Научная статья на тему 'Экстракционно-спектрофотометрическое определение пуриновых алкалоидов в водных растворах с применением алифатических спиртов'

Экстракционно-спектрофотометрическое определение пуриновых алкалоидов в водных растворах с применением алифатических спиртов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
369
77
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АЛКАЛОИДЫ / ЭКСТРАКЦИЯ / АЛИФАТИЧЕСКИЕ СПИРТЫ / УФ-СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ / ALKALOIDS / EXTRACTION / ALIPHATIC ALCOHOLS / UF- SPECTROPHOTOMETRY

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Коренман Яков Израильевич

Для экстракции кофеина, теобромина и теофиллина из водных растворов применены алифатические спирты С3 С9. Водные концентраты анализировали методом УФ-спектрофотометрии. Рассчитаны коэффициенты распределения и степень извлечения алкалоидов. Изучено влияние длины углеводородного радикала в молекуле растворителя и природы высаливателя на межфазное распределение алкалоидов. Установлена зависимость количественных характеристик экстракции от числа активных групп в структуре алкалоидов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Коренман Яков Израильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Extraction-spectrophotometric determination of purine alkaloids in water solutions using aliphatic alcohols

For extraction of caffeine, theobromin and theophylline from water solutions are applied aliphatic alcohols С3 С9. Water concentrates analyzed method UFspectrophotometry. Factors of distribution and extraction degree are calculated. Influence of length of a hydrocarbonic radical in a solvent and nature olecule salting-out agent on interphase distribution of alkaloids is studied. Dependence of quantitative characteristics extraction from number active groups in structure alkaloids is established.

Текст научной работы на тему «Экстракционно-спектрофотометрическое определение пуриновых алкалоидов в водных растворах с применением алифатических спиртов»

Фестник^Т^ИЖ № 2, 2012

УДК 543.421/.424

Профессор Я.И. Коренман, аспирант О.А. Кривошеева

(Воронеж. гос. ун-т инж. технол.) кафедра физической и аналитической химии, тел. (473) 255-07-62

Экстракционно-спектрофотометрическое определение пуриновых алкалоидов в водных растворах с применением алифатических спиртов

Для экстракции кофеина, теобромина и теофиллина из водных растворов применены алифатические спирты Сз - С9. Водные концентраты анализировали методом УФ-спектрофотометрии. Рассчитаны коэффициенты распределения и степень извлечения алкалоидов. Изучено влияние длины углеводородного радикала в молекуле растворителя и природы высаливателя на межфазное распределение алкалоидов. Установлена зависимость количественных характеристик экстракции от числа активных групп в структуре алкалоидов.

For extraction of caffeine, theobromin and theophylline from water solutions are applied aliphatic alcohols Сз - С9. Water concentrates analyzed method UF- spectrophotometry. Factors of distribution and extraction degree are calculated. Influence of length of a hydrocar-bonic radical in a solvent and nature olecule salting-out agent on interphase distribution of alkaloids is studied. Dependence of quantitative characteristics extraction from number active groups in structure alkaloids is established.

Ключевые слова: алкалоиды, экстракция, алифатические спирты, УФ-спектрофотометрия.

Кофеин, теофиллин, теобромин входят в состав некоторых пищевых продуктов. Кроме того, широко применяются в фармацевтике в качестве стимуляторов физической и умственной деятельности, диуретиков, сосудорасширяющих средств, при лечении различных отравлений, коронарной недостаточности. Содержание алкалоида в препарате строго нормируется. При передозировке (более 300 мг в сутки) алкалоиды вызывают состояние тревоги, тремор, головную боль, сердечные экстра-систолии. Для установления безопасности ал-калоидсодержащих пищевых продуктов и фармацевтических препаратов необходима разработка экспрессной и легковыполнимой методики определения пуриновых алкалоидов в водных средах.

Жидкостная экстракция длительное время применяется для извлечения и концентрирования органических соединений разных классов из водных растворов [1].

