Mélyebb betekintés az acetilszalicilsav pirolízisébe kinetikai elemzéssel, 2. rész

Bevezetés

A gyógyszerészetben alig van olyan hatóanyag, amelyről többet írtak volna, mint az acetilszalicilsav (vagy röviden ASA; az angol nyelvű országokban még az Aspirin™ márkanevet is gyakran használják szinonimaként). Sikertörténete a 19. század végén kezdődött, amikor Dr. Felix Hoffmann a BAYER laboratóriumaiban először szintetizálta az anyagot szennyeződések nélkül. Napjainkban még mindig az egyik legnépszerűbb gyógyszer, amelyet széles terápiás tartományban használnak. A nem-szteroid gyulladáscsökkentők (NSAID) csoportjába tartozik, és fájdalom, láz és gyulladás kezelésére javallott. Ezenkívül nagy kockázatú betegeknél a szívroham vagy a stroke kiújulásának megelőzésére is alkalmazzák. Az ASA-t 1977-ben fájdalomcsillapítóként felvették a WHO (Egészségügyi Világszervezet) "alapvető gyógyszerek listájára" [1].

Ez a második a négy alkalmazási jegyzet közül, amelyek részletesebben vizsgálják az acetilszalicilsav termikus viselkedését: Bomlás különböző gázlégkörökben, bomlási kinetika és a keletkező gázfajok [2] [3] [4].

Termoanalitikai adatok kinetikai elemzése

A termoanalitikai módszerek mérési adataiból információt kaphatunk a Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlás, PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis vagy égés miatti tömegveszteségről, az energetikai változásokról, mint például 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.olvadás vagy a KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodás, vagy a minta méretváltozásáról a hő tágulás vagy a SzinterezésA szinterezés olyan gyártási eljárás, amelynek során kerámia- vagy fémporból mechanikailag erős testet alakítanak ki. szinterezés miatt, például kerámiaanyagok esetében. Ezekkel a kijelentésekkel azonban az információtartalom nem kimerítően használható fel. Egy átfogóbb kinetikai elemzés segítségével a reakció különböző hőmérsékleteken történő időbeli lefolyásáról, azaz a reakciósebességről is lehet információt szerezni. Ha egy reakció lefolyása matematikai egyenletrendszer segítségével kellően jól leírható, akkor a reakció lefolyására vonatkozóan olyan előrejelzések is lehetségesek, amelyek kísérletileg nem vagy csak nehezen hozzáférhetőek. Ez pedig felhasználható folyamatok optimalizálására vagy anyagok és termékek élettartamának, OxidációAz oxidáció különböző folyamatokat írhat le a termikus analízissel összefüggésben.oxidációs stabilitásának vagy öregedési viselkedésének előrejelzésére.

Eredmények és vita

Az acetilszalicilsav termikus viselkedésének jobb megértése érdekében kinetikai megközelítést alkalmaztak, hogy matematikai egyenletrendszert találjanak a kísérleti adatok leírására. A termikus viselkedést egy NETZSCH TG 209 F1 Libra^® készülékkel és az 1. táblázatban összefoglalt mérési feltételek alkalmazásával vizsgáltuk. A kinetikai megközelítéshez legalább három különböző fűtési sebességű sorozatra van szükség az idő-hőmérséklet korreláció leírásához, ami általában a kinetikai kiértékelések fő célja.

1. táblázat: TGA mérési paraméterek

Az 1. ábra a NETZSCH Proteus^® elemzőszoftverben kapott eredményeket mutatja be. A termogravimetria 100°C és 400°C között két fő tömegveszteséget mutat ki az acetilszalicilsav PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízisénél. A TGA-görbék a fűtési sebesség növekedésével magasabb hőmérsékletre tolódnak. A nagyrészt párhuzamos eltolódás, valamint a közel azonos végtömeg arra utal, hogy maga a fűtési sebesség nem változtatja meg jelentősen a reakciómechanizmust. Ez is egyértelműen jelzi, hogy a reakciómechanizmus ebben az esetben nem túl bonyolult. Másrészt jól látható, hogy a tömegvesztési lépések nem különülnek el tökéletesen. Nem látható olyan plató, amely egyértelműen meghatározza az első tömegvesztési lépés végét vagy a második tömegvesztési lépés kezdetét. Amint azt a TGA-FT-IR, TGA-MS vagy TGA-GC-MS csatolási technikák is megerősítik, a PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis és a párolgás egyszerre zajlik [2][4][5].

A kinetikai elemzéshez a mért adatokat a NETZSCH Kinetics Neo szoftverben ASCII-n keresztül továbbítjuk. Az importált adatokat a 2. ábra mutatja.

Annak érdekében, hogy kezdeti képet kapjunk a reakciómechanizmusról, hasznos a kinetikai elemzést úgynevezett modellmentes megközelítésekkel kezdeni. A 3. ábra az Ozawa-Flynn-Wall szerinti eredményeket mutatja, ahol a fűtési sebesség logaritmusát ábrázoljuk a hőmérséklet inverz függvényében. Ez a megközelítés nemcsak az összes mért adatpontot veszi figyelembe, hanem információt szolgáltat az aktiválási energia változásáról, valamint a preexponenciális faktorról a reakció teljes lefolyása során (konverzió mértéke). Ez különösen a többlépéses reakciók esetében hasznos. A grafikon a reakció lefolyását írja le (jobbról balra) mindhárom fűtési sebesség (vízszintes szimbólumok) esetén. A majdnem függőleges vonalak minden egyes fűtési sebességnél ugyanazt az átalakulási fokot kötik össze, ezért ezeket izo-konverziós vonalaknak nevezzük.

