UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE … · Angélica, George, Couras, Thaís) ... Figura 26 - Curvas de Log β em função do K-1 (A) e gráfico da função G(X) do inverso

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS

DAYANNE LOPES PORTO

NOVAS CONTRIBUIÇÕES SOBRE ESTUDOS TÉRMICOS (TG/DTG, DTA, DSC e

DSC-FOTOVISUAL) DA RIFAMPICINA E SEUS PRINCIPAIS PRODUTOS DE

DEGRADAÇÃO

NATAL/RN

2014

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS

DAYANNE LOPES PORTO



DEGRADAÇÃO

Dissertação apresentada à Coordenação do

Programa de Pós-graduação em Ciências

Farmacêuticas, do Centro de Ciências da

Saúde, da Universidade Federal do Rio Grande

do Norte, como requisito parcial para obtenção

do título de Mestre em Ciências Farmacêuticas.

Orientador: Prof. Dr. Cícero Flávio Soares

Aragão

NATAL/RN

2014

DAYANNE LOPES PORTO



DEGRADAÇÃO

Dissertação apresentada à Coordenação do

Programa de Pós-graduação em Ciências

Farmacêuticas, do Centro de Ciências da

Saúde, da Universidade Federal do Rio Grande

do Norte, como requisito parcial para obtenção

do título de Mestre em Ciências Farmacêuticas.

Aprovada em: _____/_____/_____

___________________________________________________

Prof. Dr. Cícero Flávio Soares de Aragão

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Orientador

___________________________________________________

Prof. Dr. Ticiano Gomes do Nascimento

Universidade

Examinador Externo

__________________________________________________

Prof.(a) Dr.(a) Ana Paula Barreto Gomes

Universidade

Examinador Interno

À Deus, que esteve a me guiar e ajuda-me sempre na realização de meus sonhos.

AGRADECIMENTOS

À Deus pela benção da vida, por estar ao meu lado em todos os momentos, pela

força e coragem a mim dada durante os dias mais difíceis, sem Ele eu nada seria.

A minha família, especialmente a minha mãe, Janilza Lopes de Brito, pela presença

constante, me apoiando e aconselhando, pelo exemplo de vida, dedicação e

incentivo aos estudos.

A minhas irmãs Deyse Cristine e Daíse Lopes Porto pela presença, carinho e

cumplicidade em tantos momentos. Somos diferentes, mas diferentemente nos

completamos.

Aos meus sobrinhos João Lucas, David e Clara Victoria e enteado João Pedro, por

me proporcionarem momentos de alegria incondicionais e serem o alívio nos

momentos de cansaço.

Ao meu namorado Cleber Vieira da Silva, pela compreensão nas ausências, muitas

vezes necessárias, pelo apoio nos momentos difíceis.

Ao professor, Cícero Flávio Soares Aragão por acreditar em mim, pelos seus

ensinamentos e pela tranquilidade repassada em todos os momentos.

À todos do NUPLAM, em especial àqueles do COQ-NUPLAM (Angélica, Marcelo,

Ingrid, Arthur, Paula, Josinalva, Josefa, Flávio, Lucas, Francilene) e àqueles do AIN

(Luciana, Paula e Edileide), pelo companheirismo e ajuda em muitos momentos.

À todos da família LCQMed, em especial a Monique, Thereza, Thiago, Vanessa,

Regina, Nilma, Denise, Igor e Naiana por me ajudarem em muitos momentos.

Às colegas do LDM, Fátima, Janaína, Daiane dos Santos e Mara pela ajuda em

vários momentos.

Ao Núcleo de Pesquisa em Alimentos e Medicamentos (NUPLAM) pelos recursos

necessários a execução deste trabalho.

À Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) pela oportunidade de

realizar este mestrado.

Ao Laboratório de Controle de Qualidade de Produtos Farmacêuticos (LCQPF) da

Universidade Federal da Paraíba (UFPB) pelas análises do DSC-Fotovisual.

Ao Laboratório de Nanoestruturas Magnéticas (LNMS) da UFRN nas pessoas de

Gustavo Vieira da Silva e Vívian pelas análises DRX, bem como simpatia e

ensinamentos repassados.

Ao laboratório de Quimiometria na pessoa de Fernanda Saldanha pelas análises

quimiométricas auxílio e ensinamentos repassados.

À todos que contribuíram na minha formação profissional em especial a

Farmacêutica Jovita, ao Farmacêutico Severino Júnior Granjeiro e todos do

LAFEPE, a Prof.(a) Darízy Flávia Silva, a Prof.(a) Aldeídia, ao Prof. Isac Almeida de

Medeiros, aos colegas contemporâneos do LTF (Thiago, Maria do Carmo, Fabíola,

Angélica, George, Couras, Thaís)

Aos familiares e amigos que me ajudaram e comemoram comigo a conclusão deste

trabalho.

Por fim, não poderia deixar de agradecer àqueles que não acreditaram em mim, pois

o desafio de superar os descrentes é e foi um incentivo enorme para a realização

deste trabalho.

Não estão nas mãos do homem penetrar os Vossos desígnios.

Mas todo aquele que Vos honra tem a certeza de que sua vida se for provada,

será coroada;

que depois da tribulação haverá libertação, e que, se houver castigo, haverá

também acesso a Vossa misericórdia.

Porque Vós não Vos comprazeis em nossa perda: após a tempestade, mandais

a bonança; depois das lágrimas e dos gemidos, derramais a alegria.

Ó Deus de Israel, que vosso nome seja bendito.

RESUMO

Desde sua síntese a mais de 48 anos a rifampicina vem sendo bastante estudada. A

literatura relata a caracterização dos eventos térmicos para rifampicina em atmosfera

de nitrogênio, no entanto, não há caracterização para atmosfera de ar sintético. Este

trabalho tem como objetivo contribuir com o estudo térmico da rifampicina através de

das técnicas térmicas (TG/DTG, DTA, DSC e DSC-FOTOVISUAL) e não térmicas

(CLAE, XRPD, IV-FTIR, PCA), e seus principais produtos de degradação,

(rifampicina quinona, rifampicina N-óxido 3-formilrifamicina). A rifampicina em estudo

foi caracterizada como polimorfo II a partir das técnicas DSC, IV e XRPD. As curvas

TG para rifampicina em atmosfera de ar sintético apresentaram maior estabilidade

térmica que àquelas em N2, quando analisado Ti e Ea. Houve sobreposição de

eventos caracterizados como fusão e recristalização em atmosfera de N2 com perda

de massa em curva TG, sugerindo decomposição concomitante. As imagens DSC-

Fotovisual não evidenciaram evento de fusão e demonstraram escurecimento da

amostra durante análise. A curva DTA em atmosfera de ar sintético foi visualmente

diferente das curvas DTA e DSC em atmosfera de N2, sugerindo ausência de

recristalização e fusão ou presença apenas de decomposição. As análises IV-FTIR

juntamente com análise PCA e CLAE e dados térmicos levam a crer que para

rifampicina sua fusão é concomitante a decomposição de parte da amostra, em

atmosfera de N2 e os eventos de fusão e recristalização não ocorrem em atmosfera

de ar sintético. Os produtos de decomposição estudados, em atmosfera de ar, não

apresentaram evento de fusão e, apresentaram decomposição simultânea ao início

do aquecimento, após processo de perda de água e/ou solventes, variando a Ti de

início dos eventos. Os parâmetros cinéticos para as amostras, através dos métodos

de OZAWA, Coats-Redfern, Madsudhanan, Van Krevelen e Herwitz-Mertzger, em

atmosfera de ar sintético e/ou N2 demonstraram ser a rifampicina mais estável que

seus produtos de degradação. Os dados cinéticos obtidos mostraram boa correlação

entre os diferentes modelos empregados. Desta forma contribuímos para obtenção

de informações que possam auxiliar estudos de compatibilidade farmacêutica bem

como estabilidade das substâncias.

PALAVRAS CHAVES: RIFAMPICINA, 3-FORMILRIFAMICINA, RIFAMPICINA

QUINONA, RIFAMPICINA N-ÓXIDO, ANÁLISE TÉRMICA.

ABSTRACT

Since its synthesis over 48 years rifampicin has been extensively studied. The

literature reports the characterization of thermal events for rifampicin in nitrogen

atmosphere, however, no characterization in synthetic air atmosphere. This paper

aims to contribute to the thermal study of rifampicin through thermal (TG / DTG, DTA,

DSC and DSC - FOTOVISUAL ) and non-thermal (HPLC, XRPD , IR - FTIR , PCA)

and its main degradation products ( rifampicin quinone , rifampicin N-oxide 3-

formylrifamicin). Rifampicin study was characterized as polymorph form II from

techniques DSC, IR and XRPD. TG curves for rifampicin in synthetic air atmosphere

showed higher thermal stability than those in N2, when analyzed Ti and Ea. There

was characterized as overlapping events melting and recrystallization under N2 with

weight loss in the TG curve, suggesting concomitant decomposition. Images DSC-

Fotovisual showed no fusion event and showed darkening of the sample during

analysis. The DTA curve in synthetic air atmosphere was visually different from DTA

and DSC curves under N2, suggesting the absence of recrystallization and melting or

presence only decomposition. The IV - FTIR analysis along with PCA analysis and

HPLC and thermal data suggest that rifampicin for their fusion is concomitant

decomposition of the sample in N2 and fusion events and recrystallization do not

occur in synthetic air atmosphere. Decomposition products studied in an air

atmosphere showed no melting event and presented simultaneously to the

decomposition initiation of heating after process loss of water and / or solvent,

varying the Ti initiating events. The Coats - Redfern , Madsudhanan , Van Krevelen

and Herwitz - Mertzger kinetic parameters for samples , through the methods of

OZAWA , in an atmosphere of synthetic air and / or N2 rifampicin proved more stable

than its degradation products . The kinetic data showed good correlation between the

different models employed. In this way we contribute to obtaining information that

may assist studies of pharmaceutical compatibility and stability of substances.

KEEYS WORDS: RIFAMPICIN, 3-FORMYLRIFAMYCIN, RIFAMPICIN QUINONE,

RIFAMPICIN N-OXIDE, THERMAL ANALYSIS.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Mecanismo de ação antibacteriano da rifampicina......................... 29

Figura 2 - Características estruturais da rifampicina e seus produtos de

degradação..................................................................................................... 33

Figura 3 - Curva TG hipotética de uma reação de decomposição térmica em

etapa única...................................................................................................... 38

Figura 4 - Curva DSC hipotética com a indicação de seus eventos

térmicos........................................................................................................... 40

Figura 5 - Difração de raios-X por um cristal................................................... 48

Figura 6 - Espectro FTIR-MID para rifampicina a temperatura ambiente........ 68

Figura 7 - DRX para rifampicina a temperatura ambiente............................... 69

Figura 8 - Sobreposição das curvas DSC para rifampicina em β de 2,5; 5;

10; 20 e 40 °C.min-1, com indicação dos eventos (1) fusão, (2)

recristalização e (3) decomposição e ampliação............................................. 70

Figura 9 - Sobreposição das curvas DTA para β de 10°C.min-1, em ar

sintético (linha azul), em N2 (linha verde) e DSC (linha vermelha) para

rifampicina....................................................................................................... 72

Figura 10 - Comparação do ∆T para etapa de fusão e recristalização em

função de β para rifampicina em DSC e DTA, atmosfera de N2...................... 73

Figura 11 - Curvas DSC, TG/DTG e DTA para rifampicina em atmosfera de

N2 (A). Tabela com dados da curva TG e DSC (B).......................................... 74

Figura 12 - Curvas TG/DTG e DTA para rifampicina em atmosfera de ar

sintético e DSC, em atmosfera de N2 (A). Tabela com dados das curvas TG

e DTA (B)......................................................................................................... 75

Figura 13 - Imagens DSC – Fotovisual para rifampicina com identificação

das temperaturas de captura das imagens...................................................... 78

Figura 14 - Espectro IV para rifampicina a temperatura ambiente, e

intermediários do processo de decomposição as temperaturas de 185, 190,

195, 210 e 250 °C............................................................................................ 79

Figura 15 - Gráfico CP1 x CP2 de Scores, para temperatura ambiente (25°C)

e 185°C, 190°C, 195°C, 210°C e 250°C.......................................................... 81

Figura 16 - Perfil cromatográfico da rifampicina após aquecimento, em

atmosfera de N2 (A) e em atmosfera de ar sintético (B).................................. 82

Figura 17 - Quantificação por CLAE da rifampicina após aquecimento.......... 83

Figura 18 - Curvas DSC, TG/DTG e DTA para rifampicina quinona em

atmosfera de N2 (A). Tabela com dados DSC e TG (B).................................. 85

Figura 19 - Curvas DSC, TG/DTG, DTA para rifampicina quinona em

atmosfera de ar sintético.................................................................................. 86

Figura 20 - Curvas DSC, atmosfera de N2, TG/DTG e DTA, atmosfera de ar

sintético, para rifampicina N-óxido................................................................... 87

Figura 21 - Imagens DSC-Fotovisual, para Rifampicina N-óxido, em

atmosfera de N2 .............................................................................................. 89

Figura 22 - Curvas TG/DTG e DTA para 3-formilrifamicina, em atmosfera de

ar sintético, e curva DSC, em atmosfera de N2...............................................

89

Figura 23 - Imagens DSC-Fotovisual, para 3-formilrifamicina, em atmosfera

de N2................................................................................................................ 91

Figura 24 - Sobreposição de curvas TG e DTG em β de 2,5; 5; 7,5 e

10°C.min-1, em atmosfera de N2 (A) e ar sintético (B)..................................... 92

Figura 25 - Curvas de Log β em função do K-1 (A) e gráfico da função G(X)

do inverso da temperatura (B) obtidos a partir das curvas TG para

Rifampicina em atmosfera dinâmica de ar sintético para β de 2,5; 5 e

10°C.min-1........................................................................................................ 95

Figura 26 - Curvas de Log β em função do K-1 (A) e gráfico da função G(X)

do inverso da temperatura (B) obtidos a partir das curvas TG para

Rifampicina em atmosfera dinâmica de N2 para β de 2,5; 5 e 10°C.min-1....... 96

Figura 27 - Parâmetros cinéticos calculados: energia de ativação (A), ordem

de reação (B) e fator de frequência (C), para etapa de perda de massa da

rifampicina, sob ar sintético, em diferentes razões de

aquecimento.................................................................................................... 98



rifampicina, sob N2, em diferentes razões de aquecimento............................. 99

Figura 29 - Sobreposição de curvas TG e DTG em β de 2,5; 5 e 10°C.min-1,

em atmosfera de ar sintético, para rifampicina quinona (A), rifampicina N-

óxido(B) e 3-formilrifamicina (C)...................................................................... 101

Figura 30 - Curvas de Log β em função de K-1 e gráfico da função G(X) do

inverso da temperatura obtidos a partir das curvas TG para rifampicina

quinona, em atmosfera dinâmica de ar sintético para β de 2,5; 5; 7,5 e

10°C.min-1........................................................................................................

103


inverso da temperatura obtidos a partir das curvas TG para rifampicina N-

óxido, em atmosfera dinâmica de ar sintético para β de 2,5; 5; 7,5 e

10°C.min-1........................................................................................................ 104


inverso da temperatura obtidos a partir das curvas TG para 3-

formilrifamicina, em atmosfera dinâmica de ar sintético para β de 2,5; 5; 7,5

e 10°C.min-1..................................................................................................... 105



rifampicina quinona, sob ar sintético, em diferentes razões de

aquecimento.................................................................................................... 107



rifampicina N-óxido, sob ar sintético, em diferentes razões de

aquecimento.................................................................................................... 108



3-formilrifamicina, sob ar sintético, em diferentes razões de

aquecimento..................................................................................................... 109

Figura 36 - Sobreposição de curvas DSC, em atmosfera de N2, para

rifampicina, rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina,

para β de 10°C.min-1........................................................................................ 111

Figura 37 - Estrutura da Rifampicina. Em destaque, grupo 1-amino-4-metil-

piperazina......................................................................................................... 112

Figura 38 - Sobreposição de curvas DTA, em atmosfera de ar sintético,

para rifampicina, rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-

formilrifamicina, para β de 10°C.min-1..............................................................

112

Figura 39 - Sobreposição de curvas DTG (A) e curvas TG (B) para

rifampicina, rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina,

em atmosfera de ar sintético, para β de 10°C.min-1........................................

113

LISTA DE TABELA

Tabela 1 - Classificação dos eventos térmicos observados em curvas

DSC.................................................................................................................. 41

Tabela 2 - Razões de aquecimento para análises DSC.................................. 58

Tabela 3 - Condições experimentais para obtenção das curvas dinâmicas

TG/DTG e DTA................................................................................................ 59

Tabela 4 - Condições experimentais para quantificação da rifampicina após

aquecimento..................................................................................................... 60

Tabela 5 - Condições de aquecimento para análise FTIR............................... 61

Tabela 6 - Condições cromatográficas para análise de teor de rifampicina.... 63

Tabela 7 - Concentrações de rifampicina para linearidade do método de

teor................................................................................................................... 66

Tabela 8 - Dados Tonset, Tendset, ∆H e ∆T (Tonset – Tendset), para os eventos da

rifampicina e suas atribuições para cada β……………...................………...... 71

Tabela 9 - Tabela com dados DTA e TG, para Rifampicina quinona, em

atmosfera de ar sintético.................................................................................. 87

Tabela 10 - Dados DSC, em atmosfera de N2, e TG/DTG, em atmosfera de

ar sintético, para rifampicina N-óxido............................................................... 88

Tabela 11 - Dados DSC, atmosfera de N2, e TG/DTG, em atmosfera de ar

sintético, para 3-formilrifamicina......................................................................

90

Tabela 12 - Razão de aquecimento (β), intervalo de temperatura (Ti e Tf),

temperatura de pico da DTG (Tp) e perda de massa (∆m), obtidos das

curvas TG para etapa de perda de massa da rifampicina, para o cálculo dos

parâmetros cinéticos........................................................................................

93

Tabela 13 - Valores de coeficiente de correlação obtidos após aplicação

dos modelos Coats-Redfern (CR); Madhusudanan (MD); Van Krevelen (VK)

e Horowitz-Metzger (HM), para curvas TG dinâmicas da rifampicina em

atmosfera de ar, nas β de 2,5; 5; 7,5 e 10,0 °C.min-1 ………………………..... 98



e Horowitz-Metzger (HM), para curvas TG dinâmicas da rifampicina em

atmosfera de nitrogênio, nas β de 2,5; 5; 7,5 e 10,0 °C.min-1 ……………… 99

Tabela 15 - Razão de aquecimento (β), intervalo de temperatura (Ti e Tf),

temperatura de pico da DTG (Tp) e perda de massa (∆m) obtidos das

curvas TG da primeira etapa de perda de massa referente a decomposição

da rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina, sob

atmosfera de ar sintético, para o cálculo dos parâmetros cinéticos................ 102



e Horowitz-Metzger (HM), para curvas TG dinâmicas da rifampicina quinona

em atmosfera de ar, nas β de 2,5; 5 e 10,0 °C.min-1 ……………………….....

107



e Horowitz-Metzger (HM), para curvas TG dinâmicas da rifampicina N-óxido

em atmosfera de ar, nas β de 2,5; 5; e 10,0 °C.min-1 ……………………….....

108



e Horowitz-Metzger (HM), para curvas TG dinâmicas da 3-formilrifamicina

em atmosfera de ar, nas β de 2,5; 5; e 10,0 °C.min-1 ……………………….....

