Espectroscopia na região do infravermelho (IV)

A espectroscopia IV vem sendo largamente utilizada para a identificação e caracterização de complexos de inclusão contendo CD (HEISE et al, 2010; NUCHUCHUA et al., 2009; OMARI et al., 2009; WANG et al., 2012; WILLIAMS, MAHAGUNA E SRIWONGJANYA, 1998). Através desta técnica é possível sugerir interação entre a CD e a molécula hóspede, de que forma essa interação ocorre e quais grupamentos químicos podem estar envolvidos neste processo.

Os espectros de cada amostra foram interpretados com o auxílio da literatura “Identificação espectrométrica de compostos orgânicos” (SILVERSTEIN, WEBSTER e KIEMLE, 2005).

No espectro obtido para o BNZ foi possível identificar os picos referentes aos grupos funcionais presentes na molécula. A Figura 24 mostra o espectro do BNZ de 4000 a 400 cm-1 e a Tabela 9 mostra as diferentes atribuições das absorções verificadas.

Tabela 9 – Picos observados no espectro IV do BNZ.

Os espectros das CD foram analisados, assim como o do fármaco, para melhor entendimento das possíveis modificações nos espectros dos sistermas contendo esses oligossacarídeos (Figura 25 A). Os espectros da β-CD e da HP-β- CD estão mostradas na Figura 25 A e B, respectivamente. As CD apresentaram picos em número de ondas semelhantes (Tabela 10 e 11).

Grupos Ligações Picos (cm-1)

Amida secundária N-H (deformação axial) 3272; 3139 a 3068 N-H (deformação angular) 1554, 1536

C=O (deformação axial) 1660

Nitro-compostos N-O (deformação axial) 1660 a 1500; 1365 a 1335 Nitro-aromáticos C-N (deformação axial) 871

Aromáticos C-H (deformação axial) 1965 a 1808

C-H (deformação angular) 1246 a 1028; 871 a 698 C-C (deformação axial) 1500, 1486, 1418 Aminas aromáticas C-N (deformação axial) 1335, 1291

Carbono sp3 2950

Tabela 10 – Picos observados no espectro IV da β-CD.

Grupos Ligações Picos (cm-1)

Álcool O-H (deformação axial) 3365

O-H (deformação angular) 1413, 1369, 1336 Álcool primário C-O (deformação axial) 1029

Álcool secundário alicíclico C-O (deformação axial) 1079

Metileno (CH2) C-H (deformação angular) 1336,1301, 1259, 1156 Ciclo-alcano C-H (deformação axial) 2922

C-C (deformação axial) 1156 a 857

Éter C-O-C (deformação axial) 1103

Água (H2O) H-O-H 1641

Tabela 11 – Picos observados no espectro IV da HP-β-CD.

H = CH2CHOHCH3

Grupos Ligações Picos (cm-1)

Álcool O-H (deformação axial) 3402

Álcool secundário O-H (deformação angular) 1415, 1373, 1332 C-O (deformação angular) 1080

Metileno (CH2) C-H (deformação angular) 1465, 1332, 1299, 1246, 1157 Metila (CH3) C-H (deformação axial) 2968

C-H (deformação angular) 1373 Ciclo-alcano C-H (deformação axial) 2929

C-C (deformação axial) 1157 a 853 C-C (deformação angular) 439

Éter C-O-C (deformação axial) 1150

Os espectros dos solventes estudados também foram analisados. Os espectros obtidos para a TEA e NMP podem ser observados na Figura 26 e 27, respectivamente. Seus picos de absorção estão expostos na Tabela 12, para a TEA e na Tabela 13, para a NMP.

Figura 26 - Espectros na região IV da TEA.

Tabela12– Picos observados no espectro IV da TEA.

Grupos Ligações Picos (cm-1)

Álcool O-H (deformação axial) 3491

O-H (deformação angular) 1408 a 1333 Álcool primário C-O (deformação axial) 1028

Alcano C-H (deformação axial) 2954, 2886 C-C (deformação axial) 1150 a 883 Metileno (CH2) C-H (deformação axial) 2886

C-H (deformação angular) 1450; 1333 a 1150 Amina terciária C-N (deformação axial) 1249 a 1028

Figura 27 - Espectros na região IV da NMP. Tabela 13 – Picos observados no espectro IV da NMP.

