CC BY
2
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИОНОФОРОВ НА ОСНОВЕ ФОСФОРНОВОЛЬФРАМОВОЙ КИСЛОТЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИОН-СЕЛЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Абдурахмонова Замира Эргашбоевна
ассистент кафедры фармакологии Самаркандского государственного медицинского университета,
Узбекистан, г. Самарканд Е-mail: [email protected]
Мурадова Зулфия Бегмуродовна
канд. хим. наук, доцент кафедры аналитической химии Самаркандского государственного университета, Узбекистан, г. Самарканд
Сманова Зулайхо Асаналиевна
д-р хим. наук, профессор кафедры аналитической химии Национального университета Узбекистана, Узбекистан, г. Ташкент
SYNTHESIS AND STUDY OF IONOPHORES BASED ON PHOSPHORATE TIGENSTANT ACID INTENDED FOR THE CREATION OF ION-SELECTIVE ELECTRODES FOR PHARMACOLOGICAL PURPOSE
Zamira Abdurakhmonova
Assistant,
Department of Pharmacology, Samarkand State Medical University,
Uzbekistan, Samarkand
Zulfiya Muradova
Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of Analytical Chemistry,
Samarkand State University, Uzbekistan, Samarkand
Zulaykho Smanova
Doctor of Chemical Sciences, Professor of the Department of Analytical Chemistry of the National University of Uzbekistan, Uzbekistan. Tashkent
АННОТАЦИЯ
Осуществлен синтез гетерополикислот, содержащих вольфрам и фосфор, позволяющий их использование в качестве ионофора для пленочных ионоселективных электродов фармакологического назначения. Установлены оптимальные соотношения ингредиентов синтезируемого ионофора и изучены элементный состав и ИК-спектры самого ионофора в виде додeкафосфорновольфрамовой кислоты и продуктов ее взаимодействия с парацетамолом
Библиографическое описание: Абдурахмонова З.Э., Мурадова З.Б., Сманова З.А. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИОНОФОРОВ НА ОСНОВЕ ФОСФОРНОВОЛЬФРАМОВОЙ КИСЛОТЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИОН-СЕЛЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2024. 7(121). URL: https://7universum.com/ru/nature/archiYe/item/17901
и бромкегексином. Полученные результаты свидетельствуют о возможности создания пленочных ион-селективных электродов для анализа указанных фармцевтических препаратов.
ABSTRACT
The synthesis of heteropolyacids containing tungsten and phosphorus has been carried out, allowing their use as an ionophore for film ion-selective electrodes for pharmacological purposes. The optimal ratios of the ingredients of the synthesized ionophore were established and the elemental composition and IR spectra of the ionophore itself in the form of dodecaphosphorotungstic acid and the products of its interaction with paracetamol and bromokehexine were studied. The results obtained indicate the possibility of creating film ion-selective electrodes for the analysis of these pharmaceuticals.
Ключевые слова: фосфорновольфрамовые гетерополикислоты, ионофоры, додекафосфорновольврамовая кислота, парацетамол, бромгексин, ИК-спектроскопия, ионоселективные электроды.
Keywords: phosphotungstic heteropolyacids, ionophores, dodecaphosphorotungstic acid, paracetamol, bromhexine, IR spectroscopy, ion-selective electrodes.
Введение
На сегоднящний день, в связи с бурным развитием химико-фармацевтической промышленности во всем мире возрастает потребность в быстрых, точных и простых методах анализа лекарственных средств. Использование существующих дорогостоящих (ВЭЖХ - высокоэффективной жидкостной хроматографии, капиллярного электрофореза, спектро-фотометрических, электрохимических и др.) методов анализа, требующих сложной аппаратуры, трудоемкой пробоподготовки и высокой квалификации лаборанта, ограничивают их использование для широкого применения в фармацевтическом анализе [1]. В связи с этим разработка экспрессных, простых, экономичных и пригодных для скрининговой оценки состава фармацевтических препаратов представляет особый интерес. Ионоселективные электроды с пластифицированной мембраной являются успешным решением этой проблемы [2]. Решение этой проблемы стимулируют исследования по созданию новых электродно-активных материалов для ионоселективных электродов, предназначенных для неразрушающего контроля лекарственных средств с применением прямых потенциометрических методов.
Целью исследования является синтез и изучение ионофоров на основе фосфорно-вольфрамовых гетерополикислот для ионоселективных электродов лекарственных средств и изучение их свойств.
Материал и методы исследования
В работе использовали вольфрамофосфорную кислоту, вольфрамат натрия, ортофосфорную кислоту, азотную кислоту. Все реагенты были квалификации не ниже «ч.д.а» - чистые для анализа.
