Insights mais profundos sobre a pirólise do ácido acetilsalicílico por meio de análise cinética, parte 2

Introdução

Na farmácia, dificilmente existe um ingrediente ativo sobre o qual se tenha escrito mais do que sobre o ácido acetilsalicílico (ou ASA; nos países de língua inglesa, até mesmo o nome comercial Aspirin™ é frequentemente usado como sinônimo). Sua história de sucesso começou no final do século 19, quando o Dr. Felix Hoffmann sintetizou a substância nos laboratórios da BAYER pela primeira vez sem impurezas. Atualmente, ainda é um dos produtos farmacêuticos mais populares usados em uma ampla faixa terapêutica. Pertence ao grupo dos antiinflamatórios não esteroidais (AINEs) e é indicado para o tratamento de dor, febre e inflamação. Além disso, é usado para prevenir a recorrência de ataques cardíacos ou derrames em pacientes de alto risco. Em 1977, o AAS foi adicionado como analgésico à "lista de medicamentos essenciais" da OMS (Organização Mundial da Saúde) [1].

Esta é a segunda de quatro notas de aplicação que examinam com mais detalhes o comportamento térmico do ácido acetilsalicílico: Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. Decomposição em diferentes atmosferas de gás, cinética de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição e as espécies de gás resultantes [2] [3] [4].

Análise cinética de dados termoanalíticos

Com os dados de medição dos métodos termoanalíticos, é possível obter informações sobre a perda de massa devido à Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição, PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise ou combustão, sobre mudanças energéticas, como 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 ou 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, ou também sobre mudanças na dimensão da amostra devido à expansão térmica ou SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização, por exemplo, em materiais cerâmicos. No entanto, com essas declarações, o conteúdo das informações não está sendo usado de forma exaustiva. Com o auxílio de uma análise cinética mais abrangente, também é possível obter informações sobre o curso oportuno de uma reação em diferentes temperaturas, ou seja, a taxa de reação. Se o curso de uma reação puder ser descrito suficientemente bem com a ajuda de um sistema de equações matemáticas, também será possível fazer previsões sobre o curso da reação que não são acessíveis experimentalmente ou que são difíceis de obter. Isso, por sua vez, pode ser usado para otimizar processos ou para prever a vida útil, a estabilidade oxidativa ou o comportamento de envelhecimento de materiais e produtos.

Resultados e discussão

Para entender melhor o comportamento térmico do ácido acetilsalicílico, foi realizada uma abordagem cinética na tentativa de encontrar um sistema de equações matemáticas para a descrição dos dados experimentais. O comportamento térmico foi estudado usando um NETZSCH TG 209 F1 Libra^® e aplicando as condições de medição resumidas na tabela 1. Uma abordagem cinética requer uma série de pelo menos três taxas de aquecimento diferentes para descrever a correlação tempo-temperatura, que é o principal objetivo das avaliações cinéticas em geral.

Tabela 1: Parâmetros de medição de TGA

A Figura 1 mostra os resultados obtidos no software de análise NETZSCH Proteus^® . Entre 100°C e 400°C, a termogravimetria detecta duas etapas principais de perda de massa para a PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise do ácido acetilsalicílico. As curvas de TGA são deslocadas para temperaturas mais altas com o aumento da taxa de aquecimento. O largedeslocamento paralelo, bem como a massa final quase idêntica, indicam que a taxa de aquecimento em si não altera significativamente o mecanismo de reação. Isso também é uma indicação clara de que o mecanismo de reação não é muito complexo nesse caso. Por outro lado, pode-se ver claramente que as etapas de perda de massa não são perfeitamente separadas. Não há um platô visível que defina claramente o fim da primeira etapa de perda de massa ou o início da segunda etapa de perda de massa. Conforme confirmado por técnicas de acoplamento, como TGA-FT-IR, TGA-MS ou TGA-GC-MS, a PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise e a evaporação ocorrem simultaneamente [2][4][5].

Para a análise cinética, os dados medidos são transferidos para o software NETZSCH Kinetics Neo via ASCII. Os dados importados são mostrados na figura 2.

Para se ter uma ideia inicial sobre o mecanismo de reação, é útil iniciar a análise cinética com as chamadas abordagens sem modelo. A Figura 3 mostra os resultados de acordo com Ozawa-Flynn-Wall, em que o logaritmo da taxa de aquecimento é plotado em relação à temperatura inversa. Essa abordagem não apenas considera todos os pontos de dados medidos, mas também fornece informações sobre a mudança na energia de ativação, bem como o fator pré-exponencial durante todo o curso da reação (grau de conversão). Isso é particularmente útil para reações em várias etapas. O gráfico descreve a progressão da reação (da direita para a esquerda) para todas as três taxas de aquecimento (símbolos horizontais). As linhas quase verticais conectam o mesmo grau de conversão para cada taxa de aquecimento e, portanto, são chamadas de linhas isoconversionais.

