ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОМ ХИМИИ, 2007, том 81, № 7, с. 1212-1220
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ^^^^^^^^^^^^ РАСТВОРОВ
УДК 544.33+54-145.2+544.354.5
ТЕРМОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДИКЛОФЕНАКА НАТРИЯ ПРИ 293.15-318.15 K
© 2007 г. Н. Г. Манин*' **, Г. Л. Перлович*, А. Н. Манин**, А. Фини***
*Российская академия наук, Институт химии растворов, Иваново **Ивановский химико-технологический университет ***Университет Болоньи, Институт химических наук, Италия E-mail: mng@isc-ras.ru Поступила в редакцию 12.05.2006 г.
На изопериболическом калориметре измерены энтальпии растворения и энтальпии разведения водных растворов диклофенака натрия при 293.15-318.15 К. Установлено, что содержание электролита, определяемое его растворимостью, не превышало 0.035-0.057 моль/кг растворителя в зависимости от температуры. В рамках модели Питцера получены вириальные коэффициенты, которые позволили рассчитать широкий набор избыточных термодинамических свойств как раствора, так и его компонентов.
Одной из основных проблем фармацевтической и медицинской химии является изучение вопроса о транспорте лекарственных соединений к местам их функционирования. Понимание фундаментальных основ процесса растворения и распределения лекарственных соединений в тканях организма позволяет поднять их использование на более высокий качественный уровень, резко сокращая необходимые дозы. Особый интерес представляют водные и октаноловые растворы, а также их смеси, как системы, моделирующие межклеточные и мембранные пути доставки лекарственных соединений [1-4]. Липофильные и гидрофильные свойства молекул составляет одну из самых важных характеристик лекарственных соединений, которые существенно влияют на их транспортные свойства. Одним из путей разрешения отмеченной проблемы является изучение термодинамических свойств растворов этих соединений, которые чувствительны к межчастичным взаимодействиям между компонентами раствора и структурным перестройкам в растворе. Следует отметить, что энтальпия растворения (разведения) лекарственных соединений, являясь важным термодинамическим свойством, эффективно применяется для их исследования [5-9].
В настоящей работе на основе калориметрического эксперимента исследованы термодинамические свойства водных растворов диклофенака натрия (2-[(2,6-дихлороанилино)фенил]ацетат натрия). Поскольку процессы распределения лекарственных соединений сильно зависят от их состояния в водной фазе, то несомненный интерес вызывает понимание и описание этого состояния в широком интервале изменения свойств (концентрации и температуры).
Для изучаемого класса соединений (нестероидные противовоспалительные препараты) этим вопросам в литературе не уделялось должного внимания. Следует отметить лишь единственную публикацию, в которой получены энтальпии растворения диклофенака натрия (Ка_БС) в буферном водном растворе при разных рН и 310.15 К [10]. Однако необходимо подчеркнуть, что для проведения такого рода исследований в растворах разной природы изначально необходим раствор сравнения, который не осложнен различными межчастичными взаимодействиями, кроме взаимодействий растворяемого вещества с растворителем или растворяемое вещество-раство-ряемое вещество в том же растворителе. Такой средой должен выступать индивидуальный растворитель, например, вода без каких-либо электролитных добавок (по крайней мере, на начальном этапе исследований). Кроме того, вызывает интерес и описание состояния лекарственного вещества в индивидуальном растворителе.
В литературе имеется полуэмпирический подход Питцера [11-13] для описания дальних и ближних межионных взаимодействий в растворах. Он позволяет рассмотреть термохимические данные в рамках единой модели в широком концентрационном и температурном интервале, а также рассчитать весь набор избыточных термодинамических характеристик растворов на основе только термохимического эксперимента.
Цель работы - получить экспериментальные данные по энтальпиям растворения диклофенака натрия в воде во всем интервале составов в интервале температур 293.15-318.15 К, рассчитать вириальные коэффициенты в рамках модели Питцера и определить с их помощью термодинамиче-
ские характеристики водного раствора Na_DC и его компонентов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовалась свежеприготовленная бидистиллированная вода (удельная электрическая проводимость воды % = 1.4 х 10-6 См/см). Диклофенак натрия ("х.ч.", выше 99%) получен из FARCHEMIA (Bergamo, Italy). Исходное соединение перекристаллизовывали из водного раствора, высушивали при температуре 373 К в течение 8 ч и затем хранили в эксикаторе при температуре ~20°C до проведения экспериментов. На ДСК кривых высушенного препарата не наблюдалось никаких тепловых эффектов, связанных с наличием кристаллогидратов, вплоть до температуры разложения соли.
Поскольку в воде при pH 7 только 0.16% соли находится в неионизированной форме [10], то можно считать, что диклофенак натрия в воде полностью ионизирован. Гидролизом также пренебрегали (степень гидролиза соли составила 0.05%).
Измерения энтальпий растворения электролита и разведения его водных растворов в воде проводились на изопериболическом микрокалориметре ампульного типа в реакционных сосудах 30 и 50 см3. Автоматическая схема регулирования обеспечивает точность поддержания температуры не ниже 2 х 10-3 К. Температурная и тепловая чувствительность калориметра составила соответственно 5 х 10-6 К/мм и 5 х 10-3 Дж/мм шкалы регистрирующего прибора. Погрешность измерений составила 0.6%. Описание калориметра, калориметрической установки и методики эксперимента приводится в [14, 15]. Оценка надежности работы калориметра и точности получаемых данных оценивалась по энтальпии растворения KCl в воде, величина которой соответствовала рекомендованному значению [16].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Экспериментальные данные по энтальпиям растворения (разведения) диклофенака натрия в воде при различных температурах, полученные в настоящей работе, приведены в табл. 1, 2.