Вольфрамофосфорная кислота (ВФК) - другие названия: фосфорно-вольфрамовая кислота, додека-фосфорно-вольфрамовая кислота. Химическая формула - Hз[PWl2O40]•nH2O или H7[P(W2O7)6], молекулярная масса - 2880,2 г/моль (безводный), температура плавления 89 0С [3].
Кислота ДДВФ имеет порошкообразную, бесцветную (слабо-серого цвета) или слегка желто-зеленую кристаллическую форму. Не имеет запаха, не токсична, растворима в воде. «Додека» в названии этой кислоты отражает наличие 12 атомов вольфрама в анионе кислоты.
Структура H7[P(W2O7)6] впервые была определена Дж. Ф. Кеггином, и широко известна как «структура Кеггина» (Рис. 1).
Рисунок 1. Структура Кеггина для додекафосфорновольфрамовой кислоты
Анион [P(Wl2O4o)]3- обладает тетраэдрической симметрией и состоит из клетки из двенадцати атомов вольфрама, соединенных атомами кислорода с
атомом фосфора в центре [4]. Состав додекафос-форно-вольфрамовая кислоты легко изменяется под влиянием внешней среды и при длительном хране-
нии. Поэтому для синтеза электроактивных соединений, требующих исходных материалов высокой степенны чистоты, следует использовать вновь синтезированные додека-вольфрамофосфорные кислоты.
Додекавольфрамофосфорная кислота была получена в результате реакции вольфрамовой кислоты (Н2^^О4) или дигидрата вольфрамата натрия (Na2WO4•2H2O), с фосфорной кислотой в азотнокислой среде [5-6]. Чувствительность к восстановлению додековольфрамофосфорной кислоты значительно ниже, чем чувствительность к восстановлению до-декомолибдинофосфорной кислоты. Додекавольфрамофосфорная кислота - наиболее сильная из известных гетерополикислот.
Как показывают исследования кислотности до-декавольфрамофосфорной кислоты в уксуснокислом растворе ее три иона водорода высвобождаются практически одновременно, а не ступенчато, как у большинства трехосновных кислот (включая и орто-фосфорную), что свидетельствует об одинаковой силе кислотных центров, а следовательно, о том, что кислота полностью диссоциирует даже при низких значениях рН.
В экспериментах для получения додековольфра-мофосфорной кислоты использовали метод, приведенный в [2, 7]. Согласно данного метода готовят смешанный раствор, содержащий вольфрамовофос-форную и азотную кислоты, экстракцию проводят путем смешивания полученного раствора с органической фазой, содержащей высокомолекулярный спирт, а экстрагированную органическую фазу, сохраняющую додековольфрамофосфорную кислоту, промывают дистиллированной вода. Промывка органической фазы осуществляют дистиллированной водой при объемном соотношении органической и водной фаз, равной 5:1. Органическую фазу удаляют испарением при легком нагревании, в результате получают кристаллы додекавольфрамофосфорной кислоты.
Для проведения процесса синтеза растворяли в воде вольфрамовую кислоты, после чего к раствору добавляли фосфорную и азотную кислоты. Получили смешанный раствор, содержащий 120 г/л три-оксида вольфрама, 5 г/л фосфора и 3 моль/л. азотной
Количество препарата, необходимое
кислоты. Исходя из концентрации триоксида вольфрама, полученного в очищенном растворе, выход продукты реакции составил до 91,6%.
Для этого в мерной колбе емкостью 500 мл растворяли 62,5 г в дистиллированной воде и получали 0,5-молярный раствор Nа2W04 (раствор 1). Концентрация WOз в этом растворе составляет 116 г/л. 0,94 мл или 1,58 г (плотность 1,685 г/мл) 85% ного (концентрированного) Н3РО4 разбавляли до 100 мл, получая 100 мл раствора фосфорной кислоты, содержащей 5 г/л фосфора (раствор 2). Количество фосфора в этом растворе составляет 0,43 г. Для приготовления раствора, содержащего 3 моль/л азотной кислоты, 95 г азотной кислоты разбавляли до 0,5 л (раствор 3). В ходе синтеза к 500 мл раствора азотной кислоты (раствор 4) добавляем 100 мл раствора фосфорной кислоты. К полученному раствору 4 добавляли раствор 1 при медленном перемешивании. Четырехстадийную противоточную экстракцию осуществляли при соотношении М/В (масляная фаза/водная фаза) 1:1, используя 15% н-октанола в качестве экстрагента и сульфированный керосин в качестве растворителя и отделенную органическую фазу подвергали пятиступенчатой противоточной обработке водой (масляная фаза/водная фаза) = 5:1. Очищенный раствор с концентрацией триоксида вольфрама 549,6 г/л кристаллизовали упариванием были получены белые кристаллы ГПС.