Содержание алкалоидов в водных объектах находится на уровне микроколичеств. Для снижения пределов обнаружения необходима стадия предварительного концентрирования, часто осуществляемая методом

© Коренман Я.И., Кривошеева О.А., 2012

жидкостной экстракции. Однако известные способы экстракции с применением гидрофобных растворителей не обеспечивают достаточную полноту извлечения и высокие коэффициенты концентрирования сульфоазокра-сителей из водных сред [2]. Нами разработаны системы на основе гидрофильных растворителей, характеризующиеся повышенными экстракционными характеристиками.

Обязательным условием экстракции растворителями, частично или полностью смешивающимися с водой, является введение до экстракции в водный раствор высаливателя. Соли способствуют образованию самостоятельной органической фазы, повышают количественные характеристики экстракции - коэффициенты распределения (D) и степень извлечения (Я., %).

Известен коэффициент распределения кофеина, теобромина и теофиллина в системе хлороформ - вода (21,4; 0,40 и 0,30 [3], при этом степень извлечения алкалоидов из водных растворов хлороформом не превышает 10 %. Для повышения коэффициентов распределения алкалоидов нами применена экстракция алифатическими спиртами (Сз - С9) и вы-саливатель (сульфат аммония) [4].

ФестникФТУИт:, № 2, 2012_

Готовили водно-солевой раствор алкалоида с концентрацией 0,05 мкг/см3. Навеску алкалоида фармакопейной чистоты (5 мг) помещали в мерную колбу вместимостью 100 см3, растворяли в небольшом объеме воды и доводили до метки насыщенным раствором высаливателя. В качестве экстрагентов применяли спирты нормального строения (пропиловый, бутиловый, пентиловый, гексиловый, гептиловый, октило-вый, нониловый). К 10 см3 полученного водно-солевого раствора алкалоида добавляли 1 см3 спирта, экстрагировали на вибросмесителе (5 мин, 20±1 °С). После разделения фаз измеряли оптическую плотность равновесного водно-солевого раствора на УФ-спектрофотометре (SHIMADZU ЦУ МШ-1240, кварцевая кювета, I = 1 см, X = 272 нм) [5]. Максимум светопогло-щения, предварительно установленный по спектральным характеристикам растворов алкалоидов, одинаков при определении компонента в водном и водно-солевом растворах.

Коэффициенты распределения вычисляли по уравнению [6]:

где Со и Св - концентрации алкалоида в органической и водной фазах.

Алкалоиды - высокогидратированные соединения, легко растворяются в воде и практически не извлекаются гидрофобными растворителями. Нами применена экстракция пуриновых алкалоидов алифатическими спиртами, максимальный эффект достигается в системе с наиболее гидрофильным н.пропиловым спиртом (табл.1) при извлечении наиболее гидратированного кофеина (рис.1).

В качестве высаливателя применяли сульфат аммония. Этот электролит оказывает наибольшее высаливающее действие на экстракцию алкалоидов по сравнению с другими изученными нами солями вследствие более высокой растворимости в воде по сравнению, например, с сульфатом натрия, хлоридом натрия или сульфатом лития (табл.2) [7].

С повышением растворимости соли возрастает конкурирующее влияние соответствующих ионов. Это приводит к уменьшению гидратации, следовательно, растворимости экстрагируемого вещества в воде и усилению высаливающего эффекта [8].

Коэффициенты распределения алкалоидов (п = 3, Р = 0,95)

Т а б л и ц а 1 пуриновых

Спирт Кофеин Теобромин Теофил-лин

н.пропиловый 39,7±2,5 33,1±2,6 30,1±2,5

н.бутиловый 20,0±1,7 17,8±2,1 16,4±2,1

н.пентиловый 11,5±1,2 10,0±1,8 6,1±1,8

н.гексиловый 4,9±0,9 4,5±1,4 3,1±1,5

н.гептиловый 3,2±0,8 2,4±0,6 2,3±1,1

н.октиловый 2,6±0,5 2,0±0,4 1,2±0,7

н.нониловый 1,1±0,3 0,8±0,3 0,5±0,2

Т а б л и ц а 2 Некоторые характеристики высаливателей

Высаливатель Молекулярная масса Растворимость г/100 см3 Н2О, 200С Плотность, г/см3

Ка2Б04 142,1 19,2 2,70

№С1 58,4 36,0 2,16

Li2SO4 109,9 34,2 2,03

132,2 75,4 1,77

Механизм распределения алкалоидов между водной и органической фазами во многом определяется его структурой и природой экстрагента. Присутствие воды в равновесных фазах обусловливает процессы сольватации и гидратации алкалоидов и высаливателя [9]. Сольватация алкалоидов объясняется образованием водородных связей между атомами кислорода в структуре кофеина и свободными электронными парами атома водорода ОН-групп спиртов.

