Βαθύτερη εικόνα της πυρόλυσης του ακετυλοσαλικυλικού οξέος μέσω θερμοβαρυμετρικών μετρήσεων σε διάφορες ατμόσφαιρες αερίων, μέρος 3

Εισαγωγή

Στη φαρμακευτική, δεν υπάρχει σχεδόν κανένα δραστικό συστατικό για το οποίο να έχουν γραφτεί περισσότερα από το ακετυλοσαλικυλικό οξύ (ή ASA για συντομία- στις αγγλόφωνες χώρες χρησιμοποιείται συχνά ως συνώνυμο ακόμη και η εμπορική ονομασία Aspirin™). Η ιστορία της επιτυχίας του ξεκίνησε στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν ο Dr. Felix Hoffmann συνέθεσε την ουσία στα εργαστήρια της BAYER για πρώτη φορά χωρίς προσμίξεις. Σήμερα, εξακολουθεί να είναι ένα από τα πιο δημοφιλή φαρμακευτικά προϊόντα που χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ θεραπευτικό φάσμα. Ανήκει στην ομάδα των μη στεροειδών αντιφλεγμονωδών φαρμάκων (ΜΣΑΦ) και ενδείκνυται για τη θεραπεία του πόνου, του πυρετού και της φλεγμονής. Επιπλέον, χρησιμοποιείται για την πρόληψη της επανεμφάνισης καρδιακής προσβολής ή εγκεφαλικού επεισοδίου σε ασθενείς υψηλού κινδύνου. Το 1977, το ASA προστέθηκε ως αναλγητικό στον "κατάλογο βασικών φαρμάκων" του ΠΟΥ (Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας). [1]

Αυτό είναι ένα από τα τέσσερα σημειώματα εφαρμογής που εξετάζουν λεπτομερέστερα τη θερμική συμπεριφορά του ακετυλοσαλικυλικού οξέος: διάσπαση σε διαφορετικές αέριες ατμόσφαιρες, κινητική διάσπασης και τα προκύπτοντα αέρια είδη.

Πίνακας 1: Παράμετροι μέτρησης

Πειραματικό

Το υλικό του δείγματος, ακετυλοσαλικυλικό οξύ (CAS: 50-78-2), αποκτήθηκε από τη Sigma Aldrich με καθαρότητα > 99%. Είναι μια λευκή, κρυσταλλική σκόνη που υπάρχει σε τρεις κρυσταλλικές τροποποιήσεις [2]. Η μορφή Ι, με σημείο τήξης περίπου 137°C [4], είναι η πιο σταθερή σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και άνω [3].

Τα πειράματα πυρόλυσης πραγματοποιούνται συνήθως σε ατμόσφαιρα αζώτου λόγω της διαθεσιμότητάς του και της συγκριτικά χαμηλής τιμής του. Αυτό αντικατοπτρίζεται επίσης σε αρκετές δημοσιεύσεις, για παράδειγμα [5] και [6]. Για να απαντηθεί το ερώτημα κατά πόσον τα αποτελέσματα που λαμβάνονται υπό συνθήκες αζώτου μπορούν να γενικευτούν και σε άλλες ατμόσφαιρες, πραγματοποιήθηκε μια σειρά πειραμάτων για τη μελέτη της θερμικής συμπεριφοράς του ακετυλοσαλικυλικού οξέος σε συνάρτηση με τη φύση του αερίου καθαρισμού. Εκτός από το άζωτο, άλλες ατμόσφαιρες αδρανών αερίων που χρησιμοποιήθηκαν ήταν το ήλιο και το αργό. Οι αντίστοιχες παράμετροι μέτρησης συνοψίζονται στον πίνακα 1.

Για τον χαρακτηρισμό της θερμικής συμπεριφοράς χρησιμοποιήθηκε όργανο NETZSCH TG 209 F1 .

Στο Σχήμα 1 απεικονίζεται το τυπικό προφίλ αποσύνθεσης δύο σταδίων του ακετυλοσαλικυλικού οξέος, που προκύπτει από τη θέρμανση της ουσίας σε ατμόσφαιρα αργού ροής. Το πρώτο στάδιο, με θερμοκρασία κορυφής DTG περίπου 190°C, παρουσιάζει απώλεια μάζας 47%- το δεύτερο στάδιο, στους 361°C (και πάλι θερμοκρασία κορυφής DTG), παρουσιάζει σχεδόν 53%. Ωστόσο, δεν εμφανίζεται πραγματικό πλατώ μεταξύ των δύο βημάτων απώλειας μάζας. Το πρώτο συγχωνεύεται, περισσότερο ή λιγότερο, με το δεύτερο. Αυτό δείχνει ότι ίσως εμπλέκονται περισσότερα από δύο στάδια αποσύνθεσης. Η πιθανότητα να πρόκειται για έναν πιο σύνθετο μηχανισμό όπως αυτός υποστηρίζεται επιπλέον από το γεγονός ότι η δεύτερη κορυφή DTG έχει έναν σαφώς ορατό ώμο στους 320°C περίπου στην καθοδική κλίση.

