Επίδραση της υγρασίας στην αποσύνθεση του κλαβουλανικού καλίου

Εισαγωγή

Το κλαβουλανικό οξύ είναι ένα φάρμακο αναστολέας της β-λακταμάσης, το οποίο ενισχύει την επίδραση ενός αντιβιοτικού κατά της λοίμωξης. Χορηγούμενο μόνο του, είναι ικανό μόνο για ασθενή αντιβακτηριακή δράση έναντι των περισσότερων οργανισμών, αλλά χορηγούμενο σε συνδυασμό με άλλα αντιβιοτικά β-λακτάμης, εμποδίζει την αδρανοποίηση του αντιβιοτικού από τη μικροβιακή λακταμάση [1].

Χρησιμοποιείται συνήθως ως άλας καλίου, κλαβουλανικό κάλιο, επειδή η ουσία αυτή είναι πιο σταθερή και λιγότερο υγροσκοπική από το κλαβουλανικό οξύ. Ωστόσο, το κλαβουλανικό κάλιο εξακολουθεί να είναι εξαιρετικά υγροσκοπικό και ευαίσθητο στην υδρόλυση εάν αποθηκεύεται σε υγρό περιβάλλον [3]. Αυτό καθιστά αναγκαία την προσεκτική επιλογή των συνθηκών αποθήκευσης. Επιπλέον, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη το ποσοστό του νερού στα συστατικά που χρησιμοποιούνται για φαρμακευτικά σκευάσματα που περιέχουν κλαβουλανικό κάλιο.

Στη συνέχεια, διερευνάται η επίδραση της υγρασίας στη θερμική αποικοδόμηση του κλαβουλανικού καλίου μέσω TGA-FT-IR.

Συνθήκες δοκιμής

Εξετάστηκαν τρία δείγματα κλαβουλανικού καλίου: η αρχική ουσία και δύο πρόσθετα δείγματα, τα οποία αποθηκεύτηκαν σε ανοιχτό δοχείο που τοποθετήθηκε πάνω από το νερό σε σφραγισμένο δοχείο νερού. Το ένα δείγμα από τα δείγματα μέσα από το δοχείο νερού εξετάστηκε μετά από μία εβδομάδα αποθήκευσης- το δεύτερο εξετάστηκε μετά από δύο εβδομάδες.

Και τα τρία δείγματα (χωρίς επεξεργασία, μετά από μία εβδομάδα και μετά από δύο εβδομάδες σε υγρή ατμόσφαιρα) παρασκευάστηκαν σε σφραγισμένα χωνευτήρια αλουμινίου.

Οι μετρήσεις TGA πραγματοποιήθηκαν με το TG 209 F1 Libra^® υπό δυναμική ατμόσφαιρα αζώτου (40 ml/min). Μια συσκευή διάτρησης τρυπούσε αυτόματα το καπάκι του χωνευτηρίου λίγο πριν από τη μέτρηση. Τα αέρια που αναπτύχθηκαν κατά τη θέρμανση με 10 K/min στους 600°C μεταφέρθηκαν απευθείας μέσω της γραμμής μεταφοράς στο φασματόμετρο FT-IR της Bruker Optics.

Αποτελέσματα δοκιμών

Το Σχήμα 2 απεικονίζει τις μεταβολές της μάζας του κλαβουλανικού καλίου με και χωρίς επεξεργασία με νερό. Μόλις αρχίσει η θέρμανση, παρατηρείται μια αρχική απώλεια μάζας.

Το δείγμα που αποθηκεύτηκε για μία εβδομάδα σε νερό εμφανίζει ένα βήμα απώλειας μάζας της τάξης του 43%. στο δείγμα με αποθήκευση 2 εβδομάδων παρατηρείται απώλεια μάζας 58%. Για το αρχικό δείγμα, αυτό το βήμα απώλειας μάζας ανέρχεται σε 1,8%.

Στα Σχήματα 3, 4 και 5 παρουσιάζεται τρισδιάστατη απεικόνιση των φασμάτων FT-IR των αερίων που απελευθερώνονται κατά τη θέρμανση των τριών διαφορετικών δειγμάτων.

Κατά τη διάρκεια του πρώτου βήματος απώλειας μάζας του κλαβουλανικού καλίου χωρίς επεξεργασία νερού, μπορεί να ανιχνευθεί μόνο η απελευθέρωση νερού (βλ. NETZSCH application note 118/2018 [4]).

Στο Σχήμα 6 παρουσιάζεται το φάσμα FT-IR των αερίων που αναπτύσσονται στους 119°C από κλαβουλανικό κάλιο αποθηκευμένο για μία εβδομάδα σε υγρή ατμόσφαιρα. Εκτός από το τυπικό φάσμα FT-IR του νερού, οι ζώνες μεταξύ 2200 ^cm-1 και 2400 ^cm-1 αποδεικνύουν την παρουσία διοξειδίου του άνθρακα. Συνεπώς, το βήμα απώλειας μάζας 43% προκύπτει από την αλληλεπικαλυπτόμενη απελευθέρωση νερού και_CO2, υποδεικνύοντας την έναρξη της αποσύνθεσης του κλαβουλανικού οξέος.

