Štúdium lokálnych anestetík – časť 193*
Štúdium vplyvu teploty a prídavku soli na micelizáciu heptakaíniumperchlorátu vo vodnom prostredí

Souhrn

Kritická micelová koncentrácia heptakaíniumperchlorátu vo vodnom prostredí chloridu sodného s rôznou koncentráciou bola stanovená spektrofotometrickou metódou v UV oblasti spektra v teplotnom intervale t = 5–35 °C a pri pH ≈ 4,5–5,0. Závislosť ln (cmc) od teploty mala tvar „U“ („U-shaped“). Hodnoty cmc s teplotou najprv klesajú po určité minimum a potom rastú. Sledoval sa vplyv prídavku NaCl na kritickú micelovú koncentráciu. Tá so zvyšujúcou sa koncentráciou vodného roztoku NaCl rastie po 0,3 mol/l a potom začne klesať. Zároveň sa sledoval vplyv chloristanového oproti chloridovému aniónu na kritickú micelovú koncentráciu.

Kľúčové slová:
lokálne anestetiká – heptakaíniumperchlorát – chlorid sodný – kritická micelová koncentrácia – micelizácia – spektrofotometria

Úvod

Dôležitou vlastnosťou amfifilných molekúl je ich spontánna asociácia v roztoku, tvorba miciel, vezikúl, membrán. Tento proces hrá dôležitú úlohu v mnohých systémoch – od biologických až po technické aplikácie. Rovnako ako tvorba priestorovej štruktúry bielkovín či nukleových kyselín je aj tento proces asociácie riadený hydrofóbnymi a inými typmi interakcíí, ako sú napríklad nekovalentné „solute-solute“ a „solute-solvent“ interakcie ¹⁾.

Micelizáciu vodných roztokov iónových tenzidov okrem hydrofóbnych interakcií značne ovplyvňujú aj elektrostatické interakcie medzi ionizovanými hlavičkami tenzidu v micele a ich interakcie s okolitými protiiónmi a molekulami vody.

V rámci výskumu a vývoja liečiv zo skupiny bázických esterov fenylkarbámových kyselín sa v poslednej dobe kladie dôraz na štúdium vlastností micelových roztokov týchto iónových tenzidov a štúdium vplyvu rôznych faktorov na proces micelizácie. Predmetom štúdia je vplyv teploty, prídavku aditív (organických aj anorganických) či vplyv samotnej štruktúry liečiva na kritickú micelovú koncentráciu a na ďalšie parametre, akými sú ΔG°, ΔH° a ΔS°.

V predkladanej práci sme sa preto zamerali na štúdium vplyvu teploty a prídavku NaCl rôznych koncentrácií na micelizáciu heptakaíniumperchlorátu vo vodnom prostredí a jeho porovnanie s hepatakaíniumchloridom.

POKUSNÁ ČASŤ

Študované látky a prístroje

Študovanou látkou bolo lokálne anestetikum heptakaíniumperchlorát, chemicky N-[2-(2-heptyloxyfenyl-karbamoyloxy)-etyl]-piperidíniumperchlorát, ktorý bol pripravený na Katedre farmaceutickej chémie FaF UK v Bratislave.

Prístroje

Spectrofotometer HP 8452 A Diode Array (Hewlett Packard, Nemecko); analytické váhy (WA 33 typ PRL T A 13/1, Techma Robot, Poľsko); pH meter (Portamess 943 pH, Elekronische Messgeräte GmbH Co., Nemecko); Termostat (Veb ML W Prüfgerate-Werk Medingen/Sity/, Nemecko).

Pracovný postup

Zásobný roztok 1,0 mol/l sme pripravili rozpúšťaním heptakaíniumperchlorátu vo vodnom roztoku chloridu sodného pri izbovej teplote.

Z tohto zásobného roztoku sme pripravili série roztokov s klesajúcou koncentráciou riedením 0,1 mol/l, 0,2 mol/l, 0,3 mol/l, 0,4 mol/l a 1 mol/l roztokov chloridu sodného.

