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FEITO DO pH ÁCIDO, NEUTRAL E BÁSICO SOBRE A SOLUBILIDADE E PARTICIPAÇÃO-COEFICIENTE DO ÁCIDO BENZÓICO ENTRE SISTEMA ÁGUA-BENZENOICO

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FEITO DO ÁCIDO, NEUTRAL E BÁSICO pH SOBRE SOLUBILIDADE E PARTICIPAÇÃO-COEFICIENTE DO ÁCIDO BENZÓICO ENTRE SISTEMA ÁGUA-BENZENOICO

Gita Chaurasia

Departamento de Farmácia, Faculdade de Farmácia Siddhant, Sudumbare, Pune – 412109 Maharashtra Índia.

ABSTRACT: A solubilização depende da interacção soluto-solvente, dissociação do soluto em solvente na forma iónica, temperatura, pressão, ligação de hidrogénio, constante dieléctrica, polaridade e não polaridade da substância, pH, etc. O coeficiente de partição foi determinado em dois solventes imiscíveis em camada aquosa e orgânica. O ácido benzóico foi selecionado para o presente estudo por sua solubilização em diferentes soluções tampão de pH (ácido, neutro e básico) e para o estudo do coeficiente de partição à temperatura ambiente. A solubilização do ácido benzóico em diferentes soluções tampão de pH foi analisada pelo método de titulação. Os dois solventes imiscíveis mais comuns, como água como solvente hidrofílico e benzeno como solvente hidrofóbico, foram selecionados para o estudo do coeficiente de partição. O fármaco ácido benzóico foi dividido entre estes solventes pelo método de agitação do frasco e a concentração do fármaco em ambos os solventes foi analisada pelo método de titulação ácido-base. A solubilidade e distribuição do ácido benzóico entre a solução tampão-benzeno de pH 4,0, 7,0, 9,0 e água destilada foram determinadas. Foi observado que o ácido benzóico permanece na forma molecular monomérica não-dissociada em camada aquosa e como forma dimerizada associada em camada orgânica. A solubilidade do ácido benzóico em água destilada foi encontrada em 0,142 + 0,033 g/100 g de água e em diferentes pH 4,0, pH 7,0 e pH 9,0 foi encontrada em 0,153+0,01, 0,148+0,708 e 0,186 +0,145 respectivamente. Em termos gráficos foi observado que a solubilidade em soluções tampão de pH em meio ácido foi ligeiramente superior ao pH básico. O coeficiente de partição do ácido benzóico no sistema benzeno-água foi de 0,636 e em soluções tampão de pH 4,0, pH 7,0 e pH 9,0 foram 0,841, 0,624 e 0,589, respectivamente. Em termos gráficos foi observado que o coeficiente de partição do ácido benzóico em pH ácido era superior ao neutro e ao meio básico.

Palavras-chave:

Solubilidade, Coeficiente de partição, Efeito do pH, Fatores que afetam a solubilidade, Coeficiente de distribuição de Nernst

INTRODUÇÃO: A solubilidade quantitativa é definida como a concentração de soluto em uma solução saturada a uma determinada temperatura e qualitativamente pode definir como a interação espontânea de duas ou mais substâncias para formar uma dispersão molecular homogênea. É expresso como o número de mililitros de solventes em que um grama de soluto se dissolverá. Nas ciências químicas e farmacêuticas.

Coeficientes particionais são úteis para estimar a distribuição de drogas dentro do corpo. Drogas hidrofóbicas com altos coeficientes de partição octanol/água são distribuídas principalmente em áreas hidrofóbicas, como biletos lipídicos de células e sangue. Por outro lado, as drogas hidrofílicas (com baixos coeficientes de partição octanol/água) são encontradas principalmente em regiões aquosas, como o soro sanguíneo. 1 Se um excesso de líquido ou sólido for adicionado a uma mistura de dois líquidos imiscíveis, ele se distribuirá entre as duas fases, de modo que cada uma se torne saturada. Se a substância for adicionada aos solventes imiscíveis em uma quantidade insuficiente para saturar as soluções, ela ainda será distribuída entre as duas camadas em uma proporção de concentração definida. Se C1 e C2 são concentrações de equilíbrio da substância no solvente1 e solvente2, a expressão de equilíbrio torna-se C1/C2 = K. Este K é conhecido como ‘coeficiente de partição ou coeficiente de distribuição ou coeficiente de distribuição ou equação da lei de distribuição de Nernst’. 2 Se um dos solventes é um gás e o outro um líquido, um coeficiente de partição gás/líquido pode ser determinado. Por exemplo, o coeficiente de partição sangue/gás de um anestésico geral mede a facilidade com que o anestésico passa de gás para sangue. 3 Os coeficientes de partição também podem ser definidos quando uma das fases é sólida, por exemplo, quando uma fase é um metal fundido e a segunda é um metal sólido, 4 ou quando ambas as fases são sólidas. 5

A partição de uma substância em um sólido resulta em uma solução. Os coeficientes de partição podem ser medidos experimentalmente de várias maneiras (por shake-flask, HPLC, etc.) ou estimados através de cálculos baseados em uma variedade de métodos (baseados em fragmentos, baseados em átomos, etc.). O ácido benzóico sólido cristalino incolor com odor agradável é seleccionado para o presente trabalho devido à sua solubilidade em acetona, benzeno, CCl4, CHCl3, álcool, éter etílico, hexano, fenilos, amoníaco líquido, acetatos, etc. Terapêuticamente o ácido benzóico ajuda a prevenir infecções causadas por bactérias. Ácido benzóico e ácido salicílico tópico (para a pele) é um medicamento combinado usado para tratar irritação e inflamação da pele causada por queimaduras, picadas de insectos, infecções fúngicas, ou eczema.

Saltos de ácido benzóico são usados como conservantes alimentares e como um importante precursor para a síntese industrial de muitas outras substâncias orgânicas. Os níveis típicos de uso do ácido benzóico como conservante em alimentos estão entre 0,05- 0,1%. Os alimentos em que o ácido benzóico pode ser usado e os níveis máximos para a sua aplicação são controlados pela legislação alimentar internacional. 6, 7 Foi usado como expectorante, analgésico e anti-séptico no início do século 20. 8 Nos laboratórios de ensino é um padrão comum para a calibração de um calorímetro de bomba. 9 O ácido benzóico foi selecionado para o presente estudo por sua solubilização em diferentes soluções tampão de pH (ácido, neutro e básico) e para o estudo do coeficiente de partição à temperatura ambiente. A solubilização do ácido benzóico em diferentes soluções tampão de pH foi analisada pelo método de titulação. Os dois solventes imiscíveis mais comuns, como água como solvente hidrofílico e benzeno como solvente hidrofóbico, foram selecionados para o estudo do coeficiente de partição. O fármaco ácido benzóico foi dividido entre estes solventes pelo método de agitação do frasco e analisada a concentração do fármaco em ambos os solventes pelo método de titulação ácido-base.

MATERIAIS E MÉTODOS:

MATERIAIS: O fármaco ácido benzóico fornecido pelo laboratório de pesquisa química fina. Indústrias, Mumbai e soluções tampão de pH diferentes (4,0, 7,0 e 9,0) foram fornecidas pela Merck specialties Private Ltd., Mumbai. Todos os produtos químicos e solventes foram utilizados de grau de reagente analítico e água destilada recém preparada foi utilizada durante todo o trabalho.

Métodos:

Determinação de solubilidade: A solubilidade do ácido benzóico (S) em diferentes soluções tampão de pH foi estimada pelo método de titulação ácido-base à temperatura ambiente (25 0C). No presente trabalho 100 ml de solução tampão de pH diferente (4,0, 7,0 e 9,0) foram tomados em diferentes copos e em cada copo foram adicionados cerca de 200 mg de ácido benzóico, mexidos bem com vareta de vidro para produzir soluções saturadas (alguns sólidos devem ser deixados por dissolver). Estas soluções foram aquecidas, se necessário. As soluções preparadas foram resfriadas à temperatura ambiente e 5 ml destas soluções foram retirados em frascos cônicos secos (W1) previamente pesados. Os frascos cónicos com 5 ml foram novamente pesados (W2) e estas soluções foram tituladas contra soluções de NaOH 0,05 N (recém preparadas) usando fenolftaleína como indicador. O ponto final foi a cor rosa e estas leituras foram gravadas (V). A solubilidade do ácido benzóico em g/100 g de solvente foi determinada pela fórmula descrita abaixo e comparou a solubilidade contra água destilada como branco. O gráfico foi traçado entre a solubilidade em g/100 g de solvente e soluções tampão de pH diferente. O efeito do pH na solubilidade do ácido benzóico foi estudado graficamente.

