Bevezetés
Már a korai magas kultúrák is használták a fűzfakérget láz és fájdalomcsillapítóként [1]; a római tudós, az idősebb Plinius a fűzfakérget gyógyszerként tartotta számon, a teutonok és a kelták pedig fűzfakéreg főzésével készítettek kivonatokat, amelyek összetevői kémiailag rokonok voltak a szintetikus acetilszalicilsavval [2]. Bár a 19. században különböző kémikusok képesek voltak szalicint és szalicilsavat előállítani, csak 1897-ben sikerült Felix Hoffmannak a BAYER wuppertal-elberfeldi központjában (Németország) az acetilszalicilsavat szennyeződések nélkül szintetizálni. Kurt Wittauer (2. ábra) a következő években betegeken tesztelte ezt a gyógyszert, míg végül a BAYER (1. ábra) 1921-ben bejelentette a megfelelő szabadalmat. A fájdalomcsillapító világszerte megkezdte diadalútját, és ma a BAYER évente több mint 50 000 tonna acetilszalicilsavat állít elő [4].
Az acetilszalicilsav hatóanyagot tartalmazó gyógyszerek különböző gyógyszerformákban állnak rendelkezésre, és nemcsak fájdalomcsillapító hatásuk miatt alkalmazzák őket, hanem gyulladáscsökkentő, lázcsillapító és vérlemezke-ellenes tulajdonságaik miatt is.
A tiszta acetilszalicilsav tiszta fehér por, amely vízben rosszul oldódik, olvadáspontja 136 °C, és magasabb hőmérsékleten bomlik. Ebben a munkában a gáznemű bomlástermékek vizsgálatára különböző hőelemzési, infravörös spektroszkópiai módszereket és a kettő kombinációját alkalmazták.
Módszerek és előkészítés
Az acetilszalicilsavat (CAS: 50-78-2) a Sigma Aldrich cégtől szereztük be > 99%-os tisztasággal. Az eredeti anyag vizsgálatához a BRUKER TENSOR II készüléket használtuk a minták mérésére csillapított teljes visszaverődéssel (ATR). Az olvadási viselkedés meghatározásához a NETZSCH DSC 214 Polyma készüléket használtuk. A felszabaduló gázok termikus jellemzéséhez egy hőmérleget kapcsoltak infravörös spektrométerhez - a NETZSCH TG 209 F1 Libra® a Bruker Equinox 55/S-hez. A termoanalitikai és spektroszkópiai vizsgálatok mérési körülményeit az 1-3. táblázat foglalja össze.
Táblázat: Mérési feltételek az acetilszalicilsav DSC-vizsgálatához
| Acetilszalicilsav | |
|---|---|
| A minta tömege | 2.08 mg |
| Tégely anyaga | Alumínium, lyukacsos |
| Tégely tömege | 52.75 mg |
| Hőmérséklet-tartomány | 25 ... 160°C |
| Fűtési sebesség | 7 K/perc |
| Atmoszféra | Nitrogén (50 ml) |
Táblázat: Mérési feltételek egy Aspirin® tabletta termogravimetriás vizsgálatához TGA-FT-IR segítségével
| Aspirin® | |
|---|---|
| A minta tömege | 9.141 mg |
| Tégely anyaga | Alumínium-oxid, nyitott |
| Tégely tömege | 162.75 mg |
| Hőmérséklet-tartomány | 25 ... 600°C |
| Fűtési sebesség | 10 K/perc |
| Atmoszféra | Nitrogén (40 ml) |
| Letapogatások | 32 |
| Felbontás | 4 cm-1 |
| Spektrális tartomány | 650 - 4500 cm-1 |
Táblázat: Az acetilszalicilsav (ATR) spektroszkópiai vizsgálatának mérési feltételei
| Acetilszalicilsav | |
|---|---|
| Detektor | DTGS |
| Letapogatások | 32 |
| Felbontás | 4 cm-1 |
| Spektrális tartomány | 650 - 4500 cm-1 |
Eredmények és vita
Az acetilszalicilsav hatóanyag FT-IR spektroszkópia segítségével történő vizsgálata olyan infravörös spektrumot eredményez szobahőmérsékleten, amely jó összhangban van a könyvtári spektrummal (Bruker ATR-LIBPolymers-1-472-2) (3. ábra). Az acetilszalicilsav olvadási tartománya a gyártó szerint 134°C és 136°C között van. A differenciál pásztázó kalorimetriával (DSC) végzett vizsgálat 178 J/g olvadási entalpiát és 138,5°C extrapolált kezdő hőmérsékletet ad. Amint az a 4. ábrán is jól látható, a hőáramlás jele a minta olvadási folyamatának kezdetét már lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten jelzi, mint amit az extrapolált kezdetre vonatkozó szabványos kiértékeléssel határoztak meg. Az irodalomban az acetilszalicilsav két polimorf formáját írják le: Az I. forma 144,9 °C-os olvadási hőmérséklettel és a II. forma 135,5 °C-os olvadási hőmérséklettel [5, 6].
Körülbelül 150 °C felett megkezdődik az acetilszalicilsav termikus bomlása. Ezért az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadáspont felett a termogravimetria (TGA) jobban alkalmas a további jellemzésre (5. ábra).
