DSC pentru determinarea solubilității ideale? Spuneți-mi cum!

Clasificarea medicamentelor pe baza solubilității

Solubilitatea apoasă este esențială pentru ca un medicament să își atingă ținta terapeutică, având în vedere că rata de dizolvare influențează direct biodisponibilitatea medicamentului. Farmacopeea Statelor Unite și Farmacopeea Europeană clasifică medicamentele pe baza intervalului lor de solubilitate aproximativă în mg/ml. De exemplu, 100-1000 mg/ml este intervalul de solubilitate pentru o moleculă considerată liber solubilă, iar 0,1-1 mg/ml este intervalul pentru o moleculă de medicament caracterizată printr-o solubilitate în apă foarte redusă. Prin urmare, determinarea solubilității apoase și neapoase va defini cea mai bună abordare posibilă a formulării pentru un medicament candidat bun.

Solubilitatea ideală oferă concentrația saturată a unui solut, în fracție molară, atunci când se utilizează un solvent ideal, adică cazul teoretic în care un solut este dizolvat într-un solvent fără nicio pierdere de energie în timpul procesului de dizolvare. În practică, acest lucru nu este realizabil deoarece interacțiunea solut-solvent este de obicei neideală, iar interacțiunea chimică dintre solut și solvent poate împiedica procesul de dizolvare. Exemple ale acestor interacțiuni intermoleculare sunt legăturile de hidrogen, proprietățile dielectrice și momentul de dipol.

Deși metoda de elecție pentru determinarea solubilității unei molecule este spectrofotometria UV, solubilitatea ideală poate fi calculată dacă se cunosc punctul de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire și entalpia de fuziune a substanței.

Cu toate acestea, ce înseamnă solubilitatea ideală în termeni termodinamici?

În procesul de dizolvare, legăturile solut-solut trebuie să fie rupte. Energia necesară pentru ruperea acestor legături este egală cu energia necesară pentru topirea unui solid; adică entalpia de fuziune,(_∆Hf). Pe de altă parte, legăturile solvent-solvent trebuie, de asemenea, să fie rupte, în timp ce legăturile solut-solvent trebuie să fie formate. Aportul de energie pentru acest ultim pas poate fi numit entalpie de amestecare(_∆Hmix). Astfel, entalpia de dizolvare este suma entalpiei de fuziune și a entalpiei de amestecare:

_∆Hsol = _∆Hf + _∆Hmix

Dacă entalpia de amestecare este egală cu zero, atunci entalpia de dizolvare este egală cu entalpia de fuziune:

_∆Hsol = _∆Hf

Acestea sunt principalele ipoteze termodinamice pentru dizolvarea ideală a unui material cristalin. Dizolvarea ideală conduce la solubilitate ideală.

Alte ipoteze sunt că _∆Hf este pozitiv (fuziunea este un eveniment EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic) și la fel este și _∆Hsol. Totuși, pentru ca o reacție spontană să aibă loc, energia liberă Gibbs(∆G = _∆Hf -T∆S)trebuie să fie negativă; astfel, entropia(S) trebuie să fie pozitivă. Considerând că temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire și entalpia de fuziune sunt independente de temperatura experimentală și că dizolvarea va furniza o soluție saturată, ecuația Van't Hoff poate fi aplicată după cum urmează:

Unde: _x2 = concentrația saturată a medicamentului în unități de fracție molară

_∆Hf = entalpia de fuziune (J/mol)

r = constanta gazului (J/K∙mol)

t = temperatura dată (K)

_tm = temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire (K)

Rezultatul dă concentrația saturată a unui solut în solventul ideal, în fracție molară. Cu alte cuvinte, aceasta ar fi concentrația maximă realizabilă a medicamentului în cel mai bun solvent posibil. Cartea Aulton's Pharmaceutics [1] citează exemplul acidului acetilsalicilic. Solubilitatea ideală (calculată) a acidului acetilsalicilic este de 0,037 fracție molară; cel mai bun solvent menționat este tetrahidrofuranul (THF), a cărui solubilitate determinată experimental este de 0,036 fracție molară. Prin urmare, THF este aproape de a fi solventul ideal pentru acidul acetilsalicilic. Cu toate acestea, este important să se țină seama de faptul că interacțiunile intermoleculare pot favoriza, de asemenea, dizolvarea, oferind o solubilitate experimentală mai mare decât cea estimată prin ecuația Van't Hoff.

Curba DSC pentru acidul acetilsalicilic cu valorile experimentale pentru temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire (temperatura de debut extrapolată) și entalpia de fuziune (aria sub vârf) sunt prezentate în figura 1. Ambele valori concordă foarte bine cu valorile de referință furnizate de Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST), după cum se poate vedea în tabelul 1.

Tabelul 1 - Valori experimentale și de referință pentru temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire și entalpia de fuziune pentru acidul acetilsalicilic.

_{Aspirină (nist.gov)https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C50782&Units=SI&Mask=4#Thermo-Phase}

Trebuie să se acorde atenție dacă substanța analizată poate suferi o eventuală degradare termică în timpul măsurării DSC. În cazul exemplului de acid acetilsalicilic prezentat aici, se înregistrează o pierdere de masă de 1,01 %, determinată cu un TGA NETZSCH, figura 2. Această valoare este acceptabilă, deoarece ASTM 928 prevede 1% ca masă maximă în intervalul de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire. Dacă TGA nu este disponibil, cântărirea creuzetului și a probei înainte și după măsurare este cea mai bună modalitate de a monitoriza pierderea de masă.

Distribuiți acest articol: