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EFFET DES pH ACIDE, NEUTRE ET BASIQUE SUR LA SOLUBILITÉ ET LE COEFFICIENT DE PARTITION DE L’ACIDE BENZOÏQUE ENTRE LE SYSTÈME EAU-BENZÈNE

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EFFET DES pH ACIDE, NEUTRE ET BASIQUE SUR LA SOLUBILITÉ ET LE COEFFICIENT DE PARTITION DE L’ACIDE BENZOÏQUE ENTRE UN SYSTÈME EAU-BENZÈNE

Gita Chaurasia

Département de pharmacie, Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune – 412109 Maharashtra Inde.

ABSTRACT : La solubilisation dépend de l’interaction soluté-solvant, de la dissociation du soluté dans le solvant sous forme ionique, de la température, de la pression, de la liaison hydrogène, de la constante diélectrique, de la polarité et de la non-polarité de la substance, du pH, etc. Le coefficient de partage a été déterminé dans deux solvants non miscibles dans la couche aqueuse et organique. L’acide benzoïque a été choisi pour la présente étude pour sa solubilisation dans différentes solutions tampons de pH (acide, neutre et basique) et pour l’étude du coefficient de partage à température ambiante. La solubilité de l’acide benzoïque dans différentes solutions tampons de pH a été analysée par la méthode du titrage. Les deux solvants non miscibles les plus courants, tels que l’eau (solvant hydrophile) et le benzène (solvant hydrophobe), ont été sélectionnés pour l’étude du coefficient de partage. Le médicament, l’acide benzoïque, a été réparti entre ces solvants par la méthode du flacon agité et la concentration du médicament dans les deux solvants a été analysée par la méthode du titrage acide-base. La solubilité et la distribution de l’acide benzoïque entre la solution tampon de benzène de pH 4,0, 7,0, 9,0 et l’eau distillée ont été déterminées. Il a été observé que l’acide benzoïque reste sous forme moléculaire monomère non dissociée dans la couche aqueuse et sous forme de dimère associé dans la couche organique. La solubilité de l’acide benzoïque dans l’eau distillée est de 0,142 + 0,033 g/100 g d’eau et à différents pH 4,0, pH 7,0 et pH 9,0, elle est respectivement de 0,153+0,01, 0,148+0,708 et 0,186 +0,145. Graphiquement, il a été observé que la solubilité dans les solutions tampons de pH en milieu acide était légèrement supérieure à celle en milieu basique. Le coefficient de partage de l’acide benzoïque dans le système benzène-eau était de 0,636 et dans les solutions tampons de pH 4,0, pH 7,0 et pH 9,0 de 0,841, 0,624 et 0,589 respectivement. Graphiquement, il a été observé que le coefficient de partage de l’acide benzoïque dans un pH acide était plus élevé que dans un milieu neutre et basique.

Mots-clés:

Solubilité, coefficient de partage, effet du pH, facteurs affectant la solubilité, coefficient de distribution de Nernst

INTRODUCTION : Quantitativement, la solubilité est définie comme la concentration du soluté dans une solution saturée à une certaine température et qualitativement, elle peut être définie comme l’interaction spontanée de deux ou plusieurs substances pour former une dispersion moléculaire homogène. Elle s’exprime par le nombre de millilitres de solvants dans lesquels un gramme de soluté va se dissoudre. Dans les sciences chimiques et pharmaceutiques.

Les coefficients de partage sont utiles pour estimer la distribution des médicaments dans l’organisme. Les médicaments hydrophobes avec des coefficients de partage octanol/eau élevés sont principalement distribués dans les zones hydrophobes telles que les bicouches lipidiques des cellules et du sang. À l’inverse, les médicaments hydrophiles (coefficients de partage octanol/eau faibles) se retrouvent principalement dans les régions aqueuses telles que le sérum sanguin. 1 Si un excès de liquide ou de solide est ajouté à un mélange de deux liquides non miscibles, il se répartira entre les deux phases de manière à ce que chacune d’elles soit saturée. Si la substance est ajoutée aux solvants non miscibles en une quantité insuffisante pour saturer les solutions, elle se répartira quand même entre les deux couches dans un rapport de concentration défini. Si C1 et C2 sont les concentrations à l’équilibre de la substance dans le solvant 1 et le solvant 2, l’expression de l’équilibre devient C1/C2 = K. Ce K est connu sous le nom de « coefficient de partage ou coefficient de distribution ou rapport de distribution ou équation de la loi de distribution de Nernst ». 2 Si l’un des solvants est un gaz et l’autre un liquide, on peut déterminer un coefficient de partage gaz/liquide. Par exemple, le coefficient de partage sang/gaz d’un anesthésique général mesure la facilité avec laquelle l’anesthésique passe du gaz au sang. 3 Les coefficients de partage peuvent également être définis lorsqu’une des phases est solide, par exemple, lorsqu’une phase est un métal fondu et la seconde est un métal solide, 4 ou lorsque les deux phases sont des solides. 5

