Kinetics for Oxidation of Penicillanic Acid Derivatives by Per-Iodatocuperate (III) Complexes In The Presence Of Cobalt (III) Catalyst in Alkaline Medium
Date
2024-06
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Institute of Science & Technology
Abstract
Ampicillin, amoxicillin, dicloxacillin carbenicillin, and oxacillin are penicillanic acid derivatives (PADs) or β-lactam antibiotics. After consumption of these PADs or antibiotics for a selected purpose, non-degraded forms of these species are accumulated in the environment from waste-water, hospitals, and sewage or land-fill sites. The oxidation process is a kind of degrading method of these antibiotics from environmental aqueous medium. The kinetics and mechanism of oxidation of Penicillanic acid derivatives by diperiodatocuprate [DPC (III)] and Co (III) Chloride catalyst in the aqueous alkaline medium were studied UV/Visible spectrophotometrically at 298 K and ionic strength of 0.10 mol dm-3. After checking their melting points and re-crystallization of these penicillanic acids, from Sigma Aldrich trade, solutions were prepared and stored after confirmation of concentration iodometrically. The reagent DPC (III) was synthesized by Jaiswal and Yadava method. The formation of DPC (III) reagent was confirmed by the appearance of a peak by UV/Visible spectrophotometer and showed maximum absorbance peak at 415 nm. The reaction between DPC (III) and ampicillin in aqueous alkaline medium showed (AMP: DPC-III) 1:4 stoichiometry. The reaction between DPC (III) and amoxicillin showed (AMX: DPC-III) 1:2 stoichiometry. Similarly, one mole of dicloxacillin consumes 4 moles of DPC (III) and one mole of carbenicillin consumed 4 moles of DPC (III) in aqueous alkaline medium while stoichiometry of oxacillin and DPC (III) was declared to be 1:4. The reaction products, in each re-dox reaction, were identified by spot test, CHNS, FT-IR, and LC-MS spectral studies. The reactions were of pseudo-first-order with respect to DPC (III) concentration and fractional order with respect to AMP / AMX / DCLX / CRBC/OXC as well as alkali concentration.
The addition of periodate showed a retarding effect on the rate of oxidation and was of negative fractional order. Monoperiodatocuprate (MPC-III) was found to be the main active species in the alkaline medium in the form of [Cu (H2IO6)(H2O)2] or [Cu (H3IO6)(H2O)2]+.
Absorbance collected from UV/Visible spectrophotometer was converted into uncatalyzed (kU) , catalyzed (kc), and thence total rate constant (kT), and these data were used to verify the Beer- Lambert’s law, and many more plots like order plots, verification plots, etc.
Catalytic constant (KC) was also calculated. Stoichiometry of different reactions for the complex formation was determined from Job’s method. Depending on stoichiometry and other evidence like FT-IR, LC-MS, and CHNS, a probable reaction mechanism was also proposed for each redox reaction. Different equilibrium constants (K1, K2, and K3) were calculated. Slopes and intercepts obtained from these verification plots were utilized to calculate variable activation as well as thermodynamic parameters and thence computed.
