ПРИМЕНЕНИЕ ЖИДКОСТЬ-ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ В АНАЛИЗЕ 2-МЕТОКСИ-4-АЛЛИЛГИДРОКСИБЕНЗОЛА

Асташкина А.П.¹, Шорманов В.К.², Тарасова О.В.³, Елизарова М.К.⁴, Пугачёва О.И.⁵

¹Кандидат химических наук, доцент, Институт природных ресурсов Национального исследовательского Томского политехнического университета, ²Доктор фармацевтических наук, профессор, Курский государственный медицинский университет, ³ORCID: 0000-0003-1241-983X, Кандидат фармацевтических наук, доцент, Курский государственный медицинский университет, ⁴Кандидат фармацевтических наук, преподаватель, Ейский медицинский колледж, ⁵Аспирант, Курский государственный медицинский университет

ПРИМЕНЕНИЕ ЖИДКОСТЬ-ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ В АНАЛИЗЕ 2-МЕТОКСИ-4-АЛЛИЛГИДРОКСИБЕНЗОЛА

Аннотация

2-метокси-4-аллилгидроксибензол (эвгенол, 3-этокси-4-оксиаллилбензол) − биологически активное вещество, главный компонент многих эфирных масел: гвоздичного, базиликового, коричного, масла коллюрии и ряда других, обладает лёгким анестезирующим эффектом и антисептическими свойствами, применяется в стоматологии, парфюмерной и табачной промышленности. Высоко токсичен как для теплокровных животных, так и для человека, имеются данные о случаях смертельных отравлений, что делает необходимым его изучение в химико-токсикологическом отношении. Изучены закономерности жидкость-жидкостной экстракции 2-метокси-4-аллилгидроксибензола из водных растворов кислой, нейтральной и щелочной среды органическими растворителями гидрофобного характера с различными значениями диэлектрической проницаемости при возможном введении в водную фазу электролитов. Результаты могут быть использованы в практике судебно-химической экспертизы эвгенола.

Ключевые слова: 2-метокси-4-аллилгидроксибензол, жидкость - жидкостная экстракция, гидрофобные органические растворители, электролиты.

Astashkina A.P.¹, Shormanov V.K.², Tarasova O.V.³, Yelizarova M.K.⁴, Pugacheva O.I.⁵

¹PhD in Chemistry, Associate Professor, Natural Resources Institute of the National Research Tomsk Polytechnic University, ²PhD in Pharmaceutics, Professor, Kursk State Medical University, ³ORCID: 0000-0003-1241-983X, PhD in Pharmaceutics, Associate Professor, Kursk State Medical University, ⁴PhD in Pharmaceutics, Lecturer, Yeisk Medical College, ⁵Postgraduate Student, Kursk State Medical University

APPLICATION OF LIQUID-LIQUID EXTRACTION IN THE ANALYSIS OF 2-METHOXY-4-ALLYLLHEDROXYBENZENE

Abstract

2-methoxy-4-allylhydroxybenzene (eugenol, 3-ethoxy-4-oxylylbenzene) is a biologically active substance and the main component of many essential oils and namely clove, basil, cinnamon, clove root plant oil etc. It has an easy anesthetic effect and antiseptic properties and is used in dentistry, perfumery and tobacco industries. It is highly toxic for both warm-blooded animals and humans. There are data on the cases of fatal poisoning, which makes a study of the chemical-toxicological properties necessary. The article considers the regularities of liquid-liquid extraction of 2-methoxy-4-allylhydroxybenzene from aqueous solutions of acidic, neutral and alkaline media with organic solvents of a hydrophobic character with different values of the dielectric constant with possible introduction of electrolytes into the aqueous phase. The results can be used in forensic and chemical examination of eugenol.

Key words: 2-methoxy-4-allylhydroxybenzene, liquid-liquid extraction, hydrophobic organic solvents, electrolytes.

2-метокси-4-аллилгидроксибензол (эвгенол, 3-этокси-4-оксиаллилбензол) представляет собой биологически активное вещество, являющееся главным компонентом многих эфирных масел: гвоздичного, базиликового, коричного, масла коллюрии и ряда других. Он обладает лёгким анестезирующим эффектом и антисептическими свойствами, применяется в стоматологии, парфюмерной и табачной промышленности. По химической природе 2-метокси-4-аллилгидроксибензол относится к классу фенолов [1, С. 691], [2, С. 125], [3, С. 17].