Se W1= Peso do frasco cônico vazio

W2= Peso do frasco cônico com solução de 5 ml

W3 = Peso da solução = (W2 – W1) grama

W4= Peso do soluto (ácido benzóico) = 0.122 x 0,05 x leitura de bureta (V)

W5 = = Peso do solvente = (W3 – W4)

S = Solubilidade do ácido benzóico em g/100 g de solvente

= Peso do soluto (W4) ×100

Peso do solvente (W5)

Determinação do coeficiente de partição: O coeficiente de partição com pH diferente foi estimado pelo método de titulação ácido-base de agitação. Uma solução a 10% de ácido benzóico em benzeno (solução bb) foi preparada em um copo. Em quatro funis de separação diferentes foram preparadas as quatro soluções diferentes a seguir –

1. 40 ml de solução tampão pH 4.0 + 40 ml de solução bb.
2. 40 ml de solução tampão pH 4.0 + 30 ml de solução bb + 10 ml de benzeno.
3. 40 ml de solução tampão pH 4.0 + 25 ml de solução bb + 15 ml de benzeno.
4. 40 ml de solução tampão pH 4.0 + 20 ml de solução bb + 20 ml de benzeno.

Estes frascos foram agitados em agitador de incubadora em banho-maria durante 24 horas à temperatura ambiente (25 0C). Todas as soluções foram deixadas em repouso durante 30 minutos num suporte para alcançar o equilíbrio. Continha uma camada aquosa inferior e uma camada superior de benzeno. As camadas aquosas inferiores de cada frasco foram removidas em béquer seco através da retenção da camada de benzeno no frasco de separação. Pipetou 10 ml de camada aquosa para um frasco cônico seco e titulou contra 0,01 N NaOH usando fenolftaleína como indicador. O ponto final foi cor-de-rosa e esta leitura foi registrada. Em outro frasco cônico seco pipetou 5 ml de camada de benzeno e 10 ml de água destilada foram adicionados. A solução foi titulada contra solução de NaOH 0,1 N, usando fenolftaleína como indicador. O ponto final foi de cor rosa e esta leitura foi registrada. O mesmo procedimento foi seguido com solução tampão pH 7,0 e pH 9,0 e com água destilada como amostra em branco. A estimativa do coeficiente de partição (K) foi calculada para tal sistema pela fórmula a seguir –

a) Para concentração em camada aquosa de ácido benzóico em moles/litro é calculada pela determinação da normalidade como eq. 1, 2 e 3.

N1V1 = N2V2 ……………….(1)

Where N1= Normality of aqueous layer = Naq

Naq = 0.01 V2 / 10 ……(2)

N2= Normalidade de NaOH para titulação = N org = 0.01 N

Naq = Caq ………………(3)

V1 = Volume de camada aquosa tomada = 10 ml

V2 = Volume de NaOH consumido (leitura burette)

1. Para camada orgânica a concentração de ácido benzóico em moles/litro é calculada pela determinação da normalidade como eq. 4, 5 e 6.

Onde N3 = Normalidade da camada orgânica = Norg

Norg = 0.1 V4 / 5 ………(5)

N4 = Normalidade de NaOH para titulação = 0.1 N

N org = C org …… (6)

V3 = Volume de camada orgânica tomada = 5ml

V4 = Volume de NaOH consumido (leitura burette)

1. c) Coeficiente de partição para sistema benzeno-água foi determinado pela equação 7 como segue-

K = Caq / Corg 1/2 …..(7)

K = Concentração em camada aquosa (CW)

{Concentração em camada orgânica (CO)}1/2

O gráfico foi traçado entre o coeficiente de partição (k) e soluções tampão de pH diferente. O efeito do pH sobre K do ácido benzóico foi estudado no sistema benzeno-água.10

RESULTA E DICUSSÃO: A solubilização depende da interacção soluto-solvente, dissociação do soluto em solvente na forma iónica, temperatura, pressão, ligação de hidrogénio, constante dieléctrica, polaridade e não polaridade da substância, etc. A Tabela 1 mostra análises de solubilidade do ácido benzóico a 25 0C. Observou-se que a solubilidade do ácido benzóico (S) em água destilada foi de 0,142 + 0,033 g/100 g de água à temperatura ambiente (25 0C) e foi máxima em solução tampão de pH neutro 7,0,

TÁBULO 1: ANÁLISES DE SOLUBILIDADE A 25 °C

Sno.	Solventes	Solubilidade*(S) (g/100 g de solvente) (Média+SD)
1	Água destilada	0.142 + 0,033
2	Solução tampão de benzeno pH 4,0	0,153 + 0,012
3	Solução tampão de benzeno pH 7.0	0,186 + 0,145
4	Solução tampão de benzeno pH 9,0	0,148 + 0,708

* Resultado expresso como (Média + DP) (n = 3) a 25 0C

Gráficamente na Fig. 1 concluiu-se que a solubilidade em soluções tampão de pH em meio ácido foi ligeiramente superior ao pH básico devido à dissociação iônica.

