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アモキシシリン融解か分解か?DSCとTGA-FT-IRが答えを示す!

はじめに

アモキシシリン(図1)はアミノペニシリン系の抗生物質である。中耳炎、肺炎、皮膚感染症などの細菌感染症の治療に用いられる[2]。ここでは、融点や分解温度、分解生成物などの熱特性に関する情報を得るために、DSCとTG-FT-IR 。

一般的に使用されている抗生物質、アモキシシリンの構造式で、その化学成分と分子構造を示す。
1) アモキシシリンの式 [1]

テスト結果

DSC測定は、アモキシシリン三水和物試料(1.622 mg)を用いて行った。 DSC 204 F1 Phoenix®.手作業で穴をあけた蓋(3穴)のあるアルミニウム容器 を使用した。試料を-80℃から10K/分の昇温速度で2回加熱した;1回目は150℃まで、2回目は210℃まで。2回の加熱の間に、試料を10K/分の制御速度で冷却した。加熱運転のDSC測定を図2に示す。

アモキシシリン三水和物のDSC分析グラフ。第1および第2加熱相と主要な温度ポイントを示す。
2) アモキシシリン三水和物のDSC測定の1回目と2回目の加熱

TGA測定では、試料(4.79 mg)を酸化アルミニウムるつぼに入れ、動的窒素雰囲気中、10 K/分で700℃まで加熱した。TGA曲線を図3に示す。

107℃で検出された吸熱(吸熱性)ピーク(DSC曲線、1回目の加熱、図2)は、12.9%の質量損失に関連している。このプロセスは、揮発性物質の放出に関連していると考えられるが、DSC測定では、TGA曲線における対応する質量損失よりも高い温度で記録されている。蒸発が起こる温度は、るつぼの蓋の有無と、るつぼの蓋の穴の大きさに依存する。TGA測定では蓋を使用しなかったため、揮発は、穴のあいた蓋を使用したDSC測定よりも低い温度で起こる。

93℃で放出された生成物のFT-IRスペクトル(図4)は水に特徴的である。

超高純度グラファイトと硫化水素、環状八原子硫黄、二硫化炭素の温度によるマススペクトルの比較。
3) アモキシシリン三水和物のTGA測定結果。実線:TGAシグナル;点線:点線:DTGシグナル。
FT-IRスペクトルは92.9℃で水に特徴的な吸収帯を示す。
4) 92.9℃で放出された生成物のFT-IRスペクトル、水に特徴的な吸収バンド。

アモキシシリンのモル質量は365.4g/molである[2]。この結果、アモキシシリン三水和物のモル質量は419.4g/molとなる。したがって、アモキシシリン三水和物から水をすべて放出すると、理論的には約12.9%の質量変化が生じることになる。ここで(図3)、測定結果は理論値と見事に一致している。

185℃(TGA曲線のオンセット値)で2回目の質量減少が起こっている。対応するFT-IRスペクトルから、アモキシシリンの分解は二酸化炭素(図5)とアンモニア(図6)の放出から始まることが明らかになった。これはDSC曲線における発熱(発熱性)と関連している。分解は続き、アモキシシリンは700℃まで加熱する間に初期質量の77%以上を失う。

202.2℃の放出物(赤)と二酸化炭素(青)の吸光度を示すFT-IRスペクトル。
5) 202.2℃で放出された生成物(赤い曲線)と二酸化炭素(青い曲線)のFT-IRスペクトル。
202.2℃の放出物(赤)とアンモニア(青)を示すFT-IRスペクトル。
6) 202.2℃の放出生成物(赤い曲線)とアンモニア(青い曲線)のFT-IRスペクトル

294℃で放出された物質のFT-IRスペクトルを図7に示す。すでに説明したCO2とNH3の特徴的なバンドも見つかった。しかし、さらに吸光度バンドが見られる:3000~2800cm-1のバンドは-C-H結合の存在を示し、1500~1800cm-1のバンドは芳香族に由来する。1900~2300cm-1のバンドは、三重結合や二重結合X_Y_Zの一般的なバンドである。[3, 4] .

294℃でのFT-IRスペクトル分析では、CO2、芳香族化合物、NH3のピークが強調され、材料の特徴が明らかになった。
7)294℃の放出生成物のFT-IRスペクトル

概要

アモキシシリンの熱処理中にDSC測定によって検出された効果は、DSC結果の解釈だけでは説明できない。TGA-FT-IR法を組み合わせた追加測定によってのみ、107℃でのDSC効果は、吸熱(吸熱性)DSCピークを引き起こしながら質量損失を生じない、融解ではなく水の蒸発によるものであることが確認できる。水の蒸発後に続く質量減少は分解の結果である。分解生成物、特に二酸化炭素とアンモニアは、FT-IRの助けを借りて明確に同定することができる。

Literature

  1. [1]
    www.pharmawiki.ch
  2. [2]
    https://en.wikipedia.org/wiki/Amoxicillin
  3. [3]
    www.uni-stuttgart.de/ochem/lehre/praktika/2011/2011wise/2011wise-umwa/Handout_IR_6.pdf
  4. [4]
    www.analytik.ethz/Vorlesungen/Spektroskopie_Schmidt/06_IRSpektreninterpretation.pdf
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