Article Information

Article Information

Efectul pH-ului acid, neutru și bazic asupra solubilității și coeficientului de partiție al acidului benzoic între sistemul apă-benzen

HTML Full Text

Efectul pH-ului acid, neutru și bazic asupra solubilității și coeficientului de partiție al acidului benzoic între sistemul apă-benzen HTML Full Text

Efectul pH-ului acid, neutru și bazic asupra solubilității și coeficientului de partiție al acidului benzoic între sistemul apă-benzen HTML Full Text

Efectul pH-ului acid, NEUTRU ȘI BASIC asupra solubilității și coeficientului de partiție a acidului benzoic între sistemul apă-benzen

Gita Chaurasia

Departamentul de Farmacie, Siddhant College of Pharmacy, Sudumbare, Pune – 412109 Maharashtra India.

ABSTRACT: Solubilizarea depinde de interacțiunea solut-solvent, de disocierea solutului în solvent în formă ionică, de temperatură, de presiune, de legătura de hidrogen, de constanta dielectrică, de polaritatea și nepolaritatea substanței, de pH, etc. Coeficientul de partiție a fost determinat în doi solvenți imiscibili în strat apos și organic. Acidul benzoic a fost selectat pentru prezentul studiu pentru solubilizarea sa în diferite soluții tampon cu pH diferit (acid, neutru și bazic) și pentru studiul coeficientului de partiție la temperatura camerei. Solubilitatea acidului benzoic în diferite soluții tampon cu pH diferit a fost analizată prin metoda titrării. Pentru studiul coeficientului de partiție au fost selectați cei mai comuni doi solvenți imiscibili, cum ar fi apa ca solvent hidrofil și benzenul ca solvent hidrofob. Acidul benzoic a fost compartimentat între acești solvenți prin metoda shake-flask și s-a analizat concentrația de medicament în ambii solvenți prin metoda de titrare acido-bazică. S-au determinat solubilitatea și distribuția acidului benzoic între o soluție tampon de benzen cu pH 4,0, 7,0, 9,0 și apă distilată. S-a observat că acidul benzoic rămâne sub formă moleculară monomerică nedisociată în stratul apos și sub formă de dimer asociat în stratul organic. Solubilitatea acidului benzoic în apă distilată s-a dovedit a fi de 0,142 + 0,033 g/100 g de apă, iar la diferite valori de pH 4,0, pH 7,0 și pH 9,0 s-a dovedit a fi de 0,153 + 0,01, 0,148 + 0,708 și, respectiv, 0,186 + 0,145. Din punct de vedere grafic, s-a observat că solubilitatea în soluțiile tampon de pH în mediu acid a fost ușor mai mare decât în pH-ul bazic. Coeficientul de partiție al acidului benzoic în sistemul benzen-apă s-a dovedit a fi de 0,636, iar în soluțiile tampon de pH 4,0, pH 7,0 și pH 9,0 a fost de 0,841, 0,624 și, respectiv, 0,589. Grafic, s-a observat că coeficientul de partiție al acidului benzoic în pH-ul acid a fost mai mare decât în mediile neutru și bazic.

Cuvintele cheie:

Solubilitate, coeficientul de partiție, efectul pH-ului, factorii care afectează solubilitatea, coeficientul de distribuție Nernst

INTRODUCERE: Din punct de vedere cantitativ, solubilitatea este definită ca fiind concentrația de solut într-o soluție saturată la o anumită temperatură, iar din punct de vedere calitativ poate fi definită ca interacțiunea spontană a două sau mai multe substanțe pentru a forma o dispersie moleculară omogenă. Se exprimă ca număr de mililitri de solvent în care se va dizolva un gram de solut. În științele chimice și farmaceutice.

Coeficienții de partiție sunt utili în estimarea distribuției medicamentelor în organism. Medicamentele hidrofobe cu coeficienți de partiție octanol/apă mari sunt distribuite în principal în zonele hidrofobe, cum ar fi bistraturile lipidice ale celulelor și ale sângelui. În schimb, medicamentele hidrofile (coeficienți de partiție octanol/apă scăzuți) se găsesc în principal în regiunile apoase, cum ar fi serul sanguin. 1 Dacă se adaugă un exces de lichid sau de solid la un amestec de două lichide imiscibile, acesta se va distribui între cele două faze, astfel încât fiecare dintre ele să devină saturată. Dacă substanța este adăugată în solvenții imiscibili într-o cantitate insuficientă pentru a satura soluțiile, aceasta se va distribui totuși între cele două straturi într-un raport de concentrație definit. Dacă C1 și C2 sunt concentrațiile de echilibru ale substanței în solventul1 și solventul2, expresia de echilibru devine C1/C2 = K. Acest K este cunoscut sub numele de „coeficientul de partiție sau coeficientul de distribuție sau raportul de distribuție sau ecuația legii de distribuție Nernst”. 2 Dacă unul dintre solvenți este un gaz, iar celălalt este un lichid, se poate determina un coeficient de partiție gaz/lichid. De exemplu, coeficientul de partiție sânge/gaz al unui anestezic general măsoară cât de ușor trece anestezicul din gaz în sânge. 3 Coeficienții de partiție pot fi, de asemenea, definiți atunci când una dintre faze este solidă, de exemplu, atunci când o fază este un metal topit, iar cea de-a doua este un metal solid, 4 sau atunci când ambele faze sunt solide. 5

