Úvod
Již rané vysoké kultury používaly vrbovou kůru jako lék proti horečce a bolesti [1]; římský učenec Plinius Starší považoval vrbovou kůru za lék a Teutoni a Keltové vyráběli vařením vrbové kůry extrakty, jejichž složky byly chemicky příbuzné syntetické kyselině acetylsalicylové [2]. Ačkoli se různým chemikům podařilo v 19. století vyrobit salicin a kyselinu salicylovou, teprve v roce 1897 se Felixi Hoffmannovi podařilo v sídle společnosti BAYER ve Wuppertalu-Elberfeldu v Německu syntetizovat kyselinu acetylsalicylovou bez příměsí. Kurt Wittauer (obr. 2) v následujících letech testoval tento lék na pacientech, až nakonec společnost BAYER (obr. 1) v roce 1921 podala žádost o příslušný patent. Lék proti bolesti začal slavit triumfální úspěch po celém světě a dnes společnost BAYER vyrábí více než 50 000 tun kyseliny acetylsalicylové ročně [4].
Léčiva obsahující účinnou látku kyselinu acetylsalicylovou jsou dostupná v různých lékových formách a používají se nejen pro svůj analgetický účinek, ale také pro své protizánětlivé, antipyretické a protidestičkové vlastnosti.
Čistá kyselina acetylsalicylová je čistý bílý prášek, který je špatně rozpustný ve vodě, má teplotu tání 136 °C a při vyšších teplotách se rozkládá. V této práci byly použity různé metody termické analýzy, infračervené spektroskopie a jejich kombinace ke zkoumání plynných produktů rozkladu.
Metody a příprava
Kyselina acetylsalicylová (CAS: 50-78-2) byla získána od společnosti Sigma Aldrich s čistotou > 99 %. Pro zkoumání původní látky byl použit přístroj BRUKER TENSOR II, který měřil vzorky pomocí zeslabené celkové reflexe (ATR). Pro stanovení chování při tání byl použit přístroj NETZSCH DSC 214 Polyma. Pro tepelnou charakteristiku uvolňovaných plynů byla termováha spojena s infračerveným spektrometrem - NETZSCH TG 209 F1 Libra® k přístroji Bruker Equinox 55/S. Podmínky měření pro termoanalytická a spektroskopická šetření jsou shrnuty v tabulkách 1 až 3.
Tabulka 1: Podmínky měření pro DSC zkoumání kyseliny acetylsalicylové
| Kyselina acetylsalicylová | |
|---|---|
| Hmotnost vzorku | 2.08 mg |
| Materiál kelímku | Hliník, propíchnutý |
| Hmotnost kelímku | 52.75 mg |
| Teplotní rozsah | 25 ... 160°C |
| Rychlost zahřívání | 7 K/min |
| Atmosféra | Dusík (50 ml) |
Tabulka 2: Podmínky měření pro termogravimetrické zkoumání tablet Aspirin® pomocí TGA-FT-IR
| Aspirin® | |
|---|---|
| Hmotnost vzorku | 9.141 mg |
| Materiál kelímku | Hliník, otevřený |
| Hmotnost kelímku | 162.75 mg |
| Teplotní rozsah | 25 ... 600°C |
| Rychlost zahřívání | 10 K/min |
| Atmosféra | Dusík (40 ml) |
| Skenování | 32 |
| Rozlišení | 4 cm-1 |
| Spektrální rozsah | 650 - 4500 cm-1 |
Tabulka 3: Podmínky měření pro spektroskopické zkoumání (ATR) kyseliny acetylsalicylové
| Kyselina acetylsalicylová | |
|---|---|
| Detektor | DTGS |
| Skeny | 32 |
| Rozlišení | 4 cm-1 |
| Spektrální rozsah | 650 - 4500 cm-1 |
Výsledky a diskuse
Zkoumání účinné látky kyseliny acetylsalicylové pomocí FT-IR spektroskopie poskytuje infračervené spektrum při pokojové teplotě, které je v dobré shodě se spektrem z knihovny (Bruker ATR-LIBPolymers-1-472-2) (obrázek 3). Rozsah tání kyseliny acetylsalicylové je výrobcem udáván při 134 °C až 136 °C. Zkoumání pomocí diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) poskytuje entalpii tání 178 J/g a teplotu extrapolovaného počátku tání 138,5 °C. Jak je také zřetelně vidět z obrázku 4, signál tepelného toku naznačuje začátek procesu tání vzorku již při podstatně nižších teplotách, než jaké byly stanoveny standardním vyhodnocením pro extrapolovaný počátek. V literatuře jsou popsány dvě polymorfní formy kyseliny acetylsalicylové: Forma I s teplotou tání 144,9 °C a forma II s teplotou tání 135,5 °C [5, 6].
Při teplotách nad přibližně 150 °C začíná tepelná degradace kyseliny acetylsalicylové. Proto je pro další charakterizaci nad bodem tání vhodnější termogravimetrie (TGA) (obrázek 5).
