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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA ANÁLISIS DEL ÁCIDO BENZOICO MATERIA PRIMA –ADITIVO- COMO PROPUESTA PARA EL LABORATORIO DE ANÁLISIS DE MEDICAMENTOS T E S I S PARA OBTENER EL TITULO DE: QUÍMICA FARMACÉUTICA BIÓLOGA PRESENTA: MIRIAM ROSADO RAYMUNDO MÉXICO D.F 2007 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Dedico este trabajo a: A mi mamá, La sra Graciela Raymundo Nolasco, mujer fuerte y luchadora constante. Gracias por tu ejemplo e infinito amor. A mis hermanas Graciela y Nelly por estar conmigo siempre. A Miriam Itzel por ser una niña maravillosa y por impulsarme con su amor. A José Luis por que aún en la adversidad lucharemos por nuestro sueño. AGRADECIMIENTOS A Dios por la fuerza que me das para librar los obstáculos y poder llegar a una de mis metas. A la Universidad Nacional Autónoma de México por darme la oportunidad de formar parte de ella. Quiero agradecer a mi asesora, la profesora María Teresa Buentello Rodríguez por su paciencia, dedicación y enseñanza que me brindó durante el desarrollo de este trabajo. A las profesoras Georgina Maya y Socorro Alpízar por su importante aportación a este trabajo. A la profesora Honoria Sixtos por las facilidades y apoyo para realizar el desarrollo experimental. A el profesor Pedro Villanueva gracias por tu apoyo pero sobre todo por ser un gran amigo, por tus consejos y tu cariño. A Bob Jonshon por ayudarme a entender que la vida esta llena de retos y que soy capaz de superarlos. A Edgar Ibarra, Jahir Bautista y Manuel Martínez por su amistad ÍNDICE 1. Introducción. 2 1.1 Objetivo general 2 1.2 Objetivos específicos. 2 2. Antecedentes. 4 3. Generalidades. 7 3.1 Generalidades sobre aditivos 8 3.2 Clasificación de aditivos 8 3.3 Interacción 10 3.4 Preservación de formas farmacéuticas. 11 3.5 Factores que afectan la actividad del preservativo. 12 3.6 Modo de acción de los preservativos 13 3.7 Ácido benzoico 15 3.8 Espectro antimicrobiano del ácido benzoico. 18 3.9 Eliminación de residuos en el laboratorio 19 4. Parte experimental 22 4.1 Descripción. 23 4.2 Solubilidad 24 4.3 Ensayos de identidad. 28 4.4 Determinación del contenido de agua por el método de Karl Fischer. 31 4.5 Metales pesados (Prueba límite). 35 4.6 Sustancias facilmente oxidables. 40 4.7 Valoración. 42 5. Cálculos 44 5.1 Determinación del contenido de agua por el método de Karl Fischer. 45 5.2 Metales pesados (Prueba límite). 49 5.3 Sustancias fácilmente oxidables. 50 5.4 Valoración de la disolución de hidróxido de sodio. 52 5.4.1 Valoración del ácido benzoico. 56 ÍNDICE 6. Resultados. 57 6.1 Descripción 58 6.2 Solubilidad. 58 6.3 Ensayos de identidad. 59 6.4 Determinación del contenido de agua por el método de Karl Fischer. 59 6.5 Metales pesados (Prueba límite). 60 6.6 Sustancias fácilmente oxidables. 60 6.7 Valoración. 61 7. Discusión de resultados. 63 7.1 Descripción. 64 7.2 Solubilidad. 64 7.3 Ensayo de identidad. 64 7.4 Determinación del contenido de agua por el método de Karl Fischer. 64 7.5 Metales pesados. 65 7.6 Sustancias fácilmente oxidables. 65 7.7 Valoración. 65 8. Conclusiones. 67 9. Bibliografía. 69 10. Anexo 72 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Capítulo I. Introducción. INTRODUCCIÓN. En el pasado la Facultad de Química contaba dentro de sus ingresos con la aportación que sus alumnos realizaban a través del pago de contratos de laboratorio. Estos ingresos eran destinados a cada Departamento, el cual se encargaba de comprar lo necesario para el desarrollo de las prácticas. Después del paro universitario de 10 meses, se exenta a los alumnos del pago de contratos de laboratorios lo que implica una reducción en el poder de compra de cada Departamento. Es ante esta circunstancia que nace el proyecto de proponer nuevas prácticas buscando, maximizar recursos y cumplir con las exigencias académicas. 1.1 OBJETIVO GENERAL. Desarrollar una nueva práctica para la asignatura análisis de medicamentos E.P que se pueda realizar, se ajuste al programa y al contenido académico de la asignatura. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. • Introducir al alumno al área de control fisicoquímico de los medicamentos, con base a la interpretación correcta de la información oficial y manejo adecuado de distintas farmacopeas. • Fomentar la aplicación de las buenas prácticas de laboratorio y que se cumpla con el tiempo establecido para el desarrollo de la práctica: 6 horas plan actual y 4 horas en el nuevo plan de estudios. • Concientizar al alumno en la importancia de la generación y tratamiento de residuos. • Disminuir costos en el desarrollo de la práctica sin sacrificar el contenido académico. Aportaciones de este trabajo: 2 Capítulo I. Introducción. • Implementar una práctica para la asignatura Análisis de Medicamentos E.P. • Despertar interés en el alumno por la aplicación del análisis químico en la Industria Farmacéutica. • Proporcionar al Departamento de Farmacia una nueva práctica en su curso práctico de análisis de medicamentos. • Capacitar a los alumnos para lograr un mejor desempeño tanto en el desarrollo de la práctica como en el tratamiento de los residuos generados por la misma. 3 CAPÍTULO II ANTECEDENTES Capítulo II. Antecedentes. ANTECEDENTES. El desarrollo del presente trabajo se realizó en el siguiente orden. Conocer los reactivos, material de vidrio y equipos con los que cuenta el laboratorio 1E del edificio A de nuestra facultad, para lograr discernir las determinaciones farmacopéicas que se pueden realizar. Elegir la materia prima o preparado farmacéutico por analizar. Consultar diferentes Farmacopeas: Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos 8ª edición (2004), USP 28 (2005), BP (2004). Con base a los recursos con que cuenta el laboratorio 1E y con el afán de no realizar nuevas adquisiciones de equipo, se eligen las determinaciones a realizar. Elaborar diagramas de flujo para cada una de las determinaciones.Proponer el tratamiento de residuos generados en la realización de la práctica. Basada en la revisión bibliográfica y tomando en cuenta a la farmacopea de los estados unidos mexicanos 8ª edición; se seleccionó como materia prima a estudiar el ácido benzoico, el cual es un aditivo utilizado en el quehacer cotidiano farmacéutico. 5 Capítulo II. Antecedentes. La monografía del ácido benzoico (FEUM 8ª edición) indica que se deben de realizar los siguientes parámetros: Descripción. Solubilidad. Ensayo de identidad. Temperatura de congelación. Determinación del contenido de agua. (Karl Fischer ) Residuos de la ignición. Metales pesados. Sustancias fácilmente oxidables. Valoración. Las determinaciones que se pueden realizar en el laboratorio 1-E de análisis de medicamentos son: Descripción. Solubilidad. Ensayo de identidad. Determinación del contenido de agua.(Karl Fischer) Metales pesados. Sustancias fácilmente oxidables. Valoración. . 6 CAPÍTULO III GENERALIDADES Capítulo III. Generalidades. 3.1 INFORMACIÓN GENERAL SOBRE ADITIVOS. Definición. Aditivo es toda sustancia que se incluye en la formulación de los medicamentos y que actúa como excipiente, conservador o modificador de algunas de sus características para favorecer su eficacia, seguridad, estabilidad, apariencia y aceptabilidad, aunque por si mismo carezca de efecto terapéutico. Aditivo, es una sustancia que se agrega a otra para darle cualidades de que carece o para mejorar las que posee. En algunas formulaciones, los aditivos son los responsables de hacer llegar al fármaco a su sitio de acción de manera adecuada, jugando un papel importante en la biodisponibilidad, así como en la estabilidad del medicamento. En el caso de la fabricación de medicamentos, un aditivo es cualquier sustancia de cualquier origen que se use en la elaboración de ellos. En la práctica, a los aditivos se les llama también materias primas. Es por lo anterior que como una parte de las buenas prácticas de fabricación que deben llevar a cabo los fabricantes de medicamentos para asegurar la calidad de los mismos, se deben controlar estas materias primas, que forman parte del proceso de su producción. Las especificaciones y métodos para comprobar la calidad de cada uno de los aditivos que se emplean en el proceso de fabricación de los fármacos o medicamentos, vienen incluidas en la Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos 8ª edición [ 1] 3.2 CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS. Originalmente los aditivos fueron clasificados por su origen en naturales y sintéticos. Esta clasificación, aunque lógica, contribuyó durante algún tiempo al mantenimiento de una dualidad errónea en la que se equiparaba a lo natural con lo sano y a lo sintético con lo peligroso y que podía colocar al consumidor en una actitud equivocada. [15] Actualmente, es más adecuado clasificar a los aditivos de acuerdo a su actividad específica según queda reflejada en lo siguiente: 8 Capítulo III. Generalidades. Sustancias que impiden las alteraciones químicas biológicas: • Antioxidantes: Evitan la formación de radicales libres que puedan interactuar con la fórmula farmacéutica. • Sinérgicos de antioxidantes: refuerzan la acción de los antioxidantes en presencia de estos. • Conservadores: protegen de las alteraciones biológicas naturales. Sustancias estabilizadoras de las características físicas: • Emulgentes: Estabiliza sistemas. • Espesantes: Aumenta la densidad y viscosidad del preparado farmacéutico. • Gelificante: Provocan la transformación de los productos en gel. • Humectantes: Evitan la pérdida de agua. Reguladores de pH. • Soluciones amortiguadoras. Sustancias Modificadoras de los caracteres organolépticos. • Colorantes: son compuestos orgánicos o inorgánicos, pigmentos u otras sustancias coloridas, que se mezclan con los alimentos, medicamentos o cosméticos. • Saborizantes: Confieren un sabor agradable a los medicamentos. • Aromatizantes: proporcionan un olor a la forma farmacéutica. Las principales funciones de los aditivos son: • Contribuir a la conservación del preparado farmacéutico. • Potenciar la aceptación del consumidor. • Facilitar la preparación de la forma farmacéutica. 9 Capítulo III. Generalidades. . 3.3 INTERACCIONES DE LOS ADITIVOS. Aunque la evaluación preliminar de los excipientes comúnmente empleados en la fabricación de nuevos medicamentos se convirtió en un procedimiento de rutina en los estudios de reformulación, en ocasiones surgen problemas debido a la interacción con aditivos diversos, como los conservadores, estabilizadores, colorantes y agentes aromáticos. Se justifica una discusión de algunos inconvenientes observados. [16] Conservadores. Siempre que se prepare una forma farmacéutica líquida o semisólida es necesario incluir un conservador. Algunos investigadores observaron que algunos conservadores pierden su actividad en presencia de diversos agentes tensoactivos y gomas vegetales .Esta pérdida de actividad podría deberse a la formación de complejos entre el conservador y el surfactante. Antioxidantes. El ácido ascórbico es el menos reactivo. Sin embargo, cuando éste antioxidante se combina con compuestos que poseen un grupo amino primario se observa una tendencia a la formación de una base de Shiff intensamente coloreada. Debe tenerse presente esta posibilidad en la selección del antioxidante apropiado. Agentes suspensores. En ocasiones será necesario considerar el uso de un agente suspensor y se debe tener presente la posibilidad de que estos aditivos reaccionen con el fármaco en estudio. La carboximetilcelulosa, la carregenina y otros hidroxicoloides forman complejos, o tal vez sales, con numerosos principios activos, como la procaína, la clorpromazina y la neomicina. Colorantes. Los colorantes son sustancias químicas que contienen sitios reactivos capaces de generar incompatibilidades. Diversos estudios demostraron que algunos colorantes reaccionan con los fármacos. Ciertos azúcares, como la dextrosa, la lactosa y la sucrosa, mostraron incremento en el índice de coloración del FD&C azul #2 .También se formaron complejos insolubles cuando se combinaron compuestos cuaternarios de amonio con el FD&C azul # 2. 10 Capítulo III. Generalidades. 3.4 PRESERVACIÓN DE FORMAS FARMACÉUTICAS. Las distintas etapas del proceso de fabricación así como las del producto terminado, deben de protegerse de la contaminación microbiana y eso se logra al añadir agentes antimicrobianos. Es necesario proteger la formulación y al principio activo de la degradación microbiana y al paciente, de la infección por uso del preparado farmacéutico. Ante esta situación se implementaron especificaciones para cantidades aceptables y tipo de contenido bacteriano para formas farmacéuticas no estériles. El reto es un balance entre la seguridad efectiva del agente conservador y el riesgo para el consumidor. [18] SELECCIÓN DEL CONSERVADOR. Para lograr la elección de un agente conservador adecuadoal preparado farmacéutico es necesario considerar lo siguiente: • La efectividad del conservador está en función del tipo de microorganismo que se desea inhibir. • El conservador debe de ser soluble en agua a una adecuada concentración. • La concentración del conservador no debe afectar la salud del paciente, ni la estabilidad de la preparación. • Debe de ser estable dentro de la formulación evitando reducir su concentración por descomposición química o volatilización. • El conservador debe de ser completamente compatible con los ingredientes de la fórmula. • El conservador no debe tener efectos adversos en la preparación. 11 Capítulo III. Generalidades. 3.5 FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD DEL CONSERVADOR. La eficacia de los conservadores depende de muchos factores asociados con el producto, su ambiente de almacenamiento, su manipulación y el microorganismo blanco. Los factores que afectan a la actividad de los antimicrobianos son intrínsecos, extrínsecos, microbianos y procesos tecnológicos. I. Intrínsecos. • Naturaleza. • Estructura. • Composición. • Condiciones del microorganismo para degradar al conservador. II. Extrínsecos. • Concentración. • pH del producto. • Temperatura de almacenaje. • Características del preparado farmacéutico. III Factores antimicrobianos. • Resistencia específica. (Por ej. Diferencia entre cepas) • El numero inicial y la velocidad de crecimiento. • La interacción con otros microorganismos (Por ej. Antagonismo) • Composición celular. En resumen: la actividad de un sistema antimicrobiano puede ser influenciada por cambios en la concentración y esto podría llevar a su ineficacia. Los mecanismos que llevan a la reducción en actividad del agente podrían ser: • Por dilución. • Complejación del conservador con ingredientes del producto. • Partición del agente antimicrobiano dentro de la fase acuosa. • Ionización por influencia del pH. Efecto del pH. El pH es el factor más importante que influye en la eficacia de la mayoría de los agentes antimicrobianos. Muchas de las sustancias utilizadas son ácidos débiles y son más eficaces en forma indisociada. Esto es debido a que los ácidos débiles son capaces de penetrar en la membrana citoplasmática de los microorganismos con mayor facilidad en forma protonada. En consecuencia, el valor del pKa de estos compuestos es importante en la selección de sustancias específicas para su acción como conservador. Cuanto más bajo sea el pH del preparado farmacéutico mayor será la proporción de ácido en forma indisociada y mayor su actividad antimicrobiana. 12 Capítulo III. Generalidades. Con un conocimiento del pKa del Conservador es posible determinar: • La influencia en la estabilidad del Conservador. • Interacciones con otros excipientes farmacéuticos. Otro factor importante que influye en la actividad es la polaridad. Esta se refiere tanto a la ionización como a la contribución de cualquiera de los grupos laterales alquilo o hidrofóbicos .Las sustancias antimicrobianas tienen que ser lipofilicas para unirse y atravesar la membrana celular y también solubles en la fase acuosa. La actividad antimicrobiana generalmente reside en la fase acuosa y es dependiente del equilibrio de concentración de esta fase. 3.6 MECANISMO DE ACCIÓN DE LOS AGENTES CONSERVADORES. Los conservadores interfieren en el crecimiento microbiano, multiplicación y metabolismo por algunos de los siguientes factores: • Modificación de la permeabilidad de la membrana. • Desnaturalización de enzimas y proteínas celulares. • Oxidación de constituyentes celulares. • Hidrólisis. AGENTES CON ACTIVIDAD SUPERFICIAL. Catiónicos. Las sales cuaternarias de amonio son de importancia en Farmacia. El pH tiene una considerable influencia en la actividad de los compuestos de amonio, como regla general son más activos en medio alcalino. Los compuestos cuaternarios de amonio al parecer, actúan de dos formas: una como veneno enzimático y otra por su efecto destructivo sobre la integridad de la pared celular de la bacteria. Estos compuestos ofrecen una desventaja, como antisépticos y conservadores al no cubrir un amplio espectro, siendo menos activos contra las bacterias Gram positivo y las pseudomonas que son Gram negativas. No iónicos. Los agentes tensoactivos no iónicos son utilizados en forma amplia como detergentes y formadores de espuma, en los campos farmacéutico y de la cosmética, como agentes estabilizadores de solubilización y de emulsificación. 13 Capítulo III. Generalidades. Ésteres del ácido p-hidroxibenzoico. Estos ésteres, llamados por lo común parabenos, son ampliamente usados en preparados farmacéuticos y cosméticos. El éster metílico es en particular efectivo contra bacterias aunque menos efectivo contra hongos, pero a medida que se incrementa la longitud de la cadena alquílica, la actividad de los ésteres aumenta. Los ésteres del ácido p-hidroxibenzoico son utilizados exitosamente en compuestos de aplicación dérmica, productos oftálmicos y vacunas. Ácidos orgánicos. Muchos ácidos orgánicos se utilizan como aditivos, los más activos son los ácidos acético, láctico, sórbico y benzoico. La actividad de los ácidos orgánicos es altamente dependiente de pH, ya se demostró que la actividad de los ácidos orgánicos está relacionada con el pH y que la forma indisociada del ácido es la principal responsable de la actividad antimicrobiana. En consecuencia, al elegir un ácido orgánico como aditivo, hay que tener en consideración tanto el pH del producto como el pKa. Como ya se a dicho, los ácidos orgánicos en forma indisociada penetran más fácilmente en la bicapa lipídica de la membrana celular. Una vez dentro de la célula, el ácido se disocia porque el interior celular tiene un pH más alto que el exterior. Las bacterias mantienen el pH interno cerca de la neutralidad para evitar cambios conformacionales de las proteínas estructurales de la célula, enzimas, ácidos nucleicos y fosfolípidos. Los protones generados por disociación intracelular de los ácidos orgánicos acidifican el citoplasma y tienen que ser expulsados al exterior. Puesto que los protones generados por los ácidos orgánicos tienen que ser bombeados hacia el exterior, usando la energía liberada del ATP el flujo continuo de protones termina por agotar la energía celular. 14 Capítulo III. Generalidades. 3.7 ÁCIDO BENZOICO. OOH Sinónimos. Ácido bencencarboxílico, ácido bencenfórmico, ácido fenil fórmico, carboxibenceno, ácido dracilico, E210. Descripción. El ácido benzoico se encuentra como cristales ligeros claros blancos o incoloros, sin sabor, sin olor o con un olor ligeramente a benzoina. Nombre químico y número de registro CAS. Ácido benzoico [65-85-0]. Formula empírica. C7H6O2 MM. 122,12 g/ mol Categoría funcional. Antimicrobiano y agente terapéutico. Aplicaciones. El ácido benzoico es ampliamente usado como antimicrobiano en cosméticos, alimentos y farmacéuticos. Su actividad máxima se observa en valores de pH de 2.5 a 4.5 También es utilizado como agente antifungico en preparaciones terapéuticas tópicas tales como ungüentos con 6 %de ácido benzoico y 3 % de ácido salicílico. Uso CONCENTRACIÓN ( % ) Inyecciones I.M. e I.V. 0,17 Soluciones orales 0,01 – 0,1 Suspensiones orales 0,1 Jarabes 0,15 Preparaciones tópicas 0,1 – 0,2 Preparaciones vaginales 0,1- 0,2 Tabla 1. Concentraciones del ácido benzoico en formas farmacéuticas. 15 Capítulo III. Generalidades. Acidez / alcalinidad. pH = 2.5 (solución saturada a 25 ° C ) Actividad antimicrobiana. Solamente el ácido sin disociar muestra actividad antimicrobiana, por lo tanto la actividad depende del pH del medio. La actividad óptima se encuentra en valores por debajo de pH 4.5. El ácido benzoico es casi inactivo arriba de pH 5.0 .Se a reportado que la actividad antimicrobiana es aumentada por la adición de protamina y proteína básica. Actividad moderadamente bacteriostática contra la mayoría de bacterias Gram ( + ) en concentración de 100 μg / mL. La actividad es menor contra las Gram negativas la concentración podría ser arriba de 1600 μg / mL . Como antifungico su actividad es moderada las concentraciones típicas son de 400 a 1000 μg a pH 3.0 y de 1000 a 2000μg a pH 5.0 Es inactivo contra esporas, contra levaduras tiene actividad moderada las concentración típica es de 1200μg /mL. La adición de propilenglicol aumenta la actividad fungistática del ácido benzoico. Punto de ebullición. 250 ºC Constante de disociación. Es determinada por la interacción específica solvente soluto así como de la basicidad relativa del solvente. Incrementando la fracción del solvente orgánico se favorece la forma libre del ácido. pKa. 4,19 a 25 °C pKa. 5.54 en metanol al 60 % Densidad. 1,311g/ mL para sólidos a 24 ° C. 1,075 g/mL para líquidos a 130°C Punto de ignición. 121 a 131 °C Punto de fusión. 122 °C. Contenido de humedad. 0,17 a 0,42 % p/p 16 Capítulo III. Generalidades. Coeficiente de partición. Benceno: agua = 0,0044 Ciclohexano: agua = 0,30 Octanol: agua = 1,87 Solubilidad. La solubilidad aparente del ácido benzoico puede aumentar por la adición de ácido cítrico o acetato de sodio a la solución. Solvente Solubilidad a 25 °C (a menos que se indique otra). Acetona 1 en 2.3 Benceno 1 en 9.4 Disulfuro de carbono 1 en 30 Etanol 1 en 2.2 Tetracloruro de carbono 1 en 15.2 Agua 1 en 300 Tabla 2. Solubilidad del ácido benzoico Condiciones de estabilidad y almacenamiento. Las soluciones acuosas del ácido benzoico se pueden esterilizar por autoclave o por esterilización. Sea reportado que una solución acuosa de ácido benzoico a 0,1 % puede ser estable al menos 8 semanas almacenados a temperatura ambiente en frascos de cloruro de polivinilo. Cuando el ácido benzoico se adiciona a una suspensión se disocia y el anión benzoato de adsorbe en las partículas suspendidas. Esta adsorción altera la carga de la superficie de las partículas y podría alterar las propiedades físicas de la suspensión. La materia prima se puede almacenar en contenedores bien cerrados en un lugar seco y frío. Incompatibilidades. El ácido benzoico sufre reacciones típicas de un ácido orgánico por ejemplo con álcalis y metales pesados. Su actividad como conservador puede disminuir por la interacción con caolín. Método de manufactura. Aunque el ácido benzoico se encuentra en la naturaleza, se puede producir comercialmente por varios métodos de síntesis. Un proceso involucra la oxidación continua de tolueno en fase liquida y en presencia de cobalto como catalizador a temperatura de 150 a 200 ° C y de 5 a 50 atmósferas de presión con un rendimiento del 90 %. Se puede obtener también mediante la cloración de tolueno para producir benzotricloruro el cual reacciona con un mol de ácido benzoico para producir 2 moles de cloruro de benzoilo. El cloruro de benzoilo se hidroliza para obtener 2 moles de ácido benzoico con un rendimiento del 75 al 80 %. Otro método comercial es la hidrólisis de anhídrido ftalico en presencia de calor y ftalato de cromo y ftalato disodico. 