ANALYSIS OF DRUGS IN PAIN RELIEVERS BY THIN LAYER CHROMATOGRAPHY

Austin Peay State University Department of Chemistry       CHEM 1021  ANALYSIS OF DRUGS IN PAIN‐RELIEVERS BY THIN‐LAYER CHROMATOGRAPHY  Caution:  D...
Author: Nelson Malone
60 downloads 0 Views 168KB Size
Austin Peay State University Department of Chemistry    

 

CHEM 1021 

ANALYSIS OF DRUGS IN PAIN‐RELIEVERS BY THIN‐LAYER CHROMATOGRAPHY  Caution:  Do not ingest any materials from this lab.  Ethyl acetate and ethanol are used in the solvent  mixture and both are flammable.  Purpose:  In this lab you will separate the components of different pain medications using thin‐layer  chromatography, and use this information to determine what drugs are in pills that contain more than  one drug.  Use your textbook if you need a refresher on polarity.     Background:  We sometimes refer to pain‐pills in terms of their brand name, rather than their generic  name, which is also different than their chemical one.  We sometimes ask for Tylenol or Advil to mean  “pain drug”, when in actuality, these drugs contain two different pain‐killers, acetaminophen and  ibuprofen, respectively, and these work in different ways in the body.  Some people refer to any pain  killer as simply aspirin, while aspirin itself is a generic name for Bayer.  This is most likely due to aspirin  being the only pain drug available for many years.    In this lab you will be examining a number of pain killers and determining which are components  in common brand name drugs using a technique called thin‐layer chromatography, or TLC.  You will need  to be familiar with some terms prior to the lab:  



 



Polarity—electronegative atoms (oxygen, nitrogen, chlorine, and fluorine) when bound to a non‐  electronegative  atom  (carbon  and  hydrogen  usually)  create  a  polar  bond,  due  to  the  electronegative atom “stealing” electrons from the other.  Polarity can be in terms of “yes” and  “no”,  but  also  in  terms  of  magnitude.    Water,  for  example,  is  more  polar  than  ammonia,  but  both are polar.  Methane is not polar because it has no electronegative atoms.  Oxygen gas (O2)  isn’t polar because there are no non‐electronegative atoms bound to it.     Solvent—a solvent is a liquid that you can dissolve a chemical in.  If the chemical is not soluble in  the liquid, it can’t be a solvent.  Water, for example, is a good solvent for both sugar and salt,  because  they  dissolve  completely  in  it.    This  follows  the  “like  dissolves  like”  rule,  regarding  polarity and solubility.  Solute—a chemical that is being dissolved in a solvent is the solute.  In the water‐sugar example,  sugar is the solute.    Solution—a solute dissolved in a solvent creates a solution.  Most often this is a liquid with other  chemicals dissolved in it.  In the water‐sugar example, the water with the dissolved sugar is the  solution.  Thin  layer  chromatography  (TLC)—a  method  chemists  use  to  separate  one  chemical  from  another using their differences in polarity.  There are several components to TLC:  o Stationary phase—In order to separate chemicals, we have to have a platform on which  to separate them.  In our case, the platform is a thin sheet of the polar chemical silica  attached  to  a  plastic  support.    The  silica  does  not  move  in  the  process  of  chromatography, therefore, we call it stationary.   o Mobile  phase—A  mobile  phase  is  the  solvent  that  carries  the  chemicals  through  the  stationary phase.  A small spot of chemicals won’t move on silica alone, but if we add a  solvent, it can draw the chemicals up through the paper using capillary action.   

                                    Revision S10                                                                                                                                                                                           Page 1 of 7   

Austin Peay State University Department of Chemistry    

 

CHEM 1021 

ANALYSIS OF DRUGS IN PAIN‐RELIEVERS BY THIN‐LAYER CHROMATOGRAPHY  o o

o

Point of origin—the spot where you put your chemicals on the stationary phase.  Developing—after  putting  chemicals  on  the  point  of  origin,  the  chromatogram  can  be  “developed”,  that  is,  the  mobile  phase  can  be  pulled  through  the  stationary  phase  to  separate the chemicals.      Retention  factor  (Rf)—The  distance  our  chemicals  move  during  chromatography  is  typically  less  than  the  distance  the  mobile  phase  moves.    We  can  measure  the  difference  in  distance  by  using  the  Rf  value.    This  is  the  distance  a  chemical  moves  on  our  silica  (stationary  phase)  during  our  separation  divided  by  the  distance  the  mobile  phase  moves.    If  I  use  water  as  a  mobile  phase,  sugar  as  my  solute,  and  silica  as  my  stationary  phase,  my  Rf  value  will  always  be  the  same  in  this  system.    Changing  the  mobile phase to alcohol will change the Rf  for the sugar, because sugar has a different  affinity for alcohol than it does water.  The following formula is used to determine Rf:       