2-метокси-4-аллилгидроксибензол может быть получен синтетически и сам является полупродуктом в синтезе ванилина, в синтезах и биосинтезах изоэвгенола и феруловой кислоты (прекурсоров ванилина), а также эвгенолового эфира ацетилсалициловой кислоты, который представляет собой ценное биологически активное соединение и рассматривается как  перспективное лекарственное средство противовоспалительного, болеутоляющего и жаропонижающего действия, а также как средство для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний [4, С. 493], [5, С. 750], [6, С. 196].

2-метокси-4-аллилгидроксибензол высоко токсичен как для теплокровных животных, так и для человека: летальная доза (LD₅₀) данного соединения для крыс при внутрижелудочном введении составляет 1930 мг/кг, при интратрахеальном – 11 мг/кг. В литературе имеются данные о случаях отравлений данным веществом с летальным исходом [7, С. 110], [8, С. 45], [9, С. 277].

Широкое использование 2-метокси-4-аллигидроксибензола, его токсическое действие, доказанное значительным количеством случаев смертельных отравлений, объясняют необходимость изучения эвгенола в химико-токсикологическом отношении [10, С. 7], [11, С. 36], [12, С. 7], [13, С. 43].

Для очистки веществ, выделяемых из биологического материала, в практике судебно-химических экспертиз широко применяется вариант жидкость - жидкостной экстракции, основанный на различном распределении анализируемого вещества в системе из двух жидкостей, несмешивающихся между собой, одна из которых вода или водный раствор, а вторая – органический растворитель.

Распределение 2-метокси-4-аллилгидроксибензола в подобных системах изучены недостаточно, поэтому было проведено исследование экстракции рассматриваемого объекта из водных растворов кислой, нейтральной и щелочной среды (интервал рН 1,0-12,0) органическими растворителями гидрофобного характера с различными значениями диэлектрической проницаемости. В качестве гидрофобных органических экстрагентов использованы гексан, толуол, хлороформ, диэтиловый эфир, этилацетат. Для создания значений рН водной фазы в интервале 1,81-11,98 применялись буферные растворы, которые готовили путём смешивания 100 объёмных частей смеси фосфорной, уксусной и борной кислот в 0,04 М концентрации каждая с различными количествами объёмных частей 0,2 н. раствора гидроксида натрия. Для создания в водной фазе рН 1 использовали раствор хлороводородной кислоты (концентрация в водной среде 0,1 М).

В процессе проведения экстракции 2-метокси-4-аллилгидроксибензола гидрофобными органическими растворителями в каждую делительную воронку вносили 25 мл 0,002% раствора анализируемого вещества, 25 мл буферного раствора с определённым значением рН и 10 мл органического растворителя. Воронки с содержимым встряхивали в течение трёх минут (100 встряхиваний), экстракты отделяли, разбавляли в два или в четыре раза соответствующим экстрагентом и измеряли светопоглощение разбавленных растворов на фоне растворов, полученных в контрольных опытах. Измерение светопоглощения осуществляли при длине волны, соответствующей максимуму длинноволновой полосы поглощения анализируемого вещества в том или ином экстрагенте. Значение оптической плотности использовали для расчета содержания 2-метокси-4-аллилгидроксибензола в экстрактах, с помощью предварительно рассчитанных уравнений градуировочных графиков, данные которых представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Параметры уравнений градуировочных графиков (общий вид: А= k·С+ b)

Растворитель	k	b	λmax	Интервал линейности, мкг/мл	Коэффициент корреляции
Гексан	0,01921	0,00081	280	0,30-60,0	0,9998
Толуол	0,01992	-0,00026	286	0,25-60,0	0,9999
Хлороформ	0,01964	0,00154	280	0,25-60,0	0,9998
Этилацетат	0,02198	0,00126	280	0,25-60,0	0,9999
Диэтиловый эфир	0,01861	0,00043	280	0,30-70,0	0,9998

 

В соответствии с данными таблицы, все градуировочные графики линейны в достаточно широком диапазоне концентраций, превышающем один порядок. Значения коэффициента корреляции во всех случаях составляют более 0,999.

