Djupare insikt i pyrolysen av acetylsalicylsyra med hjälp av termogravimetriska mätningar i olika gasatmosfärer, del 3

Inledning

Inom farmacin finns det knappast någon aktiv ingrediens som det skrivits mer om än acetylsalicylsyra (förkortat ASA; i engelskspråkiga länder används ofta även varumärket Aspirin™ som synonym). Dess framgångssaga började i slutet av 1800-talet när Dr. Felix Hoffmann syntetiserade substansen på BAYERs laboratorier för första gången utan föroreningar. Numera är det fortfarande ett av de mest populära läkemedlen som används inom ett brett terapeutiskt område. Det tillhör gruppen icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel (NSAID) och är indicerat för behandling av smärta, feber och inflammation. Dessutom används det för att förhindra återfall i hjärtinfarkt eller stroke hos högriskpatienter. År 1977 lades ASA till som ett smärtstillande medel på WHO:s (Världshälsoorganisationen) lista över "essentiella läkemedel". [1]

Detta är en av fyra applikationsnoter som mer i detalj undersöker acetylsalicylsyras termiska beteende: nedbrytning i olika gasatmosfärer, nedbrytningskinetik och de resulterande gasarterna.

Tabell 1: Mätparametrar

Experimentell

Provmaterialet, acetylsalicylsyra (CAS: 50-78-2), köptes från Sigma Aldrich med en renhetsgrad på > 99%. Det är ett vitt, kristallint pulver som finns i tre kristallmodifieringar [2]. Form I, med en Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältpunkt på ca 137°C [4], är den mest stabila vid rumstemperatur och däröver [3].

Pyrolysexperiment utförs vanligtvis i en kväveatmosfär på grund av dess tillgänglighet och jämförelsevis låga pris. Detta återspeglas också i flera publikationer, t.ex. [5] och [6]. För att besvara frågan om resultaten som erhållits under kväve kan generaliseras till andra atmosfärer, utfördes en experimentell serie för att studera det termiska beteendet hos acetylsalicylsyra som en funktion av reningsgasens natur. Förutom kväve användes även helium och argon som inerta gasatmosfärer. De motsvarande mätparametrarna sammanfattas i tabell 1.

För karakterisering av det termiska beteendet användes ett NETZSCH TG 209 F1 instrument.

Figur 1 visar den typiska nedbrytningsprofilen i två steg för acetylsalicylsyra, som uppkommer vid upphettning av ämnet i en flödande argonatmosfär. Det första steget, med en DTG-topptemperatur på ca 190°C, uppvisar en massförlust på 47%; det andra steget, vid 361°C (återigen DTG-topptemperatur), uppvisar nästan 53%. Det uppstår dock ingen riktig platå mellan de två massförluststegen. Det första övergår mer eller mindre i det andra. Detta tyder på att kanske fler än två nedbrytningssteg är inblandade. Möjligheten att en mer komplex mekanism som denna skulle vara fallet här stöds dessutom av det faktum att den andra DTG-toppen har en tydligt synlig axel vid ca 320°C i den nedåtgående lutningen.

Om man jämför situationen i en argonatmosfär med experiment som utförts vid identiska uppvärmningshastigheter i både kväve- och heliumatmosfärer (figur 2), är beteendet under kväveförhållanden ungefär detsamma som i argon, medan det förändras avsevärt under en strömmande heliumatmosfär. En ökning av det första massförluststeget med ca 18 procentenheter (från 47% till nästan 65%) och följaktligen en minskning av det andra massförluststeget med samma mängd (från 53% till 35%) observeras. Dessutom flyttas båda massförluststegen till något lägre temperaturer, vilket indikeras av minskningen av de särskilda DTG-topptemperaturerna (4 K till 7 K för den första DTG-toppen och 11 K till 15 K för den andra). Detta tyder på att det är något annat som händer i en heliumatmosfär än i argon- och kväveatmosfärer.

I litteraturen föreslås en tvåstegsmekanism med samtidig avdunstning av mellanprodukter som pyrolysmekanism för acetylsalicylsyra [7]. Mätningar utförda av NETZSCH i såväl kväve- som heliumatmosfär med hjälp av hyphenated techniques, närmare bestämt TGA/STA i kombination med FT-IR [6] och GC-MS [8], stödjer denna hypotes. Detta indikerar att nedbrytningsprodukternas natur är oberoende av gasatmosfären.

Den största skillnaden mellan alla dessa experiment är densiteten hos den reningsgas som används (se tabell 2). Den skiljer sig maximalt med en faktor 10.

Detta tyder på att en högre TäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet hos spolgasen skapar ett högre mottryck, vilket resulterar i en minskad överföring av de flyktiga provkomponenterna till gasatmosfären. Denna effekt är särskilt tydlig när man använder helium, som har en mycket lägre TäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet än kväve eller argon. Eftersom verkliga nedbrytningsreaktioner är oberoende av den omgivande inerta gasatmosfären [10], är det kanske den parallella avdunstningen som påverkas mest.

Det faktum att nedbrytningen sker vid något lägre temperaturer i helium (t.ex. DTG-topp vid 183°C jämfört med 187°C i kväve och ca 190°C i argon) beror på den högre värmeledningsförmågan hos denna gas (se tabell 3). I det temperaturområde där värmestrålning endast spelar en mindre roll når provet reaktionstemperaturen i en spolgas med högre Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga något tidigare.

Tabell 2: Densitetsvärden vid 0°C och normalt tryck för olika spolgaser

Tabell 3: Värden för Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga under standardförhållanden för de olika spolningsgaserna

Slutsats

Det här exemplet visar att den valda gasatmosfären kan ha stor inverkan på de termogravimetriska mätresultaten, även om reningsgasen inte fungerar som reaktionspartner. En kraftigt varierande gasdensitet kan ha en effekt på överföringen av gasformiga föreningar från provytan till den omgivande gasatmosfären - särskilt om avdunstning är inblandad.