La partition d’une substance dans un solide aboutit à une solution. Les coefficients de partage peuvent être mesurés expérimentalement de diverses manières (par ballon secoué, HPLC, etc.) ou estimés par calcul selon diverses méthodes (par fragments, par atomes, etc.). L’acide benzoïque solide cristallin incolore ayant une faible odeur agréable a été choisi pour le présent travail en raison de sa solubilité dans l’acétone, le benzène, le CCl4, le CHCl3, l’alcool, l’éther éthylique, l’hexane, les phényles, l’ammoniac liquide, les acétates, etc. Sur le plan thérapeutique, l’acide benzoïque aide à prévenir les infections causées par les bactéries. L’acide benzoïque et l’acide salicylique topique (pour la peau) est un médicament combiné utilisé pour traiter l’irritation et l’inflammation de la peau causées par les brûlures, les piqûres d’insectes, les infections fongiques ou l’eczéma.

Les sels d’acide benzoïque sont utilisés comme conservateurs alimentaires et comme précurseur important pour la synthèse industrielle de nombreuses autres substances organiques. Les niveaux typiques d’utilisation de l’acide benzoïque comme conservateur dans les aliments se situent entre 0,05 et 0,1%. Les aliments dans lesquels l’acide benzoïque peut être utilisé et les niveaux maximaux pour son application sont contrôlés par la législation alimentaire internationale. 6, 7 Il était utilisé comme expectorant, analgésique et antiseptique au début du 20e siècle. 8 Dans les laboratoires d’enseignement, c’est un étalon courant pour calibrer un calorimètre à bombe. 9 L’acide benzoïque a été choisi pour la présente étude pour sa solubilisation dans différentes solutions tampons de pH (acide, neutre et basique) et pour l’étude du coefficient de partage à température ambiante. La solubilité de l’acide benzoïque dans différentes solutions tampons de pH a été analysée par la méthode du titrage. Les deux solvants non miscibles les plus courants, tels que l’eau (solvant hydrophile) et le benzène (solvant hydrophobe), ont été sélectionnés pour l’étude du coefficient de partage. Le médicament acide benzoïque a été partitionné entre ces solvants par la méthode du shake-flask et analysé la concentration du médicament dans les deux solvants par la méthode de titrage acide-base.

MATERIELS ET METHODES:

Matériels : Le médicament acide benzoïque fourni par Research lab fine chem. Industries, Mumbai et des solutions tampons de différents pH (4,0, 7,0 et 9,0) ont été fournies par Merck specialties Private Ltd, Mumbai. Tous les produits chimiques et solvants ont été utilisés de qualité réactif analytique et de l’eau distillée fraîchement préparée a été utilisée tout au long du travail.

Méthodes:

Détermination de la solubilité : La solubilité de l’acide benzoïque (S) dans une solution tampon de différents pH a été estimée par la méthode de titrage acide-base à température ambiante (25 0C). Dans le présent travail, 100 ml de solution tampon de différents pH (4.0, 7.0 et 9.0) ont été pris dans différents béchers et dans chaque bécher environ 200 mg d’acide benzoïque ont été ajoutés, bien agités avec une tige de verre pour produire des solutions saturées (un peu de solide doit être laissé non dissous). Ces solutions ont été chauffées si nécessaire. Les solutions préparées ont été refroidies à température ambiante et 5 ml de ces solutions ont été prélevés dans un flacon conique sec préalablement pesé (W1). Des flacons coniques de 5 ml ont été pesés à nouveau (W2) et ces solutions ont été titrées contre des solutions de NaOH 0,05 N (fraîchement préparées) en utilisant la phénolphtaléine comme indicateur. Le point final était de couleur rose et ces lectures ont été enregistrées (V). La solubilité de l’acide benzoïque en g/100 g de solvant a été déterminée par la formule décrite ci-dessous et la solubilité a été comparée à celle de l’eau distillée comme blanc. Le graphique a été tracé entre la solubilité en g/100 g de solvant et les solutions tampons de différents pH. L’effet du pH sur la solubilité de l’acide benzoïque a été étudié graphiquement.

