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아목시실린: 녹거나 분해될까요? DSC와 TGA-FT-IR이 해답을 제시합니다!

소개

아목시실린(그림 1)은 아미노페니실린 계열의 항생제입니다. 중이염, 폐렴, 피부 감염과 같은 세균 감염 치료에 사용됩니다 [2]. 여기서는 녹는점, 분해 온도와 같은 일부 열적 특성과 분해 생성물에 대한 정보를 얻기 위해 DSC와 TG-FT-IR을 사용하여 측정했습니다.

1) 아목시실린의 공식 [1]

테스트 결과

DSC 측정은 아목시실린 삼수화물 시료(1.622 mg)에 대해 DSC 204 F1 Phoenix® 를 사용하여 수행했습니다. 수동으로 구멍을 뚫은 뚜껑(구멍 3개)이 있는 알루미늄 도가니를 사용했습니다. 시료를 -80°C에서 10K/min의 가열 속도로 두 번 가열하여 첫 번째는 150°C까지, 두 번째는 210°C까지 가열했습니다. 두 번의 가열 사이에 샘플은 10K/min의 제어된 속도로 냉각되었습니다. 가열 실행의 DSC 측정은 그림 2에 나와 있습니다.

2) 아목시실린 삼수화물에 대한 DSC 측정의 1차 및 2차 가열

TGA 측정을 위해 알루미늄 산화물 도가니에서 샘플(4.79 mg)을 준비하고 동적 질소 분위기에서 10 K/min으로 700°C까지 가열했습니다. TGA 곡선은 그림 3에 나와 있습니다.

107°C에서 감지된 흡열 피크(DSC 곡선, 1차 가열, 그림 2)는 12.9%의 질량 손실과 관련이 있습니다. 휘발성 물질의 방출과 관련이 있을 수 있는 이 과정은 TGA 곡선의 해당 질량 손실보다 DSC 측정에서 더 높은 온도에서 기록됩니다. 증발이 일어나는 온도는 도가니에 뚜껑이 있는지 여부와 도가니 뚜껑의 구멍 크기에 따라 달라집니다. TGA 측정에는 뚜껑이 사용되지 않았기 때문에 구멍이 뚫린 뚜껑을 사용하는 DSC 측정보다 낮은 온도에서 휘발이 일어납니다.

93°C에서 방출된 제품의 FT-IR 스펙트럼(그림 4)은 물에 대한 특징적인 스펙트럼을 보여줍니다.

3) 아목시실린 삼수화물에 대한 TGA 측정 결과. 실선: TGA 신호; 점선: DTG 신호.
4) 92.9°C에서 방출되는 제품의 FT-IR 스펙트럼, 물의 특징적인 흡수 대역.

아목시실린의 몰 질량은 365.4g/몰입니다[2]. 따라서 아목시실린 삼수화물의 몰 질량은 419.4 g/mol이 됩니다. 따라서 아목시실린 삼수화물에서 모든 수분이 방출되면 이론적으로 약 12.9%의 질량 변화가 발생합니다. 여기(그림 3)에서 측정 결과는 이론값과 매우 잘 일치합니다.

두 번째 질량 손실 단계는 185°C(TGA 곡선의 시작 값)에서 발생합니다. 해당 FT-IR 스펙트럼을 보면 아목시실린의 분해는 이산화탄소(그림 5)와 암모니아(그림 6)의 방출로 시작됨을 알 수 있습니다. 이는 DSC 곡선에서 발열 효과와 관련이 있습니다. 아목시실린은 700°C로 가열하는 동안 초기 질량의 77% 이상을 잃을 정도로 분해가 계속됩니다.

5) 202.2°C에서 방출된 제품(빨간색 곡선)과 이산화탄소(파란색 곡선)의 FT-IR 스펙트럼
6) 202.2°C(빨간색 곡선) 및 암모니아(파란색 곡선)의 방출된 제품의 FT-IR 스펙트럼

294°C에서 방출된 물질의 FT-IR 스펙트럼은 그림 7에 나와 있습니다. 이미 설명한CO2와NH3의 특징적인 밴드도 발견되었습니다. 그러나 추가로 보이는 흡광도 밴드가 있습니다: 3000~2800 cm-1 사이의 밴드는 -C-H 결합의 존재를 나타내는 반면, 1500~1800 cm-1 사이의 밴드는 방향족으로 인해 발생할 수 있습니다. 1900~2300 cm-1 사이의 영역은 삼중 결합 또는 이중 결합 X_Y_Z의 경우 일반적입니다. [3, 4] .

7) 294°C의 출시 제품의 FT-IR 스펙트럼

요약

아목시실린의 열처리 과정에서 DSC 측정을 통해 검출된 효과는 DSC 결과의 해석만으로는 설명할 수 없습니다. TGA-FT-IR 방법을 조합하여 추가로 측정해야만 107°C에서의 DSC 효과가 용융이 아닌 물의 증발로 인한 것으로, 흡열 DSC 피크는 발생하지만 질량 손실은 없음을 확인할 수 있습니다. 물의 증발 후에도 계속되는 질량 손실은 분해의 결과입니다. 분해 산물인 이산화탄소와 암모니아는 FT-IR을 통해 명확하게 식별할 수 있습니다.

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