Pro charakterizaci termické degradace byl pomocí TGA-FT-IR spojky zkoumán kousek aspirinové tablety. Ačkoli výsledky termogravimetrie mezi 150 °C a 450 °C ukazují dvoustupňovou reakci termické degradace a množství uvolňovaných plynů lze kvantifikovat, bez spektroskopické analýzy nelze určit, které plyny jsou zodpovědné za zjištěný úbytek hmotnosti. Pokud se provede měření, při němž je termováha spojena s infračerveným spektrometrem, lze plynnou fázi zkoumat nepřetržitě během celého měření. Všechna infračervená spektra jsou na obrázku 6 uvedena v trojrozměrném uspořádání s teplotním měřítkem. Výsledky termogravimetrického měření lze rovněž vidět v levé zadní části.
Pokud se z této prezentace extrahují jednotlivá spektra při teplotách s nejvyšší intenzitou absorpce, lze uvolněné plyny identifikovat pomocí srovnávacích spekter z knihoven plynné fáze. Individuální spektrum pro první stupeň ztráty hmoty při 180 °C, které je charakteristické, je ve velmi dobré shodě se spektrem pro kyselinu octovou z knihovny plynné fáze EPANIST (obr. 7). Červené šipky označují absorpční pásy, které neodpovídají kyselině octové, ale velmi dobře odpovídají absorpčním pásům pro kyselinu salicylovou (EPA-NIST). To vede k předpokladu, že kyselina acetylsalicylová se podle reakční rovnice 1 tepelně rozkládá na kyselinu salicylovou a octovou (rovnice 1). Při 180 °C je vzniklá kyselina octová již v plynném stavu, zatímco kyselina salicylová s bodem tání 159 °C se začíná odpařovat. To je jistě také důvod, proč první krok ztráty hmotnosti přechází přímo do následujícího kroku. Kombinace rozkladu a odpařování potvrzuje mechanismus rozkladu navržený Rebeirem a spol. [7]. Ve spojení s tabletovou formou účinné látky kyseliny acetylsalicylové je zdůrazněn vliv vlhkosti na reakční produkty termické degradace spolu s přísadami, jako je škrob a monohydrát stearanu hořečnatého. Gupchup a kol. však upozorňují, že suchá účinná látka kyselina acetylsalicylová může sama zajistit přítomnost vody dimerizací ve smyslu kondenzace [8].
Při porovnání obou spekter pro kyselinu octovou a salicylovou je patrné, že absorpční pásy v rozmezí 1760 cm-1 až 1820 cm-1 lze přisoudit pouze kyselině octové, zatímco absorpční pásy mezi 1460 cm-1 a 1500 cm-1 představují kyselinu salicylovou. Pokud se průběh intenzity absorpčních pásů vypočítá jako funkce teploty, získáme pro každou látku "stopy"; ty jsou úměrné příslušným množstvím uvolněným v závislosti na teplotě.
(rovnice 1)
Srovnání těchto teplotně závislých stop pro kyselinu octovou a salicylovou je uvedeno na obrázku 8 s Gram-Schmidtovou stopou (součet intenzit, které nejsou závislé na vlnové délce) a signálem TGA. Stejně jako v případě signálu TGA ukazuje Gram-Schmidtova stopa, že první krok úbytku hmotnosti přechází přímo a bez plató do druhého kroku úbytku hmotnosti. Důvod lze nalézt ve stopách obou produktů, které ukazují, že uvolňování kyseliny octové lze detekovat až do teploty přibližně 300 °C a navíc odpařování kyseliny salicylové začíná již při nižších teplotách.
Spolu s kyselinou salicylovou lze pomocí teplotně závislého průběhu intenzity absorpce zjistit také vznik oxidu uhličitého. To potvrzuje extrahované individuální spektrum při 360 °C (obrázek 9).
V rozmezí vlnových čísel 2424 až 2224 jsou jasně patrné absorpční pásyCO2. Kromě toho existují náznaky, že se vytvořil fenol. Polohy nejintenzivnějších absorpčních pásů pro fenol jsou označeny červenými šipkami. Lze tedy předpokládat, že - spolu s OdpařováníVypařování prvku nebo sloučeniny je fázový přechod z kapalné fáze do páry. Existují dva typy vypařování: vypařování a var.odpařováním kyseliny salicylové - probíhá také proces rozkladu; to naznačuje vznik fenolu aCO2, jak je uvedeno v rovnici 2.
(rovnice 2)
Souhrn
Kyselina acetylsalicylová byla zkoumána pomocí FT-IR spektroskopie při pokojové teplotě (ATR) a získaná FT-IR spektra byla použita k identifikaci pomocí porovnání s knihovnou spekter. Ke zkoumání chování při tání byla použita DSC. Kromě toho bylo tepelné chování Aspirinu® charakterizováno pomocí TGA-FT-IR. Spektra plynů uvolňovaných při tepelném zpracování byla porovnána s knihovnou plynné fáze pro identifikaci produktů. Bylo tak možné potvrdit degradační mechanismy známé z literatury a navíc se ukázalo, že běžná aditiva používaná při tabletování Aspirinu® nemají zřejmě žádný zjistitelný vliv na tvorbu plynných produktů rozkladu.