17 Capítulo III. Generalidades. El ácido benzoico crudo es purificado por sublimación o recristalización. Seguridad. El ácido benzoico ingerido se conjuga con glicina en el hígado para producir ácido hipúrico el cual es excretado en la orina. Se deben tomar precauciones cuando se administre ácido benzoico a pacientes con enfermedad hepática crónica. El ácido benzoico es irritante gástrico y ligeramente irritante para la piel, ojos y mucosas. Se han reportado reacciones alérgicas al ácido benzoico pero no son mayores a las reacciones provocadas por placebos de lactosa. La ingesta diaria aceptable del ácido benzoico y otros benzoatos calculados como ácido benzoico son de 5 mg/kg de peso corporal según la organización mundial de la salud. La dosis letal mínima en humanos por vía oral es de 500mg / kg de peso corporal. Especie DL50 (g/kg ) Gato 2,0 vía oral Perro 2,0 vía oral Ratón 1,46 vía intraperitoneal Ratón 1,94 vía oral Rata 1,7 vía oral Tabla 3. DL50 de ácido benzoico en varias especies de animales. Precauciones de manejo. Se debe de manipular en ambientes bien ventilados usando lentes de seguridad guantes y mascarilla. Se debe considerar que el ácido benzoico es flamable. Regulación. En Europa es aceptado como un aditivo de alimentos y por la FDA en su guía de ingredientes inactivos. Incluido en medicamentos no parenterales autorizados en el reino unido. 18 Capítulo III. Generalidades. Microorganismo pH Concentración mínima inhibitoria (µg/mL) Bacterias Gram (+) : Bacillus cereus 6,3 500 Lactobacillus 4,3 – 6,0 300 - 1800 Listeria monocitogenes 5,6 2000 - 3000 Micrococcus 5,5 – 5,6 50 a 100 Streptococcus 5,2 – 5,6 200 - 400 Bacterias Gram (-) : Escherichia coli 5,2 a 5,6 50 - 120 Pseudomonas 6,0 200 - 480 Hongos : Aspergillus 3,0 -5,0 20 - 200 Aspergillus parasiticus 5,5 Mayor a 4000 Aspergillus Níger 5,0 2000 Byssochlamys nivea 3,3 500 Cladosporium herbarum 5,1 100 Mucor racemosus 5,0 30 - 120 Penicillium 2,6 – 5,0 30- 280 Penicillium citrinum 5,0 2000 Penicillium glaucum 5,0 400 - 500 Rhizopus nigricans 5,0 30 - 120 Levaduras: Candidia krusei ---- 300 – 700 Debaryomyces hansenii 4,8 500 Hansenula 4,0 180 Rhodotorula ---- 100 -200 Saccharomyces bayanus 4,0 330 Zygosaccharomyces bailii 4,8 4500 Tabla 4. Espectro antimicrobiano del ácido benzoico. 19 Capítulo III. Generalidades. 3.8 ELIMINACIÓN DE RESIDUOS EN EL LABORATORIO. Para unas buenas condiciones de trabajo en el laboratorio debe incluirse en la organización, un programa o un plan de gestión de residuos que permita una adecuada protección de la salud y al medio ambiente. No debe olvidarse que un residuo de laboratorio es una sustancia o un preparado que casi siempre presenta características de toxicidad y peligrosidad cuya identificación inadecuada constituye un riesgo añadido a los propios de la actividad del laboratorio. Es asimismo necesario tanto por razones de seguridad como económicas, que se contemplen las posibilidades de minimización de los residuos, procurando reutilizar o reciclar productos cuando sea posible, así como optimizando la gestión de reserva para no generar residuos por la vía de productos no utilizables o caducados.[3] TIPOS DE RESIDUOS.En el laboratorio se pueden distinguir los siguientes grupos: • Residuos inertes (de origen mineral, escombros). • Residuos no peligrosos. • Residuos especiales (tóxicos o peligrosos). Los residuos especiales incluyen los residuos químicos, los gases, los aceites usados, y aquellos que exigen una gestión diferenciada y que están legislados específicamente. Los residuos generados en el laboratorio, por sus características, no son fácilmente gestionables utilizando los circuitos establecidos, que están diseñados para residuos de origen industrial (volúmenes grandes y con poca diversidad). A este tipo de residuo se les denomina “Residuos tóxicos en pequeña cantidad” (RTPC). GESTIÓN DE RESIDUOS. Se entiende por gestión al conjunto de actividades encaminadas a dar a los residuos tóxicos y peligrosos el destino final más adecuado de acuerdo con sus características, comprende las operaciones de recogida, clasificación, almacenamiento, transporte, tratamiento, recuperación y eliminación de los mismos . La adecuada gestión de los residuos en el laboratorio no es solamente una necesidad con el objeto de mejorar las condiciones de trabajo, sino que constituye una pieza fundamental en la aplicación de criterios de calidad y gestión ambiental en el laboratorio, siendo también, obviamente, una de las exigencias de aplicación de las buenas prácticas de laboratorio (BPL). 20 Capítulo III. Generalidades. CLASIFICACIÓN DE RESIDUOS. Para el establecimiento de clasificación de los residuos es necesario realizar un estudio de las actividades realizadas en el centro productor. Este se efectúa partiendo de las materias primas empleadas en cada actividad, siguiendo su transformación y mezcla con otros productos.[4] De entre los residuos generados en el laboratorio, se exponen los siguientes grupos de clasificación de residuos peligrosos. Grupo I: Disolventes halogenados. Se entiende por disolventes halogenados, los productos líquidos orgánicos que contienen más del 2% de algún halógeno, se trata de productos muy tóxicos e irritantes. Se incluyen en este grupo también las mezclas de disolventes halogenados y no halogenados, siempre que el contenido de halógenos en la mezcla sea superior al 2 %. Grupo II: Disolventes no halogenados. Se clasifican aquí los líquidos orgánicos inflamables que contienen menos de un 2 % en halógenos. Entre ellos se pueden citar los alcoholes, aldehídos, aminas, cetonas y ésteres. Es importante dentro de este grupo, evitar mezclas de disolventes que sean inmiscibles ya que la aparición de fases diferentes dificulta el tratamiento posterior. Grupo III: Disoluciones acuosas. Este grupo corresponde a las soluciones acuosas de productos orgánicos e inorgánicos: • Soluciones acuosas inorgánicas : Soluciones acuosas básicas: Hidróxidos. Soluciones acuosas de metales pesados: Níquel, plata, plomo, etc. Soluciones acuosas de cromo VI. Otras soluciones acuosas inorgánicas: Sulfatos, fosfatos, cloruros. • Soluciones acuosas orgánicas : Soluciones acuosas de colorantes. Soluciones de fijadores orgánicos: Formol, fenol. Mezcla agua /disolvente: Eluyentes de cromatografía. 21 Capítulo III. Generalidades. Grupo IV: Ácidos. Corresponden a este grupo de ácidos inorgánicos y de sus disoluciones acuosas concentradas (más del 10% en volumen). Deben tener en cuenta que su mezcla, en función de la composición y concentración, puede producir alguna reacción química peligrosa con desprendimiento de gases tóxicos e incremento en la temperatura. Grupo V: Aceites. Este grupo corresponde a los aceites minerales derivados de operaciones de mantenimiento y, en su caso, de baños de calefactores. Grupo VI: Sólidos. Se clasifican en este grupo los químicos en estado sólido de naturaleza orgánica e inorgánica y el material desechable contaminado con productos químicos. Grupo VII: Especiales. A este grupo pertenecen los productos químicos, sólidos o líquidos, que por su elevada peligrosidad no deben ser incluidos en ninguno de los otros grupos, así como los reactivos puros obsoletos o caducados. Estos productos no deben mezclarse entre si, ni con residuos de otros grupos.