determinaciÓn de conductividades de lidocaÍna-hcl y
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DETERMINACIÓN DE CONDUCTIVIDADES DE LIDOCAÍNA-HCl Y PROCAÍNA-HCl EN SOLUCIÓN ACUOSA EN FUNCIÓN DE LA
TEMPERATURA Y LA CONCENTRACIÓN
PROYECTO DE GRADO
DIANA CONSUELO RODRIGUEZ BURBANO
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE QUIMICA BOGOTA, D.C.
2008
DETERMINACIÓN DE CONDUCTIVIDADES DE LIDOCAÍNA-HCl Y PROCAÍNA-HCl EN SOLUCIÓN ACUOSA EN FUNCIÓN DE LA
TEMPERATURA Y LA CONCENTRACIÓN
Diana Consuelo Rodríguez Burbano
Proyecto de grado para optar al titulo de Química
ASESOR Edgar Francisco Vargas Escamilla
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE QUIMICA BOGOTA, D.C.
2008
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad de Los Andes por la calidad de formación que me impartió. Al Departamento de Química, a los profesores y al personal administrativo que me colaboraron y permitieron mi formación. Al grupo de investigación de Termodinámica de soluciones, en especial al profesor Edgar Vargas, porque además de ser profesor fue mi guía, tutor y consejero. Al profesor Fleming Martínez por su colaboración y el préstamo de equipos de la Universidad Nacional. A mis compañeros de carrera por su amistad y por levantarme el ánimo en todo momento. Y por último y no menos importante a mis padres, cuyo apoyo fue fundamental en mi vida, y quienes me enseñaron que la clave del éxito está en el trabajo constante y la responsabilidad. A mi familia, en especial a mi Tía Martha, por su complicidad. A Jonathan, por su comprensión, compañía y apoyo. A todas las personas que de una u otra manera participaron en mi formación y el término de esta etapa.
TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCION....................................................................................................................................7
2. OBJETIVOS.............................................................................................................................................9
2.1 OBJETIVO GENERAL .....................................................................................................................9
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.............................................................................................................9
3. MARCO TEORICO ...............................................................................................................................10
3.1 CONCENTRACION CRÍTICA.......................................................................................................10
3.2 CONDUCTIVIDADES....................................................................................................................10
3.3 ANTECEDENTES...........................................................................................................................12
4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL ...................................................................................................14
4.1 REACTIVOS ...................................................................................................................................14
4.2 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES ..............................................................................................14
4.3 DETERMINACIÓN DE CONDUCTIVIDADES ...........................................................................14
a) Calibración de la celda de conductividad .....................................................................................15
b) Determinación de conductividades electrolíticas..........................................................................15
5.1 CALIBRACION DE LA CELDA....................................................................................................16
5.2 CONDUCTIVIDADES EQUIVALENTES.....................................................................................16
5.3 CONDUCTIVIDADES MOLARES ELECTROLITICAS..............................................................16
6. ANALISIS DE RESULTADOS.............................................................................................................25
6.1 CONSTANTE DE CELDA Y CONDUCTIVIDADES EQUIVALENTES....................................25
6.2 CONCENTRACIÓN CRÍTICA.......................................................................................................25
6.3 CONDUCTIVIDADES MOLARES A DILUCION INFINITA .....................................................27
7. CONCLUSIONES..................................................................................................................................31
8. REFERENCIAS .....................................................................................................................................32
ANEXO .....................................................................................................................................................35
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Conductividad equivalente para Procaína-HCl en función de la temperatura y la concentración………………………………………………………………………11 Tabla 2. Conductividad equivalente para Lidocaína-HCl en función de la temperatura y la concentración………………………………………………………………………14 Tabla 3. Concentración crítica en función de la temperatura para PC-HCl y LD-HCl en solución acuosa ………………………………………………………………………20 Tabla 4. Conductividades molares a dilución infinita para PC-HCl y LD-HCl en solución acuosa a diferentes temperaturas…………………………………………..21 Tabla 5. Conductividades molares iónicas y número de transporte en función de la temperatura en solución acuosa……………………………………………………...23
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Estructura molecular de la Lidocaína (LD-HCl) y Procaína (PC-HCl) ………………………………………………………………………………..1 Figura 2. Conductividad equivalente de soluciones acuosas de Lidocaína-HCl en función de la temperatura y la concentración…………………………………………..17 Figura 3. Conductividad equivalente de soluciones acuosas de Procaína-HCl en función de la temperatura y la concentración…………………………………………………..17 Figura 4. Conductividad molar de soluciones acuosas de Lidocaína-HCl en función de la temperatura y la concentración………………………………………………………18 Figura 5. Conductividad molar de soluciones acuosas de Procaína-HCl en función de la temperatura y la concentración………………………………………………………18 Figura 6. Concentración crítica de la Procaína-HCl y Lidocaína-HCl en función de la temperatura……………………………………………………………………………..20 Figura 7. Conductividades molares a dilución infinita en función de la temperatura ………………………………………………………………………………22
1. INTRODUCCION
Las especies químicas estudiadas en este trabajo, Lidocaína-HCl y Procaína-HCl, son
moléculas amfifílicas, que presentan dominios hidrofílicos e hidrofóbicos separados por
una cadena alquílica. (Ver figura 1). El grupo hidrofílico esta representado por un grupo
amino secundario o terciario y el dominio hidrofóbico es el residuo aromático.
Figura 1. Estructura molecular de la Lidocaína (LD-HCl) y Procaína (PC-HCl)
Son utilizadas como anestésicos locales, fármacos iónicos, los cuales se clasifican como de
tipo éster o tipo amida dependiendo del grupo funcional enlazado al residuo aromático. La
naturaleza de este enlace determina las propiedades farmacológicas de estos analgésicos.