Grupos Ligações Picos (cm-1)

Alcano C-C (deformação axial) 1175 a 929 Alcano cíclico C-H (deformação axial) 2960 a 2876 Amida terciária C=O (deformação axial) 1658

Além das bandas referentes às ligações presentes na NMP, foi verificada uma banda em torno de 3434 cm-1 e outra em torno de 1408 cm-1. A primeira banda pode ser atribuída a uma possível contaminação da NMP com a 2-pirrolidona, a qual possui ligações N-H, que apresentam suas deformações axiais em torno de 3400 cm-1. Além disso, é verificado que a NMP possui aminas livres em sua composição (em torno de 0,01%), o que pode ter contribuido para a presença desse pico. Essa banda pode ainda ser atribuída, simplesmente, à presença de umidade na amostra. Em relação à banda de 1408 cm-1, sabe-se que deformações em torno de 1400 cm-1 são referentes à ligações C-N das amidas primárias, podendo estas estarem presentes na NMP como contaminante e impureza. Por fim, essas bandas podem ter ocorrido devido à influência do processo de preparo da amostra.

Após análise dos espectros dos componentes isolados, foram verificados os espectros dos complexos obtidos por atomização spray driyng (SD) e suas MF. Alterações de bandas específicas de cada composto e sobreposições de picos foram cuidadosamente analisadas com o objetivo de se identificar indícios de interação química e, consequentemente, a formação de complexos de inclusão. A Figura 28 mostra os espectros obtidos para BNZ:β-CD SD e BNZ:β-CD MF.

Ao se observar o espectro IV da MF, foi verificado, praticamente, uma sobreposição dos espectros dos componentes isolados, com predominância das bandas presentes na β-CD, devido a sua maior proporção na amostra. Os picos indentificados na MF, em relação à molécula de BNZ, foram devido à presença dos grupamentos anel aromático (1246 a 1028 cm-1, 871 a 698 cm-1, 1486 e 1500 cm-1), aminas aromáticas (1291 cm-1), amida secundária (1536 e 1660 cm-1) e grupo nitro (NO2) (871, 1365, 1500 e 1660 cm-1). Apesar da sobreposição dos espectros, foi identificado mudanças na intensidade do pico ou no comprimento de onda de algumas bandas. Um aumento na intensidade do pico 1369 cm-1, presente na CD, foi observado provavelmente devido à congruência com o pico 1365 cm-1 do BNZ. Já a banda 1028 cm-1 do BNZ se sobrepôs à banda 1029 cm-1 da CD, o que levou a modificação estrutural da banda, havendo uma diminuição da largura. Os resultados obtidos para BNZ:β-CD MF mostrou ainda um pequeno deslocamento da banda 871 cm-1 para 890 cm-1. Este desolcamento para maior comprimento de onda (menor frequência) pode ser atribuido à formação de ligações de hidrogênio entre os compostos (SILVERSTEIN, WEBSTER e KIELMLE, 2005). Além disso, identificou- se um novo pico em 859 cm-1, o qual também pode estar relacionado com a formação de ligações de hidrogênio no anel aromático. A presença de ligações de hidrogênio indica a interação química entre o BNZ e a β-CD na MF. A interação química também pode ser evidenciada devido à banda 1660 cm-1, referente às ligações H-O-H, ter sua largura diminuída, o que indica o deslocamento dos átomos de H2O do interior da CD.

O BNZ:β-CD SD apresentou maior número de alterações nos espectros originais, quando comparado com a sua MF. Além das alterações já citadas para a MF, no SD verificou-se aumento de intensidade dos picos 698, 838, 1291, 1486, 1500 cm-1. Em adição, a formação de ligações hidrogênio pode ser apontada pelo fato de os picos 1246 e 1536 cm-1 deslocaram-se para maiores números de ondas (1250 e 1538, respectivamente). Portanto, o espectro IV mostrou que a interação entre o BNZ e a β-CD ocorre provavelmente através do grupo benzeno e do grupamento amida, e de forma mais assídua do que na MF, devido ao maior número de mudaças observadas no espectro do SD. Os estudos de modelagem molecular e RMN mostraram resultados similares (ver seção 6.2.6 e 6.2.7).

Figura 29 – Espectros IV do BNZ:β-CD:TEA SD; BNZ:β-CD:TEA MF; BNZ:β-CD:NMP SD e BNZ:β- CD:NMP MF.

