| Published: 

Forbedring af procesbetingelserne - Bestemmelse af den termiske stabilitet af Eudragit® ved hjælp af TGA-FT-IR

Introduktion

Eudragit® er handelsnavnet for polymethacrylatbaserede co-polymerer, der bruges til at målrette frigivelsen af et lægemiddel i de ønskede dele af mave-tarmkanalen. Eudragit® findes i flere sammensætninger, der adskiller sig fra hinanden med hensyn til de funktionelle grupper, der sidder på sidekæderne.

Dette resulterer i forskellig opløsningsadfærd afhængigt af miljøets pH-værdi. For eksempel er Eudragit® L100-55 (figur 1) opløselig i tarmvæsker fra pH 5,5 og opefter, men er ikke opløselig i mavevæsker med lavere pH-værdier. Derfor bruges det i kombination med lægemidler, der skal frigives i tolvfingertarmen efter at have passeret mavesækken [1, 2, 3].

Termisk analyse af Eudragit®-produkter er afgørende af forskellige årsager: For det første adskiller de sig fra hinanden i deres glasovergangstemperatur (Tg). Selv Eudragit®-polymerer med en lignende kemisk sammensætning viser forskelle i Tg, afhængigt af monomerforholdene [1]. Bestemmelsen af Tg gør det derfor muligt at identificere de forskellige Eudragit®-polymerer. For det andet kræver optimale procesbetingelser, f.eks. til hot melt-ekstrudering, viden om polymerens glasovergangstemperatur og termiske stabilitet [3].

Derfor undersøges nedbrydningsprocessen af Eudragit® L100-55 (Evonik Industries) ved hjælp af en termobalance (TGA) koblet til et FT-IR-spektrometer.

Kemisk struktur af Eudragit® L100-55 monomer med kulstof og funktionelle grupper. Nøglen til farmaceutiske formuleringer.
1) Struktur af monomeren i Eudragit® L100-55 [1]

Målebetingelser

TGA-FT-IR-målingen blev udført ved hjælp af en NETZSCH TG 209 F1 Libra® termobalance. For at undersøge og identificere de gasser, der blev frigivet under den termogravimetriske analyse, blev de overført direkte til gascellen i et FT-IR-system fra Bruker Optics. Målingen blev udført på 7,33 mg Eudragit® L100-55 ved hjælp af en åben aluminiumoxiddigel.

Prøven blev opvarmet mellem stuetemperatur og 600 °C ved 10 K/min i en nitrogenatmosfære (40 ml/min).

Resultater af målinger

Figur 2 viser masseændringerne for Eudragit® L100-55 mellem 40 °C og 600 °C. Det første massetab på 0,8 % indikerer frigivelse af overfladevand op til 100 °C. Det andet massetab på 5,9 % ved 200 °C (DTG-toppen) er også forbundet med frigivelse af vand, hvilket bekræftes af FT-IR-spektret (figur 3). Processens temperatur indikerer frigivelse af krystalvand. Derudover forekommer der bånd i bølgelængdeområdet 3000 - 2800 cm-1 og over 1000 cm-1. Disse bånd repræsenterer CH2- og CH3-molekyler, der indikerer starten på nedbrydningen af Eudragit®-prøven.

Graf for termogravimetrisk analyse af Eudragit® L100-55, der viser masseændringer under opvarmning til 600 °C og fremhæver vigtige temperaturpunkter.
2) Masseændringer af Eudragit® L100-55 under opvarmning til 600 °C

Toppen ved 294 °C i DTG-kurven er forbundet med endnu et trin i nedbrydningsprocessen: frigivelse af kuldioxid og sandsynligvis ethanol (figur 4 og 5). Dette kan forklares ved, at en estergruppe spaltes fra Eudragit®-molekylet (figur 6). Det sidste og vigtigste nedbrydningstrin, med et massetab på 88,5 %, finder sted ved 393 °C (DTG-toptemperatur). De karakteristiske bånd for ethanol og kuldioxid kan stadig ses i FT-IR-spektret for de gasser, der frigives ved 393 °C (figur 7). Derudover er kulilte (2300 cm-1 til 2100 cm-1) og et esterstof til stede, hvilket kan ses i carbonylbåndet ved 1749 cm-1. Det tyder på, at esterdelen C2H5-O-CO-CxHy bryder af fra molekylet (se rød indikation i figur 10). De to vibrationsbånd ved 1460 cm-1 og 1380 cm-1 skyldes sandsynligvis dele af kulstofrygraden. Som et eksempel er et sammenligningsspektrum af ethylacetat og 3-methyloctan illustreret i figur 8 og 9.

