Astrakhan, Russian Federation
Astrahan', Astrakhan, Russian Federation
The development of new and increasing the sensitivity of already known techniques of highquality and quantitative definition of medicinal substances is one of pharmaceutical chemistry problems. This paper presents the results of a study of the interaction of sodium caffeine benzoate with phthalexone SA in the presence of cobalt ions. It has been shown that the identification of this drug substance, as well as its quantitative determination by reaction with the Co2 + - phthalexone SA system, is possible in highly acidic media. The use of the Co2 + - phthalexone SA complex was confirmed in an experiment using aqueous analytical systems.
ium caffeine-benzoate, phthalexone SA, cobalt ions, identification, quantification, spectrophotometry
В настоящее время для идентификации и количественного определения лекарственных препаратов применяются различные методы, одним из распространенных является титриметрический. Более селективным и точным методом идентификации и количественного определения может быть спектрофотометрический, требующий тонкого подбора реагентов, которыми могут оказаться как органические красители, ионы металлов, так и сложные неорганические ионы 1, 2]. Сказанное определило цель работы, связанной с исследованием возможности идентификации и количественного определения фармацевтического препарата «Кофеин-бензоат натрия» по реакции с органическим красителем и его комплекса с ионами кобальта. Кофеин – алкалоид, содержащийся в листьях чая (около 2%), семенах кофе (1-2%), орехах кола. Вещество также получают синтетическим путем. На фармацевтическом рынке выпускается в виде комплексной соли кофеина с бензоатом натрия с содержанием 40% кофеина. Кофеин-бензоат натрия используется преимущественно как стимулятор ЦНС. В терапевтических дозах препарат проявляет аналептическое, кардиотоническое, психостимулирующее действие. Также из-за способности суживать сосуды головного мозга кофеин и препараты, содержащие кофеин, применяют при мигрени [3]. Фталексоны являются интересными реагентами, дающими контрастные чувствительные реакции с ионами многовалентных металлов. Их избирательность может быть повышена за счет варьирования рН среды и применения маскирующих веществ 4. Органические реагенты зарекомендовали себя как перспективные для определения ряда ионов 5, 6, 7, но также могут применяться в анализе фармацевтических препаратов 8, 9. В качестве реагента нами был взят один из трифенилметановых красителей фталексон SA (ФТSА). Фталексон SA (3,31 -бис три (карбоксиметил-фенолсульфофталеин) – реагент из ряда сульфофталексонов. Материалы и методы исследования. Для достижения поставленной цели использовали водные растворы нитрата кобальта (2∙10-4 М), реагента ФТSA (2∙10-4 М), стабилизированый НgJ2, «Кофеинбензоат натрия», содержащийся в ампуле объемом 1 мл с концентрацией 200 мг/мл (2∙10-4 М), приготовленные на бидистилляте. Для создания среды использовали солянокислоацетатные буферные растворы (рН 1-3), аммиачно-ацетатные системы (рН 3-11), растворы NaOH (рН>11). Оптические плотности снимали на приборе ПЭ-5400В в кюветах с расстоянием между светопропускающими гранями l=1,0 см, раствор сравнения – дистиллированная вода. Эксперимент проводился в трех повторениях, для построения калибровочного графика – в пяти повторениях. Результаты исследования и их обсуждение. Взаимодействие ФТSA с ионами кобальта ранее подробно не изучалась, поэтому для выяснения возможности идентификации кофеин-бензоата по реакции с ФТSA в присутствии ионов кобальта предварительно было изучено комплексообразование органического реагента с металлом. Полученные спектрофотометрические характеристики ФТSA и его комплекса с кобальтом в широком диапазоне кислотности среды приведены в таблице 1. Таблица 1. Основные спектрофотометрические характеристики ФТSA и его комплекса с кобальтом при различных значениях рН Table 1. Main spectrophotometric characteristics of PTSA and its complex with cobalt at different pH values рН 3 4 5 6 7 9 11 λ ФТSA 450 450 460 460 550 560 560 λ ФТSA-Со 2+ 450 470 560 560 550 560 560 Δλ 0 20 100 100 0 0 0 Анализ полученных данных показывает, что взаимодействие ионов кобальта с фталексоном SA начинается в кислых средах при рН > 4, и далее при рН 5 и рН 6 наблюдается увеличение концентрации комплексных частиц. Образование комплекса сопровождается значительным батохромным эффектом (100 нм), максимум светопоглощения комплекса приходится на 560 нм. Простейшее соотношения металла к реагенту в составе комплексов устанавливали методом изомолярных серий. Согласно полученным зависимостям простейшее соотношение кобальта и ФТSA в составе образующегося соединения 1:1 (Ме:R), что более отчетливо проявляется при рН=6. Это соотношение было нами подтверждено методом стехиометрической точки [10]. Молярный коэффициент светопоглощения соединения, образующегося в исследуемой системе комплекса, устанавливали методом Н.П. Комаря [10]. Среднее значение молярного коэффициента светопоглощения комплекса кобальта с фталексоном SA приведено в таблице 2. 28 Таблица 2. Основные спектрофотометрические характеристики системы Со2+ -фталексон SA Table 2. Main spectrophotometric characteristics of the Co2 + -phthalexone SA system рН λ ФТSA, нм λ Со2+ - ФТSA, нм ∆λ, нм Со2+:ФТSA ε 5 460 560 100 1:2 и 1:1 1,70∙104 6 460 560 100 1:1 1,88∙104 Учитывая неоднозначное значение соотношения Ме:R в слабокислых средах рН 5 и тот факт, что в этой системе доминирует соединение с простейшим соотношением Ме:R=1:1, можно предположить, что ионы кобальта, имея высокую поляризационную активность, координируют молекулы реагента по третичному азоту его иминодиацетатных группировок с замыканием циклов по карбонильному кислороду хиноидного кольца и кислороду окси-группы бензольного кольца красителя. С уменьшением кислотности среды от рН 5 к рН 6 происходит диссоциация соединения состава 1:2 (Ме:R) по ионно-ковалентной связи кобальта с кислородом оксигруппы бензольного кольца, полным разрушением соответствующего цикла и сохранением координационного узла, содержащего две донорно-акцепторные связи. Такое объяснение основано на том факте, что цикл, образованный по карбонильному кислороду хиноидного кольца молекулы реагента и третичному азоту иминодиацетатной группировки, находящейся к нему в о-положении, является более прочным [4, 9], чем координационный узел, образованный по кислороду бензольного кольца. С целью исследования влияния кофеина на спектральные характеристики ФТSA были получены спектры светопоглощения этой системы в диапазоне рН от 1 до 12. Визуальное рассмотрение этой серии показало, что незначительное изменение окраски красителя наблюдается лишь в сильнокислых средах: рН 1 и рН 2. На абсорбционной кривой (рис. 1-2) ФТSA в присутствии кофеина при рН 2 наряду с коротковолновым максимумом, совпадающим с таковым самого реагента, при λ=560 нм наблюдается длинноволновой, интенсивность которого значительно меньше первого. Это свидетельствует о некотором влиянии вводимого фармпрепарата на состояние равновесий в растворах ФТSA в сильнокислой среде, однако, это влияние несущественно и не позволяет применить эту систему для идентификации кофеина. С целью исследования возможности применения системы Co2+ -ФТSA в качестве реагента для идентификации кофеина (Коf) получены спектры светопоглощения тройной системы Со2+ -ФТSA-Коf в широком диапазоне кислотности среды. Контрастная цветная реакция при введении кофеина в систему Со2+ -ФТSA возникает в сильнокислых средах (рН 1, рН 2). Она сопровождается значительным батохромным эффектом, составляющим 100 нм. При этом на абсорбционной кривой тройной системы наблюдаются два максимума, один из которых совпадает с таковым как реагента, так и системы Со2+ -ФТSA, второй – длинноволновой, находится при 560 нм. Спектры светопоглощения представлены на рисунке 1-2. Рис.1. Спектры светопоглощения исследуемых систем: рН 1, С(ФТSA)=10 -4 моль/дм3 , С(Co)=10 -4 моль/дм3 , С(Коf)= 10 -4 моль/дм3 Рис.2. Спектры светопоглощения исследуемых систем: рН 2, С(ФТSA)=10 -4 моль/дм3 , С(Co)=10 -4 моль/дм3 , С(Коf)= 10 -4 моль/дм3 Fig. 1. Light absorption spectra of the systems under study: pH 1, C (РTSA) = 10 -4 mol/dm3 , С (Co) = 10 -4 mol/dm3 , С (Kof) = 10 -4 mol/dm3 Fig. 2. Light absorption spectra of the systems under study: pH 2, C (РTSA) = 10 -4 mol/dm3 , С (Co) = 10 -4 mol/dm3 , С (Kof) = 10 -4 mol/dm3 29 Наблюдаемую