Pri každej koncentrácii sme pri teplotách 5 °C, 10 °C, 15 °C, 20 °C, 25 °C, 30 °C a 35 °C merali absorbanciu jednotlivých roztokov pri λ_max = 234 nm oproti zodpovedajúcemu porovnávaciemu roztoku (príslušný roztok chloridu sodného).

VÝSLEDKY A DISKUSIA

V práci sme sledovali priebeh závislosti absorbancie (A) od koncentrácie (c) heptakaíniumperchlorátu vo vodných roztokoch chloridu sodného s koncentráciami 0,1 mol/l, 0,2 mol/l, 0,3 mol/l, 0,4 mol/l a 1 mol/l v teplotnom intervale 5 °C až 35 °C pri pH ≈ 4,5–5,0. Absorbancie boli merané pri vlnovej dĺžke λ_max = 234 nm v ultrafialovej oblasti spektra oproti odpovedajúcemu porovnávaciemu roztoku.

Pre ilustráciu uvádzame závislosť absorbancie (A) od koncentrácie (c) pre heptakaíniumperchlorát pri teplote 15 °C vo vodných roztokoch chloridu sodného s koncentráciou 0,1 mol/l (obr. 2). Závislosť A = f (c) má rovnaký priebeh pri meraných roztokoch aj pri ďalších teplotách.

Hodnotu cmc sme určili ako priesečník dvoch extrapolovaných kriviek, ktoré interpretovali závislosť absorbancie (A) ako funkciu koncentrácie (c) ²⁾. Na extrapoláciu kriviek sme použili komerčný program Origin Pro. Zistili sme, že hodnoty cmc sa pohybovali v rozmedzí od 3,67.10^-4 mol/l do 5,45.10^-4 mol/l.

Hodnoty cmc a ln (cmc) v závislosti od T sú zaznamenané v tabuľkách 1 až 5. Priebeh závislosti ln (cmc) od teploty T pri rozličných koncentráciách roztokov NaCl znázorňuje obrázok 3. Táto závislosť má tvar „U“ („U-shaped“). Hodnoty boli fitované polynómom druhého stupňa. 

Polynomické rovnice (y = ln (cmc) = A + B.x + C.x²) a koeficienty determinácie (R²) látky heptakaíniumperchlorát v 0,1 mol/l až 1 mol/l vodnom roztoku chloridu sodného boli nasledovné:

y = 26,885 – 0,237 x + 0,0004 x²; R² = 0,97(0,1 mol/l roztok NaCl)

y = 27,277 – 0,239 x + 0,0004 x²; R² = 0,98(0,2 mol/l roztok NaCl)

y = 27,471 – 0,239 x + 0,0004 x²; R² = 0,93(0,3 mol/l roztok NaCl)

y = 18,384 – 0,179 x + 0,0003 x²; R² = 0,96(0,4 mol/l roztok NaCl)

y = 18,068 – 0,178 x + 0,0003 x²; R² = 0,96(1,0 mol/l roztok NaCl)

Pre ilustráciu závislosti kritickej micelovej koncentrácie od koncentrácie roztokov chloridu sodného sme zostrojili graf (obr. 4), ktorý znázorňuje túto závislosť pri teplotách 278,15 K a 283,15 K. Rovnaký priebeh závislosti bol pozorovaný aj pri ďalších meraných teplotách.

Hodnota cmc, resp. ln (cmc) s teplotou klesala po určitú teplotu T* a potom cmc stúpala (tab. 6). Predpokladáme, že tento postupný pokles cmc je zapríčinený desolvatačným procesom prebiehajúcim na koncovej časti postranného reťazca. V minime cmc (c*_cmc) nastal zlom, po ktorom bol pozorovaný nárast cmc, čo je pravdepodobne spôsobené agregáciou uhľovodíkového reťazca a vytvorením miciel ³⁾.

