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64 Unidade II Unidade II 5 SÍNTESE INDUSTRIAL DE FÁRMACOS Conforme estudamos, de início, a obtenção de compostos bioativos era feita exclusivamente por extração de produtos naturais. As diferenças estruturais e os variados grupos funcionais permitiram que fossem usados em diversos tipos de patologia. Esse cenário perdurou por muitos anos, e os fármacos na terapêutica ou eram diretamente obtidos deles ou através de análogos baseados em sua estrutura. O maior problema de ter esse tipo de fonte de fármaco é a obtenção desses compostos em pequenas quantidades. Além disso, muitas vezes, eles possuem alta complexidade estrutural e vários pontos estereocêntricos, sendo inviável obtê-los sinteticamente de maneira rápida. Do ponto de vista industrial, o desenvolvimento da síntese orgânica e a busca por lucro rápido fizeram com que esse tipo de estratégia fosse usado em menor escala, e os produtos sintéticos e semissintéticos se sobressaíram. O uso do planejamento racional assistido por computador diminuiu o tempo de busca por novos candidatos a fármacos e permitiu que sua síntese fosse desenvolvida de modo a se obter realmente os candidatos mais promissores. A síntese de fármacos tornou-se um capítulo à parte da química orgânica, pois eles representam mais do que 75% de todo o arsenal que possuímos, o restante dessa porcentagem envolve métodos de obtenção variados, como produtos biotecnológicos (os biofármacos) e a síntese inorgânica. Um fármaco originado desse tipo de síntese é o carbonato de lítio. Li2SO4 + Na2CO3 → Li2CO3 + Na2SO4 Sintéticos 75% 25% Figura 67 – Proporção de fármacos sintéticos comparados a outras tecnologias 65 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA 5.1 Indústria químico-farmacêutica Quando se trata da produção de fármacos ou mesmo de medicamentos, alguns questionamentos devem ser feitos: qual o tipo de indústria produz um fármaco? Essa mesma indústria produz o medicamento? E quanto aos processos químicos de obtenção, quem é o responsável? Existe, sim, uma diferenciação industrial quanto à obtenção desses produtos, a saber: • Indústria químico-farmacêutica ou farmoquímica: nesse tipo de indústria, são obtidos todos os insumos ativos utilizados no preparo de um medicamento. No Brasil, embora tenhamos algumas farmoquímicas, elas não dão conta da demanda pela produção de medicamentos. China e Índia são os maiores produtores mundiais de fármacos (ou de insumos ativos). • Indústria química: responsável pelo desenvolvimento de processos químicos e novas tecnologias para síntese. Fornece tanto os insumos gerais para a produção de medicamentos quanto de insumos ativos. • Indústria farmacêutica: responsável direta por pesquisa, desenvolvimento e inovação (P, D & I), seja no âmbito de novos compostos bioativos, seja no desenvolvimento farmacotécnico, produção de medicamentos, distribuição e comercialização desses produtos. Em resumo, os setores fundamentais de uma indústria farmacêutica são: • Pesquisa e desenvolvimento. • Registro e patentes. • Controle de qualidade. • Mercado consumidor. No Brasil, esse tipo de indústria, em sua maioria, está em multinacionais. Das organizações que são 100% nacionais, menos de 1% possui setor de P, D & I de fármacos, sendo, portanto, grandes produtoras de medicamentos genéricos. O campo de inovação fica a cargo do desenvolvimento farmacotécnico ou do setor de controle de qualidade. Observação Embora a via sintética seja a mais utilizada, muito tem se pesquisado para o desenvolvimento de novos fitoterápicos. A biodiversidade da Amazônia ainda é pouco explorada, mas pode gerar uma gama muito grande de princípios ativos. 66 Unidade II 5.2 Segurança industrial A segurança industrial é feita a partir de ações e medidas que evitam acidentes no local de trabalho, garantindo a saúde e o bem-estar dos funcionários envolvidos nos processos industriais. Na indústria farmacêutica, essas ações são feitas pautando-se nas Boas Práticas de Fabricação, conforme a Resolução n. 301 (BRASIL, 2019). Mesmo sendo um complexo de alta tecnologia, seguir as normas sanitárias vigentes e primar pela biossegurança, os trabalhadores podem estar expostos a acidentes de trabalho. Alguns desses riscos estão acentuados no quadro posterior. Quadro 1 – Riscos envolvidos na produção de medicamentos Etapa do processo Descrição das atividades Riscos envolvidos Utilidades Produção de água purificada, ar comprimido, ar-condicionado e vapor d’água, oficinas de manutenção elétrica e mecânica Químicos: resultantes do manuseio de produtos químicos de tratamento de água e geração de vapor Físicos: ruídos provenientes de caldeiras, bombas e compressores, além de temperaturas elevadas na geração de vapor Ergonômicos: esforço físico e mobiliários inadequados Pesquisa e desenvolvimento (P&D) Fabricação de lotes de medicamentos em escala piloto e semi-industrial para estudo Desenvolvimento de novos produtos e otimização de formulações; execução de análises físico-químicas em matérias-primas, produtos acabados e em processos de medicamentos em estudo Químicos: resultantes do manuseio de produtos químicos de análises físico-químicas e da manipulação de matérias-primas no preparo de lotes pilotos de medicamentos Físicos: ruídos provenientes de equipamentos de bancada e escala semi-industrial Ergonômicos: esforço físico e mobiliários inadequados Administração Atividades administrativas (licitações, jurídico, financeiro, contabilidade, recursos humanos, informática, suprimentos, planejamento, vendas, BPF) Ergonômicos: esforços repetitivos, mobiliários inadequados e iluminação deficiente Serviços gerais Vigilância, refeitório, telefonistas, transportes, carpintaria, pintura, limpeza e conservação Químicos: resultantes do manuseio de produtos químicos de limpeza e conservação, tintas e solventes para pintura Físicos: ruídos para telefonistas; ruído e calor na carpintaria; calor no refeitório Biológicos: limpeza e conservação de sanitários Ergonômicos: esforço físico, mobiliários inadequados e iluminação deficiente Lembrete O uso do planejamento racional assistido por computador diminuiu o tempo de busca por novos candidatos a fármacos e permitiu que sua síntese fosse desenvolvida de modo a se obter realmente os candidatos mais promissores. 67 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA 5.3 Plantas químicas Geralmente, as plantas químicas são elaboradas por engenheiros químicos. Trata-se das instalações que serão utilizadas na produção, seja de insumos químicos, seja de farmoquímicos. É uma visão geral do leiaute dos locais onde ocorrerão os processos químicos. Na planta, estarão todos os setores produtivos e de análise de fármacos. Os equipamentos utilizados podem estar dentro ou fora da unidade, isso porque a sua instalação depende da demanda produzida. Figura 68 – Exemplo de planta química 5.4 Tipos de processos A indústria trabalha com dois tipos de processos produtivos: • Processo contínuo: ocorre um fluxo contínuo de insumos entrando nos equipamentos e de produtos saindo. Ele opera continuamente (sem interrupção), com elevada formação de produtos. São processos que necessitam de uma instrumentação mais complexa, não apenas registrando o que se é formado, mas também todos os parâmetros envolvidos na produção (vazão, pressão, temperatura etc.). É o caso das refinarias de petróleo e indústrias de papel e celulose. • Processo descontínuo ou em bateladas: nesse caso, um equipamento recebe as matérias-primas e a conversão em produto tem um tempo predeterminado, seguido por descarregamento. A operação é repetida enquanto se produz um lote. Assim, produz-se uma maior variedade produtiva e menor quantidade (volume), levando em conta os custos da produção e as condições de segurança. É o tipo de processo utilizado nas indústrias farmacêutica, de alimentos, bebidas etc. 68 Unidade II Carga Descarga Figura 69 – Entrada e saída de MP e descarga de produtos nos processos industriaisFigura 27 FRIIS, G. J.; BUNDGAARD, H. Design and application of prodrugs. In: KROGSGAARD-LARSEN, P.; LILJEFORS, T.; MADSEN, U. The textbook of drug design and development. 2. ed. Amsterdam: Harwood Academic, 1996. Adaptada. p. 40. Figura 30 RAUTIO, J. Prodrugs: design and clinical applications. Nature Reviews, v. 7, p. 255-270, March 2008. Adaptada. Figura 31 KOROLKOVAS, A.; BURCKHALTER, J. H. Química farmacêutica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. p. 70. Adaptada. Figura 37 CHUNG, M. C. et al. Latenciação e formas avançadas de transporte de fármacos. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, v. 41, p. 155-179, 2005. p. 160. Figura 38 CHUNG, M. C. et al. Latenciação e formas avançadas de transporte de fármacos. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, v. 41, p. 155-179, 2005. p. 161. Figura 39 BLAU, L.; CHUNG, M. C.; MENEGON, R. F. Pró-fármaco ativado por enzima, uma estratégia promissora na quimioterapia. Química Nova, v. 29, n. 6, p. 1307-1317, ago. 2006. p. 1308. 110 Figura 51 ALMEIDA, V. L. et al. Câncer e agentes antineoplásicos ciclo-celular específicos e ciclo-celular não específicos que interagem com o DNA: uma introdução. Química Nova, São Paulo, v. 28, n. 1, p. 118-129, jan./fev. 2005. p. 123. Figura 52 ARAÚJO, C. R. M.; SANTOS, V. L. A.; GONSALVES, A. A. Acetilcolinesterase – AChE: uma enzima de interesse farmacológico. Revista Virtual de Química, v. 8, n. 6, p. 1818-1834, 2016. p. 1824. Disponível em: http://static.sites.sbq.org.br/rvq.sbq.org.br/pdf/v8n6a04.pdf. Acesso em: 30 nov. 2020. Figura 53 PRAJAPAT, P.; AGARWAL, S.; TALESARA, G. L. Significance of computer aided drug design and 3D QSAR in modern drug discovery. Journal of Medicinal Chemistry, v. 1, n. 1:1, p. 1-2, 2017. Adaptada. Figura 54 800PX-HIGH-THROUGHPUT_SCREENING.JPG. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/thumb/2/2e/High-throughput_screening.jpg/800px-High-throughput_screening.jpg. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 56 7C2Y_ASSEMBLY-1.JPEG. Disponível em: https://cdn.rcsb.org/images/structures/c2/7c2y/7c2y_ assembly-1.jpeg. Acesso em: 30 nov. 2020. Figura 58 DURRAN, J. D.; McCAMMON, J. A. Molecular dynamics simulations and drug discovery. BMC Biology, v. 9, n. 71, 2011. Adaptada. Disponível em: https://bmcbiol.biomedcentral.com/ articles/10.1186/1741-7007-9-71. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 60 GANGARAPU, K. et al. Identification of acid degradation product of saquinavir mesylate by LC-MS: molecular docking and in silico toxicity studies. FABAD J. Journal of Pharmaceutical Sciences, v. 44, n. 3, p. 179-188, maio 2019. p. 186. Figura 61 BRITO, M. A. Estudando Interações fármaco-receptor com o Protein Data Bank (PDB) e programas gratuitos. Revista Virtual de Química, v. 3, n. 6, dez. 2011. p. 475-477. Adaptada. 111 Figura 67 MENEGATTI, R.; FRAGA, C. A. M.; BARREIRO, E. J. A importância da síntese de fármacos. Química Nova na Escola, n. 3, p. 16-22, maio 2001. p. 16. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/03/ sintese.pdf. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 68 552PX-CWRYBASF.JPG. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8d/ CWRYBASF.JPG/552px-CWRYBASF.JPG. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 71 494PX-APPARATUR_F%C3%BCR_FORMALDEHYD.JPG. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/ wikipedia/commons/thumb/c/ca/Apparatur_f%C3%BCr_Formaldehyd.jpg/494px-Apparatur_f%C3%BCr_ Formaldehyd.jpg. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 72 1280PX-WESSELING_GERMANY_LYONDELLBASELL-01.JPG. Disponível em: https://upload.wikimedia. org/wikipedia/commons/thumb/d/d1/Wesseling_Germany_LyondellBasell-01.jpg/1280px-Wesseling_ Germany_LyondellBasell-01.jpg. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 73 MDMAJAKARTA.JPG. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e4/ MDMAjakarta.jpg. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 106 MENEGATTI, R.; FRAGA, C. A. M.; BARREIRO, E. J. A importância da síntese de fármacos. Química Nova na Escola, n. 3, p. 16-22, maio 2001. p. 22. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/03/ sintese.pdf. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 107 CENTRIFUGE-1545292_960_720.JPG. Disponível em: https://cdn.pixabay.com/ photo/2016/07/27/13/26/centrifuge-1545292_960_720.jpg. Acesso em: 30 nov. 2020. Figura 108 450PX-SUGARCENTRIFUGE.JPG. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ thumb/d/d5/Sugarcentrifuge.JPG/450px-Sugarcentrifuge.JPG. Acesso em: 19 nov. 2020. 112 Figura 109 FILTRATION_DIAGRAM_%28ZH-CN%29.SVG. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/1/1c/Filtration_diagram_%28zh-cn%29.svg. Acesso em: 19 nov. 2020. Adaptada. Figura 110 800PX-FILTRATION_UNIT_%28CROSSFLOW_FILTRATION%29.JPG. Disponível em: https://upload. wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/eb/Filtration_unit_%28crossflow_filtration%29. jpg/800px-Filtration_unit_%28crossflow_filtration%29.jpg. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 111 800PX-M.W._WATERMARK_PLATE_AND_FRAME_FILTER_PRESS.JPG. Disponível em: https://upload. wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/M.W._Watermark_Plate_and_Frame_Filter_Press. jpg/800px-M.W._Watermark_Plate_and_Frame_Filter_Press.jpg. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 113 CONTINUOUS_FRACTIONAL_DISTILLATION.PNG. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/0/08/Continuous_Fractional_Distillation.PNG. Acesso em: 30 nov. 2020. Adaptada. Figura 114 455PX-COLONNE_DISTILLAZIONE.JPG. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/thumb/c/cc/Colonne_distillazione.jpg/455px-Colonne_distillazione.jpg. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 116 632PX-PRODUCTION_FREEZE_DRYER.JPG. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/thumb/5/5f/Production_freeze_dryer.JPG/632px-Production_freeze_dryer.JPG. Acesso em: 19 nov. 2020. Figura 117 AGGLOMERATION_VIA_SPRAY_DRY.PDF. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/3/3a/Agglomeration_via_spray_dry.pdf. Acesso em: 19 nov. 2020. Adaptada. 113 REFERÊNCIAS Textuais ABRAHAM, D. J. Burger’s medicinal chemistry and drug discovery. v. 2: Drug discovery and drug development. New Jersey: Wiley-Interscience, 2015. ALBRECHT, H. A.; BESKID, G.; CHAN, K. K. Cephalosporin 3’-quinolone esters with a dual mode of action. Journal of Medicinal Chemistry, v. 33, p. 77-86, 1990. ALMEIDA, R. N. Psicofarmacologia: fundamentos práticos. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006. ALMEIDA, V. L. et al. Câncer e agentes antineoplásicos ciclo-celular específicos e ciclo-celular não específicos que interagem com o DNA: uma introdução. Química Nova, São Paulo, v. 28, n. 1, p. 118-129, jan./fev. 2005. ANDRICOPULO, A. D. et al. Doenças tropicais negligenciadas: uma nova era de desafios e oportunidades. Química Nova, v. 36, n. 10, p. 1552-1556, 2013. ANSARI, M. M. Convenient short synthesis of desethylchloroquine[7-chloro-4-(4’-ethylamino-1’- methyl-butylamino)quinoline]. Synthesis, v. 8, p. 147-149,1995. ANVISA. Farmacopeia brasileira. 6. ed. Brasília: Anvisa, 2019. ANVISA. Ministério da Saúde. Resolução RDC n. 306, de 7 de dezembro de 2004. Dispõe sobre o Regulamento Técnico para o gerenciamento de resíduos de serviços de saúde. Brasília, 2004. Disponível em: https://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/anvisa/2004/res0306_07_12_2004.html. Acesso em: 25 nov. 2020. ARAÚJO, C. R. M.; SANTOS, V. L. A.; GONSALVES, A. A. Acetilcolinesterase – AChE: uma enzima de interesse farmacológico. Revista Virtual de Química, v. 8, n. 6, p. 1818-1834, 2016. Disponível em: http://static.sites.sbq.org.br/rvq.sbq.org.br/pdf/v8n6a04.pdf. Acesso em: 30 nov. 2020. AVENDAÑO, M. C. Introducción a la química farmacéutica. Madrid: McGraw-Hill-Interamericana, 2001. AVER, G. M.; KREUTZ, O. C.; SUYENAGA, E. S. Métodos de obtenção de fármacos sob a óptica da química medicinal. Revista Conhecimento Online, Novo Hamburgo, a. 7, v. 2015. Disponível em: https://periodicos.feevale.br/seer/index.php/revistaconhecimentoonline/article/view/150. Acesso em: 19 nov. 2020. BALANT, L. P.; DOELKER,E. Metabolic considerations in prodrug design. In: ABRAHAM, D. J. Burger’s medicinal chemistry and drug discovery. v. 1: Principles and practice. New York: Wiley- Interscience, 2003. 114 BARREIRO, E. J.; FRAGA, C. A. M. Química medicinal: as bases moleculares da ação dos fármacos. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. BARREIRO, E. J. Estratégia de simplificação molecular no planejamento racional de fármacos: a descoberta de novo agente cardioativo. Química Nova, v. 25, n. 6B, p. 1172-1180, abril 2002. BARREIRO, E. J.; RODRIGUES, C. R. Modelagem molecular: uma ferramenta para o planejamento racional de fármacos em química medicinal. Química Nova, v. 20, n. 3, p. 300-310, 1997. BLAU, L.; CHUNG, M. C.; MENEGON, R. F. Pró-fármaco ativado por enzima, uma estratégia promissora na quimioterapia. Química Nova, v. 29, n. 6, p. 1307-1317, ago. 2006. BODOR, N. Novel approaches in prodrug design. Drugs of the Future, Barcelona, v. 6, p. 165-182, 1991. BRASIL. Ministério da Saúde. Resolução RDC n. 301, de 21 de agosto de 2019. Dispõe sobre as Diretrizes Gerais de Boas Práticas de Fabricação de Medicamentos. Brasília, 2019. Disponível em: https://www.in.gov.br/en/web/dou/-/resolucao-rdc-n-301-de-21-de-agosto-de-2019-211914064. Acesso em: 25 nov. 2020. BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Resolução Conama n. 237, de 19 de dezembro de 1997. Dispõe sobre a revisão e complementação dos procedimentos e critérios utilizados para o licenciamento ambiental. Brasília, 1997. Disponível em: http://www2.mma.gov.br/port/conama/res/res97/res23797. html. Acesso em: 25 nov. 2020. BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Resolução Conama n. 358, de 29 de abril de 2005. Dispõe sobre o tratamento e a disposição final dos resíduos dos serviços de saúde e dá outras providências. Brasília, 2005. Disponível em: http://www.siam.mg.gov.br/sla/download.pdf?idNorma=5046. Acesso em: 25 nov. 2020. BRITO, M. A. Estudando Interações fármaco-receptor com o Protein Data Bank (PDB) e programas gratuitos. Revista Virtual de Química, v. 3, n. 6, dez. 2011. BUNDGAARD, H. Bioreversible derivatives for various functional groups and chemical entities. In: BUNDGAARD, H. (ed.). Design of prodrugs. Amsterdam: Elsevier, 1985. BUNDGAARD, H. Novel chemical approaches in prodrug design. Drugs of the Future, Barcelona, v. 16, n. 5, p. 443-453, 1991. BUNDGAARD, H. Design of prodrugs. Amsterdam: Elsevier, 1985. CARVALHO, I. et al. Introdução à modelagem molecular de fármacos no curso experimental de química farmacêutica. Química Nova, v. 26, p. 428-438, 2003. 115 CHUNG, M. C. et al. Latenciação e formas avançadas de transporte de fármacos. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, v. 41, p. 155-179, 2005. CHUNG, M. C.; FERREIRA, E. I. O processo da latenciação no planejamento de fármacos. Química Nova, São Paulo, v. 22, n. 1, p. 75-84, 1999. COHEN, N. C. The Molecular Modeling Perspective in Drug Design. In: COHEN, N. C. Guidebook on molecular modeling in drug design. California: Academic Press, 1988. DEWAR, M. J. S. AM1: a new general purpose quantum mechanical molecular model. Journal of the American Chemical Society, v. 107, p. 3902-3907, 1985. DIAS, L. C.; DESSOY, M. A. Doenças tropicais negligenciadas: uma nova era de desafios e oportunidades. Química Nova, v. 36, n. 10, p. 1552-1556, 2013. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/qn/ v36n10/11.pdf. Acesso em: 19 nov. 2020. DURRAN, J. D.; McCAMMON, J. A. Molecular dynamics simulations and drug discovery. BMC Biology, v. 9, n. 71, 2011. Disponível em: https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/1741-7007-9-71. Acesso em: 19 nov. 2020. EKINCI, D. Medicinal chemistry and drug design. IntechOpen, Croácia, 2012. FALQUETO E.; KLIGERMAN, D. C.; ASSUMPÇÃO, R. F. Como realizar o correto descarte de resíduos de medicamentos? Ciência & Saúde Coletiva, v. 15, n. 2, p. 3283-3293, 2010. FARGHALY, A. M. et al. Design, synthesis, and antihypertensive activity of new pyrimidine derivatives endowing new pharmacophores. Medicinal Chemistry Research, v. 28, n. 3, p. 360-379, 2019. FELDER, R. M.; ROUSSEAU, R. W. Princípios elementares de processos químicos. 3. ed. São Paulo: LTC, 2005. FRIIS, G. J.; BUNDGAARD, H. Design and application of prodrugs. In: KROGSGAARD-LARSEN, P.; LILJEFORS, T.; MADSEN, U. The textbook of drug design and development. 2. ed. Amsterdam: Harwood Academic, 1996. FURNISS, B. S. et al. Vogel’s texbook of pratical organic chemistry. 5. ed. New York: Logman Scientific & Technical, 1989. GANGARAPU, K. et al. Identification of acid degradation product of saquinavir mesylate by LC-MS: molecular docking and in silico toxicity studies. FABAD J. Journal of Pharmaceutical Sciences, v. 44, n. 3, p. 179-188, maio 2019. 116 GIL, E. C. et al. Aspectos técnicos e legais do gerenciamento de resíduos químico-farmacêuticos. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, São Paulo, v. 43, n. 1, jan./mar. 2007. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/rbcf/v43n1/02.pdf. Acesso em: 19 nov. 2020. GOLAN, D. E. et al. Princípios de farmacologia: a base fisiopatológica da farmacoterapia. 2. ed. Rio de Janeiro. Guanabara Koogan, 2009. GOODMAN, A. G. As bases farmacológicas da terapêutica. 11. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005. GUIMARÃES, D. O.; MOMESSO, L. S.; PUPO, M. T. Antibióticos: importância terapêutica e perspectivas para a descoberta e desenvolvimento de novos agentes. Química Nova, São Paulo, v. 33, n. 3, p. 667-679, 2010. GUIMARÃES, F. S. Hipnóticos e Ansiolíticos. In: FUCHS, F. D.; WANNMACHER, L. Farmacologia clínica: fundamentos da terapêutica racional. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2010. HAWLEY, S. R. et al. The role of drug accumulation in 4-aminoquinoline antimalarial potency. The influence of structural substitution and physicochemical properties. Biochemical Pharmacology, v. 52, p. 723-733, 1996. HOFF, R. Análise de resíduos de sulfonamidas em alimentos por eletroforese capilar e espectrometria de massa. 2008. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2008. ISSA, N. T. et al. Drug metabolism in preclinical drug development: a survey of the discovery process, toxicology, and computational tools. Current Drug Metabolism, v. 18, n. 6, p. 556-565, 2017. JULIANO, R. L. Controlled delivery of drugs: an overview and prospectus. In: JULIANO, R. L. Drug delivery systems: characteristics and biomedical application. New York: Oxford University, 1980. KARAMAN, R. The future of prodrugs designed by computational chemistry. Drug Designing, v. 1, n.1, p. 1-3, 2012. KATZUNG, B. G. Farmacologia básica e clínica. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006. 992 p. KIRCHMAIR, J. et al. Predicting drug metabolism: experiment and/or computation? Nature Reviews Drug Discovery, v. 14, n. 6, p. 387-404, 2015. KOROLKOVAS, A. Essentials of medicinal chemistry. 2. ed. New York: Wiley-Interscience, 1988. 1204 p. KOROLKOVAS, A.; BURCKHALTER, J. H. Química farmacêutica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. 792 p. 117 LEMKE, T. L.; WILLIAMS, D. A.; FOYE, W. Principles of medicinal chemistry. 7th ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2015. 1.497 p. MELTON, R. G.; KNOX, R. J.; CONNORS, T. A. Antibody-directed enzyme prodrug therapy (ADEPT). Drugs of the Future, Barcelona, v. 21, n. 2, p. 167-181, 1996. MENEGATTI, R.; FRAGA, C. A. M.; BARREIRO, E. J. A importância da síntese de fármacos. Química Nova na Escola, n. 3, p. 16-22, maio 2001. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/03/sintese. pdf. Acesso em: 19 nov. 2020. PATRICK, G. L. An introduction to medicinal chemistry. Reino Unido: Oxford University Press, 2013. 816 p. PERRIN, D. D.; ARMAREGO, W. L. F.; PERRIN, D. R. Purification of laboratory chemicals. 2. ed. Oxford: Pergamon Press, 1980. PRAJAPAT, P.; AGARWAL, S.; TALESARA, G. L. Significance of computer aided drug design and 3D QSAR in modern drug discovery. Journal of Medicinal Chemistry, v. 1, n. 1:1, p. 1-2, 2017. RAUTIO, J.Prodrugs: design and clinical applications. Nature Reviews, v. 7, p. 255-270, March 2008. RODRIGUES, C. R. Processos modernos no desenvolvimento de fármacos. Química Nova na Escola, n. 3, p. 43-49, 2001. SANGI, D. P. Estratégias de síntese na descoberta de fármacos: o emprego da síntese orientada pela diversidade estrutural. Química Nova, São Paulo, v. 39, n. 8, p. 995-1006, maio 2016. SANT’ANNA, C. M. R. Glossário de termos usados no planejamento de fármacos (recomendações da Iupac para 1997). Química Nova, São Paulo, v. 25, n. 3, p. 505-512, 2002. SCHACHT, E. H.; VANSTEENKISTE, S.; SEYMOUR, L. Macromolecular Carriers for Drug Targeting. In: WERMUTH, C. G. (ed.). The practice of medicinal chemistry. London: Academic, 2003. p. 717-736. SHREVE, R. N.; BRINK JUNIOR, J. A. Indústrias de processos químicos. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1994. SILVA, A. T. A. et al. Advances in prodrug design. Mini Reviews in Medicinal Chemistry, v. 5, n. 10, p. 893-914, 2005. SINGH, G.; SHARMA, P. D. Mutual prodrugs: a recent trend in prodrug design. Indian Journal of Pharmaceutical Sciences, v. 56, n. 3, p. 69-79, 1996. SINKULA, A. A. Sustained drug action accomplished by the prodrug approach. In: BUNDGAARD, H. (ed.). Design of prodrugs. Amsterdam: Elsevier, 1985. p. 157-176. 118 VALVERDE, R. Doenças negligenciadas. Portal Fiocruz, 2013. Disponível em: https://agencia.fiocruz.br/ doen%C3%A7as-negligenciadas. Acesso em: 19 nov. 2020. WERMUTH, C. G. Designing Prodrugs and Bioprecursors. In: WERMUTH, C. G. The practice of medicinal chemistry. London: Academic Press, 2003. p. 697-716. WERMUTH, C. G. Designing prodrugs and bioprecursors. In: JOLLE, G.; WOOLDRIGE, K. R. M. Drug design: fact or fantasy? London: Academic Press, 1984. p. 47-72. WILSON, C. O. et al. Wilson and Gisvold’s textbook of organic medicinal and pharmaceutical chemistry/ edited by John H. Block, John M. Beale Jr. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2004, 1008 p. 119 120O quadro a seguir mostra claramente a diferenciação entre esses processos. Quadro 2 Processo contínuo Processo por batelada Alta velocidade de produção, com pouco trabalho humano Tempo de produção para fechar o ciclo é muito grande, com muito trabalho humano no processo Clara determinação de capacidade, rotina para todos os produtos, baixa flexibilidade Capacidade não facilmente determinada (diferentes configurações, rotinas complexas) Baixa complexidade do produto Produtos mais complexos Baixo valor agregado Alto valor agregado Tempos de parada causam grande impacto Tempos de parada causam menor impacto Pequeno número de etapas de produção Grande número de etapas de produção Número limitado de produtos Grande número de etapas de produção 5.5 Tratamento de resíduos da indústria químico-farmacêutica e da indústria farmacêutica Pelo seu processo produtivo, tanto as indústrias farmacêuticas quanto as farmoquímicas são grandes geradoras de resíduos, seja pela fabricação de produtos farmacêuticos por si só, seja pelo número de análises que esses materiais devem passar para que tenham garantidas a qualidade e a segurança ao consumidor. As Boas Práticas de Fabricação (BRASIL, 2019) traçam diretrizes que devem ser alcançadas, minimizando os impactos com a geração de resíduos, por exemplo, o tratamento de efluentes e as emissões de gás antes do lançamento na atmosfera e a destinação adequada dos resíduos sólidos. Quando uma indústria vai se instalar em um determinado local, ela necessita ter a licença ambiental, regulamentada pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama) na Resolução n. 237 (BRASIL, 1997). Esse documento apresenta três fases. A primeira fase envolve a licença prévia. O órgão ambiental faz 69 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA uma avaliação da localização, analisando os impactos ambientais daquele local com a implantação de uma indústria. A segunda fase exige a licença de instalação, só assim será possível construir o espaço industrial. Por fim, a licença de operação vai garantir o funcionamento dessa indústria. Em seu licenciamento, a indústria deve seguir normas e diretrizes legais e propor de modo detalhado como irá gerenciar os resíduos produzidos por ela. O plano de gerenciamento de resíduos deve ter uma visão detalhada do tipo de resíduo produzido, bem como o direcionamento do que será feito para impedir que riscos cheguem ao funcionário da indústria ou ao meio ambiente. Obviamente, deve seguir todas as normas de biossegurança. O plano de gerenciamento é regulamentado pelas resoluções Conama n. 358 (BRASIL, 2005) e Anvisa n. 306 (ANVISA, 2004). Nessas legislações, estão dispostas todas as etapas dos resíduos gerados, desde seu manejo até a disposição final, delimitando os responsáveis por todas as etapas específicas. Destaca-se a seguir um exemplo de como funcionam as legislações a respeito de geração de resíduos. A RDC n. 306/2004 regulamenta a segregação, o acondicionamento, o armazenamento, o transporte e a disposição final, estabelecendo procedimentos baseados nos riscos que possam ser gerados e inspecionando os locais que geram resíduos. Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), outras normas podem ser utilizadas. Elas podem nortear o desenvolvimento do plano de gerenciamento de resíduos; não são consideradas legislações, mas um apoio em sua formulação. Alguns exemplos dessas normas: • NBR 10004: classificação de resíduos quanto aos potenciais riscos ao meio ambiente e à saúde. • NBR 12235: armazenamento de resíduos sólidos perigosos. • NBR 7500: símbolos de risco e manuseio, transporte e armazenamento de resíduos. Qualquer que seja o planejamento de gerenciamento de resíduos na indústria farmacêutica, ele deve se pautar na segurança ocupacional e ambiental. Haverá êxito se forem apresentados métodos quantitativos, por exemplo, o volume de resíduos gerados e os métodos qualitativos especificando a categoria inerente ao risco. Saiba mais Para entender um pouco melhor sobre o gerenciamento de resíduos na indústria farmacêutica, leia o artigo: GIL, E. C. et al. Aspectos técnicos e legais do gerenciamento de resíduos químico-farmacêuticos. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, São Paulo, v. 43, n. 1, jan./mar. 2007. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/ rbcf/v43n1/02.pdf. Acesso em: 19 nov. 2020. 70 Unidade II 5.6 Produção industrial de fármacos Do ponto de vista industrial, as sínteses químicas que ocorrem para a produção de fármacos são chamadas de processos químicos, que englobam desde as conversões químicas até as etapas de purificação, secagem e todos os processos que levam a matéria-prima (ou reagentes) para os reatores. Assim, algumas definições do ponto de vista industrial acerca da produção de fármacos serão discutidas a seguir. Um processo industrial (PI) envolve várias etapas: • Preparação das matérias-primas (MP): é considerada matéria-prima a substância que vai passar pela conversão química, ou seja, o reagente a ser utilizado num determinado processo. Essa MP pode sofrer um processo de pré-tratamento, como purificação, redução do tamanho e homogeneização de partículas para o caso de sólidos ou, ainda, ser utilizada na forma que foi recebida. • Conversões químicas: são as reações nas quais os reagentes ou MP são convertidas em produtos, subprodutos e resíduos. Elas podem vir de processos sintéticos, semissintéticos, fermentativos ou extrativos (no caso de fitoterápicos, por exemplo). • Operações unitárias: são as etapas de purificação e secagem do produto principal obtido. Estudaremos essas etapas de purificação e secagem após a discussão das conversões químicas. • Embalagem: o tipo de embalagem usada no armazenamento dos produtos obtidos também é importante, devendo-se levar em conta as características dos produtos, como acidez, basicidade, interação entre o produto e os componentes da embalagem etc. Todas as etapas produtivas levam em conta os parâmetros físicos, como temperatura, pressão e tempo; os físico-químicos, como solubilidade e pH; e os parâmetros químicos. Nesse último caso, a reatividade da MP dependerá de sua estrutura química e dos grupos funcionais reativos que ela possui, a fim de que a conversão química ocorra sem intercorrências. Com esses conceitos em mente, a produção de um fármaco seguirá as fases mostradas no esquema a seguir. Processo químico Matérias-primas Produto Mão de obra Resíduos Figura 70 – Etapas gerais na produção de fármacos 71 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA Lembrete O plano de gerenciamento de resíduos deve dispor de uma visão detalhada do tipo de resíduo produzido, bem como o direcionamento do que será feito para impedir que riscos cheguem ao funcionário da indústria ou ao meio ambiente. 5.7 Sínteses de fármacos A síntese de fármacos utiliza diversas reações comuns da química orgânica. Exemplos: nitração, oxidação, redução, sulfonação, alquilação e acilação, esterificação. Antes de estudarmos efetivamente cada uma delas, é preciso acentuar que o processo de conversão industrial passa por três etapas. 5.7.1 Etapa laboratorial Analisa detalhadamente os parâmetros reacionais: • Velocidade da reação para definição do uso ou não de catalisadores. • Quantidades envolvidas (balanço material) a partir do rendimento de conversão química (quanto se produziu/quanto do reagente principal foi consumido x 100). • Termodinâmica das reações, que dirá se a reação será endotérmica (com fornecimento de calor para que se processe) ou exotérmica (com liberação de calor); nesse caso, o uso de serpentinas de resfriamento no reator é aconselhado. Observação Catalisador é uma substância responsável pelo aumento na velocidade da reação, sua participação no processo é de ativação de grupos, não participando da formação do produto – da mesma forma que entra, ela sai da reação. 5.7.2 Etapa semi-industrial Também conhecida como scale up ou piloto, nessa etapa, ocorre um aumento da escala produtiva(a partir do que se produziu na etapa laboratorial). Também é nessa etapa que são escolhidos os reatores adequados. 72 Unidade II Reatores Trata-se de equipamentos por meio dos quais as reações ou conversões químicas vão acontecer. Existem diversos tipos, tanto do ponto de vista de dimensão quanto de seus materiais de composição até o tipo de agitação: fluxo ou pistão. Alguns reatores trabalham continuamente ou em bateladas (caso da indústria farmacêutica). Seja qual for o tipo, todos permitem a entrada dos materiais necessários à conversão química, como solventes, gases, MP e catalisadores. Além disso, todos possuem controladores de temperatura e de pressão, necessários para monitorar o que está sendo produzido bem como para evitar acidentes na planta química. Figura 71 – Esquema geral de um reator Figura 72 – Reatores na parte externa e interna da indústria 73 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA Figura 73 – Reatores no interior da indústria Misturadores e agitadores A mistura e a agitação ocorrem rotineiramente na indústria e servem para homogeneizar os diferentes componentes formados no processo químico. Elas fazem parte das operações em reatores e são essenciais. Podem ser em forma de hélice, pá etc., isso vai depender da reação. O material de revestimento também depende do tipo de conversão química que está sendo realizado. 5.7.3 Etapa industrial Nessa fase os fármacos são produzidos em escala industrial. Para facilitar a visão do processo industrial como um todo, fluxogramas são construídos e deixados em cada local. Isso permite uma visualização da operação que está sendo realizada, facilitando o trabalho no chão de fábrica e evitando acidentes. Existem diversos tipos de fluxograma: blocos, processo e tubulação e instrumentação. O de blocos mostra, de maneira simples, quais equipamentos e a ordem do processo produtivo, o que está exemplificado na figura a seguir. 74 Unidade II Tanque de líquido TL01 Tanque de líquido TL02 Reator R28 Separador S44 Misturador M36 Figura 74 – Exemplo de fluxograma em blocos 6 TIPOS DE SÍNTESE DE FÁRMACOS Os tipos de síntese encontrados serão baseados na termodinâmica da reação e serão divididos em processos exotérmicos e processos endotérmicos. Deve ser dada atenção aos agentes formadores da reação, aqueles que vão fornecer o grupo essencial da síntese em questão, por exemplo: numa reação de nitração, teremos o agente nitrante, ou seja, o reagente fornecedor do grupo nitro; numa reação de redução, teremos o agente redutor, e assim sucessivamente. O delineamento de uma síntese normalmente passa por: MP → Intermediário → Produto O que define essa sequência é denominado rota sintética. Deve-se conhecer a estrutura química do composto planejado (por exemplo, a cadeia carbônica, a funcionalidade, a posição do substituinte, se anel aromático: posições como orto, meta e para, a massa molecular), os materiais reagentes (com a graduação das funções em termos de reatividade, saber se precisa haver proteção de grupos), as reações utilizadas (o número de etapas para se conseguir o produto de interesse), os mecanismos que regem essas reações, a estereoquímica envolvida, se for o caso, e as metodologias tanto reacionais quanto de análise. Saiba mais Para saber mais sobre a história de síntese de fármacos, leia o artigo: MENEGATTI, R.; FRAGA, C. A. M.; BARREIRO, E. J. A importância da síntese de fármacos. Química Nova na Escola, n. 3, p. 16-22, maio 2001. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/03/sintese.pdf. Acesso em: 19 nov. 2020. 75 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA 6.1 Processos endotérmicos Para que esse processo ocorra, é necessário fornecer calor, permitindo que a conversão química se processe de maneira a se obter o máximo de produto desejado. 6.1.1 Alquilação Nesse tipo de síntese, a reação pode ocorrer de diferentes maneiras: • Entre radicais alquila. • Entre um radical alquílico e um grupo inorgânico (como sulfatos, fosfatos etc.). • Entre o grupo alquila de um reagente e compostos de alumínio, silício etc. • Entre o grupo alquílico e compostos contendo oxigênio, nitrogênio, magnésio, enxofre etc. Esse tipo de reação é importante na formação de produtos ou na formação de produtos intermediários de síntese. Os agentes alquilantes são os doadores de grupo alquila, e os mais usados são os haletos de alquila R-X (por exemplo, CH3I, CH3Br) e o sulfato de dimetila ((CH3)2SO4), pois eles são mais reativos. Contudo, álcoois, epóxidos e éteres também podem ser utilizados. Dependendo da reatividade dos reagentes utilizados, pode ser necessário o uso de catalisadores. + Butano Propano Heptano D Figura 75 – Um exemplo geral de alquilação NH2 + CI CH2CH2N NH CH2CH2N Mepiramina (anti-histamínico) Tripelenamina (anti-histamínico) Intermediário de síntese Produtos NN NN Figura 76 – Exemplo de intermediário alquilado na síntese de fármacos anti-histamínicos A seguir serão acentuados exemplos de fármacos obtidos por alquilação. 76 Unidade II Mecloretamina Esse agente alquilante é um antineoplásico que tem como mecanismo de ação se ligar ao DNA impedindo a abertura das fitas no processo de replicação das células tumorais. Sua obtenção ocorre através da formação do intermediário metildietanolamina. As etapas de síntese são reação de dietanolamina com o agente alquilante iodeto de metila, formando metildietanolamina, que, posteriormente, reage com ácido clorídrico para formar o produto desejado. NHNH NN NN CI CIOH OH HO HO + CH3I CH3 CH3 + HCI Mecloretamina Figura 77 – Obtenção do antineoplásico mecloretamina Naltrexona Na busca de melhores hipnoanalgésicos, com potência similar à morfina, mas que não produzissem os mesmos efeitos adversos, obteve-se o análogo de morfina, a oximorfona. A reação entre oximorfona e bromometilciclopropano gerou a naltrexona, um antagonista opioide utilizado na dependência do alcoolismo e de opioides como a morfina e seus análogos agonistas. HOHO OO OO OHOH NN H2CH CH2 Br Naltrexona Figura 78 Barbitúricos Os barbitúricos possuem ação ansiolítica, hipnótico-sedativa e anticonvulsivante, e a ação desses fármacos depende da introdução de cadeias alquílicas. Na posição 3, a alquila diminui a ação farmacológica, já substituições no C5 diferenciam os barbitúricos pelo tempo de ação. 77 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA O O O O 6 1 2 34 5 R3 R4 R2 R1 O O O O O O O O HNHN NN NN HNHN NN NHNH NHNH NHNH Pentobarbital curta duração Amobarbital duração intermediária Metabarbital longa duração Figura 79 6.1.2 Aminação As aminas são compostos nitrogenados (derivados diretos da amônia) que possuem diversos usos na área farmacêutica. São encontradas em produtos naturais e nos aminoácidos e diversas classes terapêuticas têm em sua estrutura esse tipo de função orgânica. Existem nas formas alifáticas e aromáticas e, dependendo do número de hidrogênios ligados a ela, são classificadas como primária, secundária, terciária e quaternária. As aminas alifáticas podem ser obtidas através da síntese direta com gás amônia, da redução de nitrilas, da redução de nitrocompostos, da redução de grupos amídicos, hidrogenação de iminas e enaminas ou, ainda, da reação de amônia com álcoois, cetonas e aldeídos. Já as aminas aromáticas são obtidas através de reações de substituição nucleofílica, por redução e rearranjos/degradações. A figura a seguir ilustra uma reação geral de aminação. Br + NH3 NH2 Figura 80 Trata-se de grupos que podem ser utilizados como intermediários de síntese ou na formação direta do produto. No processo de aminação, o agente de aminação será o grupo que possui a amina. A anilina, uma amina aromática, é um dos intermediários de síntese mais usados na produção de fármacos. NO2 Catalisador Nitrobenzeno Anilina + H2 NH2 Figura 81 78 Unidade II Exemplos de fármacos que possuem uma amina em sua estrutura são variados. A seguir, serão acentuados alguns exemplos desíntese de fármacos que passaram por esse tipo de reação. Cloroquina É um fármaco usado como antimalárico em casos de artrite reumatoide e lúpus eritematoso sistêmico (LES). Foi descoberta em 1934, mas devido a sua toxicidade, seu uso foi descartado. Todavia, na Segunda Guerra, o uso de um análogo pelos alemães, a 3-metil-cloroquina, levou os EUA a realizar estudos extensivos na cloroquina para que seus soldados pudessem utilizá-la como medida profilática para malária. Sua introdução na terapêutica foi oficializada em 1947. Quimicamente, a classe da cloroquina é 4-dietilaminas, devido à presença desse grupo em sua cadeia lateral. Sua rota sintética é composta de três etapas: na primeira, tem-se a obtenção da 4,7-dicloroquinolina (núcleo central); na segunda, a formação da 4-dietilamino-1-metilbutilamina (cadeia lateral); e, por fim, a síntese da cloroquina. Algumas etapas na produção da 4,7-dicloroquinolina foram suprimidas para facilitar o entendimento. H3C C CH2CH2CH2N H2N CH CH2CH2CH2N H2N CH CH2CH2CH2N HN CH CH2CH2CH2N CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 O O CI CI CI CI CI NN NN NNNN CI CIOH NH2 O 3-cloroanilina 1-dietil-4-aminopentanona 1-dietil-1-metilbutilamina Cloroquina 3ª etapa 2ª etapa 1ª etapa 7-cloro-4-hidroxiquinolina 4,7-dicloroquinolina CH3 CH3 CH3 OO + H5C2 + NH3 + POCI3 H2 Catalisador Figura 82 Antidepressivos tricíclicos Nessa classe de fármacos, a amina da cadeia lateral é vital no mecanismo de ação, o tipo de amina presente na cadeia lateral é quem vai diferenciar essa classe terapêutica entre os não seletivos quanto ao neurotransmissor (dopamina, norepinefrina e serotonina) e os mais seletivos (norepinefrina). A imipramina, um antidepressivo não seletivo, possui uma rota sintética em uma única etapa (processo 79 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA de alquilação), produz alto rendimento reacional e se processa em poucas horas. Já a nortriptilina, que é um antidepressivo tricíclico seletivo, possui duas etapas em sua síntese: uma alquilação e outra etapa de aminação. + CI CH2 CH2 CH2 N CH2 CH2 CH2 N CH2 CH2 CH2 N CH2 CH2 CH2 N CH3 CH2 CH2 CH2 NH CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 NN HH NN NaNH2 CH3I CH3NH2 Imipramina Nortiptilina + Figura 83 Norfloxacino Esse fármaco é o primeiro representante da série de antimicrobianos fluorquinolonas. É também o primeiro da série de análogos quinolônicos que possui um anel piperazínico, o qual aumenta a atividade antimicrobiana desses compostos. Esse aumento de atividade pode ser explicado pela interação através de ligação de hidrogênio entre o nitrogênio piperazínico e o sítio receptor. F F O + Norfloxacino O NNNNNN HNHN HNHN NHNH COOH COOH CI Figura 84 Aminas cíclicas são de interesse na relação estrutura-atividade. Um exemplo são os anéis piperidínicos e piperazínicos, que aumentam a potência de antipsicóticos. Além deles, temos a piridina, o pirrol, a pirrolidona e a pirimidina. Esses últimos são encontrados em alcaloides, que são compostos de origem vegetal e têm diversas interações fisiológicas. 80 Unidade II NN NHNH NHNH NHNH NHNH NHNH Piridina Piperazina Piperidina Pirrol Pirrolidina Figura 85 6.1.3 Oxidação Do ponto de vista de processo químico, a oxidação de compostos orgânicos pode ocorrer a partir de algumas circunstâncias: • Quando ocorre perda de elétrons. • Na retirada de hidrogênio de um grupo já oxigenado, (álcool, por exemplo). • Na introdução de um átomo de oxigênio. Para evitar a formação de subprodutos indesejados de difícil remoção, recomenda-se usar o gás oxigênio (O2) como agente de oxidação. Quando isso não é possível, pode-se lançar mão de agentes oxidantes, por exemplo, o permanganato de potássio (KMnO4), um potente oxidante que fornece um tempo reacional bastante curto; o dicromato de potássio (K2Cr2O7), seu uso deve ser acompanhado de ácido forte, em geral ácido sulfúrico, para que o tempo reacional seja diminuído; anidrido crômico (CrO3) solubilizado em ácido acético glacial; peróxido de hidrogênio (H2O2). Os processos de oxidação são úteis na síntese de fármacos, principalmente, pela possibilidade da obtenção de intermediários de síntese. O exemplo mais comum de intermediários é a formação de acetaldeído e de ácido acético, importantes reagentes na indústria farmacêutica. + O2 + O2 MgCu O O H OH Etanol Acetaldeído Ácido acético CH2H3C OH Figura 86 A produção do anti-inflamatório não esteroidal (piroxicam) parte de um reagente específico: a sacarina. Uma das etapas de produção desse intermediário é a oxidação, conforme figura a seguir. 81 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA CISO3H NH3 CH3CH3 CH3 SO2CI SO2NH2 [O] O O O Sacarina S NH Figura 87 Levodopa A levodopa é o fármaco de escolha em pacientes com mal de Parkinson, principalmente nos estágios intermediários da patologia e em pacientes com idade superior a 65 anos. Seu mecanismo de ação é baseado na descarboxilação pela catecol-O-metiltransferase (COMT), liberando a dopamina. Essa liberação faz com que ocorra um aumento desse neurotransmissor de maneira generalizada, e não apenas dos receptores de dopamina. Embora promova uma melhora no quadro clínico do paciente, não promove a cura, uma vez que tal patologia é neurodegenerativa. Sua síntese é relativamente simples, o aminoácido tirosina é oxidado através da reação com peróxido de hidrogênio, usando-se sulfato de ferro como catalisador. CH2 CH2HO HO HO CH CH NH2 NH2 COOH COOH H2O2/FeSO4 Tirosina Levodopa Figura 88 Genfibrozila Fármaco utilizado em dislipidemias, pertence à classe dos fibratos. Sua ação se dá através da inibição da lipólise e captação de ácidos graxos livres pelo sistema hepático. Seu uso é indicado em pacientes com dislipidemia mista (altos índices de triglicérides e colesterol total) que não conseguem ter controle através da dieta. A síntese do genfibrozila é feita a partir da oxidação do 5-(2,5-dimetilfenoxi)-2,2-dimetilentanal. O OO COOH Genfibrozila [O] HCH3 CH3 CH3 CH3CH3 CH3 CH3 CH3 CC CC (CH2)3 (CH2)3 Figura 89 82 Unidade II 6.1.4 Esterificação Esse tipo de síntese tem como objetivo a formação de grupamentos ésteres e é de suma importância na produção de fármacos. Através dela, podem-se obter fármacos com caráter mais lipofílico. Como estudado anteriormente, é uma das reações principais na formação de pró-fármacos, uma vez que o número de esterases em nosso organismo é muito grande, permitindo, assim, a hidrólise por via enzimática. Hidroxilas alcoólicas ou grupos ácidos podem ser protegidos para que outros grupos possam reagir, e a volta desses grupos (ácido e hidroxila) é facilmente obtida através de hidrólise ácida, básica ou por ação do calor. A estratégia de síntese é simples e rápida, necessita apenas de um reagente que contenha o grupo álcool, um reagente que possua um ácido carboxílico e um catalisador. Por vezes, o grupo ácido pode ser substituído por anidridos, que são substâncias mais reativas, fazendo com que a velocidade da reação aumente e o tempo reacional diminua. Além disso, não forma como subproduto a água (formada na reação com ácido). Ao contrário dos outros processos químicos, a esterificação não utiliza agentes específicos. A reação geral dessa síntese pode ser descrita como: álcool + ácido carboxílico → éster + água ou álcool + anidrido → éster + água Um exemplo prático é mostrado a seguir. H3C OH + H3C O OH O O H3C + H20 H3C Figura 90 Atropina A atropina é um fármaco que atua como antagonista da acetilcolina e de alguns agonistas muscarínicos. Ela inibe as secreções das vias aéreas, promovendo um ressecamento. Por essa ação, ela possui diversos usos na terapêutica: antiespasmódico, antissecretório, promove midríase (útil em oftalmologia), antídoto na intoxicação por organofosforados etc. Esse composto bioativo pode ser obtido tanto por fonte natural (ele é um dos princípios ativos de alcaloidesencontrados na Atropa beladona) quanto por via sintética. Nesse caso, a síntese é feita por esterificação do 3-tropanol com ácido 3-hidroxi-2-fenilpropanoico. 83 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA H O C CH C6H5 O C CH C6H5 CH2 OH CH2 OH O NN NN CHCH33 CHCH33 OHOH O Atropina Figura 91 Bacampicilina A bacampicilina é um pró-fármaco da ampicilina que possui ação antimicrobiana e faz parte da classe dos β-lactâmicos. A estratégia de esterificar a ampicilina faz com que, ao ser liberada pelas esterases, tenha eficácia aumentada significativamente para infecções sistêmicas. A bacampicilina, ao contrário da ampicilina, possui extensa absorção duodenal. A síntese de formação desse pró-fármaco produz um éster duplo de ampicilina. Ao ser hidrolisado, esse éster duplo vai liberar ácido propiônico e acetaldeído, que, em solução, vai ser convertido em ácido acético e ampicilina. O reator usado para essa síntese deve ser vitrificado ou de aço inox, pois a liberação de HCl e os subprodutos com caráter altamente ácido podem promover a corrosão. NH2 NH2 CH3 CH3 CH3 CH3+ H3C H3C NH NH O OO O O O O O BacampicilinaAmpicilina O OEt OEt OCIS S COOH NN NN Figura 92 6.2 Processos exotérmicos Em geral, as sínteses que atuam sobre esse tipo de processo são aquelas que liberam calor, precisam ter um cuidado adicional em relação à escolha dos reatores, que devem possuir um sistema de resfriamento. 6.2.1 Acilação Esse tipo de síntese é um caso particular da esterificação. Nela, um grupo acila, por vezes denominado pela nomenclatura antiga, acetila, é introduzido na formação do produto. Esse grupo é conhecido por 84 Unidade II ser um oxoácido: R-CO-. O agente fornecedor do grupo acila é chamado de agente de acilação e pode ter três diferentes fontes: • Ácido acético: muito utilizado na indústria por se tratar de um reagente com custo menor, porém a velocidade de reação é baixa. • Anidrido acético: com custo maior, mas que produz reações de acilação com um tempo menor quando comparado ao ácido acético, o que ocorre em virtude da alta reatividade desse reagente. A formação do subproduto ácido acético faz com que industrialmente não seja uma boa escolha em razão da dificuldade de purificação final do produto acilado. • Cloreto de ácido: muito usado na fase de pesquisa e desenvolvimento de fármacos. O motivo é simples: dos três agentes de acilação, é o mais reativo. Industrialmente não é utilizado, pois ocorre liberação de HCl gasoso, gerando riscos de corrosão no reator, bem como aumento da pressão interna. O uso de grupos acila, além de promover a síntese de compostos acilados, pode formar amidas. A introdução de grupos acila pode gerar intermediários de síntese ou na formação de produto final. Ácido acetilsalicílico (AAS) É o segundo fármaco de origem 100% sintética. Foi introduzido na terapêutica em 1897 e permanece como sendo o fármaco mais consumido no mundo. Além de ação analgésica, antipirética, e anti-inflamatória, possui ação antiagregante plaquetária. A ação anti-inflamatória de dá através da ligação covalente à hidroxila da serina-530 no sítio de ligação da enzima prostaglandina sintase. Existem dois processos de síntese do AAS: um deles ocorre via ácido acético e outro, via anidrido acético. Em ambos os casos se utiliza ácido sulfúrico como catalisador. O O O O COOH COOH COOH COOH OH OH OH OH H3C H3C H3C CH3 CH3 CH3 H2O+ ++ + O O O O O Ácido salicílico Ácido salicílico Anidrido acético Anidrido acético Ácido acetilsalicílico Ácido acetilsalicílico Água Ácido acético Figura 93 85 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA Sulfacetamida É um fármaco da classe das sulfas com ação antibacteriana, seu mecanismo de ação é a inibição da síntese de ácido fólico bacteriano. Seu uso é tópico e tem boa ação na acne e em seborreia. A síntese desse fármaco é feita através da reação direta da sulfonamida com anidrido acético. Para tal, usa-se um meio ácido para permitir a presença da amina na posição para do anel aromático, pois essa amina é essencial à atividade antimicrobiana. SO2 SO2NH2 NHCOCH3H2N H2N O H3C CH3 + H2SO4 O O Sulfonamida Anidrido acético Sulfacetamida Figura 94 Halogenação Esse processo, como o próprio nome diz, é a formação de compostos contendo halogênios em sua estrutura. Podem ser adicionados um ou mais halogênios e sua síntese depende do tipo de agente de halogenação e da estrutura química receptora deles. Raros são os fármacos que tenham iodo em sua estrutura, o que ocorre pela alta toxicidade desse elemento. Assim, a halogenação estudada neste livro texto envolverá apenas -F, -Cl e Br. Os agentes de halogenação são diversos: podem ser as formas moleculares dos halogênios (F2, Cl2, Br2), seus respectivos ácidos (HF, HCl, HBr), cloreto de tionila (SOCl2), fosgênio (COCl2), cloretos ou brometos de fósforo (PCl5, PCl3, PBr3, PBr5) e fluoreto de sódio (NaF). Os reatores utilizados são vitrificados ou de aço inox, para o caso de halogenação com bromo ou cloro, e em polímero resistente (por exemplo teflon), no caso de reações com flúor. Diversos intermediários halogenados são úteis na produção de fármacos, há centenas deles na terapêutica. Halotano É um anestésico inalatório moderno e amplamente utilizado. Começa a agir muito rapidamente, o que agrada aos pacientes e é muito seguro. A única desvantagem de usá-lo é sua hepatotoxicidade. É usado em operações cirúrgicas de curta e longa duração. 