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Boletín de la Sociedad Chilena de Química

versión impresa ISSN 0366-1644

Bol. Soc. Chil. Quím. v.46 n.2 Concepción jun. 2001

http://dx.doi.org/10.4067/S0366-16442001000200015 

ESTUDIO ELECTROQUIMICO DEL ANTIBIOTICO AMOXICILINA
A TRAVES DE INTERFASES LIQUIDO-LIQUIDO.

L. BASAEZ1*, I. PERIC1, C. AGUIRRE2 y P. VANYSEK3

1Departamento de Química Analítica e Inorgánica, Facultad de Ciencias Químicas,
Universidad de Concepción, Casilla 3-C Concepción, Chile.
2Facultad de Ciencias, Universidad Católica de la Santísima Concepción, Concepción, Chile.
3Department of Chemistry and Biochemistry, Northern Illinois University,
DeKalb, IL 60115, USA.
(Recibido: Octubre 12, 2000 - Aceptado: Abril 9, 2001)
*To whom correspondence should be addressed

RESUMEN

Muchas moléculas de interés farmacológico, no pueden ser estudiadas satisfactoriamente por las técnicas electroquímicas clásicas debido a la gran complejidad que presentan cuando son sometidas a procesos electródicos. En este estudio, se presenta un método electroquímico denominado ITIES el cual es utilizado para estudiar el antibiótico beta-lactámico amoxicilina.

Se utilizó un sistema de cuatro electrodos para la generación de los voltammogramas cíclicos sobre la interfase agua/nitrobenceno. El compuesto zwitterion fue ionizado por ajuste de pH. El antibiótico ionizado es estudiado voltamétricamente a través de su transferencia desde la fase acuosa hacia la fase orgánica usando el método ITIES.

Palabras claves: Antibióticos beta-lactámicos, ITIES, amoxicilina, electroanálisis; transferencia iónica.

SUMMARY

Many molecules of farmacological interest could not have been studied for the classical electrochemical technical due to the great complexity that they present when they are submitted to voltammetric processes. An electrochemical method for quantifying beta-lactam antibiotic (amoxicillin) is described. Cyclic voltammetry at the water/nitrobenzene interface in a four-electrode system is used. The zwitterion compound was ionized to the necessary electrochemical form by pH adjustment. The ionized antibiotic is studied by voltammetric transfer since water to nitrobenzene using the method of the interface between two immiscible electrolyte solutions (ITIES).

KEY WORDS: beta-lactam antibiotics, ITIES, amoxicillin, electroanalysis; ion transfer

INTRODUCCION

ITIES (Interfacial two immiscible electrolyte solutions) es una técnica basada en la transferencia de masa de ciertas moléculas cargadas eléctricamente desde una fase acuosa hacia una fase orgánica(1-8). No obstante, estas moléculas deben poseer algunas características particulares:

1.- Carga eléctrica
2. Una mayor hidrofobicidad que un electrolito muy soluble en agua (e.g. NaCl).
3.- Un coeficiente de partición agua/orgánico mayor que 1.

Esto garantiza que se pueda observar su transferencia, desde una fase a otra, dentro de los límites predeterminados por el electrolito soporte.

Por otra parte, los experimentos requieren de una celda electródica especial (Fig 1) que permita la transferencia de masa. La celda debe poseer una interfase agua/orgánico horizontal a la persona que mide y debe estar libre de movimiento, para que los dos electrodos RE1 y RE2, no se vean afectados por el ruido.


Fig. 1. Esquema de una celda electroquímica utilizada en un experimento para una interfase líquido-líquido.

En el caso de moléculas eléctricamente neutras en solución acuosa, ellas pueden ser "modificadas" para su correspondiente estudio. Esto se puede realizar por medio de cambios de pH (como es el caso de los antibióticos beta-lactámicos) o por formación de complejos.