[3,5] 22 CAPÍTULO IV DESARROLLO EXPERIMENTAL Capítulo IV. Desarrollo experimental. 4.1 DESCRIPCIÓN. Fundamento. Se basa en la observación macroscópica de las características físicas de la materia prima. PROCEDIMIENTO: Colocar en un vidrio de reloj aproximadamente 2 a 3 g ácido benzoico. Observar sus características físicas tales como aspecto, color, olor, etc. Colocar el ácido benzoico en un tubo de ensayo y calentar. Observar e informar. Especificación FEUM 8ª edición: DESCRIPCIÓN. Cristales incoloros o polvo blanco cristalino. Al calentarlo aproximadamente a 100 °C comienza a sublimarse; se volatiliza con vapor. 24 Capítulo IV. Desarrollo experimental. 4.2 SOLUBILIDAD. Fundamento. Esta prueba se basa en la comparación visual de la muestra en solución contra el disolvente utilizado. Soluto + Disolvente Solución Si las características iónicas de las moléculas del soluto son semejantes a las del disolvente se formará una disolución. La determinación se efectúa a 25 °C de temperatura y esta propiedad se expresa con los siguientes términos. [1] Términos. Partes de disolvente en volumen requeridas para una parte de soluto. Muy soluble. Menos de una parte. Fácilmente soluble. De 1 a 10 partes. Soluble. De 11 a 30 partes. Poco soluble. De 31 a 100 partes. Ligeramente soluble. De 101 a 1000 partes. Muy ligeramente soluble. De 1001 a 10000 partes. Casi insoluble. Más de 10000 partes. 25 Capítulo IV. Desarrollo experimental. PROCEDIMIENTO: Colocar 0,5 g de ácido benzoico materia prima en cada uno de tres tubos de ensayo. A cada tubo agregar: 0,4 mL de etanol. 0,4 mL de cloroformo. 0,4 mL de éter etílico. Agite vigorosamente por 30 minutos y observar. D1 D2 D3 Especificación FEUM 8ª edición: El ácido benzoico es muy soluble en alcohol, cloroformo y éter dietílico. 26 Capítulo IV. Desarrollo experimental. Solubilidad en agua fría Solubilidad en agua caliente. Pesar 50 mg de ácido benzoico materia prima y colocarlo en un matraz erlenmeyer de 100 mL de capacidad. Pesar 0,5 g de ácido benzoico materia prima y colocarlo en un tubo de ensayo. Adicionar de 5 a 50 mL de agua, agitar vigorosamente a intervalos de 30 s durante 30 minutos.Adicionar de 5,5 a 15mL de agua caliente, agitar vigorosamente a intervalos de 30 s durante 30 minutos. Observar si se solubiliza. Observar si se solubiliza. D4 D5 Especificación FEUM 8ª edición: El ácido benzoico es ligeramente soluble en agua, soluble en agua caliente. 27 Capítulo IV. Desarrollo experimental. Residuo. Contenido. Tratamiento. Ácido benzoico y etanol Destilar el etanol con las precauciones adecuadas para purificarlo, analizarlo y tener la posibilidad de reutilizarlo como disolvente. Al residuo sólido se le determina su punto de fusión para poder reutilizarlo. D1 Ácido benzoico y cloroformo. Destilar el cloroformo con las precauciones adecuadas para purificarlo, analizarlo y tener la posibilidad de reutilizarlo como disolvente. Al residuo sólido se le determina su punto de fusión para poder reutilizarlo. D2 Ácido benzoico y éter etílico Destilar el éter con las precauciones adecuadas para purificarlo, analizarlo y tener la posibilidad de reutilizarlo como disolvente. Al residuo sólido se le determina su punto de fusión para poder reutilizarlo. D3 Ácido benzoico en agua fría. Enfriar la disolución, filtrar y recuperar el ácido benzoico. D4 Ácido benzoico en agua caliente. Reunir con D4 D5 28 Capítulo IV. Desarrollo experimental. ENSAYO DE IDENTIDAD. Fundamento. Los fenoles y compuestos relacionados forman complejos de coordinación coloreados con el ión férrico. [19] COOH + Fe (III)6 COO- 6 Fe 3 - + 6 H+ Los ácidos sulfónicos aromáticos son sustancias estables cristalinas, se disuelven fácilmente en agua con reacción fuertemente ácida, al bajar la temperatura disminuye su solubilidad y precipita. [11,15] C HO O + H2SO4 C O OH O3S Ácido benzóico Ácido bencensulfónico 29 Capítulo IV. Desarrollo experimental. ENSAYO DE IDENTIDAD. PROCEDIMIENTO: Preparar una solución saturada de ácido benzoico en agua. (17 g en 1000 mL). Filtrar dos veces. Tomar 10 mL del filtrado agregar 1 mL de H2SO4 7 N. Tomar 10 mL del filtrado y agregar gota a gota solución reactivo de Fe Cl3. Enfriar. Se forma un precipitado color salmón. Se forma un precipitado de color blanco aproximadamente en 10 minutos, soluble en éter dietílico. Especificación FEUM 8ª edición: D1 D2 Se forma un precipitado de color salmón y otro de color blanco el cual es soluble en éter etílico. 30 Capítulo IV. Desarrollo experimental. Residuo. Contenido. Tratamiento. Complejo férrico. Neutralizar y filtrar. El filtrado se desecha al drenaje y el sólido obtenido se envía a confinamiento. D1 Ácido bencensulfónico. Evaporar en una campana extractora. El sólido obtenido se envía a confinamiento. D2 31 Capítulo IV. Desarrollo experimental. 4.4 DETERMINACIÓN DE AGUA POR EL MÉTODO DE KARL-FISCHER MGA0041 FUNDAMENTO: El reactivo de Karl Fischer consiste en I2, piridina y SO2 en una relación 1:10:3, disueltos en metanol o etilenglicol monometiléter. La adición de agua contenida en el analito inicia la siguiente secuencia de reacciones: N NN + + OH2 N N +H + I SO32 -- + + N N + SO3 - + CH3OH H+CH3OSO3 - ...............( 2 ) ..................( 1 ) I2 SO2 El solvente alcohólico es necesario para desplazar hacia la derecha el equilibrio de la reacción (2). Después de que el agua ha reaccionado con el yodo libre, en la solución se produce un cambio de color. La detección potenciométrica es el procedimiento más común para localizar el punto final de la titulación de Karl Fischer. [8] 32 Capítulo IV. Desarrollo experimental. VALORACIÓN DEL REACTIVO DE KARL-FISCHER Cálculo del factor equivalente de agua. Poner en el vaso de titulación 36 mL de metanol reactivo analítico y suficiente reactivo de Karl-Fischer para neutralizar el agua que contiene el metanol. Adicionar de 150 a 350 mg de tartrato de sodio dihidratado pesados en balanza analítica por diferencia. Valorar con el reactivo de Karl Fischer hasta el punto final determinado electrométricamente. Calcular el factor: F = mg H2O / mL de solución de Karl-Fischer. F = 2(18,02) *P /230,08 V P = Peso de tartrato de sodio dihidratado en mg. V = Volumen en mL del reactivo de Karl-Fischer usado en la valoración. MM del tartrato de sodio dihidratado: 230,08g/mol. 33 Capítulo IV. Desarrollo experimental. PROCEDIMIENTO: (Karl Fischer) VALORACIÓN DIRECTA DE LA MUESTRA DE ÁCIDO BENZOICO En el mismo vaso de titulación donde se determinó el factor de la solución de Karl-Fischer. Titular con el reactivo de Karl-Fischer hasta el punto final determinado electrométricamente. Calcular el contenido de agua en porciento de acuerdo con la fórmula: % de agua =100S (F/P). S = volumen de reactivo de Karl-Fischer requerido (mL). F = factor del reactivo de Karl –Fischer en mg/mL. P = peso de la muestra en mg. D1 Agregar alrededor de 2,5 g de ácido benzoico pesados por diferencia en balanza analítica y agitar vigorosamente. Especificación FEUM 8ª edición: No más del 0,7 por ciento. 34 Capítulo IV. Desarrollo experimental. Residuo Contenido Tratamiento. Tartrato de sodio, ácido benzoico, C5H5NHI, C5H5NHSO4CH3 y metanol. Se envía a confinamiento. D1 35 Capítulo IV. Desarrollo experimental. 4.5-METALES PESADOS.