IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria 09 a 12

IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria
09 a 12 de novembro de 2014 – Serra Negra – SP - Brasil
CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DO SULFATO DE HIDROXICLOROQUINA ATRAVÉS DE
TG/DTG E DSC, PIRÓLISE ACOPLADA À CG/EM E DSC-FOTOVISUAL
RESUMO
A caracterização do fármaco é uma etapa essencial para um estudo de Pré-formulação, contribuindo para
o desenvolvimento de um medicamento seguro e eficaz. Este trabalho teve como objetivo caracterizar o
sulfato de hidroxicloroquina (HCQ) por meio de técnicas termoanalíticas, tais como: termogravimetria
(TG), Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC), pirólise acoplada à cromatografia gasosa hifenizada
ao espectrômetro de massas e DSC-fotovisual, visando à elaboração de uma robusta carta de identidade
do fármaco utilizada em estudos de pré-formulação. Através da curva TG-DTG e DSC, foram
evidenciado 3 eventos de perda de massa e quatro eventos endotérmicos, respectivamente. Dentre esses
eventos endotérmicos, encontra-se a faixa de fusão do fármaco (242,23-254,90ºC). Todos esses resultados
foram corroborados através do DSC-fotovisual. As análises de resíduos através de espectro de
infravermelho e difratograma mostraram que o segundo evento de degradação é o mais significativo,
informação de grande valia para o estudo de cinética de degradação. A pirograma possibilitou a
corroboração desse resultado. Com o auxílio do espectro de massas obtidos, foi possível elucidar os
possíveis produtos da degradação térmica do sulfato de HCQ. Estes podem ser utilizados como base de
referência para estudos de estabilidade do fármaco. O trabalho forneceu informações relevantes e
complementares à monografia específica de compêndios oficiais do fármaco. Além disso, mostrou a
utilidade da análise térmica como um método adequado para a análise de caracterização de materiais e,
por conseguinte, dos estudos de pré-formulação.
Palavras-Chave: Sulfato de Hidroxicloroquina, Análise Térmica, Estudo de Pré-Formulação,
Caracterização.
ABSTRACT
The characterization of a drug is essential step for a pre-formulation study, contributing to the
development of a safe and effective medicine. This study aimed to characterize the hydroxychloroquine
(HCQ) sulfate using thermoanalytical techniques, such as thermogravimetry (TG), Differential Scanning
Calorimetry (DSC), the pyrolysis coupled to gas chromatography hyphenated with mass spectrometry and
DSC-photovisual, aiming the development of a robust identity card of the drug used in studies of preformulation. Through TG-DTG and DSC curves, were shown three events of mass loss and four
endothermic events, respectively. Among these endothermic events is the melting range of the drug
(242,23-254,90ºC). All these results were corroborated by DSC-photovisual. Analyses of the residue
through diffraction and infrared spectrum showed that the second event of degradation is the most
significant, valuable information for the degradation kinetics study. The pyrogram enabled corroboration
of this result. With the aid of the mass spectrum obtained, it was possible to elucidate the possible
products of thermal degradation of hydroxychloroquine sulfate. These can be used as a reference base for
stability studies of the drug. The work provided relevant and complementary pieces of information to
specific monograph official compendia of the drug. Moreover, it showed the usefulness of a suitable
thermal analysis as for the analysis of materials characterization, and therefore, the pre-formulation
studies method.
Keywords: Hydroxychloroquine Sulfate, Thermal Analysis, Pre-Formulation Study, Characterization.
1. INTRODUÇÃO
A caracterização do insumo farmacêutico ativo é o primeiro passo no processo de desenvolvimento
de um medicamento seguro e eficaz, sendo uma etapa imprescindível no estudo de pré-formulação,
contribuindo para a elaboração da carta de identificação do fármaco [1].
As técnicas de análise térmica, destacando a termogravimetria (TG) e a calorimetria diferencial
exploratória (DSC), são bastante utilizadas na caracterização de fármacos. As técnicas termoanalíticas
permitem a avaliação de alterações de propriedades físicas de materiais em relação ao tempo e à
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temperatura. Dentre as propriedades físicas mais comuns, tem-se a variação de massa ou da energia de
entalpia oriunda de um evento térmico. Isso pode fornecer informações importantes no que tange estudos
de pré-formulação, como o comportamento térmico de um fármaco ou possíveis interações entre os
componentes de uma formulação [2, 3]. A pirólise permite a identificação dos produtos de degradação
correspondente ao evento de perda de massa do fámaco. A partir do pirograma é possível identificar a
fragmentação do fármaco decorrente da degradação térmica. Já a técnica de DSC-fotovisual pode ser
utilizada para a corroboração de resultados previamente obtidas.
O sulfato de hidroxicloroquina (HCQ), inicialmente desenvolvido como agente antimalárico, vem
sendo utilizado como fármaco antirreumático de ação lenta no tratamento de desordens do tecido
conectivo, tais como: artrite reumatoide (AR) e lúpus eritematoso sistémico [4, 5].