[1]
En el desarrollo de productos farmacéuticos, la iontoforesis es una técnica por la cual
moléculas bioactivas y cargadas eléctricamente son transferidas de una solución
electrolítica a través de tejidos por la generación de corriente eléctrica directa débil. Este
fenómeno hace parte de las propiedades de transporte de los fármacos iónicos [2]. A
través de las determinaciones de conductividad eléctrica de soluciones acuosas de fármacos
es posible conocer la magnitud de la corriente eléctrica generada y caracterizar el
comportamiento de estas especies en solución acuosa. Las determinaciones de la
dependencia de conductividad molar con la concentración hace posible obtener
información sobre el comportamiento del soluto lo cual aporta información acerca de las
interacciones soluto-soluto y soluto-solvente [3].
A pesar de la importancia de las determinaciones de la dependencia de la conductividad con
la concentración en solutos iónicos y su aplicación en la comprensión del mecanismo de
acción de los fármacos son pocos los estudios reportados en la literatura, y en general, son
insuficientes los estudios de solutos iónicos en función de la temperatura. Estos aspectos
resaltan la importancia de determinar las conductividades molares en función de la
temperatura y la concentración para este tipo de moléculas. De esta forma se pretende
contribuir al esclarecimiento y compresión de los mecanismos de interacción de estas
moléculas en solución.
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Contribuir al esclarecimiento de las interacciones en solución de solutos de importancia fisicoquímica y farmacéutica.
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
1. Determinar la conductividad electrolítica de soluciones acuosas de lidocaína-HCl y procaína-HCl.
2. Determinar el comportamiento de las conductividades electrolíticas en función de la temperatura y la concentración.
3. Determinar conductividades molares.
4. Interpretar los resultados en términos de las interacciones soluto - solvente y solvente - solvente.
3. MARCO TEORICO
3.1 CONCENTRACION CRÍTICA
La estructura de los compuestos amfifílicos en solución acuosa depende de la auto-agregación entre el soluto, como una posible forma de eliminar contactos energéticamente desfavorables entre la parte no polar y las moléculas de agua que rodean la molécula, exponiendo la parte polar al solvente. Esta organización se conoce como efecto hidrofóbico, y establece un balance entre energías intermoleculares y factores entrópicos. [4]
Los cambios de organización y la estabilidad desde el punto de vista termodinámico de estos sistemas pueden ser cuantificados considerando las interacciones moleculares, lo cual esta directamente relacionado con cambios en la naturaleza del amfifilo. Estos cambios pueden ser evaluados través de la determinación de concentraciones críticas [4]. Estas concentraciones críticas son generalmente evaluadas a partir de estudios de propiedades tales como conductividades electrolíticas, tensión superficial y en menor medida volúmenes molares parciales.
El cálculo de concentraciones criticas, tomando como referencia conductividades, se realiza mediante la determinación de la segunda derivada del comportamiento obtenido para los datos experimentales de conductividad especifica (κ) de una solución acuosa en función de la concentración molal (m). Cambios de pendiente en la grafica de la segunda derivada implican modificaciones estructurales del soluto en solución. Este se verifica mediante el criterio de Phillips [5] el cual establece que a la concentración crítica se cumple:
(1) 03
3
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
=mccmdmkd
3.2 CONDUCTIVIDADES
La conductividad de una solución electrolítica, se expresa como el inverso de la resistencia que esta opone al paso de la corriente y se expresa en Ω-1, unidad que en la actualidad recibe el nombre de Siemens (S). Por tanto la conductividad se expresa como:
(2) )(
1Ω
=R
C
La conductividad de la solución también se puede redefinir por la expresión (3), donde κ es la conductividad equivalente, a es el área de los electrodos y l la distancia entre ellos. Las unidades de κ son S cm-1.
(3) laC κ=
Al igualar las ecuaciones (2) y (3), se obtiene,
(4) laR =⋅κ
Debido a que el área de los electrodos y su separación se hacen constantes, su cociente también es constante y se redefine como K. Esta variable se denomina constante de celda. Así, la conductividad equivalente se define como (5).
(5) RK
=κ
Con estas expresiones, la conductividad molar se define por la ecuación (6),
(6) 1000MM
κ⋅=Λ
El valor de la conductividad molar extrapolado a cero se denomina conductividad molar a dilución infinita y se representa por ΛMo y es propia para cada electrolito a estudiar. Este parámetro puede ser determinado a partir de datos experimentales de conductividad molar en función de la concentración de acuerdo a la ecuación propuesta por Shedlovsky [6]
(7) )( 21 MBB oMMoM +Λ−Λ=Λ
Donde B1 y B2 son parámetros de ajuste y M es la concentración molar.
Para determinar la fracción de corriente asociada a un ion en un electrolito, se utiliza el cálculo de los números de transporte del ion tj. De acuerdo a la Ley de Kohlrausch para un
e como:
electrolito 1:1, la conductividad molar a dilución infinita puede escribirs
(8) 0−+ +=Λ λλoMo
Donde −+0 λλ yo son las conductividades molares a dilución infinita para el catión y el anión
espectivamente. El número de transporte para el catión se define como (9), una expresión similar se plantea para el anión. r
(9) Mo
otΛ
=+
+λ
3.3 ANTECEDENTES
l estudio de las soluciones acuosas de solutos iónicos ha mostrado ser de importancia en la elucidación del comportamiento y la comprensión de las interacciones soluto-solvente,
e–solvente. Determinaciones de las propiedades de soluciones en nción de la concentración a bajas diluciones aportan información sobre las interacciones
soluto-soluto, soluto-solvente mientras que propiedades a dilución infinita han mostrado
de
olares aparentes de soluciones acuosas diluidas de PC-HCl y LD-HCl en función de la
E
soluto-soluto y solventfu
utilidad por la comprensión de las interacciones soluto-solvente y solvente-solvente[7].