- PRUEBA LÍMITE MGA 0561 FUNDAMENTO: Esta prueba se utiliza para determinar que el contenido de impurezas metálicas que son coloreadas por el ion sulfuro, bajo las condiciones específicas de la prueba, no excede el límite de metales pesados especificado en la monografía individual en función del porcentaje (por peso) de plomo en la sustancia bajo ensayo, determinado mediante comparación visual con un control preparado a partir de una solución estándar de plomo. En los casos en que se requiera una mayor sensibilidad del método, utilizar solución reactivo de tioacetamida–glicerina base. La precipitación homogéneaes una técnica en la que, mediante una reacción química lenta, se genera un agente precipitante en la disolución del analito. En este caso no es posible que haya exceso de reactivo local porque el agente precipitante aparece en forma gradual y homogénea en la disolución, y reacciona de inmediato con el analito. Como resultado, la sobresaturación relativa se mantiene baja durante toda la precipitación. Agente precipitante: H2S Reactivo: Tioacetamida Reacción de generación: CH3CSNH2 + H2O CH3CONH2 + H2S Elementos precipitados: plomo, mercurio, bismuto, arsénico, antimonio, estaño, cadmio, plata, cobre y molibdeno. [8] 36 Capítulo IV. Desarrollo experimental. Reacciones: [10] Color de precipitado. As5+ + H2 S As2 S3 + As2 S5 Amarillo. Sb 5+ + H2S Sb2S5 Rojo – naranja. Sn4+ + H2S SnS2 Amarillo. Mo6+ + H2S MoS3 + Mo2S5 Pardo y azul de molibdeno. Ag+ + H2S Ag2S Negro. Hg2+ + H2S HgS Negro. Pb2+ + H2S PbS Negro. Bi3+ + H2S Bi2S3 Pardo. Cu2+ + H2S CuS Negro. Cd2+ + H2S CdS Amarillo 37 Capítulo IV. Desarrollo experimental. PRUEBA LÍMITE DE METALES PESADOS. PROCEDIMIENTO: MUESTRA CONTROL En un tubo Nessler colocar 25 mL de acetona. Agregar 2mL de disolución de referencia de plomo. En un tubo Nessler colocar 25 mL de acetona. Agregar 2 g de ácido benzoico pesados en balanza analítica. Disolver y adicionar 2 mL de agua. Agregar 1,2 mL de solución reactivo de tioacetamida-glicerina. A esta disolución agregar 2 mL de solución amortiguadora de acetato de amonio-ácido clorhídrico pH 3,5. Dejar reposar por 5 minutos. MUESTRA PROBLEMA Comparar. D1 D2 38 Capítulo IV. Desarrollo experimental. Especificación FEUM 8ª edición: El color de la muestra problema es igual o menos oscuro que el de la muestra control de plomo. (No más de 10 ppm). Residuo Contenido Tratamiento. PbS, ácido benzoico, acetona. Adicionar nitrato de plomo y filtrar para retener el sólido sulfuro de plomo y guardarlo para su posterior confinamiento. El filtrado se manda a incineración. D1 PbS, acetona Reunir con D1. D2 39 Capítulo IV. Desarrollo experimental. PREPARACIÓN DE LA DISOLUCIÓN DE REFERENCIA DE NITRATO DE PLOMO Y DE LA DISOLUCIÓN DE REFERENCIA DE PLOMO. Pesar 159,8 mg de Pb (NO3)2 Adicionarlos a un matraz aforado de 1000 mL que contiene 100 mL de agua y 1 mL de HNO3 reactivo analítico. Disolver y aforar a 1000 mL con agua Cada mL de esta disolución contiene 100 µg de plomo. Pasar 10,0 mL de esta disolución a un matraz aforado de 100 mL. La concentración de esta disolución es de 10µg de plomo/ mL. Llevar al aforo con agua destilada. 40 Capítulo IV. Desarrollo experimental. 4.6 SUSTANCIAS FÁCILMENTE OXIDABLES. FUNDAMENTO: El fundamento de los métodos de óxido-reducción es la utilización cuantitativa de la transferencia de electrones que tiene lugar cuando reacciona un oxidante con un reductor y viceversa. El permanganato de potasio es un oxidante, el color intenso del ión permanganato es suficiente para señalar el punto final .[9] REACCIÓN: OHMneHMnO 2 2 4 458 +⎯→←++ +−+− PROCEDIMIENTO: En un matraz Erlenmeyer colocar 100 mL de agua destilada y adicionar 1,5 mL de H2SO4 concentrado. Calentar a ebullición. Agregar gota a gota disolución 0,1 N de KMnO4, hasta que el color persista durante 30 segundos. En la disolución caliente disolver 1 g de la muestra de ácido benzoico y titular con disolución 0,1N de KMnO4 hasta que el color rosa persista por 15 segundos. D1 41 Capítulo IV. Desarrollo experimental. Especificación FEUM 8ª edición: No mas de 0,5 mL de disolución de KMnO4 0,1 N/ g de muestra. Residuo Contenido Tratamiento. Ácido benzoico, H2SO4 y Mn Adsorber con carbón activado, filtrar, neutralizar el filtrado y desechar por el drenaje. El carbón activado se envía a incineración. D1 42 Capítulo IV. Desarrollo experimental. 4.7 VALORACIÓN. FUNDAMENTO: En la titulación de una sustancia en disolución, se utiliza una disolución previamente valorada, determinando el punto final visualmente utilizando un indicador interno. La cantidad de sustancia contenida en la disolución muestra, se calcula de acuerdo con el volumen utilizado, tomando en cuenta la normalidad de la disolución volumétrica y el factor de equivalencia de la sustancia, dado en la monografía respectiva. [10] REACCIÓN. Benzoato de sodio. C OHO + NaOH O O- Na+ + H2O 43 Capítulo IV. Desarrollo experimental. PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN DE ÁCIDO BENZOICO. Disolver aproximadamente 500 mg de ácido benzoico (pesados en balanza analítica) en 25 mL de alcohol diluido y previamente neutralizados con NaOH 0,1 normal utilizando solución indicadora de fenolftaleína. Titular con NaOH 0,1 N disolución valorada hasta coloración rosa que permanezca 30 segundos (Cada mL de NaOH 0,1 N equivale a 12,21 mg de ácido benzoico). D1 Especificación FEUM 8ª edición: 99,5 – 100,5 %, calculados sobre la sustancia seca.44 Capítulo IV. Desarrollo experimental. Residuo Contenido Tratamiento. Benzoato de sodio y fenolftaleína básica. Desechar al drenaje. D1 45 CAPÍTULO V CÁLCULOS Capítulo V. Cálculos. 5.1 Determinación del contenido de agua en ácido benzoico por el método de Karl – Fischer MGA 0041. Límite máximo: 0,7 % Para conocer la cantidad de muestra que se analizará en esta determinación se utilizó el intervalo indicado en el procedimiento para la valoración directa que especifica que la muestra contenga entre 10 - 100 mg de agua y tomando en cuenta que el límite máximo para el ácido benzoico es de 0,7 g de agua por 100g. La cantidad de ácido benzoico que se requiere para tener 10 mg de agua es: benzoicoácidodeg1,4285 aguadeg0,7 benzoicoácidodeg010*aguadeg0,010 = Para 100 mg el cálculo indica que se debe trabajar con: benzoicoácidodeg14,285 aguadeg0,7 benzoicoácidodeg010*aguadeg0,10 = Por lo tanto, se debe pesar entre 1,4285g y 14,2850g de ácido benzoico para llevar a cabo la determinación, se decidió pesar 2,5 g de la materia prima. Realizando cálculos semejantes, se considero que la muestra de referencia de tartrato de sodio dihidratado, se debe de pesar 250 mg, ya que ésta debe estar entre150 a 350 mg y se decidió utilizar el promedio de esas masas. 47 Capítulo V. Cálculos. 5.1.1 Cálculo del factor equivalente de agua. Muestra mg de tartrato de sodio mL de disolución de Karl-Fischer Factor (mg de agua /mL de disolución de Karl-Fischer) 1 229,6 9,1 3,95 2 242,9 9,4 4,05 3 230,2 9,2 3,92 Promedio 3,97 Calcular el factor de la disolución de Karl – Fischer por medio de la fórmula: V*230,08 P*02,18*2F= P = Peso de tartrato de sodio dihidratado en mg . V = Volumen en mL del reactivo de Karl-Fischer usado en la valoración. 230,08 es la masa molecular del tartrato de sodio dihidratado. F = mg H2O / mL de disolución de Karl-Fischer. FischerKarldereactivodelmL aguademg3,95 9.1*230,08 229.6*02,18*2F − == FischerKarldereactivodelmL aguademg4,04 9.4*230,08 242.9*02,18*2F − == FischerKarldereactivodelmL aguademg3,91 9.2*230,08 230.2*18,02*2F − == F = 3, 97 mg/ mL 48 Capítulo V. Cálculos. 5.1.2 Valoración directa de la muestra de ácido benzoico. Muestra mg de ácido benzoico mL de disolución de Karl – Fischer % de agua 1 2457,3 0,4 0,1 2 2768,0 0,9 0,1 3 2566,3 0,5 0,1 4 2661,1 0,6 0,1 5 2514,8 0,6 0,1 6 2448,3 0,5 0,1 Promedio 0,1 El cálculo del contenido de agua en la muestra de ácido benzoico expresada en porcentaje se realizó de acuerdo con la fórmula: 100* P F*Sbenzoicoácidoenaguade% = S = volumen ( mL) requeridos del reactivo de Karl-Fischer. F = factor del reactivo de Karl –Fischer. P = peso de la muestra en mg. 0,1 0,0651 mg2457,3 mLmg4,0mL0,4100%.1 ≈=∗∗= 0,1 0,1300 mg2768,0 mLmg4,0mL0,9100%.2 ≈=∗∗= 0,1 0,0779 mg2566,3 mLmg4,0mL0,5100%.3 ≈=∗∗= 0,1 0,0902 mg2661,1 mLmg4,0mL0,6100%.4 ≈=∗∗= 49 Capítulo V. Cálculos. 