Caracterização no Estado Sólido

As propriedades físico-químicas no estado sólido de fármacos e adjuvantes farmacêuticos são de grande interesse, pois podem afetar diretamente tanto a estabilidade produto acabado, quanto o seu comportamento biológico (VILA JATO, 2001). Partículas primárias ou pequenos aglomerados podem ordenar-se de forma livre (pós) ou de forma compacta (comprimidos, por exemplo). O comportamento destes estados influencia as interações entre as moléculas e as partículas, propiciando maior ou menor velocidade e/ou intensidade de acontecimentos de fenômenos químicos e/ou físicos.

Como mencionado anteriormente, para desenvolvimento racional de medicamentos é essencial a caracterização de formas polimórficas e diferenças no grau de cristalinidade. O conhecimento de suas características físicas e físico-químicas é indispensável em estudos de pré-formulação, devido ao impacto de que diferentes formas cristalinas em exibirem diferentes propriedades físico-químicas que expressam diretamente na terapêutica, mais especificamente alterando a biodisponibilidade (STEPHENSON; FORBES; REUTZEL- EDENS, 2001; BYRN et al., 2001; GIRON et al., 2002).

Para avaliar e caracterizar essas propriedades, os métodos instrumentais analíticos estão cada vez mais difundidos e aplicados, assim como reflexo tornando-se cada vez mais sofisticados. São diversas as metodologias que podem ser empregadas na caracterização no estado sólido. Os principais métodos utilizados estão descritos a seguir.

4.1.1 Difração de Raios – X de Pó (DRXP)

A difração de raios-X de pó baseia-se na propriedade intrínseca de cada cristal em desviar, em um ângulo específico, a direção dos raios-X emitidos sobre ele. O ângulo de desvio da radiação é único para cada forma do cristal, permitindo assim caracterizá-lo. A denotação matemática deste desvio é descrita pela Lei de Bragg (SKOOG; HOLLER; NIEMAN, 2002).

Os difratogramas gerados são característicos e distintos para cada substância, os quais são formados por um conjunto de linhas ou picos, apresentando diferentes intensidades e posições (distâncias interplanares “d”). Para uma dada substância, as posições dos picos são essencialmente fixas e características. As intensidades podem variar um pouco entre

diferentes amostras, dependendo do método de preparação da amostra e condições instrumentais. Com o intuito de identificação de fases cristalinas, deve-se avaliar principalmente as posições dos picos, considerando semi-qualitativamente as intensidades, devido a orientação preferencial (BRITTAIN, 2001).

Essa metodologia é extensivamente utilizada com o intuito de identificação de fases cristalinas, também sendo indicada para análise quantitativa de fases cristalinas presentes em misturas, avaliação do grau de cristalinidade, determinação de estruturas cristalinas (incluindo análise de parâmetros de célula unitária), avaliação de tamanho de partícula e detecção de defeitos em redes cristalinas (STEPHENSON; FORBES; REUTZEL-EDENS, 2001).

O grau de cristalinidade de uma amostra pode ser frequentemente associado usando o seu padrão de difração de raios – X. Obtendo-se difratogramas de amostras 100 % cristalinas pode ser estabelecida a relação com a integração dos picos de intensidade de um analito e utilizá-lo para deduzir a porcentagem de cristalinidade (BRITTAIN, 1999). Caso não sejam dispostos padrões contendo 100 % de material cristalino, a porcentagem de cristalinidade relativa (Xcrel) poderá ser obtida. O método considera a área sobre a curva total do difratograma como 100 % de cristalinidade. Porém, através do ajuste da linha de base, ou seja, evidenciando apenas as raias de reflexão e considerando essa área sobre a curva como o verdadeiro material cristalino por correlação entre a as áreas, obtêm-se relativamente o valor de cristalinidade da substância.

4.1.2 Técnicas Termoanalíticas

A análise térmica é um conjunto de técnicas que permitem, medir mudanças de uma propriedade física ou química de uma substância em função da temperatura e/ou tempo, enquanto a substância é submetida a uma programação controlada de temperatura. Destas técnicas, a calorimetria exploratória diferencial (DSC), a análise térmica diferencial (DTA) e a termogravimetria (TG) são as mais difundidas e utilizadas (FORD; TIMMINS, 1989).

4.1.2.1 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

Este método consiste no aquecimento, em paralelo, de uma amostra e de um padrão de referência inerte, ambos são submetidos a uma mesma razão de aquecimento, registra-se a quantidade de calor necessária para manter o aquecimento. Quando ocorrer uma variação na quantidade de calor fornecida ao sistema em teste (∆H) é indicado uma transformação térmica na amostra testada (FORD; TIMMINS, 1989; BROWN et al.,1999).

DSC pode ser utilizado para análises qualitativas e quantitativas das amostras por integração da área sob a curva no registro. Utilizam-se amostras acima de 1 mg, porém, podendo-se realizar a determinação com amostras menores. É o método termo analítico mais freqüentemente aplicado, devido às informações detalhadas a respeito das propriedades físicas e energéticas das substâncias, o que nenhuma outra técnica consegue fornecer com tanta precisão, facilidade e rapidez (GIRON, 1998; WELLS, 2005).

