Экспериментальная растворимость и термодинамическое моделирование эмпаглифлозина в сверхкритическом диоксиде углерода

Oct 22, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 9008 (2022) Цитировать эту статью

1493 Доступа

6 цитат

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Растворимость эмпаглифлозина в сверхкритическом диоксиде углерода измерена при температуре (308–338 К) и давлении (12–27 МПа). Измеренная растворимость в мольных долях находилась в диапазоне от 5,14 × 10–6 до 25,9 × 10–6. Область перехода наблюдалась при 16,5 МПа. Была разработана новая модель растворимости для корреляции данных о растворимости с использованием критериев равновесия твердого тела и жидкости в сочетании с моделью коэффициента активности Вильсона при бесконечном разбавлении коэффициента активности. Предложенная модель коррелировала данные со средним абсолютным относительным отклонением (AARD) и информационным критерием Акаике (AICc), 7,22% и - 637,24 соответственно. Кроме того, измеренные данные также были коррелированы с 11 существующими моделями (эмпирическими и полуэмпирическими с тремя, пятью и шестью параметрами), а также с уравнением состояния Редлиха-Квонга (RKEoS) и моделью правил смешивания Квака-Мансури (KMmr). Среди моделей, основанных на плотности, модель Bian et al. была лучшей, и соответствующий процент AARD составил 5,1. Было замечено, что RKEoS + KMmr коррелирует данные с 8,07% (соответствует AICc — 635,79). Наконец, рассчитывали общую энтальпию, энтальпию сублимации и сольватации эмпаглифлозина.

Сверхкритический диоксид углерода (ScCO2) представляет собой жидкость выше критической точки. Он имеет промежуточные физические свойства (плотность, коэффициент диффузии, вязкость и поверхностное натяжение) по сравнению с газом и жидкостью1,2. ScCO2 использовался в качестве растворителя в различных технологических процессах, поскольку он имеет коэффициент диффузии, подобный газу, и плотность, подобную жидкости, с низкой вязкостью и поверхностным натяжением1,3,4,5. Основные области применения — микронизация частиц лекарств, пищевая промышленность, окраска тканей, керамическое покрытие, экстракция и многое другое4,6,7,8,9,10,11,12. Хотя некоторые сверхкритические жидкости используются в качестве растворителей в перерабатывающей промышленности, наиболее желательным растворителем является ScCO28,13,14,15,16,17. В целом, информация о фазовом равновесии необходима для реализации технологии сверхкритической жидкости (SFT)6,7,9. Растворимость является основной информацией для проектирования и разработки SFT. В литературе легко доступна растворимость многих твердых лекарственных веществ в ScCO218,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30, однако о растворимости эмпаглифлозина не сообщалось, поэтому в данной работе впервые измерена его растворимость в ScCO2. Эти данные могут быть использованы в процессе микронизации частиц с использованием ScCO2. Молекулярная формула эмпаглифлозина — C23H27ClO7, его молекулярная масса — 450,91. Химическая структура представлена ​​на рис. 1.

Химическая структура эмпаглифлозина.

Эмпаглифлозин является ингибитором натрий-глюкозного котранспортера-2 (SGLT2), транспортера, который в первую очередь отвечает за реабсорбцию глюкозы в почках. Кроме того, он полезен для снижения риска сердечно-сосудистой смерти у взрослых с сахарным диабетом 2 типа и сердечно-сосудистыми заболеваниями31. Для такого лечения очень важна достаточная дозировка лекарства, и это достигается за счет правильного размера частиц. Таким образом, настоящее исследование весьма полезно для микронизации частиц с использованием ScCO2. Измерение растворимости при каждом желаемом состоянии очень трудоемко, и, следовательно, существует острая необходимость в разработке модели, которая коррелирует/предсказывает растворимость32. Недавние разработки, такие как методы машинного обучения, можно рассматривать вместе с усовершенствованием методов прогнозирования искусственного интеллекта для корреляции данных33,34,35. Однако в целом модели растворимости делятся на пять типов; однако только три из них удобны для пользователя: это уравнения состояния, модели на основе плотности и математические модели36. Все они прямо или косвенно выведены на основе термодинамических принципов. В полученных моделях используются основные понятия, связанные с критериями фазового равновесия (твердое тело-газ или твердое тело-жидкость), теорией ассоциации растворитель-растворенное вещество, теорией разбавленных растворов, теорией растворов и моделью Вильсона или любой другой моделью37. Фактически, большинство литературных моделей довольно хорошо коррелируют с растворимостью твердых растворенных веществ в ScCO2. Для моделей равновесия твердого тела и газа необходимы критические свойства и давление паров растворенного вещества, хотя эти свойства редко доступны в литературе, поэтому обычно используются методы группового вклада38. С другой стороны, критерий равновесия твердого тела и жидкости (SLE) требует соответствующей модели для расчета коэффициента активности. Недавнее исследование показывает, что модель SLE в сочетании с моделью коэффициента активности Ван Лаара может быть простым подходом при разработке модели, но этот метод привел к неявному выражению в терминах мольной доли38,39. Поэтому существует необходимость разработки явной модели растворимости, и поэтому эта задача рассматривается в данной работе.