Результаты зависимости степени однократной экстракции 2-метокси-4-аллилгидроксибензола органическими растворителями (при r=1) от уровня кислотности или щелочности водной фазы представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Результаты экстрагирования 2-метокси-4-аллилгидроксибензола гидрофобными органическими растворителями

Экстрагент	Оптимальный интервал рН водного слоя	Степень извлечения при однократной экстракции
Гексан	1-10	96,7-98,1
Хлороформ	1-10	96,4-96,9
Толуол	1-10,5	93,2-93,8
Этилацетат	1-12	97,2-98,6
Этилацетат, насыщенный водой	1-12	94,3-95,7
Диэтиловый эфир	1-10	98,4-98,9
Диэтиловый эфир, насыщенный водой	1-9	98,4-98,9

 

Согласно полученным результатам, в заданных условиях все рассмотренные гидрофобные растворители характеризуются высокой степенью извлечения аналита (более 93%) из водных сред. Максимальная экстракция 2-метокси-4-алллилгидроксибензола достигается при использовании этилацетата – 97,2 - 98,6 % (рН 1–12) и диэтилового эфира – 98,4 - 98,9 % (рН 1–10).

На примере этилацетата и диэтилового эфира изучено влияние насыщения гидрофобных органических экстрагентов водой на степень выделения рассматриваемого объекта. Для насыщения водой того или иного из рассматриваемых растворителей определённый объём каждого трижды встряхивали в делительной воронке с равным объёмом дистиллированной воды со скоростью 20-25 встряхиваний в минуту по 30 минут с двумя 10-минутными перерывами, после чего смесь оставляли на 2 часа в делительной воронке, а затем отделяли насыщенный водой растворитель в стеклянную колбу с притёртой пробкой. Процесс экстракции аналита насыщенными водой эфиром или этилацетатом осуществляли по той же схеме, что и экстрагентами, не содержащими воду. Результаты выделения рассматриваемого вещества из водных сред насыщенными водой экстрагентами представлены в таблице 2. Согласно полученным данным, при экстрагировании 2-метокси-4-аллилгидроксибензола этилацетатом и диэтиловым эфиром, насыщенными водой, максимальные значения степени однократной экстракции составили соответственно 94,3–95,7 % (рН 1–12) и 98,4–98,9 % (рН 1–9) и свидетельствуют, что насыщение диэтилового эфира и этилацетата водой не приводит к увеличению степени извлечения 2-метокси-4-аллилгидроксибензола.

Исследовано влияние насыщения водной фазы электролитами на степень извлечения 2-метокси-4-аллилгидроксибензола диэтиловым эфиром – растворителем, позволяющим наиболее полно извлекать анализируемое вещество из водных растворов. В качестве электролитов использованы хлорид калия, сульфат лития, гексагидрат сульфата натрия.

Результаты исследования представлены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Результаты экстрагирования 2-метокси-4-аллилгидроксибензола диэтиловым эфиром в присутствии электролитов

Присутствие электролита	Оптимальный интервал рН водного слоя	Степень извлечения при однократной экстракции
Без электролита	1-10	98,4-98,9
Хлорид калия	1-11	99,4-99,8
Сульфата натрия гексагидрат	1-10	99,5-99,9
Сульфат лития	1-11	99,2-99,6

 

Как свидетельствуют полученные данные, применение выбранных электролитов обеспечивает повышение процента извлечения аналита при однократной экстракции до 99,4 и выше. Наибольшие значения степени однократной экстракции 2-метокси-4-аллилгидроксибензола (99,5-99,9 %) были достигнуты диэтиловым эфиром при рН водного слоя 1-10 в условиях насыщения водного слоя гексагидратом сульфата натрия.

Исходя из результатов однократной экстракции, по соответствующим формулам [14, С. 155] была рассчитана кратность экстрагирования, необходимая для максимального извлечения заданных количеств рассматриваемого вещества диэтиловым эфиром без применения электролитов и с применением эффекта высаливания в области оптимальных значений рН.

 

Таблица 4 – Кратность экстрагирования, необходимая для извлечения заданных количеств 2-метокси-4-аллилгидроксибензола диэтиловым эфиром

Заданная степень извлечения	Условия экстрагирования
	Без электролита рН 1-10	В присутствии хлорида калия рН 1-11	В присутствии гексагидрата сульфата натрия рН 1-10	В присутствии сульфата лития рН 1-11
80	1	1	1	1
90	1	1	1	1
95	1	1	1	1
99	2	1	1	1
99,9	2	2	2	2
99,99	2	2	2	2

 

Как следует из таблицы 4, при условии равенства объёмов водной и органических фаз для извлечения 80-99,99% 2-метокси-4-аллилгидроксибензола диэтиловым эфиром необходима 1-2 – кратная экстракция.