FIG.1A distribuição do ácido benzóico entre água e benzeno quando estudado mostra que a razão CW/CO não permanece constante, mas a razão CW/CO1/n permanece constante. Isto foi devido à associação de duas moléculas (dimerização|) por ligação de hidrogénio entre moléculas de ácido benzóico na camada de benzeno e permanecem como molécula monomérica em camada aquosa. 11 A Tabela 2 mostra o efeito do pH no coeficiente de partição e foi analisado que o coeficiente de partição do ácido benzóico no sistema água benzeno foi encontrado em 0,636 e em soluções tampão de pH 4,0, pH 7,0 e pH 9,0 foram 0,841, 0,624 e 0.589 respectivamente.

TÁBULO 2: ANÁLISES DE pH SOBRE COEFICIENTE DE PARTICIPAÇÃO

S no.	Solventes	Coeficiente de partição (K)
1	Sistema de água de Benzene-	0.636
2	Solução de tampão de gás natural pH 4,0	0.841
3	Solução tampão de benzeno pH 7,0	0,624
4	Solução tampão de benzeno pH9.0	0,589

Gráficamente observou-se que o coeficiente de partição do ácido benzóico em pH ácido era maior que o neutro e meio básico (Fig. 2).

FIG. 2: EFEITO DO pH EM COEFICIENTE DE PARTICIPAÇÃO

CONCLUSÃO: Concluiu-se que o estudo da solubilização e do coeficiente de partição do ácido benzóico em diferentes solventes tem maior valor no desenho de pré-formulação de qualquer forma de dosagem. O estudo da dissociação ou associação do soluto em particular solvente, a quantidade de soluto extraído da sua solução, a determinação da fórmula dos complexos, a determinação do coeficiente de espalhamento para a preparação tópica, a quantidade de fármaco distribuído no sangue e outros fluidos corporais, etc. são estimados por estes métodos.

ACKNOWLEDGEMENTS: O autor agradece ao departamento farmacêutico e à biblioteca do Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune pela ajuda e dados valiosos.

1. Shargel L, Susanna W e Yu AB: Capítulo 10: Distribuição Fisiológica de Fármacos e Ligação de Proteínas. Biofarmacêutica Aplicada & Farmacocinética..: McGraw-Hill Medical, New York, Edição 6, Vol, II, 2012: 211.
2. Martin A, Swarbrick J e Cammaratu A: Physical pharmacy. editora verghese, Bombay, Edição 3, 1991: 303-309.
3. Golan DE, Tashjian AH, Armstrong EJ e Armstrong AW: Capítulo 15: Farmacologia Anestésica Geral. Princípios de Farmacologia: A Base Fisiopatológica da Terapia com Drogas. Secundário, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, Edição 2, 2008: 243.
4. Stallman R e Ngan A: Capítulo 3: Solidificação. Metalurgia Física Moderna. Secundário, Elsevier/Butterworth-Heinemann, Amsterdã, Edição 8, 2014: 93-120.
5. Machlin ES: Capítulo 3: Energia Livre e Diagramas de Fase. Uma Introdução aos Aspectos da Termodinâmica e Cinética Relevantes para a Ciência dos Materiais. Secundário, Elsevier, Amsterdam, Edição 3, 2007: 98.
6. GSFA Online Food Additive Group Details: Benzoatos. 2006.
7. Directiva 95/2/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 20 de Fevereiro de 1995, relativa aos aditivos alimentares com excepção dos corantes e dos edulcorantes (as versões “Consleg-versions” não contêm as últimas alterações de uma lei)
8. Lillard, Benjamin: Practical druggist and pharmaceutical review of reviews. 1919.
9. Experimento 2: Usando Calorimetria de Bomba para Determinar a Energia de Ressonância de Benzeno.
10. Hadkar U.B: A Handbook of Practical Physical Pharmacy and Practical Pharmaceutics, Nirali prakashan, Pune, Edição 7, 2012: 82-87.
11. Hadkar U.B: Physical Pharmacy, Nirali prakashan, Pune, Edition 8, 2007: 252-254.

    Como citar este artigo:

    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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