소개
특정 폴리머, 지방산, Ionic 액체 및 제약 화합물과 같은 다양한 고체의 용융 온도는 용융물에서CO2의 용해성으로 인해 초임계 이산화탄소(scCO2)가 존재할 때 상당히 낮아지는 것으로 밝혀졌습니다. 이 효과는 특히 열에 민감한 경우 용융물에서 재료를 가공하거나 결정화할 때 유용할 수 있습니다. 초임계 조건에 도달하지 않고도CO2의 고압 하에서 재료의 용융 온도를 측정하는 고압 DSC(HP-DSC)를 사용하여 scCO2의 존재 하에서 재료의 융점 강하에 대한 민감성을 탐색할 수 있습니다. 이 연구에서는 고압 이산화탄소가 비스테로이드성 항염증제(NSAID)인 의약품 화합물 피록시캄의 녹는점에 미치는 영향을 조사했습니다. 이 화합물의 네 가지 무수 결정 형태(다형성)가 보고되었습니다[1]. 상업적으로 이용 가능한 형태 I은 녹는 온도가 약 201°C로 가장 안정적인 결정 형태입니다. 형태 I의 융점은 이산화탄소가 존재할 때 상당히 낮아지는 것으로 나타났습니다 [1]. 피록시캄은 녹으면 분해되기 때문에 화합물의 녹는점을 낮추면 유기 용매 용액에서 결정화하여 접근하기 어려운 다른 결정 형태(예: 형태 III)를 용융물에서 성장시키는 데 유리할 수 있습니다.
실험 세부 정보
피록시캄(TCI America)은 받은 대로 사용했습니다. DSC 측정은 열린 25μL 알루미늄 도가니에서 4~6mg 시료에 대해 NETZSCH DSC 204 HP Phoenix® 로 수행했습니다. 샘플은 100mL/min의 유속에서 1~40bar 범위의 압력으로 N2 또는CO2의 흐름 아래에서 10K/min으로 가열하거나 55bar 이상의 압력을 얻기 위해 정적CO2 분위기에서 가열했습니다. 기기의 온도 보정을 확인하기 위해 인듐 표준을 사용했으며, 이는 다양한 분위기와 압력에서도 변하지 않았습니다.
결과
그림 1은 주변CO2 압력과 40bar 및 63bar의CO2 압력에서 피록시캄 형태 I의 DSC 곡선에서의 용융 전이를 보여줍니다. 주변 압력과 40bar에서의 측정은CO2의 동적 흐름 하에서 수행된 반면, 63bar에서의 측정은 폐쇄 시스템에서CO2의 정적 분위기 하에서 수행되었습니다.CO2 탱크의 최대 압력 55bar는 상온에서 HP-DSC로 유입되었고, 시스템은 가열에 따라 압력이 증가하여 시료 용융이 시작될 때 63bar에 도달하도록 닫혔습니다. 상온에서 피록시캄 용융 피크의 추정 시작 온도 201.3°C는 문헌 값과 일치합니다1. 용융 시작 온도는 40barCO2에서 196°C로 약 5.5°C 낮아졌습니다. 63bar의CO2 압력에서는 2.5K가 추가로 감소했습니다.
CO2 압력 증가에 따른 피록시캄의 융점 저하 효과가CO2에만 국한되는지 확인하기 위해 N2 압력 증가가 화합물의 용융 거동에 미치는 영향을 조사했습니다. 그림 2는 대기압, 10bar, 40bar에서 N2 하에서 피록시캄의 용융 피크를 보여줍니다.CO2 압력 증가에 따른 융점 저하 효과와 달리, N2 압력이 증가하면 피록시캄의 융점이 약간 증가했으며, 이는 고체에서 액체로 변화할 때 팽창하는 대부분의 물질의 거동과 일치합니다.
요약
HP-DSC 측정 결과, 피록시캄은 대기압 상황과 비교하여 63bar의CO2 분위기에서 약 8K의 융점 강하를 겪는 것으로 나타났습니다. 이 연구는 압력이 초임계 단계에 도달하는 데 필요한 압력보다 낮은 경우에도 scCO2에서 잠재적인 융점 저하가 있는 고체를 선별하는 데 HP-DSC 측정이 유용하다는 것을 보여주었습니다.