Solubilidade experimental e modelagem termodinâmica da empagliflozina em dióxido de carbono supercrítico

Oct 22, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 9008 (2022) Citar este artigo

1493 acessos

6 Citações

3 Altmétrica

Detalhes das métricas

A solubilidade da empagliflozina em dióxido de carbono supercrítico foi medida pela primeira vez em temperaturas (308 a 338 K) e pressões (12 a 27 MPa). A solubilidade medida em termos de facção molar variou de 5,14 × 10–6 a 25,9 × 10–6. A região de cruzamento foi observada em 16,5 MPa. Um novo modelo de solubilidade foi derivado para correlacionar os dados de solubilidade usando critérios de equilíbrio sólido-líquido combinados com o modelo de coeficiente de atividade de Wilson em diluição infinita para o coeficiente de atividade. O modelo proposto correlacionou os dados com o desvio relativo médio absoluto (AARD) e o critério de informação de Akaike (AICc), 7,22% e − 637,24, respectivamente. Além disso, os dados medidos também foram correlacionados com 11 modelos existentes (três, cinco e seis parâmetros empíricos e semi-empíricos) e também com a equação de estado Redlich-Kwong (RKEoS) juntamente com o modelo de regras de mistura Kwak-Mansoori (KMmr). Entre os modelos baseados em densidade, Bian et al., o modelo foi o melhor e o AARD% correspondente foi calculado 5.1. Observou-se que o RKEoS + KMmr correlaciona os dados com 8,07% (o AICc correspondente é − 635,79). Por fim, foram calculadas as entalpias total, de sublimação e de solvatação da empagliflozina.

O dióxido de carbono supercrítico (ScCO2) é um fluido acima do seu ponto crítico. Possui propriedades físicas (densidade, difusividade, viscosidade e tensão superficial) intermediárias às do gás e do líquido1,2. O ScCO2 tem sido usado como solvente em várias aplicações de processo, pois possui difusividade semelhante a gás e densidade semelhante a líquido com baixa viscosidade e tensão superficial1,3,4,5. As principais aplicações são na micronização de partículas de drogas, processamento de alimentos, tingimento têxtil, revestimento cerâmico, extração e muito mais4,6,7,8,9,10,11,12. Embora vários fluidos supercríticos sejam utilizados como solvente na indústria de processo, o ScCO2 é o solvente mais desejável8,13,14,15,16,17. Em geral, informações de equilíbrio de fase são necessárias para implementar a tecnologia de fluido supercrítico (SFT)6,7,9. A solubilidade é a informação básica para o projeto e desenvolvimento de SFT. Na literatura, a solubilidade de muitos sólidos de drogas em ScCO2 está prontamente disponível18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30, no entanto, a solubilidade da empagliflozina não foi relatada, portanto neste trabalho, pela primeira vez, sua solubilidade em ScCO2 foi medida. Esses dados podem ser usados ​​no processo de micronização de partículas usando ScCO2. A fórmula molecular da empagliflozina é C23H27 ClO7 e seu peso molecular é 450,91. A estrutura química é mostrada na Fig. 1.

Estrutura química da empagliflozina.

A empagliflozina é um inibidor do cotransportador de sódio-glicose-2 (SGLT2), os transportadores responsáveis ​​principalmente pela reabsorção de glicose no rim. Além disso, é útil na redução do risco de morte cardiovascular em adultos com diabetes mellitus tipo 2 e doença cardiovascular31. A dosagem suficiente da droga é muito essencial para esses tratamentos e isso é obtido por meio de um tamanho de partícula adequado. Portanto, o presente estudo é bastante útil na micronização de partículas usando ScCO2. A medição da solubilidade em cada condição desejada é muito complicada e, portanto, há uma grande necessidade de desenvolver um modelo que correlacione/preveja a solubilidade32. Desenvolvimentos recentes, como métodos de aprendizado de máquina, podem ser considerados com o aprimoramento dos métodos de predição de inteligência artificial para a correlação de dados33,34,35. No entanto, em geral, os modelos de solubilidade são classificados em cinco tipos; no entanto, apenas três são fáceis de usar e são equações de estado, baseadas em densidade e modelos matemáticos36. Direta ou indiretamente, todos eles são derivados com base no trabalho de estrutura termodinâmica. Os modelos derivados utilizam os conceitos básicos relacionados aos critérios de equilíbrio de fases (sólido-gás ou sólido-líquido), teoria da associação solvente-soluto, teoria da solução diluída, teoria da solução e modelo de Wilson ou qualquer outro modelo37. De fato, a maioria dos modelos da literatura correlaciona muito bem a solubilidade dos solutos sólidos em ScCO2. Os modelos de equilíbrio sólido-gás precisam das propriedades críticas e pressão de vapor do soluto, embora essas propriedades raramente estejam disponíveis na literatura, por isso, os métodos de contribuição de grupo são comumente usados38. Por outro lado, o critério de equilíbrio sólido-líquido (SLE) requer um modelo apropriado para o cálculo do coeficiente de atividade. Um estudo recente revela que o modelo de LES em combinação com o modelo de coeficiente de atividade de Van Laar pode ser uma abordagem simples no desenvolvimento do modelo, mas esse método resultou em uma expressão implícita em termos de fração molar38,39. Portanto, existe a necessidade de desenvolver um modelo de solubilidade explícito e, portanto, esta tarefa é assumida neste trabalho.