Este trabalho teve por objetivo caracterizar o sulfato de HCQ por meio de técnicas
termoanalíticas, tais como: TG/DTG, DSC, DSC-fotovisual e pirólise-CG/EM visando a elaboração de
uma robusta carta de identidade do fármaco utilizada em estudos de pré-formulação.
Fig 1. Estrutura química da hidroxicloroquina base livre com a enumeração dos carbonos
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Materiais
O sulfato de HCQ foi adquirido da FAGRON® do Brasil Farmacêutica Ltda., lote
0007HS4RIICX#7 e sintetizado pela indústria Sanofi-Aventis®.
2.2 Métodos
A curva DSC do sulfato de HCQ foi obtida utilizando Calorímetro Shimadzu® DSC-60
interligado ao software Shimadzu® TA-60WS com atmosfera de nitrogênio de 100 mL.min-1 e razão de
aquecimento de 10°C.min-1, na faixa de temperatura de 25–500°C. A curva TG foi realizada por meio de
termobalança Shimadzu®, modelo TGA Q60, em atmosfera de nitrogênio em fluxo de 100 mL.min-1,
sendo a massa da amostra cerca de 5 mg (± 0,05), acondicionadas em cadinho de platina na faixa de
temperatura de 25 a 600°C na razão de aquecimento de 10ºC.min-1.
Os estudos de pirólise foram conduzidos no pirolisador acoplado a um cromatógrafo gasoso
(Shimadzu®, GCMS - QP5050A) diretamente ligado a um espectrômetro de massa usando elétrons como
fonte de ionização. A fragmentação foi realizada pelo impacto eletrônico com energia de ionização de 70
eV . O espectrômetro foi operado no modo de varredura, varrendo uma faixa massa de 50-600 m/z. A
temperatura da fonte iônica foi de 300ºC.
Os estudos de DSC-fotovisual foram realizados com calorímetro modelo DSC-50 Shimadzu®,
em atmosfera de nitrogênio a um fluxo de 100 mL.min-1, a uma razão de aquecimento de 10°C.min-1, até
500°C. O DSC foi acoplado a um sistema fotovisual envolvendo um Microscópio Olympus® ligado a
uma Câmera Sanyo modelo VCC-D520 [6, 7].
3. RESULTADOS
A curva DSC do sulfato de hidroxicloroquina apresentou quatro eventos endotérmicos. O
primeiro evento correspondente a fusão do fármaco entre 242,23-254,90ºC (DSCpico=244ºC), observando
entre 261,88-297,55 ºC a primeira etapa de degradação sobrepondo o pico de fusão. O terceiro e o quarto
evento ocorrem nas faixas entre 290,22-311,61ºC e 329,18-341,10ºC. A partir do valor de fusão do
sulfato de HCQ foi possível determinar a pureza de 98,85 ± 0,6% (valor de compensação de
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aproximadamente 8%), estando de acordo com o que preconiza a Farmacopeia Americana (USP 36 – NF
31, 2013).
Na curva TG foi possível observar três eventos de perda de massa. O primeiro com início em
254,78ºC e término em 278,01 resultou em perda de massa de 5,56% da massa inicial
(DTGpico=269,41ºC). O segundo, na faixa de temperatura entre 288,55-301,16ºC apresenta perda de
massa de 20,9% (DTGpico=293,62ºC). O terceiro evento, observado entre 335,03-378,32ºC, corresponde
a uma perda de massa de 29,23% (DTGpico= 353,86ºC).
Fig 2. Curva DSC, TG e DTG do sulfato de hidroxicloroquina (β=10ºC.min-1)
As alterações moleculares causadas pelas etapas degradativas foram avaliadas quando a amostra
foi submetida à condição isotermal na temperatura de 300ºC (Tonset) durante 2 horas. Terminada a análise,
o resíduo foi levado à caracterização através de espectroscopia por absor’ção na regiáo do infravermelho
com transformada de Fourier (IV-TF) e difração de Raios-X (DR-X) para a observação dos grupos
funcionais e do perfil difratométrico, respectivamente.
O espectro de infravermelho do resíduo analisado (Figura 4.a), evidenciou que, ao final do
segundo evento não é possível visualizar as bandas referentes às deformações axiais do grupo hidroxila e
da amida pertencente ao anel heterocíclico (3584 – 3650 cm-1 e 3310 – 3350 cm-1, respectivamente); bem
como a banda resultante da interação da molécula de HCQ com o ânion sulfato e com as ligações de
hidrogênio intermoleculares, que deveria ser observada na região entre 2250 – 2750 cm-1. Isso passa a
descaracterizar a molécula, já que esta se trata de uma 4-aminoquinolina. Além disso, é possível verificar
que as bandas referentes às deformações axiais simétricas e assimétricas do sulfato e simétrica do cloro
estão ausentes, indicando que as ligações intermoleculares são desfeitas e que a molécula perde seu átomo
de cloro que está provavelmente relacionado ao mecanismo de reação do fármaco.