Por otra parte la comprensión del comportamiento de solutos de importancia farmacológica en solución acuosa diluida encuentra ser de gran interés para el entendimiento de mecanismos de acción y un gran número de aplicaciones con fines terapéuticos [8].
En literatura se encuentran estudios de determinación de propiedades termodinámicas ytransporte de LD-HCl, y PC-HCl en solución acuosa. Sin embargo, estudios de estas propiedades en función de la temperatura son muy pocas. Entre estos trabajos se pueden citar el realizado por Torres y colaboradores [9] quienes estudiaron volúmenes m
concentración y la temperatura, encontrando que la LD-HCl se comporta como soluto formador de estructura (De acuerdo a Frank y Wen, un soluto formador de estructura genera arreglos tipo clatrato en torno a los residuos hidrofóbicos. Estos arreglos tienden a incrementar la viscosidad local, incrementando el tamaño de la entidad que se mueve y como consecuencia una disminución en la conductividad [18]); mientras la PC-HCl se comporta como soluto disruptor de la estructura del agua (Un soluto disruptor de estructura genera una disminución en la viscosidad local y un aumento en la conductividad [18]). Este comportamiento se observó a todas las temperaturas. Sin embargo, el rango utilizado por
ellos fue de 0.01 a 0.1 mol kg-1. Torres [10] determina entalpías de solución de estos dos anestésicos y encuentra que el ∆Hsol de la LD disminuye con el aumento de la concentración y por otra parte la PC-HCl muestra el comportamiento contrario. Este comportamiento no pudo ser explicado debido a los escasos datos de propiedades termodinámicas o de transporte en este rango de concentración [10].
Por otra parte, estudios sobre conductividades de soluciones acuosas de PC-HCl no han sido reportados en literatura, mientras que para la LD-HCl solo han sido reportadas a 298.15 K y en un rango muy restringido como lo es de 0.0008 a 0.003 M [11], de esta forma aunque se pueden determinar conductividades molares a dilución infinita, es muy difícil realizar análisis sobre posibles fenómenos de asociación tales como se han descrito en otros estudios que se han realizado con otros fármacos iónicos tales como desipramina, amitriptilina y nortriptilina [4].
4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
4.1 REACTIVOS
Para el desarrollo de este trabajo se utilizaron dos anestésicos locales: clorhidrato de l) y clorhidrato de procaína (PC-HCl), ambas sales de calidad USP,
lmacenadas en desecador por un tiempo mínimo de 48 horas. Cloruro de potasio (KCl), reactivo analítico Sigma 99.99%, almacenado en desecador por un tiempo mínimo de 48
Para la calibración de la celda de conductividad se prepararon por pesada dos soluciones de a analítica digital (Ohaus AP250D, incertidumbre
e ±1 x10-5 en el rango de 0 a 60 g, y de ±1 x 10-4 en el rango de 0 a 160 g). Estas soluciones fueron termostatadas a 25 C durante 24 horas previas a la determinación de sus
l kg .
El procedimiento experimental para la determinación de las conductividades electrolíticas e conductividad y b) determinación de
onductividades de los anestésicos locales.
lidocaína (LD-HCa
horas. Agua doblemente destilada, (conductividad < 2µS), de acuerdo al procedimiento descrito en la literatura [12].
4.2 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
KCl de concentración conocida en balanzd
°conductividades.
El mismo procedimiento se utilizó para preparar diez soluciones acuosas de clorhidrato de lidocaína y diez soluciones acuosas de clorhidrato de procaína en el rango de concentración de 0.001 a 0.01 mo -1
Se utilizó agua doblemente destilada para la preparación de todas las soluciones, siguiendo las recomendaciones de literatura para medidas de conductividad [12].
4.3 DETERMINACIÓN DE CONDUCTIVIDADES
se divide en dos partes: a) calibración de la celda dc
a) Calibración de la celda de conductividad
Para determinar la constante de celda se siguió el procedimiento descrito por Pratt [13]: se pre 01 y 0.1 mol kg-1, las cuales fueron
rmostatadas a 25°C durante 24 horas, con el fin de asegurar el equilibrio termodinámico.
nominal de 1 cm . Se determinaron cinco valores replica de la medición.
b.2) Medida de conductividades electrolíticas.
lización a la temperatura de trabajo se realizaron las inaciones de resistencia por triplicado de estas soluciones a las diferentes
ntervalos de 5 K. Cada medición se realizó por triplicado para cada solución a cada temperatura.
mismo que el determinado para las densímetro digital DMA45 Anton Paar, incertidumbre
±0.0001 g cm , fue el equipo utilizado para la determinación de las densidades. La
pararon soluciones de cloruro de potasio 0.te
Posteriormente, se determinó la resistencia de cada una de las soluciones, utilizando un medidor de capacitancia, inductancia y resistencia LCR marca Stanford SR720 en modo AC y una celda de conductividad YSI 3401 de electrodo de platino y constante de celda
-1
Con los valores de resistencia de cada una de las soluciones se determinó la constante de celda haciendo uso de los valores de conductividad electrolítica reportados por Pratt [13] para el KCl a 298.15 K.
b) Determinación de conductividades electrolíticas
Luego de 24 horas de estabidetermtemperaturas en el rango de 278 a 313 K, en i
b.3) Determinación de densidades
Las densidades de las soluciones acuosas de LD-HCl y PC-HCl fueron determinadas en función de la temperatura. El rango de medición es elconductividades electrolíticas. Un
-3
utilización de los datos de densidad se utilizaron para convertir la escala molal en escala molar de concentración.
