2, 2008: 243.
4. Stallman R og Ngan A: Chapter 3: Solidification. Modern Physical Metallurgy. Secondary, Elsevier/Butterworth-Heinemann, Amsterdam, Edition 8, 2014: 93-120.
5. Machlin ES: Kapitel 3: Fri energi og fasediagrammer. An Introduction to Aspects of Thermodynamics and Kinetics Relevant to Materials Science (En introduktion til aspekter af termodynamik og kinetik, der er relevante for materialevidenskab). Secondary, Elsevier, Amsterdam, Edition 3, 2007: 98.
6. GSFA Online Food Additive Group Details: Benzoater. 2006.
7. Europa-parlamentets og Rådets direktiv nr. 95/2/EF af 20. februar 1995 om andre tilsætningsstoffer til levnedsmidler end farvestoffer og sødestoffer (Konske-versioner indeholder ikke de seneste ændringer i en lov)
8. Lillard, Benjamin: Practical druggist and pharmaceutical review of reviews. 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.

    Hvordan citeres denne artikel:

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

    Alle © 2013 er forbeholdt International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. Dette tidsskrift er licenseret under en Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License.