Ezek az izo-konverziós vonalak többé-kevésbé párhuzamosak a két fő pirolízislépés tartományaiban a teljes folyamat elején és végén. Körülbelül 50%-os konverzió esetén az izo-konverziós egyenesek eltérő meredekséget mutatnak, ami a reakciómechanizmus megváltozására utal. A reakciónak ebben a szakaszában a PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis és a párolgás egyszerre zajlik, ahogyan azt korábban említettük [2][4][5].

A 4. ábra azt mutatja, hogyan változik az aktiválási energia a reakció előrehaladtával az Ozawa-Flynn-Wall-számítás szerint. Ez nagyon fontos információ, mivel már három tartományt jelez a teljes folyamatra vonatkozóan: az aktiválási energia 110 kJ/mol körül van a folyamat elején, 40 kJ/mol körül a 40% és 50%-os konverzió között, és 120 kJ/mol körül a reakció végén. Az aktiválási energia változása a konverzió mértékével megerősíti a többlépcsős reakciómechanizmust. A kapott értékek jól korrelálnak az irodalomban [6] közzétett eredményekkel.

Ezen információk modellalapú elemzésbe történő átvitele egy háromlépcsős, egymást követő modellhez vezet (t:FnFnFnFn), ahol A a kiindulási anyagot (acetilszalicilsav), B és C az irodalomból ismert köztes termékek [6, 7], D pedig a végtermék. Ebben az esetben a végtermék természetesen nem igazán anyag, hanem a reakció végét vagy a 100%-os konverziót írja le, mivel a maradék tömeg mindhárom termogravimetriás görbe esetében nulla. Minden képződött termék gáznemű, ezért a véghőmérsékletre való hevítés során elpárolog a tégelyből. Az 5. ábra ennek a modellalapú megközelítésnek az eredményét mutatja be. A mért adatokat szimbólumként, a számított háromlépcsős, egymást követő modell eredményeit pedig folytonos vonalként ábrázoljuk, a színek a különböző fűtési sebességekhez kapcsolódnak. A számított modell szinte tökéletesen illeszkedik a kísérleti adatokhoz, amit végül a 0,99986-os korrelációs együttható is megerősít.

A kiszámított paramétereket, a preexponenciális tényezőt, az aktiválási energiát és a reakció sorrendjét a 2. táblázat foglalja össze az egyes reakciólépésekre vonatkozóan. Az aktiválási energiára vonatkozó valamennyi érték jó összhangban van az Ozawa-Flynn-Wall megközelítés által javasolt értékekkel, valamint az irodalomban közölt értékekkel [6]. A három reakciólépés hozzájárulása 40,3%, 13,6% és 46,1%, ami jól korrelál a bemutatott tömegveszteség lépésekkel.

Táblázat: A modellalapú megközelítésből származó paraméterek egy ^n-edik rendű háromlépcsős konzekvenciamodell alkalmazásával

Következtetés

Az acetilszalicilsav PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízisének az irodalomban javasolt mechanizmusa kétlépcsős, a köztitermékek egyidejű PárologtatásEgy elem vagy vegyület elpárolgása fázisátalakulás a folyékony fázisból gőzzé. A párolgásnak két típusa létezik: a párolgás és a forrás.elpárolgásával [6]. Gregory és munkatársai az első tömegvesztési lépés során felszabaduló fő vegyületnek az ecetsavat találták. Továbbá egy PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis mechanizmust javasolnak, amely különböző oligomereket képez, amint azt a tömegspektrometriával (MS) detektált atomi tömegegységek (amu) jelzik [6][7]. A fő gáznemű termékek - ecetsav, szalicilsav, fenol és acetilszalicilsav - megerősítése mellett egy még kifinomultabb TGA-GC-MS kapcsolási technikát alkalmaztak a további PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis termékek elkülönítésére és azonosítására [2]. Valamennyi szerző a PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis és a párolgás szuperpozíciójáról számol be a reakció előrehaladásának 40-60%-a között.

Jelen munkában ezeket az eredményeket modellalapú kinetikai megközelítésbe lehetett implementálni egy n-edik rendű háromlépcsős konzekvens modellel. A kísérleti adatok és a matematikai modell közötti jó korrelációt a 0,99986-os korrelációs együttható igazolja. Az aktiválási energiára vonatkozó értékek például jó összhangban vannak az irodalomban közölt értékekkel. Mindazonáltal az itt bemutatott háromlépcsős konzekvenciális modell modell alapú megközelítése minden bizonnyal egy lépést jelent a többek között az Ozawa-Flynn-Wall vagy más [6] alapú izo-konverziós modell nélküli megközelítéseken túl, mivel a kinetikai adatok minden egyes reakciólépésre függetlenül állnak rendelkezésre.