Referat chimie-fizica - Metode spectrale in infrarosu-aplicatii la medicamen

Referat chimie-fizica - Metode spectrale in infrarosu-aplicatii la medicamente

1

METODE SPECTRALE APLICATE LA MEDICAMENTE

I. Spectrometria de absorbie n IR

Spectroscopia in domeniul infrarosu (IR) este cea mai potrivita metoda de identificare a prezentei gruparilor functionale polare din structura moleculelor compusilor organici.

Domeniul infrarou (IR) al spectrului undelor electromagnetice conine radiaii cu lungimi de und cuprinse ntre 0.8 i 1000m. Domeniul amintit, poate fi divizat la rndul su n trei subdomenii:

apropiat (NIR): 12500 4000 cm-1IR propriu-zis (uzual): 4000 400 cm-1IR ndeprtat (FIR): 400 50 cm-1

Domeniul mediu se mai numete i IR fundamental. Acesta este cel mai bogat n informaii i cel mai accesibil experimental. n vorbirea obinuit este domeniul IR care servete n mod curent att pentru analiza chimic ct i pentru recunoaterea calitativ a combinaiilor anorganice, organice sau naturale dar i n determinri de structur chimic. Domeniul IR apropiat, destul de srac n benzi de absorbie specifice anumitor legturi, are o importan mare tocmai n aplicaii cantitative ale lichidelor. Domeniul IR ndeprtat este nc n studiu.

Radiaia IR poate fi definita ca acea radiaie electromagnetica situata in vecinatatea radiaiei din domeniul vizibil.

Absorbia n IR se datorete interaciunilor dintre radiaia electromagnetic incident i anume componenta electric a acesteia, cu dipolii electrici ai unei molecule. Se admite astzi c energia radiaiilor IR provoac o amplificare a energiei de vibraie a moleculelor datorit faptului c dipolul corespunztor legturii oscileaz cu o frecven apropiat cu cea a componentei electrice amintite. Amintim c ntr-o molecul, n mod natural, atomii componeni execut micri de vibraie de-a lungul legturii n timp ce molecula se rotete. O intensificare a micrii de vibraie duce la o alungire i simultan, la o slbire a legturii dar i la o intensificare a micrii de rotaie. n acest fel se explic de ce, n absena oricrui dipol permanent, nu apare nici un cuplaj cu unda electromagnetic i nu are loc nici o diminuare a intensitii radiaiei IR incidente. Sau, altfel spus, gazele monoatomice (gazele rare) i substanele cu moleculele simetrice (ca de exemplu O2, N2, Cl2), avnd legturi nepolare, sunt perfect transparente la radiaiile din domeniu IR. n moleculele poliatomice posibilitile de apariie ale spectrelor IR sunt mai mari deoarece aici vibraiile asimetrice pot duce, chiar n moleculele nepolare, la apariia unor dipoli electrici, iar posibilitile de apariie ale unor vibraii de deformare (de modificare a unghiurilor dintre legturi n afara celor de alungire) se mresc.

Spectrele de absorbie in infrarosu (spectre IR) sunt spectre de vibraie ale moleculelor.

Un spectru IR este curba de absorbtie de energie radianta (din domemiul IR) de catre moleculele probei, in functie de lungimea de unda sau numarul de unda.

Abscisa unui spectru IR este gradat rareori in lungimi de unda. Cel mai des este gradat liniar in frecvente, exprimate ca numere de unda .

Relatia de transformare a lungimii de unda in numar de unda este:

Exprimat in numere de unda, domeniul IR uzual este situat intre 400 si 4000 cm-1.

Pe ordonata spectrului IR este notata de obicei transmisia procentuala (T %), mai rar absorbtia procentuala (A %), marimi definite prin urmatoarele relatii:

in care Io- intensitatea fluxului luminos initial;

I - intensitatea fluxului luminos final;

Molecula iradiata cu radiatii IR absoarbe numai anumite cuante (la anumite lungimi de unda). Prin absorbtie de energie, legatura isi mareste nivelul energetic vibrational, in final rezultand anumite maxime de absorbtie. Maximele de absorbtie IR se manifesta in spectru ca benzi.

Fiecare maxim spectral este asociat unei vibratii a unei anumite legaturi din molecula probei.

Tipuri de vibratii

O legatura dintr-o molecula poate avea doua tipuri de miscare de vibratie si anume:

vibratii de ntindere sau de alungire, , numita si vibratie de valenta, intrucat are loc de-a lungul axei legaturii pot fi simetrice cand atomii de hidrogen se departeaza si se apropie simultan de atomul de carbon si asimetrice cand atomii oscileaza in contrafaza vibratie de deformare, , prin care se deformeaza unghirole de valenta.

Analiza prin spectrometrie de absobie n IR se poate aplica pentru gaze, lichide sau solide. Gazele se introduc n nite celule speciale unde proba se introduce cu precauiile necesare (cltire, evacuarea gazului precedent, vidare) sau prin diluare n aer. Lungimea acestor celule de gaz este mrit prin reflexii repetate (cu oglinzi) ajungndu-se la 5-20m n spaii de 0.5m.

Lichidele pot fi studiate ca atare sau sub form de soluii. Dac sunt prea volatile, lichidele se pot analiza punnd o pictur ntre dou discuri, perfect lefuite, confecionate din cristale de NaCl, care ulterior se preseaz una de alta i se prind ntr-o ram nainte de introducerea n spectrometru. Soluiile cu concentraii ntre 0.05-10% se introduc n celule de grosimi 0.1-1mm care se introduc ca atare n spectrofotomerul IR. Evident solvenii trebuie s fie anhidrii, puri i transpareni n IR pentru domeniul de interes. Solvenii preferai pentru diluii sunt CCl4, CHCl3.