   





TLC works off of affinities.  If a chemical has a higher affinity for the silica plate and a low  affinity for the solvent (which would happen if the compound is quite polar) it will stick to the  plate (it wouldn’t migrate far).  If the chemical has a low affinity for the plate and a high affinity  for  the  solvent  (which  would  happen  if  it  is  quite  non‐polar),  it  will  fly  up  the  plate  with  the  solvent, because it “hates” being in contact with the polar silica, but is “happy” being in contact  with the solvent.    Analgesic—a pain killing drug.  This could be aspirin.  This could be morphine.  All pain killers are  considered analgesics.    Antipyretic—a drug that reduces a fever.    H Anti‐inflammatory—a drug that reduces swelling.  CH 3 N   Tylenol™‐‐generic name is acetaminophen, chemical name is N‐ O HO (4‐hydroxyphenyl) acetamide.  Acetaminophen is both an  analgesic and an antipyretic.      OH Bayer™‐‐generic name is aspirin, chemical name is 2‐acetoxybenzoic  O acid.    Aspirin  acts  as  an  analgesic,  antipyretic,  and  an  anti‐ O CH 3 inflammatory,  which  makes  it  a  very  good  overall  pain  reliever  for  many  ailments.    Aspirin  also  has  the  ability  to  prevent  blood  from  clotting,  which  is  why  it  is  so  widely  used  in  people  prone  to  heart  O disease.    Advil™‐‐generic name is ibuprofen, chemical name is   CH3 H2 C 2‐(4‐isobutylphenyl)propanoic acid.  Works mostly as   HC OH C O

CH3 H C

Revision S10                                                                                                                                                                                           Page 2 of 7  CH3  

                                   

Austin Peay State University Department of Chemistry    

 

CHEM 1021 

ANALYSIS OF DRUGS IN PAIN‐RELIEVERS BY THIN‐LAYER CHROMATOGRAPHY  an anti‐inflammatory drug, but acts as an analgesic when pain is associated with swelling.     



  Caffeine—not sold as is, but a component of pills.  Not an analgesic,  but  a  stimulant  and  diuretic  (makes  you  urinate).    Can  help  a  body  absorb  other  drugs  more  quickly;  it  is  commonly  found  with  analgesics to provide faster pain relief.         

Equipment:  Beaker      silica plates  aspirin  soln  watch glass    Solvent*  Acetaminophen  soln  ibuprofen soln  caffeine soln  filter paper    UV lamp  Unknown drugs soln  ruler    capillaries      (*Solvent is 25:1:1 ethyl acetate: ethanol: acetic acid)    Procedure:    1. You  will  start  this  experiment  by  determining  the  chromatographic  properties  of  the  drugs  in  their  pure  form.   Obtain  a  TLC  plate  and  very  gently  draw  a  line  about  1  cm  from  the  bottom  of  the  plate  using  a  dull  pencil  on  the  side  that  has  the  silica.    If  you  push  too  hard,  you  will  scratch  off  the  silica.    DON’T  use  ink!    On  the  line,  and  4  small  lines  as  shown  in  Figure  1,  and  label  the  lines  T  (for  acetaminophen,  Tylenol), A (for aspirin), I (for ibuprofen), and C (for caffeine).      2. Touch a clean capillary tube to the acetaminophen solution to draw up about 1‐2 cm of solution.   Being  careful  to  not  disturb  the  silica,  touch  the  capillary  to  the  silica  on  the  T  line.    You  may  have to jiggle it slightly to get the solution to come out onto the silica.  YOU WANT TO GET AS  SMALL  OF  A  SPOT  AS  POSSIBLE!    When  a  small  amount  of  solution  comes  out,  remove  the  capillary and let the spot dry.  Continue until all of the solution in the capillary is gone.  Repeat  the process using clean capillaries each time for the remaining 3 solutions.       

