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EFFETTO DEL pH ACIDICO, NEUTRO E DI BASE SULLA SOLUBILITÀ E SUL COEFFICIENTE DI PARTIZIONE DELL’ACIDO BENZOICO TRA IL SISTEMA ACQUA-BENZENE

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EFFETTO DEL pH ACIDICO, NEUTRO E BASIC pH SULLA SOLUBILITÀ E SUL COEFFICIENTE DI PARTIZIONE DELL’ACIDO BENZOICO TRA IL SISTEMA ACQUA-BENZENE

Gita Chaurasia

Dipartimento di Farmaceutica, Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune – 412109 Maharashtra India.

ABSTRACT: La solubilizzazione dipende dall’interazione soluto-solvente, dissociazione del soluto nel solvente in forma ionica, temperatura, pressione, legame idrogeno, costante dielettrica, polarità e non polarità della sostanza, pH, ecc. Il coefficiente di partizione è stato determinato in due solventi immiscibili nello strato acquoso e organico. L’acido benzoico è stato selezionato per il presente studio per la sua solubilizzazione in diverse soluzioni tampone a pH (acido, neutro e basico) e per lo studio del coefficiente di partizione a temperatura ambiente. La solubilità dell’acido benzoico in diverse soluzioni tampone a pH è stata analizzata con il metodo della titolazione. I due solventi immiscibili più comuni come l’acqua come solvente idrofilo e il benzene come solvente idrofobo sono stati selezionati per lo studio del coefficiente di partizione. Il farmaco acido benzoico è stato partizionato tra questi solventi con il metodo dell’agitazione e ha analizzato la concentrazione del farmaco in entrambi i solventi con il metodo di titolazione acido-base. Solubilità e distribuzione dell’acido benzoico tra la soluzione di benzene-buffer di pH 4.0, 7.0, 9.0 e acqua distillata sono state determinate. È stato osservato che l’acido benzoico rimane in forma molecolare monomerica non dissociata nello strato acquoso e come forma associata dimerica nello strato organico. La solubilità dell’acido benzoico in acqua distillata è risultata essere 0,142 + 0,033 g/100 g di acqua e a diversi pH 4,0, pH 7,0 e pH 9,0 è risultata essere rispettivamente 0,153+0,01, 0,148+0,708 e 0,186 +0,145. Graficamente è stato osservato che la solubilità in soluzioni tampone a pH in mezzo acido era leggermente superiore al pH base. Il coefficiente di partizione dell’acido benzoico nel sistema benzene-acqua è stato trovato essere 0,636 e in soluzioni tampone di pH 4,0, pH 7,0 e pH 9,0 erano 0,841, 0,624 e 0,589 rispettivamente. Graficamente è stato osservato che il coefficiente di partizione dell’acido benzoico a pH acido era più alto rispetto al mezzo neutro e basico.

Parole chiave:

Solubilità, coefficiente di partizione, effetto del pH, fattori che influenzano la solubilità, coefficiente di distribuzione di Nernst

INTRODUZIONE: Quantitativamente la solubilità è definita come la concentrazione di soluto in una soluzione satura ad una certa temperatura e qualitativamente può essere definita come l’interazione spontanea di due o più sostanze per formare una dispersione molecolare omogenea. Si esprime come il numero di millilitri di solvente in cui si dissolve un grammo di soluto. Nelle scienze chimiche e farmaceutiche.

I coefficienti di ripartizione sono utili per stimare la distribuzione dei farmaci nel corpo. I farmaci idrofobici con alti coefficienti di ripartizione ottanolo/acqua sono distribuiti principalmente in aree idrofobiche come i bilayer lipidici delle cellule e del sangue. Al contrario, i farmaci idrofili (bassi coefficienti di ripartizione ottanolo/acqua) si trovano principalmente nelle regioni acquose come il siero del sangue. 1 Se un eccesso di liquido o solido viene aggiunto a una miscela di due liquidi immiscibili, si distribuirà tra le due fasi in modo che ciascuna di esse diventi satura. Se la sostanza viene aggiunta ai solventi immiscibili in una quantità insufficiente a saturare le soluzioni, si distribuirà comunque tra i due strati in un determinato rapporto di concentrazione. Se C1 e C2 sono la concentrazione di equilibrio della sostanza nel solvente1 e nel solvente2, l’espressione di equilibrio diventa C1/C2 = K. Questo K è noto come ‘coefficiente di ripartizione o coefficiente di distribuzione o rapporto di distribuzione o equazione della legge di distribuzione di Nernst’. 2 Se uno dei solventi è un gas e l’altro un liquido, si può determinare un coefficiente di ripartizione gas/liquido. Per esempio, il coefficiente di ripartizione sangue/gas di un anestetico generale misura quanto facilmente l’anestetico passa dal gas al sangue. 3 I coefficienti di partizione possono anche essere definiti quando una delle fasi è solida, per esempio, quando una fase è un metallo fuso e la seconda è un metallo solido, 4 o quando entrambe le fasi sono solide. 5