Okrem vplyvu teploty sme v práci sledovali aj vplyv chloridu sodného ako elektrolytového prídavku na kritickú micelovú koncentráciu. Prídavok soli, ktorý s tenzidom nereaguje, podporuje micelizáciu a znižuje cmc hlavne iónových tenzidov ⁴⁾. Vysvetľuje sa to vplyvom iónovej sily a tiež väzbou protiiónov na iónovú skupinu tenzidu ⁵⁾. Túto skutočnosť potvrdzujú viaceré štúdie ^6–11). Výsledkom je, že cmc heptakaíniumperchlorátu pri všetkých koncentráciách vodného roztoku NaCl (tab. 1 až 5) bola nižšia v porovnaní s cmc heptakaíniumperchlorátu vo vodnom prostredí (cmc sa pohybovala v rozmedzí 4,90.10^-4 mol/l až 5,55.10^-4 mol/l) ¹²⁾, teda chlorid sodný ako elektrolytový prídavok podporuje micelizáciu.

Hájková ¹²⁾ sledovala vplyv chloristanového aniónu na kritickú micelovú koncentráciu, kde porovnávala hodnoty cmc heptakaíniumperchlorátu s hodnotami cmc heptakaíniumchloridu vo vodnom prostredí ¹³⁾.

Výsledkom bolo, že anión ClO₄^- oproti Cl^- posúva hodnoty kritickej micelovej koncentrácie k vyšším hodnotám. Z toho vyplýva, že anión ClO₄^- nepodporuje micelizáciu. Aj v našej práci sme dospeli k rovnakému záveru. Tento dej je pravdepodobne spôsobený relatívne väčším van der Waalsovým polomerom chloristanového aniónu oproti chloridovému aniónu.

Vplyv rôznych van der Waalsových polomerov protiiónov na proces micelizácie iónových tenzidov sa skúmal aj v ďalších prácach. Andriamainty a kolektív ¹⁴⁾ sa zamerali na vplyv NaBr na cmc heptakaíniumchloridu. Hodnoty cmc roztokov látok v 0,1 mol/l NaBr a 0,2 mol/l NaBr boli vyššie ako hodnoty cmc roztokov látok v destilovanej vode ¹³⁾. Nepodporovanie micelizácie (oproti destilovanej vode) bolo pravdepodobne spôsobené relatívne väčším van der Waalsovým polomerom bromidového aniónu oproti chloridovému ^{6, 8, 9)} či fluoridovému aniónu ^{7, 10, 11)}, ktoré naopak micelizáciu podporujú (obr. 5).

Ďalej sme v našej práci študovali vzájomný vplyv chloristanového aniónu a prídavku chloridu sodného na kritickú micelovú koncentráciu. Výsledkom bolo, že cmc heptakaíniumperchlorátu stúpala od koncentrácie 0,1 mol/l po 0,3 mol/l roztoku NaCl a potom prudko klesala po koncentráciu 1 mol/l. Pravdepodobne nižšie koncentrácie NaCl menej podporujú tvorbu miciel ako vyššie koncentrácie. Predpokladáme, že chloristanový anión svojou veľkosťou bráni prenikaniu chloridových iónov k polárnym hlavičkám tenzidu, čím by sa znížila sila repulzie medzi nimi, a tým by sa podporila tvorba miciel. Cl^- ióny vo vyššej koncentrácii (0,4–1 mol/l) podporujú vznik miciel. Avšak pri vysokých koncentráciách chloridu sodného (2 mol/l a vyššie) dochádza k vysoľovaniu tenzidu.

Došlo 21. října 2010 / Přijato 20. listopadu 2010

Adresa pre korešpondenciu:

PharmDr. Jana Gališinová
Katedra farmaceutickej chémie FaF UK
Odbojárov 10, 832 32 Bratislava, Slovenská republika
e-mail: jana.galisinova@gmail.com