109

Tabela 19 - Comparação de parâmetros cinéticos calculados pelo método

de OZAWA, para rifampicina e seus principais produtos de decomposição,

a partir de curvas dinâmicas, em atmosfera de ar sintético............................. 114

Tabela 20 - Comparação de valores médios para Ea calculados utilizando-

se os métodos de fitting para rifampicina e seus principais produtos de

decomposição, a partir de curvas dinâmicas, em atmosfera de ar sintético... 114

LISTA DE ABREVIATURAS

A Fator de frequência

ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária

CCDA Cromatografia em Camada Delgada Analítica

CLAE Cromatografia Líquida de Alta eficiência (do inglês high performance

liquid chromatograph - HPLC)

cm-1 Centímetro a menos um

C=O Grupo carbonila

Cp Concentração do padrão

CR Método de Coats e Redfern

C8 Coluna cromatográfica com sílica ligada a cadeia carbônica alifática

de oito carbonos

DNA Ácido Desoxirribonucleico (do inglês Deoxyribonucleic acid)

DSC Calorimetria Exploratória Diferencial (do inglês Differential scanning

calorimetry )

DRX Difração de raio X

DTG Termogravimetria Derivada (do inglês Derivative Thermogravimetric

Analysis)

DTA Análise Térmica Diferencial (do inglês Differential thermal analysis)

Ea Energia de ativação

Eq. Equação

FDA Food and Drug Administration

FDC Comprimidos de dose fixa combinada (do inglês Fixed dose

combination tablets)

FT-IR Infravermelho por Transformada de Fourier (do inglês Fourier

transform infrared spectroscopy)

g Grama

ICH International Conference on Harmonization

ID Identificação

IV Infravermelho

∆H Variação de entalpia

∆Hfusão Variação de entalpia de fusão

HM Método de Horowitz e Metzger

J Joule

KBr Brometo de potássio

Logβ Logaritmo da razão de aquecimento

LC-MS Cromatografia Líquida Acoplada a Espectrômetro de Massas

LCQMED Laboratório de Controle de Qualidade de Medicamentos

LNMS Laboratório de Nanoestruturas Magnéticas

∆m Variação de massa

M Molar

MD Método de Madhusudanam

MEV Microscopia Eletrônica de Varredura

mL Mililitro

µL Microlitro

mg Miligrama

min Minuto

µm Micrômetro

MSC Correção por espalhamento de Luz (do inglês Correction for light

scattering)

N2 Nitrogênio

n Ordem de reação

NUPLAM Núcleo de Pesquisa em Alimentos e Medicamentos

HPLTC Cromatografia em Camada Delgada de Alta Pressão (do inglês High

pressure liquid thin chromatograph)

OMS Organização Mundial de Saúde

PCA Análise de Componentes Principais (do inglês Principal Component

Analysis)

PC Componente principal (do inglês Principal Component)

PTFE Politetrafluoretileno (do inglês Polytetrafluoroethylene)

R2 Coeficiente de Correlação

RNA Ácido Ribonucléico (do inglês Ribonucleic acid)

S Matriz diagonal

STD Variância (do inglês Standard deviation)

TG Termogravimetria

TG-FTIR Termogravimetria acoplada a Espectroscopia de Infravermelho por

Transformada de Fourier

TG-MS Termogravimetria acoplada a Espectrometria de Massas

T Temperatura

1/T Inverso da Temperatura

t Tempo

∆T Variação de Temperatura

Ti Temperatura inicial

Tendset Temperatura endset

Tf Temperatura final

Tonset Temperatura onset

Tpico Temperatura de pico

U Coluna ortogonal

UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte

USP Farmacopeia Americana (do ingles United States Pharmacopeia)

UV Ultravioleta

V Matriz de pesos

V Número de onda

VK Método de Van Krevelen

v/v Volume por volume

X Matriz

Θ Teta

Α Fração decomposta

β Razão de aquecimento

λ Comprimento de onda

% Percentagem

°C Grau Celsius

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 24

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 27

2.1 RIFAMPICINA 28

2.1.1 Histórico 28

2.1.2 Farmacologia 28

2.1.3 Aspectos Químicos 29

2.1.4 Estudos Térmicos para Rifampicina 31

2.1.5 Principais Produtos de Degradação para Rifampicina 32

2.1.6 Estudos Envolvendo Produtos de Degradação 34

2.1.7 Controle de Qualidade para Matéria-prima e Produtos

Contendo Rifampicina

35

2.2. TÉCNICAS TÉRMICAS 35

2.2.1 Análise Térmica Aplicada à Área de Medicamentos 36

2.2.2 Termogravimetria (TG) / Termogravimetria derivada

(DTG)

37

2.2.3 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) 39

2.2.4 Cinética de Degradação de Fármacos 42

2.2.4.1 Modelo Isoconvercional 44

2.2.4.2 Modelo de fitting 45

2.3 TÉCNICAS NÃO TÉRMICAS 47

2.3.1 Difração de Raios X 47

2.3.2 Espectroscopia no Infravermelho 49

2.3.2.1 Análise de Componentes Principais (PCA) 50

2.3.3 Cromatografia de Alta Eficiência (CLAE) 51

3 OBJETIVOS 53

3.1 OBJETIVO GERAL 54

3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 54

4 MATERIAIS E MÉTODOS 55

4.1 MATERIAIS 56

4.1.1 Insumos 56

4.1.2 Reagentes e Solventes 56

4.1.3 Equipamentos 57

4.1.4 Acessórios 57

4.2 MÉTODOS 58

4.2.1 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC-

Convencional)

58

4.2.2 DSC – Fotovisual 58

4.2.3 Análise Termogravimétrica – TG/DTG e Análise

Térmica Diferencial – DTA

59

4.2.3.1 Termogravimetria Dinâmica 59

4.2.3.2 Determinação dos parâmetros cinéticos pelo método de

Ozawa

60

4.2.3.3 Determinação dos parâmetros cinéticos pelos métodos de

Coats-Redfern, Madhusudanan, Van Krevelen, Horowitz-

Metzger

60

4.2.4 Difração de Raio X (XRPD) 61

4.2.5 Espectroscopia no Infravermelho por Transformada

de Fourier (FTIR)

61

4.2.5.1 Análise de dados por quimiometria 62

4.2.6 Análise Quantitativa e Qualitativa utilizando CLAE 62

4.2.6.1 Preparo de soluções para o método 63

4.2.6.2 Curva de Calibração / Linearidade 65

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 67

5.1 CARACTERIZAÇÃO DA RIFAMPICINA 68

5.1.1 Caracterização Polimórfica 68

5.1.2 Caracterização Térmica 69

5.1.2.1 Avaliação de curvas DTA e DSC em diferentes razões de

aquecimento

69

5.1.2.2 Avaliação de curvas DTA, DSC e TG em diferentes

atmosferas

73

5.1.2.3 Contribuições ao entendimento do comportamento

térmico da rifampicina em diferentes atmosferas

77

5.2 CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DOS PRODUTOS DE

DECOMPOSIÇÃO DA RIFAMPICINA: RIFAMPICINA

QUINONA, RIFAMPICINA N-ÓXIDO E 3-

FORMILRIFAMICINA

84

5.2.1 Caracterização da Rifampicina Quinona 84

5.2.2 Caracterização da Rifampicina N-óxido 87

5.2.3 Caracterização da 3-Formilrifamicina 89

5.3 ESTUDOS CINÉTICOS NÃO ISOTÉRMICOS 91

5.3.1 Estudo Cinético para Rifampicina 92


Ozawa

93


CR, MD, VK e HM

97

5.3.2 Estudo Cinético para Rifampicina N-óxido,

Rifampicina quinona e 3-formilrifamicina

101


Ozawa

102


CR, MD, VK e HM

106

5.4 COMPARAÇÃO ENTRE O COMPORTAMENTO

TÉRMICO E CINÉTICO DA RIFAMPICINA E SEUS

PRINCIPAIS PRODUTOS DE DEGRADAÇÃO

110

6 CONCLUSÃO 116

REFERÊNCIAS 119

APÊNDICES 134

24

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

25

1 INTRODUÇÃO

Desde sua síntese a mais de 48 anos a rifampicina vem sendo bastante

estudada. O grande interesse nesta molécula está relacionado inicialmente a sua

utilização primária no tratamento da tuberculose (RIVA; SILVESTRI, 1972), sendo

considerado fármaco principal no tratamento desta enfermidade, de forma isolada ou

associada a outros fármacos (BLUMBERG et al., 2003).

Apesar de se tratar de uma molécula antiga, na busca pelo desenvolvimento

de medicamentos com segurança, qualidade e eficácia, novas utilizações

terapêuticas, metodologias analíticas e formas farmacêuticas vêm sendo

investigadas e desenvolvidas, com o passar dos anos.

Como uma potencial utilização terapêutica, temos a descoberta sobre sua

ação no combate em doenças degenerativas a partir de estudos epidemiológicos

com pacientes leprosos usuários de rifampicina que apresentaram uma menor

incidência de demência e diminuição da deposição de beta A quando comparada

aqueles que não faziam uso da rifampicina (NAMBA et al., 1992).

Com relação ao desenvolvimento de metodologias analíticas estudos têm-se

concentrado em metodologias que visem quantificação do fármaco por HPLC

(VLASAKOVA; BENES; ZIVNY, 1978), CCD (WILSON; GRAHAM; LEBELLE, 1977),

metodologias eletro analíticas (LEANDRO et al., 2009), detecção de impurezas por

HPLC (GRHAM, 1979; MOHAN; SHARDA; SINGH, 2003), por HPTLC (JINDAL et

al., 1994), bem como sua quantificação frente aos fármacos mais comumente

associados, tais como isoniazida, etambutol e pirazinamida (SONG et al., 2007).

Na área tecnológica estudos de novas formulações contendo o fármaco

compreendem o desenvolvimento de microcápsulas (SARDUSHKIN, 2013),

fabricação de nano partículas de poliéster de ácido láctico-co-glicólico por spray-

dried entre rifampicina em associação com isoniazida (BOOYSEN et al., 2013),

sistemas de liberação estômago específicos (VORA et al., 2013), sistemas nano

particulado sólido lipídico contendo rifampicina (SINGH; BHANDARI; KAUR, 2013),

sistema de liberação pulmonar de rifampicina presente em lipossomas revestidos

com quitosana goma xantana (MANCA et al., 2012), dentre outros. Além disso, há

estudos voltados para otimização de características da matéria-prima tais como a

produção de partículas de rifampicina ultrafina por precipitação de antisolvente

(VIÇOSA et al., 2012).

26

O entendimento das propriedades da matéria-prima, perfil de impurezas e seu

comportamento frente a condições ambientais, processo e formulações é vital a

produção de um medicamento que atenda a exigências regulamentares nacionais e

internacionais.

Para Rodrigues e colaboradores (2005),

“O conhecimento das propriedades físico-químicas de fármacos é fator

indispensável durante o desenvolvimento de medicamentos. O planejamento

racional de uma forma farmacêutica deve, portanto, iniciar com a caracterização do

princípio ativo em questão, de modo a otimizar parâmetros de qualidade da forma

farmacêutica final”.

Neste contexto, as técnicas térmicas vêm sendo bastante empregadas

durante a caracterização de fármacos para avaliar propriedades físicas e químicas

(SOUZA, 2011), desenvolvimento de novas formulações e tem surgido como

alternativa às técnicas convencionais. Em estudos fármaco-fármaco (FREIRE et al.,

2009), fármaco-excipiente (LAVOR et al., 2012), avaliação de formulações e controle

de qualidade utilizando-se das análises térmicas é fundamental o entendimento

sobre o comportamento térmico do fármaco para avaliação das possíveis

incompatibilidades bem como determinação da estabilidade das formulações.

Na busca por segurança e qualidade ao longo dos anos autoridades

regulatórias farmacêuticas nacionais (ANVISA) e Internacionais (OMS; FDA, ICH,

dentre outras), tem focado no perfil e caracterização de impurezas relacionadas a

fármacos e excipientes.

Algumas impurezas já têm sido relatadas para rifampicina e, avaliações no

controle de qualidade das principais impurezas sobre produtos e matérias-primas

têm sido regulamentadas através das farmacopeias brasileira (BRASIL, 2010) e

internacionais (USP 36, dentre outras).

Neste trabalho, foi aplicada a análise térmica e outras técnicas analíticas não

térmicas como, espectroscopia de absorção do infravermelho, difração de raio X e

cromatografia líquida de alta eficiência buscando melhor elucidar o comportamento

térmico da rifampicina, bem como seu comportamento térmico cinético, além de

caracterizar termicamente os principais produtos de degradação relacionados a esta

substância.

27

FUNDAMENTAÇÃO FUNDAMENTAÇÃO FUNDAMENTAÇÃO FUNDAMENTAÇÃO

TEÓRICATEÓRICATEÓRICATEÓRICA

28

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 RIFAMPICINA

2.2.1 Histórico

O descobrimento das rifamicinas no final de 1950 levou a síntese da

rifampicina em 1965, e sua introdução como uma terapia em 1968 (BUJNOWSKI et

al., 2003). As rifamicinas constituem a base da quimioterapia moderna de curto

período para tuberculose (KOSLOV et al., 2013). Rifampicina tem sido incluída na

lista primária de medicamentos pela Organização mundial de saúde – OMS e

permanece como principal droga no tratamento da tuberculose sendo utilizada em

formas farmacêuticas de dose fixa combinada, além de formas sólidas orais e

líquidas, e indicada no tratamento da lepra em forma farmacêutica sólida oral (WHO,

2013). Atualmente estudos relacionados à sua possível aplicação para tratamento

de doença de Parkinson têm sido desenvolvidos demonstrando-a como fármaco

promissor no tratamento de desordens neurodegenerativas (BI et al., 2013).

2.2.2 Farmacologia

A rifampicina (Figura 2) é um antibiótico semi-sintético derivado da família da

rafamicina B, isolado da Amycoolatopisisrifamycina, formalmente conhecida como

Streptomyces mediterranei (NADEJDE et al., 2009). Possui amplo espectro de ação

antibacteriano incluindo atividade contra várias cepas de Mycobacterium. A figura 1

apresenta um esquema do mecanismo de ação da Rifampicina que age inibindo a

atividade da enzima RNA polimerase dependente de DNA através da formação de

um complexo estável com esta enzima pela ligação a subunidade β do ribossomo.

Isto inibe a síntese do RNA bacteriano que funciona no microorganismo intra e

extracelular e na bactéria em estado latente ou quando sofrem o processo de divisão

(ZHANG, 2005; BACCHI et al., 1998).

29

Figura 1 - Mecanismo de ação antibacteriano da rifampicina

FONTE: Adaptado de immunopaedia.org. TB Drugs - First Line

No que tange aos efeitos neuroprotetores atribuídos a rifampicina que a

tornam uma potencial ferramenta terapêutica na doença de Parkinson temos a

capacidade de inibição do stress oxidativo (GREENAMYRE et al., 2003; TESTA;

SHERER; GREENAMYRE, 2005) supressão e citoproteção da agregação β-amilóide

(KAPURNIOTU, 2004; BRADBURY, 2005); redução da inflamação microglial (BI et

al., 2011); supressão de multímeros da α-sinucleina (LI et al., 2004) em vários

modelos animais que levam a inibição de apoptose de neurônios dopaminérgicos (BI

et al., 2013).

2.2.3. Aspectos químicos

Rifampicina é oficialmente designada como 2,7-(epoxipentadeca [1,11,13]

trienimino) nafto [2,1-b] furan 1,11 (2H)-diona, 5,6,9,17,19,21-hexahidroxi-23metóxi-

2,4,12,16,18,20,22-heptametil-8-[N-(4-metil-1-piperazinil)formimidoil] 2,7acetato pela

IUPAC (THE MERCK INDEX, 2013).

Contudo, na literatura é mais comumente conhecida como 3-[[(4-metil-1-

piperazinil) imino] metil] rifamicina SV, segundo nomenclatura original das rifamicinas

(GALLO; RADAELLI, 1976). A fórmula molecular é C43H58N4O12, com uma massa

30

molecular de 822,94 g/moL (62,76%=C; 7,10%=H; 6,81%=N e 23,33%=O) (THE

MERCK INDEX, 2013).

A rifampicina existe em duas formas cristalinas anidras (polimorfo I e II), e em

duas formas amorfas (PELLIZA et al., 1977). Forma I é a mais estável, enquanto a

forma II é mais metaestável. Além destas formas principais, a rifampicina é

encontrada como hidrato e solvato, que converte à forma amorfa depois da remoção

do solvente.

Estudos têm mostrado que formas polimórficas I e II da rifampicina têm

diferentes solubilidades em meio aquoso em pH < 3,0 (HEWOOD et al., 2001).

Recentemente Ibiapina (2013) caracterizou as estruturas cristalinas dos polimorfos I

e II da rifampicina como sistemas cristalinos do tipo monoclínico.

A rifampicina é levemente solúvel em água e sua solubilidade e estabilidade

variam segundo o pH devido a sua natureza anfotérica. Apresenta pKa1 de 1,7

relacionado ao grupo 4-hidroxil e pKa2 de 7,9 relacionado ao grupo 3-piperazina

nitrogênio (PELLIZA et al., 1977) com ponto isoelétrico em pH 4,8 em solução

aquosa (MAGGI et al., 1966). Em pH 2, sua solubilidade é 100 mg/mL, enquanto a

pH 5,3 a solubilidade reduz para 4,0 mg/mL, e a pH 7,5, a solubilidade é 2,8 mg/mL

(GALLO; RADAELLI, 1976). A estabilidade máxima da rifampicina é alcançada em

soluções próximas ao neutro. A adição de ácido ascórbico a solução aumenta a

solubilidade da rifampicina e diminui sua oxidação (GALLO; RADAELLI, 1976).

Estas diferenças na solubilidade em meio aquoso podem afetar a absorção e

biodisponibilidade do fármaco, quando no estado sólido para ingestão oral (SINGH

et al., 2001; PANCHAGNULA; AGRAWAL, 2004). No entanto, a biodisponibilidade

da rifampicina parece ser mais dependente do tamanho das partículas, com

absorção ótima na faixa de distribuição de 100 µm que do tipo de forma polimórfica

utilizada (AGRAWAL et al., 2004).

De acordo com o sistema de classificação biofarmacêutica (SCB), a

rifampicina é classificada como um fármaco de classe II (baixa solubilidade e alta

permeabilidade) (BECKER et al., 2009).

As formas comerciais disponíveis apresentam-se mais comumente como uma

mistura da forma polimórfica II e da forma amorfa em diferentes proporções. No

estado sólido armazenada em recipientes fechados a temperatura ambiente,

protegidos da luz, umidade e oxigênio a rifampicina é considerada estável (SINGH et

al., 2002).

31

2.2.4. Estudos Térmicos para Rifampicina

O primeiro estudo envolvendo a utilização de técnicas térmicas para

compreensão das características da rifampicina em estado sólido foi realizado por

Agrawal e colaboradores (2004). Neste estudo as técnicas térmicas DSC, TG, HSM

foram úteis para caracterizar os eventos térmicos de decomposição da rifampicina

em atmosfera de nitrogênio.

A cinética de decomposição dos polimorfos da rifampicina sobre condições

isotérmicas foi realizada, revelando significativa diferença entre a estabilidade

térmica dos polimorfos I e II, que podem ser importantes nos estudos de

compatibilidade fármaco/excipiente, consequentemente, para estabilidade dos

produtos formulados (ALVES, 2010).

Freire e colaboradores (2009) demonstraram a interação entre misturas de

isoniazida e rifampicina e suas duas formas polimórficas indicando que produtos

contendo misturas destes fármacos podem apresentar menor estabilidade térmica

quando comparada às drogas isoladas.

Alves (2007) empregou análise DSC para avaliar a interação entre rifampicina

e amido, celulose microcristalina, croscarmelose sódica, hidroxipropilmetilcelulose,

polivinilpirrolidona, lactose, manitol, polietilenoglicol 6000, Eudragil L 100® e Lutrol F

68 ®. Nenhuma interação foi observada entre os excipientes e o fármaco.

O comportamento térmico da interação fármaco-fármaco, entre substâncias

tuberculostáticas, tais como, rifampicina, isoniazida, etambutol e pirazinamida, foi

investigado a partir de técnicas térmicas, tais como DSC, TG/DTG e DTA (LAVOR et

al., 2012).

A associação das técnicas térmicas TG/DTA/DSC e FTIR foi utilizada para

avaliação de compatibilidade fármaco excipiente entre rifampicina, isoniazida,

etambutal e pirazinamida com os excipientes lactose e celulose microcristalina

(LAVOR et al., 2014).

Aprofundar o conhecimento sobre o comportamento térmico da rifampicina

nas diferentes atmosferas pode auxiliar no entendimento das possíveis

incompatibilidades fármaco-fármaco e fármaco excipiente.

32

2.2.5. Principais Produtos de Degradação para Rifampicina

Impurezas em fármacos são classificadas como orgânicas, inorgânicas e

solventes residuais (ICH, 2006a).

Impurezas orgânicas podem ser oriundas do processo de fabricação e/ou

armazenamento do fármaco. Elas incluem matérias-primas de fabricação,

subprodutos, intermediários do processo, produtos de degradação, reagentes,

ligantes e catalizadores. De maneira semelhante impurezas inorgânicas podem ser

resultantes do processo de fabricação, incluindo reagentes, ligantes e catalizadores:

metais pesados ou outros metais residuais, sais inorgânicos e materiais, como filtros

ácidos e carvão. Solventes residuais são líquidos orgânicos ou inorgânicos que

permanecem no fármaco depois da síntese e processamento. As impurezas em

medicamentos são geralmente classificadas como produtos de degradação do

fármaco ou produtos de reação do fármaco com excipiente e/ou recipiente

intermediário de embalagem, sendo coletivamente referidos como produtos de

degradação de acordo com ICH Q3B(R2) (ICH, 2006b).