A termikus lebomlás jellemzéséhez egy aszpirin tabletta egy darabját vizsgáltuk a TGA-FT-IR csatolás segítségével. Bár a termogravimetriás eredmények 150°C és 450°C között kétlépcsős termikus lebomlási reakciót mutatnak, és a felszabaduló gázok mennyisége számszerűsíthető, spektroszkópiai elemzés nélkül nem lehet meghatározni, hogy mely gázok felelősek az észlelt tömegveszteségért. Ha olyan mérést végzünk, ahol a hőmérleg infravörös spektrométerrel van összekötve, akkor a gázfázis a mérés teljes időtartama alatt folyamatosan vizsgálható. A 6. ábrán az összes infravörös spektrumot háromdimenziós elrendezésben, hőmérséklet szerinti skálázással mutatjuk be. A termogravimetriás mérés eredményei szintén a bal hátsó területen láthatók.
Ha ebből a bemutatásból a legnagyobb abszorpciós intenzitású hőmérsékleteken egyedi spektrumokat veszünk ki, akkor a gázfázisú könyvtárakból származó összehasonlító spektrumok segítségével azonosítani lehet a felszabaduló gázokat. A 180°C-on bekövetkező első tömegvesztési lépésre jellemző egyedi spektrum nagyon jó egyezést mutat az EPANIST gázfázis-könyvtárból származó ecetsav spektrumával (7. ábra). A piros nyilak olyan abszorpciós sávokat jelölnek, amelyek nem illenek az ecetsavra, de nagyon jól megegyeznek a szalicilsavra vonatkozó abszorpciós sávokkal (EPA-NIST). Ez arra enged következtetni, hogy az acetilszalicilsav az 1. reakcióegyenlet szerint termikusan szalicilsavra és ecetsavra bomlik (1. egyenlet). A keletkező ecetsav 180°C-on már gáznemű, míg a 159°C-os Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadáspontú szalicilsav párologni kezd. Bizonyára ez az oka annak is, hogy az első tömegveszteséges lépés közvetlenül a következő lépésbe megy át. A Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlás és a párolgás kombinációja megerősíti a Rebeiro és munkatársai által javasolt lebomlási mechanizmust [7]. Az acetilszalicilsav hatóanyag tablettás formájával kapcsolatban a nedvességnek a termikus lebomlás reakciótermékeire gyakorolt hatását hangsúlyozzák az olyan adalékanyagokkal együtt, mint a keményítő és a magnézium-sztearát-monohidrát. Gupchup és munkatársai azonban rámutatnak, hogy a száraz hatóanyag, az acetilszalicilsav maga is képes biztosítani a víz jelenlétét a kondenzáció értelmében vett dimerizáció révén [8].
Az ecetsav és a szalicilsav két spektrumának összehasonlításakor feltűnő, hogy az 1760 cm-1 és 1820 cm-1 közötti tartományban lévő abszorpciós sávok csak az ecetsavnak tulajdoníthatók, míg az 1460 cm-1 és 1500 cm-1 közötti abszorpciós sávok a szalicilsavat képviselik. Ha az abszorpciós tartományok intenzitásmenetét a hőmérséklet függvényében kiszámítjuk, minden egyes anyagra "nyomokat" kapunk; ezek arányosak a hőmérséklet függvényében felszabaduló megfelelő mennyiségekkel.
(1. egyenlet)
Az ecetsav és a szalicilsav hőmérsékletfüggő nyomvonalainak összehasonlítása a 8. ábrán látható a Gram-Schmidt-nyomvonallal (a hullámhossztól független intenzitások összege) és a TGA-jelekkel. A TGA-jelhez hasonlóan a Gram-Schmidt-nyomvonal is azt mutatja, hogy az első tömegvesztési lépés közvetlenül és plató nélkül megy át a második tömegvesztési lépésbe. Ennek oka a két termék nyomvonalában keresendő, amely azt mutatja, hogy az ecetsav felszabadulása kb. 300 °C-ig kimutatható, és emellett a szalicilsav elpárolgása már alacsonyabb hőmérsékleten megkezdődik.
A szalicilsavval együtt a szén-dioxid képződése is kimutatható az abszorpciós intenzitások hőmérsékletfüggő lefolyása alapján. Ezt igazolja a 360°C-on kivont egyedi spektrum (9. ábra).
A 2424 és 2224 hullámszámok közötti tartományban aCO2 abszorpciós sávjai jól láthatók. Emellett jelek utalnak arra is, hogy fenol képződött. A fenol legintenzívebb abszorpciós sávjainak helyét piros nyilakkal jelöltük. Feltételezhető tehát, hogy - a szalicilsav elpárolgása mellett - egy bomlási folyamat is végbemegy; ez a 2. egyenletben bemutatott fenol ésCO2 képződésére utal.
(2. egyenlet)
Összefoglaló
Az acetilszalicilsavat FT-IR spektroszkópiával vizsgálták szobahőmérsékleten (ATR), és a kapott FT-IR spektrumokat egy spektrumkönyvtárral való összehasonlítással azonosították. A DSC-t az olvadási viselkedés vizsgálatára használtuk. Ezenkívül az Aspirin® termikus viselkedését TGA-FT-IR segítségével jellemezték. A hőkezelés során felszabaduló gázok spektrumait összehasonlítottuk egy gázfázis-könyvtárral a termékek azonosításához. Így sikerült megerősíteni az irodalomból ismert bomlási mechanizmusokat, és emellett kimutatták, hogy az Aspirin® tablettázása során használt gyakori adalékanyagoknak a jelek szerint nincs kimutatható hatásuk a gáznemű bomlástermékek képződésére.