86 Unidade II É o único dos anestésicos gerais inalatórios que possui bromo em sua estrutura, e a presença desse elemento garante a alta potência desse fármaco. Sua alta lipossolubilidade faz com que ele se distribua facilmente pelos tecidos. Seu mecanismo de ação está associado aos canais iônicos, e o halotano promove diminuição da frequência respiratória e cardíaca, relaxamento muscular, redução da sensibilidade à dor. Destaca-se que pode ocorrer depressão respiratória. CI F F F FCI CI+ Br2 SbCI3 Tricloroetileno Halotano + H F H Br F FH HCH3 CI CI Figura 95 A halogenação é um processo importante na síntese dos benzodiazepínicos, classe química que pode atuar como ansiolítico, hipnótico-sedativo, miorrelaxante, anticonvulsivante e indutor anestésico geral. O mecanismo de ação está associado à sua ligação ao sistema GABAérgico, modulando a frequência de abertura dos canais dos íons cloreto. A estratégia industrial é a síntese de compostos “me too”, ou seja, análogos estruturais obtidos a partir de um protótipo patenteado, que, enquanto estiver sob a proteção de patente, não pode ser produzido por outra indústria que não seja a mantenedora da patente. No caso dos benzodiazepínicos, mais de 3 mil moléculas foram sintetizadas. Além da diversidade industrial (várias indústrias diferentes produzindo), levou à produção de benzodiazepínicos com melhor perfil farmacológico, por exemplo, com melhor interação com o receptor, tempo de ação diferenciado, podendo ser de curta duração ou de longa duração, e com menores efeitos sobre outros receptores. Nesse contexto, temos cerca de trinta benzodiazepínicos que permanecem na terapêutica e são prescritos em todo o mundo. Note, na figura a seguir, a diversidade de benzodiazepínicos que tiveram em pelo menos uma etapa (pode ser mais de uma) a introdução de um halogênio. 87 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA O O CINN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NNNN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN NN H H NN H H NN H H NN H H NN NNNN NNNN NN NN NN NN NN NN CI CI O2N CI CI CI CI F CICICI CI CI CI O2N H3C H3C H3C H3C H3C H3C CF3 COOK NHCH3 Alprazolam Demoxepam Lorazepam Prazepam Clordiazepóxido Diazepam Midazolam Quazepam Clobazam Estazolam Oxazepam Temazepam Clonazepam Flurazepam Nimetazepam Tetrazepam Clorazepato Halazepam Pinazepam Triazolam N(C 2H5)2 H3CH3CF3C CI HC CICICICICI CI OH OH CI O O O O OOOO O F O O O OO OH O FO NN Figura 96 Hidrogenação Por definição, hidrogenação é a entrada de átomos de hidrogênio em compostos insaturados. É muito útil na indústria alimentícia, por exemplo, a hidrogenação de óleos vegetais para a formação de margarinas. Em geral, são utilizados catalisadores para a facilitação da síntese. H3C H3C COOH COOH H2/Pd Figura 97 88 Unidade II Trata-se de um dos tipos de síntese de redução que são usados nos processos farmacêuticos. Além da entrada de hidrogênio, outros tipos de redução envolvem a retirada de oxigênio e o ganho de elétrons. A hidrogenação pode ser considerada o oposto das reações de oxidação. Os agentes redutores utilizados, além do gás de hidrogênio, são hidretos de lítio (LiH), hidretos de sódio (NaH), boridreto de sódio (NaBH3), tetraidreto de lítio-alumínio (LiAlH4), nitrito de sódio (NaNO2) entre outros. Metilfenidato É um estimulante do SNC semelhante à anfetamina; no entanto, em doses usuais, tem uma ação mais expressa na atividade mental do que na atividade física ou motora. Nas doses terapêuticas, não aumenta a pressão arterial, a frequência respiratória ou a frequência cardíaca. Todos esses efeitos, bem como vários outros, estão associados ao entusiasmo geral do SNC. Tremor, taquicardia, hiperpirexia e um estado de confusão podem resultar do uso de grandes doses. É usado no tratamento de depressão moderada e em condições apáticas; também é adotado como adjuvante para o tratamento do transtorno de deficit de atenção em crianças. Sua síntese tem diversas etapas, a última é uma reação de redução por hidrogenação catalítica. + H2 Pt O NN HNHN O Metilfenidato OCH3 OCH3 Figura 98 Nitração A síntese de nitração leva à formação de intermediários e produtos nitrados, sejam eles por mononitração, sejam por di ou trinitração. Entre as diversas ações do grupo nitro, as principais são físico-químicas, bioquímicas e farmacológicas. Possui ação antimicrobiana (parasitária e bactericida) e, após sofrer redução pelo complexo CYP 450, oferece ação mutagênica. Tem efeito elétron-aceptor e, em determinadas classes terapêuticas, pode aumentar a potência do fármaco: por seu efeito elétron-atrator, pode formar quelatos e modificar a polaridade da estrutura química. Os compostos nitrados têm um aumento de lipossolubilidade graças ao grupo nitro, fazendo com que esses compostos permaneçam mais tempo no organismo, isso confere toxicidade aos análogos nitrados. 89 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA Os agentes de nitração podem ser ácido nítrico, uma mistura de ácido nítrico e ácido sulfúrico, nitrito de sódio etc. Dinitrato de isossorbida É um fármaco vasodilatador direto usado em casos de angina pectoris. É indicado também na insuficiência cardíaca crônica para prevenção da angina. Por via oral, pode ter duração de até seis horas. Sua síntese é feita em duas etapas: na primeira ocorre a ciclização do D-sorbitol em isossorbida usando ácido p-toluenossulfônico; a segunda envolve a nitração, formando, assim, o produto. CC CH2 CH2 OH OH ONO2 HNO3 /H2SO4 Isossorbida OH ONO2 OH OHOHHH OHOHHH OHOHHH CCOHOH HH CC CC OO OO OO OO CH3 SO3H Figura 99 Metronidazol É um medicamento antiprotozoário sintético que foi introduzido pela primeira vez na terapêutica em 1960. Ele suprime o desenvolvimento de tricomoníase, giárdia e bactérias aeróbias. Após o desenvolvimento desse fármaco, vários análogos foram lançados na terapêutica. Seu mecanismo de ação está associado à inibição da síntese e à degradação do DNA. Sua síntese ocorre em duas etapas: na primeira ocorre nitração do anel 2-metilimidazol com ácido nítrico como agente de nitração; em seguida, esse intermediário nitrado reage com óxido de etileno, formando o metronizol. NN NNNN OONN NHNHNHNH NO2 NO2 H3CH3CH3C + HNO3 Metronidazol OH Figura 100 90 Unidade II Sulfonação As reações de sulfonação ocorrem pela substituição de um hidrogênio por um grupo sulfônico (-SO3H). Nesse processo, a formação de compostos sulfônicos deve ser diferenciada dos sulfatados: os primeiros podem ser estocados, isolados e vendidos normalmente; os segundos são instáveis e requerem uma neutralização. Os agentes de sulfonação utilizados são trióxido de enxofre (SO3), ácido clorossulfônico, H2SO4 e H2SO3. A ação diurética da clorotiazida, assim como seus análogos, é causada pela redução da absorção de íons sódio e cloreto pelos rins durante a fase de excreção. Esse fármaco apresenta forte ação diurética durante a acidose e a alcalose. É usado para controle em casos de hipertensão arterial, em síndromes edematosas de várias causas, efeitos congestivos em insuficiência cardiovascular, nefrose, nefrite e toxicose. É especialmente recomendado para doenças hipertônicas, pois reduz a pressão intraocular em vários casos. Sua síntese acontece em várias etapas, sendo a primeira etapa da sulfonação, usando, para tanto, o agente de sulfonação ácido clorossulfônico. NN NHNH SS NH2 NH2 NH2 H2NO2SH2NO2S HCONH2NH3 CIO2S SO2CI SO2NH2 + CISO3H CI CI CI O O Clorotiazida CI Figura 101 Dipirona Possui propriedades analgésicas, antipiréticas e expressa ação anti-inflamatória. É conveniente em casos em que altas concentrações do fármaco precisam ser alcançadas rapidamente. É usada para aliviar dores de várias origens (cólica renal e biliar, neuralgia, mialgia, trauma, queimaduras, dores de cabeça e de dente). O uso desse fármaco pode causar reações alérgicas e, a longo prazo, causar granulocitopenia. Seu mecanismo de ação está associado à inibição das prostaglandinas. Sua síntese é complexa, são necessárias diversas etapas para que se chegue ao produto dipirona. A última etapa é a de sulfonação. 91 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA NNNN NNNN NN NNNN OO O O O ON OO O O CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H2N CH3 CH3 CH3CH3 CH3 C2H5 + NHNH2 CH3I NaNO2 / H [H] H2O CH3 CH3 + CH3 CH3 CH3 NaOSO2CH2 C6H5CHO (CH3O)2SO2 NaHSO3 / CH2O O OO NN NNCHCH HNHN CHCH NN NN NN NN NNNN NNNN NN NN CH3OSO2 Figura 102 7 SÍNTESES DE FÁRMACOS ENVOLVENDO PROCESSOS DIVERSOS Como visto nas sínteses de fármacos demonstradas anteriormente, nem sempre existe uma rota sintética única. Em geral, para se obter um fármaco, ele passará por diversas conversões, precisará de diversos intermediários de síntese, reatores específicos etc. A seguir serão mostradas sínteses que necessitam de diferentes estágios até se obter o fármaco desejado. Síntese do paracetamol A reação do paracetamol se inicia com a redução do nitrobenzeno à anilina. A seguir, esta é convertida em p-aminofenol através de reação de oxidação. Por fim, ocorre a acilação com anidrido acético (Ac2O) e obtenção do paracetamol. NO2 NH2 NH2 OH H2SO4 Ac2O p-aminofenol Paracetamol NH4CI H2OZn NHAc OH Figura 103 92 Unidade II Síntese da benzocaína Inicialmente, para a síntese da benzocaína, eram necessárias quatro etapas, hoje ela é feita em uma única etapa, uma vez que o reagente ácido p-aminobenzoico está disponível comercialmente. A reação de multietapas se inicia com a reação de acilação da p-toluidina com anidrido acético, produzindo a N-acetil-p-toluidina. Esta reage pelo processo de oxidação do grupo metila com permanganato de potássio, formando o ácido p-aminobenzoico. O grupo acila tem a função de proteger o grupo amina da oxidação. Para desproteger a amina do grupo acila, é utilizado o ácido clorídrico, formando o ácido p-aminobenzoico, que vai reagir através de reação de esterificação em meio ácido – com etanol –, formando, nessa última etapa, a benzocaína. O O O O O OH OH CH3 CH3CH3 CH3H2N H2N H2N HCIEtOH Ac2O KMnO4 OCH2CH3 Benzocaína PABA H2SO4 HCI NN NN HH HH Figura 104 Síntese do sildenafila A introdução do sildenafila na terapêutica como agente para disfunção erétil é considerada um marco histórico na história da farmácia. Ele é classificado como um blockbuster (campeão de vendas), por ter rendido em seu primeiro ano um lucro líquidode alguns bilhões de dólares para a indústria que o descobriu. Sua síntese é complexa e feita em multietapas, o que significa que muitos intermediários são produzidos e utilizados como reagentes. Síntese da acetanilida A acetanilida foi o primeiro fármaco sintético com ação anti-inflamatória e analgésica introduzido na terapêutica. Essa introdução ocorreu ao acaso. Um paciente chegou à farmácia de manipulação com receita de naftaleno para o tratamento de sua infecção parasitária e, por um erro na manipulação, o naftaleno foi substituído por acetanilida; dias depois, o paciente retornou ao médico e alegou que os sintomas de febre e dor estavam reduzidos, mas ainda se queixava da infecção parasitária. Após a investigação do ocorrido, descobriu-se a ação terapêutica desse agente. 