DSC az ideális oldhatóság meghatározására? Mondja el hogyan!

A gyógyszerek osztályozása az oldhatóság alapján

A vizes oldhatóság alapvető fontosságú ahhoz, hogy egy gyógyszer elérje terápiás célpontját, mivel az oldódási sebesség közvetlenül befolyásolja a gyógyszer biológiai hozzáférhetőségét. Az Egyesült Államok Gyógyszerkönyve és az Európai Gyógyszerkönyv a gyógyszereket a mg/ml-ben kifejezett hozzávetőleges oldhatósági tartományuk alapján osztályozza. Például 100-1000 mg/ml az oldhatósági tartomány egy szabadon oldódónak tekintett molekula esetében, és 0,1-1 mg/ml a nagyon csekély vízoldékonysággal jellemezhető gyógyszermolekula esetében. Ezért a vizes és a nem vizes oldhatóság meghatározása határozza meg egy jó gyógyszerjelölt számára a lehető legjobb formulázási megközelítést.

Az ideális oldhatóság megadja az oldott anyag telített koncentrációját móltörtben, ideális oldószer használata esetén, azaz azt az elméleti esetet, amikor az oldott anyag az oldószerben az oldódási folyamat során energiaveszteség nélkül oldódik. A gyakorlatban ez nem valósítható meg, mivel az oldott anyag és az oldószer kölcsönhatása általában nem ideális, és az oldott anyag és az oldószer közötti kémiai kölcsönhatás akadályozhatja az oldódási folyamatot. Ilyen intermolekuláris kölcsönhatások például a hidrogénkötések, a dielektromos tulajdonságok és a dipólusmomentum.

Bár egy molekula oldhatóságának meghatározására a legmegfelelőbb módszer az UV-spektrofotometria, az ideális oldhatóság kiszámítható, ha az anyag olvadáspontja és olvadási entalpiája ismert.

Mit jelent azonban az ideális oldhatóság termodinamikai szempontból?

Az oldódási folyamat során az oldott anyag-oldott anyag kötéseket meg kell bontani. Az e kötések felbontásához szükséges energiabevitel megegyezik a szilárd anyag megolvasztásához szükséges energiával, azaz a fúziós entalpiával(_∆Hf). Másrészt az oldószer-oldószer kötéseket is fel kell bontani, míg az oldószer-oldószer kötéseket ki kell alakítani. Ez utóbbi lépés energiabevitelét nevezhetjük a keveredés entalpiájának(_∆Hmix). Az oldódás entalpiája tehát a fúziós entalpia és a keveredés entalpiájának összege:

_∆Hsol = _∆Hf + _∆Hmix

Ha a keveredés entalpiája nulla, akkor az oldódás entalpiája megegyezik 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 entalpiájával:

_∆Hsol = _∆Hf

Ezek a fő termodinamikai feltevések egy kristályos anyag ideális oldódására. Az ideális oldódás ideális oldhatóságot eredményez.

További feltételezések szerint a _∆Hf pozitív (a fúzió endoterm esemény), és így a _∆Hsol is. Ahhoz azonban, hogy egy spontán reakció lejátszódjon, a Gibbs-féle szabad energiának(∆G = _∆Hf -T∆S)negatívnak kell lennie; így az entrópiának(S) pozitívnak kell lennie. Tekintettel arra, hogy 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.olvadási hőmérséklet és a fúziós entalpia független a kísérleti hőmérséklettől, és hogy az oldódás telített oldatot ad, a Van't Hoff-egyenlet a következőképpen alkalmazható:

Ahol: _x2 = a hatóanyag telített koncentrációja móltört egységben kifejezve

_∆Hf = fúziós entalpia (J/mol)

r = gázállandó (J/K∙mol)

t = adott hőmérséklet (K)

_tm = 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.olvadási hőmérséklet (K)

Az eredmény az ideális oldószerben lévő oldott anyag telített koncentrációját adja meg móltörtben. Más szóval ez lenne a hatóanyag maximálisan elérhető koncentrációja a lehető legjobb oldószerben. Aulton Gyógyszerészet című könyve [1] az acetilszalicilsav példáját idézi. Az acetilszalicilsav (számított) ideális oldhatósága 0,037 móltört; a legjobb oldószer a tetrahidrofurán (THF), amelynek kísérletileg meghatározott oldhatósága 0,036 móltört. A THF tehát közel áll ahhoz, hogy az acetilszalicilsav ideális oldószere legyen. Fontos azonban szem előtt tartani, hogy a molekulák közötti kölcsönhatások is kedvezhetnek az oldódásnak, ami a Van't Hoff-egyenlet által becsültnél nagyobb kísérleti oldhatóságot biztosít.

Az acetilszalicilsav DSC-görbéje 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.olvadási hőmérséklet (extrapolált kezdeti hőmérséklet) és az olvadási entalpia (csúcs alatti terület) kísérleti értékeivel az 1. ábrán látható. Mindkét érték nagyon jól egyezik a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) által megadott referenciaértékekkel, amint az az 1. táblázatban látható.

1. táblázat - Az acetilszalicilsav 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.olvadási hőmérsékletére és fúziós entalpiájára vonatkozó kísérleti és referenciaértékek.

_{Aszpirin (nist.gov)https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C50782&Units=SI&Mask=4#Thermo-Phase}

Vigyázni kell, ha az elemzett anyag a DSC-mérés során esetleg hőbomláson mehet keresztül. Az itt bemutatott acetilszalicilsav példa esetében 1,01%-os tömegveszteséget regisztráltunk, amelyet a NETZSCH TGA-val határoztunk meg, 2. ábra. Ez az érték elfogadható, mivel az ASTM 928 szabvány az olvadási tartományban 1%-ot ír elő maximális tömegveszteségként. Ha nem áll rendelkezésre TGA, a tégely és a minta mérés előtti és utáni mérése a legjobb módja a tömegveszteség ellenőrzésének.

Ossza meg ezt a cikket: