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EFFECT OF ACIDIC, NEUTRAL AND BASIC pH ON SOLUBILITY AND PARTITION-COEFFICIENT OF BENZOIC ACID BETWEEN WATER-BENZENE SYSTEM

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EFFECT OF ACIDIC, NEUTRALEN UND GRUNDLEGENDEN pH-WERTES AUF LÖSLICHKEIT UND TEILUNGSKOEFFIZIENZ VON BENZOINSÄURE ZWISCHEN WASSER UND BENZIN

Gita Chaurasia

Abteilung für Pharmazie, Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune – 412109 Maharashtra Indien.

ABSTRACT: Die Solubilisierung hängt von der Wechselwirkung zwischen dem gelösten Stoff und dem Lösungsmittel, der Dissoziation des gelösten Stoffes im Lösungsmittel in eine ionische Form, der Temperatur, dem Druck, der Wasserstoffbrückenbindung, der Dielektrizitätskonstante, der Polarität und Unpolarität der Substanz, dem pH-Wert usw. ab. Der Verteilungskoeffizient wurde in zwei nicht mischbaren Lösungsmitteln in wässriger und organischer Schicht bestimmt. Benzoesäure wurde für die vorliegende Studie aufgrund ihrer Löslichkeit in verschiedenen pH-Pufferlösungen (sauer, neutral und basisch) und zur Untersuchung des Verteilungskoeffizienten bei Raumtemperatur ausgewählt. Die Löslichkeit von Benzoesäure in verschiedenen pH-Pufferlösungen wurde mit der Titrationsmethode analysiert. Für die Untersuchung des Verteilungskoeffizienten wurden die beiden gebräuchlichsten nicht mischbaren Lösungsmittel wie Wasser als hydrophiles Lösungsmittel und Benzol als hydrophobes Lösungsmittel ausgewählt. Das Medikament Benzoesäure wurde zwischen diesen Lösungsmitteln durch Schüttelkolbenmethode verteilt und die Konzentration des Medikaments in beiden Lösungsmitteln durch Säure-Basen-Titration analysiert. Die Löslichkeit und Verteilung von Benzoesäure in Benzol-Pufferlösungen mit einem pH-Wert von 4,0, 7,0, 9,0 und destilliertem Wasser wurden bestimmt. Es wurde festgestellt, dass die Benzoesäure in der wässrigen Schicht in nicht-dissoziierter monomerer molekularer Form und in der organischen Schicht in dimerer assoziierter Form vorliegt. Die Löslichkeit von Benzoesäure in destilliertem Wasser wurde mit 0,142 + 0,033 g/100 g Wasser und bei verschiedenen pH-Werten von 4,0, 7,0 und 9,0 mit 0,153+0,01, 0,148+0,708 bzw. 0,186 +0,145 bestimmt. Grafisch wurde festgestellt, dass die Löslichkeit in pH-Pufferlösungen im sauren Medium etwas höher war als im basischen. Der Verteilungskoeffizient von Benzoesäure im Benzol-Wasser-System betrug 0,636 und in Pufferlösungen mit einem pH-Wert von 4,0, 7,0 und 9,0 waren es 0,841, 0,624 bzw. 0,589. Grafisch wurde beobachtet, dass der Verteilungskoeffizient von Benzoesäure in saurem pH höher war als in neutralem und basischem Medium.

Schlüsselwörter:

Löslichkeit, Verteilungskoeffizient, Auswirkung des pH-Wertes, Faktoren, die die Löslichkeit beeinflussen, Nernst-Verteilungskoeffizient

EINLEITUNG: Quantitativ ist die Löslichkeit definiert als die Konzentration des gelösten Stoffes in einer gesättigten Lösung bei einer bestimmten Temperatur und qualitativ kann sie definiert werden als die spontane Wechselwirkung von zwei oder mehr Substanzen zur Bildung einer homogenen molekularen Dispersion. Sie wird ausgedrückt als die Anzahl der Milliliter Lösungsmittel, in denen sich ein Gramm des gelösten Stoffes auflöst. In den chemischen und pharmazeutischen Wissenschaften