93 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA Com o desenvolvimento de novos anti-inflamatórios e estudos de toxicidade mais avançados, ela deixou de fazer parte do arsenal terapêutico. Sua síntese é feita a partir da reação de anilina e anidrido acético. O O O O OHO OH OH H3C CH3HNNH2 + + Anilina Acetanilida Figura 105 NN NN NN NNNNNN NN NN NN NN NN NNNNNN NN NN NN NN NN NN NN NN NNNN NN NN SS SS NN NN NN HH NN NN CH3 CH3 CH3 CH3 CH3CH3 NH2 NO2 NO2 NH2 CH3 CH3 CH3 CH3 H3C H3C H3C H3C H3C H3CH3C H3C H3C H3C H3C H3C H3C H3C H3C H3C H3C H3C H3C OO OO O O O OO O O 4546 44 + O CI O O O O CI O O O O O O OH H NH2 NH2 H H OH OH Me2SO4 1) SOCI2 2) EtOH 1) SOCI2 EtOH r.t. HNO3 CISO3H NaOHEt3N 2) NH4OH H2O NaOH Figura 106 94 Unidade II Observação Para reconhecimento do processo envolvido, deve-se levar em conta a modificação efetuada no reagente principal e a presença do agente de formação, como agente de alquilação, aminação etc. Fatores que são considerados numa síntese: • Rota de síntese que envolva o menor número de etapas e o menor tempo de trabalho. • Disponibilidade e custo dos materiais de partida e dos reagentes necessários. • Toxicidade dos reagentes. • Perigo nas operações. • Estabilidade dos intermediários. • Facilidade de purificação dos produtos. • Rendimento. • Tipos de equipamentos que serão utilizados. 8 OPERAÇÕES UNITÁRIAS As operações unitárias são transformações efetuadas no caso de transporte, purificação, mistura de reagentes, secagem e armazenamento. Diferentemente das conversões químicas, essas operações são puramente físicas, não há mudança estrutural, apenas de propriedades físicas. Existem basicamente quatro tipos de operações efetuadas na indústria farmacêutica: • Preliminares: são feitas antes de qualquer outra operação. O objetivo principal é o preparo dos materiais visando à melhoria contínua das condições sanitárias, seja de matéria-prima, seja de equipamentos, por exemplo, a seleção desse material a ser usado nas conversões químicas, a limpeza adequada de equipamentos e chão de fábrica etc. • Conservação: tudo o que se refere a manter as propriedades do material na forma íntegra, podendo ser utilizado um método de esterilização, evaporação, secagem entre outros. • Transformação: a homogeneização dos reagentes antes da entrada dos materiais no reator ou a diminuição do tamanho de partículas são exemplos de transformação. 95 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA • Separação: durante o processo de conversão, o que vai sendo produzido é retirado e passa por processos como cristalização, filtração, centrifugação e destilação. Vamos ver agora os tipos principais de operações utilizadas na purificação dos fármacos obtidos nas conversões químicas. 8.1 Operações de separação Centrifugação É uma operação unitária largamente usada nas indústrias, tanto na parta de escala laboratorial quanto de purificação dos produtos obtidos. Ela consiste na separação de misturas de sólidos e líquidos ou de mistura entre líquidos com densidades diferentes. O princípio de funcionamento se dá pela submissão de uma força centrífuga que é aplicada para acelerar a velocidade de sedimentação, fazendo com que o produto com maior densidade fique no fundo do equipamento, o que ocorre devido à força radial que é aplicada sobre o eixo central do equipamento. Na centrifugação diferencial, a separação é pautada no tamanho das partículas. Na centrifugação em gradiente, a separação é baseada pela diferença de densidade dos líquidos. Figura 107 – Ilustração dos componentes interno de uma centrífuga industrial 96 Unidade II Figura 108 – Centrífuga industrial Filtração Essa metodologia é utilizada quando se quer promover a separação entre uma mistura heterogênea entre um fluido e um sólido ou ainda entre um fluido e um gás. A técnica é bastante simples: faz-se passar a mistura por um conjunto filtrante e, por ação da gravidade ou com auxílio de bombas de pressão reduzida, ocorre a separação. Para que a filtração ocorra, é necessário um componente essencial: o filtro; ele é que vai permitir o sucesso do processo de filtração. Os filtros usados podem ser de diversos tipos. O filtro de tecidos de fibra natural, como o algodão, é utilizado quando o foco é o fluido, e não sólido, da mistura. Há os filtros de membranas com 97 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA porosidade variada; assim, quanto menor a porosidade, maior a retenção das partículas sólidas e, nesse caso, podem ser separados mistura cujos componentes tenham diferença de peso molecular. Por fim, também pode ser utilizado papel de diversas gramaturas e malhas. Um ponto a ser considerado na filtração é o fato de chamarmos de precipitado as partículas que ficam retidas no filtro. Por sua vez, o meio fluido é denominado filtrado. Industrialmente, o precipitado é chamado de bolo, que pode se tratar de partículas deformáveis ou indeformáveis. Esses conceitos são úteis para concluir se o material retido no filtro terá boa compressão ou não. A formação desse material faz com que ele seja considerado também um meio filtrante, facilitando todo o processo de filtração. Podemos agrupar os filtros em dois grupos: • Filtros com grande área filtrante e de trabalho descontínuo. • Filtros de pequena área e contínuos. O primeiro grupo é o mais utilizado na indústria farmacêutica, em razão do tipo de processo no qual ele está envolvido. Os filtros também podem ser classificados em dois tipos: os de pressão, os que utilizam vácuo ou pressão muito reduzida; e os filtros de prensa ou de placas, que são formados por sobreposição de elementos filtrantes, compostos por malhas metálicas por onde as partículas sólidas ficarão retidas. Figura 109 – Esquema geral do processo de filtração 98 Unidade II Figura 110 – Visão geral de um sistema de filtração industrial Figura 111 – Sistema de filtração em prensa, com enfoque nas placas do sistema filtrante 99 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA Destilação A destilação é uma operação de separação entre uma mistura homogênea, ou não, de líquidos. A separação é baseada no princípio da diferença do ponto de ebulição, ou seja, para usar essa técnica, é preciso fornecer calor ao sistema. Ela só será possível se os componentes da mistura volatilizarem em temperaturas diferentes. Essa diferença de volatilização ocorre porque as forças intermoleculares de cada substância presente na mistura são diferentes, pois elas dependem de suas estruturas químicas e de grupos funcionais que as compõem. Essa condição causa diferentes pressões de vapor. Por exemplo, sabemos que líquidos que possuem alta pressão de vapor entram em ebulição com temperaturas baixas e vice-versa. Esse tipo de operação tem uma diversidade de aplicações, seja para obtenção de produtos reacionais purificados, seja para recuperação de solventes utilizados nos processos químicos, seja para reciclagem dos líquidossados nos processos químicos. Os tipos de destilação mais comuns são a destilação simples e a fracionada. O processo de destilação simples ocorre quando se aquece a mistura de líquidos até a fervura. A substânciamais volátil, ou seja, com menor ponto de ebulição, passa ao estado de vapor, que, ao atingir um ponto mais frio do destilador, vai se condensar, retornando ao estado líquido, porém com alta pureza. Os componentes que ficam na mistura só vão ser separados quando atingirem suas respectivas temperaturas do ponto de ebulição. Embora seja um processo de purificação, a destilação simples não garante a pureza de 100% dos componentes coletados. Esse sistema está representado na figura a seguir, por meio de um esquema de destilação laboratorial. + + + ++++ + ++ + + + + + + ++++ +++ ++ + + +++ + ++ + + + + + + ++ Condensador Manta de aquecimento Balão Figura 112 – Esquema de destilador de bancada 100 Unidade II No sistema industrial, os destiladores têm formatos e tamanhos variados e o tipo de destilação utilizada é a fracionada; esse tipo ocorre quando os pontos de ebulição são muito próximos e se deseja uma separação com maior teor de pureza. Nessa operação, ocorrem condensações sucessivas e os equipamentos usados são chamados de torres ou colunas de destilação. A operação ocorre, de uma maneira geral, da seguinte forma: a mistura, cujos componentes devem ser separados, é introduzida no ponto médio da coluna, e essa mistura desce até a base da coluna e entra em contato com um trocador de calor aquecido (podendo ser por aquecimento térmico ou vapor de água). Essa mistura é aquecida até o ponto de fervura e ocorrerá a formação de vapores que circularão no sentido ascendente da torre. Esses vapores circularão e chegarão ao ponto mais alto da coluna e, nesse ponto, entrarão em contato com o condensador e passarão para o estado líquido, quando serão coletados. Na base da torre, permanecerão os componentes da mistura que não atingiram o ponto de ebulição; eles serão retirados do equipamento na forma de resíduos. Essa separação faz com que as substâncias mais voláteis passem por um caminho longo até serem coletadas, garantindo, assim, a pureza desse produto. Exemplos de um esquema de destilação fracionada e um destilador industrial são mostrados a seguir. Coletor Coletor Coluna ou torre Alimentador Coletor Coletor Coletor Refervedor Condensador Condensador Condensador Condensador Produto destilado Produto destilado Produto destilado Produto destilado Refluxo Refluxo Refluxo Refluxo Figura 113 – Esquema de destilador 101 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA Figura 114 – Destilador industrial Cristalização Esse tipo de processo ocorre quando se quer separar um componente dissolvido em um fluido. A formação do produto cristalizado pode ser obtida mediante resfriamento ou evaporação do solvente. Quando ocorre a diminuição do líquido, os cristais começam a surgir, porque há condições termodinâmicas que permitem que as moléculas se aproximem e se aglomerem, formando um núcleo. A partir de um único núcleo formado, todas as partículas sólidas passam a cristalizar juntas. A cristalização é feita em equipamentos chamados cristalizadores e podem ser: do tipo resfriamento (como o Swenson-Walker); de evaporação (o Oslo); ou de evaporação, associado a baixas pressões (a vácuo). A técnica que usa esses equipamentos ocorre da seguinte forma: a solução concentrada quente, contendo o produto de síntese que se purificará, entra por um lado do equipamento e vai fluindo para a outra extremidade. Nesse processo, a solução vai resfriando e ocorre a formação dos cristais. A função do equipamento é, por agitação, remover os cristais formados e levá-los de volta à solução. A determinação do tamanho dos cristais formados pode ser feita por uma técnica chamada granulometria, que nada mais é do que a medida do tamanho dos cristais. 