Părțirea unei substanțe într-un solid are ca rezultat o soluție. Coeficienții de partiție pot fi măsurați experimental în diverse moduri (prin agitație în flacără, HPLC etc.) sau pot fi estimați prin calcul pe baza unei varietăți de metode (pe bază de fragmente, pe bază de atomi etc.). Acidul benzoic solid cristalin incolor, cu un miros slab și plăcut, este selectat pentru prezenta lucrare datorită solubilității sale în acetonă, benzen, CCl4, CHCl3, alcool, eter etilic, hexan, fenil, amoniac lichid, acetați etc. Din punct de vedere terapeutic, acidul benzoic ajută la prevenirea infecțiilor cauzate de bacterii. Acidul benzoic și acidul salicilic topic (pentru piele) este o combinație de medicamente folosită pentru a trata iritațiile și inflamațiile pielii cauzate de arsuri, înțepături de insecte, infecții fungice sau eczeme.

Sărurile de acid benzoic sunt folosite ca și conservanți alimentari și ca precursor important pentru sinteza industrială a multor alte substanțe organice. Nivelurile tipice de utilizare a acidului benzoic ca și conservant în alimente sunt cuprinse între 0,05- 0,1%. Alimentele în care poate fi utilizat acidul benzoic și nivelurile maxime de aplicare a acestuia sunt controlate de legislația alimentară internațională. 6, 7 A fost utilizat ca expectorant, analgezic și antiseptic la începutul secolului XX. 8 În laboratoarele didactice, este un etalon obișnuit pentru calibrarea unui calorimetru cu bombă. 9 Acidul benzoic a fost selectat pentru prezentul studiu pentru solubilizarea sa în diferite soluții tampon cu pH diferit (acid, neutru și bazic) și pentru studiul coeficientului de partiție la temperatura camerei. Solubilitatea acidului benzoic în diferite soluții tampon cu pH diferit a fost analizată prin metoda titrării. Pentru studiul coeficientului de partiție au fost selectați cei mai comuni doi solvenți imiscibili, cum ar fi apa ca solvent hidrofil și benzenul ca solvent hidrofob. Medicamentul acid benzoic a fost partiționat între acești solvenți prin metoda shake-flask și s-a analizat concentrația de medicament în ambii solvenți prin metoda de titrare acido-bazică.

MATERIALE ȘI METODE:

Materiale:

Materiale: Medicamentul acid benzoic furnizat de Research lab fine chem. Industries, Mumbai, iar soluțiile tampon cu pH diferit (4,0, 7,0 și 9,0) au fost furnizate de Merck Specialties Private Ltd., Mumbai. Toate substanțele chimice și solvenții au fost utilizate de calitate reactivă analitică și apa distilată proaspăt preparată a fost utilizată pe tot parcursul lucrării.

Metode:

Determinarea solubilității: Solubilitatea acidului benzoic (S) în diferite soluții tampon cu pH diferit a fost estimată prin metoda de titrare acido-bazică la temperatura camerei (25 0C). În lucrarea de față s-au luat 100 ml de soluție tampon cu pH diferit (4,0, 7,0 și 9,0) în pahare diferite și în fiecare pahar s-au adăugat aproximativ 200 mg de acid benzoic, agitat bine cu o tijă de sticlă pentru a produce soluții saturate (o parte din solide trebuie să rămână nedizolvate). Aceste soluții au fost încălzite dacă este necesar. Soluțiile pregătite au fost răcite la temperatura camerei și 5 ml din aceste soluții au fost extrase într-un balon conic (W1) uscat și cântărit anterior. Baloane conice cu 5 ml au fost din nou cântărite (W2) și aceste soluții au fost titrate cu soluții de NaOH 0,05 N (proaspăt preparate) folosind fenolftaleină ca indicator. Punctul final a fost culoarea roz și aceste citiri au fost înregistrate (V). Solubilitatea acidului benzoic în g/100 g de solvent a fost determinată prin formula descrisă mai jos și s-a comparat solubilitatea cu cea a apei distilate ca martor. Graficul a fost trasat între solubilitatea în g/100 g de solvent și soluțiile tampon cu pH diferit. Efectul pH-ului asupra solubilității acidului benzoic a fost studiat grafic.