Энтальпия растворения Na_DC в воде (ApHm) в ряде случаев (табл. 1) рассчитывалась по формуле
Ap Hmi = Ap Hmf - Adll Hm
(1)
AdllH
= Ьф(mf) - Ьф(mt) = L
ф,
(2)
где mi и ту - начальная и конечная моляльные концентрации электролита в растворе соответственно, Ьф - относительная парциальная молярная энтальпия раствора электролита при моляль-ности т.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Выражение для относительной парциальной молярной энтальпии (Ьф) в модели Питцера [13] выглядит следующим образом:
Ьф = (2ЛЯ/3Ь) 1п (1+ Ь1т) -
-2 Vm Vx RT (mBM
2 ^ m CmA
c),
(3)
где
BMx = (dßMX/dT),,_ + (2/a21 )X
xOßMX/dT), „{ 1 - (1 + a,11 2)exp(-a,11 2)} +
1/2,
т1/2ч
(2/a21 )(dßMX / d T) i, _ x
1/2
1/2
x {1- (1 + a2Г2)exp(-a21 )}, CMx = 0.5 (Vm Vx )ш (ЭСМх/Э T)h p,
(4)
(5)
где I = 0.5 ^ тгг2 - ионная сила раствора, zM и гх -
величина заряда катиона и аниона соответственно, vM и vх - число катионов и анионов в молекуле растворяемого электролита, Лн - теоретический ограничительный наклон (предельный наклон Де-бая-Хюккеля) для энтальпийной характеристики
AH = -(3/2 )VRT Ay х х (1/T + Эln£/ЭT - (1/3)Эlnd/ЭT),
Ay
^ 2nNAe6d Л (£kT)3 х 103
1/2
= 3 Аф
(6)
(7)
с учетом энтальпий разведения водных растворов
/Л ттт1 ^ тг.
соли от т! до ту(АЛ1 Н ).
Молярную энтальпию разведения раствора
электролита (АШ1Н"' ^ т/) можно представить следующим образом:
Здесь V = 2 - число составляющих электролит ионов, £ - диэлектрическая проницаемость растворителя, ё - плотность растворителя, ЫА - постоянное число Авогадро, к - постоянная Больц-мана, Я - универсальная газовая постоянная (8.3143 Дж/(моль К)), Лу и Лф - коэффициенты Де-бая-Хюккеля для функций коэффициента активности и осмотического коэффициента соответственно. Значения предельного наклона Дебая-Хюккеля для энтальпийной характеристики при различных температурах для электролита типа 1-1 заимствованы из [17] и приведены в табл. 1.
Первое слагаемое в уравнении (3) учитывает дальнодействующие электростатические взаимодействия. Второе слагаемое, с помощью вириаль-
Таблица 1. Энтальпии растворения (кДж/моль) №_БС в воде при различных температурах
т ДрНт т
Т =
0.00045 -3.135* 0.00098
0.00077 -4.327 0.00118
0.00078 -4.266* 0.00201
0.00083 -3.578* 0.00218
0.00090 -2.740* 0.00349
0.00094 -4.133 0.00387
Т =
0.00066 1.320* 0.00592
0.00439 2.068 0.00891
0.00499 2.159 0.01305
Т =
0.00051 1.582* 0.00170
0.00057 1.626* 0.00212
0.00104 1.779 0.00224
0.00128 2.069* 0.00789
Т =
0.00062 3.453 0.00104
0.00066 3.822* 0.00149
0.00071 3.964* 0.00209
Т =
0.00105 5.689* 0.00232
0.00119 6.627* 0.00268
0.00131 5.180 0.00293
0.00142 6.577* 0.00301
0.00191 6.515* 0.00373
ДрНт
т ДрНт т ДрНт
Дж кг1/2 моль-3/2
0.00479 -2.031 0.01316 -0.155
0.00616 -1.475 0.01615 0.225
0.00876 -1.692 0.01938 0.353
0.00914 -0.635 0.02895 0.345
0.01314 -0.176 0.03505 0.900
: 293.15 К, АН = -3.270* -3.633 -2.804* -3.084* -2.524 -2.079 : 298.15 К, АН = 2.260 3.017 3.648 303.15 К, АН = 2.571 2.680* 1.991 2.802 308.15 К, АН = 3.621* 4.046 3.436*
1448 Дж кг1/2 моль-0.01608 0.02081 0.02174 1590 Дж кг1/2 моль-0.01425 0.02008 0.02389 0.02895 1740 Дж кг1/2 моль-0.00437 0.00552 0.00979
-3/2
3.751 4.450 4.427
3/2
3.907 4.202 3.857 4.106*
3/2
4.674 5.332 5.746
Т = 318.15 К, АН = 2069 Дж кг1/2 моль-3/2
6.429*
6.329
6.695*
6.995*
6.710*
0.00435 0.00543 0.00631 0.00961 0.01036
6.607 7.412 6.783* 8.221 8.627
0.02871 0.03314 0.04412
0.03505 0.04301 0.04744
0.01128 0.02519 0.03444 0.04580
0.01963 0.02576 0.02984 0.04410 0.05698
* Изменение энтальпии при растворении Ка_БС в воде, рассчитанные из теплот разведения (табл. 2).
ных коэффициентов вМх, вмх, вмх и С^х индивидуальных для каждого электролита и зависимых от температуры и давления, учитывает парные
(вмх, вмх, вмх) и тройные (сМх) близкодействующие взаимодействия. За близкодействующее взаимодействие между парами одноименно и разноименно заряженных ионов отвечает коэффициент рМХ, а за взаимодействие только разноименно заряженных ионов коэффициент рМХ, за ассо-
( 2)
циативные процессы коэффициент рмх. Обычно
р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.