В гомологическом ряду спиртов с увеличением длины углеводородного радикала их экстрагирующая способность по отношению к алкалоидам снижается. Это объясняется ослаблением водородной связи между экстра-гентом и распределяемым веществом, уменьшением количества ОН-групп, снижением гидрофильности спирта [7] (рис. 1).

с

®естник®ТУИЩ № 2, 202

lap

Рис. 1. Зависимость коэффициентов распределения кофеина (1), теобромина (2) и теофиллина (3) от числа С-атомов в спиртах нормального строения

В гомологическом ряду алкалоидов количественные характеристики экстракции снижаются в ряду:

кофеин > теобромин > теофиллин. Это объясняется наибольшей поляризацией молекулы кофеина в растворе, и, следовательно, максимальной гидрофильностью по сравнению с теобромином и теофиллином (рис.2).

И 'Нз

сн,

(б)

Рис.2. Структурные формулы кофеина (а), теобромина (б), теофиллина (в)

Таким образом, установлена возможность извлечения кофеина гидрофильными растворителями из водных сред. Разработанная методика легковыполнима, экспрессна (30-40 мин). Воспроизводимость полученных данных проверена методом «введено-найдено» (табл. 3).

Т а б л и ц а 3 Определение алкалоидов в водном растворе,

(n = 3, P = 0,95)

Алкалоид Введено, мкг Найдено, мкг Sr

Кофеин 50,0 48,4±9,62 0,08

Теобромин 50,0 49,6±10,55 0,09

Теофиллин 50,0 48,8±12,03 0,10

Кофеин 2,00 1,87±0,54 0,12

Теобромин 2,00 1,91±0,72 0,15

Теофиллин 2,00 1,89±0,82 0,17

Минимально определяемые концентрации алкалоидов по предлагаемой методике находятся на уровне 0,05 мкг/см3.

ЛИТЕРАТУРА

1. Юртов, Е.В. Структурообразование в экстракционных системах [Текст] / Е.В. Юртов // Структурообразование и межфазные явления в системах жидкость-жидкость. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. - 2001. - С.84 -95.

2. Muthuraman, G., Palanivelu, K. // Dyes and Pigments. 2005. V. 64, № 3. P. 251 - 257.

3. Егуткин, Н.Л. Метод реэкстракции определения кофеина [Текст] / Н.Л. Егуткин, Н.Г. Комисарова, А.М. Сыркин // III Между-нар. конф. «Экстракция органических соединений». - Воронеж. - 2005. - С. 325.

4. Мокшина, Н.Я. Экстракция и определение ароматических а-аминокислот и водорастворимых витаминов - закономерности и новые аналитические решения [Текст]: Дис... док. хим. наук / Н.Я. Мокшина. - Краснодар: Кубан. гос. ун-т, 2007.

5. Основы аналитической химии. Практическое руководство [Текст] / под. ред. Ю.А. Золотова. - М.: Высш. шк. - 2001.

6. Мокшина, Н.Я. Экстракция аминокислот и витаминов [Текст] / Н.Я. Мокшина. -Воронеж, 2007.

7. Солдатов, В.С. Ионообменная экстракция аминокислот [Текст] / В.С. Солдатов // III Междунар. конф. «Экстракция органических соединений». - Воронеж. - 2005. - С. 7 - 8.

8. Мокшина, Н.Я. Экстракция некоторых алифатических аминокислот из водных растворов с применением смеси гидрофильных растворителей [Текст] / Н.Я. Мокшина, С.И. Нифталиев, О.А. Пахомова // Хим. технология. - 2005. - № 5. - С. 44 - 46.

О

(а)

I

СН, 00

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.