картину влияния кофеина на систему Со2+ -ФТSA можно объяснить следующим образом. ФТSA в кислых средах находится в виде отрицательного однозарядного аниона. В этих условиях он диссоциирован только по сильнокислотной сульфогруппе и представляет собой трифенилметилкатион. Результаты исследования показывают, что комплексообразование ионов кобальта с ФТSA при рН 1 и рН 2 отсутствует. При этом длинноволновой максимум кривой светопоглощения тройной системы совпадает с таковым комплекса, образующегося лишь в слабокислых средах. Возможно, что кофеин в комплексе с бензоатом натрия, представляющим собой поверхностно-активное вещество, влияет на состояние водной фазы, особенно на микроокружение реагента и иона металла, изменяя таким образом лигандные и комплексообразующие свойства компонентов аналитической системы. Это допускает в свою очередь возможность возникновения разнолигандного глубокоокрашенного комплекса. При этом в образовании системы со стороны кофеина участвуют карбонильный кислород шестичленного цикла и третичный азот пятичленного цикла, донорная способность которого выражена в достаточной степени. Со стороны молекулы красителя в образовании комплекса участвуют третичный азот и кислород бензольного кольца. Возникающий таким образом цикл и определяет глубокую окраску соединения. Рис. 3. Схема возможного взаимодействия кофеин-бензоата натрия с комплексом Со2+ - ФТSА Fig. 3. Scheme of possible interaction of sodium caffeine-benzoate with Co2 + - PTSA complex Во всех других случаях участие других гетероатомов азота и соседних с ними карбонильных группировок в образовании связи с кобальтом маловероятно, в виду крайней энергетической неустойчивости возникающих при этом циклов. Таким образом, идентификации натрия кофеин-бензоата с применением системы Со2+ -ФТSA, возможна в сильнокислых средах. С целью исследования возможности количественного спектрофотометрического определения кофеина с использованием аналитической системы Со2+ -ФТSA была приготовлена серия растворов при рН 1 в диапазоне концентрации лекарственного вещества от 2,5 мг/мл до 40 мг/мл (С Со2+-ФТSA = const). По полученным значениям оптических плотностей был построен график. Корреляция точек относительно прямой оказалось удовлетворительной. Закон Бугера-Ламберта-Бера в системе Со2+ -ФТSA-Коf соблюдается на участке кривой: С(Коf) от 14,98 мг/мл до 25,01 мг/мл. Полученную кривую можно использовать в качестве градуировочного графика при определении кофеина по реакции с фталексоном SA в присутствии ионов кобальта. Градуировочный график представлен на рисунке 4. Рис. 4. Градуировочный график системы Со-ФТSА-Коf при рН=1; λ=560 нм Fig. 4. Calibration graph of Со-PTSA-Kof system at рН = 1; λ=560 nm 30 Уравнение градуировочного графика прямой с учетом дисперсии параметров a и b имеет вид: Y i = (-0,246 ± 1,58·10-5 ) + [(0,0207 ± 3,8·10-8 )]·х i С применением уравнения градуировочного графика было проведено определение кофеина в водных растворах. Результаты приведены в таблице 4. Таблица 4. Определение кофеина в воде рН 1, λ=560 нм, l=1,0 см Table 4. Determination of caffeine in water, pH 1, λ=560 nm, l = 1.0 cm Введено Kof C Kof, мг/мл Оптическая плотность Найдено х, мг/мл Абсолютная ошибка Относительная ошибка, % 14,98 0,073 15,41 -0,43 -2,8 14,98 0,072 15,36 -0,38 -2,5 14,98 0,071 15,31 -0,33 -2,2 17,49 0,115 17,44 0,05 0,28 17,49 0,117 17,53 -0,04 -0,23 17,49 0,115 17,44 0,05 0,28 19,99 0,162 19,71 0,28 1,4 19,99 0,165 19,85 0,14 0,7 19,99 0,162 19,71 0,28 1,4 22,47 0,210 22,03 0,44 1,96 22,47 0,208 21,93 0,54 2,4 22,47 0,211 21,98 0,59 2,6 25,01 0,284 25,06 -0,59 -2,36 25,01 0,286 25,45 -0,45 -1,79 25,01 0,281 25,06 -0,59 -2,36 Как показывают данные таблицы, ошибка определения лежит в пределах допустимой, что позволяет рекомендовать систему Со2+ -ФТSA в качестве реагента при количественном спектрофотометрическом определении кофеин-бензоата натрия. Заключение. На основании результатов, приведенных выше, можно заключить, что идентификация натрия кофеин-бензоата, а также его количе
1. Remsep L., Ovenston T. S. J., Parker K. A. Notes on the spectrophotometric determination of cobalt and nickel in the microgram range // Analytica Chimica Acta. 1950. Vol. 4. P. 142-151.
