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

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