Separação cromatográfica dos enantiômeros do fármaco verapamil em processo contínuo multicolunas

Autor: Perna, Rafael Firmani, 1985
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2013
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UnicampUniversidade Estadual de CampinasUNICAMP.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
Popis: Orientadores: Cesar Costapinto Santana, Marco Aurélio Cremasco
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
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O fármaco racêmico verapamil tem sido utilizado no tratamento de doenças cardiovasculares relacionadas à hipertensão arterial, arritmias supraventriculares e angina pectoris. Seus enantiômeros apresentam biodisponibilidades distintas e exibem diferentes propriedades farmacológicas. O enantiômero S-(-)-verapamil apresenta maior potencial cardiovascular quando comparado ao seu antípoda óptico R-(+)-verapamil; este, por sua vez, exibe ação antitumoral, atuando como inibidor hepatocarcinogênico. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo a determinação de parâmetros envolvidos na separação dos enantiômeros do fármaco em escala semi-preparativa visando obtê-los, opticamente puros, em unidade cromatográfica contínua do tipo leito móvel simulado. O desenvolvimento da separação ocorreu em colunas quirais recheadas com fase estacionária tris (3,5-dimetilfenilcarbamato) de amilose utilizando a mistura de n-hexano, isopropanol, etanol e dietilamina (90: 5: 5: 0,1 %, em volume) como fase móvel. Experimentos de pulsos com soluções diluídas dos enantiômeros do verapamil foram realizados para diferentes temperaturas (15 a 35 ºC) e vazões (1,0 a 2,5 mL min-1) visando determinar as constantes de equilíbrio de adsorção (constantes de Henry) e os parâmetros cromatográficos, termodinâmicos e de transferência de massa; ao passo que, experimentos com soluções diluídas dos traçadores (compostos inertes) foram realizados para se obter as porosidades do sistema. Os fatores de retenção apresentaram valores considerados ideais para separações enantioméricas (2,0 < k < 6,0) para vazões e temperaturas avaliadas. Com relação à seletividade e resolução cromatográficas, foram obtidos valores de 1,34 e 1,70, respectivamente, para temperatura de 25 ºC e vazão de 1,0 mL min-1, o que comprova a completa separação dos enantiômeros na coluna semi-preparativa. As constantes de Henry apresentaram-se relativamente elevadas, sendo que o enantiômero R-(+)-verapamil apresentou maior afinidade pela fase estacionária com maiores valores para a constante de equilíbrio de adsorção. O coeficiente de dispersão axial sofreu pouca variação entre os enantiômeros; entretanto, o coeficiente de transferência de massa global foi considerado relativamente rápido com valores superiores a 65,70 e 45,32 min-1 para os enantiômeros S-(-) e R-(+), respectivamente. Os parâmetros termodinâmicos confirmaram a maior afinidade do R-(+)-verapamil pela coluna quiral com maiores valores negativos de entalpia de adsorção. Constatou-se também que os fenômenos entálpicos regem a separação enantiomérica na fase estacionária avaliada. Experimentos com soluções concentradas da mistura racêmica foram realizados com a finalidade de se determinar as isotermas de adsorção competitivas e os perfis de eluição sob condições de sobrecarga da coluna cromatográfica. As isotermas de adsorção apresentaram comportamento não-linear para a faixa de concentração utilizada e foram satisfatoriamente ajustadas ao modelo de Langmuir Competitivo Modificado. O estudo de sobrecarga mostrou a possibilidade da separação do verapamil racêmico nas escalas semi-preparativa e preparativa. Finalmente, foram determinados os parâmetros operacionais do processo contínuo multicolunas para os modos VARICOL® e LMS e, obtidos os valores das variáveis de desempenho (pureza, produtividade, recuperação e consumo de solvente) das respectivas unidades. Os resultados obtidos mostraram-se promissores à separação dos enantiômeros do verapamil e, de fato, representaram o primeiro conjunto de dados experimentais em escala mundial decorrentes do uso da cromatografia contínua operada em leito móvel simulado
The racemic drug verapamil has been used in the treatment of cardiovascular diseases related to hypertension, supraventricular arrhythmias, and angina pectoris. Its enantiomers have different bioavailability and pharmacological properties. The S-(-)-verapamil presents more cardiovascular potential when compared to its optical antipode R-(+)-verapamil. This, in turn, exhibits antitumor activity, acting as a hepatocarcinogenic inhibitor. Given this context, the present study aimed to determine the parameters involved in the separation of the enantiomers of the drug in semi-preparative scale in order to obtain them, optically pure, in continuous chromatographic unit type simulated moving bed. The development occurred in separation columns packed with chiral stationary phase amylose tris (3,5-dimethylphenylcarbamate) using a mixture of n-hexane, isopropanol, ethanol, and diethylamine (90: 5: 5: 0.1 %, by volume) as mobile phase. Pulse experiments with dilute solutions of the verapamil enantiomers were performed at different temperatures (15 to 35 ºC) and flow rates (1.0 to 2.5 mL min-1) to determine the equilibrium constants adsorption (Henry's constants) and chromatographic, thermodynamic, and mass transfer parameters; whereas experiments with dilute solutions of the tracers (inert compound) were performed to obtain the porosity of the system. The capacity factors had values considered ideal for enantiomeric separations (2.0 < k < 6.0) for the flow rate and temperature evaluated. Regarding the chromatographic selectivity and resolution values of 1.34 and 1.70 were obtained, respectively, for temperature of 25 ºC and flow rate of 1.0 mL min-1, which proves the complete separation of the enantiomers in the semi-preparative column. Henry's constants were relatively high, and the R-(+)-verapamil had a higher affinity for the stationary phase with the highest values for the adsorption equilibrium constant. Axial dispersion coefficient showed little variation between the enantiomers; however, the overall mass transfer coefficient was considered relatively fast to values of 65.70 and 45.32 min-1 to S-(-) and R-(+) enantiomers, respectively. Thermodynamics parameters confirm the major affinity of R-(+)-verapamil with high negative values of adsorption enthalpy. It was also found that the enthalpic phenomena govern the enantiomeric separation. Experiments with concentration solutions of the racemic mixture were conducted in order to determine the competitive adsorption isotherm, and the elution profiles under overload conditions of the chromatographic column. The competitive isotherms showed a nonlinear behavior to the range of concentration investigated and the Langmuir Competitive Modified model represents satisfactorily the adsorption data. The study of overload of the column carried through in high concentration showed the possibility of the separation of racemic verapamil using semi-preparative and preparative scale. Finally, the operating parameters of the multicolumn continuous process (VARICOL® and LMS units), and the values of the performance variables (purity, productivity, recovery, and solvent consumption) were determined. The results obtained were promising to the separation of the verapamil enantiomers and, in fact, represented the first set of experimental data worldwide from the use of the continuous chromatography operated in simulated moving bed
Doutorado
Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos
Doutor em Engenharia Química
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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