Essas linhas de isoconversão são mais ou menos paralelas nas faixas das duas principais etapas de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise no início e no final de todo o processo. Em cerca de 50% de conversão, as linhas isoconversionais mostram uma inclinação diferente que indica uma mudança no mecanismo de reação. Nesse estágio da reação, a PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise e a evaporação ocorrem simultaneamente, conforme mencionado anteriormente [2][4][5].

A Figura 4 mostra como a energia de ativação muda com o progresso da reação de acordo com Ozawa-Flynn-Wall. Essa é uma informação muito importante, pois já indica três faixas para todo o processo, com uma energia de ativação em torno de 110 kJ/mol no início, cerca de 40 kJ/mol entre 40% e 50% de conversão e cerca de 120 kJ/mol no final da reação. Uma mudança na energia de ativação com o grau de conversão confirma um mecanismo de reação em várias etapas. Os valores obtidos estão em boa correlação com os resultados publicados na literatura [6].

A transferência dessas informações para uma análise baseada em modelo leva a um modelo consecutivo de três etapas (t:FnFnFn), em que A representa o material inicial (ácido acetilsalicílico), B e C são intermediários conhecidos da literatura [6, 7] e D é o produto final. Nesse caso, o produto final, é claro, não é realmente uma substância, mas descreve o fim da reação ou 100% de conversão, já que a massa residual para todas as três curvas termogravimétricas é zero. Todos os produtos formados são gasosos e, portanto, evaporados para fora do cadinho durante o aquecimento até a temperatura final. A Figura 5 mostra o resultado dessa abordagem baseada em modelo. Os dados medidos são apresentados como símbolos e os resultados do modelo consecutivo de três etapas calculado são apresentados como linhas sólidas com as cores relacionadas às diferentes taxas de aquecimento. O modelo calculado se ajusta quase perfeitamente aos dados experimentais, o que é confirmado pelo coeficiente de correlação de 0,99986.

Os parâmetros calculados fator pré-exponencial, energia de ativação e ordem de reação estão resumidos na tabela 2 para cada etapa individual da reação. Todos os valores da energia de ativação estão de acordo com os valores sugeridos pela abordagem Ozawa-Flynn-Wall, bem como com os valores relatados na literatura [6]. A contribuição de cada uma das três etapas da reação é de 40,3%, 13,6% e 46,1%, respectivamente, o que se correlaciona bem com as etapas de perda de massa apresentadas.

Tabela 2: Parâmetros resultantes da abordagem de base de modelo usando um modelo consecutivo de três etapas de ^enésima ordem

Conclusão

O mecanismo de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise do ácido acetilsalicílico sugerido na literatura é um mecanismo de duas etapas com evaporação simultânea de intermediários [6]. Gregory et al. descobriram que o ácido acético é o principal composto liberado durante a primeira etapa de perda de massa. Além disso, eles sugerem um mecanismo de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise que forma uma variedade de oligômeros, conforme indicado pelas unidades de massa atômica (amu) detectadas com espectrometria de massa (MS) [6][7]. Juntamente com a confirmação de que os principais produtos gasosos são ácido acético, ácido salicílico, fenol e ácido acetilsalicílico, uma técnica de acoplamento TGA-GC-MS ainda mais sofisticada foi empregada para separar e identificar outros produtos de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise [2]. Todos os autores relatam uma superposição de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise e evaporação entre 40% e 60% do progresso da reação.

No presente trabalho, foi possível implementar esses resultados em uma abordagem cinética baseada em modelo com um modelo consecutivo de três etapas de enésima ordem. A boa correlação entre os dados experimentais e o modelo matemático é confirmada pelo coeficiente de correlação de 0,99986. Os valores da energia de ativação, por exemplo, estão em boa concordância com os valores relatados na literatura. No entanto, a abordagem baseada em modelo de um modelo consecutivo de três etapas introduzida aqui é certamente um passo além das abordagens isoconversionais sem modelo baseadas em Ozawa-Flynn-Wall ou outras [6], entre outras, uma vez que os dados cinéticos estão disponíveis independentemente para cada etapa individual da reação.