На следующем этапе готовили растворы элек-тродно активных веществ, необходимых для синтеза ионофоров.
В экспериментах изучены возможности применения H3[PW1204o] в качестве электродноактивного компонента ионоселективных электродов.
Концентрация растворов ФВК, использованных в работе составляла 0,025; 0,05; 0,10; 0,20 М. Готовили растворы Н7[Р^207)б] учитывая, что молекулярная масса этого соединения равна 2916,1 г.
В таблице 1 приводятся исходные данные для приготовления рабочих растворов фармацевтических препаратов, которые в дальнейшем были использованы для получения электроактивного вещества мембраны ионоселективного электрода и оценки его селективности.
Таблица 1.
для приготовления 100 мл раствора
№ Название препарата Состав препарата Мол.масса. Концентрация, моль/л
0,010 0,025 0,050 0,10
Количество вещества, необходимое на 100 мл раствора, мг
1 Димедрол гидрохлорид С17Н21НО- НС1 291,8 0,292 0,729 1459 2918
2 Парацетамола гидрохлорид С8Н9Ш2- НС1 151,2 0,151 0,378 0,756 1512
3 Дипразин гидрохлорид СпН2о№8-НС1 284,4 0,284 0,711 1422 2844
4 Бромгексина гидрохлорид С14Н20 ВГ2Н2НС1 412,6 0,413 1032 2063 4126
В таблице 2 представлены результаты синтеза И3[Р^12О40)] и соответствующего лекарственного
электроактивного соединения (ЭАС) на основе до- препарата.
декафосфорновольфрамовой кислоты -
Таблица 2.
Результаты синтеза ЭАС на основе додекафосфорновольфрамовой кислоты - №^^^40)]
и лекарственных препаратов
№ Формула полученного ЭАС Формула препарата Наименование продукта Выход, %
0,1 моль/л
1 (С17Н22Ш)з[Р^12О40)] С17Н21НОНС1 Димедрол ДДВФ* 94,7
2 (С8Н10Ш2)з[Р^12О40)] С8НШ2-НС1 Парацетамол ДДВФ* 91,4
3 (СпЪ^^РС^О*))] Cl7H20N2S•HC1 ДипразинДДВФ* 90,2
4 (С14Н21ВГ2Щз[Р^12О40)] С14Н20 ВГ2Н2НС1 Бромгексин ДДВФ* 94,3
*ДДВФ-додековольфрамофосфат
Из таблицы 2 видно, что выход синтезированного продукта варьируется в пределах 90-95% в зависимости от его состава.
Синтез соединения, содержащего гидрохлорид парацетамола (СвНдМО-ИО) и додекавольфрамо-фосфат (С8К9Ш)2№^1204о]-2НЛ проводили в мольном соотношении компонентов 3:1. Схема образования этого соединения приведена ниже:
В следующих экспериментах был осуществлен синтез соединений ряда препаратов, используемых в работе, с фосфорновольфраматными гетерополи-кислотами. Синтез смесей проводился при температуре 85 0С. Для этого к нагретым водным растворам лекарственных препаратов при постоянном перемешивании добавляли водные растворы фосфорволь-фраматных гетерополикислот. Смесь нагревали в течение 0,5 часа. Через некоторое время из раствора оседали блестящие желтоватые кристаллы кубической структуры. Полученные кристаллы отделяли от
раствора, промывали холодной водой и сушили при комнатной температуре в течение 12 часов.
В ходе исследований проведен ИК-спектроско-пический анализ ионофорных соединений, синтезированных на основе лекарственных препаратов и гетерополикислот. Исследования выполнены на ИК-Фурье-спектрофотометре Shimadzu ЖАНЗШу 18*.
На рисунке 2 представлены ИК спектры исходных веществ (додекавольфрамофосфата, фармацевтического препарата) и их комплекса на примере димедрола с додекавольфрамофосфата.
сИтес1го1
сМтес!го1 (овллга!. (овЫоКгата!
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 А= 5т 1
90
80
60
50
Л/>
500
сЛтес!го1 сКтейго! й^оуоКгата!