0,1 0,0954 mg2514,8 mLmg4,0mL0,6100%.5 ≈=∗∗= 0,1 0,0817 mg2448,3 mLmg4,0mL0,5100%.6 ≈=∗∗= En promedio se obtuvo un contenido de agua en el reactivo de ácido benzoico de 0.09005 % ≈ 0,1 %. Considerando que los resultados se deben reportar con el mismo número de cifras que la especificación estos se redondean. El contenido de agua por Karl –Fischer debe ser menor a 0,7 %. 50 Capítulo V. Cálculos. 5.2 METALES PESADOS (PRUEBA LÍMITE). Límite: No más de 10 ppm. Solución de referencia: al pesar aproximadamente 159,8 mg de nitrato de plomo y disolverlos en un litro de agua destilada y de esta tomar 10 mL, colocarlos en un matraz aforado de 100 mL y por último aforarlo a la marca con el mismo disolvente, se realizaron los siguientes cálculos: mL )Pb(NOmg0,0159 mL100 mL10 mL1000 )Pb(NOmg159,8 2323 =∗ Ahora para calcular la concentración de plomo expresada en microgramos por mililitro se realizó el siguiente cálculo: mL Pbgμ10 mL Pbgμ9,997 mg1 μg1000 )Pb(NOmg331,2 Pbmg207,2 mL )Pb(NOmg0,01598 22 23 2 23 +++ ≈=∗∗ Solución problema: se siguió el mismo procedimiento de cálculo La disolución preparada con dos gramos de ácido benzoico y 25 mL de acetona se compara con la muestra de referencia que tiene 2 mL de disolución de referencia de plomo que corresponden a 20 ppm: ppm10g/gμ10benzoicoácidodeg1 )problema(benzoicoácidog2 (std)Pbgμ20 2 ==∗ + 51 Capítulo V. Cálculos. 5.3 SUSTANCIAS FÁCILMENTE OXIDABLES. La valoración de la disolución de permanganato de potasio 0,1 N, se realizó tomando como sustancia de referencia al oxalato de sodio, previamente secado a la estufa por dos horas a 110 ºC y mantenido en desecador con cloruro de calcio anhidro, tomando como base el siguiente equilibrio: OH8Mn2CO10H18MnO2OC5 2 2 24 2- 42 ++↔++ ++ − En la tabla siguiente se informan los resultados obtenidos en función de la masa del oxalato de sodio utilizada y del gasto de la disolución de permanganato de potasio Determinación gramos de Oxalato de sodio mL de disolución de KMnO4 Normalidad de disolución de KMnO4 1 0,2072 30,0 0,1031 2 0,2272 33,9 0,1000 3 0,1870 27,8 0,1004 Promedio 0,1012 La normalidad de la disolución de permanganato de potasio, se calculó con la fórmula siguiente: sodiodeoxalatodellentemiliequivaKMnOdemL gramosensodiodeoxalatodeMasaN 4 KMnO4 ∗ = Para conocer los miliequivalentes del oxalato de sodio se toma en cuenta la estequiometría de la reacción y la masa molecular. MM del oxalato de sodio = 134 Equivalente = 67 2 134 = mEquivalente = 0,067 52 Capítulo V. Cálculos. Cálculo del triplicado de la normalidad de KMnO4 : 1. 0,1001 0,06730,0 0,2072N = ∗ = 2. 0,1000 0,06733,9 0,2272N = ∗ = 3. 0,1004 0,06727,8 0,1870N = ∗ = Promediando los valores anteriores de la normalidad, se llega a: N = 0,1012 N DER = 0,001653 Capítulo V. Cálculos. Determinación de sustancias fácilmente oxidables. Cálculos de mL 0,1 N Determinación gramos de muestra de ácido benzoico mL de disolución de permanganato de potasio 0,1000 N 1 1,0045 0,3 2 1,0051 0,3 3 1,0065 0,4 Promedio 0,33 mLmLNKMnOmL N N mLNKMnOmL benzoicoácidodeg benzoicoácidog 3,02950,01012,02986,0 1012,0 1000,0 2986,01012,03,0 0000,1 0045,1.1 4 4 ≈=∗ =∗ mL0,3mL0,2950N0,1012KMnOmL0,2985 N0,1012 N0,1000 mL0,2985N0,1012KMnOmL0,3 benzoicoácidodeg1,0000 benzoicoácidog1,0051.2 4 4 ≈=∗ =∗ mL0,4mL0,3927N0,1012KMnOmL0,3974 N0,1012 N0,1000 mL0,3974N0,1012KMnOmL0,4 benzoicoácidodeg1,0000 benzoicoácidog1,0065.3 4 4 ≈=∗ =∗ 54 Capítulo V. Cálculos. 5.4 VALORACIÓN DE LA DISOLUCIÓN DE HIDRÓXIDO DE SODIO 0,1 N. La valoración de la disolución de hidróxido de sodio se realizó utilizando biftalato de potasio como estándar de referencia basados en el siguiente equilibrio: COOH COO- + OH- COO- COO- + H2O En la tabla siguiente se informan los resultados obtenidos de la valoración de la disolución de hidróxido de sodio. Determinación gramos de Biftalato de potasio mL de la disolución de hidróxido de sodio Normalidad de la disolución de hidróxido de sodio 1 0,5072 24,60 0,1010 2 0,5575 27,15 0,1006 3 0,4590 22,30 0,1008 La normalidad del hidróxido de sodio se calculó con la fórmula siguiente: potasiodebiftalatodellentemiliequiva*sodio de hidróxidodemL gramosen potasiodebiftalatodeMasaN NaOH = Para conocer los miliequivalentes del Biftalato de potasio se toma en cuenta la estequiometría de la reacción y la masa molecular. MM Biftalato de potasio = 204,2 Equivalente = 204,2 mEquivalente = 0,2042 55 Capítulo V. Cálculos. 1. 0,1010 0,204224,6 0,5072N = ∗ = 2. 0,1006 0,204227,15 0,5575N = ∗ = 3. 0,1008 0,204222,3 0,4590N = ∗ = Promediando los valores anteriores la normalidad de la disolución de hidróxido de sodio, es: N = 0,1008 N 56 Capítulo V. Cálculos. 5.4.1 Pureza del ácido benzoico. La valoración de la disolución de ácido benzoico se realizó utilizando una solución valorada de hidróxido de sodio. C OH O + N a O H O O - N a + + H 2 O La pureza del ácido benzoico se informa en la tabla siguiente, en donde se indica la masa de la materia prima y los mL de la disolución de hidróxido de sodio utilizados durante la valoración: Determinación mg de ácido benzoico mL de hidróxido de sodio 0,1008 N % Ácido benzoico en base húmeda % Ácido benzoico en base seca 1 507,2 41,30 100,2 100,3 2 577,8 47,00 100,1 100,2 3 477,2 38,85 100,2 100,3 4 500,1 40,65 100,0 100,1 5 549,8 44,80 100,3 100,4 6 450,1 36,55 99,9 100,1 Promedio 100,1 100,2 La pureza del ácido benzoico se calcula con la siguiente fórmula: benzoicoácidodemg 100benzoicoácidodellentemiliequivaNaOHNormalidadNaOHmL% ∗∗∗= Para conocer los miliequivalentes del ácido benzoico se toma en cuenta la estequiometría de la reacción y la masa molecular. MM Ácido benzoico = 122,1 Equivalente = 122,1 mEquivalente = 0,1221 57 Capítulo V. Cálculos. En base húmeda: 1. 2,100 2,507 1001,1221008,03,41% =∗∗∗= N 2. 1,100 8,577 1001,1221008,000,47% =∗∗∗= N 3. 2,100 2,477 1001,1221008,085,38% =∗∗∗= N 4. 0,100 1,500 1001,1221008,065,40% =∗∗∗= N 5. 3,100 8,549 1001,1221008,080,44% =∗∗∗= N 6. 9,99 1,450 1001,1221008,055,36% =∗∗∗= N 58 Capítulo V. Cálculos. Cálculos para pasar a base seca: Contenido de agua en la muestra de ácido benzoico: 0,1% secabasebenzoicoácidodemg506,7aguademg0,5072benzoicoácidodemg507,2 aguademg0,5072507,2 %100 %1,0.1 =− =∗ secabasebenzoicoácidodemg577,2aguademg0,5778benzoicoácidodemg577,8 aguademg0,5778577,8 %100 %1,0.2 =− =∗ secabasebenzoicoácidodemg476,7aguademg0,4772benzoicoácidodemg477,2 aguademg0,4772477,2 %100 %1,0.3 =− =∗ secabasebenzoicoácidodemg499,6aguademg0,5001benzoicoácidodemg500,1 aguademg0,5001500,1 %100 %1,0.4 =− =∗ secabasebenzoicoácidodemg549,2aguademg0,5498benzoicoácidodemg549,8 aguademg0,5498549,8 %100 %1,0.5 =− =∗ secabasebenzoicoácidodemg449,6aguademg0,4501benzoicoácidodemg450,1 aguademg0,4501450,1 100% 0,1%.6 =− =∗ 59 Capítulo V. Cálculos. En base seca: 1. 3,100 7,506 1001,1221008,03,41% =∗∗∗= N 2. 2,100 2,577 1001,1221008,000,47% =∗∗∗= N 3. 3,100 7,476 1001,1221008,085,38% =∗∗∗= N 4. 1,100 6,499 1001,1221008,065,40% =∗∗∗= N 5. 4,100 3,549 1001,1221008,080,44% =∗∗∗= N 6. 1,100 6,449 1001,1221008,055,36% =∗∗∗= N Promediando los valores obtenidos durante la valoración del ácido benzoico, se tiene: en base seca. %2,100X _ = 60 CAPÍTULO VI RESULTADOS Capítulo VI. Resultados. RESULTADOS. DESCRIPCIÓN. FEUM 8ª edición. Resultados: Se observa un polvo blanco cristalino. Cumple con especificaciones. Tiempo (min) Costo de reactivo ($) Por equipo. Costo de tratamiento de residuo ($) 5 1,8 No aplica 6.2 SOLUBILIDAD. FEUM 8ª Edición. Resultados: mg ácido benzoico Disolvente mililitros de disolvente Especificaciones Resultado 500 Etanol 0,4 Muy soluble Se disolvió completamente. 