Die Verteilungskoeffizienten sind nützlich, um die Verteilung von Arzneimitteln im Körper abzuschätzen. Hydrophobe Arzneistoffe mit hohen Oktanol/Wasser-Verteilungskoeffizienten werden hauptsächlich in hydrophoben Bereichen wie Lipiddoppelschichten von Zellen und Blut verteilt. Hydrophile Arzneimittel (niedriger Oktanol/Wasser-Verteilungskoeffizient) hingegen finden sich vor allem in wässrigen Bereichen wie dem Blutserum. 1 Wird einem Gemisch aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten ein Überschuss an Flüssigkeit oder Feststoff zugesetzt, so verteilt er sich zwischen den beiden Phasen, so dass beide gesättigt werden. Wird der Stoff den nicht mischbaren Lösungsmitteln in einer Menge zugesetzt, die nicht ausreicht, um die Lösungen zu sättigen, so verteilt er sich dennoch in einem bestimmten Konzentrationsverhältnis zwischen den beiden Schichten. Wenn C1 und C2 die Gleichgewichtskonzentration der Substanz in Lösungsmittel1 und Lösungsmittel2 sind, lautet der Gleichgewichtsausdruck C1/C2 = K. Dieses K wird als „Verteilungskoeffizient oder Verteilungskoeffizient oder Verteilungsverhältnis oder Gleichung des Nernstschen Verteilungsgesetzes“ bezeichnet. 2 Wenn eines der Lösungsmittel ein Gas und das andere eine Flüssigkeit ist, kann ein Gas/Flüssigkeits-Verteilungskoeffizient bestimmt werden. Der Blut/Gas-Verteilungskoeffizient eines Anästhetikums gibt beispielsweise an, wie leicht das Anästhetikum vom Gas ins Blut übergeht. 3 Verteilungskoeffizienten können auch bestimmt werden, wenn eine der Phasen fest ist, z. B. wenn eine Phase ein geschmolzenes Metall und die zweite ein festes Metall ist, 4 oder wenn beide Phasen Feststoffe sind. 5

Die Verteilung einer Substanz in einem Feststoff führt zu einer Lösung. Verteilungskoeffizienten können auf verschiedene Weise experimentell gemessen werden (Schüttelkolben, HPLC usw.) oder durch Berechnung auf der Grundlage verschiedener Methoden (fragmentbasiert, atombasiert usw.) geschätzt werden. Die farblose, kristalline, feste Benzoesäure mit schwachem, angenehmen Geruch wird für die vorliegende Arbeit ausgewählt, da sie in Aceton, Benzol, CCl4, CHCl3, Alkohol, Ethylether, Hexan, Phenylen, flüssigem Ammoniak, Acetaten usw. löslich ist. Therapeutisch hilft Benzoesäure, durch Bakterien verursachte Infektionen zu verhindern. Benzoesäure und Salicylsäure topisch (für die Haut) ist ein Kombinationsarzneimittel zur Behandlung von Hautreizungen und -entzündungen, die durch Verbrennungen, Insektenstiche, Pilzinfektionen oder Ekzeme verursacht werden.

Salze der Benzoesäure werden als Lebensmittelkonservierungsmittel und als wichtiges Vorprodukt für die industrielle Synthese vieler anderer organischer Stoffe verwendet. Typische Verwendungsmengen für Benzoesäure als Konservierungsmittel in Lebensmitteln liegen zwischen 0,05 und 0,1 %. Die Lebensmittel, in denen Benzoesäure verwendet werden darf, und die Höchstwerte für ihre Verwendung werden durch das internationale Lebensmittelrecht geregelt. 6, 7 Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde sie als schleimlösendes, schmerzstillendes und antiseptisches Mittel verwendet. 8 In Lehrlabors ist sie ein gängiger Standard für die Kalibrierung von Bombenkalorimetern. 9 Benzoesäure wurde für die vorliegende Studie aufgrund ihrer Löslichkeit in verschiedenen pH-Pufferlösungen (sauer, neutral und basisch) und zur Untersuchung des Verteilungskoeffizienten bei Raumtemperatur ausgewählt. Die Löslichkeit von Benzoesäure in verschiedenen pH-Pufferlösungen wurde mit der Titrationsmethode analysiert. Für die Untersuchung des Verteilungskoeffizienten wurden die beiden gebräuchlichsten nicht mischbaren Lösungsmittel wie Wasser als hydrophiles Lösungsmittel und Benzol als hydrophobes Lösungsmittel ausgewählt. Das Medikament Benzoesäure wurde zwischen diesen Lösungsmitteln durch Schüttelkolbenmethode verteilt und die Konzentration des Medikaments in beiden Lösungsmitteln durch Säure-Basen-Titration analysiert.