Ao se analisar os espectros dos sistemas ternários contendo TEA e NMP (Figura 29) foi verificado que as MF, na presença de ambos os solventes, comportaram-se de forma semelhante a MF do estudo binário, no qual houve sobreposição dos picos referentes aos compostos presentes nas misturas. No entanto, foi verificado um aumento de intensidade da banda 1156 cm-1 presente na β-CD no estudo com a TEA. Este aumento de intensidade da banda da CD pode ter ocorrido devido a sua sobreposição com a banda 1150 cm-1 do BNZ e da TEA. As

outras bandas características da TEA provavelmente foram absorvidas pelas bandas de maior intensidade da CD e do BNZ. Na MF, contendo TEA, não foi identificado indícios de interação entre os compostos, pois não foi identificado mudanças nos espectros dos compostos isolados.

Comparando-se a MF BNZ:β-CD:TEA com o sistema obtido por spray drying (BNZ:β-CD:TEA SD), foi verificado um aumento de intensidade da banda de deformação angular de N-H de amidas secundárias. Além disso, a banda 937 cm-1, característica de vibrações axiais C-C nas CD, também apresentou maior intensidade. Tal aumento pode ter ocorrido devido à interação do BNZ com a β-CD, através do grupamento amida do BNZ e do esqueleto de carbono da β-CD, presente em sua cavidade.

Na MF BNZ:β-CD:NMP foi verificado que as bandas 1079 e 2922 cm-1 da β- CD deslocaram-se para 1082 e 2934 cm-1, respectivamente. Diferente das MF até agora analisadas, nesta MF puderam ser visualizados os picos do BNZ entre 3139 e 3032 cm-1. Diante disto, podemos sugerir que nesta MF ocorre uma maior interação entre os compostos.

Observando-se o espectro obtido para o BNZ:β-CD:NMP SD, sugere-se que a interação entre os componentes seja mais forte devido a identificação do aumento de intensidade dos picos em 698, 838, 1291, 1536 cm-1, presentes no espectro do BNZ, e dos picos em 857, 949 e 1029 cm-1 da β-CD, além dos deslocamentos já citados para a MF. Portanto, o espectro IV do BNZ:β-CD SD na presença de TEA e NMP, mostraram modificações, quando comparado com os espectros dos componentes isolados, o que indica a formação de complexos de inclusão.

O mesmo estudo foi realizado para os complexos obtidos com a HP-β-CD. Os espectros dos sistemas binários (BNZ:HP-β-CD SD e BNZ:HP-β-CD MF) e ternários (BNZ:HP-β-CD:TEA SD; BNZ:HP-β-CD:TEA MF; BNZ:HP-β-CD:NMP SD e BNZ:HP-β-CD:NMP MF) estão apresentados na Figura 30.

Figura 30 – Espectros IV do BNZ:HP-β-CD SD; BNZ:HP-β-CD MF.

Os espectros das MF contendo HP-β-CD, não se apresentaram diferentes dos obtidos anteriormente para a β-CD. Nas MF foram identificadas as bandas referentes à HP-β-CD, BNZ, NMP e TEA, quando presentes, estando, na maioria das vezes, os picos da HP-β-CD sobrepostos aos dos outros componentes, devido a sua maior proporção na amostra (Figura 30 e 31). A MF do sistema binário apresentou-se apenas como uma sobreposição dos picos. Apesar disto, foi possível perceber que a MF na presença de TEA e NMP, apresentou a banda de vibração axial de C-C (1030 cm-1) e a banda referente à deformação axial de grupos OH de álcoois (3402 cm-1) com menor intensidade, quando comparado com o espectro da HP-β-CD isolada. Na presença da TEA, a diminuição de intensidade foi ainda mais acentuada. No sistema contendo NMP foi verificada a presença de um novo pico em 1209 cm-1, o que indica a formação de ligações hidrogênio. Estas mudanças nos

espectros podem sugerir a interação dos componentes na MF dos sistemas ternários.

