Introdução
O ácido esteárico é um ácido graxo saturado de origem natural com uma longa cadeia de carbono, presente tanto em óleos de origem vegetal quanto em gorduras animais. É amplamente utilizado em diversos setores, incluindo o farmacêutico, o cosmético, o alimentício e em produtos de uso doméstico, como velas e detergentes. Em aplicações farmacêuticas, no entanto, o ácido esteárico de grau farmacêutico não é uma substância única e quimicamente pura, mas uma mistura de ácidos graxos, principalmente ácido esteárico e palmítico, cujas proporções relativas podem variar dentro de limites de especificação definidos. Essa variabilidade na composição pode influenciar propriedades essenciais, como o comportamento de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão.
Ácido esteárico: estrutura, propriedades e aplicações
O ácido esteárico (também conhecido como ácido octadecanoico) é um sólido cristalino duro, de cor branca a levemente amarelada, e um ácido graxo saturado de cadeia longa (C₁₈H₃₆O₂, Fig. 1). Sua estrutura consiste em uma cadeia hidrocarbonética linear de dezessete grupos metileno, terminando em um grupo ácido carboxílico, o que lhe confere um caráter anfifílico, embora seja predominantemente hidrofóbico devido à sua longa cauda apolar. A ausência de ligações duplas confere-lhe alta estabilidade química e resistência à OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação. É pouco solúvel em água, mas facilmente solúvel em solventes orgânicos, como benzeno, tetracloreto de carbono, clorofórmio e éter, sendo que o grupo polar na extremidade permite interações interfaciais.
O ácido esteárico sofre facilmente esterificação com álcoois, formando ésteres utilizados como emolientes e modificadores de textura (por exemplo, estearato de octila, estearato de glicerila). Ele também forma sais metálicos, como os estearatos de magnésio, sódio e zinco, amplamente utilizados como lubrificantes, estabilizantes e agentes desmoldantes.
Em formulações farmacêuticas e cosméticas, o ácido esteárico atua como emulsificante, espessante, solubilizante e emoliente em produtos tópicos, e como lubrificante, aglutinante e agente modificador de liberação em formas farmacêuticas sólidas [2]. No setor alimentício, ele é listado como E570 (UE) [3] e reconhecido como GRAS (Generally Recognized as Safe, ou “geralmente reconhecido como seguro”) pela FDA [4]. Ele atua como agente antiaglomerante, emulsificante e transportador de sabor em produtos como itens de panificação, sorvete, goma de mascar e confeitos.
Os ácidos graxos diferem no comprimento da cadeia e na saturação, fatores que determinam seu comportamento de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão e estado físico. Os ácidos de cadeia curta e medium a (por exemplo, C8:0 – C12:0) apresentam baixos pontos de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão (16 a 32 °C) e são líquidos ou semissólidos à temperatura ambiente, enquanto cadeias saturadas mais longas (C14:0 – C18:0) apresentam pontos de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão mais elevados (44 a 70 °C) e são sólidas. A insaturação reduz o Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão, como pode ser observado no ácido oleico (C18:1, ~16 °C). O ácido oleico também possui 18 átomos de carbono, mas contém uma ligação dupla. Em comparação com o ácido palmítico (C₁₆H₃₂O₂, ácido hexadecanoico, Figura 2) – outro ácido graxo muito comum na natureza –, o ácido esteárico apresenta Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão ligeiramente mais alto e contribui para estruturas mais firmes, enquanto o ácido oleico perturba o empacotamento, resultando em sistemas mais macios com melhor espalhabilidade, mas menor estabilidade oxidativa.
A estrutura dos ácidos graxos determina, portanto, suas propriedades físico-químicas e suas aplicações nos setores farmacêutico, cosmético e alimentício (ver Tabela 1).