MATERIALIEN UND METHODEN:

Materialien: Die Droge Benzoesäure, bereitgestellt von Research lab fine chem. Industries, Mumbai, und Pufferlösungen mit verschiedenen pH-Werten (4,0, 7,0 und 9,0) wurden von Merck specialties Private Ltd. in Mumbai zur Verfügung gestellt. Alle Chemikalien und Lösungsmittel waren von analytischer Reagenzienqualität und frisch zubereitetes destilliertes Wasser wurde während der gesamten Arbeit verwendet.

Methoden:

Bestimmung der Löslichkeit: Die Löslichkeit von Benzoesäure (S) in Pufferlösungen mit verschiedenen pH-Werten wurde durch Säure-Base-Titration bei Raumtemperatur (25 0C) bestimmt. In der vorliegenden Arbeit wurden 100 ml Pufferlösung mit unterschiedlichem pH-Wert (4,0, 7,0 und 9,0) in verschiedene Bechergläser gegeben und in jedes Becherglas etwa 200 mg Benzoesäure gegeben und mit einem Glasstab gut gerührt, um gesättigte Lösungen zu erhalten (ein Teil des Feststoffs muss ungelöst bleiben). Diese Lösungen wurden bei Bedarf erhitzt. Die vorbereiteten Lösungen wurden auf Raumtemperatur abgekühlt und 5 ml dieser Lösungen wurden in einen zuvor gewogenen, trockenen Erlenmeyerkolben (W1) entnommen. Erlenmeyerkolben mit 5 ml wurden erneut eingewogen (W2) und diese Lösungen wurden gegen 0,05 N NaOH-Lösungen (frisch zubereitet) mit Phenolphthalein als Indikator titriert. Der Endpunkt war eine rosa Farbe, und diese Werte wurden aufgezeichnet (V). Die Löslichkeit von Benzoesäure in g/100 g Lösungsmittel wurde mit der unten beschriebenen Formel bestimmt und mit destilliertem Wasser als Blindwert verglichen. Das Diagramm wurde zwischen der Löslichkeit in g/100 g des Lösungsmittels und Pufferlösungen mit unterschiedlichem pH-Wert aufgetragen. Die Auswirkung des pH-Wertes auf die Löslichkeit von Benzoesäure wurde grafisch untersucht.

Wenn W1= Gewicht des leeren Erlenmeyerkolbens

W2= Gewicht des Erlenmeyerkolbens mit 5 ml Lösung

W3 = Gewicht der Lösung = (W2 – W1) Gramm

W4= Gewicht der Lösung (Benzoesäure) = 0.122 x 0,05 x Bürettenablesung (V)

W5 = = Gewicht des Lösungsmittels = (W3 – W4)

S = Löslichkeit der Benzoesäure in g/100 g des Lösungsmittels

= Gewicht des gelösten Stoffes (W4) ×100

Gewicht des Lösungsmittels (W5)

Bestimmung des Verteilungskoeffizienten: Der Verteilungskoeffizient bei verschiedenen pH-Werten wurde mit der Säure-Base-Titrationsmethode im Schüttelkolben geschätzt. Eine 10 %ige Lösung von Benzoesäure in Benzol (bb-Lösung) wurde in einem Becherglas hergestellt. In vier verschiedenen Scheidetrichtern wurden die vier verschiedenen Lösungen wie folgt hergestellt:

1. 40 ml Pufferlösung pH 4,0 + 40 ml bb-Lösung.
2. 40 ml Pufferlösung pH 4,0 + 30 ml bb-Lösung + 10 ml Benzol.
3. 40 ml Pufferlösung pH 4,0 + 25 ml bb-Lösung + 15 ml Benzol.
4. 40 ml Pufferlösung pH 4,0 + 20 ml bb-Lösung + 20 ml Benzol.

