Introduzione
L'acido clavulanico è un farmaco inibitore delle ß-lattamasi, che rafforza l'effetto di un antibiotico contro le infezioni. Somministrato da solo, è in grado di svolgere solo una debole attività antibatterica contro la maggior parte degli organismi, ma somministrato in combinazione con altri antibiotici ß-lattamici, impedisce l'inattivazione dell'antibiotico da parte delle lattamasi microbiche [1].
Viene comunemente utilizzato come sale di potassio, il clavulanato di potassio, perché questa sostanza è più stabile e meno igroscopica dell'acido clavulanico. Tuttavia, il potassio clavulanato è ancora estremamente igroscopico e suscettibile di idrolisi se conservato in un ambiente umido [3]. Per questo motivo è necessario scegliere con cura le condizioni di conservazione. Inoltre, è necessario prendere in considerazione la percentuale di acqua nei componenti utilizzati per le formulazioni farmaceutiche contenenti potassio clavulanato.
Di seguito viene analizzata l'influenza dell'umidità sulla degradazione termica del clavulanato di potassio mediante TGA-FT-IR.
Condizioni di prova
Sono stati analizzati tre campioni di clavulanato di potassio: la sostanza originale e due campioni aggiuntivi, conservati in un recipiente aperto posto sopra l'acqua in un contenitore d'acqua sigillato. Un campione dei campioni all'interno del contenitore d'acqua è stato analizzato dopo una settimana di conservazione; il secondo è stato analizzato dopo due settimane.
Tutti e tre i campioni (senza trattamento, dopo una settimana e dopo due settimane in atmosfera umida) sono stati preparati in crogioli di alluminio sigillati.
Le misure TGA sono state eseguite con il TG 209 F1 Libra® in atmosfera dinamica di azoto (40 ml/min). Un dispositivo di perforazione ha perforato automaticamente il coperchio del crogiolo appena prima della misurazione. I gas emessi durante il riscaldamento a 10 K/min fino a 600°C sono stati trasferiti direttamente allo spettrometro FT-IR di Bruker Optics attraverso la linea di trasferimento.
Risultati del test
La Figura 2 illustra le variazioni di massa del clavulanato di potassio con e senza trattamento con acqua. Non appena inizia il riscaldamento, si verifica una perdita di massa iniziale.
Il campione conservato per una settimana in acqua presenta una perdita di massa del 43%. il 58% di perdita di massa si verifica nel campione conservato per 2 settimane. Per il campione originale, questa perdita di massa ammonta all'1,8%.
Le figure 3, 4 e 5 mostrano una rappresentazione tridimensionale degli spettri FT-IR dei gas rilasciati durante il riscaldamento dei tre diversi campioni.
Durante la prima fase di perdita di massa del clavulanato di potassio senza trattamento con acqua, è possibile rilevare solo il rilascio di acqua (cfr. NETZSCH application note 118/2018 [4]).
La Figura 6 mostra lo spettro FT-IR dei gas evoluti a 119°C dal clavulanato di potassio conservato per una settimana in atmosfera umida. Oltre al tipico spettro FT-IR dell'acqua, le bande tra 2200 cm-1 e 2400 cm-1 dimostrano la presenza di anidride carbonica. La perdita di massa del 43% deriva quindi da un rilascio sovrapposto di acqua eCO2, che indica l'inizio della Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione del clavulanato.
La stessa conclusione può essere tratta dallo spettro a 119°C del campione conservato per due settimane (figura 7).
Nel campione senza trattamento con acqua, la Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione inizia a 172°C (temperatura di inizio della curva TGA) con il rilascio di solaCO2 (figura 8).
Per tutti e tre i campioni, la Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione continua con due fasi aggiuntive, con perdite di massa del 42% e del 13% per il campione senza conservazione, del 23% e del 9% per il campione dopo una settimana di conservazione e del 16% e del 7% per il clavulanato di potassio conservato per 2 settimane.
La prima di queste fasi, al di sopra dei 200°C, è associata al rilascio di anidride carbonica e monossido di carbonio. È possibile rilevare anche la presenza di ammoniaca, ma solo in basse concentrazioni (figura 9). Più lunga è la durata del trattamento con acqua, più bassa è la temperatura a cui si verifica questa perdita di massa, a partire da 288°C per il campione senza conservazione e a 254°C per il clavulanato di potassio conservato per 2 settimane in atmosfera umida.
L'ultima fase di perdita di massa, tra circa 380°C e 600°C, mostra una composizione gassosa simile: Nello spettro FT-IR, metano, anidride carbonica e ammoniaca si trovano uno accanto all'altro a 450°C (figura 10). I risultati delle misure TGA-FT-IR sui tre campioni sono riassunti nella figura 11, comprese le conclusioni tratte dall'esperimento di accoppiamento.
Conclusione
Il clavulanato di potassio presenta una tendenza all'idrolisi [3]. Per esplorare le conseguenze di questa proprietà, il clavulanato di potassio è stato conservato per diversi periodi in atmosfera umida. Mediante TGA, è possibile riconoscere le differenze nell'idrolisi. I campioni conservati in atmosfera umida presentano solo tre fasi di perdita di massa, mentre il campione non trattato presenta quattro fasi di perdita di massa.
L'accoppiamento TGA-FT-IR consente di analizzare i gas evoluti durante il riscaldamento dei campioni trattati e non trattati. Ciò dimostra chiaramente che la prima fase di perdita di massa dei campioni conservati in atmosfera umida non è dovuta solo al rilascio di acqua, ma anche a quello diCO2. Questo fatto indica già la Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione della sostanza. In seguito alla conservazione in atmosfera umida, la temperatura di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione del clavulanato di potassio si sposta verso temperature più basse. Questo può essere il motivo per cui si raccomanda di conservare il clavulanato di potassio tra +2°C e +8°C [5]. Le successive fasi di perdita di massa rappresentano processi simili in tutti e tre i campioni, poiché vengono rilasciati gli stessi gas, indipendentemente dalla conservazione in atmosfera umida.
L'influenza dell'umidità sul potassio clavulanato deve essere presa in considerazione quando si conservano farmaci in condizioni climatiche diverse. Soprattutto nei Paesi tropicali con umidità e temperature elevate, è necessario assicurarsi che la durata di conservazione non venga ridotta dalla Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione durante lo stoccaggio.