FT-IR-spektrum, der viser gasafgivelsesdata ved 206 °C fra Eudragit® L100-55, med fremhævelse af toppe for vand, CH₂ og CH₃.
3) FT-IR-spektrum af de gasser, der frigives ved 206 °C under opvarmning af Eudragit® L100-55
Sammenligning af FT-IR-spektre, der viser gasfrigivelse ved 295 °C (øverst), og EPA-NIST-FT-IR-kuldioxidspektrum (nederst).
4) Sammenligning af FT-IR-spektret for de gasser, der blev frigivet ved 295 °C (øverst), med EPA-NIST-FT-IR-spektret for kuldioxid (nederst)
Sammenligning af FT-IR-spektre: Øverst ses gasemissioner ved 295 °C (blå), og nederst ses ethanolspektrum (grøn).
5) Sammenligning af FT-IR-spektret for de gasser, der frigives ved 295 °C (øverst), med FT-IR-spektret for ethanol (nederst [4])
Esterbindingsstruktur, der fremhæver ethylgruppen, i forbindelse med påvisning af ethanol i gasanalyse ved 295 °C.
6) Afspaltningen af en ester kan forklare påvisningen af ethanol i de gasser, der blev frigivet ved 295 °C
FT-IR-spektrum, der viser gasemissioner ved 393 °C og fremhæver toppe for CO2, C=O og alkanfunktionelle grupper.
7) FT-IR-spektrum af de gasser, der frigives ved 393 °C
Databasesøgningsresultater fra KIMW Polymer Database fremhæver polymertyper og deres lighed med input-DSC-målinger, hvilket hjælper med at identificere materialer.
8) Sammenligning af FT-IR-spektret for de gasser, der blev frigivet ved 393 °C (øverst), med EPA-NIST-FT-IR-spektret for ethylacetat (nederst)
FT-IR-spektrumsammenligning af gasemissioner ved 393 °C (øverst) vs. 3-methyloktan (nederst), med fremhævelse af absorptionstoppe.
9) Sammenligning af FT-IR-spektret for de gasser, der frigives ved 393 °C (øverst), med FT-IR-spektret for 3-methyloctan (nederst) [4]
Kemisk struktur, der fremhæver kulbrinteryggen og estergruppen til organisk kemisk analyse.
10) Nedbrydning af estergruppen

Konklusion

Begyndelsen på nedbrydningen af Eudragit® er tæt forbundet med den termiske stabilitet. Det resulterer i ændringer i prøvemassen under opbevaring eller varmebehandling. Masseændringerne kan identificeres ved hjælp af termogravimetri. En klar identifikation af de frigivne gasser - og dermed en pålidelig fortolkning af massetabene - er dog kun mulig, når termobalancen er koblet til en FT-IR-enhed. Dette gør det muligt at drage pålidelige konklusioner om, hvorvidt et givet massetab kan tilskrives NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning eller blot frigivelse af vand.

Under de valgte betingelser (inert atmosfære, opvarmningshastighed på 10 K/min) begynder den undersøgte Eudragit®-prøve at blive nedbrudt ved 185 °C (TGA-kurvens begyndelsestemperatur). Det faktum, at dette virkelig er starten på nedbrydningen, afsløres af forekomsten af C-H-bindinger ud over krystalvand.

Literature

  1. [1]
    Undersøgelse af termiske og viskoelastiske egenskaberaf polymerer, der er relevante for hot melt-ekstrudering - III:Polymethacrylater og polymethacrylsyrebaserede polymerer.Tapan Parikh, Simerdeep Singh Gupta, AnuprabhaMeena, Abu T.M. Serajuddin
  2. [2]
    Eudragit og dets farmaceutiske betydning, SatishSingh Kadian, S.L. Harikumar
  3. [3]
    http://healthcare.evonik.com/sites/lists/nc/documentshc/evonik-eudragit_brochure.pdf
  4. [4]
    https://webbook.nist.gov/

Related Application Notes

AI Overview
An error occurred. Please try again.