5. RESULTADOS
5.1 CALIBRACION DE LA CELDA
En la tabla A1, en el anexo, se encuentran los resultados obtenidos para la calibración de la celda. A partir de estos datos se encontró que el valor de constante de celda es 1.122 cm-1 ± 0.001 cm-1.
5.2 CONDUCTIVIDADES EQUIVALENTES
Los resultados de conductividades equivalentes determinados a partir de las ecuaciones (2) a (5) se muestran en la tabla 1 y 2 para las soluciones de PC-HCl y LD-HCl junto con sus respectivas incertidumbres.
En la figura 2 y 3 se muestran los valores de conductividad equivalente en función de la molalidad para los sistemas estudiados a diferentes temperaturas.
5.3 CONDUCTIVIDADES MOLARES ELECTROLITICAS
En las tablas 1 y 2 también se muestran los resultados de conductividad molar en función de la concentración a las temperaturas de trabajo. Estos datos fueron calculados a partir de la ecuación (5). Los resultados se observan en las figuras 4 y 5.
Tabla 1. Conductividad equivalente para Procaína-HCl en función de la temperatura y la concentración
T (K) m (mol kg‐1) M(mol L‐1) k (S cm‐1) σk (S cm‐1) ΛM (S cm
‐1 mol‐1) σΛM(S cm‐1 mol‐1)
278,15 0,00100 0,0010 0,0000718 0,0000002 71,8 0,2 0,00200 0,0020 0,0001158 0,0000003 58,0 0,1 0,00299 0,0030 0,0001708 0,0000003 57,0 0,1 0,00407 0,0041 0,0002272 0,0000009 55,8 0,2 0,00502 0,0050 0,000271 0,000003 53,9 0,5 0,00599 0,0060 0,000334 0,000001 55,8 0,2 0,00699 0,0070 0,0003869 0,0000002 55,35 0,03 0,00801 0,0080 0,000434 0,000002 54,2 0,3 0,00895 0,0089 0,000475 0,000003 53,1 0,3
0,01000 0,0100 0,000505 0,000001 50,5 0,1
283,15 0,00100 0,0010 0,0000853 0,0000001 85,3 0,1 0,00200 0,0020 0,0001311 0,0000003 65,6 0,2 0,00299 0,0030 0,0001921 0,0000004 64,1 0,1 0,00407 0,0041 0,0002576 0,0000001 63,26 0,03 0,00502 0,0050 0,0003047 0,0000002 60,72 0,04 0,00599 0,0060 0,0003798 0,0000001 63,37 0,02 0,00699 0,0070 0,000440 0,000001 63,0 0,2 0,00801 0,0080 0,0004926 0,0000003 61,53 0,04 0,00895 0,0089 0,0005385 0,0000002 60,20 0,02
0,01000 0,0100 0,0005713 0,0000005 57,12 0,05
288,15 0,00100 0,0010 0,0000985 0,0000003 98,5 0,3 0,00200 0,0020 0,00014592 0,00000006 73,02 0,03 0,00299 0,0030 0,0002087 0,0000002 69,68 0,06 0,00407 0,0041 0,000297 0,000003 72,9 0,6 0,00502 0,0050 0,0003401 0,0000003 67,77 0,06 0,00599 0,0060 0,0004219 0,0000008 70,4 0,1 0,00699 0,0070 0,0004852 0,0000004 69,42 0,05 0,00801 0,0080 0,000551 0,000002 68,9 0,2 0,00895 0,0089 0,000604 0,000001 67,5 0,1
0,01000 0,0100 0,000641 0,000001 64,1 0,1
Continuación tabla 1. Conductividad equivalente para Procaína-HCl en función de la
temperatura y la concentración
T (K) m (mol kg‐1) M(mol L‐1) k (S cm‐1) σk (S cm‐1) ΛM (S cm
‐1 mol‐1) σΛM(S cm‐1 mol‐1)
293,15 0,00100 0,0010 0,000129 0,0000004 129,0 0,4 0,00200 0,0020 0,0001813 0,0000009 90,7 0,4 0,00299 0,0030 0,0002373 0,0000009 79,2 0,3 0,00407 0,0041 0,000344 0,000002 84,4 0,4 0,00502 0,0050 0,0003855 0,0000007 76,8 0,1 0,00599 0,0060 0,000491 0,000002 81,9 0,4 0,00699 0,0070 0,000535 0,000001 76,5 0,1 0,00801 0,0080 0,000627 0,000007 78,3 0,8 0,00895 0,0089 0,000678 0,000004 75,8 0,4
0,01000 0,0100 0,000719 0,000006 71,9 0,6
298,15 0,00100 0,0010 0,0001436 0,0000003 143,5 0,3 0,00200 0,0020 0,000204 0,000001 102,0 0,7 0,00299 0,0030 0,0002638 0,0000008 88,1 0,3 0,00407 0,0041 0,0003821 0,0000004 93,9 0,1 0,00502 0,0050 0,0004289 0,0000007 85,5 0,1 0,00599 0,0060 0,000543 0,000002 90,6 0,4 0,00699 0,0070 0,000595 0,000002 85,1 0,3 0,00801 0,0080 0,000692 0,000002 86,4 0,2 0,00895 0,0089 0,000751 0,000001 83,9 0,1
0,01000 0,0100 0,000803 0,000002 80,3 0,2