El estudio electroquímico de los fenómenos que ocurren en una interfase líquido-líquido constituye un importante aporte al desarrollo de nuevas metodologías analíticas y electroanalíticas destinadas al estudio de sustancias de difícil tratamiento por vías clásicas. En particular el estudio de antibióticos presenta un gran desafío, pues su estructura molecular es, a veces, de gran complejidad y no posee una respuesta clara desde el punto de vista del análisis electroquímico tradicional. No obstante, nuestros estudios han demostrado que cuando son estudiados por ITIES, dada su naturaleza de Zwitterión, éstos se muestran muy activos frente a una perturbación proveniente de un campo eléctrico aplicado a los electrodos auxiliares, lo cual facilita la difusión desde una fase a otra manifestándose una corriente de transferencia de masa que puede ser estudiada en forrma similar a una potenciometría.

Por otra parte, el interés en desarrollar esta metodología abre una puerta al estudio de mecanismos de reacción y deja en evidencia la participación de productos de degradación de fármacos (por ejemplo en procesos biológicos) que aparecen cuando son sometidos a hidrólisis ácida o básica y paralelamente permiten entender porque los fármacos pierden su actividad biológica. Además, el potencial de transferencia de estas moléculas es una medida de su hidrofobicidad, y esto a su vez puede correlacionarse con su facilidad para penetrar células.

La posibilidad de adsorber moléculas anfipáticas en la interfase agua/solvente orgánico y, de esta manera, simular una membrana biológica, amplía el espectro de aplicaciones en este campo. Es un hecho conocido que tanto la acción terapéutica como la biodisponibilidad de muchos fármacos está relacionada con su interacción con las membranas biológicas, es decir con su capacidad de adsorción y/o penetración en las células a través de estas membranas. Entender dicha interacción es esencial para comprender su mecanismo de acción. En este sentido, se pretende contribuir a la investigación clínica sobre el efecto terapéutico de drogas desde la perspectiva de su comportamiento electroquímico.

Los antibióticos beta-lactámicos expuestos a medios ácidos o básicos muestran signos de hidrólisis y las soluciones contienen productos de degradación. La degradación de la penicilina a ácido peniciloico en medio alcalino y penicilamina, ácido penicílico y peniloaldehido en medio ácido han sido descritos en la literatura(11). ciertas cefalosporinas en sus correspondientes ácidos hidroxámicos(12)

Las estructuras de los antibióticos se muestran en la (fig. 2)


Fig.2. Estructuras químicas de los antibióticos beta-lactámicos

PARTE EXPERIMENTAL

Reactivos Químicos

Se utilizó amoxicilina sigma, tetrabutilamonio tetrafenilborato 99% (TBATPB) y cloruro de tetrabutil 96% (TBACL) Aldrich, milwaukee, WI (USA) y LiCl Fischer Scientific, Pittsburgh, PA (USA). El nitrobenceno (Fisher certified acs) fue filtrado a través de una columna de óxido de aluminio activado (J.T. Baker, Phillipsburg, NJ (USA)) para eliminar probables impurezas. todas las medidas fueron hechas a 25C.

Equipos y Celdas

La celda experimental que se utilizó en este trabajo fue similar a la descrita previamente (9,10) (fig. 2). El volumen de la fase no acuosa (nitrobenceno) fue aproximadamente de 7 ml y la parte acuosa de 10 ml. El electrodo de referencia fue un alambre de plata recubierto con AgCl. El electrodo de referencia de la fase acuosa fue directamente sumergido en la solución acuosa que contenía LiCl, idéntico al electrolito soporte. El electrodo de referencia de la fase no acuosa fue inmerso en una solución 0.1 mol · l-1 de TBACL la cual estaba en contacto con la fase no acuosa que contenía TBATPB como electrolito soporte. Así, la solución acuosa de TBACL intercambio el ion cloruro con el electrodo de Ag/AgCl y el ion TPB con la fase no acuosa que contenía TBATPB. A través de esta secuencia de interfases sé mantuvo el potencial de referencia constante. Es muy importante que estos electrolitos estén preferencialmente confinados a sus respectivas fases. De ahí que se escogieran muy lipofóbicos como el LiCl y muy lipofílicos como el TBATPB. El área de contacto entre las dos fases en la celda fue 0.28 cm2.