A figura 3.b) ainda mostra o total desaparecimento de picos que caracterizam a cristalinidade da
molécula, evidenciando um perfil amorfo e confirmando o fato de que no resíduo não há indícios da
integridade do sulfato de HCQ. Sendo assim, pode-se afirmar que o segundo evento está intimamente
relacionado com a degradação do sulfato de HCQ
Fig 3. Comparação entre o sulfato de hidroxicloroquina e o seu resíduo após ser submetido à condição
isotermal na temperatura de 300ºC: a) Espectro de infravermelho e b) Difração de raios-X
a)
b)
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A análise de DSC-fotovisual confirmou os resultados obtidos até então. A Figura 4.d) mostra o
início da fusão do fármaco, afirmando o primeiro evento de degradação do sulfato de HCQ sobrepõe o
evento relacionado à fusão do mesmo. A figura 4.k) mostra a mudança da coloração do material, sendo
mais bem visualizada pela figura 4.l). A análise ainda evidenciou o evento de degradação conseguinte. Na
figura 4.o), o material se apresenta com diferente coloração e aspecto. A coloração negra sugere a
degradação do material, confirmada pela curva TG. Já a fluidificação sugere que tal degradação promove
a perda da estrutura reticular do fármaco. Aqui pode também ser observada a volatilização do material
degradado, caracterizada pela presença de bolhas [6, 7].
Fig 4. DSC-fotovisual do sulfato de hidroxicloroquina matéria-prima.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
l)
m)
n)
o)
p)
q)
r)
O pirograma obtido (Figura 5) foi utilizado para identificar a fragmentação do fármaco
decorrente da sua degradação térmica. A ausência do pico do íon molecular da HCQ no EM confirma a
degradação da amostra,devido a alta intensidade relativa dos picos, a partir de 301 ºC [8]. A técnica
evidencia que o segundo o segundo evento de perda de massa visto na curva TG do fármaco é, de fato, a
principal etapa de degradação térmica do sulfato de HCQ. Além disso, no que diz respeito à identificação
dos fragmentos da decomposição térmica, foi possível observar que os principais picos de degradação são
provenientes da quebra da HCQ base livre no grupamento quinolina, junto a pontos instáveis da molécula
sujeitos à quebra, o que fornece relevantes informações sobre a estabilidade térmica do insumo
farmacêutico ativo.
Fig 5. Pirograma do sulfato de HCQ (temperatura de 300ºC)
A partir do EM dos principais produtos da pirólise, pode-se sugerir a presença de picos
característicos da molécula e seus fragmentos. A Tabela 1 sumariza tais resultados, evidenciando: tempo
de retenção, relação M/Z, nomenclatura e fórmula molecular e estrutural.
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Tabela 1. Produtos de degradação térmica do sulfato de hidroxicloroquina obtidos através de piróliseCG/EM.
Pico
Tempo de
retenção (min)
Relação m/z
Nomenclatura
Fórmula
molecular
A
6,175
99
Ânion Sulfato
SO4
B
12
163
2-CloroQuinolina
C9H5NCl
C
18,4
178
6-Cloro-8aminoquinolina
C9H7ClN2
C14H13ClN2
2-
D
20,4
244
4-(5-metil-4,5dihidropirroli-1il)-7cloroquinolina
E
21,05
246
3-Cloro-4-tbutil-6fenilpiridazina
C14H15ClN2
291
2-(7cloroquinolina4-il)amino)-5etilamino
pentanto
C16H22ClN3
F
24,9
Fórmula
estrutural
4. DISCUSSÃO
Os resultados da análise térmica influenciam significativamente na solubilidade e
permeabilidade do fármaco, auxiliando na descoberta de formas polimórficas, e consequentemente na
caracterização do mesmo.
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Com a caracterização térmica, foi possível colaborar para a elaboração da carta de identidade do
sulfato de HCQ, um robusto dossiê sobre a natureza físico-química do fármaco. As informações obtidas
no presente estudo são capazes de fornecer subsídios para o delineamento racional de formas
farmacêuticas, abrangendo todo o setor produtivo, desde a identificação e armazenamento da matériaprima ao controle de qualidade a forma farmacêutica.
O trabalho forneceu informações relevantes e complementares à monografia específica de
compêndios oficiais do fármaco. Além disso, mostrou a utilidade da análise térmica como um método
adequado para a análise de caracterização de materiais e, por conseguinte, dos estudos de pré-formulação.
Tais técnicas vem sendo cada vez mais utilizadas, tanto que podem ser consideradas técnicas oficiais para
testes de identificação em compêndios oficiais como a Farmacopeia Brasileira 5ª edição.
AGRADECIMENTOS
À Fundação de Amparo à Ciência de Tecnologia do Estado de Pernambuco (FACEPE).
CONFLITOS DE INTERESSE
Os autores declararam que não há conflitos de interesses.
REFERÊNCIAS
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