Utilizando essa técnica é possível acompanhar os efeitos de calor associados com alterações físicas ou químicas da amostra, como transição de fase (fusão, ebulição, sublimação, congelação, inversão da estrutura cristalina) ou reações de desidratação, dissociação, decomposição entre outras, capazes de causar variações de calor. Qualquer fenômeno físico ou químico que, por ocasião de sua ocorrência, provoque variações de entalpia, pode ser detectado através dessa técnica (CARVALHO FILHO, 2000).

Para materiais polimórficos, a calorimetria exploratória diferencial demonstra grande aplicabilidade quanto a identificação de transformações de fase, caracterização de hidratos e sistemas solvatados, assim como na previsão de estabilidade de compostos (BRITTAIN, 1999).

4.1.2.2 Termogravimetria (TG)

A análise termogravimétrica é uma técnica termoanalítica na qual a variação de perda ou ganho de massa da amostra é determinada em função da temperatura e/ou do tempo, enquanto a amostra é submetida a uma variação controlada de temperatura (FORD; TIMMINS, 1989).

O resultado da análise, em geral, é mostrado sob a forma de uma curva termogravimétrica. As curvas termogravimétricas são características de um dado composto, devido ao caráter específico da seqüência de reações físico-químicas ou mudanças de estado que ocorrem ao longo de uma faixa definida de temperatura. As variações de massa resultam da ruptura e/ou formação de diferentes ligações físicas, químicas e mudanças de estado, os quais conduzem à liberação de produtos voláteis ou à formação de produtos de maior massa (SKOOG; HOLLER; NIEMAN, 2002; FORD; TIMMINS, 1989).

Vários fenômenos físicos e químicos dão origem à perda de massa e podem ser detectados pelas curvas TG: fenômenos físicos – desidratação, vaporização, absorção, sublimação, adsorção, dessorção; fenômenos químicos – quimiossorção, desolvatação, decomposição, degradação oxidativa, degradação redutiva, reações em estado sólido (CARVALHO FILHO, 2000).

4.1.3 Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)

A espectroscopia em infravermelho baseia-se na exposição da amostra a uma radiação eletromagnética de comprimento de onda na região do infravermelho, mensurando a absorção desta radiação pela molécula em análise. Esta absorção resulta de modificações na energia vibracional da molécula em um determinado momento dipolar, o que permite identificar o tipo de ligação presente (SKOOG; HOLLER; NIEMAN, 2002).

A transformada de Fourier (FT-IR) utiliza-se do mesmo princípio da espectroscopia em infravermelho, ou seja, diferindo apenas no domínio onde o espectro é mensurado. A transformada de Fourier é uma função matemática que converte o domínio do tempo para o domínio da freqüência.

A técnica está relacionada aos movimentos de torção, rotação e vibração dos átomos de uma molécula. Sabe-se que a emissão da radiação infravermelha na molécula, parte dessa radiação é absorvida e movimentos de grupos funcionais são detectados em comprimentos de onda característicos (BUGAY, 2001).

Esta técnica torna-se útil para a caracterização de polimorfos, pois as ligações normais de hidrogênio (afetando as vibrações O-H, N-H ou C=O), frequentemente diferem entre as

formas das estruturas cristalinas e os grupos funcionais afetados (KALINKOVA, 1999; BUGAY, 2001).

4.1.4 Ressonância Magnética Nuclear (RMN)

A ressonância magnética nuclear baseia-se na absorção de radiação na região da radio freqüência do espectro eletromagnético, que resulta em modificação na orientação do spin do núcleo quando submetido a um campo magnético.

A ressonância magnética nuclear consiste em submeter um núcleo, cujo spin seja diferente de zero, a um campo magnético e detectar o seu momento magnético, ou sua ressonância magnética. Como cada núcleo tem um momento diferente, pode-se definir que tipo de ligação química aquele núcleo está realizando. As duas técnicas mais importantes e mais utilizadas na caracterização são RMN de prótons e RMN de carbono 13 (VIPPAGUNTA et al., 2001; SKOOG; HOLLER; NIEMAN, 2002).

No estado sólido a espectroscopia de ressonância magnética nuclear pode ser utilizada para o estudo de formas cristalinas, bem como do aspecto estrutural de cada forma. Este método apresenta relevantes aplicações na dedução das variações polimórficas. Principalmente no polimorfismo conformacional (VIPPAGUNTA et al., 2001).

4.1.5 Microscopia

A técnica de microscopia pode ser classificada em óptica e eletrônica. Ambas são extremamente importantes, pois seu emprego fornece informações acerca das formas dos cristais, ou seja, os hábitos das estruturas cristalinas. Possibilita uma avaliação qualitativa e quantitativa de cristais através da observação da homogeneidade e determinação do tamanho e forma das partículas.

A microscopia óptica é mais limitada em sua faixa de magnificação (2000x), enquanto que a microscopia eletrônica pode ser empregada a níveis elevados de magnificação (10.000x). Apesar desta diferença, as duas técnicas se apresentam eficazes na caracterização de materiais polimórficos e solvatos (BRITTAIN, 1999).