Johdanto
Jo varhaiset korkeakulttuurit käyttivät pajunkuorta kuumeen ja kivun hoitoon [1]; roomalainen oppinut Plinius vanhempi piti pajunkuorta lääkkeenä, ja teutonit ja keltit valmistivat pajunkuorta keittämällä uutteita, joiden ainesosat olivat kemiallisesti sukua synteettiselle asetyylisalisyylihapolle [2]. Vaikka useat kemistit pystyivät valmistamaan salisiinia ja salisyylihappoa 1800-luvulla, vasta vuonna 1897 Felix Hoffmann onnistui syntetisoimaan asetyylisalisyylihapon ilman epäpuhtauksia BAYERin pääkonttorissa Wuppertal-Elberfeldissä Saksassa. Kurt Wittauer (kuva 2) testasi tätä lääkettä potilailla seuraavina vuosina, kunnes BAYER (kuva 1) vihdoin haki sille patenttia vuonna 1921. Kipulääke aloitti voittokulun ympäri maailmaa, ja nykyään BAYER tuottaa yli 50 000 tonnia asetyylisalisyylihappoa vuodessa [4].
Vaikuttavaa ainetta asetyylisalisyylihappoa sisältäviä lääkkeitä on saatavilla eri lääkemuodoissa, ja niitä käytetään niiden kipulääkkeen lisäksi myös niiden tulehdusta, kuumetta ja verihiutaleiden muodostumista ehkäisevien ominaisuuksien vuoksi.
Puhdas asetyylisalisyylihappo on puhdas valkoinen jauhe, joka liukenee huonosti veteen, jonka Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamispiste on 136 °C ja joka hajoaa korkeammissa lämpötiloissa. Tässä työssä käytettiin erilaisia lämpöanalyysimenetelmiä, infrapunaspektroskopiaa ja niiden yhdistelmiä kaasumaisten hajoamistuotteiden tutkimiseksi.
Menetelmät ja valmistelu
Asetyylisalisyylihappo (CAS: 50-78-2) hankittiin Sigma Aldrichilta ja sen puhtaus oli > 99 %. Alkuperäisen aineen tutkimiseen käytettiin BRUKER TENSOR II -laitetta, jolla näytteet mitattiin heikennetyllä kokonaisheijastuksella (ATR). Sulamiskäyttäytymisen määrittämiseen käytettiin NETZSCH DSC 214 Polyma. Vapautuvien kaasujen termistä karakterisointia varten lämpövaaka kytkettiin infrapunaspektrometriin - NETZSCH TG 209 F1 Libra® Bruker Equinox 55/S:ään. Termoanalyyttisten ja spektroskopisten tutkimusten mittausolosuhteet on esitetty taulukoissa 1-3.
Taulukko 1: Asetyylisalisyylihapon DSC-tutkimuksen mittausolosuhteet
| Asetyylisalisyylihappo | |
|---|---|
| Näytteen massa | 2.08 mg |
| Upokkaiden materiaali | Alumiini, lävistetty |
| Upokkaiden massa | 52.75 mg |
| Lämpötila-alue | 25 ... 160°C |
| Lämmitysnopeus | 7 K/min |
| Ilmakehä | Typpi (50 ml) |
Taulukko 2: Aspirin®-tabletin termogravimetrisen tutkimuksen mittausolosuhteet TGA-FT-IR-menetelmällä
| Aspirin® | |
|---|---|
| Näytteen massa | 9.141 mg |
| Upokkaiden materiaali | Alumiinioksidi, avoin |
| Upokkaan massa | 162.75 mg |
| Lämpötila-alue | 25 ... 600°C |
| Lämmitysnopeus | 10 K/min |
| Ilmakehä | Typpi (40 ml) |
| Skannaukset | 32 |
| Resoluutio | 4 cm-1 |
| Spektrialue | 650 - 4500 cm-1 |
Taulukko 3: Mittausolosuhteet asetyylisalisyylihapon (ATR) spektroskooppista tutkimusta varten
| Asetyylisalisyylihappo | |
|---|---|
| Ilmaisin | DTGS |
| Skannaukset | 32 |
| Resoluutio | 4 cm-1 |
| Spektrialue | 650 - 4500 cm-1 |
Tulokset ja keskustelu