303,15 0,00100 0,0010 0,0001579 0,0000005 157,9 0,5 0,00200 0,0020 0,000222 0,000001 111,0 0,6 0,00299 0,0030 0,000293 0,000001 97,7 0,5 0,00407 0,0041 0,000422 0,000001 103,7 0,2 0,00502 0,0050 0,000472 0,000001 94,1 0,2 0,00599 0,0060 0,000600 0,000001 100,1 0,2 0,00699 0,0070 0,000652 0,000003 93,3 0,5 0,00801 0,0080 0,000762 0,000002 95,2 0,2 0,00895 0,0089 0,000828 0,000002 92,5 0,3
0,01000 0,0100 0,000883 0,000004 88,3 0,4
Continuación tabla 1. Conductividad equivalente y conductividad molar para Procaína-HCl en función de la temperatura y la concentración
T (K) m (mol kg‐1) M(mol L‐1) k (S cm‐1) σk (S cm‐1) ΛM (S cm
‐1 mol‐1) σΛM(S cm‐1 mol‐1)
308.15 0.00100 0.0010 0.00017033 0.00000009 170.29 0.09 0.00200 0.0020 0.0002289 0.0000006 114.5 0.3 0.00299 0.0030 0.0003024 0.0000004 101.0 0.1 0.00407 0.0041 0.0004438 0.0000003 109.01 0.08 0.00502 0.0050 0.0004934 0.0000004 98.32 0.09 0.00599 0.0060 0.0006256 0.0000001 104.36 0.01 0.00699 0.0070 0.0007003 0.0000002 100.19 0.02 0.00801 0.0080 0.000800 0.000001 99.9 0.1 0.00895 0.0089 0.000879 0.000002 98.2 0.2
0.01000 0.0100 0.0009316 0.0000002 93.16 0.02
313.15 0.00100 0.0010 0.0001879 0.0000006 187.8 0.6 0.00200 0.0020 0.0002615 0.0000009 130.8 0.5 0.00299 0.0030 0.0003451 0.0000005 115.2 0.2 0.00407 0.0041 0.000499 0.000002 122.6 0.4 0.00502 0.0050 0.0005641 0.0000001 112.40 0.01 0.00599 0.0060 0.000716 0.000002 119.4 0.3 0.00699 0.0070 0.000784 0.000002 112.1 0.3 0.00801 0.0080 0.000915 0.000003 114.3 0.3 0.00895 0.0089 0.000988 0.000002 110.4 0.2
0.01000 0.0100 0.001047 0.000001 104.7 0.1
Tabla 2. Conductividad equivalente y conductividad molar para Lidocaína-HCl en función de la temperatura y la concentración
T (K) m (mol kg‐1) M(mol L‐1) k (S cm‐1) σk (S cm‐1) ΛM (S cm
‐1 mol‐1) σΛM(S cm‐1 mol‐1)
278.15 0.00100 0.0010 0.00006569 0.00000006 65.69 0.06 0.00201 0.0020 0.000116 0.000001 57.8 0.5 0.00300 0.0030 0.0001692 0.0000003 56.4 0.1 0.00402 0.0040 0.0002256 0.0000008 56.1 0.2 0.00500 0.0050 0.0002760 0.0000001 55.25 0.03 0.00599 0.0060 0.000349 0.000001 58.2 0.2 0.00701 0.0070 0.000385 0.000002 54.9 0.3 0.00800 0.0080 0.0004406 0.0000008 55.1 0.1 0.00900 0.0090 0.000491 0.000003 54.5 0.3
0.01001 0.0100 0.000552 0.000001 55.2 0.1
283.15 0.00100 0.0010 0.0000708 0.0000001 70.8 0.1 0.00201 0.0020 0.00012600 0.00000006 62.83 0.03 0.00300 0.0030 0.0001885 0.0000001 62.85 0.04 0.00402 0.0040 0.0002496 0.0000003 62.04 0.07 0.00500 0.0050 0.000314 0.000002 62.8 0.3 0.00599 0.0060 0.000389 0.000001 65.0 0.2 0.00701 0.0070 0.0004362 0.0000004 62.23 0.05 0.00800 0.0080 0.000493 0.000001 61.7 0.1 0.00900 0.0090 0.0005406 0.0000001 60.10 0.01
0.01001 0.0100 0.0006162 0.0000003 61.57 0.03
288.15 0.00100 0.0010 0.00008234 0.00000008 82.34 0.08 0.00201 0.0020 0.00014429 0.00000005 71.95 0.03 0.00300 0.0030 0.0002123 0.0000001 70.80 0.04 0.00402 0.0040 0.0002824 0.0000003 70.18 0.08 0.00500 0.0050 0.000355 0.000002 71.0 0.3 0.00599 0.0060 0.0004394 0.0000006 73.3 0.1 0.00701 0.0070 0.0004887 0.0000005 69.74 0.06 0.00800 0.0080 0.0005549 0.0000007 69.39 0.09 0.00900 0.0090 0.0006070 0.0000007 67.48 0.07
0.01001 0.0100 0.000691 0.000002 69.0 0.2
Continuación tabla 2. Conductividad equivalente y conductividad molar para Lidocaína-HCl en función de la temperatura y la concentración
T (K) m (mol kg‐1) M(mol L‐1) k (S cm‐1) σk (S cm‐1) ΛM (S cm
‐1 mol‐1) σΛM(S cm‐1 mol‐1)
293.15 0.00100 0.0010 0.0000939 0.0000002 93.9 0.2 0.00201 0.0020 0.0001642 0.0000003 81.9 0.2 0.00300 0.0030 0.0002451 0.0000009 81.8 0.3 0.00402 0.0040 0.0003228 0.0000002 80.23 0.06 0.00500 0.0050 0.00038845 0.00000008 77.76 0.02 0.00599 0.0060 0.000487 0.000001 81.3 0.2 0.00701 0.0070 0.0005387 0.0000005 76.86 0.07 0.00800 0.0080 0.000614 0.000003 76.78 0.32 0.00900 0.0090 0.000673 0.000001 74.8 0.1
0.01001 0.0100 0.00076920 0.00000006 76.855 0.006