Συγκρίνοντας την κατάσταση σε ατμόσφαιρα αργού με πειράματα που πραγματοποιήθηκαν με ίδιους ρυθμούς θέρμανσης σε ατμόσφαιρα αζώτου και ηλίου (σχήμα 2), η συμπεριφορά σε συνθήκες αζώτου είναι περίπου ίδια με εκείνη σε αργό, ενώ αλλάζει σημαντικά σε ατμόσφαιρα ρέοντος ηλίου. Παρατηρείται αύξηση του πρώτου βήματος απώλειας μάζας κατά περίπου 18 ποσοστιαίες μονάδες (από 47% σε σχεδόν 65%) και, κατά συνέπεια, μείωση του δεύτερου βήματος απώλειας μάζας κατά το ίδιο ποσό (από 53% σε 35%). Επιπλέον, αμφότερα τα στάδια απώλειας μάζας μετατοπίζονται σε κάπως χαμηλότερες θερμοκρασίες, γεγονός που υποδηλώνεται από τη μείωση των συγκεκριμένων θερμοκρασιών των κορυφών DTG (από 4 K σε 7 K για την πρώτη κορυφή DTG και από 11 K σε 15 K για τη δεύτερη). Αυτό υποδηλώνει ότι κάτι διαφορετικό συμβαίνει σε μια ατμόσφαιρα ηλίου από ό,τι σε ατμόσφαιρες αργού και αζώτου.

Στη βιβλιογραφία, ως μηχανισμός πυρόλυσης του ακετυλοσαλικυλικού οξέος προτείνεται ένας μηχανισμός δύο σταδίων με ταυτόχρονη εξάτμιση των ενδιάμεσων προϊόντων [7]. Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν από το NETZSCH σε ατμόσφαιρα αζώτου καθώς και σε ατμόσφαιρα ηλίου με τη χρήση υβριδικών τεχνικών, πιο συγκεκριμένα, TGA/STA σε συνδυασμό με FT-IR [6] και GC-MS [8], υποστηρίζουν αυτή την υπόθεση. Αυτό δείχνει ότι η φύση των προϊόντων αποσύνθεσης είναι ανεξάρτητη από την ατμόσφαιρα αερίου.

Η κύρια διαφορά μεταξύ όλων αυτών των πειραμάτων είναι η πυκνότητα του αερίου καθαρισμού που χρησιμοποιήθηκε (βλ. πίνακα 2). Διαφέρει κατά μέγιστο κατά ένα συντελεστή 10.

Αυτό υποδηλώνει ότι η υψηλότερη πυκνότητα του αερίου καθαρισμού δημιουργεί υψηλότερη αντίθλιψη, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη μειωμένη μεταφορά των πτητικών συστατικών του δείγματος στην ατμόσφαιρα αερίου. Το αποτέλεσμα αυτό είναι ιδιαίτερα ορατό όταν χρησιμοποιείται ήλιο, το οποίο έχει πολύ χαμηλότερη πυκνότητα από το άζωτο ή το αργό. Δεδομένου ότι οι πραγματικές αντιδράσεις διάσπασης είναι ανεξάρτητες από την περιβάλλουσα ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου [10], είναι ίσως η παράλληλη εξάτμιση που επηρεάζεται κυρίως.

Το γεγονός ότι η αποσύνθεση λαμβάνει χώρα σε ελαφρώς χαμηλότερες θερμοκρασίες στο ήλιο (π.χ. κορυφή DTG στους 183°C σε σύγκριση με 187°C στο άζωτο και περίπου 190°C στο αργό) οφείλεται στην υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα αυτού του αερίου (βλέπε πίνακα 3). Στην περιοχή θερμοκρασιών όπου η θερμική ακτινοβολία παίζει μόνο δευτερεύοντα ρόλο, το δείγμα φθάνει τη θερμοκρασία αντίδρασης σε αέριο καθαρισμού με υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα κάπως νωρίτερα.

Πίνακας 2: Τιμές πυκνότητας σε 0°C και κανονική πίεση διαφόρων αερίων καθαρισμού

Πίνακας 3: Τιμές θερμικής αγωγιμότητας υπό κανονικές συνθήκες των διαφόρων αερίων καθαρισμού

Συμπέρασμα

Το παρόν παράδειγμα δείχνει ότι η ατμόσφαιρα του αερίου selectμπορεί να έχει ισχυρό αντίκτυπο στα αποτελέσματα της θερμοβαρυμετρικής μέτρησης, ακόμη και αν το αέριο καθαρισμού δεν δρα ως εταίρος της αντίδρασης. Μια σημαντικά μεταβαλλόμενη πυκνότητα αερίου μπορεί να επηρεάσει τη μεταφορά αερίων ενώσεων από την επιφάνεια του δείγματος στην περιβάλλουσα ατμόσφαιρα αερίου - ιδίως αν πρόκειται για εξάτμιση.