Διερεύνηση των αερίων αποσύνθεσης του φαρμακευτικού εκδόχου PVP με τη χρήση ανάλυσης εξελιγμένων αερίων σε συνδυασμό με θερμική ανάλυση

Εισαγωγή

Η πολυβινυλοπυρρολιδόνη (PVP) είναι ένα υδατοδιαλυτό πολυμερές υλικό με μοναδικές φυσικοχημικές ιδιότητες. Από την ανακάλυψή της στα μέσα του 20ού αιώνα, έχει γίνει γρήγορα ένα από τα τρία σημαντικότερα νέα έκδοχα στον τομέα των φαρμακευτικών προϊόντων χάρη στην εξαιρετική διαλυτότητα, το σχηματισμό φιλμ, τη βιοσυμβατότητα και τη σταθερότητά της. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συνδιαλύτης σε δισκία, κόκκους και ενέσεις, καθώς και ως συνδιαλύτης σε κάψουλες. Επιπλέον, χρησιμεύει ως μέσο διασποράς για υγρά σκευάσματα και χρωστικές ουσίες, ως σταθεροποιητής για ένζυμα και θερμοευαίσθητα φάρμακα, και ως συνδιαλύτης για δυσδιάλυτα φάρμακα. Χρησιμοποιείται επίσης ως απολυμαντικό σε οφθαλμικά φάρμακα και ως λιπαντικό. Μέσω μιας αντίδρασης ριζικού πολυμερισμού, η Ν-βινυλοπυρρολιδόνη (NVP) μπορεί να πολυμεριστεί σε πολυβινυλοπυρρολιδόνη (PVP). Με τον τρόπο αυτό, η καθαρότητα και η ποιότητα της NVP επηρεάζει άμεσα την απόδοση της PVP (δομικοί τύποι της PVP και της NVP βλέπε σχήμα 1).

Παράμετροι μέτρησης

Το δείγμα δοκιμής ήταν μια λευκή σκόνη PVP. Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός NETZSCH STA Jupiter^® σε συνδυασμό με ένα Bruker INVENIO. Σε αυτή τη μέθοδο, τα προϊόντα που απελευθερώνονται κατά τη θερμοβαρυμετρική ανάλυση μεταφέρονται μέσω μιας θερμαινόμενης γραμμής μεταφοράς από ένα αέριο καθαρισμού. Αυτό επιτρέπει την άμεση ανάλυση και ταυτοποίηση των αναπτυσσόμενων ουσιών ως προς τη δομή τους με τη χρήση του ανιχνευτή του φασματόμετρου υπερύθρου (FT-IR). Μέσω της σύζευξης θερμοζυγίου και FT-IR, μετράται ταυτόχρονα η μεταβολή της μάζας του δείγματος με την αύξηση της θερμοκρασίας καθώς και οι λειτουργικές ομάδες των απελευθερούμενων αερίων. Οι παράμετροι μέτρησης περιγράφονται λεπτομερώς στον πίνακα1.

Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης TGA-FT-IR

Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι μετρήσεις TGA-FT-IR. Η καμπύλη TGA δείχνει ότι υπάρχουν τρία στάδια απώλειας μάζας για το δείγμα PVP. Το πρώτο διάστημα απώλειας μάζας ήταν μεταξύ RT και 136°C με μεταβολή μάζας 0,99%- το δεύτερο διάστημα απώλειας μάζας ήταν μεταξύ 136°C και 252°C με μεταβολή μάζας 1,06%- και το τρίτο διάστημα απώλειας μάζας ήταν μεταξύ 252°C και 675°C με μεταβολή μάζας 93,38%. Η υπολειπόμενη μάζα ανήλθε σε 4,55%. Η καμπύλη DTG είναι η παράγωγος πρώτης τάξης της καμπύλης TGA, η οποία αντικατοπτρίζει τον ρυθμό απώλειας μάζας του δείγματος. Οι κορυφές στην καμπύλη DTG βρέθηκαν στους 73,7°C, 211,1°C και 428,5°C. Η καμπύλη Gram Schmidt, η οποία εμφανίζει τις συνολικές εντάσεις IR, είναι σε καλή συμφωνία με την καμπύλη DTG.