298.15 0.00100 0.0010 0.0001095 0.0000002 109.5 0.2 0.00201 0.0020 0.00018297 0.00000007 91.23 0.03 0.00300 0.0030 0.000266 0.000007 87.1 0.1 0.00402 0.0040 0.0003516 0.0000005 87.4 0.1 0.00500 0.0050 0.0004371 0.0000004 87.50 0.09 0.00599 0.0060 0.000545 0.000001 91.0 0.2 0.00701 0.0070 0.000602 0.000003 85.9 0.4 0.00800 0.0080 0.0006814 0.0000006 85.21 0.07 0.00900 0.0090 0.000749 0.000001 83.3 0.1
0.01001 0.0100 0.000850 0.000001 84.9 0.1
303.15 0.00100 0.0010 0.00012594 0.00000005 125.95 0.05 0.00201 0.0020 0.0002015 0.0000003 100.4 0.1 0.00300 0.0030 0.0002935 0.0000006 97.9 0.2 0.00402 0.0040 0.0003890 0.0000002 96.67 0.05 0.00500 0.0050 0.0004821 0.0000003 96.50 0.07 0.00599 0.0060 0.0005703 0.0000001 95.13 0.02 0.00701 0.0070 0.000663 0.000001 94.6 0.2 0.00800 0.0080 0.0007499 0.0000004 93.77 0.05 0.00900 0.0090 0.0008280 0.0000005 92.05 0.05
0.01001 0.0100 0.000937 0.000001 93.6 0.1
Continuación tabla 2. Conductividad equivalente y conductividad molar para Lidocaína-HCl en función de la temperatura y la concentración
T (K) m (mol kg‐1) M(mol L‐1) k (S cm‐1) σk (S cm‐1) ΛM (S cm
‐1 mol‐1) σΛM(S cm‐1 mol‐1)
308.15 0.00100 0.0010 0.0001411 0.0000004 141.2 0.4 0.00201 0.0020 0.00022646 0.00000009 112.91 0.04 0.00300 0.0030 0.0003288 0.0000001 109.64 0.04 0.00402 0.0040 0.0004276 0.0000004 106.26 0.09 0.00500 0.0050 0.0005291 0.0000007 105.9 0.1 0.00599 0.0060 0.000621 0.000001 103.6 0.2 0.00701 0.0070 0.0007292 0.0000006 104.05 0.09 0.00800 0.0080 0.0008228 0.0000005 102.90 0.06 0.00900 0.0090 0.000907 0.000003 100.9 0.4
0.01001 0.0100 0.001027 0.000001 102.6 0.1
313.15 0.00100 0.0010 0.0001636 0.0000008 163.7 0.8 0.00201 0.0020 0.0002479 0.0000002 123.63 0.09 0.00300 0.0030 0.0003617 0.0000004 120.6 0.1 0.00402 0.0040 0.000473 0.000001 117.5 0.3 0.00500 0.0050 0.0005789 0.0000002 115.88 0.04 0.00599 0.0060 0.0006861 0.0000004 114.46 0.07 0.00701 0.0070 0.000806 0.000001 115.0 0.1 0.00800 0.0080 0.0009060 0.0000006 113.3 0.08 0.00900 0.0090 0.001013 0.000001 112.6 0.1
0.01001 0.0100 0.001141 0.000001 114.0 0.1
Figura 2. Conductividad equivalente de soluciones acuosas de Lidocaína‐ HCl en función de la temperatura y
la concentración
Figura 3. Conductividad equivalente de soluciones acuosas de Procaína ‐ HCl en función de la temperatura y la concentración
Figura 4. Conductividad molar de soluciones acuosas de Lidocaína‐HCl en función de la temperatura y la concentración.
Figura 5. Conductividad molar de soluciones acuosas de Procaína‐HCl en función de la temperatura y la concentración.
6. ANALISIS DE RESULTADOS
6.1 CONSTANTE DE CELDA Y CONDUCTIVIDADES EQUIVALENTES
De acuerdo a los resultados de resistencia determinados con las soluciones patrón de KCl se encontró que la constante para la celda de conductividad utilizada fue de 1.122 cm-1 ± 0.001 cm-1. La incertidumbre en las determinaciones de conductividad equivalente fue de 0.25%. Estos valores muestran buena concordancia con los reportados por otros estudios para otros solutos iónicos. En este contexto se pueden mencionar los siguientes valores reportados: 1.01 cm-1, ±3% [14]; 1.081 cm-1, ±0.1% [15]; 1.14cm-1, 0.1% [16]; para constante de celda y porcentaje de incertidumbre en las medidas respectivamente.
6.2 CONCENTRACIÓN CRÍTICA
Las concentraciones críticas halladas mediante los métodos descritos anteriormente, segunda derivada y ecuación 1, se muestran en la tabla 3 y en la figura 6. En estos se detalla la variación de la concentración crítica con la temperatura. Las concentraciones críticas se muestran tanto en la escala molal como en la escala de fracción molar.
Los resultados presentados en la tabla 3 y en la figura 6 se ajustaron por el método de mínimos cuadrados a una ecuación lineal tomando el logaritmo natural en función de la temperatura.