Το ίδιο συµπέρασµα µπορεί να εξαχθεί και από το φάσµα στους 119°C του δείγµατος που αποθηκεύτηκε για δύο εβδοµάδες (σχήµα 7).

Στο δείγμα χωρίς επεξεργασία με νερό, η αποσύνθεση αρχίζει στους 172°C (θερμοκρασία έναρξης της καμπύλης TGA) με την απελευθέρωση αποκλειστικά_CO2 (σχήμα 8).

Και για τα τρία δείγματα, η αποσύνθεση συνεχίζεται με δύο επιπλέον στάδια, με απώλειες μάζας 42% και 13% για το δείγμα χωρίς αποθήκευση, 23% και 9% για το δείγμα μετά από αποθήκευση 1 εβδομάδας και 16% και 7% για το κλαβουλανικό κάλιο που αποθηκεύτηκε για 2 εβδομάδες.

Το πρώτο από αυτά τα βήματα πάνω από τους 200°C συνδέεται με την απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα και μονοξειδίου του άνθρακα. Η παρουσία αμμωνίας μπορεί επίσης να ανιχνευθεί, αλλά μόνο σε χαμηλές συγκεντρώσεις (εικόνα 9). Όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια της επεξεργασίας του νερού, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία στην οποία εμφανίζεται αυτή η απώλεια μάζας, ξεκινώντας από τους 288°C για το δείγμα χωρίς αποθήκευση και από τους 254°C για το κλαβουλανικό κάλιο που αποθηκεύτηκε για 2 εβδομάδες σε υγρή ατμόσφαιρα.

Το τελευταίο βήμα απώλειας μάζας, μεταξύ περίπου 380°C και 600°C, παρουσιάζει παρόμοια σύνθεση αερίου: Στο φάσμα FT-IR, το μεθάνιο, το διοξείδιο του άνθρακα και η αμμωνία εμφανίζονται το ένα δίπλα στο άλλο στους 450°C (σχήμα 10). Τα αποτελέσματα των μετρήσεων TGA-FT-IR στα τρία δείγματα ανακεφαλαιώνονται στο σχήμα 11, συμπεριλαμβανομένων των συμπερασμάτων που προκύπτουν από το πείραμα σύζευξης.

Συμπέρασμα

Το κλαβουλανικό κάλιο παρουσιάζει τάση υδρόλυσης [3]. Προκειμένου να διερευνηθούν οι συνέπειες αυτής της ιδιότητας, το κλαβουλανικό κάλιο αποθηκεύτηκε για διάφορες περιόδους σε υγρή ατμόσφαιρα. Με τη βοήθεια της TGA μπορούν να αναγνωριστούν διαφορές στην υδρόλυση. Τα δείγματα που αποθηκεύτηκαν σε υγρή ατμόσφαιρα παρουσιάζουν μόνο τρία στάδια απώλειας μάζας, ενώ το μη επεξεργασμένο δείγμα παρουσιάζει τέσσερα στάδια απώλειας μάζας.

Η σύζευξη TGA-FT-IR επιτρέπει την ανάλυση των αερίων που αναπτύσσονται κατά τη θέρμανση των επεξεργασμένων και μη επεξεργασμένων δειγμάτων. Δείχνει σαφώς ότι το πρώτο βήμα απώλειας μάζας των δειγμάτων που αποθηκεύονται σε υγρή ατμόσφαιρα δεν οφείλεται μόνο στην απελευθέρωση νερού, αλλά και σε εκείνη του_CO2. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει ήδη την αποσύνθεση της ουσίας. Ως αποτέλεσμα της αποθήκευσης σε υγρή ατμόσφαιρα, η θερμοκρασία αποσύνθεσης του κλαβουλανικού καλίου μετατοπίζεται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Αυτός μπορεί να είναι ο λόγος για τον οποίο συνιστάται η αποθήκευση του κλαβουλανικού καλίου μεταξύ +2°C και +8°C [5]. Τα επακόλουθα στάδια απώλειας μάζας αντιπροσωπεύουν παρόμοιες διαδικασίες και στα τρία δείγματα, καθώς απελευθερώνονται τα ίδια αέρια - ανεξάρτητα από την αποθήκευση σε υγρή ατμόσφαιρα.

Η επίδραση της υγρασίας στο κλαβουλανικό κάλιο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την αποθήκευση φαρμακευτικών προϊόντων σε διαφορετικές κλιματικές συνθήκες. Ειδικά στις τροπικές χώρες με υψηλή υγρασία και θερμοκρασίες, θα πρέπει να διασφαλίζεται ότι η διάρκεια ζωής δεν μειώνεται λόγω αποσύνθεσης κατά την αποθήκευση.