La partizione di una sostanza in un solido dà come risultato una soluzione. I coefficienti di partizione possono essere misurati sperimentalmente in vari modi (tramite shake-flask, HPLC, ecc.) o stimati tramite calcoli basati su una varietà di metodi (basati sui frammenti, sugli atomi, ecc.). L’acido benzoico solido cristallino incolore con un debole odore piacevole è selezionato per il presente lavoro a causa della sua solubilità in acetone, benzene, CCl4, CHCl3, alcol, etere etilico, esano, fenili, ammoniaca liquida, acetati ecc. Terapeuticamente l’acido benzoico aiuta a prevenire le infezioni causate dai batteri. L’acido benzoico e l’acido salicilico topico (per la pelle) è una medicina combinata usata per trattare l’irritazione e l’infiammazione della pelle causate da ustioni, punture di insetti, infezioni da funghi o eczema.

I sali di acido benzoico sono usati come conservanti alimentari e come importante precursore per la sintesi industriale di molte altre sostanze organiche. I livelli tipici di utilizzo dell’acido benzoico come conservante negli alimenti sono tra lo 0,05- 0,1%. Gli alimenti in cui l’acido benzoico può essere usato e i livelli massimi per la sua applicazione sono controllati dalla legislazione alimentare internazionale. 6, 7 Era usato come espettorante, analgesico e antisettico all’inizio del XX secolo. 8 Nei laboratori didattici è uno standard comune per la calibrazione di un calorimetro a bomba. 9 L’acido benzoico è stato selezionato per il presente studio per la sua solubilizzazione in diverse soluzioni tampone a pH (acido, neutro e basico) e per lo studio del coefficiente di ripartizione a temperatura ambiente. La solubilità dell’acido benzoico in diverse soluzioni tampone a pH è stata analizzata con il metodo della titolazione. I due solventi immiscibili più comuni come l’acqua come solvente idrofilo e il benzene come solvente idrofobo sono stati selezionati per lo studio del coefficiente di partizione. Il farmaco acido benzoico è stato partizionato tra questi solventi con il metodo dell’agitazione e ha analizzato la concentrazione del farmaco in entrambi i solventi con il metodo di titolazione acido-base.

MATERIALI E METODI:

Materiali: Il farmaco acido benzoico fornito da Research lab fine chem. Industries, Mumbai e soluzioni tampone di diversi pH (4.0, 7.0 e 9.0) sono stati forniti da Merck specialties Private Ltd., Mumbai. Tutti i prodotti chimici ed i solventi sono stati usati del grado analitico del reagente e l’acqua distillata appena preparata è stata usata durante il lavoro.

Metodi:

Determinazione di solubilità: La solubilità dell’acido benzoico (S) in diverse soluzioni tampone a pH è stata stimata con il metodo di titolazione acido-base a temperatura ambiente (25 0C). Nel presente lavoro 100 ml di soluzione tampone di diverso pH (4.0, 7.0 e 9.0) sono stati presi in diversi becher e in ogni becher sono stati aggiunti circa 200 mg di acido benzoico, mescolati bene con una bacchetta di vetro per produrre soluzioni sature (qualche solido deve essere lasciato non disciolto). Queste soluzioni sono state riscaldate se necessario. Le soluzioni preparate sono state raffreddate a temperatura ambiente e 5 ml di queste soluzioni sono state prelevate in palloni conici asciutti di peso precedente (W1). Le beute con 5 ml sono state nuovamente pesate (W2) e queste soluzioni sono state titolate contro soluzioni 0,05 N NaOH (appena preparate) usando la fenolftaleina come indicatore. Il punto finale era di colore rosa e queste letture sono state registrate (V). La solubilità dell’acido benzoico in g/100 g di solvente è stata determinata dalla formula descritta di seguito e confrontata con l’acqua distillata come bianco. Il grafico è stato tracciato tra la solubilità in g/100 g di solvente e soluzioni tampone di diverso pH. L’effetto del pH sulla solubilità dell’acido benzoico è stato studiato graficamente.

Se W1= Peso della beuta vuota

W2= Peso della beuta con 5 ml di soluzione

W3 = Peso della soluzione = (W2 – W1) grammo

W4= Peso del soluto (acido benzoico) = 0.122 x 0,05 x lettura della buretta (V)

W5 = = Peso del solvente = (W3 – W4)

S = Solubilità dell’acido benzoico in g/100 g di solvente

= Peso del soluto (W4) ×100

Peso del solvente (W5)

Determinazione del coefficiente di ripartizione: Il coefficiente di partizione a diversi pH è stato stimato con il metodo di titolazione acido-base. Una soluzione al 10% di acido benzoico in benzene (soluzione bb) è stata preparata in un becher. In quattro diversi imbuti di separazione preparati le quattro diverse soluzioni come segue:

1. 40 ml di soluzione tampone pH 4.0 + 40 ml di soluzione bb.
2. 40 ml di soluzione tampone pH 4.0 + 30 ml di soluzione bb + 10 ml di benzene.
3. 40 ml di soluzione tampone pH 4.0 + 25 ml di soluzione bb + 15 ml di benzene.
4. 40 ml di soluzione tampone pH 4.0 + 20 ml di soluzione bb + 20 ml di benzene.

Queste beute sono state agitate su un agitatore a bagnomaria per 24 ore a temperatura ambiente (25 0C). Tutte le soluzioni sono state lasciate riposare per 30 minuti su un supporto per raggiungere l’equilibrio. Conteneva uno strato acquoso inferiore e uno strato superiore di benzene. Gli strati acquosi inferiori di ogni pallone sono stati rimossi in un becher asciutto mantenendo lo strato di benzene nel pallone di separazione. Si sono prelevati con una pipetta 10 ml di strato acquoso in un matraccio conico asciutto e si è titolato contro 0,01 N NaOH usando la fenolftaleina come indicatore. Il punto finale era di colore rosa e questa lettura è stata registrata. In un’altra pipetta conica asciutta sono stati aggiunti 5 ml di strato di benzene e 10 ml di acqua distillata. La soluzione è stata titolata con una soluzione di NaOH 0,1 N usando la fenolftaleina come indicatore. Il punto finale era di colore rosa e questa lettura è stata registrata. La stessa procedura è stata seguita con la soluzione tampone pH 7.0 e pH 9.0 e con acqua distillata come campione bianco. La stima del coefficiente di partizione (K) è stata calcolata per tale sistema con la seguente formula:

a) Per lo strato acquoso la concentrazione di acido benzoico in moli/litro è stata calcolata tramite la determinazione della normalità come da eq. 1, 2 e 3.

N1V1 = N2V2 ……………….(1)

dove N1= Normalità dello strato acquoso = Naq

Naq = 0.01 V2 / 10 ……(2)

N2= Normalità di NaOH per la titolazione = N org = 0.01 N

Naq = Caq ………………(3)

V1 = Volume dello strato acquoso prelevato = 10 ml

V2 = Volume di NaOH consumato (lettura della buretta)

1. Per lo strato organico la concentrazione di acido benzoico in moli/litro si calcola con la determinazione della normalità come da eq. 4, 5 e 6.

1. b) N3V3 = N4V4 …………(4)

dove N3 = Normalità dello strato organico = Norg

Norg = 0,1 V4 / 5 ………(5)

N4 = Normalità di NaOH per titolazione = 0.1 N

N org = C org …… (6)

V3 = Volume dello strato organico preso = 5ml

V4 = Volume di NaOH consumato (lettura della buretta)

1. c) Il coefficiente di partizione per il sistema benzene-acqua è stato determinato dall’equazione 7 come segue-

K = Caq / Corg 1/2 …..(7)

K = Concentrazione nello strato acquoso (CW)

{Concentrazione nello strato organico (CO)}1/2

Il grafico è stato tracciato tra il coefficiente di partizione (k) e soluzioni tampone di diverso pH. L’effetto del pH su K dell’acido benzoico è stato studiato nel sistema benzene-acqua.10

RESULTATO E DICUSSIONE: La solubilizzazione dipende dall’interazione soluto-solvente, dissociazione del soluto nel solvente in forma ionica, temperatura, pressione, legame idrogeno, costante dielettrica, polarità e non polarità della sostanza ecc. La tabella 1 mostra le analisi della solubilità dell’acido benzoico a 25 0C. È stato osservato che la solubilità dell’acido benzoico (S) in acqua distillata è risultata essere 0,142 + 0,033 g/100 g di acqua a temperatura ambiente (25 0C) ed era massima in soluzione tampone a pH neutro 7,0.