Diese Kolben wurden 24 Stunden lang bei Raumtemperatur (25 0C) auf einem Wasserbad-Brutschüttler geschüttelt. Alle Lösungen wurden 30 Minuten lang auf einem Ständer stehen gelassen, um das Gleichgewicht zu erreichen. Sie enthielten eine untere wässrige Schicht und eine obere Benzolschicht. Die unteren wässrigen Schichten jedes Kolbens wurden in einem trockenen Becherglas entfernt, während die Benzolschicht im Trennkolben zurückbehalten wurde. 10 ml der wässrigen Schicht wurden in einen trockenen Erlenmeyerkolben pipettiert und gegen 0,01 N NaOH mit Phenolphthalein als Indikator titriert. Der Endpunkt war eine rosa Farbe und dieser Wert wurde aufgezeichnet. In einen anderen trockenen Erlenmeyerkolben wurden 5 ml der Benzolschicht pipettiert und 10 ml destilliertes Wasser hinzugefügt. Die Lösung wurde gegen 0,1 N NaOH-Lösung mit Phenolphthalein als Indikator titriert. Der Endpunkt war eine rosa Farbe und dieser Wert wurde aufgezeichnet. Dasselbe Verfahren wurde mit Pufferlösungen mit einem pH-Wert von 7,0 und 9,0 sowie mit destilliertem Wasser als Blindprobe durchgeführt. Der Verteilungskoeffizient (K) wurde für ein solches System nach folgender Formel berechnet:

a) Für die wässrige Schicht wird die Konzentration der Benzoesäure in Mol/Liter durch Bestimmung der Normalität nach Gl. 1, 2 und 3 berechnet.

N1V1 = N2V2 ……………….(1)

Wobei N1= Normalität der wässrigen Schicht = Naq

Naq = 0.01 V2 / 10 ……(2)

N2= Normalität von NaOH für die Titration = N org = 0.01 N

Naq = Caq ………………(3)

V1 = Volumen der entnommenen wässrigen Schicht = 10 ml

V2 = Volumen des verbrauchten NaOH (Bürettenablesung)

1. Für die organische Schicht wird die Konzentration der Benzoesäure in Mol/Liter durch Normalitätsbestimmung nach Gl. 4, 5 und 6 berechnet.

1. b) N3V3 = N4V4 …………(4)

Wobei N3 = Normalität der organischen Schicht = Norg

Norg = 0,1 V4 / 5 ………(5)

N4 = Normalität der NaOH zur Titration = 0.1 N

N org = C org …… (6)

V3 = Volumen der entnommenen organischen Schicht = 5ml

V4 = Volumen des verbrauchten NaOH (Bürettenablesung)

1. c) Der Verteilungskoeffizient für das Benzol-Wasser-System wurde mit Gleichung 7 wie folgt bestimmt-

K = Caq / Corg 1/2 …..(7)

K = Konzentration in der wässrigen Schicht (CW)

{Konzentration in der organischen Schicht (CO)}1/2

Das Diagramm wurde zwischen dem Verteilungskoeffizienten (k) und Pufferlösungen mit unterschiedlichem pH-Wert aufgetragen. Die Auswirkung des pH-Wertes auf den K-Wert von Benzoesäure wurde in einem Benzol-Wasser-System untersucht.10

Ergebnisse und Diskussion: Die Löslichkeit hängt von der Wechselwirkung zwischen dem gelösten Stoff und dem Lösungsmittel, der Dissoziation des gelösten Stoffes im Lösungsmittel in eine ionische Form, der Temperatur, dem Druck, der Wasserstoffbrückenbindung, der Dielektrizitätskonstante, der Polarität und der Unpolarität der Substanz usw. ab. Tabelle 1 zeigt Analysen der Löslichkeit von Benzoesäure bei 25 0C. Es wurde festgestellt, dass die Löslichkeit von Benzoesäure (S) in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur (25 0C) 0,142 + 0,033 g/100 g Wasser beträgt und in neutraler pH-Pufferlösung 7,0 am höchsten ist.

TABELLE 1: ANALYSEN DER LÖSLICHKEIT BEI 25 °C

Anzahl	Lösungsmittel	Löslichkeit*(S) (g/100 g Lösungsmittel) (Mittelwert+SD)
1	Destilliertes Wasser	0.142 + 0,033
2	Benzin-Pufferlösung pH 4,0	0,153 + 0,012
3	Benzin-Pufferlösung pH 7.0	0,186 + 0,145
4	Benzen-Pufferlösung pH 9,0	0,148 + 0,708

* Ergebnis ausgedrückt als (Mittelwert + SD) (n = 3) bei 25 0C

Graphisch in Abb. 1 wurde festgestellt, dass die Löslichkeit in pH-Pufferlösungen im sauren Medium aufgrund der Ionendissoziation etwas höher war als im basischen Medium.