Dacă W1= Greutatea balonului conic gol

W2= Greutatea balonului conic cu 5 ml soluție

W3 = Greutatea soluției = (W2 – W1) gram

W4= Greutatea solutului (acid benzoic) = 0.122 x 0,05 x citirea buretei (V)

W5 = = Greutatea solventului = (W3 – W4)

S = Solubilitatea acidului benzoic în g/100 g de solvent

= Greutatea solutului (W4) ×100

Greutatea solventului (W5)

Determinarea coeficientului de partiție: Coeficientul de partiție la diferite pH-uri a fost estimat prin metoda de titrare acido-bazică în balon agitat. Într-un pahar s-a preparat o soluție de 10 % de acid benzoic în benzen (soluție bb). În patru pâlnii de decantare diferite s-au preparat cele patru soluții diferite după cum urmează-

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

Aceste flacoane au fost agitate pe un agitator de incubator cu baie de apă timp de 24 de ore la temperatura camerei (25 0C). Toate soluțiile au fost lăsate să stea timp de 30 de minute pe un stativ pentru a atinge echilibrul. Acesta conținea un strat apos inferior și un strat superior de benzen. Straturile apoase inferioare din fiecare balon au fost îndepărtate în paharul uscat, păstrând stratul de benzen în balonul de separare. Se pipetează 10 ml de strat apos într-un balon conic uscat și se titrează cu NaOH 0,01 N folosind fenolftaleină ca indicator. Punctul final a fost culoarea roz și s-a înregistrat acest rezultat. Într-un alt balon conic uscat se pipetează 5 ml din stratul de benzen și se adaugă 10 ml de apă distilată. Soluția a fost titrată cu o soluție de NaOH 0,1 N folosind fenolftaleină ca indicator. Punctul final a fost de culoare roz și s-a înregistrat acest rezultat. Aceeași procedură a fost urmată cu soluție tampon cu pH 7,0 și pH 9,0 și cu apă distilată ca probă albă. Estimarea coeficientului de partiție (K) a fost calculată pentru un astfel de sistem prin formula următoare-

a) Pentru stratul apos, concentrația de acid benzoic în moli/litru se calculează prin determinarea normalității conform ecuațiilor 1, 2 și 3.

N1V1 = N2V2 ……………….(1)

Unde N1= Normalitatea stratului apos = Naq

Naq = 0.01 V2 / 10 ……(2)

N2= Normalitatea NaOH pentru titrare = N org = 0.01 N

Naq = Caq ………………(3)

V1 = Volumul stratului apos prelevat = 10 ml

V2 = Volumul de NaOH consumat (citirea buretei)

1. Pentru stratul organic concentrația de acid benzoic în moli/litru se calculează prin determinarea normalității conform ecuațiilor 4, 5 și 6.

1. b) N3V3 = N4V4 …………(4)

Unde N3 = Normalitatea stratului organic = Norg

Norg = 0,1 V4 / 5 ………(5)

N4 = Normalitatea NaOH pentru titrare = 0.1 N

N org = C org …… (6)

V3 = Volumul stratului organic prelevat = 5ml

V4 = Volumul de NaOH consumat (citirea buretei)

1. c) Coeficientul de partiție pentru sistemul benzen-apă a fost determinat prin ecuația 7, după cum urmează-

K = Caq / Corg 1/2 …. …..(7)

K = Concentrația în stratul apos (CW)

{Concentrația în stratul organic (CO)}1/2

Graficul a fost trasat între coeficientul de partiție (k) și soluții tampon de pH diferit. Efectul pH-ului asupra K al acidului benzoic a fost studiat în sistemul benzen-apă. 10

REZULTATE ȘI DISCUȚII: Solubilizarea depinde de interacțiunea solut-solvent, de disocierea solutului în solvent în formă ionică, de temperatură, de presiune, de legătura de hidrogen, de constanta dielectrică, de polaritatea și nepolaritatea substanței etc. Tabelul 1 prezintă analizele de solubilitate a acidului benzoic la 25 0C. S-a observat că solubilitatea acidului benzoic (S) în apă distilată s-a dovedit a fi de 0,142 + 0,033 g/100 g de apă la temperatura camerei (25 0C) și a fost maximă în soluția tampon cu pH neutru 7,0.

TABEL 1: ANALIZA SOLUBILITĂȚII LA 25 °C

Nr.	Solvenți	Solubilitate*(S) (g/100 g de solvent) (Medie+SD)
1	Apă distilată	0.142 + 0,033
2	Soluție tampon de benzen pH 4,0	0,153 + 0,012
3	Soluție tampon de benzen pH 7.0	0,186 + 0,145
4	Soluție tampon de benzen pH 9,0	0,148 + 0,708

* Rezultat exprimat ca (Medie + SD) (n = 3) la 25 0C

Grafic în Fig. 1 s-a concluzionat că solubilitatea în soluții tampon de pH în mediu acid a fost ușor mai mare decât în pH-ul bazic datorită disocierii ionice.