Vaikuttavan aineen asetyylisalisyylihapon tutkiminen FT-IR-spektroskopian avulla tuottaa infrapunaspektrin huoneenlämmössä, joka vastaa hyvin kirjaston spektriä (Bruker ATR-LIBPolymers-1-472-2) (kuva 3). Asetyylisalisyylihapon sulamisalue on valmistajan mukaan 134-136 °C:ssa. Differentiaalisen pyyhkäisykalorimetrian (DSC) avulla tehdyssä tutkimuksessa sulamisentalpiaksi saatiin 178 J/g ja ekstrapoloidun alkamislämpötilan arvoksi 138,5 °C. Kuten kuvasta 4 voidaan myös selvästi nähdä, lämpövirtasignaali osoittaa näytteen sulamisprosessin alkavan jo huomattavasti alhaisemmissa lämpötiloissa kuin ekstrapoloidun alkamisajankohdan vakiolämpötilan arvioinnissa. Kirjallisuudessa on kuvattu kaksi asetyylisalisyylihapon polymorfista muotoa: Muoto I, jonka Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamislämpötila on 144,9 °C, ja muoto II, jonka Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamislämpötila on 135,5 °C [5, 6].
Noin 150 °C:n lämpötilan yläpuolella asetyylisalisyylihapon terminen HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen alkaa. Siksi termogravimetria (TGA) soveltuu paremmin sulamispisteen yläpuolella tapahtuvaan tarkempaan karakterisointiin (kuva 5).
Termisen hajoamisen karakterisoimiseksi tutkittiin pala aspiriinitablettia TGA-FT-IR-kytkennän avulla. Vaikka termogravimetriset tulokset 150 °C:n ja 450 °C:n välillä osoittavat kaksivaiheisen termisen hajoamisreaktion ja vapautuvien kaasujen määrät voidaan kvantifioida, ei ole mahdollista määrittää, mitkä kaasut ovat vastuussa havaitusta massahäviöstä ilman spektroskopista analyysia. Jos tehdään mittaus, jossa lämpövaaka on yhdistetty infrapunaspektrometriin, kaasufaasia voidaan tutkia jatkuvasti koko mittauksen ajan. Kaikki infrapunaspektrit on esitetty kolmiulotteisena ja lämpötilamitoitettuna kuvassa 6. Myös termogravimetrisen mittauksen tulokset näkyvät vasemmassa takaosassa.
Jos tästä esitystavasta poimitaan yksittäisiä spektrejä lämpötiloissa, joissa absorptiointensiteetit ovat suurimmat, vapautuvat kaasut voidaan tunnistaa kaasufaasikirjastojen vertailuspektrien avulla. Ensimmäisen massahäviön vaiheelle 180 °C:n lämpötilassa tyypillinen yksittäinen spektri on erittäin hyvässä sopusoinnussa EPANIST-kaasufaasikirjaston etikkahapon spektrin kanssa (kuva 7). Punaiset nuolet osoittavat absorptiokaistoja, jotka eivät vastaa etikkahappoa, mutta vastaavat hyvin salisyylihapon absorptiokaistoja (EPA-NIST). Tämä johtaa oletukseen, että asetyylisalisyylihappo hajoaa termisesti salisyylihapoksi ja etikkahapoksi, kuten reaktioyhtälössä 1 (yhtälö 1). Muodostunut etikkahappo on 180 °C:ssa jo kaasumaista, kun taas salisyylihappo, jonka Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamispiste on 159 °C, alkaa haihtua. Tämä on varmasti myös syy siihen, että ensimmäinen massahäviövaihe siirtyy suoraan seuraavaan vaiheeseen. Hajoamisen ja haihtumisen yhdistelmä vahvistaa Rebeiro et al. [7] esittämän hajoamismekanismin. Vaikuttavan aineen asetyylisalisyylihapon tablettimuodon yhteydessä korostuu kosteuden vaikutus termisen hajoamisen reaktiotuotteisiin sekä tärkkelyksen ja magnesiumstearaattimonohydraatin kaltaisten lisäaineiden vaikutus. Gupchup et al. kuitenkin huomauttavat, että kuiva vaikuttava aine asetyylisalisyylihappo voi itsessään varmistaa veden läsnäolon kondensaation mielessä tapahtuvan dimerisaation kautta [8].