                                    Revision S10                                                                                                                                                                                           Page 3 of 7   

Austin Peay State University Department of Chemistry    

 

CHEM 1021 

ANALYSIS OF DRUGS IN PAIN‐RELIEVERS BY THIN‐LAYER CHROMATOGRAPHY  3. Add  the  developing  solvent  to  a  depth  of  about  0.5  cm  to  the  beaker,  and  add  a  piece  of  filter  paper  to  the  side  of  the  beaker, swirling the solvent to get the filter  moist.    When  all  4  spots  on  the  TLC  have  dried, place the, spots down, in the beaker.   You will want to lean it slightly to get better  results  (see  Figure  2).    Put  the  watch  glass  on top of the beaker to seal in the solvent.  4.  Allow the solvent to reach within a half cm to the top of the plate and pull it out of the beaker.   Immediately mark with a line the spot where the solvent stopped.  This is called the solvent  front and you will need it for measurement.  Lay the TLC plate with silica side up until it dries.    5.  When the plate is dry, you can visualize the spots.  The chemicals are present in very small  quantities, and are not colored, however, they absorb UV light.  The silica contains an indicator  dye that glows green under UV light.  This means when you look at your plate under UV light it  will glow green except where your spots moved to.  Look at your plate under the UV light, being  careful around the UV lamp.  You don’t want to get a sunburn, or do damage to your eyes by  looking at it (both of which are possible).  Where you see spots, lightly circle with a pencil.  Set  aside your plate for measurements at the end of the experiment.  6. Mark a new TLC plate for 3 new samples.  Take the three mixed pain relievers and spot each of  them onto the plate.  Develop as you did the previous examples.  Visualize under UV light, and  mark what spots you see.  You will see more than one spot per sample.    7. Fill in the data sheet and answer the remaining questions.                                     

                                    Revision S10                                                                                                                                                                                           Page 4 of 7   

Austin Peay State University Department of Chemistry    

 

CHEM 1021 

ANALYSIS OF DRUGS IN PAIN‐RELIEVERS BY THIN‐LAYER CHROMATOGRAPHY  DATA SHEET and POST LAB QUESTIONS    Name:__________________________________    Partner: ________________________________      1. Sketch your TLC plates below:  Knowns:        Unknowns:                    2. Measure the distance between your two drawn lines in mm.  This is the distance your mobile  phase traveled.    a. Knowns:   ____________mm    b. Unknowns:  ____________mm    3. Measure the distance the spots moved in mm, measuring from the bottom line (where you  initially spotted them) to the middle of where they ended up.  Use this value to determine the Rf  values for each.  a. Knowns:  i. Acetaminophen (T)   ________________mm   Rf=____________  ii. Aspirin (A)    ________________mm   Rf=____________  iii. Ibuprofen (I)    ________________mm   Rf=____________  iv. Caffeine (C)    ________________mm    Rf=____________    b. Unknowns:  i. Excedrin Migraine  ________________mm   Rf=____________  ________________mm                Rf=____________  ________________mm   Rf=____________     

                                    Revision S10                                                                                                                                                                                           Page 5 of 7   

Austin Peay State University Department of Chemistry    

 

CHEM 1021 

ANALYSIS OF DRUGS IN PAIN‐RELIEVERS BY THIN‐LAYER CHROMATOGRAPHY    ii. Excedrin Tension   ________________mm   ________________mm       iii. Excedrin Back and Body ________________mm    ________________mm  

Rf=____________  Rf=____________ 

Rf=____________  Rf=____________ 

  4. Comparing your Rf values, which drugs are in your unknowns?  a. Excedrin Migrane:        b. Excedrin Tension        c. Excedrin Back and Body        5. How did your anticipated polarities compare to what you actually saw in this experiment?    ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________    6. If two components have an identical Rf value, does this mean they have to have the same  structure?  Explain.   ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________    7. Where would the spots have appeared, relative to what you found, if you used a more polar  solvent?  Explain.  ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________       

                                    Revision S10                                                                                                                                                                                           Page 6 of 7   

Austin Peay State University Department of Chemistry    

 

CHEM 1021 

ANALYSIS OF DRUGS IN PAIN‐RELIEVERS BY THIN‐LAYER CHROMATOGRAPHY  PRE‐LAB ASSIGNMENT    Name: ____________________________________    Date: _____________________________________    1. If  you  try  and  chromatograph  a  very  polar  compound  using  TLC,  would  you  expect  the  compound to move a short distance or a far distance?  Why?            2. I want you to form a hypothesis regarding the separation of the chemicals.  Draw a plate below  that outlines what you think the chromatograph will look like for the 4 single compounds.  Look  at  the  provided  structures  and  determine  what  you  think  is  the  relative  polarity  of  the  compounds, and place them on the plate accordingly.                      Explain why you picked the order of chemicals that you did regarding polarity.          3. You have a chromatograph that has two spots on it, spot 1 moved 15 mm from the origin and  spot 2 moved 35 mm from the origin.  The solvent moved a total of 57 mm.  What are the Rf  values for the two chemicals?  Which is more polar?     

                                    Revision S10                                                                                                                                                                                           Page 7 of 7   

Suggest Documents