Tabela 1: Relação entre estrutura, propriedade e aplicação dos ácidos graxos comuns
| Ácido graxo | Comprimento da cadeia de carbono | Tipo de cadeia | Ponto de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão (°C) [5] | Aplicações típicas (indústrias farmacêutica, cosmética e alimentícia) |
|---|---|---|---|---|
| Ácido caprílico | C8:0 | Saturado medium | 16,5 | Agente antimicrobiano, intermediário farmacêutico; estabilização de proteínas; auxiliar na fabricação de produtos biofarmacêuticos [6] |
| Ácido cáprico | C10:0 | Saturado medium | 31,6 | Agente aromatizante e solubilizante em preparações farmacêuticas, conferindo um sabor semelhante ao de frutas cítricas; agente emulsificante [2] |
| Ácido láurico | C12:0 | Saturado medium | 43,8 | Agente emulsificante e solubilizante; aditivo alimentar; lubrificante; surfactante [2] |
| Ácido mirístico | C14:0 | Saturado de cadeia longa | 53,9 | Agente emulsificante e solubilizante; penetrante cutâneo; lubrificante para comprimidos e cápsulas [2] |
| Ácido palmítico | C16:0 | Longo saturado | 62,5 | Agente emulsificante e solubilizante; penetrante cutâneo; lubrificante para comprimidos e cápsulas [2] |
| Ácido esteárico | C18:0 | Cadeia longa saturada | 69,3 | Agente emulsificante e solubilizante; lubrificante para comprimidos e cápsulas [2] |
| Ácido oleico | C18:1 | Monosaturado | 16,3 | Agente emulsificante; penetrante cutâneo [2] |
Efeito da composição de ácidos esteárico e palmítico no comportamento térmico
Em termos farmacopéicos (USP–NF), o ácido esteárico é definido como uma mistura de ácidos esteárico (C18:0) e palmítico (C16:0), contendo pelo menos 40% de ácido esteárico, sendo que o teor combinado desses dois ácidos graxos saturados seja de pelo menos 90% (Figura 2). Consequentemente, os produtos de grau farmacêutico disponíveis no mercado apresentam variabilidade na proporção entre ácido esteárico e ácido palmítico, o que influencia diretamente suas propriedades termofísicas. Como o comprimento da cadeia dos ácidos graxos determina tanto as interações intermoleculares de van der Waals quanto a eficiência do empacotamento cristalino, as diferenças na composição alteram a estabilidade da rede cristalina e o comportamento polimórfico, resultando em perfis de fusão distintos. Proporções mais elevadas de ácido esteárico normalmente promovem temperaturas de fusão mais altas e maior ordem cristalina, enquanto um maior teor de ácido palmítico pode reduzir ligeiramente esses parâmetros devido ao comprimento de cadeia mais curto. Neste trabalho, analisamos duas amostras diferentes de ácido esteárico, com diferentes proporções de ácido esteárico e ácido palmítico.
Experimental
Foram analisadas duas amostras de ácido esteárico: uma contendo mais de 95% de ácido esteárico e outra contendo 44% de ácido esteárico; a primeira fabricada pela Sigma-Adrich e a segunda pela Caelo. Utilizou-se a calorimetria diferencial de varredura (DSC) para caracterizar as diferenças no comportamento térmico e avaliar o impacto da composição nas transições de fusão.
As amostras foram colocadas em cadinhos de alumínio (Concavus®), que foram fechados com tampas perfuradas, e aquecidas de 20 °C a 160 °C a uma taxa de aquecimento de 10 K/min sobN₂ a um fluxo de 20 ml/min. Cada amostra foi medida em triplicata, com as massas médias registradas em 2,57 ± 0,05 mg para o ácido esteárico a 95% e 2,46 ± 0,05 mg para o ácido esteárico a 44%, conforme a Tabela 2.
Tabela 2: Condições experimentais
| Parâmetro | Condição |
|---|---|
| Instrumento | DSC 300 Caliris® Supreme , Módulo H |
| Massa da amostra | 2,41 a 2,61 mg |
| Tipo de amostra | Ácido esteárico (SA 44%, SA 95%) |
| Cadinho | Cadinho de alumínio, com tampa perfurada |
| Atmosfera | N₂ |
| Vazão de gás | 20 ml/min (gás de purga) |
| Faixa de temperatura | 20 °C a 160 °C |
| Taxas de aquecimento e resfriamento | 10 K/min |
| Software | NETZSCH Proteus® Protect versão 9 |
Resultados das medições
As curvas de DSC do ácido esteárico a 44% (SA 44%) e do ácido esteárico 95% (SA 95%), representadas na Figura 3, apresentam picos de fusão tanto durante o primeiro quanto durante o segundo ciclo de aquecimento, bem como recristalização durante o resfriamento, com excelente reprodutibilidade (Figuras 3A e 3B, respectivamente). Com base nas temperaturas de início de fusão (Tm) extrapoladas, o SA 44% funde a aproximadamente 54 a 55 °C, enquanto o SA 95% funde a cerca de 69 a 70 °C.
O SA 44% apresenta uma ligeira redução naTm entre o primeiro e o segundo ciclo de aquecimento. Da mesma forma, para o SA 95%, o segundo aquecimento apresenta umaTm aproximadamente 1 °C inferior à observada durante o primeiro aquecimento (ver Tabela 3). Essas variações podem ser atribuídas a diversos fatores, incluindo a falta de homogeneidade da amostra durante a preparação, o histórico térmico, o PolimorfismoPolimorfismo é a capacidade de um material sólido de formar diferentes estruturas cristalinas (sinônimos: formas, modificações).polimorfismo ou variações no comportamento de recristalização sob as condições de resfriamento aplicadas.