Список литературы / References

1. Химический энциклопедический словарь / Под ред. И.Л. Кнунянца. – М.: Советская энциклопедия, 1983. – 792 с.
2. Танасиенко Ф.С. Эфирные масла. Содержание и состав в растениях / Ф.С. Танасиенко. – Киев: Наукова думка, 1985. – 264 с.
3. Шорманов В.К. Особенности определения эвгенола в биологическом материале / В.К. Шорманов, Е.А. Сухомлинова // Судебно-медицинская экспертиза. – 2008. – Т. 51. – № 3. – С. 17–21.
4. Walton N.J. Novel approaches to the biosynthesis of vanillin / N.J. Walton, A. Narbad, C. Faulds et al. // Current Opinion in Biotechnology – 2000. – Vol. 11. – N 5. – Р. 490–496.
5. Plaggenborg R. Potential of Rhodococcus strains for biotechnological vanillin production from ferulic acid and eugenol / R. Plaggenborg, J. Overhage, A. Loos et al. // Applied Microbiology and Biotechnology – 2006. – Vol. 72. – N 4. – P. 745-755.
6. Karam I. Lowering effects of aspirin eugenol ester on blood lipids in rats with high fat diet / I. Karam, N. Ma, X.-W. Liu et al. // Lipids in Health and Disease. – 2016. – Vol. 15. – N 1. – P. 196.
7. Берташ Р.С. Определение эвгенола в биологическом материале / Р.С. Берташ // Опыт работы судебно-медицинской службы Ленинграда: Материалы научно-практической конференции, посвященной 70-летию организации Бюро судебно-медицинской экспертизы Ленинграда. – Л., 1989. – Выпуск 4. – С. 110–112.
8. Доброриз А.М. Случай смерти от отравления эвгенолом / А.М. Доброриз, А.Н. Борисенко, В.В. Клиза // Судебно-медицинская экспертиза. – 2004. – Т. 47. – № 5. – С. 45–46.
9. Du Plooy W.J. Poisoning with Boophane disticha: a forensic case / W.J. Du Plooy, L. Swart, G.W. Van Huysteen // Human and Experimental Toxicology – 2001. – Vol. 20. – № 5. – P. 277–278.
10. Сухомлинова Е.А. Определение эвгенола в биологических жидкостях / Е.А. Сухомлинова, В.К. Шорманов // Фармация. – 2008. – Т. 57. – № 1. – С. 7–9.
11. Сухомлинова Е.А. Изучение особенностей распределения 2-метокси-4-аллилгидрокси-бензола в организме теплокровных животных при летальных отравлениях / Е.А. Сухомлинова, В.К. Шорманов, Л.Л. Квачахия и др. // Судебно-медицинская экспертиза. – 2009. – Т. 52. – № 2. – С. 35–38.
12. Шорманов В.К. Определение эвгенола в биологических объектах / В.К. Шорманов, А.П. Асташкина, В.Е. Саломатин и др. // Фармация. – 2012. – Т. 61. – № 7. – С. 7–9.
13. Асташкина А.П. Определение 2-метокси-4-аллилгидроксибензола при химико-токсикологическом исследовании биологического материала / А.П. Асташкина, В.К. Шорманов, А.В. Киричёк и др. // Судебно-медицинская экспертиза. – 2012. – Т. 55. – № 6. – С. 42–45.
14. Коренман И.М. Экстракция в анализе органических веществ / И.М. Коренман. – Москва: Химия, 1977. – 200 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Himicheskij enciklopedicheskij slovar [Chemical encyclopedic dictionary] / pod red. I.L. Knunyanca. – M.: Sovetskaya enciklopediya [Soviet encyclopedia], 1983. – 792 P. [in Russian]
2. Tanasienko F.S. Efirnye masla. Soderzhanie i sostav v rasteniyax [Essential oil. The content and composition in plants] / F.S. Tanasienko. – Kiev: Naukova Dumka, 1985. – 264 P. [in Russian]
3. Shormanov V.K. Osobennosti opredeleniya evgenola v biologicheskom materiale [Determination of eugenol in biological material] / V.K. Shormanov, E.A. Suxomlinova // Sudebno-medicinskaya ekspertiza [A forensic examination]. – 2008. – V. 51. – № 3. – P. 17–21. [in Russian]