Abbbildung 1: AUSWIRKUNG DES pH-Werts AUF DIE LÖSLICHKEIT

Die Untersuchung der Verteilung von Benzoesäure zwischen Wasser und Benzol zeigt, dass das Verhältnis CW/CO nicht konstant bleibt, aber das Verhältnis CW/CO1/n bleibt konstant. Dies ist auf die Assoziation von zwei Molekülen (Dimerisierung) durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Benzoesäuremolekülen in der Benzolschicht und dem Verbleib als Monomermolekül in der wässrigen Schicht zurückzuführen. 11 Tabelle 2 zeigt die Auswirkung des pH-Wertes auf den Verteilungskoeffizienten und es wurde analysiert, dass der Verteilungskoeffizient von Benzoesäure im Benzol-Wasser-System 0,636 beträgt und in Pufferlösungen von pH 4,0, pH 7,0 und pH 9,0 0 0,841, 0,624 bzw. 0.589.

TABELLE 2: ANALYSEN DES pH-Werts AUF DEN TEILUNGSKOEFFIZIENZ

S Nr.	Lösungsmittel	Teilungskoeffizient (K)
1	Benzin-Wasser-System	0.636
2	Benzen-Pufferlösung pH 4,0	0.841
3	Benzen-Pufferlösung pH 7.0	0.624
4	Benzen-Pufferlösung pH9.0	0.589

Graphisch wurde beobachtet, dass der Verteilungskoeffizient von Benzoesäure im sauren pH-Wert höher war als im neutralen und basischen Medium (Abb. 2).

Abb. 2: AUSWIRKUNG DES pH-Werts AUF DEN VERTEILUNGSKOEFFIZIENZ

ZUSAMMENFASSUNG: Es wurde festgestellt, dass die Untersuchung der Solubilisierung und des Verteilungskoeffizienten von Benzoesäure in verschiedenen Lösungsmitteln von größerem Wert für die Formulierungsvorbereitung jeder Darreichungsform ist. Die Untersuchung der Dissoziation oder Assoziation des gelösten Stoffes in einem bestimmten Lösungsmittel, die Menge des aus seiner Lösung extrahierten Stoffes, die Bestimmung der Formel von Komplexen, die Bestimmung des Verteilungskoeffizienten für topische Zubereitungen, die Menge des in Blut und anderen Körperflüssigkeiten verteilten Arzneimittels usw. werden durch diese Methoden abgeschätzt.

HINWEISE DES VERMITTLERS: Der Autor dankt der pharmazeutischen Abteilung und der Bibliothek des Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune für die Bereitstellung von Hilfe und wertvollen Daten.

1. Shargel L, Susanna W und Yu AB: Chapter 10: Physiological Drug Distribution and Protein Binding. Applied Biopharmaceutics & Pharmacokinetics..: McGraw-Hill Medical, New York, Edition 6, Vol, II, 2012: 211.
2. Martin A, Swarbrick J und Cammaratu A: Physical pharmacy. verghese publishing house, Bombay, Edition 3, 1991: 303-309.
3. Golan DE, Tashjian AH, Armstrong EJ und Armstrong AW: Chapter 15: General Anesthetic Pharmacology. Principles of Pharmacology: 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. Modern Physical Metallurgy. Secondary, Elsevier/Butterworth-Heinemann, Amsterdam, Edition 8, 2014: 93-120.
5. Machlin ES: Kapitel 3: Freie Energie und Phasendiagramme. An Introduction to Aspects of Thermodynamics and Kinetics Relevant to Materials Science. Secondary, Elsevier, Amsterdam, Edition 3, 2007: 98.
6. GSFA Online Food Additive Group Details: Benzoate. 2006.
7. Richtlinie Nr. 95/2/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 20. Februar 1995 über andere Lebensmittelzusatzstoffe als Farbstoffe und Süßungsmittel (Die Consleg-Versionen enthalten nicht die neuesten Gesetzesänderungen)
8. Lillard, Benjamin: Practical drugist 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.

    Wie wird dieser Artikel zitiert:

    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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