Muitas impurezas podem ser introduzidas ao final da produção da rifampicina

durante o processo de fermentação e síntese, e podem ser geradas via novos

caminhos de degradação durante a estocagem (ZHU; HU, 2002). A figura 2

apresenta as principais modificações estruturais existentes entre os produtos de

decomposição já conhecidos para rifampicina.

33

Figura 2 - Características estruturais da rifampicina e seus produtos de degradação

ANALITO R1 R2 R3 R4 R5

RIFAMPICINA N N N

OH OH CH3COO OH

3-FR O OH OH CH3COO OH

RQ N N N

OH OH CH3COO =O

DAR

OH OH OH OH

25-21 N N N

CH3COO OH OH OH

25-23 N N N

OH CH3COO OH OH

RNO

OH OH CH3COO OH

Fonte: BAIN; MUNDAY; COX, 1998.

Os dois principais produtos de degradação da rifampicina são 3-

formilrifamicina e rifampicina quinona (SEYDEL, 1970). Em soluções ácidas,

rifampicina sofre hidrólise para produzir 3-formil rifampicina e 1-amino 4-

metilpiperazina, enquanto a rifampicina quinona é formada em meio alcalino (pH a

34

7,5 a 9,0) na presença de oxigênio em decorrência da oxidação da rifampicina.

Reciprocamente 25-desacetilrifampicina é relatada ser formada em meio alcalino na

ausência de oxigênio. 25-desacetil-21-acetilrifampicina e 25-desacetil-23-

acetilrifampicina são formadas sequencialmente da 25-desacetilrifampicina e ao

contrário de outros produtos de decomposição tem negligenciável atividade

antimicrobiana (GALLO; RADAELLI, 1968).

2.2.6 Estudos Envolvendo Produtos de Degradação

Os estudos envolvendo produtos de degradação tem se focado na análise e

quantificação por cromatografia destes, como por exemplo, Liu e colaboradores

(2008) descreveram uma metodologia para determinação de rifampicina e seus

compostos relacionados por CLAE, utilizando colunas monolíticas, em produtos

farmacêuticos. Outro estudo realizado por Umpathi, Ayyappan e Quinine (2010)

descreveu uma metodologia para determinação de rifampicina quinona e hidazina

em comprimidos de dose fixa combinada (FDC) contendo ascorbato de sódio como

antioxidante.

Konrad e Stenberg (1988) concluíram que a rifampicina quinona apresentava

uma ação imunossupressora, diferentemente da rifampicina que não possuía esta

ação.

A 3-formilrifamicina é matéria-prima na produção da rifampicina, bem como

utilizado na síntese de novos compostos com provável ação antimicrobiana

(BUJNOWSKI et al., 2003; BUJNOWSKI et al., 2012).

No entanto não há estudos térmicos a cerca dos produtos de degradação

relatados para rifampicina demonstrando que as características térmicas destes

produtos, precisam ser estudadas para melhor caracterizar estas substâncias, bem

como os possíveis eventos de decomposição que envolva a rifampicina e seus

produtos de degradação, tendo em vista que durante reações de incompatibilidade

alguns destes produtos possam estar sendo formados, bem como durante processo

de dissolução no trato gastro intestinal.

35

2.2.7 Controle de Qualidade para Matéria-prima e Produtos Contendo

Rifampicina

A Farmacopeia Americana (USP), a Farmacopeia Britânica (BP), a

Farmacopeia Chinesa (ChP) e, recentemente a Farmacopeia Brasileira (FB) já

estabelecem critérios para controle de qualidade da rifampicina incluindo a análise

de seus compostos relacionados, em matéria-prima (USP, 2013; FARMACOPEIA

BRASILEIRA, 2010; BRITISH PHARMACOPEIA, 2010; CHINESE

PHARMACOPEIA, 2005). Em se tratando de análise de produto acabado, alguns

trabalhos têm sido relatados para controle de qualidade de produtos contendo

rifampicina (PANCHAGNULA; AGRAWAL, 2004; AGRAWAL; PANCHAGNULA,

2005), no entanto nenhuma das farmacopeias relata qualquer análise de impurezas

em se tratando de controle de qualidade de produto acabado.

2.2 TÉCNICAS TÉRMICAS

Mackenzie (1970) e a Confederação Internacional de Análise Térmica e

Calorimetria (ICTAC) definem análise térmica como:

Um grupo de técnicas nas quais uma propriedade física de

uma substância e/ou seus produtos de reação é medida como

função da temperatura, enquanto a substância é submetida a

um programa controlado de temperatura.

Por esta definição, para que uma técnica térmica possa ser considerada como

termoanalítica, três critérios devem ser satisfeitos: 1) Uma propriedade física tem

que ser medida, 2) A medida deve ser expressa (direta ou indiretamente) como

função da temperatura, 3) A medida tem que ser feita sob um programa controlado

de temperatura (IONASHIRO, 2005).

Marian e colaboradores (2013) mostraram que as técnicas termo analíticas

vêm se tornando essenciais para a obtenção dos dados experimentais,

principalmente pelo fato de fornecerem informações, muitas vezes ausentes nos

métodos convencionais, através de quantidades mínimas de amostra.

36

Dentre as técnicas termoanalíticas empregadas com maior frequência na

indústria farmacêutica estão: a Termogravimetria (TG); Análise Térmica Diferencial

(DTA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) (ARAÚJO et al., 2006).

2.2.1 Análise Térmica Aplicada à Área de Medicamentos

A grande importância da análise térmica como ferramenta na área

farmacêutica é, devido, principalmente, à diversidade de informações físicas e

químicas obtidas a partir de sua utilização, o que tem tornado esta técnica

imprescindível em muitas etapas do desenvolvimento de produtos, no controle de

qualidade de fármacos e excipientes, e no controle de processos farmacêuticos

(GIRON, 2002).

A literatura relata diversos trabalhos e aplicações da análise térmica de

interesse a cadeia produtiva da indústria farmacêutica, dentre as quais podem ser

citadas: as determinações realizadas com fármaco e excipientes na avaliação das

temperaturas em que ocorre a decomposição dos produtos intermediários formados

nos processos térmicos (ARAÚJO et al., 2003), estudos da compatibilidade fármaco

excipiente (MENDONÇA et al., 2013), avaliação de diferentes estruturas cristalinas

(ARAÚJO et al., 2010), certificação de fornecedores de matérias-primas (SILVA et

al., 2012), determinações realizadas com a formulação em etapas de seu

desenvolvimento (SINGH, 2013), controle de processos (LIU et al., 2013;

NASCIMENTO et al., 2010) e identificação de substâncias, em aplicações em etapas

no desenvolvimento de novos fármacos (GIRON, 2002), reconhecimento molecular

(BRUYLANTS; WOUTERS; MICHAUX, 2005), termodinâmica das interações

moleculares (GARBETT; CHAIRES, 2012), além da realização de estudos cinéticos

de reações no estado sólido, adquirindo grande interesse prático em grande número

de processos tecnológicos, pois permitem detectar através de cálculos e

procedimentos experimentais alguns parâmetros cinéticos de reação tais como

energia de ativação e a respectiva ordem (HEFCZYC et al., 2011).

As técnicas térmicas podem ser utilizadas associadas (MACÊDO;

NASCIMENTO, 2002) e/ou acopladas (LIN; WANG, 2012) bem como seus

resultados serem associados a outras técnicas físicas ou físico-químicas para

compreensão do comportamento térmico.

37

A associação de técnicas térmicas, tais como DTA, DSC e TG são úteis na

compreensão dos mecanismos físico-químicos relativos a processos de

decomposição térmica ou no estudo e desenvolvimento de novos compostos, entre

outros (ANDRADE et al., 2007).

A comparação dos registros dos resultados da TG e do DSC, obtida em

condições idênticas, auxiliam na interpretação dos processos térmicos (BROWN,

1988).

A utilização de técnicas acopladas, tais como TG-FTIR, são úteis no

monitoramento em tempo real das análises e, esta, provê informações sobre a

sequência de informações, tipo e quantidade de gases envolvidos, durante o

processo de decomposição (JINGYAN et al., 2013).

Os resultados de análises térmicas também são muitas vezes associados a

resultados de outras técnicas, tais como espectroscopia, difratometria de raios X,

cromatografia, entre outras, visando à interpretação de fenômenos de maior

complexidade.

Recentemente análises quimiométricas também vêm sendo utilizadas como

ferramentas na avaliação e entendimento de dados térmicos, como por exemplo, na

detecção termogravimétrica de incompatibilidades entre atelonol e excipientes

utilizando técnicas multivariadas (WESOLOWSKI; ROJEK, 2013).

2.2.2 Termogravimetria (TG)/Termogravimetria derivada (DTG)

A termogravimetria é uma técnica que consiste no monitoramento da variação

da massa da amostra em função da temperatura e/ou tempo. Esta medida é

realizada através de termobalança e registrada na curva termogravimétrica,

conforme apresentado na figura 3. Através desta curva, é possível obter informações

como a temperatura inicial (Ti), temperatura final (Tf) de decomposição e o valor da

perda de massa da amostra (WENDLANDT, 1986; HAINES, 1995).

As curvas obtidas fornecem a informação sobre a composição e a

estabilidade térmica da amostra, dos produtos intermediários e de resíduos finais

(SILVA; PAOLA; MATOS, 2007).

38

Figura 3 - Curva TG hipotética de uma reação de decomposição térmica em etapa única.

Fonte: Adaptado de STORPIRTIS et al., 2009.

Existem alguns fatores que podem influenciar nos resultados experimentais

que afetam o aspecto das curvas TG. Estes fatores pertencem a dois grandes

grupos: os fatores instrumentais e os fatores relacionados à amostra. O primeiro é

devido à razão de aquecimento do forno, atmosfera do forno, geometria do suporte

de amostras e do forno, enquanto que, os fatores relacionados à amostra são

devidos ao tamanho de partículas quantidade de amostra, solubilidade dos gases

liberados na própria amostra, calor de reação, compactação (IONASHIRO, 2005).

Algumas variações de massa não são observadas pela curva TG, como

alternativa utiliza-se de outra técnica térmica, a termogravimetria derivada (DTG).

(ARAÚJO et al., 2003). Esta técnica permite a melhor visualização dos eventos

térmicos correspondentes à variação de massa quando comparadas com as curvas

TG (PAULIK; ARNOLD, 1990).

Na curva DTG observa-se picos, em vez de uma curva gradual da TG, que

determinam áreas proporcionais às variações de massa, tornando as informações,

visualmente, com melhor resolução. Apesar da curva DTG mostrar as mesmas

informações que a TG, ela permite: a partir da altura do pico, à qualquer

temperatura, obter a razão de ∆m (variação de massa) naquela temperatura; obter

as temperaturas correspondentes ao início e final da reação com maior exatidão, e

também, na maioria das vezes, calcular a ∆m no caso de sobreposição de reações

(WENDLANDT, 1986; SILVA; PAOLA; MATOS, 2007).

39

Os métodos termogravimétricos podem ser classificados como: dinâmico (ou

não isotérmico) em que a perda de massa é registrada continuamente à medida que

a temperatura aumenta a uma razão constante ou linear; isotérmico, quando a

variação de massa da amostra é registrada em função do tempo mantendo-se a

temperatura constante; e quasi-isotérmico, no momento em que a amostra começa a

perder massa a temperatura é mantida constante até que a massa se estabilize,

quando isto ocorre, o aquecimento é retomado, este procedimento pode se repetir

em cada etapa da decomposição térmica (LOPES, 2005).

Na atualidade a termogravimetria vem sendo utilizada também de maneira

acoplada a outros sistemas tais como: Termogravimetria-Espectrometria de Massa

(TG-MS) (SHEN et al., 2013); Termogravimetria–Cromatografia a Gás (TG–ECG)

(FULIAS et al, 2013), dentre outros, com o intuito de se obter mais informações a

cerca da caracterização dos produtos gasosos liberados.

Na área farmacêutica a termogravimetria é utilizada na caracterização,

determinação de pureza e umidade, identificação de pseudopolimorfismo, avaliação

da estabilidade de fármacos e medicamentos e em estudos de cinética de

degradação (OLIVEIRA; YOSHIDA; GOMES, 2011).

Além disso, por se tratar de uma técnica analítica quantitativa e qualitativa,

capaz de produzir resultados rápidos e reprodutíveis, pode ser usada no controle de

qualidade de medicamentos e no melhoramento do produto final (ARAGÃO et al.,

2006).

2.2.3 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

A Calorimetria Exploratória Diferencial é uma técnica na qual se mede a

diferença de energia fornecida à substância em relação a um material de referência,

termicamente inerte, em função da temperatura, enquanto a substância e a

referência são submetidas a uma programação controlada de temperatura

(IONASHIRO; GIOLITO, 1980).

A curva DSC (figura 4) obtida é uma função do fluxo de calor pela

temperatura. Alguns parâmetros, tais como: temperatura onset (Tonset), temperatura

endset (Tendset), temperatura de pico (Tpico) e a variação de entalpia (∆H), são obtidas

a partir das curvas com intuito de caracterizar os eventos. A Tonset é temperatura

onde a transição inicia o desvio da linha de base, de maneira semelhante, a Tendset, é

40

a temperatura onde a transição finaliza o desvio da linha de base. A (Tpico) é a

temperatura onde o evento apresenta fluxo de calor máximo e, por fim, a ∆H é a

variação de entalpia ou área da transição (CLAS; DALTON; HANCOCK, 1999).

Figura 4 - Curva DSC hipotética com a indicação de seus eventos térmicos

Fonte: Adaptado de (ARAUJO; MERCURI; MATOS, 2009).

Existem dois tipos de equipamento para obtenção dos dados de DSC: com

compensação de potência e com fluxo de calor. No DSC de compensação de

potência, a amostra e a referência são colocados em fornos individuais. A diferença

de temperatura, entre amostra e referência, é “compensada” pela variação do calor

necessário para manter ambos a mesma temperatura. Esta diferença de energia é

representada como uma função da temperatura. Enquanto no DSC de fluxo de calor

amostra e referência utilizam um só forno. O fluxo de calor fornecido para ambos,

amostra e referência, sob disco termoelétrico, conectado a termopares, quando

aquecido é proporcional à variação da entalpia, à capacidade calorífica e à

resistência térmica total (CLAS; DALTON; HANCOCK, 1999).

A partir dos ensaios realizados por DSC, é possível observar fenômenos

físicos e químicos decorrentes da variação de energia da amostra em função da

razão de aquecimento sobre a mesma. Dependendo da natureza do evento, de

acordo com a absorção de calor ou liberação de calor, o evento pode ser

classificado como endotérmico ou exotérmico (WENDLANT, 1986). A tabela 1 lista

os principais fenômenos físicos e químicos observados em curvas DSC.

41

Tabela 1 - Classificação dos eventos térmicos observados em curvas DSC

Fenômeno Variação de Entalpia

Endotérmico Exotérmico

Físico

Transição Cristalina + +

Fusão + -

Vaporização + -

Sublimação + -

Adsorção - +

Desadsorção + -

Absorção + -

Químico

Desolvatação + -

Desidratação + -

Degradação Oxidativa - +

Oxidação em atmosfera gasosa - +

Redução em atmosfera gasosa + -

Reações e óxido redução + +

Rações no estado sólido + +

Fonte: Adapatado de IONASHIRO, 2005

Diferentemente da técnica TG a análise DSC é uma técnica relativa. Devido

as suas características de temperatura dinâmica, as medições não são feitas em

equilíbrio térmico. Os dados relativos devem ser convertidos em valores absolutos

por meio de um procedimento de calibração que requer o emprego de padrões cujos

valores de propriedades e incertezas associadas são conhecidos e estabelecidos

conforme procedimentos metrológicos (DELLA GATTA et al., 2006 apud RYCERZ,

2013).

Na área farmacêutica as análises de DSC são utilizadas na caracterização

térmica e determinação da pureza de fármacos, estudos de compatibilidade entre os

constituintes da formulação e identificação de polimorfismo com determinação das

entalpias de cada forma cristalina (OLIVEIRA, 2011).

42

A avaliação da pureza por DSC pode ser realizada pelo simples

acompanhamento visual da curva DSC, observando a presença dos eventos

térmicos característicos do fármaco, ou utilizando uma determinação quantitativa

pelo método da Equação de van’tHoff (que prevê a depreciação do ponto de fusão

do composto puro devido à presença de impurezas (VAN DOOREN; MULLER,

1984), que determina a pureza a partir do pico de fusão do analito (OLIVEIRA,

2011).

Recentemente, Lima e colaboradores (2013) utilizaram análises DSC como

ferramenta para avaliação de compatibilidade entre o fármaco trioxsalen e alguns

excipientes.

Yu, Reutzel e Sterphenson (1998) consideraram a DSC como a técnica de

análise térmica mais frequentemente utilizada para a caracterização de polimorfos,

uma vez que quaisquer transições térmicas resultam na liberação ou absorção de

energia.

2.2.4 Cinética de Degradação de Fármacos

No objetivo de tentar elucidar a cinética e o provável mecanismo da reação no

estado sólido, o desenvolvimento de estudos referentes ao assunto, tem crescido

nos últimos anos, tanto pela instrumentação, que está cada vez mais robusta e

disponível para os pesquisadores, como pelo fato da necessidade deste

conhecimento (TANAKA; OSHIMA; NEGITA, 1982).

Os métodos cinéticos podem contribuir para a elucidação de alguns

mecanismos de reação, ajudando na investigação de novos métodos de análise ou

até mesmo para descobertade novas tecnologias (MARIAN et al., 2013).

No âmbito farmacêutico, a cinética de degradação térmica tem sido utilizada

para avaliação de estabilidade de fármacos (LEITE et al., 2013; RODRIGUES et al,

2005; SOVIZI; HOSSEINE, 2013), de formulações farmacêuticas (CAMPENELLA et

al, 2011), bem como extratos de plantas (ARAGÃO et al, 2006), além da

caracterização de substâncias (LEMSI et al., 2013). O principal propósito da análise

cinética de decomposição de sólidos é determinar o mecanismo de reação (ões) e

calcular os parâmetros cinéticos: energia de ativação (Ea), fração decomposta (α),

velocidade de reação (K) e ordem de reação (n).

43

Define-se Ea como sendo a energia necessária para que uma reação química

ocorra, isto é, a energia necessária para mover os reagentes através de uma

“barreira energética” de forma que a reação possa iniciar (LEIVA, 2005).

As definições para α podem ser obtidas em termos de quantidade de calor

absorvido ou liberado. A ordem de reação pode ser definida como a variação da

velocidade de reação com a concentração dos reagentes (SALVIO NETO, 2010).

A velocidade da reação, geralmente, é definida em função da fração

decomposta (α) onde, nas medidas termogravimétricas a mesma, corresponde à

perda de massa num tempo (t), ou temperatura (T), e a perda de massa total para

um dado estágio da reação.

A cinética de reação com decomposição pode ser classificada da seguinte

maneira: reações de ordem zero, reações de primeira ordem e de segunda ordem. A

reação de ordem zero ocorre quando a perda ou decomposição do fármaco

independe da concentração do reagente e é constante em relação ao tempo. A

cinética de primeira ordem pode ser observada quando a degradação do fármaco for

diretamente proporcional à concentração remanescente com relação ao tempo. Já a

cinética de segunda ordem é verificada quando a velocidade de reação for

proporcional ao quadrado da concentração atual do produto (SALVIO NETO, 2010).

Além destes, os outros parâmetros cinéticos são normalmente utilizados para

se prever o comportamento térmico de um sistema reacional, tais como o fator pré-

exponencial (A) que representa a frequência das colisões efetivas entre as

moléculas e, a constante da taxa (k) a uma determinada temperatura (LEIVA, 2005).

Há duas maneiras de obter estes dados térmicos, usando análise cinética

isotérmica ou análise cinética não isotérmica ou dinâmica. Cada categoria de

métodos tem suas vantagens e desvantagens na determinação dos parâmetros

cinéticos (TITA; FULIAS; TITA, 2011).