Quando comparado o BNZ:HP-β-CD SD com a BNZ:HP-β-CD MF, mudanças significativas foram identificadas. Inicialmente verificou-se o alargamento das bandas 698 e 746 cm-1 e um aumento de intensidade dos picos 838, 1373, 1536, 1660 e 2929 cm-1 na SD. O aumento de intensidade do pico 1373 cm-1, da HP-β- CD, pode ser explicado devido a sua junção com o pico 1365 cm-1, do BNZ, assim como o aumento de intensidade do pico 1660 cm-1, do BNZ, ocorreu devido sua junção com o pico 1645 cm-1, da HP-β-CD. Ainda foi identificado o deslocamento da banda 1486 cm-1 do BNZ para 1491 cm-1, o que dá indícios da formação de ligações hidrogênio no anel aromático do fármaco. Por fim, as bandas 3032 cm-1 e 2968 cm-1 tiveram suas intensidades diminuídas na SD. Segundo descrito por Manokilar e Sawant (2003), alterações espectroscópicas indicam a interação entre o fármaco e a CD. Portanto, a diminuição de intensidade das bandas, assim como os outros eventos citados, sugere a existência de interação entre as moléculas de forma diferente, quando comparadas as MF com as SD.

Na Figura 31 podem ser observados os espectros dos sistemas BNZ:HP-β- CD:TEA SD e BNZ:HP-β-CD:NMP SD.

Figura 31 – Espectros IV do BNZ:HP-β-CD:TEA SD; BNZ:HP-β-CD:TEA MF; BNZ:HP-β-CD:NMP SD e BNZ:HP-β-CD:NMP MF.

Os espectros dos sistemas contendo a TEA e NMP mostraram alterações semelhantes. Foi identificado o aumento de intensidade das bandas contidas na região entre 698 e 944 cm-1 e entre 1246 e 1660 cm-1, assim como dos picos 1030, 2929 e 3402 cm-1. Ainda conseguiu-se constatar a presença de uma nova banda em 1206 cm-1, no sistema contendo a TEA, e em 1209 cm-1 no sistema contendo NMP, o qual também foi verificado na MF. Sabe-se que deformações axiais de ligações C-O, de grupos alcoóis, podem ser visualizadas entre 1260 e 1000 cm-1.

Pode-se, então, atrubuir o aparecimento deste novo pico com o surgimento de ligações entre os átomos de carbono, presentes em maior quantidade na molécula de HP-β-CD, com o oxigênio do grupamento amida e/ou nitro, presentes no BNZ. O contrário também pode ser verdadeiro. A interação entre os componentes foi verificada nos sistemas ternários SD contendo a HP-β-CD.

O estudo espectrofotométrico IV dos sistemas binários contendo o BNZ e a TEA ou a NMP foi realizado e os espectros podem ser observados na Figura 32.

Na MF do sistema BNZ:TEA foram identificadas as bandas de ambos os componentes, havendo, portanto, uma sobreposição dos espectros, sem modificação das bandas características do fármaco e do solvente em estudo. Ao se analisar o sistema BNZ:TEA obtido por spray drying, foi identificado apenas as bandas características do fármaco, sem nenhum indício da presença da TEA. Como já verificado anteriormente, no cálculo de doseamento, a TEA não permaneceu no sistema após a atomização do pó, não sendo possível identificá-la no espectro. A presença ou não da TEA no sistema será confirmada com os estudos posteriormente discutidos.

Na MF do sistema BNZ:NMP, o espectro apresentou-se com predominância das bandas do BNZ. As bandas abaixo de 1660 cm-1 foram idênticas às do BNZ e apenas a banda 3434 cm-1 da NMP foi identificada com clareza, o que indica a sobreposição dos espectros isolados. Através dos espectros IV, não foi verificada interação entre o BNZ e a TEA ou a NMP apenas com a homogeneização dos compostos.

O sistema BNZ:NMP SD mostrou-se semelhante a sua MF, porém algumas modificações foram identificadas. As bandas de deformação axial de ligações C-N de aminas aromáticas (1291 cm-1) e de deformação axial de ligações N-O de compostos covalentes (1365 cm-1) foram mais intensas. Também foi verificada a modificação do pico 1660 cm-1 (afinamento), referente à presença da carbonila da amida do fármaco. Em relação à NMP, a banda 3434 cm-1 apresentou-se com menor intensidade. Podemos sugerir a interação da NMP com o BNZ através da porção imidazólica e do grupo acetamida do BNZ com a cadeia cíclica da NMP.

Através da espectroscopia na região IV foi possível observar as interaçoes entre as moléculas dos constituintes das amostras, o que possibilitou identificar algumas diferenças, quando comparadas as misturas físicas com os sistemas obtidos por spray drying. Este estudo possibilitou ainda inferir em quais sistemas esta interação foi mais forte, o tipo de interação e grupos funcionais envolvidos.