Tabela 3: Resultados da DSC para o ácido esteárico a 44% e o ácido esteárico a 95%
| Pico complexo | Ácido esteárico a 44% 1º aquecimento | Ácido esteárico a 44% 2º aquecimento | Ácido esteárico 95% 1º aquecimento | Ácido esteárico 95% 2º aquecimento |
|---|---|---|---|---|
| Tm inicial extrapolada (°C) | 54,5 ± 3 0,1 | 54,0 ± 0,1 | 69,6 ± 0,2 | 68,7 ± 0,1 |
| Pico máximo (°C) | 57,9 ± 0,2 | 57,5 ± 0,1 | 73,2 ± 0,2 | 72,8 ± 0,0 |
| Entalpia (J/g) | 188,0 ± 1,8 | 177,4 ± 2,1 | 215,2 ± 1,3 | 213,4 ± 0,9 |
Largura do pico (°C a 37,0%) | 4,0 ± 0,2 | 5,0 ± 0,2 | 4,6 ± 0,1 | 4,9 ± 0,1 |
Além disso, aspectos práticos relacionados à preparação da amostra e à medição podem contribuir para esse efeito. Durante o primeiro ciclo de aquecimento, a amostra é inicialmente introduzida na forma sólida, com contato potencialmente limitado e não uniforme com o fundo do cadinho. Ao derreter, o material se redistribui e forma uma camada com melhor contato com o cadinho durante o resfriamento subsequente. No segundo ciclo de aquecimento, esse contato térmico aprimorado e a possível dispersão da amostra por uma área de superfície maior facilitam uma transferência de calor mais eficiente. Como resultado, é comum observar uma mudança para temperaturas de fusão ligeiramente mais baixas no segundo ciclo de aquecimento.
Outra observação é o aumento na largura do pico para o SA 44% após o primeiro aquecimento, de 4,0 ± 0,2 °C para 5,0 ± 0,2 °C. Em contraste, o SA 95% exibe apenas um ligeiro aumento de aproximadamente 0,3 °C na largura média do pico (Tabela 3). Embora a largura do pico forneça uma indicação das mudanças no comportamento de fusão, a evolução da entalpia de fusão (ΔH) é considerada mais significativa. Para o SA 44%, observa-se uma clara diminuição na entalpia, de 188,0 ± 1,8 J/g no primeiro aquecimento para 177,4 ± 2,1 J/g no segundo aquecimento. Em contrapartida, a amostra de SA 95%, de maior pureza, apresenta apenas uma pequena variação em ΔH, passando de 215,2 ± 1,3 J/g para 213,4 ± 0,9 J/g (ver Tabela 3). Esse comportamento sugere que o maior teor de ácido palmítico no SA 44% afeta o empacotamento molecular e a recristalização, levando não apenas a transições de fusão mais amplas, mas também a alterações mensuráveis nas características energéticas da Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transição de fase, enquanto o SA 95%, mais homogêneo, permanece praticamente inalterado.
É importante observar que tanto o ácido esteárico quanto o ácido palmítico podem existir em diferentes formas polimórficas ou recristalizar a partir da fase fundida. Os pontos de fusão dessas formas são geralmente muito próximos uns dos outros; no entanto, essas diferentes formas polimórficas podem afetar a curva de DSC.
Além disso, a presença de múltiplos eventos térmicos durante o segundo aquecimento do SA 44% é indicada por um ombro distinto no sinal da primeira derivada (DDSC) (Figura 4A), o que não é observado para o SA 95%. Essa característica pode ser avaliada com mais clareza com base na curva DDSC, onde o ombro se torna mais pronunciado. Isso reforça ainda mais a presença de heterogeneidade composicional e de um comportamento de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização mais complexo na amostra de menor pureza.
Quando as primeiras curvas de aquecimento de ambas as amostras são exibidas em um único gráfico, a separação entre seus eventos de fusão torna-se particularmente evidente. A Figura 5 mostra as curvas de primeiro aquecimento do SA 44% e do SA 95%, revelando picos estreitos e bem definidos com excelente resolução. A clara diferença na posição dos picos reflete a variação na composição química e na pureza, bem como diferenças na estrutura cristalina.
Conclusão
De modo geral, esses resultados demonstram que o DSC 300 Caliris® fornece dados térmicos altamente reprodutíveis e bem resolvidos, permitindo uma diferenciação clara entre amostras com composições e purezas variadas. Sua sensibilidade a alterações na Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão, na forma do pico e no comportamento de recristalização o torna uma ferramenta poderosa e eficiente para a pesquisa e a indústria.
Em aplicações farmacêuticas, cosméticas e alimentícias, nas quais a consistência e a pureza da matéria-prima são fundamentais, o DSC 300 Caliris® permite a rápida identificação de diferenças entre materiais, a detecção de impurezas e a verificação da consistência entre lotes, apoiando tanto o desenvolvimento de produtos quanto a garantia de qualidade de rotina.
Este estudo demonstrou que o ácido esteárico de grau farmacêutico nem sempre atende à composição esperada do ácido esteárico puro, mesmo que o material esteja em conformidade com os requisitos da monografia da farmacopeia. Suas propriedades, como o comportamento de fusão, dependem fortemente de sua composição. Portanto, recomenda-se que a substância seja devidamente caracterizada antes de qualquer uso industrial.
Agradecimentos
Um grande agradecimento a Gabriele Kaiser e ao Dr. Stefan Schmölzer por suas valiosas contribuições para a avaliação técnica e a interpretação dos resultados.