TABELLA 1: ANALISI DELLA SOLUBILITÀ A 25 °C

Sno.	Solventi	Solubilità*(S) (g/100 g di solvente) (Media+SD)
1	Acqua distillata	0.142 + 0.033
2	Soluzione tampone di benzene pH 4.0	0.153 + 0.012
3	Soluzione tampone di benzene pH 7.0	0.186 + 0.145	4	Benzene-buffer soluzione pH 9.0	0.148 + 0.708

* Risultato espresso come (Media + SD) (n = 3) a 25 0C

Graficamente in Fig. 1 si è concluso che la solubilità in soluzioni tampone a pH in ambiente acido era leggermente superiore a quella a pH basico a causa della dissociazione ionica.

FIG.1EFFETTO DEL pH SULLA SOLUBILITÀ

La distribuzione dell’acido benzoico tra acqua e benzene quando viene studiata mostra che il rapporto CW/CO non rimane costante, ma il rapporto CW/CO1/n rimane costante. Ciò è dovuto all’associazione di due molecole (dimerizzazione|) per legame a idrogeno tra le molecole di acido benzoico nello strato di benzene e rimangono come molecole monomeriche nello strato acquoso. 11 La tabella 2 mostra l’effetto del pH sul coefficiente di partizione ed è stato analizzato che il coefficiente di partizione dell’acido benzoico nel sistema benzene-acqua è risultato essere 0,636 e nelle soluzioni tampone di pH 4,0, pH 7,0 e pH 9,0 erano 0,841, 0,624 e 0.589 rispettivamente.

TABELLA 2: ANALISI DEL pH SUL COEFFICIENTE DI PARTIZIONE

S no.	Solventi	Coefficiente di ripartizione (K)
1	Sistema acqua-benzene	0.636
2	Soluzione di benzene-buffer pH 4.0	0.841
3	Soluzione tampone di benzene pH 7.0	0.624
4	Soluzione tampone di benzene pH9.0	0.589

Graficamente è stato osservato che il coefficiente di partizione dell’acido benzoico a pH acido era più alto rispetto al mezzo neutro e basico (Fig. 2).

FIG. 2: EFFETTO DEL pH SUL COEFFICIENTE DI PARTIZIONE

CONCLUSIONE: Si è concluso che lo studio della solubilizzazione e del coefficiente di partizione dell’acido benzoico in diversi solventi ha un valore maggiore nella progettazione preformulazione di qualsiasi forma di dosaggio. Lo studio della dissociazione o dell’associazione del soluto in un particolare solvente, la quantità di soluto estratto dalla sua soluzione, la determinazione della formula dei complessi, la determinazione del coefficiente di ripartizione per la preparazione topica, la quantità di droga distribuita nel sangue e in altri fluidi corporei ecc. sono stimati da questi metodi.

SINTESI: L’autore ringrazia il dipartimento farmaceutico e la biblioteca del Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune per aver fornito aiuto e dati preziosi.

1. Shargel L, Susanna W e Yu AB: Chapter 10: Physiological Drug Distribution and Protein Binding. Biofarmaceutica applicata & Farmacocinetica: McGraw-Hill Medical, New York, Edizione 6, Vol, II, 2012: 211.
2. Martin A, Swarbrick J e Cammaratu A: Farmacia fisica. verghese publishing house, Bombay, Edizione 3, 1991: 303-309.
3. Golan DE, Tashjian AH, Armstrong EJ e Armstrong AW: Chapter 15: General Anesthetic Pharmacology. Principi di farmacologia: The Pathophysiologic Basis of Drug Therapy. Secondario, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, Edizione 2, 2008: 243.
4. Stallman R e Ngan A: Capitolo 3: Solidificazione. Metallurgia fisica moderna. Secondario, Elsevier/Butterworth-Heinemann, Amsterdam, Edizione 8, 2014: 93-120.
5. Machlin ES: Capitolo 3: Energia libera e diagrammi di fase. An Introduction to Aspects of Thermodynamics and Kinetics Relevant to Materials Science. Secondario, Elsevier, Amsterdam, Edizione 3, 2007: 98.
6. GSFA Online Food Additive Group Details: Benzoati. 2006.
7. Direttiva del Parlamento europeo e del Consiglio n. 95/2/CE del 20 febbraio 1995 relativa agli additivi alimentari diversi dai coloranti e dagli edulcoranti (Le consleg-versioni non contengono le ultime modifiche di una legge)
8. Lillard, Benjamin: Pratico drogato e revisione farmaceutica di recensioni. 1919.
9. Esperimento 2: Utilizzo della calorimetria a bomba per determinare l’energia di risonanza del benzene.
10. Hadkar U.B: Un manuale di farmacia fisica pratica e farmaceutica pratica, Nirali prakashan, Pune, edizione 7, 2012: 82-87.
11. Hadkar U.B: Physical Pharmacy, Nirali prakashan, Pune, Edition 8, 2007: 252-254.

    Come citare questo articolo:

    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.

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