Solidele se analizeaz fie n soluii fie ca emulsii n ulei de parafin. Acesta absoarbe doar n trei benzi cunoscute. Se mai pot utiliza emulsii n KBr cristalin la o diluie de 1% (1mg substan la 99mg KBr). Pastila transparent obinut dup mcinare i presare se fixeaz ntr-o ram potrivit i se introduce n aparat n faa fascicolului IR.

Dac se pune problema analizei prin specrofotometrie IR a unui amestec de mai muli componeni, cunoscndu-se dinainte spectrul de absorbie individual al acestora, se poate realiza aceast determinare utiliznd legea Lambert- Beer (Cand lumina strabate o substanta sau solutia ei, radiatiile de lungimi de unda diferite sunt absorbite in proportie diferita). n conformitate cu legea amintit, dac componentele nu interacioneaz unele cu altele, se poate admite aditivitatea absorbanelor adic: absorbana unei substane aflate n amestec cu alta este aceeai cu cea care ar avea-o substana dac ar fi singur n celul. Datorit numrului mare de linii metoda este aplicabil i n domeniul IR, n special pentru amestecuri de gaze.

Primele instrumente comerciale pentru domeniul IR au aprut nc din anii 1940. Diversitatea extraordinar de aparate utilizate astzi n cele mai diferite domenii se poate mprii n trei categorii:

Fotometre nedispersive bazate pe filtre simple formate uneori chiar din gazele de analizat. Aceste pot fi monocanal sau comparative.Spectrometre bazate pe dispersia luminii (folosind prisme sau monocromatoare bazate pe difracie i interferen) i care pot fi prevzute cu dou canale sau monocanal (cu sau fr chopper).Spectrometre bazate pe transformata Fourier, care permit intrarea n celul a ntregului domeniu spectral i care sesizeaz interferometric liniile caracteristice de absorbie. Aceste instrumente, datorit unei rezoluii mai bune i a rapiditii, datorate cuplrii cu calculatorul, n ultimul timp au devenit preferate.

II. Aplicatiile metodelor IR pentru medicamente

Exist la ora actual o diversitate de metode de analiz bazate pe spectrele IR. Astfel exist spectrometre bazate pe dispersie dup lungimea de und, sau bazate pe transformata Fourier, diverse analizoare industriale simple, nedispersive - ultimele specializate doar pe anumite combinaii chimice - precum i spectrometre de proces care fac analize, n mod continuu, pe anumite linii tehnologice de gaze sau lichide. n fine, exist spectrometre IR portabile care permit analiza unor poluani ai mediului.

Aceasta metoda spectrala este folosita si in caracterizarea, controlul si cercetarea medicamentelor. In determinarea stabilitatii medicamentelor este necesara cuplarea acestei metode cu alte metode de analiza, in scopul cresterii gradului lor de selectivitate.

Valabilitatea testului in IR este influentat in mare masura de puritatea produsului. Se impune extractia sau separarea principiilor active din amestecuri. Poate chiar ca metoda sa fie folosita la decelarea unor impuritati prin aparitia unor benzi suplimentare fata de compusul pur. Metoda are aplicatii mai largi in determinarea structurilor dar mai putin in studii de stabilitate a substantelor. Aceasta metoda este folosita ca test pentru identificarea substantelor active si a excipierntilor inainte de a fi utilizate pentru prepararea medicamentelor.

Principalele moduri de vibratie in IR

Nr.crt

Grupa funcionala

Numrul de unda in cm1

1

CH2

Vsim = 2853; Vasim =2926

2

C-H

3

CH3

Vasim = 2962

4

C=C(cis-alchene)

1650

5

C=C

Vin gaz = 1974; Vin lichid = 1965

6

OH alcool

3580-3650

7

OH fenoli

3594-3615

8

OH acizi

2500-2700

9

NH2 amina primara

3500

10

NH amina secundara

3310-3500

11

SH tiol

2500-2700

12

C=N nitril

2240-2275

13

C=O aldehide

1720-1740

14

C=O cetone

1675-1725

15

C=O acizi carboxilici alifatici

1790

16

CONH2 amide

1470-1700

Identificarea unei substante pe baza spectrului sau IR este o chestiune de selectie a benzilor de absorbtie si de comparare cu datele de referinta existente in bibliotecile de spectre. Pentru exemplificare, in tabelul de mai sus sunt prezentate principalele moduri de vibratie in spectrele IR pentru cele mai importante clase de combinatii si in functie de gruparile caracteristice pe care le contin. De multe ori insa benzile caracteristice unor grupe de atomi sunt afectate de restul moleculei, fapt ce necesita realizarea unor corelatii intre pozitiile maximelor de absorbtie si prezenta unor grupari functionale organice in moleculele substantelor analizate.

In literatura de specialitate se regasesc detaliate etapele specifice de inregistrare a spectrelor in functie de starea fizica a probelor, modalitatile de realizare a spectrelor fiind si ele in functie de starea de agregare a probei (metoda de transmisie se utilizeaza pentru probele lichide diluate, metoda prin refreflexie se utilizeaza pentru probele solide, etc.) In figurile de mai jos, sunt prezentate spectrele IR pentru cateva substante farmaceutice.