Στο Σχήμα 3 παρουσιάζονται τα πλήρη δεδομένα FT-IR για το PVP σε τρισδιάστατο διάγραμμα που εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τον κυματαριθμό. Η καμπύλη TGA απεικονίζεται με κόκκινο χρώμα στο πίσω μέρος και δείχνει τη συσχέτιση της απώλειας μάζας με την αύξηση της έντασης IR.

Για τη λεπτομερή αξιολόγηση των δεδομένων IR, λήφθηκαν μεμονωμένα φάσματα σε διαφορετικές θερμοκρασίες και συγκρίθηκαν με τη βιβλιοθήκη της αέριας φάσης. Τα φάσματα υπερύθρου που εξήχθησαν στους 72°C, 171°C, 231°C, 282°C και 431°C φαίνονται στο σχήμα 4.

Το νερό απελευθερώθηκε κατά τη διάρκεια των δύο πρώτων βημάτων απώλειας μάζας στην περιοχή θερμοκρασιών έως 270°C- βλέπε το φάσμα αναφοράς στο σχήμα 5. Στα φάσματα που εξήχθησαν στους 171°C, 213°C και 282°C, ανιχνεύθηκε η απελευθέρωση_CO2. Τα φάσματα στους 171°C και 282°C παρουσίασαν επίσης κάποια ομοιότητα με την 2-πυρρολιδινόνη. Δεν είναι διαθέσιμο ένα φάσμα αναφοράς αέριας φάσης του NVP.

Στο Σχήμα 6 παρουσιάζεται το φάσμα FT-IR κατά τη διάρκεια του κύριου σταδίου αποσύνθεσης. Τα φάσματα οπτικής απορρόφησης υπερύθρου του NVP και του PVP διαφέρουν λόγω των διαφορών στη μοριακή δομή και των φαινομένων πολυμερισμού. Στον πίνακα 2 παρουσιάζεται η σύγκριση των χαρακτηριστικών κορυφών στα φάσματα απορρόφησης υπερύθρου του PVP και του NVP. Η κορυφή απορρόφησης C=O του NVP βρίσκεται σε υψηλότερη θέση (1748 ^cm-1), ενώ αυτή του PVP βρίσκεται συνήθως στην περιοχή 1650-1680 ^cm-1. Επίσης, στο μόριο του NVP υπάρχει ομάδα βινυλίου (C=C), ενώ στο PVP δεν υπάρχει τέτοιος διπλός δεσμός.

Από την παραπάνω ανάλυση και το αντίστοιχο φάσμα που ανιχνεύθηκε στους 428°C, είναι πιθανό να ανιχνεύθηκε το μονομερές NVP. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το δείγμα PVP αποσυντέθηκε πάνω από τους 350°C. Επιπλέον, ένα μείγμα άλλων προϊόντων πυρόλυσης πιθανόν να απελευθερώνεται ταυτόχρονα. Το εύρημα αυτό συνάδει με τη διαδικασία πυρόλυσης που περιγράφεται στη βιβλιογραφία [1].

Πίνακας 2: Σύγκριση των χαρακτηριστικών φασματικών κορυφών υπερύθρου του NVP (μονομερές) και του PVP (πολυμερές)

Συμπέρασμα

Καθώς η ζήτηση για εξατομικευμένη ιατρική και σύνθετα σκευάσματα συνεχίζει να αυξάνεται, το PVP χρησιμοποιείται σε όλο και πιο καινοτόμες εφαρμογές ως φαρμακευτικό έκδοχο, όπως σε τρισδιάστατα εκτυπωμένους φορείς φαρμάκων και σε στοχευμένα συστήματα χορήγησης φαρμάκων. Η εξέλιξη αυτή διευρύνει το ρόλο του και ενισχύει τη σημασία του στη φαρμακευτική βιομηχανία. Χρησιμοποιώντας τεχνικές θερμοαναλυτικής σύζευξης, μπορεί να αναλυθεί η σύνθεση των αερίων που απελευθερώνονται κατά τη θερμική αποσύνθεση του PVP, παρέχοντας πολύτιμες πληροφορίες για την περαιτέρω έρευνα προϊόντων. Επιπλέον, η κατανόηση των προϊόντων πυρόλυσης του PVP είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση της ασφάλειας των φαρμάκων σε υψηλότερες θερμοκρασίες, καθώς αυτό συμβάλλει στην Identify πιθανών τοξικών παραπροϊόντων που θα μπορούσαν να επηρεάσουν τη σταθερότητα των φαρμάκων και την υγεία των ασθενών.