1000
Л= $пг'
1500
Рисунок 2. ИК-спектры фосфорновольфрамата натрия (1), димедрола (2) и комплекса димедрола с фософоровольфраматом (3). Слева (б) - увеличенное изображение участка ИК-спектра
Сравнивая эти результаты, мы видим следующие похожие пики среди спектров на рисунке 1. К ним относятся 767,668 см-1, 902,685 см-1, 968,26 см-1, 1070,492 см-1 длины волн соответственно Т%=60,43, Т%=79,534, Т%=67,246, Т%= 73,5816 пиков интенсивности. Отсюда можно сделать вывод,
что состав синтезированной нами соли для ионосе-лективного электрода соответствует соли димедрол-фосфовольфрамата.
В таблице 3 представлены результаты более подробной расшифровки ИК-спектра, характерного для различных функциональных групп и радикалов.
Таблица 3.
Отнесение полос пропускания ИК-спектра, характерных для разных функциональных групп и радикалов
Волновое число, см-1 Название Функциональная группа
636 см-1 Деформация бензольного кольца -С-Ы и -Б=Б-
848 см-1 Бензольное кольцо в параположение 0
1168 см-1 Эфир -Б^-О-С
1691 см-1 Кетоновая группа -СО-Б^-
1681см-1 Третичная амино группа .А
В таблице приведены данные, где полосы спектров соответствуют конкретной функциональной группе или радикалу. Если проанализировать эту спектрограмму в спектрограмме полоса при 636 см-1 представляет собой деформационное колебание связей Б^ в бензольном кольце молекулы, полоса при 848 см-1 связана с колебанием паразамещенного радикала бензольного кольца, 1168 см-1 - колебанию насыщенной эфирной группы, 1691 см-1 - колебанию кетоновой группы в молекуле, а полоса с длиной волны 1681 см-1 соответствует третичной аминогруппе. ИК-спектроскопические исследования синтезированных ионофорных соединений подтверждают, что они входят в комплекс в качестве лигандов.
Выводы
Изучены закономерности синтеза ионофоров на основе додекатофофоровой кислоты и димедрола гидрохлорида, парацетамола гидрохлорида, дипразина гидрохлорида, бромгексина гидрохлорида для ионсе-лективных электродов для мониторинга лекарственных средств и на основе наблюдаемых закономерностей определены оптимальные пропорции мембранных композиций с лучшими электроаналитическими свойствами. Состав синтезированных ионофоров изучен методом ИК-спектроскопии.
Благодарности
Авторы выражают благодарность доценту Института биохимии СамГУ Х.Ташпулатову за практическую помощь в проведении анализа полученных ионофорных соединений на ИК-спектрофотометре БЫша^и ЖЛШШу 1Б БТ.
Список литературы:
1. Молчанов В.В., Максимов Г.М., Максимовская Р.И., Гойдин В.В., Буянов Р.А. Синтез гетерополикислот и их соли с применением механохимической активации //Журнал Неорганические материалы. - 2003. -Т.39. -№ 7. - С. 812-819.
2. Степнова А.Ф. Синтез и физико-химические исследования изо- и гетерополиметаллатов ванадия, молибдена и вольфрама. Автореф. дисс. канд. химических наук. - М.: 2017. - 24 с.
3. Патент РФ RU2373153S1 Опубликовано: 2009 г. /Коропачинская Н.В., Тарабанко В.Э., Тарабанко Н.В. Окисляющая молибденованадофосфорная гетерополикислота //
4. Матвейчук Ю.В., Рахманько, Е.М.,Лещев, С.М.,Окаев, Э.Б.,Власова, В.Я., Снигирева, Н.М. Якименко, О.В.Синтез и очистка ионофоров и экстрагентов с помощью ячеек создания ионселективных электродов и аналитически-диагностической системы.//Отчёт о научно-исследовательские работы. БГУ. -2018 . ЬИр8://е11Ъ.Ь8и.Ьу/ЪапШе/123456789/214277 .
5. Патент РФ ЯШ559773С1988-08-041994-10-30 Институт катализа СО РАН /Куликова О.М., Куликов С.М., Максимовская Р.И., Кожевников И.В. Способ получения 12-вольфратофосфорной кислоты/ 6. Кожевников И.В. Гетерополикислоты в катализе// Успехи химии 1982. -Т51. - №11 - С. 1875-1896.
6. Кириченко О.А. Синтезы и физико-химические исследования гетерополисоединений 12-го ряда с органическими катионами. Автореф.....канд. хим. наук. - М.,2009. - 27 с.
7. Патент РУ2 728 346. Опубликовано: 29 июля 2020 г./ Джао, Чжунвэй, Ли, Юнли Способ получения фосфор-новольфрамовой кислоты.