2. Berhate V. D. Extraction and spectrophotometric determination of cobalt (II) with p-methylisonitrosaactophenone // Curr. Sie. (India). 1989. Vol. 58, no. 6. P. 291-293.
3. Mashkovskiy M. D. Lekarstvennye sredstva. M.: Novaya volna, 2012. 1216 s.
4. Astahova N. K., Cherkesov A. A. Spektrofotometricheskoe izuchenie kompleksoobrazovaniya alyuminiya s nekotorymi ftaleksonami // Sbornik Ftaleksony. Saratov : Saratovskiy gosudarstvennyy pedagogicheskiy institut, 1970. S. 128-133.
5. Novopol'ceva V. M., Osipov A. K. Kompleksoobrazovanie nekotoryh ftaleksonov s ionami metallov. Opredelenie hroma i palladiya // Zhurnal analiticheskoy himii. 2006. T. 61. № 10. S. 1067-1073.
6. Al-Chalsha T. S. Spektrophotometric study of the cobalt(II) complex with pyridine-2-methylketoxime // T. Yraqi Chemical Society. 1987. Vol. 12, no. 1. P. 69-76.31
7. Banu S. Dibenzoylmethanes in spectrophotometric determination of cobalt (II) // Acta Chem. Iyndica Chem. 1988. Vol. 44, no. 3. P. 243-250.
8. Elina V. V., Sadomceva O. S., Shakirova V. V., Caplin D. E. Razrabotka noveyshey test-sistemy dlya kachestvennogo i kolichestvennogo opredeleniya piridoksina // Sovremennye naukoemkie tehnologii. 2014. № 7 (2). S. 70-72.
9. Mazhitova M. V., Karib'yanc M. A., Kutlalieva E. N., Velikorodov A. V., Eseeva Zh. G. Issledovanie sistemy Ftalekson SA Prazeodim kak reagenta na aminokapronovuyu kislotu // Uspehi sovremennogo estestvoznaniya. 2017. № 2. S. 7-14.
10. Bulatov M. I., Kalinkin I. P. Prakticheskoe rukovodstvo po fotokolorimetricheskim i spektrofotometricheskim metodam analiza. L.: Himiya, 1986. 432 s.
11. Remsep L., Ovenston T. S. J., Parker K. A. Notes on the spectrophotometric determination of cobalt and nickel in the microgram range. Analytica Chimica Acta. 1950; 4: 142-151.
12. Berhate V. D. Extraction and spectrophotometric determination of cobalt (II) withp-methylisonitrosaactophenone. Curr Sie (India). 1989; 58 (6): 291-293.
13. Mashkovsky M. D. Medicinal products. Moscow: New Wave; 2012. 1216 p. (In Russ.).
14. Astakhova N. K., Cherkesov A. A. Spectrophotometric study of aluminum complexation with some phthalexones. Collection of Phthalexones. Saratov: Saratov State Pedagogical Institute; 1970: 128-133. (In Russ.).
15. Novopoltseva V. M., Osipov A. K. Complexation of some phthalexones with metal ions. Determination of chromium and palladium. Zhurnal analiticheskoy khimii = Journal of Analytical Chemistry. 2006; 61 (10): 1067-1073. (In Russ.).
16. Al-Chalsha T. S. Spektrophotometric study of the cobalt(II) complex with pyridine-2-methylketoxime. T. Yraqi Chemical Society. 1987; 12 (1): 69-76.
17. Banu S. Dibenzoylmethanes in spectrophotometric determination of cobalt (II). Acta Chem. Iyndica Chem. 1988; 44 (3): 243-250.
18. Elina V. V., Sadomtseva O. S., Shakirova V. V. Tsaplin D. E. Development of the latest test system for qualitative and quantitative determination of pyridoxine. Sovremennye naukoemkie tekhnologii = Modern science-intensive technologies. 2014; 7 (2): 70-72. (In Russ.).
19. Mazhitova M. V., Karibyants M. A., Kutlalieva E. N., Velikorodov A. V., Yeseeva J. G. Study of the Ftalexon SA Praseodymium system as a reagent for aminocaproic acid. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya = Successes of modern natural history. 2017; (2): 7-14. (In Russ.).
20. Bulatov M. I., Kalinkin I. P. Practical Guide to Photocolorimetric and Spectrophotometric Methods of Analysis. Leningrad.: Chemistry, 1986: 432. (In Russ.).