No método isotérmico para acompanhar a cinética de reação de

decomposição no estado sólido são traçados vários gráficos de fração decomposta

(α) versus o tempo (t), mantendo-se constantes as temperaturas na região de

interesse. Sendo necessário tempo relativamente longo para obtenção dos dados

(SALVIO NETO, 2010). A determinação dos parâmetros cinéticos pelo método não-

isotérmico apresenta uma série de vantagens quando comparada ao método

isotérmico: uma única curva TG é suficiente para determinar parâmetros cinéticos; a

cinética pode ser calculada de forma contínua sobre uma faixa de temperatura; a

44

temperatura de início da decomposição é determinada com bastante precisão; uma

quantidade limitada de dados é suficiente para o estudo (LEIVA, 2005).

Apesar da utilização do método dinâmico, nos estudos cinéticos de

decomposição térmica de sólidos, ter sido alvo de várias críticas ao longo dos anos,

seu estudo tem sido largamente difundido e diversos trabalhos publicados na

atualidade (LEITE et al., 2013; SIMÕES et al., 2014; TITA;JURCA;TITA, 2013).

Em 2011, o comitê de cinética do ICTAC, publicou uma revisão dos métodos

existentes para auxílio na obtenção de parâmetros cinéticos confiáveis, indicando

que a combinação de experimentos isotérmicos e não isotérmicos como o melhor

caminho para o estabelecimento de modelos cinéticos.

Independente do modo como o estudo cinético será realizado, utilizando

termogravimetria isotérmica ou não isotérmica, a literatura relata a existência de

vários modelos matemáticos para analise dos dados cinéticos de reações do estado

sólido, a saber: Horowitz-Metzger, Coats-Redfern, Kissinger–Akahira–Sunose,

Friedman, Ozawa, Madhusudanan, Van Krevelen, dentre outros.

Um modelo é uma expressão matemática, desenvolvida com base em

premissas mecanicistas, transforma um processo de reação no estado sólido numa

equação (KHAWAM; FLANAGAN, 2006). Estes métodos matemáticos podem ser

agrupados em duas categorias, modelo de fitting e modelo isoconversional (ou

modelo-livre) (TITA et al., 2013).

Alves e colaboradores (2007) realizam estudos cinéticos para rifampicina em

condições isotérmicas e não isotérmicas, utilizando o método integral de Ozawa.

Neste trabalho nos propomos a avaliar a cinética desta substância a partir de outros

modelos cinéticos não isotérmicos, em atmosfera de ar sintético e nitrogênio.

2.2.4.1 Modelo isoconversional

O uso de modelos cinéticos isoconvercionais é recomendado como uma

forma confiável para obtenção de informações cinéticas consistentes a partir de

dados termogravimétricos (VYAZOVKIN; WRIGHT, 1999).

O uso do método isoconversional requer no mínimo três razões de

aquecimento diferentes (ARAÚJO; MOTHÉ, 2003).

45

Muitos métodos matemáticos isoconversionais têm sido utilizados para

caracterizar ingredientes ativos farmacêuticos, tais como: Flynn - Wall Ozawa

(FANDARUFF et al., 2014) e Friedman (MOTHÉ; MIRANDA, 2013).

O método de Flynn-Wall OZAWA usa a equação aproximada de perda de

massa constante em função do processo de degradação térmica. O valor da Energia

de Ativação (Ea) pode ser calculado para cada grau de conversão α, através do

gráfico do logaritmo da razão de aquecimento (log β) em função do inverso da

temperatura (1/T) que deve dar linhas retas, na qual a inclinação é diretamente

proporcional à energia de ativação (LI et al., 2009).

2.2.4.2 Modelo fitting

O modelo de fitting envolve o ajuste de diferentes modelos para diferentes

curvas de aquecimento (KHAWAN; FLANAGAN, 2006).

Muitos métodos matemáticos de fitting têm sido utilizados para caracterizar

ingredientes ativos farmacêuticos, tais como: Coats-Redfern (ATTIA; ABDEL-

MOETY, 2013), Madhusudanan (SOUZA et al., 2004),Van Krevelen, Horowitz-

Metzger (SABER et al., 2014), OZAWA (SOARES et al., 2011) dentre outros.

O método de Ozawa (1965), que utiliza a equação 1, é considerado um

método integral pelo qual pode se determinar a energia de ativação, sem qualquer

conhecimento dos mecanismos de reação.

RT

E

Rg

AE4567.0315.2

)(loglog −−

=

αβ (1)

Onde: α = fração decomposta, T = Temperatura, A = fator de frequência, R = constante dos gases, E = energia de ativação, β = razão de aquecimento, Ts = temperatura do pico.

Dentre os métodos de fitting, o mais largamente aplicado e o mais simples é o

de COATS e REDFERN (1964), que utiliza as equações 2 e 3. O método é aplicado

para dados TG/DTG assumindo diferentes ordens de reação.

Para n = 1: ( )

RT

E

E

AR

T 303.2log

1lnlog

2−=

−−

β

α (2)

46

Para n ≠ 1: ( )( ) RT

E

E

AR

nT

n

303.2log

1

11log

1

2−=

−

−−−

β

α (3)

O outro método integral utilizado foi o proposto por Madhusudanan e

colaboradores (1993) onde a energia de ativação pode ser calculada, utilizando-se

as equações 4 e 5.

Para n = 1: ( )

RT

E

R

E

R

AR

T12040.0ln9206.102.0ln

1lnln

9206.1−−+=

−−

β

α (4)

Para n ≠ 1: ( )

( ) RT

E

R

E

R

AR

nT

n

1204.0ln9206.17678.3ln1

11ln

9206.1

1

−−+=

−

−−−

β

α (5)

O método de aproximação de Van Krevelen é baseado na integração

aproximada da equação (6), resultando numa relação linear, a partir da qual a

energia de ativação e o fator pré-exponencial podem ser facilmente determinados

(VAN KREVELEN et al., 1951). As equações 7 e 8 usadas são as seguintes:

(6)

Para n = 1: (7)

Para n ≠ 1: (8)

Outro método de aproximação utilizado é o de Horowitz-Metzger. Neste

método um gráfico de ln (1-α) é plotado em função de β , resultando numa reta cuja

( )( )

→=

−

dTeA

f

d RT

E

βα

α ( )( )

( ) ∫∫

−=

=

==T

RT

E

dTeA

gf

d

0

1

0

α

α βα

α

α

( ) ( ) TERT

RT

ET

A

ns

s

RT

E

s

ns

log1

1

1368,0log

1

11log

1

++

+

=

−

−−−

β

α

( )[ ] ( ) TERT

RT

ET

As

s

RT

E

s

s

log1

1

1368.0log1lnlog ++

+

=−−

βα

47

inclinação é dada por E/RTs (HOROWITZ; METZGER, 1963). As equações 9 e 10

utilizadas são:

Para n = 1: ( )[ ]sRT

Eβα =−− 1lnln (9)

Para n ≠ 1: ( )

s

n

RT

E

n

βα=

−

−−−

1

11ln

1

(10)

2.3 TÉCNICAS NÃO TÉRMICAS

A complexidade dos processos de decomposição térmica necessita de uma

interpretação criteriosa dos eventos observados e, muitas vezes, técnicas

complementares são necessárias para evitar-se de conclusões equivocadas.

Trabalhos envolvendo a utilização de análises DRX, CLAE, IV e MEV são

comuns na caracterização dos processos térmicos apresentados por fármacos e

formulações.

Tita, Fulias e Tita (2011) realizaram estudos de compatibilidade entre

cetoprofeno e excipientes através de técnicas térmicas, e utilizaram o FTIR e o DRX

como técnicas complementares para análise dos resultados térmicos.

2.3.1 Difração de Raios X

Dentre as várias técnicas de caracterização de substâncias farmacêuticas, a

técnica de difração de raios X é a mais indicada na determinação de fases cristalinas

presentes em fármacos (BERNARDI, et al., 2013).

A técnica da DRX emprega o espalhamento coerente da radiação X por

estruturas organizadas (cristais), possibilitando um estudo morfológico das

substâncias, ou seja, sua estrutura cristalina e/ou sua fração (percentual) cristalina.

A determinação de uma célula unitária (menor componente de um cristal) só pode

ser obtida pela DRX (JUNIOR, 2004).

As distâncias interplanares e suas respectivas intensidades relativas são

características e específicas para cada substância cristalina. Como consequência de

48

sua importância, a utilização da técnica tornou-se comum e essencial nos trabalhos

de caracterização de polimorfos na área farmacêutica (YU; REUTZEL;

STERPHENSON, 1998).

Quando um feixe de raios-X atinge uma superfície cristalina a um mesmo

ângulo, uma parte destes raios é dispersa pela camada de átomos na superfície e a

porção do feixe que não sofreu dispersão penetra na segunda camada de átomos

onde, novamente, é dispersa e uma parte remanescente passa para uma terceira

camada, figura 5. O efeito cumulativo desse espalhamento nos centros regularmente

espaçados do cristal resulta na difração do feixe em sua grande parte, do mesmo

modo que a radiação é difratada pela reflexão reticular (SKOOG; HOLLER;

NIELMAN, 1998).

Figura 5 - Difração de raios-X por um cristal

Fonte: SKOOG, HOLLER; NIELMAN, 1998.

A DRX assume muitas funções nas análises farmacêuticas, sendo uma

poderosa ferramenta no estudo de polimorfos; primeiro, porque permite alta precisão

nos resultados de estrutura cristalina. Permite, também, o estudo de sistemas com

mais de uma fase e, consequentemente, de diferentes polimorfos, podendo assim

ser identificada a contribuição de cada fase (BOTEZ et al., 2003).

Segundo Alves e colaboradores (2007), cada composto cristalino possui único

padrão da DRX e o emprego da técnica neste trabalho, objetivou a verificação de

isoformas nas matérias-primas analisadas, principalmente na rifampicina, e a

detecção de prováveis incompatibilidades entre fármaco-excipiente e fármaco-

fármaco.

49

Através do uso da técnica da DRX, Agrawal e colaboradores (2004)

caracterizaram as formas da rifampicina (polimorfo I, polimorfo II e a forma amorfa) e

concluíram que os volumes comerciais de rifampicina utilizados para na produção de

medicamentos para o tratamento da tuberculose são formados por variações de

mistura da forma I, forma II e amorfa.

2.3.2 Espectroscopia no Infravermelho

O espectro de infravermelho representa uma impressão digital de uma

amostra com picos de absorção que correspondem a frequências vibracionais entre

ligações de átomos que constituem o material (SHERMAN HSU, 1997). Uma vez

que cada material é uma única combinação de átomos, não há dois compostos que

apresentem o mesmo espectro de infravermelho.

De acordo com o intervalo de frequência da energia eletromagnética aplicada,

a espectrofotometria de absorção pode ser dividida em ultravioleta, visível e

infravermelho, podendo ser utilizada como técnica de identificação e quantificação

de substâncias (BRASIL, 2010).

A radiação de infravermelho encontra-se entre as regiões do visível e do

micro-ondas, essa radiação quando absorvida converte-se em energia equivalente a

vibração molecular; alguns grupos de átomos apresentam bandas de energia

características (NASERI et al., 2011)

As posições das bandas nos espectros de IV são apresentadas em número

de ondas (ν) cuja unidade é o centímetro inverso (cm-1) e as intensidades das

bandas estão expressos como transmitância. A chamada radiação infravermelha

corresponde à parte do espectro situada entre as regiões do visível e das

microondas e a região de maior interesse na identificação de estruturas está situado

entre 4.000 e 400 cm-1 (SILVERSTEIN; WEBSTER; KIEMLE, 2006).

As análises qualitativas e quantitativas de medicamentos, utilizando

espectroscopia na região do infravermelho, expandiram-se a partir do momento em

que os dados gerados por um espectrofotômetro FT-IR podendo ser digitalizados,

habilitando os métodos estatísticos na resolução de problemas da análise química. A

possibilidade de utilizar várias frequências do espectro tem aumentado o tipo de

amostras que podem ser analisadas por espectroscopia no infravermelho

(PASQUINI, 2003; YOON et al., 2004).

50

2.3.2.1 Análise de Componentes Principais (PCA)

Para lidar com os dados obtidos através de técnicas espectroscópicas,

ferramentas como a Análise de Componentes Principais (PCA) vêm sendo utilizadas

(FERREIRA et al., 1999).

A análise por componentes principais (PCA) é um dos métodos mais comuns

empregados na análise de informações (BROWN, 1995; FERREIRA, 2002), sendo

principalmente utilizada pela sua capacidade de compressão dos dados em função

da existência de correlação entre diversas variáveis medidas.

Quando aplicamos um algoritmo de PCA num conjunto de variáveis, como por

exemplo, espectros no infravermelho, o conjunto original destas variáveis é

substituído por um novo conjunto de variáveis denominado de Componentes

Principais (CPs). A principal característica deste novo conjunto é a ortogonalidade,

porém o mesmo é facilmente reconstruído a partir da combinação linear das

variáveis originais (espectros). Como vantagem, o novo conjunto de variáveis (CPs),

geralmente concentra a maior parte da informação (variância) em poucas variáveis,

diminuindo assim a dimensionalidade dos dados, sem perda significativa da

informação química. As maiorias dos aplicativos disponíveis utilizam a técnica de

decomposição do valor singular (SDV) para obter as CPs, sendo neste caso a

primeira componente principal (CP1) definida na direção (eixo) de maior variância do

conjunto de variáveis originais. De forma decrescente em termos de variação são

definidas as demais componentes principais, porém estas serão sempre ortogonais

a CP1 e entre si. Por exemplo, um sistema que seja reduzido a 3CPs (CP1, CP2 e

CP3) se assemelha ao sistema cartesiano de coordenadas, em que todos os eixos

são linearmente independentes, isto é, ortogonais entre si. Para os casos de

conjuntos de espectros consideramos inicialmente matriz de dados X (m x n), sendo

que m corresponde ao número de amostras (espectros) e n o número de variáveis

(frequências do espectro), que pode ser decomposta em 3 outras matrizes, U, S e V

(FERREIRA, 2002).

X = U.S.VTs

As colunas de U e V são ortogonais. A matriz V é a matriz dos pesos, em que

a primeira coluna contém os pesos de PC1 e assim por diante. O produto U x S

corresponde à matriz Ts dos escores. Por fim, S é matriz diagonal, cujos elementos

51

(valores singulares) contêm informações sobre a quantidade de variância que cada

componente principal descreve. A matriz S é importante na determinação da

dimensionalidade intrínseca da matriz de dados, podendo os analistas definir

quantas CPs ou fatores devem ser utilizados para análises posteriores. Os

autovalores que forem pequenos serão excluídos e as informações relevantes

podem de alguma maneira, ser separadas, eliminando-se, assim, os ruídos

experimentais.

2.3.3 Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE)

A cromatografia em fase líquida teve início em 1950 e alcançou muitos

avanços até os dias de hoje. Nos últimos 40 anos, foi à técnica analítica que mais se

desenvolveu e é uma das mais empregadas nas indústrias farmacêuticas (TONHI et

al., 2002). Segundo Holler e colaboradores (2009) sua grande utilização se deve à

sua detectabilidade, à sua pronta adaptação às determinações quantitativas com

exatidão, à sua adequação para separação de compostos não voláteis ou

termicamente instáveis e, acima de tudo, a sua ampla aplicação a substâncias de

interesse para a indústria, para muitos campos da ciência e para o público de um

modo geral.

A cromatografia líquida divide-se em dois grupos: a cromatografia líquida

clássica, feita em colunas de vidro, sob pressão atmosférica, e a cromatografia

líquida de alta eficiência (CLAE), onde se usam colunas metálicas e pressões de

fase móvel elevadas, obtidas com auxílio de uma bomba de alta pressão (SNYDER

et al., 1997)

O processo cromatográfico consiste na passagem de uma fase móvel sobre

uma fase estacionária, onde ocorre a distribuição dos componentes da mistura entre

as duas fases, de tal forma que cada componente é seletivamente retido na fase

estacionária. A fase móvel é bombeada sob alta pressão a uma vazão controlada.

Uma pequena quantidade de amostra é introduzida através de uma válvula de

injeção, sendo arrastada pela fase móvel através da coluna até o detector

(COLLINS, 1990).

A cromatografia líquida em fase reversa (CLAE-FR) é a modalidade mais

utilizada, pois apresenta algumas vantagens, tais como: o uso de fases móveis (FM)

menos tóxicas e de menor custo, o estabelecimento mais rápido do equilíbrio da

52

coluna após a mudança da FM, a boa reprodutibilidade dos tempos de retenção, a

possibilidade do uso de eluição por gradiente e a grande variedade de fases

estacionárias (FE) disponíveis comercialmente. Uma das características mais

importantes de uma FE tipo fase reversa é sua polaridade variável, que depende dos

grupos quimicamente ligados ou imobilizados sobre a superfície da sílica

(GORAIEB, 2013).

O CLAE é o principal método para análise de impurezas orgânicas

relacionadas, sendo amplamente utilizada em estudo de estabilidade de fármaco

devido a sua sensibilidade, especificidade e capacidade de resolução (BAKSHI;

SINGH, 2002). Portanto, é uma técnica muito bem estabelecida como ferramenta

efetiva no controle de processo industrial, no controle de matéria-prima e produto

acabado (RAO; NAGARAJU, 2003).

53

OBJETIVOSOBJETIVOSOBJETIVOSOBJETIVOS

54

3 OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GERAL

Contribuir com a caracterização da rifampicina e seus principais produtos de

degradação (rifampicina quinona, rifampicina N-óxido 3-formilrifamicina) através das

técnicas térmicas e não térmicas.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

� Caracterizar termicamente a rifampicina, rifampicina quinona, rifampicina n-

óxido e 3-formilrifamicina utilizando DSC-convencional, DSC-fotovisual,

TG/DTG e DTA.

� Elucidação dos eventos térmicos relacionados à rifampicina utilizando

espectroscopia no infravermelho, XRPD e técnicas cromatográficas.

� Determinação da estabilidade térmica da rifampicina a partir de curvas TG

dinâmicas em atmosfera de ar sintético e nitrogênio, e para rifampicina

quinona, rifampicina n-óxido e 3-formilrifamicina a partir de curvas TG

dinâmicas em atmosfera de ar sintético através do modelo de Ozawa, para

determinação dos seguintes parâmetros cinéticos: ordem de reação (n), do

fator de frequência (A) e energia de ativação (Ea).

� Determinação da estabilidade térmica da rifampicina a partir de curvas TG

dinâmicas, em ar sintético e nitrogênio, bem como para rifampicina quinona,

rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina, em atmosfera de nitrogênio, utilizando

os Métodos de Aproximação (Método de Van Krevelen e Método de Horowitz-

Metzger) e Métodos Integrais (Método de Coats-Redfern e Método de

Madhusudanan), para determinação dos seguintes parâmetros cinéticos:

ordem de reação (n), do fator de frequência (A) e energia de ativação (Ea).

55

MATERIAIS E MATERIAIS E MATERIAIS E MATERIAIS E

MÉTODOSMÉTODOSMÉTODOSMÉTODOS

56

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 MATERIAIS

4.1.1 Insumos

As amostras de rifampicina e todos os padrões utilizados neste trabalho foram

cedidos através de um laboratório oficial brasileiro (NUPLAM/UFRN), proveniente de

seu principal fornecedor.

Todos os insumos encontravam-se dentro do prazo de validade e se

apresentavam como grau analítico ou farmacêutico.

� Rifampicina (Lote: LOJ351 / Teor declarado: 98,5%) - USP

Pharmacopeia

� Rifampicina quinona (Lote: IOI128 / Teor declarado: não declarado) -

USP Pharmacopeia

� 3-Formilrifamicina (Lote: 2636 / Teor declarado: 93,1%) - British

Pharmacopeia

� Rifampicina N-óxido (Lote: 3524 / Teor declarado: 91,4%) - British

Pharmacopeia. Todo e qualquer reagente utilizado no presente estudo

e de grau analítico.

� Padrão de Índio (Lote: WW125024 / Teor declarado: 99,99%) -

Shimadzu

� Padrão de Oxalato de Cálcio (Lote: MKBB0622V / Teor declarado:

99,999%) – Sigma Aldrich

4.1.2 Reagentes e Solventes

A disponibilização dos reagentes utilizados nas análises deste trabalho foi

proveniente de doação do NUPLAM/UFRN com o LCQMED. Todos os reagentes

estavam dentro do prazo de validade.