FIG.1: EFECTUL pH-ului ASUPRA SOLUBILITĂȚII

Distribuția acidului benzoic între apă și benzen, atunci când este studiată, arată că raportul CW/CO nu rămâne constant, dar raportul CW/CO1/n rămâne constant. Acest lucru s-a datorat asocierii a două molecule (dimerizare|) prin legături de hidrogen între moleculele de acid benzoic din stratul de benzen și rămân ca moleculă monomerică în stratul apos. 11 Tabelul 2 prezintă efectul pH-ului asupra coeficientului de partiție și a fost analizat faptul că coeficientul de partiție al acidului benzoic în sistemul benzen-apă s-a dovedit a fi de 0,636, iar în soluțiile tampon de pH 4,0, pH 7,0 și pH 9,0 a fost de 0,841, 0,624 și 0,624 și 0,624.589 respectiv.

TABELUL 2: ANALIZA pH-ului asupra COEFICIENTULUI DE PARTIȚIE

S nr.	Solvenți	Coeficientul de partiție (K)
1	Sistemul benzen-apă	0.636
2	Soluție tampon de benzen pH 4,0	0.841
3	Soluție tampon de benzen pH 7,0	0,624
4	Soluție tampon de benzen pH9.0	0,589

Grafic, s-a observat că coeficientul de partiție al acidului benzoic în mediu acid a fost mai mare decât în mediu neutru și bazic (Fig. 2).

FIG. 2: EFECTUL pH-ului asupra coeficientului de partiție

CONCLUZIE: S-a concluzionat că studiul solubilizării și al coeficientului de partiție al acidului benzoic în diferiți solvenți are o valoare mai mare în proiectarea preformulării oricărei forme farmaceutice. Studiul disocierii sau asocierii solutului într-un anumit solvent, cantitatea de solut extrasă din soluția sa, determinarea formulei complecșilor, determinarea coeficientului de repartiție pentru preparatul topic, cantitatea de medicament distribuit în sânge și în alte fluide corporale etc. sunt estimate prin aceste metode.

CONOȘTRIBUIRI: Autorul mulțumește departamentului de farmaceutică și bibliotecii Colegiului de Farmacie Siddhant, Sudumbare, Pune pentru ajutorul acordat și datele valoroase.

1. Shargel L, Susanna W și Yu AB: Capitolul 10: Physiological Drug Distribution and Protein Binding. Biofarmaceutică aplicată & Farmacocinetică..: McGraw-Hill Medical, New York, Ediția 6, Vol, II, 2012: 211.
2. Martin A, Swarbrick J și Cammaratu A: Physical pharmacy. verghese publishing house, Bombay, Ediția 3, 1991: 303-309.
3. Golan DE, Tashjian AH, Armstrong EJ și Armstrong AW: Chapter 15: General Anesthetic Pharmacology. Principii de farmacologie: The Pathophysiologic Basis of Drug Therapy. Secondary, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, Ediția 2, 2008: 243.
4. Stallman R și Ngan A: Capitolul 3: Solidificare. Modern Physical Metallurgy. Secundar, Elsevier/Butterworth-Heinemann, Amsterdam, Ediția 8, 2014: 93-120.
5. Machlin ES: Chapter 3: Free Energy and Phase Diagrams. An Introduction to Aspects of Thermodynamics and Kinetics Relevant to Materials Science (O introducere în aspectele termodinamicii și cineticii relevante pentru știința materialelor). Secundar, Elsevier, Amsterdam, Ediția 3, 2007: 98.
6. GSFA Online Food Additive Group Details: Benzoați. 2006.
7. Directiva Parlamentului European și a Consiliului nr. 95/2/CE din 20 februarie 1995 privind aditivii alimentari, alții decât coloranții și îndulcitorii (Versiunile Conslegii nu conțin ultimele modificări ale unei legi)
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, Pune, Ediția 7, 2012: 82-87.
11. Hadkar U.B: Physical Pharmacy, Nirali prakashan, Pune, Ediția 8, 2007: 252-254.

    Cum se citește acest articol:

    Chaurasia G: Efectul pH-ului acid, neutru și bazic asupra solubilității și coeficientului de partiție al acidului benzoic între sistemul apă-benzen. Int J Pharm Sci Res 2017; 8(6): 2637-40. doi: 10.13040/IJPSR.0975-8232.8(6).2637-40.

    Toate © 2013 sunt rezervate de International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. Această revistă este licențiată sub licența Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License.