एम्पिसिलिन, एमोक्सिसिलिन, डिक्लोक्सासिलिन, कार्बेनिसिलिन र ओक्सासिलिन पेनिसिलिक एसिड डेरिभेटिभ्स (PADs) वा बिटा-ल्याक्टम एन्टिबायोटिक हुन्। यी PADs वा एन्टिबायोटिकहरू चयन गरिएको उद्देश्यका लागि उपभोग गरेपछि, यी प्रजातिहरूको गैर-अपघटित रूपहरू फोहोर-पानी, अस्पतालहरू, र ढल वा ल्यान्ड-फिल साइटहरूबाट वातावरणमा जम्मा हुन्छन्। ओक्सीकरण प्रक्रिया यी एन्टिबायोटिकहरूको एक प्रकारको क्षरण वा खण्डीकरण विधि हो। जलीय क्षारीय माध्यममा diperiodatocuprate [DPC (III)] र Co (III) क्लोराइड उत्प्रेरक द्वारा पेनिसिलिक एसिड डेरिभेटिभहरूको अक्सीकरणको गतिविज्ञान र संयन्त्रलाई 298 K र 0.10 d mol को आयनिक शक्तिमा UV/दृश्यमान स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक रूपमा अध्ययन गरियो। सिग्मा एल्ड्रिच ट्रेडका यी पेनिसिलिक एसिडहरूको पग्लने बिन्दुहरू र पुन: क्रिस्टलाइजेसन जाँच गरेपछि, आयोडोमेट्रिक विधिबाट Concentration पुष्टि भएपछि स्तरयुक्त घोलहरु तयार गरी भण्डार गरिएको थियो। अभिकर्मक अथवा अक्सिडेन्ट DPC (III) जैसवाल र यादव विधिबाट संश्लेषित गरिएको थियो। DPC (III) अभिकर्मक को गठन UV/दृश्य स्पेक्ट्रोफोटोमिटरबाट शिखर को उपस्थितिले पुष्टि गरिएको थियो र 415 nm मा अधिकतम अवशोषण शिखर देखायो।
जलीय क्षारीय माध्यममा DPC (III) र एम्पिसिलिन बीचको प्रतिक्रिया (AMP: DPC-III) 1:4 stoichiometry देखायो। त्यस्तै, DPC (III) र amoxicillin बीचको प्रतिक्रिया (AMX: DPC-III) 1:2 stoichiometry देखायो। त्यसैगरी, DPC (III) र कार्बेनिसिलिनको बीचको प्रतिक्रिया (CRBC: DPC-III) 1:4 stoichiometry, DPC (III) र डाइक्लोक्सासिलिनको बीचको प्रतिक्रिया (DCLX: DPC-III) 1:4 stoichiometry र DPC (III) र oxacillin बीचको प्रतिक्रिया (OXC: DPC-III) 1:4 stoichiometry देखायो। प्रत्येक अक्सीकरण -रिडक्सन—अक्सीडेसन_ प्रतिक्रियाका उत्पादनहरू स्पट टेस्ट, CHNS, FT-IR, र LC-MS स्पेक्ट्रल अध्ययनहरूका सहयोगले पहिचान गरिएको थियो। प्रतिक्रियाहरू DPC (III) र AMP / AMX / DCLX / CRBC/ OXC साथै क्षार एकाग्रताको सन्दर्भमा आंशिक क्रमको सम्बन्धमा छद्म-पहिलो-क्रमका थिए। Periodate को थपले अक्सीकरण दरमा रिटार्डिङ प्रभाव देखायो र नकारात्मक अंशात्मक क्रमको पाइयो। मोनोपेरियोडाटोक्युप्रेट (MPC-III) क्षारीय माध्यममा [Cu (H2IO6)(H2O)2] वा [Cu (H3IO6)(H2O)2]+ को रूपमा मुख्य सक्रिय रहेको पाइयो।
UV/Visible spectrophotometer बाट सङ्कलन गरिएको absorbance लाई uncatalyzed (kU) दर स्थिर, उत्प्रेरित (kc) दर स्थिराँक र त्यसपछि कुल दर स्थिराँक (kT), उत्प्रेरक स्थिराँक (KC) र स्लो स्टेप दर (k) स्थिराँकमा रूपान्तरण गरिएको थियो । यी डाटाहरू बियर-लाम्बर्टको नियम प्रमाणित गर्न प्रयोग गरियो र अर्डर रेखाचित्र, प्रमाणीकरण रेखाचित्रहरू आदि बनाइयो। कम्पलेक्स संरचनाको लागि विभिन्न अक्सीकरण प्रतिक्रियाहरूको स्टोइचियोमेट्री चाहि Job's विधिबाट निर्धारण गरिएको थियो। stoichiometry र FT-IR, LC-MS र CHNS जस्ता अन्य प्रमाणहरूमा निर्भर गर्दै, प्रत्येक अक्सीकरण प्रतिक्रियाको लागि एक सम्भावित प्रतिक्रिया संयन्त्र पनि प्रस्ताव गरिएको थियो। विभिन्न सन्तुलन स्थिरांक (K1, K2, र K3) गणना गरियो। यी रेखाचित्रहरूबाट प्राप्त Slopes र Intercepts का सहयोगले Activational स्थिराँक चर सक्रियता र थर्मोडायनामिक प्यारामिटरहरू गणना गरियो।
Description
Keywords
Kinetics, Mechanism, Monoperiodatocuperate (III), Activation, Rate constants