4. Walton N.J. Novel approaches to the biosynthesis of vanillin / N.J. Walton, A. Narbad, C. Faulds et al. // Current Opinion in Biotechnology – 2000. – Vol. 11. – N 5. – Р. 490–496.
5. Plaggenborg R. Potential of Rhodococcus strains for biotechnological vanillin production from ferulic acid and eugenol / R. Plaggenborg, J. Overhage, A. Loos et al. // Applied Microbiology and Biotechnology – 2006. – Vol. 72. – N 4. – P. 745–755.
6. Karam I. Lowering effects of aspirin eugenol ester on blood lipids in rats with high fat diet / I. Karam, N. Ma, X.-W. Liu et al. // Lipids in Health and Disease. – 2016. – Vol. 15. – N 1. – P. 196.
7. Bertash R.S. Opredelenie evgenola v biologicheskom materiale [Determination of eugenol in biological material] / R.S. Bertash // Opyt raboty sudebno-medicinskoj sluzhby Leningrada: materialy nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashhennoj 70-letiyu organizacii byuro sudebno-medicinskoj ekspertizy Leningrada [The experience of the forensic medical service of Leningrad: materials of the scientific-practical conference dedicated to the 70th anniversary of the organization of the Bureau it is judicial-medical examination of the Leningrad]. – L., 1989. – Vypusk 4 [Release 4]. – P. 110–112. [in Russian]
8. Dobroriz A.M. Sluchaj smerti ot otravleniya evgenolom [Case of death from poisoning by eugenol] / A.M. Dobroriz, A.N. Borisenko, V.V. Kliza // Sudebno-medicinskaya ekspertiza [A forensic examination]. – 2004. – V. 47. – № 5. – P. 45–46. [in Russian]
9. Du Plooy W.J. Poisoning with Boophane disticha: a forensic case / W.J. Du Plooy, L. Swart, G.W. Van Huysteen // Human and Experimental Toxicology – 2001. – Vol. 20. – № 5. – P. 277–278.
10. Suxomlinova E.A. Opredelenie evgenola v biologicheskix zhidkostyax [Determination of eugenol in biological fluids] / E.A. Suxomlinova, V.K. Shormanov // Farmaciya [Pharmacy]. – 2008. – V. 57. – № 1. – P. 7–9. [in Russian]
11. Suxomlinova E.A. Izuchenie osobennostej raspredeleniya 2-metoksi-4-allilgidroksibenzola v organizme teplokrovnyx zhivotnyx pri letalnyx otravleniyax [The study of the peculiarities of the distribution of 2-metoksi-4-allilgidroksibenzola in the organism of warm-blooded animals with a lethal poisoning] / E.A. Suxomlinova, V.K. Shormanov, L.L. Kvachaxiya et al. // Sudebno-medicinskaya ekspertiza [A forensic examination]. – 2009. – V. 52. – № 2. – P. 35–38. [in Russian]
12. Shormanov V.K. Opredelenie evgenola v biologicheskix obektax [Determination of eugenol in biological objects] / V.K. Shormanov, A.P. Astashkina, V.E. Salomatin et al. // Farmaciya [Pharmacy]. – 2012. – V. 61. – № 7. – P. 7–9. [in Russian]
13. Astashkina A.P. Opredelenie 2-metoksi-4-allilgidroksibenzola pri ximiko-toksikologicheskom issledovanii biologicheskogo materiala [Definition 2-metoksi-4-allilgidroksibenzola in chemical-toxicological investigation of biological material] / A.P. Astashkina, V.K. Shormanov, A.V. Kirichyok et al. // Sudebno-medicinskaya ekspertiza [A forensic examination]. – 2012. – V. 55. – № 6. – P. 42–45. [in Russian]
14. Korenman I.M. Ekstrakciya v analize organicheskix veshhestv [Extraction in analysis of organic substances] / I.M. Korenman. – Moskva: Himiya, 1977. – 200 P. [in Russian]