Tabla 3. Concentración crítica en función de la temperatura para PC-HCl y LD –HCl en solución acuosa
PC‐HC LD‐HCl
T(K) mcc (mol kg‐1) ln Xcc mcc (mol kg‐1) ln Xcc
278.15 0.0054 ‐6.6726 0.0056 ‐8.8947 283.15 0.0054 ‐6.6725 0.0056 ‐8.8975 288.15 0.0052 ‐6.6986 0.0056 ‐8.8961 293.15 0.0051 ‐6.7156 0.0054 ‐8.9470 298.15 0.0050 ‐6.7474 0.0057 ‐8.8882 303.15 0.0049 ‐6.7560 0.0056 ‐8.8960 308.15 0.0051 ‐6.7318 0.0056 ‐8.8962
313.15 0.0050 ‐6.7350 0.0057 ‐8.8800
Figura 6. Concentración crítica de la Procaína‐HCl y Lidocaína–HCl en función de la temperatura.
De acuerdo a la figura 6 se encuentra que la tendencia es un aumento en CC con la temperatura para LD-HCl mientras que para la PC-HCl se observa que la CC disminuye con la temperatura. A todas las temperaturas se encontró que las concentraciones críticas de
la LD-HCl son mayores que las concentraciones críticas de la PC-HCl. Este último fenómeno muestran un mayor efecto de asociación para la procaína, hecho que puede ser explicado por la posible formación de puentes de hidrogeno entre los grupos amino del anillo aromático presente en este anestésico. Otros estudios como los realizados por Taboada [4] sobre medicamentos que presentan grupos funcionales amino secundario y terciario como la desipramina y la amitriptilina respectivamente, han reportado este mismo fenómeno de agregación para la desipramina, donde también se facilita la formación de puentes de hidrogeno.
6.3 CONDUCTIVIDADES MOLARES A DILUCION INFINITA
Las conductividades molares a dilución infinita fueron calculadas a partir de la ecuación (7) y los datos de las tablas 1 y 2. En la tabla 4 se muestran los parámetros calculados y en la figura 7 se muestra el comportamiento de las conductividades molares a dilución infinita en función de la temperatura.
Tabla 4. Conductividades molares a dilución infinita para PC-HCl y LD –HCl en solución acuosa a diferentes temperaturas.
PROCAINA LIDOCAINA
T (K) ΛMO (S mol‐1 cm‐1) σΛMO (S mol‐1 cm‐1) ΛM
O (S mol‐1 cm‐1) σΛMO (S mol‐1 cm‐1)
278.15 62.81 1.78 56.87 0.35 283.15 71.5 2.38 65.33 0.71 288.15 77.64 1.53 74.9 0.51 293.15 97.15 5.8 80.97 0.32 298.15 112.51 4.31 96.97 0.98 303.15 124.27 5.49 105.84 0.48 308.15 142.22 2.42 121.51 1.06
313.15 156.79 6.42 129.36 1.41
Figura 7. Conductividades molares a dilución infinita en función de la temperatura.
Karami [17] reporta para LD-HCl una valor de conductividad molar a dilución infinita de 98.11 S mol-1 cm-1 a 298.15 K. Valor que muestra buena concordancia con los obtenidos en el presente trabajo.
De acuerdo a la gráfica 7 se observa que la conductividad molar a dilución infinita para ambos solutos iónicos aumenta con la temperatura. La PC-HCl posee mayores valores de conductividad respecto a la LD-HCl a todas las temperaturas. El aumento de la conductividad molar a dilución infinita con la temperatura puede ser atribuido a la disminución en la agregación de las moléculas de agua, disminución de “icebergs”, tomando como referencia el modelo para la estructura del agua propuesto por Frank y Wen [18,19]
Tomando como referencias la ecuación (8) se determinaron las conductividades molares iónicas de las especies LDH+ y PCH+ y Cl-. Los valores λCl-
o se tomaron de las referencia [6]. De igual forma se calcularon los números de transporte para las especies LDH+ y PCH+ a partir de la ecuación (9). Los resultados se muestran en la tabla 5
De acuerdo a figura 7 y la tabla 5 se puede evidenciar que la conductividad molar a dilución infinita de la PC-HCl respecto a la LD-HCl es mayor, comportamiento que se corrobora con los valores de λo
+ y t+. Este comportamiento puede atribuirse a la
estructuración del solvente en torno a los centros hidrofóbicos e hidrofílicos y su efecto disruptor y formador de estructura [19].
Kay y Evans [18] describen el efecto disruptor o formador de estructura a partir de datos de conductividad tomando como referencia solutos modelo como lo son las sales de amonio cuaternario. En este contexto ellos proponen que los solutos formadores de estructura forman estructuras tipo clatratatos [18-19] en torno a los residuos hidrofóbicos. La formación de estas estructuras tiende a incrementar la viscosidad local y en consecuencia incrementa el tamaño de la entidad que se mueve y como consecuencia la conductividad disminuye.
De acuerdo a estos resultados es posible afirmar que la LD-HCl es un soluto formador de estructura y la PC-HCl es un soluto disruptor de estructura. Este comportamiento puede ser comparado con el encontrado por Torres y colaboradores [9] quienes a partir de las determinaciones de volúmenes molares aparentes en función de la concentración de esta mismas moléculas en el rango de concentración 0.010 mol kg-1 a 0.100 mol kg-1. Ellos encuentran que la LD-HCl se comporta como formados de estructura y la PC-HCl como disruptor de estructura.
Tabla 5. Conductividades molares iónicas y número de transporte en función de la temperatura para la en solución acuosa.