� Acetonitrila grau HPLC (Panreac)

� Fosfato de Potássio Monobásico (Dinâmica)

57

� Fosfato de Potássio Dibásico (Êxodo Científica)

� Perclorato de Sódio (Sigma Aldrich)

� Ácido Fosfórico (Quimis)

� Ácido Cítrico (Proquímus)

� Água Purificada (NUPLAM)

4.1.3 Equipamentos

� Balança semi-micro analítica (Mettler Toledo)

� Agitador magnético (FANEM)

� Calorímetro de varredura diferencial (Shimadzu, DSC-60AH)

� Balança Termogravimétrica (Shimadzu, TG-DTA 60AH)

� Cromatógrafo Líquido de Alta Eficiência (HITACHI)

� Espectrômetro de Infravermelho (Perkin Elmer)

� Sistema de Filtração à vácuo (Millipore)

� Sistema purificador de água (Millipore, MilliQ-Advantage)

� DRX (Rigaku)

4.1.4 Acessórios

� Balões volumétricos certificados e calibrados (Vidrolabor e Pirex)

� Pipetas volumétricas certificadas e calibradas (Vidrolabor)

� Vials de 1 mL, com tampa e septo (Merck)

� Cadinho de alumina de 50µL (Shimadzu)

� Cadinho de alumínio (Shimadzu)

� Coluna C8 Zorbax Plus 150 x 4,6 x 5,0 µm (Agilent)

� Membrana Filtrante em PTFE 0,45 µm (Millipore)

� Vidro de relógio

58

4.2 MÉTODOS

4.2.1 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC - Convencional)

As amostras foram pesadas, hermeticamente fechadas e submetidas à

análise em calorímetro exploratório diferencial da marca Shimadzu, modelo DSC –

60, num intervalo de temperatura de 25 °C - 450 ºC, usando diferentes células

(cadinhos), sob fluxo de nitrogênio de 50 mL.min-1 e massa variando de 1 – 2 mg. As

razões de aquecimento utilizadas seguiram a tabela 2.

Tabela 2 - Razões de aquecimento para análises DSC

Substâncias β (ºC/min)

Rifampicina 2,5; 5,0; 10, 20 e 40

3-formil rifamicina / Rifampicina N-óxido

Rifampicina quinona 10

Fonte: Autoria própria

O DSC foi previamente calibrado para temperatura e entalpia utilizando

padrões de índio (T= 156,6°C e ∆Hfusão g= 28,54 J.g-1). Os fatores de correção

conforme procedimento e especificação do fabricante Shimadzu. As amostras foram

analisadas através das suas transições de fase características, utilizando o

programa TASYS da Shimadzu, sendo os valores de entalpia das amostras obtidos

a partir da área dos picos das curvas DSC.

4.2.2 DSC – Fotovisual

As análises do DSC - Fotovisual foram realizadas utilizando um Calorímetro

Shimadzu, modelo DSC-50 acoplado a um microscópio Olympus, modelo VCC-520,

conectado a uma câmera Sony, sob fluxo de nitrogênio de 50 mL.min-1, razão de

aquecimento de 10°C.min-1, em uma faixa de temperatura entre 25 °C – 400 °C, com

cadinho de alumínio aberto. O sistema fotovisual foi conectado ao computador

usando o software Assimetrix. As imagens das amostras foram visualizadas e

59

capturadas em tempo real de acordo com a programação de aquecimento e

observação do aparecimento de transições de fase nas amostras.

4.2.3 Análise Termogravimétrica – TG/DTG e Análise Térmica Diferencial -

DTA

As curvas TG/DTA dinâmicas foram obtidas em uma termobalança da marca

Shimadzu, modelo DTG-60AH, com fluxo de nitrogênio 50 mL.min-1, variando as

razões de aquecimento de acordo com a metodologia utilizada. Antes do início dos

experimentos, foi realizada a limpeza do equipamento, a obtenção do branco e a

verificação da normalidade da balança procedendo à corrida prévia do padrão de

oxalato de cálcio monohidratado. Apresentando-se a termobalança em condições

de operação, deu-se início às corridas com as amostras.

4.2.3.1 Termogravimetria Dinâmica

Para obtenção das curvas na condição dinâmica de temperatura procedeu-se

variação da razão de aquecimento, mantendo-se constante, o fluxo do gás, massa

da amostra e tipo de cadinho. Como pode ser observado na tabela 3. As curvas

foram analisadas pelo programa TASYS da Shimadzu e utilizadas para

determinação dos parâmetros cinéticos pelo método de Ozawa (1965).

Tabela 3 - Condições experimentais para obtenção das curvas dinâmicas TG/DTG e DTA

Substâncias β

(ºC.min-¹)

Atmosfera Fluxo

(mL.min-¹)

Temperatura

(ºC)

Massa

(mg)

Rifampicina 2,5; 5,0;

7,5 e 10,0

Nitrogênio

Ar sintético

50 25 – 900 4,5 – 5,5

Rifampicina quinona

3-formilrifamicina

Rifampicina N-óxido

2,5; 5,0

e 10,0 Ar sintético 50 25 – 900 4,5 – 5,5


60

Para quantificação do conteúdo de rifampicina, em ambas as atmosferas, as

amostras de rifampicina foram submetidas a aquecimento em condição dinâmica, a

diferentes temperaturas, conforme tabela 4, e resfriadas a temperatura de 25°C,

quando foram retiradas do equipamento e analisadas conforme item 4.2.6.

Tabela 4 - Condições experimentais para quantificação de rifampicina após aquecimento

Substâncias β

(ºC.min-¹)

Atmosfera Temperatura

(ºC)

Rifampicina 10,0 Nitrogênio

Ar sintético 100, 170, 180, 190, 200, 210 e 250


4.2.3.2 Determinação dos parâmetros cinéticos pelo método de Ozawa

Na determinação dos parâmetros cinéticos, utilizaram-se as curvas dinâmicas

obtidas, para obtenção do fator de frequência (A), energia de ativação (Ea) e

caracterização das amostras, pelo o método de Ozawa, para uma perda de massa

definida de 5%, utilizando o software TASYS Shimadzu (KineticAnalysis TG).

O coeficiente angular do gráfico que correlaciona a razão de aquecimento

(Log β) versus o inverso da temperatura absoluta (1/T) (K-1), forneceu a energia de

ativação. O valor de n foi obtido a partir do gráfico que correlaciona a massa residual

da amostra pelo tempo reduzido em minutos (KOGA, 2013).

Uma curva TG utilizando cadinho vazio foi obtida para cada condição

experimental utilizada nos ensaios não-isotérmicos (curvas branco), sendo

subtraídas de cada resultado obtido sob as mesmas condições.

4.2.3.3 Determinação dos parâmetros cinéticos pelos métodos de Coats-Redfern,

Madhusudanan, Van Krevelen e Horowitz-Metzger

Na determinação dos parâmetros cinéticos, utilizaram-se as curvas dinâmicas

obtidas para obtenção do fator de frequência (A), energia de ativação (Ea) e

caracterização das amostras, pelos métodos de Coats-Redfern (CR),

61

Madhusudanan (MD), Van Krevelen (VK), Horowitz-Metzger (HM), a partir de

programas computacionais desenvolvidos por Nunes (1995).

4.2.4 Difração de Raio X (XRPD)

Os difratogramas de raios-X das amostras foram obtidos através do método

do pó no difratômetro de raios-X Rigaku Miniflex, operado a 40,0 kV e 30,0 mA. O

ângulo de difração 2θ foi de 2,0 a 60,0º à temperatura ambiente e a radiação Cu-Kα

(λ = 1,542 Angstrom) com um passo de 0,05 (2θ) e 1 segundo/passo. As análises

foram realizadas no Laboratório de Nanoestruturas Magnéticas (LNMS) da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

4.2.5 Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR)

Para obtenção dos espectros de infravermelho utilizou-se à técnica de

brometo de potássio, alterando-se a posição da pastilha a cada medição, obtendo-se

três leituras por amostra.

Pesou-se 1 mg da amostra estudada, dispersou-se em cerca de 300 mg de

brometo de potássio e essa mistura foi prensada a 10 toneladas para obter a

amostra em forma de comprimido. Foi utilizado o FT – IR – Spectrometer, da marca

Perkin Elmer, modelo Spectrum 65. Os espectros de FTIR das amostras foram

registrados na temperatura de 25 °C e faixa espectral compreendida entre 4000 e

400 cm-1, sendo o tratamento dos dados realizado no Perkin Elmer Spectrum ®.

As amostras de rifampicina foram aquecidas, em ponto de fusão QUIMIS ®, a

diversas temperaturas, para avaliação da possível formação de produtos de

degradação, conforme tabela 5. As impurezas foram analisadas a temperatura

ambiente.

Tabela 5 - Condições de aquecimento para análise FTIR

Substâncias Temperatura (ºC)

Rifampicina 25, 185, 190, 195, 210 e 250


62

4.2.5.1. Análise de dados por quimiometria

Os espectros adquiridos foram convertidos em formato ASCII e salvos em

extensão de arquivo *.CSV, organizados em Planilha do Excel® e submetidos à

análise exploratória. O carregamento de dados, pré-processamento (correção de

linha de base, centragem da média, MSC, suavização e derivada SaviztkyGolay) e

classificação por PCA foram realizados em MATLAB ® versão 7.10 (Math-Works,

Natick, EUA) com o PLS-toolbox (Investigação Eigenvector, Inc.,Wenatchee, WA,

EUA, versão 4.0).

4.2.6 Análise Quantitativa e Qualitativa utilizando HPLC

As análises foram realizadas em cromatógrafo modelo Chromaster® equipado

com degaseificador, bombas (5160), forno de coluna (5310), detector de arranjo

diodos (5430), autoamostrador (5260) e comunicador todos da Hitachi e coluna

cromatográfica Agilent RX-C8® com dimensão de 150 mm x 4,6 mm; 5,0 µm, número

de série: USBUO20625.

O método de análise de matéria-prima para quantificação de rifampicina

presente na farmacopeia americana 36° Edição foi utilizado para análise das

amostras de rifampicina. Em virtude de alteração no tamanho da coluna

cromatográfica frente àquela presente na farmacopeia, cálculos para ajuste de fluxo

foram realizados conforme indicado pela própria farmacopeia americana 36° Edição,

ver APËNDICE A. As condições cromatográficas estão descritas na tabela 6, e o

preparo das soluções no item 4.2.6.1.

63

Tabela 6 - Condições cromatográficas para análise de teor de rifampicina

Parâmetros Especificações

Coluna C8 4,6 mm x 150 mm; 5µm

Fase móvel

510 (água): 350 (acetonitrila): 100 (tampão

fosfato pH 6,8) : 20 (ácido cítrico 1M) : 20

(perclorato de sódio 0,5M)

Fluxo

2,25 mL/min

Temperatura

30ºC

λ

254 nm

Volume Injetado

50 µL

Tempo de retenção aproximado

Rifampicina 10 minutos

Rifampicina quinona 6 minutos

Resolução entre rifampicina

e rifampicina quinona

Não menos que 4,0 na solução ID/resolução

Eficiência da coluna

Não menos que 1000 pratos teóricos para o

pico da rifampicina na solução padrão

Tempo de corrida aproximado

15 minutos


4.2.6.1 Preparo das Soluções para método:

Tampão fosfato: Pesou-se 136,1 g de fosfato de potássio monobásico que foi

dissolvido em cerca de 500 mL de água purificada, seguido da adição de 6,3 mL de

64

ácido fosfórico, completando o volume do balão volumétrico com água purificada

para 1000 mL.

Ácido cítrico 1 M: Foi dissolvido 96,065 g de ácido cítrico em água purificada

utilizando balão volumétrico para perfazer 500 mL.

Perclorato de sódio 0,5 M: Foi dissolvido 30,61 g de perclorato de sódio em água

purificada utilizando balão volumétrico para perfazer 500 mL.

Fosfato de potássio dibásico 1 M: Foi dissolvido 87,09 g de fosfato de potássio

dibásico em água purificada utilizando balão volumétrico para perfazer 500 mL.

Fosfato de potássio monobásico 1 M: Foi dissolvido 68,045 g de fosfato de

potássio monobásico em água purificada utilizando balão volumétrico para perfazer

500 mL.

Fase móvel: Foi preparado uma mistura de água, acetonitrila UV/HPLC, tampão

fosfato, ácido cítrico 1 M e perclorato de sódio 0,5 M (510 : 350 : 100 : 20 : 20, v/v),

filtrada utilizando membrana filtrante em PTFE 0,45 µm e degaseificada.

Mistura de solventes: Foi preparada uma mistura de água, acetonitrila UV/HPLC,

fosfato de potássio dibásico 1 M, fosfato de potássio monobásico 1 M e ácido cítrico

1 M (640: 250 : 77 : 23 : 10, v/v).

Solução ID/Resolução: Pesou-se exatamente, cerca de 10 mg de rifampicina

padrão primário e cerca de 10 mg de rifampicina quinona padrão primário, que foi

transferido para balão volumétrico de 100 mL e dissolvido em acetonitrila UV/HPLC.

Transferiu-se 1 mL desta solução para balão volumétrico de 10 mL e foi diluída e

completada o volume com a mistura de solventes (Cp = 0,01 mg/mL).

Solução padrão: Pesou-se exatamente 40,0 mg de rifampicina padrão primário e foi

transferido para balão volumétrico de 200 mL. Dissolveu-se e diluiu-se com

acetonitrila UV/HPLC, sonicando por 30 segundos, quando necessário.

NOTA: Esta diluição deve ser utilizada em até 5 horas.

65

Transferiu-se 10 mL desta solução para balão volumétrico de 100 mL, para diluição

com a mistura de solventes, seguida de homogeneização (Cp = 0,02 mg/mL).

NOTA: Usar esta solução imediatamente a preparação.

Solução amostra: Pesou-se exatamente 40,0 mg de rifampicina amostra que foi

transferida para balão volumétrico de 200 mL. Em seguida a mostra foi dissolvida,

diluída com acetonitrila UV/HPLC, e sonicada por 30 segundos, quando necessário.

NOTA: Usar esta diluição em até 5 horas.

Transferiu-se 10 mL desta solução para balão volumétrico de 100 mL, que foi diluída

com a mistura de solventes, seguida de homogeneização (Cp = 0,02 mg/mL).

NOTA: Usar esta solução imediatamente após preparação.

4.2.6.2. Curva de calibração/linearidade:

A linearidade corresponde à capacidade do método em fornecer resultados

diretamente proporcionais à concentração da substância analisada, dentro de uma

determinada faixa de aplicação. A estimativa dos coeficientes de uma curva analítica

a partir de um conjunto de medições experimentais pode ser efetuada utilizando o

método matemático conhecido como regressão linear (RIBANI et al., 2004).

É possível calcular, a partir dos pontos experimentais, o coeficiente de

correlação, R. Este parâmetro permite uma estimativa da qualidade da curva obtida,

pois quanto mais próximo de 1,0, menor a dispersão do conjunto de pontos

experimentais e menor a incerteza dos coeficientes de regressão estimados,

garantindo maior linearidade da curva obtida (RIBANI et al., 2004).

Para a linearidade realizou-se três curvas de calibração empregando-se

soluções padrão de rifampicina em seis níveis de concentrações diferentes,

conforme tabela 7, que correspondem a faixa de 40% a 140% da concentração final.

66

Tabela 7 - Concentrações de rifampicina para a linearidade do método de teor.

Concentração (%) 40 60 80 100 120 140

Rifampicina (µg.mL-1) 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0

Volume de diluição (mL)

Solução-mãe 4 6 8 10 12 14


Para o preparo da solução-mãe, pesou-se exatamente 40,0 mg de rifampicina

padrão primário que foi transferido para balão volumétrico de 200 mL, dissolvida e

diluída com acetonitrila UV/HPLC, sonicando por 30 segundos, quando necessário.

Usar esta diluição em até 5 horas.

Conforme a concentração a ser preparada foi coletada da solução-mãe

volume de diluição correspondente, na tabela 7, e transferido para balão volumétrico

de 100 mL, para diluição com a mistura de solventes e homogeneização. Usar esta

solução imediatamente a preparação.

67

RESULTADOS RESULTADOS RESULTADOS RESULTADOS

E DISCUSSÃOE DISCUSSÃOE DISCUSSÃOE DISCUSSÃO

68

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 CARACTERIZAÇÃO DA RIFAMPICINA

5.1.1 Caracterização Polimórfica

Em virtude da existência de polimorfismo (PELIZZA, et al., 1977) para

rifampicina, análises FTIR e DRX foram realizadas a fim de caracterizar qual (s)

possível (s) polimorfo estaria presente na amostra analisada.

Os polimorfos podem ser identificados conforme padrões de raio X, bem

como bandas de absorção de FTIR.

Figura 6 - Espectro FTIR-MID para rifampicina a temperatura ambiente

A figura 6 apresenta o espectro FTIR para rifampicina evidenciando o duplo

pico em 1734 cm-1 e 1712 cm-1, sugerindo se tratar da forma polimórfica II. Para

confirmar esta hipótese obteve-se difratograma da amostra, figura 7.

AGRAWAL e colaboradores (2004) caracterizaram diversas formas

comerciais de rifampicina a partir de dados DSC, FTIR e DRX. Para as análises

FTIR verificou-se que os polimorfos I, II e forma amorfa da rifampicina podem ser

diferenciados pela banda de absorção para o grupo carbonila (C=O), onde a

69

existência a forma II apresenta um duplo pico em 1734 e 1712 cm-1, e as formas I e

amorfa um único pico em 1725 cm-1.

Figura 7 - DRX para rifampicina a temperatura ambiente


O emprego da DRX, figura 7, evidenciou que a amostra é predominantemente

cristalina, apresentando padrão de picos nos ângulos 2θ de 6,94°; 7,77°; 9,86°

11,05°; 12,57°; 15,64°; 16,88°; 17,94°; 19.86°; 21,37°; 23,05°; 23,99°; 25,71°; 26,19°;

27,59°; 30,04°; 31,13°e 35,62°. Segundo AGRAWAL e colaboradores, 2004 o

polimorfo I da rifampicina é caracterizado pela presença de picos nos ângulos 2θ de

13,65° e 14,65°, que encontram-se ausentes na amostra, retângulo em verde,

enquanto o polimorfo II possui ângulos 2θ de 9,93° e 11,1°, cujos ângulos se fazem

presentes conforme setas em azul. Desta forma podemos concluir que a amostra

trata-se exclusivamente do polimorfo II.

5.1.2 Caracterização Térmica

5.1.2.1 Avaliação de curvas DTA e DSC em diferentes razões de aquecimento

Foram obtidas curvas DSC e DTA para a rifampicina em diferentes razões de

aquecimento. As curvas DSC foram obtidas em atmosfera de nitrogênio e as curvas

DTA foram obtidas em atmosfera de nitrogênio e ar sintético.

2Ɵ (°)

70

Figura 8 - Sobreposição das curvas DSC para rifampicina em β de 2,5; 5; 10; 20 e 40 °C.min-1, com indicação dos eventos (1) fusão, (2) recristalização e (3) decomposição e ampliação


A figura 8 demonstra que, assim como na literatura (ALVES, et al, 2007), a

curva DSC apresentou três eventos térmicos, (1) fusão, (2) recristalização e (3)

decomposição, com perfil característico para o polimorfo II.

O estudo do comportamento térmico a partir de curvas DSC em diferentes

razões de aquecimento é imprescindível, conforme relata Bernal e colaboradores

(2002), tendo em vista que devido à intensificação na magnitude dos picos para

altas razões de aquecimento pode-se observar o surgimento de processos não

detectáveis em razões de aquecimento baixas. Em razões de aquecimento elevadas

pode ocorrer, portanto, mascaramento de picos, por sobreposição.

A partir dos dados presentes na tabela 8 e ampliação dos eventos observada

na figura 8, observa-se que a sensibilidade de detecção dos eventos é alterada

conforme a razão de aquecimento, no entanto todos os eventos se fizeram

presentes nas razões de aquecimento estudadas e, que os eventos tendem a ser

deslocados para temperaturas superiores, conforme o aumento da razão de

aquecimento.

71

Sovizi e Hosseini (2013) obtiveram resultados semelhantes ao estudarem o

comportamento térmico e a cinética de decomposição para os fármacos cetirizina e

sinvastatina, onde em altas razões de aquecimento ambos os eventos de fusão e

decomposição foram deslocados para temperaturas mais elevadas. O deslocamento

dos eventos para altas temperaturas ocorre devido à redução da eficiência de

transferência de calor em altas razões de aquecimento quando comparado a baixas

razões de aquecimento (IDRIS et al., 2010).