500 Cloroformo 0,4 Muy soluble Se disolvió completamente. 500 Éter etílico 0,4 Muy soluble Se disolvió completamente. 50 Agua 50 Ligeramente soluble Se disolvió completamente. 500 Agua caliente 15 Soluble Se disolvió completamente. Cumple con especificaciones. Tiempo (min) Costo de reactivo ($) Por equipo. Costo de tratamiento de residuo ($) 30 1,50 No aplica 58 Capítulo VI. Resultados. 6.3 ENSAYO DE IDENTIDAD. FEUM 8ª Edición. Resultados: Reactivo Forma un precipitado Especificación Cloruro férrico Color salmón Cumple Ácido sulfúrico Color blanco, soluble en éter etílico Cumple Cumple con especificaciones. Tiempo (min) Costo de reactivo ($) Por equipo. Costo de tratamiento de residuo ($) 30 23,4 0,20 6.4 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA POR EL MÉTODO DE KARL-FISCHER. FEUM 8ª edición. Resultados: Determinación % de agua 1 0,1 2 0,1 3 0,1 4 0,1 5 0,1 6 0,1 Promedio 0,1 Cumple con especificaciones: No más del 0,7 % Tiempo (min) Costo de reactivo ($) Por equipo. Costo de tratamientode residuo ($) 70 62,7 0,35 59 Capítulo VI. Resultados. 6.5 METALES PESADOS. PRUEBA LÍMITE. FEUM 8ª Edición. Resultado: El color desarrollado en la muestra problema es menos intenso que el de la muestra de referencia. Cumple con especificaciones (No más de 10 ppm) Tiempo (min) Costo de reactivo ($) Por equipo. Costo de tratamiento de residuo ($) 60 30,25 O,40 6.6 SUSTANCIAS FÁCILMENTE OXIDABLES. FEUM 8ª Edición. Resultados: Determinación gramos de muestra de ácido benzoico mL de disolución de permanganato de potasio 0,1012 N 1 1,0045 0,3 2 1,0051 0,3 3 1,0065 0,4 Promedio 0,33 Cumple con especificaciones: No más de 0,5 mL de disolución de permanganato de potasio 0,1 N / g de muestra. Tiempo (min) Costo de reactivo ($) Por equipo. Costo de tratamiento de residuo ($) 40 5,0 No aplica 60 Capítulo VI. Resultados. 6.7 VALORACIÓN. FEUM 8ª Edición. Resultados: Determinación. % de ácido benzoico calculado en base seca. 1 100,3 2 100,2 3 100,3 4 100,1 5 100,4 6 100,0 Promedio 100,2 Cumple con las especificaciones 99,5-100,5 % calculado en base seca. Tiempo (min) Costo de reactivo ($) Por equipo Costo de tratamiento de residuo ($) 50 10 No aplica 61 Capítulo VI. Resultados. TABLA DE RESULTADOS. DETERMINACIÓN ESPECIFICACIONES RESULTADO Descripción. Cristales incoloros o polvo blanco cristalino. Polvo blanco cristalino Si cumple. Solubilidad. Soluble en alcohol, cloroformo y éter etílico; ligeramente soluble en agua, soluble en agua caliente. Si cumple. Ensayo de identidad. Se observa un precipitado color salmón y otro de color blanco. Positiva Si cumple. Contenido de agua por el método de Karl – Fischer. No más de 0,7 % 0,1 % Si cumple. Prueba límite de metales pesados. No más de 10 ppm Menos de 10 ppm Si cumple. Sustancias fácilmente oxidables. No más de 0,5 mL de KMnO4 / g de ácido benzoico. 0,3 mL de KMnO 4 0,1 N /g de ácido benzoico. Si cumple. Valoración. Contiene 99,5- 100,5 % Calculado en base seca. 100,2 % calculado en base seca. Si cumple. 62 CAPÍTULO VII DISCUSIÓN DE RESULTADOS Capítulo VII. Discusión de resultados. 7.1 Descripción. Al observar la materia prima, ácido benzoico, éste es un polvo cristalino de color blanco y al calentar la muestra se observa que sublima. 7.2 Solubilidad. Tomando en consideración los términos empleados en la Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos, octava edición, en cuanto a solubilidad, se obtuvieron los siguientes resultados: El ácido benzoico es muy soluble en disolventes como el etanol, cloroformo y éter etílico. En cada una de estas determinaciones se utilizaron 0,5 g de ácido benzoico y 0,4 mL de disolvente, después de una agitación vigorosa se observó que el ácido benzoico se disolvió totalmente. En el caso en que el disolvente es agua, se realizó la prueba de solubilidad en agua fría y caliente: en agua fría, 50 mg se disolvieron en 50 mL y en agua caliente 500 mg se disolvieron en 15 mL. 7.3 Ensayo de Identidad. En este ensayo, se busca identificar a nuestra materia prima en base a reacciones químicas características. Se realizan dos ensayos, utilizando una disolución saturada de ácido benzoico. En la primera identificación, se agrega 1 mL de disolución de ácido sulfúrico 7 N después de enfriar la disolución se obtiene la formación de un precipitado de color blanco soluble en éter etílico. En la segunda identificación, se utiliza disolución reactivo de cloruro férrico , la cual se agrega a la disolución saturada del ácido benzoico y se observó un precipitado de color salmón. 7.4 Determinación del contenido de agua en ácido benzoico por el método de Karl- Fischer. Durante la determinación del contenido de agua en el ácido benzoico, por el método de Karl-Fischer, es importante: • Verificar que todo el material a utilizar durante esta prueba, esté libre de humedad. • La muestra se debe agregar en forma rápida al recipiente en donde se realiza la titulación. • Iniciar la titulación con el reactivo de Karl- Fischer agregando el reactivo, poco a poco. • Observar la escala electrométrica del equipo continuamente. 64 Capítulo VII. Discusión de resultados. Para obtener el factor equivalente de agua se realizaron 3 determinaciones, en cada una se pesaron por diferencia una cantidad exacta de aproximadamente 250 mg de tartrato de sodio dihidratado que fueron valoradas. El factor calculado con base a estas determinaciones es 3,953 mg de agua / mL de reactivo de Karl- Fischer, el cual redondeando es igual a 4,0 mg/mL En el análisis del contenido de agua en la muestra, se realizó por sextuplicado siguiendo el método directo. El porcentaje de agua en la muestra de ácido benzoico es de 0,1 por lo que nuestra materia prima cumple con las especificaciones de la monografía. 7.5 Metales pesados – prueba límite. Para realizar esta prueba se sigue el método I para sustancias que dan disoluciones transparentes. Se realiza una comparación observando los tubos de arriba hacia bajo sobre un fondo blanco. Se observó que el color de la muestra es menor que el color de la disolución de referencia. La muestra cumple con esta prueba límite. 7.6 Sustancias fácilmente oxidables. Al reaccionar el permanganato de potasio con las sustancias presentes en la muestra de ácido benzoico éste se reduce a Mn2+ oxidando a las sustancias presentes. Se realizaron 3 titulaciones de la disolución de ácido benzoico con disolución de permanganato de potasio 0,1012 N y se obtuvo un promedio de 0,33 mL de disolución de permanganato de potasio 0,1012 N / g de ácido benzoico. La muestra cumple con las especificaciones. 7.7 Valoración. En esta determinación se busca conocer la pureza del ácido benzoico. Se realizaron 6 titulaciones siguiendo el método indicado en la monografía y se obtuvo un promedio de 100,2 % de ácido benzoico calculado en base seca. Con base a esto podemos decir que nuestra materia prima se encuentra dentro de especificaciones. 65 CAPÍTULO VIII CONCLUSIONES Capítulo VIII. Conclusiones. Conclusiones: Esta asignatura es la integración de los conocimientos adquiridos durante nuestra formación por lo que el alumno debe de ser capaz de manejar los procedimientos y métodos de análisis aplicados al área farmacéutica logrando con esta práctica un acercamiento a su desarrollo profesional. Las determinaciones realizadas para el análisis farmacopeico del ácido benzoico, logran distribuirse adecuadamente dentro de los horarios de enseñanza práctica de la materia (6 horas plan actual, 4 horas plan nuevo), cada análisis se lleva a cabo siguiendo las buenas prácticas de laboratorio y tiene como propuesta
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