Verrattaessa kahta spektriä etikkahapon ja salisyylihapon osalta huomataan, että absorptiokaistat välillä 1760 cm-1 ja 1820 cm-1 voidaan katsoa ainoastaan etikkahapoksi, kun taas absorptiokaistat välillä 1460 cm-1 ja 1500 cm-1 edustavat salisyylihappoa. Jos absorptioalueiden intensiteettikehitys lasketaan lämpötilan funktiona, saadaan kullekin aineelle "jäljet", jotka ovat verrannollisia lämpötilan funktiona vapautuviin vastaaviin määriin.
(Yhtälö 1)
Etikkahapon ja salisyylihapon lämpötilariippuvaisia jälkiä verrataan kuvassa 8 Gram-Schmidtin jälkeen (aallonpituudesta riippumattomien intensiteettien summa) ja TGA-signaaliin. Kuten TGA-signaalin kohdalla, Gram-Schmidtin jälki osoittaa, että ensimmäinen massahäviöaskel siirtyy suoraan ja ilman tasoa toiseen massahäviöaskeliin. Syy tähän on löydettävissä näiden kahden tuotteen jäljistä, jotka osoittavat, että etikkahapon vapautuminen voidaan havaita noin 300 °C:een asti ja lisäksi salisyylihapon haihtuminen alkaa jo alhaisemmissa lämpötiloissa.
Salisyylihapon ohella myös hiilidioksidin muodostuminen voidaan havaita lämpötilasta riippuvan absorptiointensiteetin kulun perusteella. Tämä vahvistetaan 360 °C:n lämpötilassa otetusta yksittäisestä spektristä (kuva 9).
Aallonumeroiden 2424 ja 2224 välisellä alueellaCO2: n absorptiokaistat näkyvät selvästi. Lisäksi on viitteitä siitä, että fenolia on muodostunut. Fenolin voimakkaimpien absorptiokaistojen paikat on merkitty punaisilla nuolilla. Näin ollen voidaan olettaa, että salisyylihapon haihtumisen ohella tapahtuu myös hajoamisprosessi; tämä viittaa fenolin jaCO2: n muodostumiseen yhtälön 2 mukaisesti.
(Yhtälö 2)
Yhteenveto
Asetyylisalisyylihappoa tutkittiin FT-IR-spektroskopialla huoneenlämmössä (ATR), ja saatuja FT-IR-spektrejä käytettiin tunnistamiseen vertaamalla niitä spektrikirjastoon. DSC:tä käytettiin sulamiskäyttäytymisen tutkimiseen. Lisäksi Aspirin®:n lämpökäyttäytymistä karakterisoitiin TGA-FT-IR:n avulla. Lämpökäsittelyn aikana vapautuvien kaasujen spektrejä verrattiin kaasufaasikirjastoon tuotteiden tunnistamiseksi. Näin voitiin vahvistaa kirjallisuudesta tunnetut hajoamismekanismit, ja lisäksi osoitettiin, että Aspirin®:n tabletoinnissa käytetyillä yleisillä lisäaineilla ei näytä olevan havaittavaa vaikutusta kaasumaisten hajoamistuotteiden muodostumiseen.