Tabela 8 – Dados de Tonset, Tendset, ∆H e ∆T (Tonset - Tendset) para os eventos da rifampicina e suas atribuições para cada β

β (°C.min-1) Eventos Tonset Tpico Tendset ∆T

Energia

(J/g) Atribuição

2,5

1 176 186 194 18 33 Fusão

2 189 195 202 14 30 Recristalização

3 231 244 252 21 197 Decomposição

5

1 177 188 194 18 27 Fusão


3 231 250 260 29 167 Decomposição

10

1 177 191 198 21 35 Fusão


3 242 255 268 26 235 Decomposição

20

1 182 196 204 22 40 Fusão


3 254 264 277 23 178 Decomposição

40

1 187 201 211 24 47 Fusão


3 266 276 290 24 220 Decomposição

Fonte: Autoria Própria

Para análises de DTA verificou-se a existência de similaridade visual com as

curvas DTA e DSC em atmosfera de nitrogênio, com os mesmos eventos térmicos

72

caracterizados em DSC, no entanto o mesmo não ocorreu com a curva DTA em

atmosfera de ar sintético, conforme figura 9.

Figura 9 - Sobreposição das curvas DTA para β de 10°C.min-1, em ar sintético (linha azul), em N2 (linha verde) e DSC (linha vermelha) para rifampicina


Em atmosfera de ar sintético a curva DTA não se apresentou visualmente

semelhante a curva DSC, em atmosfera de nitrogênio, não sendo evidente o evento

endotérmico característico de fusão para o polimorfo II e, se fez presente quatro

eventos exotérmicos, que serão mais bem caracterizados adiante, estes resultados

sugerem um comportamento distinto para a decomposição da rifampicina em ambas

atmosferas.

Os valores de ∆T dos eventos de fusão e recristalização calculados através

do DSC e do DTA em atmosfera de nitrogênio foram graficamente representados em

função das razões de aquecimento estudadas, figura 10. Os dados demonstram que

nas razões estudadas os valores tendem a produzir resultados comparáveis entre as

técnicas térmicas para os eventos de fusão e recristalização da rifampicina.

73

Figura 10 - Comparação do ∆T para etapa de fusão e recristalização em função de β para rifampicina em DSC e DTA, atmosfera de N2


5.1.2.2 Avaliação de curvas DTA, DSC e TG em diferentes atmosferas

Segundo Matos, Mercuri e Barros, 2009, a atmosfera do forno é um dos

fatores instrumentais que podem influenciar o aspecto das curvas TG. O efeito da

atmosfera do forno sobre as curvas TG/DTG depende do tipo de reação, da

natureza dos produtos e do tipo da atmosfera empregada.

Os dados de análise termogravimétrica evidenciados neste estudo foram

realizados em atmosfera de nitrogênio e ar sintético e estão presentes nas figuras 11

e 12, respectivamente.

As curvas TG em atmosfera de nitrogênio, figura 11 (A), evidenciam 4 etapas

de perda de massa, e a curva DSC, 4 eventos térmicos, com perfil semelhante ao do

polimorfo II, caracterizados como desidratação, fusão, recristalização e

decomposição. A amostra apresentou-se termicamente estável por volta de 175°C.

74

Figura 11 - Curvas DSC, TG/DTG e DTA para rifampicina em atmosfera de N2 (A). Tabela com dados da curva TG e DSC (B).

(A)

(B)

ETAPAS Perda de massa

(%) Ti – Tf (°C)

EventoTérmico – DSC

Tonset - Tendset (°C) / ∆H (J.g-1)

1ª 0,37 25 – 100 Desidratadação

2ª 2,20 175 – 226 Fusão (177 – 197 / 34,5)

Recristalização (193 – 205 / 19,6)

3ª 14,15 226 – 266 Decomposição (242 – 267 / 235,3)

4ª 76,82 266 – 900 Decomposição

FONTE: Autoria Própria

A figura 11 (B) apresenta a correspondência entre as perdas de massa e os

eventos térmicos caracterizados em atmosfera de nitrogênio. A primeira etapa de

perda de massa corresponde a 0,37% a qual atribuímos à perda de água e

solventes finalizando em 100°C. A segunda etapa correspondendo a 2,20% de

perda de massa simultânea aos processos de fusão e recristalização caracterizados

por Agrawal e colaboradores (2004). A terceira etapa de perda de massa

75

corresponde a 14,15% sendo caracterizada como decomposição e a quarta e última

que apresenta sucessivas etapas correspondendo a 76,82% também de

decomposição. Ao final do processo de decomposição é formado 6,0% de resíduo

carbonáceo.

Quanto às análises termogravimétricas realizadas em atmosfera de ar

sintético os resultados apresentados na figura 12 (A) evidenciam 4 etapas de perda

de massa. A amostra apresentou-se termicamente estável por volta de 185°C.

Figura 12 - Curvas TG/DTG e DTA para rifampicina em atmosfera de ar sintético e DSC, em atmosfera de N2 (A). Tabela com dados das curvas TG e DTA (B).

(A)

(B)

ETAPAS Perda de

massa (%) Ti - Tf (°C)

Evento

Térmico

(DTA)

Tonset - Tendset

(°C)

Natureza do

evento

1ª 0,34 25 – 100 Desidratação 25 – 100 Endotérmico

2ª 7,38 185 – 230 ? 195 – 220 Exotérmico

3ª 6,80 230 – 258 ? 235 – 275 Exotérmico

4ª 84,6 258– 715 Decomposição 290 – 335 Exotérmico


76

A figura 12 (B) apresenta a correspondência entre as perdas de massa e os

eventos térmicos existentes. A primeira etapa de perda de massa corresponde a

0,34% a qual atribuímos à perda de água e solventes finalizando em 100°C. A

segunda etapa correspondendo a 7,38% de perda de massa que ocorreu simultânea

aos processos de fusão e recristalização quando em atmosfera de nitrogênio, no

entanto o evento de fusão em DSC não foi evidente na curva DTA, sugerindo que

este evento pode não estar presente quando da atmosfera de ar sintético e o evento

simultâneo ao da recristalização na curva DTA apesar de possuir natureza

exotérmica pode não representar àquele processo. Os demais eventos apresentam

natureza exotérmica e perdas de massa respectivas de 6,80% e 84,6%. Ao final da

análise a amostra é completamente carbonizada e nenhum resíduo é formado.

Possivelmente não há correlação de eventos entre as curvas DSC e DTA em

atmosferas distintas quando da análise da rifampicina. É comum encontrarmos na

literatura trabalhos que relacionam curvas DSC em atmosfera de nitrogênio com

curvas TG em atmosfera de ar sintético (WESOLOWSKI; ROJEK, 2013). A falta de

correlação entre estas análises para rifampicina sugere critério na hora de utilizar

curvas TG/DSC para avaliação de compatibilidade fármaco-excipiente.

No que se referem aos resíduos da decomposição, as amostras submetidas à

atmosfera de nitrogênio produziram quantidade menor de resíduo do que aquelas

submetidas à atmosfera de ar sintético, isto se deve ao processo de combustão da

amostra ser favorecido em atmosfera de ar sintético.

A comparação entre as temperaturas de início do primeiro evento de

decomposição observada para a rifampicina em atmosferas de nitrogênio e ar

sintético, 175°C e 185°C, respectivamente, indica que em atmosfera de ar sintético a

amostra é mais estável quando comparada a atmosfera de nitrogênio. É mais

comum na literatura amostras apresentarem-se termicamente mais estáveis em

atmosferas de nitrogênio, por esta ser considerada uma atmosfera inerte, no

entanto, se a atmosfera contiver o mesmo gás liberado na reação, as reações

reversíveis serão afetadas, podendo ser deslocadas para temperaturas superiores,

em virtude da diminuição da taxa de reação, conforme abordado por Salgado e

colaboradores (2005), no estudo sobre análise térmica do esparfloxacino.

Desta forma, o início da decomposição da rifampicina em atmosfera de ar

sintético para temperaturas maiores, pode sugerir que o primeiro evento desta

decomposição envolva a liberação de CO2, que está presente na composição da

77

atmosfera de ar sintético e, cuja liberação pode ocorre a partir da decomposição de

ésteres de alquila presentes na estrutura química da mesma. Resultado semelhante

foi inferido por Hefcyc e colaboradores (2011), quando analisaram a decomposição

de azo-peróxiésteres, compostos que apresentam semelhança estrutural com

grupos presentes na estrutura química da rifampicina.

No entanto as sugestões acima necessitam ser mais bem caracterizadas, se

possível utilizando TG acoplado a outra técnica não térmica, tal como CG, FTIR ou

MS para detecção dos compostos voláteis liberados durante a decomposição da

rifampicina.

A sobreposição dos eventos de fusão e recristalização a etapa de perda de

massa em ambas as atmosfera de nitrogênio e ar sintético, intrigou-nos a questionar

se realmente estaria havendo recristalização ou se a decomposição estaria

ocorrendo concomitantemente à existência destes eventos.

5.1.2.3 Contribuições ao entendimento do comportamento térmico da rifampicina em

diferentes atmosferas

Agrawal e colaboradores (2004) sugeriram, a partir de estudos HSM, em

atmosfera de nitrogênio, que o processo de recristalização estaria ocorrendo devido

ao enegrecimento de pontos escuros nas bordas dos cristais de rifampicina onde

estaria se dando a fusão, bem como devido a não liberação de gases durante esta

etapa do processo.

Sosa e colaboradores (2005), também descrevem que pelas curvas de DSC

de ambas as formas polimórficas da rifampicina, é possível estabelecer uma relação

termodinâmica entre os polimorfos, ou seja, a formação da rifampicina-forma I,

depois do aquecimento da rifampicina-forma II, em um processo irreversível.

Ibiapina (2013) sugeriu que o processo de recristalização em atmosfera de

nitrogênio, utilizando análises isotérmicas e DRX das amostras, era evidente nas

temperaturas de 190°C e 200°C.

A partir da análise de imagens DSC-Fotovisual, em atmosfera de nitrogênio,

figura 13, verificou-se que a etapa de fusão não foi visível, diferindo dos dados DTA

e DSC nesta atmosfera. Observou-se também que a amostra apresentou

enegrecimento, oxidação, durante as etapas de aquecimento desde a temperatura

de 179°C e, que a partir de 198°C, perda de massa foi visualizada sem formação de

78

gases a qual foi visualmente detectada a partir de 350°C. O enegrecimento da

amostra durante aquecimento pode indicar ocorrência de eventos térmicos

característicos de decomposição, durante as etapas de fusão e recristalização do

polimorfo I em DSC, e a liberação de gases a possibilidade de decomposição da

amostra com formação de dióxido de carbono, no entanto seria necessária uma

abordagem analítica para verificar a possibilidade ou não de recristalização da

amostra.

Figura 13 - Imagens DSC – Fotovisual para rifampicina com identificação das temperaturas de captura das imagens.


No entanto, não há evidências a cerca do que poderia estar ocorrendo

quando do aquecimento em atmosfera de ar sintético.

A associação de técnicas térmicas com outras técnicas semelhantes à

cromatografia líquida de alta eficiência e ao infravermelho tem demonstrado

eficiência e rapidez para identificar e quantificar produtos de decomposição, como

demonstram os trabalhos de Conceição (2005) avaliando-se a formação do acido

aspártico a fenilalanina por HPLC e de Lin e Wang (2012) com a avaliação de alguns

dipeptídeos por FTIR, dentre outros.

198 °C 179 °C

244 °C

79

Pelizza e colaboradores (1977) caracterizaram as posições das bandas no

espectro IV para Rifampicina.

Alves e colaboradores (2007) em seu trabalho utilizou análise FTIR, e indicou

que a decomposição térmica da rifampicina poderia está ocorrendo simultaneamente

à recristalização, quando em atmosfera de ar sintético, em virtude da temperatura de

recristalização apresentada pelo polimorfo II ser inferior a temperatura de

decomposição do polimorfo I, sugerindo que um polimorfo estaria se convertendo no

outro antes da decomposição.

Os dados de espectroscopia no infravermelho são bastante complexos,

envolvendo grande número de variáveis. A figura 14 apresenta os espectros

vibracionais obtidos para rifampicina (ambiente, 185°C, 190°C, 195°C, 210°C e

250°C), evidenciando a existência de alterações vibracionais para rifampicina desde

a temperatura de 185°C, que representa o pico de fusão na curva DSC para a

respectiva substância.

Figura 14 - Espectro IV para rifampicina a temperatura ambiente, e intermediários do processo de decomposição as temperaturas de 185, 190, 195, 210 e 250 °C


Agrawal e colaboradores (2004) utilizaram de algumas bandas de espectros

IV para diferenciação entre polimorfos da rifampicina Forma I e Forma II, vibrações

para carbonila (1644 – 1734 cm-1) de furanona, grupo acetil, bem como N-CH3

(2877 – 2878 cm-1). Os dados espectrais obtidos nas temperaturas analisadas

80

demonstraram que não foram observadas alterações no espectro vibracional para

grupo N-CH3, no entanto observou-se para carbonila de grupo furanona e acetil.

Em virtude do grande número de dados do espectro IV, e visando não fazer

subestimativas sobre o comportamento das amostras pela análise de alguns poucos

grupos vibracionais decidimos utilizar da ferramenta quimiométrica, Análise de

Componentes Principais, e verificar como seriam agrupadas as amostras, quando

avaliado toda informação espectral.

Com o intuito de avaliar as características de similaridade entre as amostras,

à base fundamental dos tratamentos de dados multivariados o PCA, foi realizado. A

partir do qual se pode retirar o máximo de informação dos dados, convertendo-as

em gráficos que mostram a relação entre as amostras e variáveis, transformando um

conjunto de dados complexos, com muitas dimensões, em um conjunto mais

simples, com menos dimensões.

Na tentativa de aumentar a razão sinal-ruído dos espectros foram testados

vários pré-processamentos, dentre os quais: derivada de primeira ordem com

janelas variando de 3 a 9 pontos, correção de espalhamento de luz (MSC),

centragem na média e variância (STD). Os melhores resultados obtidos durante a

realização dos pré-tratamentos foram aqueles onde se utilizou centragem na média

e MSC.

A PCA mostrou que com dois componentes principais é possível explicar

95,34% dos dados, sendo 79,30% da variância total descrita pelo primeiro

componente principal.

A análise do gráfico de Scores, figura 15, mostra a separação das amostras

em quatro grupos, sendo possível obter uma separação coerente com as

características dos pontos, ou seja, a amostra a temperatura ambiente (25°C) é

discriminada daquelas na faixa de temperatura de 185°C, 190°C e 195°C, bem como

a 210°C e 250°C.

As amostras a 185°C, 190°C e 195°C encontram-se no centro do gráfico

representando grupo intermediário entre a amostra 25°C, 250°C e 210°C. A

diferenciação das amostras a 185°C, 190°C e 195°C da amostra a 250°C pode

refletir alterações moleculares em virtude da formação de produtos de degradação,

em atmosfera de oxigênio, que poderiam não ser percebidos se avaliássemos

apenas visualmente os espectros de infravermelho das amostras, ou se

81

realizássemos apenas a avaliação de alguns grupos vibracionais como já realizado

por outros autores.

Figura 15 - Gráfico CP1 x CP2 de Scores, para temperatura ambiente (25°C) e 185°C, 190°C, 195°C, 210°C e 250°C


A espectroscopia no infravermelho é um ensaio de identificação por

excelência, onde pequenas quantidades de impurezas não afetam significantemente

o espectro, mas alguns fatores como polimorfismo, variação no tamanho e

orientação dos cristais, técnica de trituração e formação de hidratos, podem originar

diferenças (SILVERSTEIN; WEBSTER; KIEMLE, 2006).

Para melhor avaliar a possibilidade de formação de produtos de

decomposição durante o aquecimento da rifampicina, em atmosfera de nitrogênio e

oxigênio, nas temperaturas importantes aos eventos térmicos avaliados (100ºC,

170ºC, 180ºC, 190ºC, 200ºC, 210ºC e 250ºC), realizaram-se análises

cromatográficas das amostras após aquecimento apresentados na figura 16 (A) e

(B).

O método para avaliação cromatográfica de teor e impurezas na matéria-

prima Rifampicina presente na Farmacopeia Americana foi utilizado e apresentou-se

linear, na faixa de 40% – 140% com R2 de 0,9992, ver Apêndice A.

82

Figura 16 - Perfil cromatográfico da rifampicina após aquecimento, em atmosfera de N2 (A) e em atmosfera de ar sintético (B)

(A)

(B)


Rifampicina quinona

83

Após aquecimento da rifampicina conforme figura 16 (A) e (B) observa-se a

alteração do perfil cromatográfico a partir da temperatura de 170°C que se torna

bem evidente a 190°C em ambas as atmosferas. Em atmosfera de nitrogênio ocorre

fenômeno de co-eluição de pico cromatográfico por volta de 4,2 - 4,5 min, se

fazendo presente até a temperatura de 210°C. Em atmosfera de oxigênio ocorre

fenômeno de co-eluição por volta de 3,0 min e 3,5 min, bem como formação de

picos antes não detectados a temperatura ambiente em 7,8 min. Em ambas as

atmosferas, em 7,4 min, são identificados picos para rifampicina quinona, cuja

intensidade diminui ao longo das amostras aquecidas.

Estes resultados sugerem decomposição da amostra durante aquecimento

nas temperaturas indicadas. No entanto, devido à presença de algumas impurezas

na amostra inicial, a decomposição de picos visualizada poderia estar ocorrendo em

virtude das impurezas presentes e não da rifampicina. Para clarificar o

comportamento do teor da rifampicina após aquecimento a quantificação da mesma

se fez necessária e os dados estão apresentados na figura 17.

Figura 17 - Quantificação por CLAE da rifampicina após aquecimento


Quanto ao teor de rifampicina a figura 17 demonstra que o aquecimento das

amostras, em ambas as atmosferas, é seguido de perda gradativa do teor de

rifampicina. Em atmosfera de nitrogênio esta perda é significativa entre as

84

temperaturas de 180°C e 190°C. Esta faixa de temperatura corresponde ao evento

caracterizado como fusão em DSC.

Em virtude da avaliação do perfil cromatográfico a estas temperaturas e perda

de massa observada sugere-se que o processo de fusão é concomitante a

decomposição da amostra.

Em atmosfera de ar sintético houve significativa redução do teor ao longo do

aquecimento. Perda de teor significativa entre 190°C e 200°C que pode refletir a não

recristalização ao polimorfo I, estando este evento ausente e, representando esta

faixa de temperatura a decomposição da rifampicina.

Em conjunto os resultados TG-DTG, DTA, DSC-Fotovisual, CLAE-DAD, para

atmosfera de ar sintético conclui-se que a rifampicina não sofre fusão, passando

diretamente para oxidação da molécula que leva a sua decomposição em várias

etapas, com perda de massa e formação de intermediários. Possivelmente não há

recristalização da mesma ao polimorfo I. Podendo assim caracterizar os eventos

exotérmicos em DTA a partir de 200°C como referentes ao processo de

decomposição.

Quanto às análises em atmosfera de nitrogênio em conjunto os resultados

TG-DTG, DTA, DSC-Convencional e CLAE, refletem que a decomposição da

rifampicina inicia-se com processo de fusão rápida passando a recristalização e

atingindo seu ápice a 250°C onde praticamente toda a amostra é decomposta.

5.2 CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DOS PRODUTOS DE DECOMPOSIÇÃO:

RIFAMPICINA N-OXIDO; RIFAMPICINA QUINONA E 3-FORMILRIFAMICINA

5.2.1 Rifampicina Quinona

A curva DSC/TG/DTG obtida para rifampicina quinona em atmosfera de

nitrogênio é apresentada na figura 18 (A). A curva DSC mostra um evento

endotérmico com pico largo a 40°C sugerindo ser decorrente da desidratação da

amostra. A decomposição térmica em atmosfera de nitrogênio ocorre em 7 eventos.

A figura 18 (B) apresenta a Tabela correlacionando os eventos térmicos e as perdas

de massa evidenciadas, onde fica evidente que a faixa de temperatura de

decomposição compreende 170°C a 800 °C com 99,8 % de perda de massa e Tpico

DTG = 570°C.

85

Figura 18 - Curvas DSC, TG/DTG e DTA para rifampicina quinona em atmosfera de N2 (A). Tabela com dados DSC e TG (B)

(A)

(B)

ETAPAS Perda de massa (%) Ti – Tf (°C) Evento Térmico– DSC


1ª 1,5 25 – 70 Desidratadação ( 29 – 95 / 139)

2ª 1,7 100 – 150 -

3ª 4,7 170– 209 Decomposição (170 – 205 / 122)

4ª 4,6 209– 234 Decomposição (242 – 292 /103,5)

5ª 28,9 234– 440

6ª 8,0 440– 490 -

7 ª 50,2 490 – 800


A figura 18 (A) mostra também as imagens obtidas em DSC-fotovisual onde é

possível visualizar o comportamento térmico da rifampicina quinona. Verifica-se

perda de massa desde a temperatura de 128 °C, e liberação de gases a partir de

298°C, confirmando a hipótese de decomposição na faixa de temperatura citada.