El estudio electroquímico utilizó una interfase electroquímica Solartrón 1286, la cual fue usada como un potenciostato de cuatro electrodos. Los electrodos auxiliares fueron alambres en espiral de platino de 1 cm2 cada uno. Se utilizó un equipo EG&G 175 como generador de señales y los voltamogramas fueron registrados en un equipo Hewlett-Packard 7090A XY.

RESULTADOS Y DISCUSION

La respuesta electroquímica del electrolito soporte (Figura 3) muestra un voltamograma del comportamiento de 0.06 mol·l-1 de TBPTPA en nitrobenceno y 0.06 mol·l-1 de TBACl en 1 mol·l-1 de LiCl como fase acuosa registrado a 20 mV· s-1 (fig. 3), medido frente a un electrodo de Ag/AgCl como referencia.


Fig. 3. Comportamiento electroquímico del electrolito soporte TBPTPA en nitrobenceno y TBACl 0.06 M respectivamente. V = 20 mV/s

El intervalo de barrido corresponde al potencial donde los procesos de transporte de carga a través de la interfase y la corriente resultante no están influenciados por el electrolito soporte utilizado. En esta zona es posible seguir, electroquímicamente, el transporte a través de la interfase de la amoxicilina y sus productos de degradación como se ha visto recientemente en antibióticos beta-lactámicos (13). Se observa que la respuesta es extremadamente sensible a los cambios de la posición del capilar de luggin próximo a la interfase y a los movimientos que ésta pueda tener. Además, durante el experimento, cuando se adicionan alícuotas del antibiótico o de otra solución es importante asegurarse que la altura de la interfase permanezca constante. Pues cambios pequeños provocan una descompensación en la resistencia de la solución la cual puede llevar a una interpretación errónea del analito en estudio.

Los siguientes voltamogramas (Fig. 4) superpuestos muestran que para una concentración de amoxicilina 0.01 mol·l-1 el pH juega un papel importante en el comportamiento eléctrico del antibiótico.

Podemos observar que para pH extremos (1.5 y 11.4) el comportamiento del antibiótico se ve favorecido en su transferencia aproximadamente a 100 mV. El comportamiento puede estar asociado a la aparición de productos de degradación que ya se han descritos en recientes trabajos (13). El comportamiento es radicalmente diferente cuando el pH está próximo al punto isoeléctrico, lo cual permitiría estudiar al antibiótico con un menor grado de degradación.

La aparición de productos de degradación normalmente, va asociada a la aparición de una suave coloración amarilla la cual se vuelve más intensa a medida que transcurre el tiempo. Esto ocurre a pH 1.5 y 11.


Fig. 4. Voltamogramas cíclicos de amoxicilina 0.01 M en TBPTPA en nitrobenceno / agua interfase. 1) pH 1.5 , 2) pH 6.6 , 3) pH 7.8 y 4) pH 11.4.

CONCLUSIONES

Los experimentos electroquímicos que utilizan el método de interfases inmiscibles han probado ser potencialmente útiles en el estudio de ciertos antibióticos beta-lactámicos como la amoxicilina. Las técnicas clásicas, normalmente trabajan con analitos que poseen propiedades de óxido-reducción que permiten la transferencia de carga desde o hacia el electrodo. Sin embargo, especies resistentes a estos procesos, tales como ciertos fármacos, pueden ser estudiados por ITIES con la ventaja de no provocar cambios sustanciales en sus estructuras; al menos no inicialmente.

AGRADECIMIENTOS

L.B. agradece a la Universidad de Concepción a través de su Dirección de Investigación, proyecto P.I. No. 200.021.012-1.0. Además, L.B, agradece a la COMISIÓN FULBRIGHT por su estadía en Northern Illinois University. USA.

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