Desenvolvimento e validação de um método espectrofotométrico para a quantificação de ácido kójico por complexação com alumínio e caracterização do complexo

Abstract

Resumo: O ácido kójico (AK, 5-hidroxi-2-hidroximetil-4-pirona) é um ácido orgânico, comumente produzido por cepas de Aspergillus sp. Isolado pela primeira vez por Saito (1907), nome e a estrutura foram definidos por Jabuta em 1924. Tem diversas aplicações, dentre as quais as mais importantes são: na indústria alimentícia como antioxidante; na saúde pública em tratamento de doenças como a ß-talassemia e o diabetes; na indústria cosmética como clareador, pois inibe a síntese da melanina. No presente trabalho foi desenvolvido e validado um método espectrofotométrico na região do UV. Tomou-se por base a capacidade do analito de formar complexo com cátions metálicos, neste caso escolhido o Al3+, por não apresentar propriedade paramagnética, já que esta poderia interferir na análise do complexo por RMN. O solvente que se mostrou mais apropriado foi o metanol, pois permitiu um deslocamento batocrômico maior além de solubilizar facilmente o analito e seu complexo, também produziu solução límpida do produto formulado creme cosmético, facilitando assim a análise. O complexo formado AK-Al3+ foi analisado por espectroscopia eletrônica, IV, titulação potenciométrica e RMN 13C. Pelos espectros de UV verificou-se um deslocamento batocrômico quando se adiciona alumínio em meio ácido à solução de AK. Pela titulação potenciométrica constatou-se que, apesar de se ter duas aparentes inflexões, o cálculo da segunda derivada confirmou que o AK sofre apenas uma ionização com um valor de pKa= 7,68+-0,02. Pela adição de Al3+ há formação de complexos, dependentes do pH e da proporção molar AK:Al3+. A comparação de espectros no IV do AK, não complexado e complexado, em diferentes valores de pH, permitiu correlacionar as modificações na absorção dos picos referentes aos grupamentos enólico (3200 e 1350 cm^-1) e carbonílico (1768 e 1700 cm^-1). Os dados dos deslocamentos químicos dos carbonos permitiram concluir que, na variação para pH alcalino, a blindagem do C-2 e desblindagem de C-4 e C-5 ocorrem pelo rearranjo da molécula. Comparando os deslocamentos entre os carbonos do AK não complexado e complexado em meio ácido (pH 4) verificou-se que apenas C-3 se blinda, enquanto que C-2, C-4 e C-5 se desblindam. A partir desses resultados foi possível sugerir que a estruturas do AK dependem do pH e da proporção molar AK/Al3+ no meio, e confirmam a saída do hidrogênio da hidroxila enólica e da complexação do alumínio entre a carbonila e o grupo enol do AK. O método espectrofotométrico desenvolvido com base na complexação do AK:Al3+, mostrou um desempenho muito bom na validação. Foi linear no intervalo de entre 550 µg/mL de AK (r= 0,9998), seletivo, sensível (LD= 0,15 µg/mL e LQ= 0,46 µg/mL), preciso (DPR de 0,402%, 1,284 e 1,192 para 10, 15 e 20 µg/mL na repetitividade; DPR de 2,171, 0,976 e 0,440 10, 15 e 20 µg/mL na precisão intermediária ), exato (± 100%) e robusto (para pequenas varias no pH, temperatura e tempo de leitura). O método espectrofotométrico na região do UV com adição de alumínio foi adequado para a quantificação de ácido kójico em matéria-prima e em creme cosmético com ou sem adição de hidroquinona. É uma opção viável para laboratórios analíticos, sendo um método simples, rápido e econômico.

Abstract: Kojic acid (KA, 5-Hydroxy-2-(hydroxymethyl)-4H-pyran-4-one), is an organic acid, commonly produced by species of Aspergillus sp. It had been first isolated by Saito (1907) and its name and structure were defined in 1924 by Jabuta. KA has several applications, among them, the most important are: in the food industry as antioxidant; public health in the treatment of diseases such as ß-thalassemia and diabetes; in cosmetic industry as bleaching agent, since it inhibits the melanin synthesis. The present work developed and validated a spectrophotometric method in the UV region by AK-Al complexation. The method was based on the ability of the analyte to form complexes with metal ions and for this work Al3+ was chosen, because it does not show paramagnetic property, whereas this could interfere with the RMN analysis of complex. The solvent methanol was more appropriate to the analysis, since it allowed a greater bathochromic displacement and generate a clear solution of cosmetic cream, improving the extraction of analyte. The AK-Al3+ complex was analyzed by UV, IR, potentiometric titration and NMR 13C. By UV spectra a bathochromic shift was verified by adding aluminium in KA acidic solution. Was found by potentiometric titration that despite having two apparent shifts, the second derivative calculated confirmed that the KA has only one ionization, pKa= 7,68+-0,02. Adding aluminium there is complex formation, pH and molar dependent. The comparison of complexed (AK/Al3+) and non-complexed KA IR spectra , at different pH, allowed to correlate the changes in peaks absorption related to enolic (3200 e 1350 cm^-1) and carbonyl (1768 e 1700 cm^-1) groups. The carbon chemical shifts in non-complexed KA allowed to conclude that, varying the pH to an alkaline range, the C-2 shield and C-4 and C-5 deshielded occur by molecule rearrangement. By comparison of the chemical shifts of carbons in complexed and non-complexed KA (pH 4), only C-3 proved to be shielded, whereas C-2, C-4 and C5 proved to be deshielded. From these results it was possible to suggest that the KA structures depend on the pH and molar ratio and to confirm the hydrogen output of the enolic hydroxyl and aluminum complexation between the carbonyl and enolic KA group. The complexes suggested by the potentiometric titration and infrared spectroscopy are consistent with the chemical shifts observed in the obtained NMR spectra. The results obtained by these techniques provided evidence of possible structures of KA in different pH and of the complex AK-Al. The data confirm the hydrogen output from enolic hydroxyl. The spectrophotometric method developed based on the complexation AK:Al3+, showed a good performance in the validation. This method yields linearity in the range of 5 and 50 µg/mL of KA (r= 0.9998), selectivity, sensibility (DL= 0,15 µg/mL and QL= 0,46 µg/mL) precision (RSD 0,402%, 1,284 and 1,192% for 10, 15 and 20 µg/mL on repeatability; RSD 2,171, 0,976 and 0,440 for 10, 15 and 20 µg/mL for intermediate precision), accuracy (recovery near 100%) and robustness (varying pH, temperature and time). The spectrophometric UV method with the addition of aluminium is suitable for the quantification of kojic acid raw material and cosmetic cream with or without hydroquinone. Additionally the method takes advantage of simple and accessible reagents and equipment, while having a low operating cost.