Em atmosfera de ar sintético a curva DSC e TG/DTG obtida para rifampicina

quinona é apresentada na figura 19. A curva DTA, em atmosfera de ar sintético,

36°C

128°C

250°C

86

apresenta comportamento semelhante a curva DSC em atmosfera de nitrogênio. A

curva DTA mostra um evento endotérmico com pico largo a 40,0°C sugerido ser

decorrente da desidratação da amostra. A decomposição térmica em atmosfera de

ar sintético ocorre em 7 eventos.

Figura 19 - Curvas DSC, TG/DTG, DTA para rifampicina quinona em atmosfera de ar sintético


A tabela 9 apresenta a Tabela correlacionando os eventos térmicos e as

perdas de massa evidenciadas, onde fica evidente que a faixa de temperatura de

decomposição compreende 120°C a 653°C com 100% de perda de massa e Tpico

DTG = 510°C.

Por fim verifica-se que em atmosfera de nitrogênio a substância apresenta

curva TG de decomposição deslocada para direita refletindo maior estabilidade

nesta atmosfera quando comparada aquela de ar sintético.

87

Tabela 9 - Tabela com dados DTA e TG, para Rifampicina quinona, em atmosfera de

ar sintético

ETAPAS Perda de massa

(%) Ti – Tp (°C)

Evento Térmico – DTA

Tonset - Tendset(°C) / ∆H (J.g-1)

1ª 2,0 25 – 70 Desidratadação (25 – 68 / 51,3)

2ª 1,5 100 – 150 -

3ª 3,9 150– 202 Decomposição (153,6 – 181,0/ 305,1)

4ª 19,8 202 – 315 Decomposição (227,5 –278,1 / 129,5)

5ª 25,8 315 – 439 Decomposição (286,5 – 407,9/1320 )

6ª 8,7 439 – 471 Decomposição (465,2 – 575,91 /781,0)

7ª 38,3 471 – 653


5.2.2 Rifampicina N-óxido

A curva TG/DTA obtida para rifampicina N-óxido em atmosfera de ar sintético

e a curva DSC em atmosfera de nitrogênio são apresentadas na figura 20.

Figura 20 - Curvas DSC, em atmosfera de N2, TG/DTG e DTA, em atmosfera de ar sintético, para rifampicina N-óxido


128°C

250 °C

88

A curva DSC mostra um evento endotérmico com pico largo a 47°C, seguido

de perda de massa conforme curva TG sugerido ser decorrente da desidratação da

amostra. A decomposição térmica em atmosfera de nitrogênio ocorre em 9 eventos.

A faixa de temperatura de decomposição compreende 133°C a 615 °C com 96,1 %

de perda de massa e Tpico DTG = 210°C.

A curva DTA, em atmosfera de ar sintético, apresenta comportamento

semelhante a curva DSC em atmosfera de nitrogênio, apresentando 4 eventos

térmicos, conforme figura 20 e os dados para os eventos térmicos das curvas TG e

DSC estão apresentados na tabela 10.

Tabela 10 - Dados DTA, em atmosfera de N2, TG/DTG, em atmosfera de ar sintético, para rifampicina N-óxido ETAPAS Perda de

massa (%)

Ti – Tf

(°C)

Evento Térmico – DSC


1ª 5,8 25 – 70 Desidratação (49,7 – 105,5/ 75,6)

2ª 4,3 133 – 204 Transição sólido-líquido (147,84 – 177,84)

3ª 6,5 204 – 217 Decomposição (203,5 –219,2 / 84,8)

4ª 14,2 217 – 299 Decomposição (229,1 –281,2 / 66,4)

5ª 27,4 299 – 413 -

6ª 4,3 413 – 422 -

7ª 10,9 422 – 455 -

8 ª 4,7 455 – 462 -

9 ª 18,0 462 – 615 -


A figura 21 mostra as imagens obtidas em DSC-fotovisual, em atmosfera de

nitrogênio, onde é possível visualizar o comportamento térmico da rifampicina N-

óxido. Verifica-se perda de massa desde a temperatura de 155 °C seguida por

escurecimento da amostra e fusão, sugerindo decomposição com fusão dos

produtos de degradação formados confirmando a hipótese de decomposição na

faixa de temperatura citada.

89

Figura 21 - Imagens DSC-Fotovisual, para rifampicina N-óxido, em atmosfera de nitrogênio


5.2.3 3-Formilrifamicina

A curva TG/DTA obtida para 3-formilrifamicina em atmosfera de ar sintético e

a curva DSC em atmosfera de nitrogênio são apresentadas na figura 22. As curvas

DSC e DTA não apresentaram correlação visual nas distintas atmosferas.

Figura 22 - Curvas TG/DTG e DTA para 3-formilrifamicina, em atmosfera de ar sintético, e curva DSC, em atmosfera de N2


73°C

180°C 218°C 260°C

25°C 74°C 156°C

90

Para curva DSC observou-se a existência de três eventos endotérmicos e um

evento exotérmico.O primeiro evento endotérmico com Tonset de 27 °C e ∆H de 22,4

J/g, que sugerimos tratar-se de desidratação, um segundo evento endotérmico com

Tonset de 140 °C e ∆H de 23,8 J/g, um terceiro evento endotérmico com Tonset de

225,3 °C e ∆H de 8,2 J/g e, por fim, um evento exotérmico com Ti de 275°C cuja

Tonset não pode ser definida em virtude do evento não ser finalizado na faixa de

trabalho contemplada na análise.

Para curva DTA observou-se a existência de 4 eventos exotérmicos

principais, conforme tabela 11.

Tabela 11 - Dados DTA, atmosfera de N2, e TG/DTG, em atmosfera de ar sintético, para 3-formilrifamicina ETAPAS Perda de

massa (%)

Ti – Tf (°C) Evento Térmico – DTA


1ª 0,9 25 – 97 -

2ª 6,6 97 – 239 Decomposição (147 – 192 / 2,94)

3ª 5,6 239 – 271 Decomposição (215 – 262 / 48,0)

4ª 19,2 271 – 368 Decomposição (277 – 368 / 439,0)

5ª 6,1 368 – 403 Decomposição (443 – 743 / 9550,0)

6ª 50,7 403 – 508 -

7ª 7,1 508 – 571 -

8 ª 1,8 571 – 748 -


A tabela 11 apresenta as correlações entre os eventos de perda de massa

nas curvas TG e os eventos observados nas curvas DTA. Observamos que há perda

de massa gradual desde o início da análise até a temperatura de 97 °C

possivelmente decorrente de desidratação da amostra. Em se tratando das curvas

TG e DTA em atmosfera de ar sintético é observado a existência de 7 eventos de

perda de massa. A faixa de temperatura de decomposição compreende 97 °C a

748°C com 97 % de perda de massa e pico máximo de decomposição a Tpico DTG =

491°C, e resíduo de 3%, sugere-se que a amostra em atmosfera de ar sintético não

sofra fusão e se decomponha continuamente.

A curva DSC apresenta a existência de eventos endotérmicos e exotérmicos

que, juntamente com as imagens DSC-Fotovisual apresentadas na figura 23,

91

ajudaram-nos a caracterizar o processo de decomposição. Na faixa de temperatura

do primeiro evento endotérmico (140 – 208°C) verificamos pelas imagens DSC fusão

de parte dos cristais bem como significativa perda de massa visual, que se inicia

com o escurecimento da amostra a 131°C, seguida de formação de produtos de

decomposição no estado líquido a 191°C, cuja decomposição prossegue nas demais

etapas com perda de massa concomitante a eventos exotérmicos.

Figura 23 - Imagens DSC-Fotovisual, para 3-formilrifamicina, em atmosfera de N2


5.3 ESTUDOS CINÉTICOS NÃO ISOTÉRMICOS

No estudo cinético não isotérmico da decomposição da rifampicina e seus

principais produtos de degradação: rifampicina quinona, rifamicina n-óxido e 3-

formilrifamicina, foi empregado o método isoconversional através a equação de

Ozawa e para rifampicina em atmosfera de ar sintético, o método fitting usando os

modelos propostos por Coats-Redfern (CR) (Coats; Redfern, 1964); Madhusudanan

(MD) (Madhusudanan; Krishnan; Ninan, 1993), Horowitz-Metzger (HM) (Horowitz;

38 °C 131 °C 163°C

191°C

38 °C 131 °C 163°C

191°C 276°C

92

Metzger, 1963) e Van Krevelen (VK) (Van Krevelen; Van Heerden; Hutjens, 1951)

para a avaliação dos parâmetros cinéticos (LI, et al, 2009).

5.3.1 Estudo Cinético para Rifampicina

Segundo Matos e colaboradores (2000), na termogravimetria, a razão de

aquecimento pode deslocar os eventos, para temperaturas maiores ou menores,

bem como influenciar no número de etapas de decomposição térmica, causar

variações nos valores de perda de massa, induzindo a erros. Dessa forma, no

estudo do comportamento térmico de uma determinada espécie, é aconselhável que

sejam investigadas diferentes razões de aquecimento.

A sobreposição das curvas TG e DTG, para rifampicina, nas razões de

aquecimento estudadas, em atmosfera de nitrogênio e ar sintético, estão

apresentadas na figura 24.

Figura 24 - Sobreposição de curvas TG e DTG em β de 2,5; 5; 7,5 e 10°C.min-1, em atmosfera de N2 (A) e ar sintético (B). (A) (B)


A curva DTG e TG, figura 24 (A e B), revelam que a rifampicina apresenta

dois eventos iniciais de decomposição simultâneos em ambas as atmosferas

analisadas. Para atmosfera de ar sintético o segundo evento apresenta maior

intensidade, enquanto que em atmosfera de nitrogênio o primeiro evento é que se

apresenta mais proeminente. Também podemos visualizar que em razões de

93

aquecimento maiores os eventos térmicos foram deslocados para maiores

temperaturas.

De forma semelhante, Carvalheiro e colaboradores (1995), ao estudar o

comportamento térmico do oxalato de cálcio sobre diferentes condições

experimentais, verificaram que o aumento da razão de aquecimento, deslocava os

eventos para temperaturas superiores.

Para determinação dos parâmetros cinéticos, associados à primeira etapa de

decomposição para rifampicina, foram selecionados intervalos de temperatura em

três diferentes razões de aquecimento como mostrado na tabela 12, sendo estes

referentes ao primeiro evento térmico, em atmosfera de ar sintético e nitrogênio,

observado nas curvas TG da amostra.

Quando avaliada a perda de massa em função da razão de aquecimento, em

ambas as atmosferas, pode-se visualizar, a partir da tabela 12, que independente da

atmosfera analisada a perda de massa, para o mesmo evento térmico é maior com a

diminuição da razão de aquecimento o que pode ser explicado pelo aumento do

tempo de exposição da massa da amostra ao calor.

Tabela 12 – Razão de aquecimento (β), intervalo de temperatura (Ti e Tf), temperatura de pico da DTG (Tp) e perda de massa (∆m), obtidos das curvas TG para etapa de perda de massa da rifampicina, para o cálculo dos parâmetros cinéticos. Atmosfera β (°C.min-1) Ti (°C) Tf (°C) Tp (°C) ∆m (%)

Nitrogênio

2,5 176,9 213,7 197,7 4,3

5 177,7 214,3 205,6 2,1

10 180,1 215,1 206,4 0,9

Ar

Sintético

2,5 176,1 226,5 202,8 9,6

5 176,7 226,6 202,9 9,6

10 180,7 227,8 214,0 6,9


5.3.1.1 Determinação dos parâmetros cinéticos pelo método de Ozawa

Para aplicar o método de Ozawa foram selecionadas 5 frações de

decomposição, entre 0,1 <α < 0,9.

94

As figuras 25 e 26 apresentam os gráficos que correlacionam o logaritmo da

razão de aquecimento (Log β) versus o inverso da temperatura absoluta (1/T) (K-1), a

partir do qual obtemos a energia de ativação (Ea) e o gráfico que correlaciona massa

residual da amostra pelo tempo reduzido em minutos, a partir do qual obtemos o

fator de frequência (A) e a ordem de reação (n) (KOGA, 2013), para primeira etapa

de decomposição da rifampicina, em atmosfera de ar sintético e nitrogênio,

respectivamente.

Para aplicação do método de OZAWA, pelo menos três razões de

aquecimento necessitam ser utilizadas para cálculo dos parâmetros cinéticos.

Abordagem semelhante foi utilizada por Santos e colaboradores (2011), ao

caracterizar metformina.

Para atmosfera de ar sintético o método de OZAWA forneceu valor de energia

de ativação de 156,89 ± 20,8 kJ/mol, ordem de reação igual a 1 e fator de frequência

de 5,03 x 1016. Alves e colaboradores (2010), utilizando outro conjunto de razões de

aquecimento, obtiveram resultados onde a energia de ativação calculada foi de

123kJ/mol, o fator de frequência de 3,50 x 1012, para rifampicina polimorfo II.

Para atmosfera de nitrogênio, não há relatos na literatura de estudos cinéticos

para rifampicina, em nenhuma de suas formas polimórficas, sendo estes resultados

inéditos. Foi observado que o primeiro evento térmico em atmosfera de nitrogênio

apresenta energia de ativação de 102,83 ± 11,29 kJ/mol, ordem de reação próximo a

1 e fator de frequência de 1,79 x 1010.

A cinética de primeira ordem pode ser observada quando a degradação do

fármaco é diretamente proporcional à concentração remanescente com relação ao

tempo.

Intrigantemente, a rifampicina apresentou valor de Ea levemente menor em

atmosfera de nitrogênio (102,83 kJ/mol) quando comparada a atmosfera de ar

sintético (156,89 kJ/mol). Comportamento semelhante foi verificado por Zhao e

colaboradores (2012), ao estudar cinética de decomposição da cefuroxima lisina,

que apresentou um leve aumento na Ea para atmosfera de ar sintético, sugerindo o

armazenamento da mesma na ausência de oxigênio.

95

Figura 25 - Curvas de Log β em função do K-1 (A) e gráfico da função G(X) do inverso da temperatura (B) obtidos a partir das curvas TG para Rifampicina em atmosfera dinâmica de ar sintético para β de 2,5; 5 e 10°C.min-1 (A)

(B)


96

Figura 26 - Curvas de Log β em função de K-1 (A) e gráfico da função G(X) do inverso da temperatura (B) obtidos a partir das curvas TG para Rifampicina em atmosfera dinâmica de N2 para β de 2,5; 5 e 10°C.min-1

(A)

(B)


97

5.3.1.2 Determinação dos parâmetros cinéticos pelos métodos de CR, MD, VK e

HM

Os parâmetros cinéticos determinados pelo método fitting através dos

modelos cinéticos propostos por Coats-Redfern (CR); Madhusudanan (MD); Van

Krevelen (VK) e Horowitz- Metzger foram: ordem de reação (n), energia de ativação

aparente (E) e fator pré-exponencial (A) foram obtidos, tratados e apresentados na

figura 24 (A), para curvas TG dinâmicas em atmosfera de ar sintético e figura 24 (B),

para curvas TG dinâmicas em atmosfera de nitrogênio, para rifampicina.

Estes métodos são baseados em uma única razão de aquecimento para

calculo de parâmetros cinéticos, no entanto, de acordo com Conceição e

colaboradores (2007), estes métodos matemáticos possuem certo grau de

imprecisão, que podem influenciar na precisão dos resultados. Portanto, devem ser

usados com cuidado. Uma possível forma de evitar falsos parâmetros cinéticos é

investigar o processo em diferentes taxas de aquecimento ou utilizar pelo menos

três métodos diferentes. Se os parâmetros cinéticos estimados estiverem de acordo

uns com os outros, a cinética pode ser considerada confiável.

Abordagem semelhante utilizando-se de três razões de aquecimento para

avaliação do estudo cinético a partir de equações de fitting utilizadas neste trabalho

foi realizado por Silva e colaboradores (2005), quando avaliaram a cinética de

degradação da bixina.

Os parâmetros cinéticos obtidos pelos métodos fitting, conforme tabela 13 e

14, utilizados neste trabalho apresentaram sempre valores de coeficiente de

correlação bastante próximos de 1,0.

Para atmosfera de ar sintético, figura 27, o valor médio da Ea calculado pelo

método de CR e MD foram 271,3 ± 56,9 e 272,99 ± 53,36 kJ mol-1 e fator pré-

exponencial médio (A) 1,4.1034 e 5,3.1033 s-1, respectivamente. O valor médio da Ea

calculado pelo método de HM e VK foram 280,4 ± 42,4 e 273,2 ± 42,0 kJ mol-1 e

fator pré-exponencial (A) 3,0.1032 e 1,38.1036 s-1, respectivamente. A ordem de

reação (n) próximo a 1 em todos os métodos de análise.

98

Figura 27 – Parâmetros cinéticos calculados: energia de ativação (A), ordem de reação (B) e fator de frequência (C), para a etapa de perda de massa da rifampicina, sob ar sintético, em diferentes razões de aquecimento

(A) (B)

(C)


Tabela 13 – Valores de coeficiente de correlação obtidos após aplicação dos modelos Coats-Redfern (CR); Madhusudanan (MD); Van Krevelen (VK) e Horowitz- Metzger para curvas TG dinâmicas da rifampicina, em atmosfera de ar, nas β de 2,5; 5; 7,5 e 10 °C.min-1

MÉTODO CR MD HM VK

2,5 1,0042 1,0051 0,9708 0,9990

5 0,9974 0,9978 1,0260 0,9984

7,5 0,9968 0,9968 1,0474 0,9981

10 0,9989 0,9989 0,9902 0,9989


99

Figura 28 – Parâmetros cinéticos calculados: energia de ativação (A), ordem de reação (B) e fator de frequência (C). para a etapa de perda de massa da rifampicina, sob N2, em diferentes razões de aquecimento (A) (B)

(C)

Fonte: Autoria Própria Tabela 14 – Valores de coeficiente de correlação obtidos após aplicação dos modelos Coats-Redfern (CR); Madhusudanan (MD); Van Krevelen (VK) e Horowitz- Metzger para curvas TG dinâmicas da rifampicina, em atmosfera de N2 nas β de 2,5; 5; 7,5 e 10°C.min-1

MÉTODO CR MD HM VK

2,5 0,9966 0,9966 1,0002 0,9951

5 0,9852 0,9854 1,0336 0,9870

7,5 0,9791 0,9791 0,9153 0,9812

10 0,9780 0,9782 0,9986 0,9802


100

Para atmosfera de nitrogênio, figura 28, o valor médio da Ea calculado pelo

método de CR e MD foram 228,2 ± 50,8 e 229,9 ± 57,0 kJ mol-1 e fator pré-

exponencial médio (A) 3,7.1029 e 1,5.1030 s-1, respectivamente. O valor médio da Ea

calculado pelo método de HM e VK foram 235,8 ± 61,7 e 249,7 ± 55,3 kJ mol-1 e

fator pré-exponencial (A) 9,1.1036 e 1,5.1031 s-1, respectivamente. A ordem de reação

(n) próximo a 1 em todos os métodos de análise.

Em se tratando de energia de ativação pode-se observar que os valores

calculados entre os métodos de fitting e o método de OZAWA, apresentaram-se

praticamente duplicados, no entanto, assim como para o método de OZAWA, os

resultados mostraram a partir dos métodos de fitting utilizados, que os valores de

energia de ativação calculados, quando considerado os desvios, apresentaram-se,

em ambas as atmosferas, valores semelhantes, indicando que estabilidade para

rifampicina é equivalente em ambas às atmosferas, levando-se em conta sua Ea.

Com relação ao cálculo da ordem de reação, figura 27(C) e figura 28(C),

ambas as abordagens levaram a valor de cinética de ordem 1.

Em se tratando de fator de frequência, figura 27(B) e figura 28(B), foram

observados valores pouco homogêneos entre os modelos matemáticos, além de que

os resultados obtidos pelos métodos de fitting chegaram a valores bem superiores

daqueles calculados pelo método de OZAWA. Variações semelhantes, nos valores

de fator de frequência, foram encontradas por Aragão, Barbosa-Filho e Macêdo

(2001) ao caracterizarem termicamente a warfteína.

Observa-se na figura 28(A) que a Energia de ativação (Ea) obtida pelos

métodos integrais (CR e MD) apresenta valores próximos entre si. O mesmo fato

aconteceu com a Ea obtida pelos métodos de aproximação (HM e VK). Sugere-se

que este fato esteja relacionado com os diferentes tipos de tratamento matemático

pelo qual as equações de cada método passam para serem resolvidas.