Si W1= Poids du flacon conique vide

W2= Poids du flacon conique avec 5 ml de solution

W3 = Poids de la solution = (W2 – W1) gramme

W4= Poids du soluté (acide benzoïque) = 0.122 x 0,05 x lecture de la burette (V)

W5 = = Poids du solvant = (W3 – W4)

S = Solubilité de l’acide benzoïque en g/100 g de solvant

= Poids du soluté (W4) ×100

Poids du solvant (W5)

Détermination du coefficient de partage : Le coefficient de partage à différents pH a été estimé par la méthode de titrage acide-base en fiole agitée. Une solution à 10 % d’acide benzoïque dans le benzène (solution bb) a été préparée dans un bécher. Dans quatre ampoules à décanter différentes, on a préparé les quatre solutions différentes comme suit-

1. 40 ml de solution tampon pH 4,0 + 40 ml de solution bb.
2. 40 ml de solution tampon pH 4,0 + 30 ml de solution bb + 10 ml de benzène.
3. 40 ml de solution tampon PH 4,0 + 25 ml de solution bb + 15 ml de benzène.
4. 40 ml de solution tampon pH 4,0 + 20 ml de solution bb + 20 ml de benzène.

Ces flacons ont été agités sur un agitateur incubateur à bain-marie pendant 24 heures à température ambiante (25 0C). Toutes les solutions ont été laissées reposer pendant 30 minutes sur un support pour atteindre l’équilibre. Elle contenait une couche aqueuse inférieure et une couche supérieure de benzène. Les couches aqueuses inférieures de chaque flacon ont été éliminées dans un bécher sec en conservant la couche de benzène dans le flacon séparateur. Prélever à l’aide d’une pipette 10 ml de la couche aqueuse dans une fiole conique sèche et titrer avec du NaOH 0,01 N en utilisant la phénolphtaléine comme indicateur. Le point final était de couleur rose et cette lecture a été enregistrée. Dans une autre fiole conique sèche, prélever à la pipette 5 ml de la couche de benzène et ajouter 10 ml d’eau distillée. La solution a été titrée avec une solution de NaOH 0.1 N en utilisant la phénolphtaléine comme indicateur. Le point final était de couleur rose et cette lecture a été enregistrée. La même procédure a été suivie avec une solution tampon de pH 7,0 et pH 9,0 et avec de l’eau distillée comme échantillon blanc. L’estimation du coefficient de partage (K) a été calculée pour un tel système par la formule suivante-

a) Pour la couche aqueuse, la concentration de l’acide benzoïque en moles/litre est calculée par la détermination de la normalité selon les équations 1, 2 et 3.

N1V1 = N2V2 ……………….(1)

Où N1= Normalité de la couche aqueuse = Naq

Naq = 0.01 V2 / 10 ……(2)

N2= Normalité du NaOH pour le titrage = N org = 0.01 N

Naq = Caq ………………(3)

V1 = Volume de la couche aqueuse prélevée = 10 ml

V2 = Volume de NaOH consommé (lecture de la burette)

1. Pour la couche organique, la concentration d’acide benzoïque en moles/litre est calculée par détermination de la normalité selon les éq. 4, 5 et 6.

1. b) N3V3 = N4V4 …………(4)

Où N3 = Normalité de la couche organique = Norg

Norg = 0,1 V4 / 5 ………(5)

N4 = Normalité du NaOH pour le titrage = 0.1 N

N org = C org …… (6)

V3 = Volume de la couche organique prélevée = 5ml

V4 = Volume de NaOH consommé (lecture de la burette)

1. c) Le coefficient de partage du système benzène-eau a été déterminé par l’équation 7 comme suit-

K = Caq / Corg 1/2 …..(7)

K = Concentration dans la couche aqueuse (CW)

{Concentration dans la couche organique (CO)}1/2

Le graphique a été tracé entre le coefficient de partage (k) et les solutions tampons de différents pH. L’effet du pH sur le K de l’acide benzoïque a été étudié dans le système benzène-eau.10

RESULTAT ET DICUSSION : La solubilisation est dépendante de l’interaction soluté-solvant, de la dissociation du soluté dans le solvant sous forme ionique, de la température, de la pression, de la liaison hydrogène, de la constante diélectrique, de la polarité et de la non-polarité de la substance, etc. Le tableau 1 montre les analyses de la solubilité de l’acide benzoïque à 25 0C. On a observé que la solubilité de l’acide benzoïque (S) dans l’eau distillée était de 0,142 + 0,033 g/100 g d’eau à température ambiante (25 0C) et elle était maximale dans une solution tampon à pH neutre 7,0.

TABLEAU 1 : ANALYSES DE SOLUBILITÉ À 25 °C

Sno.	Solvants	Solubilité*(S) (g/100 g de solvant) (Moyenne+SD)
1	Eau distillée	0.142 + 0,033
2	Solution tampon au benzène pH 4.0	0,153 + 0,012
3	Solution tampon au benzène pH 7.0	0,186 + 0,145
4	Solution tampon de benzène pH 9.0	0,148 + 0,708

* Résultat exprimé en (Moyenne + SD) (n = 3) à 25 0C

Graphiquement dans la Fig. 1, il a été conclu que la solubilité dans les solutions tampons de pH en milieu acide était légèrement plus élevée que le pH basique en raison de la dissociation ionique.

