Hlubší vhled do pyrolýzy kyseliny acetylsalicylové pomocí termogravimetrických měření v různých plynných atmosférách, část 3

Úvod

Ve farmacii neexistuje téměř žádná účinná látka, o které by se psalo více než o kyselině acetylsalicylové (zkráceně ASA; v anglicky mluvících zemích se jako synonymum často používá i obchodní název Aspirin™). Její úspěšný příběh začal na konci 19. století, kdy Dr. Felix Hoffmann v laboratořích BAYER poprvé syntetizoval tuto látku bez příměsí. V současné době je stále jedním z nejoblíbenějších léčivých přípravků používaných v širokém terapeutickém spektru. Patří do skupiny nesteroidních protizánětlivých léčiv (NSAID) a je určen k léčbě bolesti, horečky a zánětu. Kromě toho se používá k prevenci opakování srdečního infarktu nebo mozkové mrtvice u vysoce rizikových pacientů. V roce 1977 byla ASA zařazena jako analgetikum na "seznam základních léčiv" WHO (Světové zdravotnické organizace). [1]

Toto je jedna ze čtyř aplikačních poznámek, které podrobněji zkoumají tepelné chování kyseliny acetylsalicylové: Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad v různých plynných atmosférách, kinetiku rozkladu a výsledné plynné druhy.

Tabulka 1: Parametry měření

Experimentální

Vzorek kyseliny acetylsalicylové (CAS: 50-78-2) byl získán od společnosti Sigma Aldrich s čistotou > 99 %. Jedná se o bílý krystalický prášek, který existuje ve třech krystalických modifikacích [2]. Forma I s bodem tání přibližně 137 °C [4] je nejstabilnější při teplotě okolí a vyšší [3].

Pyrolýzní experimenty se obvykle provádějí v dusíkové atmosféře vzhledem k její dostupnosti a relativně nízké ceně. To se odráží i v několika publikacích, například [5] a [6]. Aby bylo možné odpovědět na otázku, zda lze výsledky získané v dusíku zobecnit i na jiné atmosféry, byla provedena série experimentů pro studium tepelného chování kyseliny acetylsalicylové v závislosti na charakteru čisticího plynu. Kromě dusíku byly dalšími použitými inertními plyny atmosféry helium a argon. Příslušné parametry měření jsou shrnuty v tabulce 1.

Pro charakterizaci tepelného chování byl použit přístroj NETZSCH TG 209 F1 .

Na obrázku 1 je znázorněn typický dvoustupňový profil rozkladu kyseliny acetylsalicylové, který je výsledkem zahřívání látky v proudící atmosféře argonu. První krok s teplotou DTG píku přibližně 190 °C vykazuje hmotnostní ztrátu 47 %; druhý krok při 361 °C (opět teplota DTG píku) vykazuje téměř 53 %. Mezi oběma kroky ztráty hmotnosti však nedochází k žádnému skutečnému plató. První z nich se víceméně prolíná s druhým. To naznačuje, že se možná jedná o více než dva rozkladné kroky. Možnost, že by se v tomto případě jednalo o složitější mechanismus, je navíc podpořena skutečností, že druhý pík DTG má v klesajícím sklonu jasně viditelné rameno při přibližně 320 °C.

Porovnáme-li situaci v atmosféře argonu s experimenty provedenými při stejných rychlostech ohřevu v atmosféře dusíku i helia (obr. 2), zjistíme, že chování v podmínkách dusíku je přibližně stejné jako v argonu, zatímco v proudící atmosféře helia se výrazně mění. Je pozorován nárůst prvního stupně ztráty hmotnosti o přibližně 18 procentních bodů (ze 47 % na téměř 65 %) a následně pokles druhého stupně ztráty hmotnosti o stejnou hodnotu (z 53 % na 35 %). Kromě toho jsou oba kroky úbytku hmotnosti posunuty k poněkud nižším teplotám, což naznačuje pokles teplot jednotlivých DTG píků (ze 4 K na 7 K pro první DTG pík a z 11 K na 15 K pro druhý pík). To naznačuje, že v heliové atmosféře se děje něco jiného než v atmosféře argonu a dusíku.

V literatuře se jako mechanismus pyrolýzy kyseliny acetylsalicylové navrhuje dvoustupňový mechanismus se současným OdpařováníVypařování prvku nebo sloučeniny je fázový přechod z kapalné fáze do páry. Existují dva typy vypařování: vypařování a var.odpařováním meziproduktů [7]. Tuto hypotézu podporují měření provedená na NETZSCH v dusíkové i heliové atmosféře pomocí hyphenated techniques, přesněji TGA/STA v kombinaci s FT-IR [6] a GC-MS [8]. To naznačuje, že povaha produktů rozkladu je nezávislá na plynné atmosféře.

Hlavním rozdílem mezi všemi těmito experimenty je HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota použitého proplachovacího plynu (viz tabulka 2). Liší se maximálně desetinásobně.

To naznačuje, že vyšší HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota proplachovacího plynu vytváří vyšší protitlak, což má za následek snížený přenos těkavých složek vzorku do plynné atmosféry. Tento účinek se projevuje zejména při použití helia, které má mnohem nižší hustotu než dusík nebo argon. Protože skutečné Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozkladné reakce jsou nezávislé na okolní atmosféře inertního plynu [10], je pravděpodobně nejvíce ovlivněno paralelní odpařování.

Skutečnost, že Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad probíhá při mírně nižších teplotách v heliu (např. pík DTG při 183 °C ve srovnání se 187 °C v dusíku a přibližně 190 °C v argonu), je způsobena vyšší tepelnou vodivostí tohoto plynu (viz tabulka 3). V teplotním rozsahu, kde tepelné záření hraje jen menší roli, dosáhne vzorek reakční teploty v čisticím plynu s vyšší tepelnou vodivostí o něco dříve.

Tabulka 2: Hodnoty hustoty při 0 °C a normálním tlaku různých čisticích plynů

Tabulka 3: Hodnoty tepelné vodivosti za standardních podmínek pro různé čisticí plyny

Závěr

Tento příklad ukazuje, že zvolená plynná atmosféra může mít silný vliv na výsledky termogravimetrického měření, i když proplachovací plyn nepůsobí jako reakční partner. Výrazně se měnící HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota plynu může mít vliv na přenos plynných sloučenin z povrchu vzorku do okolní plynné atmosféry - zejména pokud dochází k odpařování.