Tita, Fulias e Tita (2011), ao estudar a estabilidade térmica do cetoprofeno

substância ativa e comprimido, a partir de diferentes razões de aquecimento,

também obtiveram resultados de Ea com valores próximos entre si quando obtidos

através dos métodos integrais (CR e MD).

101

5.3.2 Estudo Cinético para Rifampicina N-óxido, Rifampicina Quinona e 3-

Formilrifamicina

A sobreposição das curvas TG e DTG para rifampicina N-óxido, rifampicina

quinona e 3-formilrifamicina, nas razões de aquecimentos estudadas, em atmosfera

de ar sintético, estão apresentadas na figura 29.

Figura 29 - Sobreposição de curvas TG e DTG em β de 2,5; 5 e 10°C.min-1, em atmosfera de ar sintético, para rifampicina quinona (A), rifampicina N-óxido (B) e 3-formilrifamicina (C).


Para determinação dos parâmetros cinéticos, foi selecionado intervalo de

temperatura compreendendo à primeira etapa decomposição para cada uma das

substâncias, em três diferentes razões de aquecimento como mostrado na tabela 15

em atmosfera de ar sintético, observado nas curvas TG da amostra.

102

Tabela 15 – Razão de aquecimento (β), intervalo de temperatura (Ti e Tf), temperatura de pico da DTG (Tp) e perda de massa (∆m) obtidos das curvas TG da primeira etapa de perda de massa referente a decomposição da rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina, sob atmosfera de ar sintético, para o cálculo dos parâmetros cinéticos

Substância β (°C.min-1) Ti (°C) Tf (°C) Tp (°C) ∆m (%)

Rifampicina

quinona

2,5 80,8 155,9 122,6 1,5

5 81,0 160,5 128,5 1,3

10 86,9 165,3 135,9 1,7

Rifampicina

N-óxido

2,5 138,6 191,6 161,9 4,4

5 142,7 194,3 173,4 3,8

10 153,5 200,83 175,50 3,6

3-formil

rifamicina

2,5 143,9 216,5 168,6 5,8

5 155,3 231,6 174,9 6,3

10 156,5 236,3 194,9 5,7

Fonte: Autoria própria 5.3.2.1 Determinação dos parâmetros cinéticos pelo método de Ozawa

Para aplicar o método de OZAWA foram selecionadas 5 frações de

decomposição, entre 0,1 <α < 0,9.

As figuras 30, 31 e 32 apresentam os gráficos para rifampicina quinona,

rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina, respectivamente, que correlacionam o

logaritmo da razão de aquecimento (Log β) versus o inverso da temperatura

absoluta (1/T) (K-1), a partir do qual obtemos a energia de ativação (Ea) e o gráfico

que correlaciona massa residual da amostra pelo tempo reduzido em minutos, a

partir do qual obtemos o fator de frequência (A) e a ordem de reação (n) (KOGA,

2013), para primeira etapa de decomposição de cada uma das substâncias, em

atmosfera de ar sintético.

Para atmosfera de ar sintético o método de OZAWA forneceu de ordem de

reação igual a 1 para o primeiro evento de decomposição avaliado para rifampicina

quinona, rifampicina n-óxido e 3-formilrifamicina. Em se tratando de energia de

ativação, obtivemos os valores de 133,95 ± 6,4 kJ.mol-1, 185,6 ± 11,3 kJ.mol-1 e

136,8 ± 5,4 kJ.mol-1 , respectivamente. Apresentando, portanto a rifampicina n-óxido

a maior barreira energética a ser vencida a decomposição.

103

Figura 30 - Curvas de Log β em função de (K-1) (A) e gráfico da função G(X) do inverso da temperatura (B) obtidos a partir das curvas TG para rifampicina quinona, em atmosfera dinâmica de ar sintético, para β de 2,5; 5 e 10°C.min-1 (A) (B) Fonte: Autoria própria

TEMPO REDUZIDO (min)

Ea: 133,95 kJ/mol 32,00 kcal/mol

n: 1.0

A: 1,228 x 1017 min-1

104

Figura 31 - Curvas de Log β em função de K-1 (A) e gráfico da função G(X) do inverso da temperatura (B) obtidos a partir das curvas TG para rifampicina N-óxido, em atmosfera dinâmica de ar sintético, para β de 2,5; 5 e 10°C.min-1 (A) (B) Fonte: Autoria própria


n: 1,0

A: 8,932 x 1020 min–1


105

Figura 32 - Curvas de Log β em função de K-1 (A) e gráfico da função G(X) do inverso da temperatura (B) obtidos a partir das curvas TG para 3-formilrifamicina, em atmosfera dinâmica de ar sintético, para β de 2,5; 5 e 10°C.min-1 (A)

(B)



n: 1,0

A: 2,013 x 1014 min-1


106

Avaliando-se a estabilidade térmica a partir dos valores de Ea podemos inferir

que a estabilidade entre as substâncias segue a seguinte ordem: rifampicina N-óxido

> 3-formilrifamicina > rifampicina quinona. Sugere-se, portanto que a presença de

grupos carbonila, nos anéis da rifampicina quinona, promovem uma diminuição da

estabilidade da mesma quando comparada as demais substâncias.

5.3.2.2 Determinação dos parâmetros cinéticos pelos métodos de CR, MD, VK e

HM

Os parâmetros cinéticos determinados pelo método fitting através dos

modelos cinéticos propostos por Coats-Redfern (CR); Madhusudanan (MD); Van

Krevelen (VK) e Horowitz- Metzger foram: ordem de reação (n), energia de ativação

aparente (E) e fator pré-exponencial (A) foram obtidos e tratados e apresentados na

figura 33, 34 e 35, para curvas TG dinâmicas em atmosfera de ar sintético.

Os parâmetros cinéticos obtidos pelos métodos fitting, conforme tabelas 16,

17 e 18, utilizados neste trabalho apresentaram sempre valores de coeficiente de

correlação bastante próximos de 1,0.

Para rifampicina quinona, em atmosfera de ar sintético, figura 33, o valor

médio da Ea calculado pelo método de CR e MD foram 73,6 ± 7,5 e

78,6 ± 10,8 kJ.mol-1, respectivamente. O valor médio da Ea calculado pelo método de

HM e VK foram 85,3 ± 8,2 e 80,0 ± 48,20 kJ.mol-1, respectivamente. A ordem de

reação (n) média para todos os modelos flutuou entre 0,6 ± 0,2, com tendência a 1

em todos os métodos de análise.

Para rifampicina N-óxido, em atmosfera de ar sintético, figura 34, o valor

médio da Ea calculado pelo método de CR e MD foram 110,9 ± 18,3 e

112,6 ± 21,2 kJ.mol-1, respectivamente. O valor médio da Ea calculado pelo método

de HM e VK foram 125,2 ± 27,0 e 90,3 ± 26,8 kJ.mol-1, respectivamente. A ordem de

reação (n) média conjunta para todos os modelo flutuou entre 1,01 ± 0,3, próximo a

1 em todos os métodos de análise.

107

Figura 33 – Parâmetros cinéticos calculados: energia de ativação (A), ordem de reação (B) e fator de frequência (C), para a etapa de perda de massa da rifampicina quinona, sob ar sintético, em diferentes razões de aquecimento

(A) (B)

(C)


Tabela 16 – Valores de coeficiente de correlação obtidos após aplicação dos modelos Coats-Redfern (CR); Madhusudanan (MD); Van Krevelen (VK) e Horowitz- Metzger para curvas TG dinâmicas da rifampicina quinona em atmosfera de ar sintético, nas β de 2,5; 5 e 10°C.min-1

MÉTODO CR MD HM VK

2,5 0,9805 0,9803 0,9841 0,9986

5 0,9555 0,9554 0,9627 0,9817

10 0,9784 0,9782 0,9828 0,9836


108

Figura 34 – Parâmetros cinéticos calculados: energia de ativação (A), ordem de reação (B) e fator de frequência (C), para a etapa de perda de massa da rifampicina N-óxido, sob ar sintético, em diferentes razões de aquecimento (A) (B)

(C)

Fonte: Autoria Própria Tabela 17 – Valores de coeficiente de correlação obtidos após aplicação dos modelos Coats-Redfern (CR); Madhusudanan (MD); Van Krevelen (VK) e Horowitz- Metzger para curvas TG dinâmicas da rifampicina N-óxido, em atmosfera de ar sintético, nas β de 2,5; 5 e 10°C.min-1.

MÉTODO CR MD HM VK

2,5 0,9961 0,9958 0,9947 0,9303

5 0,9816 0,9829 0,9794 0,8609

10 0,9919 0,9919 0,9921 1,0207


109

Figura 35 – Parâmetros cinéticos calculados: energia de ativação (A), ordem de reação (B) e fator de frequência (C), para a etapa de perda de massa da rifampicina 3-formilrifamicina, sob ar sintético, em diferentes razões de aquecimento (A) (B)

(C)

Fonte: Autoria Própria Tabela 18 – Valores de coeficiente de correlação obtidos após aplicação dos modelos Coats-Redfern (CR); Madhusudanan (MD); Van Krevelen (VK) e Horowitz- Metzger para curvas TG dinâmicas da 3-formilrifamicina, em atmosfera de ar sintético, nas β de 2,5; 5 e 10°C.min-1

MÉTODO CR MD HM VK

2,5 0,9983 0,9982 0,9976 1,0090

5 0,9981 0,9976 0,9977 0,9852

10 0,9986 0,9998 0,9982 1,0051


110

Para 3-formilrifamicina, em atmosfera de ar sintético, figura 35, o valor médio

da Ea calculado pelo método de CR e MD foram 82,6 ± 3,6 e 82,4 ± 3,7 kJ.mol-1,

respectivamente. O valor médio da Ea calculado pelo método de HM e VK foram

89,1 ± 1,4 e 83,9 ± 5,9 kJ.mol-1, respectivamente. A ordem de reação (n) média

conjunta para todos os modelo flutuou entre 1,01 ± 0,2, próximo a 1 em todos os

métodos de análise.

Observa-se que para todos os métodos estudados os valores de Ea

calculados a partir dos métodos CR e MD foram sempre menores quando

comparados aos métodos HM e VK, resultados semelhantes também foi observado

por Souza e colaboradores (2004) ao estudar o óleo de girassol, os mesmos

concluem que estas diferenças são decorrentes dos artifícios matemáticos utilizados

pelos diferentes métodos.

5.4 COMPARAÇÃO ENTRE O COMPORTAMENTO TÉRMICO E CINÉTICO DA

RIFAMPICINA E SEUS PRINCIPAIS PRODUTOS DE DECOMPOSIÇÃO

A partir da sobreposição das curvas DSC para rifampicina e seus principais

produtos de decomposição, figura 36, observa-se que os eventos de recristalização

para rifampicina e um evento exotérmico para curva da rifampicina N-óxido

apresentam início bastante próximo. Além disso, um evento exotérmico para

rifampicina quinona se sobrepõem a fusão para rifampicina. Por fim, observa-se que

a 3-formilrifamicina apresenta comportamento térmico adverso a das demais

substâncias.

111

Figura 36 – Sobreposição de curvas DSC, em atmosfera de N2, para rifampicina, rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina, para β de 10°C.min-1


Evento característico a rifampicina e as impurezas, rifampicina quinona e

rifampicina N-óxido é aquele caracterizado como evento exotérmico de

decomposição para rifampicina.

Apesar de tratar-se de substâncias distintas, todas apresentam possivelmente

uma mesma rota final química de decomposição, culminando na sobreposição do

evento com Tpico de 250°C, como observado na figura 33. Esta característica pode

ser decorrente da presença da ligação azometina (-N = CH -) nestas substâncias,

cujo evento de quebra de ligação, parece ser de natureza exotérmica, levando a

formação de 1-amino-4-metil-piperazina, figura 34, durante a decomposição das

substâncias. A quebra da ligação azometina é evidenciada em ausências de reações

oxidativas, em meio aquoso, de forma reversível, com formação de 3-formilrifamicina

e 1-amino-4-metil-piperazina (PRANKERD et al.,1992).

112

Figura 37 - Estrutura da Rifampicina. Em destaque, grupo 1-amino-4-metil-piperazina


Quando comparada o perfil de decomposição das substâncias em atmosfera

de ar sintético, a partir de curvas DSC, figura 37, sugere-se que assim como visto

para rifampicina o processo de decomposição logo se inicie com a formação de

produtos de decomposição provenientes do processo de oxidação das substâncias.

Figura 38 – Sobreposição de curvas DTA, em atmosfera de ar sintético, para rifampicina, rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina, para β de 10°C.min-1


113

Para avaliação da estabilidade térmica entre substâncias no estado sólido,

podem-se comparar as temperaturas do início dos eventos de decomposição, bem

como, a comparação dos valores de Ea calculados para um mesmo método cinético.

Estas duas metodologias de avaliação da estabilidade foram utilizadas por Dogãn e

colaboradores (2010) para avaliação da estabilidade de diferentes oligômeros de

azometano com metais complexados.

A partir da análise da figura 39 (A) e (B) observamos que a rifampicina

apresenta-se termicamente mais estável que seus produtos de decomposição e, as

quais apresentam a seguinte ordem de estabilidade, com base na avaliação das

temperaturas de início dos eventos: 3-formilrifamicina > rifampicina N-óxido >

rifampicina quinona.

Segundo recomendações do ICTAC, a principal proposta prática da análise

cinética é a predição das taxas do processo e tempo de vida do material, para tanto

o tripleto cinético (Ea, n e A) deve ser avaliado em conjunto (VYAZOVKIN et al.,

2011).

Figura 39 – Sobreposição de curvas DTG (A) e curvas TG (B) para rifampicina, rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina, em atmosfera de ar sintético, para β de 10°C.min-1 (A) (B)


114

A tabela 19 apresenta os valores de parâmetros cinéticos calculados

utilizando-se o método de OZAWA para rifampicina e os seus principais produtos de

decomposição estudados.

Tabela 19 – Comparação de parâmetros cinéticos calculados pelo método de OZAWA para rifampicina e seus principais produtos de decomposição, a partir de curvas dinâmicas, em atmosfera de ar sintético.

Parâmetros Rifampicina Rifampicina

quinona

Rifampicina

N-óxido

3-formilrifamicina

Ea

(kJ.mol-1) 127,6 133,95 185,58 136,84

N 1,0 1,0 1,0 1,0

A 3,258.1014 1,2.1017 8,932.1020 2,013.1014


Observa-se que quando utilizamos a Ea para avaliação da estabilidade das

substâncias tomando por base, os parâmetros cinéticos calculados através do

método de OZAWA, a ordem de estabilidade é alterada, sendo: rifampicina N-óxido

> 3-formilrifamicina > rifampicina quinona > rifampicina, para atmosfera de ar

sintético. A rifampicina torna-se, portanto, a substância menos estável, apresentando

menor barreira energética a ser vencida para ocorrência do evento de

decomposição.

Tabela 20 – Comparação de valores médios para Ea calculados utilizando-se os métodos de fitting para rifampicina e seus principais produtos de decomposição, a partir de curvas dinâmicas, em atmosfera de ar sintético.

MÉTODOS Rifampicina Rifampicina

quinona

Rifampicina

N-óxido 3-formilrifamicina

Ea (kJ.mol-1)

CR 271,3 73,6 110,9 82,6

MD 273,0 78,6 112,6 82,4

HM 280,4 85,3 125,2 89,1

VK 273,2 80,0 90,3 83,9


115

No entanto quando utilizamos a Ea para avaliação da estabilidade das

substâncias, tabela 20, tomando por base, os parâmetros cinéticos calculados

através dos métodos fitting, a ordem de estabilidade obtida é: rifampicina >

rifampicina N-óxido > 3-formilrifamicina > rifampicina quinona, para atmosfera de ar

sintético. A rifampicina torna-se, portanto, a substância mais estável, apresentando

maior barreira energética a ser vencida para ocorrência do evento de decomposição

quando avaliada através dos métodos fitting ou temperatura de início de evento.

Para todas as substâncias avaliadas neste trabalho os resultados que

apresentam melhor correlação com a curva teórica, tanto para o método de OZAWA,

quanto para os métodos CR, MD, HM e VK, sugerem uma reação de primeira ordem

para o processo de decomposição que, segundo (SAVIO NETO, 2010) indica que a

decomposição das substâncias é diretamente proporcional à concentração

remanescente com relação ao tempo.

116

CONCONCONCONCCCCLUSÃOLUSÃOLUSÃOLUSÃO

117

6 CONCLUSÃO

Neste estudo foram utilizadas técnicas analíticas com a finalidade de contribuir

com a caracterização da rifampicina e seus principais produtos de decomposição no

intuito de aprofundar as informações sobre o comportamento térmico destas

substâncias.

O comportamento térmico foi avaliado por técnicas térmicas tais como, DSC,

DTA, DSC-Fotovisual, TG/DTG e, não térmicas HPLC, IV e DRX aplicados na

caracterização do fármaco – rifampicina corroboraram com a literatura mostrando

que a mesma apresenta um evento de fusão, acompanhada de decomposição de

parte da amostra, seguida de recristalização e decomposição, em atmosfera de

nitrogênio.

Porém o comportamento térmico avaliado por DSC, DTA, DSC-Fotovisual,

TG/DTG e CLAE aplicados na caracterização do fármaco, rifampicina, mostraram

que, em atmosfera de ar sintético, resultados inéditos, a mesma não sofre fusão e se

decompõem continuamente, além de não existir o evento de recristalização.

As técnicas não-térmicas tais como cromatografia líquida e espectroscopia do

infravermelho com auxílio de análise PCA demonstraram que a rifampicina sofreu

estresse térmico até a temperatura avaliada e em 250°C se decompõe por completo

em ambas as atmosferas até esta temperatura.

O estudo cinético de decomposição não isotérmico utilizando os métodos de

fitting avaliou o comportamento térmico cinético em atmosfera de nitrogênio e ar

sintético durante a primeira etapa de decomposição para rifampicina. E os resultados

encontrados para ambos os métodos apresentaram poucas variações entre atmosfera

inerte e oxidante.

O comportamento térmico avaliado por DSC, DTA, DSC-Fotovisual e

TG/DTG, aplicados na caracterização dos produtos de decomposição da rifampicina

(rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina) mostraram que, em

atmosfera de ar sintético, nenhum dos produtos sofre fusão e, que após a perda de

água e solventes o processo de perda de massa tende a ser iniciado, com diferença

entre as temperaturas iniciais para cada substância.

O estudo cinético de decomposição não-isotérmico, utilizando os métodos

isoconversional e fitting , também foi utilizado para avaliar o comportamento térmico

cinético em atmosfera de ar sintético, durante a primeira etapa de decomposição, para

118

rifampicina quinona, rifampicina N-óxido e 3-formilrifamicina. E os resultados

encontrados sugerem cinética de 1 ordem para todas as substâncias.

De modo geral, independente da substância a ser analisada, o método de

OZAWA, apresentou menor variação de energia de ativação, bem como menores

valores de Ea, quando comparado aos valores obtidos pelos demais métodos fitting

utilizados neste trabalho.

A depender do parâmetro utilizado para classificação da estabilidade das

substâncias, seja por temperatura de início do evento, seja por Ea calculada a ordem

crescente de estabilidade das substâncias é alterada.

Desta forma, a análise térmica apresentou-se como uma ferramenta importante

na caracterização de sólidos, contribuindo para o ganho de informação sobre a

estabilidade e comportamento térmico da rifampicina e seus produtos de degradação

frente às condições de armazenamento.

119

REFERÊNCIAS REFERÊNCIAS REFERÊNCIAS REFERÊNCIAS

120

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APENDICESAPENDICESAPENDICESAPENDICES

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APËNDICES A - Cálculo de ajuste do sistema conforme alteração do tamanho da coluna (USP 36)

� Dados do método original: Comprimento da coluna (L1): 100 mm Diâmetro da coluna (d1): 4,6 mm Fluxo da coluna (F1): 1,5 mL.min-1

� Dados do método ajustado

Comprimento da coluna (L2): 150 mm Diâmetro da coluna (d2): 4,6 mm Fluxo da coluna (F2): ?

A alteração no comprimento da coluna deve ser seguida de ajuste do fluxo de fase móvel para que seja mantido o tempo de corrida.

� Calculo:

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APENDICE B - Linearidade para método de quantificação da rifampicina

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE … · Angélica, George, Couras, Thaís) ... Figura 26 - Curvas de Log β em função do K-1 (A) e gráfico da função G(X) do inverso