FIG. 1: EFFET DU pH SUR LA SOLUBILITÉ

La distribution de l’acide benzoïque entre l’eau et le benzène lorsqu’elle est étudiée montre que le rapport CW/CO ne reste pas constant, mais le rapport CW/CO1/n reste constant. Ceci est dû à l’association de deux molécules (dimérisation) par liaison hydrogène entre les molécules d’acide benzoïque dans la couche de benzène et reste sous forme de molécule monomère dans la couche aqueuse. 11 Le tableau 2 montre l’effet du pH sur le coefficient de partage et il a été analysé que le coefficient de partage de l’acide benzoïque dans le système benzène-eau a été trouvé à 0,636 et dans les solutions tampons de pH 4,0, pH 7,0 et pH 9,0 étaient 0,841, 0,624 et 0.589 respectivement.

TABLEAU 2 : ANALYSES DU pH SUR LE COEFFICIENT DE PARTITION

S no.	Solvants	Coefficient de partage (K)
1	Système benzène-eau	0.636
2	Solution tampon benzène pH 4,0	0.841
3	Solution tampon au benzène pH 7.0	0,624
4	Solution tampon au benzène pH9.0	0,589

Graphiquement, il a été observé que le coefficient de partage de l’acide benzoïque dans un pH acide était plus élevé que dans un milieu neutre et basique (Fig. 2).

FIG. 2 : EFFET DU pH SUR LE COEFFICIENT DE PARTAGE

CONCLUSION : Il a été conclu que l’étude de la solubilisation et du coefficient de partage de l’acide benzoïque dans différents solvants ont une plus grande valeur dans la conception de la préformulation de toute forme de dosage. L’étude de la dissociation ou de l’association du soluté dans un solvant particulier, la quantité de soluté extraite de sa solution, la détermination de la formule des complexes, la détermination du coefficient d’étalement pour la préparation topique, la quantité de médicament distribuée dans le sang et les autres fluides corporels, etc. sont estimés par ces méthodes.

ACKNOWLEDGEMENTS : L’auteur remercie le département de pharmacie et la bibliothèque du Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune pour leur aide et leurs précieuses données.

1. Shargel L, Susanna W et Yu AB : Chapitre 10 : Distribution physiologique des médicaments et liaison aux protéines. Biopharmaceutique appliquée & Pharmacocinétique… : McGraw-Hill Medical, New York, édition 6, Vol, II, 2012 : 211.
2. Martin A, Swarbrick J et Cammaratu A : Physical pharmacy. verghese publishing house, Bombay, édition 3, 1991 : 303-309.
3. Golan DE, Tashjian AH, Armstrong EJ et Armstrong AW : Chapitre 15 : Pharmacologie anesthésique générale. Principes de pharmacologie : The Pathophysiologic Basis of Drug Therapy. Secondaire, Pa. : Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphie, Edition 2, 2008 : 243.
4. Stallman R et Ngan A : Chapitre 3 : Solidification. Métallurgie physique moderne. Secondaire, Elsevier/Butterworth-Heinemann, Amsterdam, édition 8, 2014 : 93-120.
5. Machlin ES : Chapitre 3 : Énergie libre et diagrammes de phase. Une introduction aux aspects de la thermodynamique et de la cinétique pertinents pour la science des matériaux. Secondaire, Elsevier, Amsterdam, édition 3, 2007 : 98.
6. GSFA Online Food Additive Group Details : Benzoates. 2006.
7. Directive du Parlement européen et du Conseil n° 95/2/CE du 20 février 1995 concernant les additifs alimentaires autres que les colorants et les édulcorants (Les consleg-versions ne contiennent pas les dernières modifications d’une loi)
8. Lillard, Benjamin : Practical druggist and pharmaceutical review of reviews. 1919.
9. Expérience 2 : Utilisation de la calorimétrie à la bombe pour déterminer l’énergie de résonance du benzène.
10. Hadkar U.B : Manuel de pharmacie physique pratique et de pharmacie pratique, Nirali prakashan, Pune, édition 7, 2012 : 82-87.
11. Hadkar U.B : Physical Pharmacy, Nirali prakashan, Pune, Edition 8, 2007 : 252-254.

    Comment citer cet article:

    Chaurasia G : Effet du pH acide, neutre et basique sur la solubilité et le coefficient de partage de l’acide benzoïque entre le système eau-benzène. Int J Pharm Sci Res 2017 ; 8(6) : 2637-40.doi : 10.13040/IJPSR.0975-8232.8(6).2637-40.

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