T(K) λCl‐o (S mol‐1 cm‐1) λPr+
o (S mol‐1 cm‐1) λLd+o (S mol‐1 cm‐1) tPr+ tLd+
278.15 45.17 17.64 11.70 0.28 0.21 283.15 53.08 18.42 12.25 0.26 0.19 288.15 60.99 16.65 13.91 0.21 0.19 293.15 68.90 28.25 12.07 0.29 0.15 298.15 76.81 35.70 20.16 0.32 0.21 303.15 84.72 39.55 21.12 0.32 0.20 308.15 92.63 49.59 28.88 0.35 0.24
313.15 100.55 56.24 28.81 0.36 0.22
Lo anterior muestra un aspecto importante en la elucidación de las interacciones en solución y el efecto de solutos iónicos sobre la estructura del solvente. Este aspecto se traduce es la utilidad de las determinaciones de conductividad ya que es posible determinar la naturaleza del soluto y por otra parte es una técnica capaz de identificar fenómenos de
asociación que difícilmente son determinadas con propiedades tan sensibles como volúmenes molares aparentes.
7. CONCLUSIONES
A través del procedimiento seguido se determinaron las conductividades equivalentes de soluciones acuosas de dos fármacos iónicos: procaína-HCl y lidocaína-HCl. De acuerdo a los datos obtenidos se confirmo la dependencia de la conductividad con la temperatura y la concentración.
La determinación de concentraciones críticas permitió establecer fenómenos de asociación para la Procaína-HCl y la Lidocaina-HCl en solución acuosa, en el rango de concentraciones estudiados. Además se determinó que la lidocaína presenta un carácter más hidrofóbico que la procaína-HCl.
Por otro lado, la determinación de conductividades molares, conductividades molares a dilución infinita y los números de transporte permitió establecer que la Lidocaína-HCl tiene un comportamiento formador de estructura en solución acuosa; por el contrario, la Procaína-HCl es un soluto disruptor de estructura, con mayor capacidad de transporte de carga.
Las determinaciones de conductividades muestran gran utilidad en la elucidación de interacciones en solución, mostrando alta sensibilidad a cambios estructurales de solutos iónicos en solución.
8. REFERENCIAS
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[8] MOSQUERA, V., RUSO, J., ATTWOOD, D., JONES, M., PRIETO, G. AND SARMIENTO, F. Thermodynamics of micellation of surfactantas of low aggregation number: The aggregation of propranolol hydrochloride. J. Colloid Interface Sci. 1999. 210. P 97-102.
[9] TORRES. D, BLANCO. L, VARGAS. E. Apparent molal volumens of Lidocaine-HCLl and Procaine-HCl in aqueous solution as a function of temperature. Journal Chem. Eng. Data. 2007, 52, 1700-1703. [10] TORRES, D. Estudio de algunas propiedades fisicoquímicas de soluciones acuosas de Lidocaína-HCl. Tesis de Maestría. Departamento de Farmacia. Universidad Nacional. 2006. [11] SJÖBERG, H., KARAMI, K., BERONIUS, P. AND SUNDERLÖF, L. Ionization conditions for iontopjoretic drug dlivery. A revised pKa of lidocaine hydrochloride in aqueous solution at 25°C established by precision conductometry. Int. J. Pharm. 1996. 141. P 63-70. [12] SPEDDING, F. H.; PIKAL, M. J.; AYERS, B. O. Apparent Molal Volumes of Some Aqueous Rare Earth Chloride and Nitrate Solutions at 25 °C. J. Phys. Chem. 1966, 70, 2440-2449. [13] PRATT. K.W. Molality base primary standars of electrolytic conductivity. Pure Applied Chemistry. 2001. Vol 73. 11 p1783-1793.
[14] MEHTA, S., BHASIN, K., DHAM, S. AND SINGLA, M.L. Micellar behavior of aqueous solutions of dodecyldimethylethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium chloride and tetradecyltrimethylammonium chloride in the presence of α-, β- , HPβ- and γ-cyclodextrins. J. Colloid Interface Sci. 2008. 321. P 442-451. [15] MAHIUDDIN, S. AND ISMAIL, K. Study of the concentration dependence of the conductance of aqueous electrolytes. J. Phys Chem. 1984. 88. P 1027-1031.
[16] DAS, D., DAS, B. AND HAZRA D.K. Electrical conductance of some symmetrical tetraalkylammonium and alkali salts in N,N-Dimethylacetamide at 25°C. J. Solution Chem. 2003. 32. P 77-83.
[17] KARAMI, K. AND BERONIUS, P. On iontophoretic delivery enhancement: Ionization and mobility of lidocaine hydrochloride in propylene glycol. Int. J. Pharm. 1998. 168. P 85-95. [18] FRANK, H.S. AND WEN, W.Y.. Ion-solvent interaction. Structural aspects of ion-solvent interaction in aqueous solutions: a suggested picture of water structure Discussions Faraday Soc.. 24, 133, 1957
[19] KAY, R. AND EVANS, F. The effect of solvent structure on the mobility of symmetrical ion in aqueous solutions. J. Phys. Chem. 1966. 70, p 2325-2335.
ANEXO
Tabla A 1. Resultados experimentales de la calibración de la celda de conductividad m (mol kg-1) R (Ω) K (cm-1)
0.01 795.94
795.61
796.01
795.23
795.55
1.121
1.120
1.121
1.120
1.120
0.1 87.588
87.717
87.621
87.513
87.578
1.123
1.125
1.124
1.122
1.123
PROMEDIO 1.122
DES. ESTÁNDAR 0.001