102 Unidade II 8.2 Secagem Por definição, secagem é a eliminação de um líquido volátil dentro de uma mistura sólido-líquido por aquecimento. A retirada da água dos processos produtivos é o principal motivo de se utilizar essa operação. A importância de fazer esse tipo de processo é a manutenção da estabilidade dos produtos farmacêuticos. Essa estabilidade pode ser afetada quando, por exemplo, o produto for contaminado com água – contaminação microbiana (bactérias podem degradar os fármacos); pode ainda promover a hidrólise desse produto (um grupo éster). Assim, os objetivos específicos de fazer secagem são: • Elevar o tempo de vida útil do produto. • Facilitar o transporte, pois haverá diminuição de peso do material. • Facilitar a produção do medicamento (produto elaborado), por exemplo: a umidade interfere na compressão de comprimidos. • Obter produtos que tenham padronização. A secagem pode ser feita de diversas maneiras e depende, na maioria das vezes, do tipo de composto que se quer secar. Deve-se considerar: • A temperatura a ser empregada na operação. • A quantidade de umidade que se deseja retirar. • O tempo que o material a ser seco permanecerá sob secagem. • O volume do setor produtivo. • A escolha do equipamento adequado. Existem três tipos de secadores utilizados na indústria farmacêutica: • Secador de leito fluidizado: equipamento que facilita o escoamento do curso dos produtos a serem secos. Uma corrente de ar passa pelo produto através de uma placa (na qual está o produto) com perfurações, e isso promoverá uma turbulência no produto; como se fosse um fluido, o produto é arrastado seco para a saída do equipamento. 103 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA Filtro do tipo bolsa Duto de saída Alimentar Ventilador Finos Ventilador Parafuso de avanço Produto seco/resfriado Resfriar / desembaçar / reaquecer Filtro de ar Filtro de ar Ar fresco Ar fresco Aquecedor de ar Ventilador Figura 115 – Esquema de secagem por leito fluidizado • Liofilizador: a liofilização utiliza como método de secagem a sublimação da água em pressões muito reduzidas e em baixíssimas temperaturas. Muito usado na indústria farmacêutica, principalmente, quando se trata de produtos termossensíveis ou que possuem água de cristalização. A operação ocorre quando há sublimação e posterior condensação da água. A metodologia adotada é bastante simples: inicialmente, congela-se a mistura de produto e água (essa amostra é congelada em ultrafreezer); depois, esse produto congelado é colocado no liofilizador, um equipamento que atua sob baixas temperatura e baixa pressão. Com o tempo, no liofilizador, os cristais de água formados no congelamento sublimam e passam por um condensador, quando serão coletados. Assim, fica apenas a amostra, sem a presença de água. Trata-se de uma técnica muito utilizada tanto na indústria farmoquímica quanto na indústria farmacêutica, pois permite que o produto obtido, seja ele o fármaco recém-produzido, seja ele o medicamento, fique isento de água. No caso de medicamentos, é uma técnica amplamente adotada para produção de injetáveis liofilizados que serão reconstituídos no momento da administração ao paciente. 104 Unidade II Figura 116 – Liofilizador industrial • Secador atomizador (spray dryer): essa técnica também é conhecida como secador por aspersão, trata-se de uma operação em que se obtém o pó seco a partir de um fluido ou suspensão com um gás quente. Normalmente, utiliza-se o ar, mas se o produto for inflamável ou tiver coprodutos inflamáveis, o ar pode ser subsitutído por nitrogênio. As etapas que compõem esse processo são atomização; evaporação da umidade livre; evaporação da umidade ligada; obtenção do produto seco. Atomizador Figura 117 – Esquema de secador atomizador 105 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA Resumo Vimos os conceitos de síntese mostrados do ponto de vista industrial. Foram acentuados conceitos industriais, como a diferença entre processos químicos, que trata de conversões químicas e operações unitárias, as quais são operações puramente físicas; nestas, não ocorre transformação química, mas pode ocorrer transformação física. Vimos que a planta industrial é o local onde a indústria está instalada e proporciona umpanorama geral dos processos que ocorrem lá. A indústria pode funcionar de modo contínuo e, para tal, produz uma quantidade muito grande de produto, mas com pouca variedade, ou por batelada; nesse tipo de processo, a variedade é grande, mas a quantidade produzida é pequena. Esse é o tipo de processo pelo qual a indústria farmacêutica trabalha. Destacamos que existem três etapas fundamentais na produção industrial de fármacos. A primeira é a escala laboratorial, em que todos os testes são efetuados para determinação de parâmetros reacionais, como temperatura, tempo reacional, uso de catalisadores etc. A segunda etapa é a escala semi-industrial, quando a produção aumenta, mas apenas o suficiente para testes de equipamentos e verificação dos processos químicos. A última etapa é a escala industrial, momento em que a indústria produz quantidades que serão comercializadas ou utilizadas para formação dos medicamentos. O gerenciamento de resíduos produzidos pela indústria deve seguir resoluções do Conama e da Anvisa, bem como a legislação municipal e estadual, para que possa operar com segurança. Nesse contexto, o plano de gerenciamento de resíduos é obrigatório e deve ser desenvolvido pela indústria. Outro tema essencial tratado foram os processos de síntese. Ao estudar os processos endotérmicos, foram ilustradas as sínteses que os compõem, como alquilação, aminação, oxidação e esterificação. Nos processos exotérmicos, destacaram-se acilação, halogenação, hidrogenação, sulfonação e nitração. Cada processo químico foi acompanhado de síntese de fármacos ou de intermediários importantes para sua produção. Exemplos de síntese de fármacos vistas são AAS, sulfonamidas, metilfenidato, paracetamol, antidepressivos tricíclicos etc. 106 Unidade II Vimos que as operações unitárias são processos que garantem a pureza e a secagem dos fármacos e intermediários sintetizados. Assim, foram estudadas as seguintes operações: a cristalização, a filtração, a centrifugação, a secagem utilizando leito fluidizado, o secador atomizado e a liofização. Exercícios Questão 1. Na indústria farmacêutica, as medidas de segurança são baseadas nas boas práticas de fabricação de medicamentos, descritas na Resolução RDC n. 301, de 21 de agosto de 2019. De acordo com a resolução, devem-se conduzir revisões periódicas da qualidade de todos os medicamentos autorizados. Assinale a alternativa correta a respeito da revisão de qualidade dos produtos farmacêuticos no âmbito da Resolução n. 301/2019. A) A revisão de qualidade dos produtos farmacêuticos é um processo que deve ser conduzido e documentado semanalmente em todos os setores do laboratório farmacêutico. B) A revisão de qualidade dos produtos farmacêuticos inclui a revisão das matérias-primas e das outras substâncias utilizadas na fabricação da forma farmacêutica. Somente os materiais utilizados na fabricação da embalagem do produto final são excluídos do processo. C) No processo de revisão de qualidade dos produtos farmacêuticos, o ambiente laboratorial, os sistemas de ventilação, de aquecimento, de ar-condicionado e de ar comprimido, além do fornecimento de água, devem ser revisados e qualificados periodicamente. D) A revisão de qualidade dos produtos farmacêuticos exclui a necessidade de revisão de todos os lotes que não estão de acordo com as especificações estabelecidas durante o processo produtivo, pois eles devem ser prontamente descartados. E) No processo de revisão de qualidade dos produtos farmacêuticos, todas as devoluções, reclamações e recolhimentos relacionados à qualidade do produto não são tratados no âmbito da revisão da qualidade, mas sim dentro do programa de atendimento ao consumidor. Resposta correta: alternativa C. Análise das alternativas A) Alternativa incorreta. Justificativa: de acordo com o artigo 16 da Resolução, “as revisões da qualidade do produto devem, normalmente, ser conduzidas e documentadas anualmente, levando em consideração as revisões anteriores” (BRASIL, 2019). 107 TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA B) Alternativa incorreta. Justificativa: de acordo com o artigo 17 da Resolução, item I, a revisão da qualidade do produto deve incluir, pelo menos, a “revisão das matérias-primas, incluindo os materiais de embalagem utilizados no produto” (BRASIL, 2019). C) Alternativa correta. Justificativa: de acordo com o artigo 17 da Resolução, item XI, a revisão da qualidade do produto deve incluir, pelo menos, a “revisão da situação da qualificação de equipamentos e utilidades relevantes, como por exemplo: sistema de ventilação, aquecimento e ar condicionado (HVAC), água, sistemas de gás comprimido etc.” (BRASIL, 2019). D) Alternativa incorreta. Justificativa: de acordo com o artigo 17 da Resolução, item III, a revisão da qualidade do produto deve incluir, pelo menos, a “revisão de todos os lotes que não cumpriram com as especificações estabelecidas e suas investigações” (BRASIL, 2019). E) Alternativa incorreta. Justificativa: de acordo com o artigo 17 da Resolução, item VIII, a revisão da qualidade do produto deve incluir, pelo menos, a “revisão de todas as devoluções, reclamações e recolhimentos relacionados à qualidade do produto e às investigações realizadas na ocasião” (BRASIL, 2019). Questão 2. Um dos processos de separação mais utilizados na indústria farmacêutica é a centrifugação. Ela envolve o acondicionamento da mistura em um rotor que, ao girar em alta velocidade, promove a sedimentação das partículas sólidas dispersas em um líquido, ou, ainda, a separação de líquidos com densidades diferentes. A respeito da técnica de centrifugação e das suas aplicações, analise as afirmativas a seguir. I – A sedimentação de partículas sólidas dispersas ocorre quando as forças de repulsão entre elas são menores do que a força centrífuga que resulta do movimento do rotor. II – A centrifugação é uma das técnicas mais efetivas em promover a separação de substâncias puras a partir de misturas complexas. III – O termo rotações por minuto (rpm) indica quantas vezes o rotor girou sobre si mesmo em um minuto. Quanto maior o número de rotações por minuto, menor a força centrífuga que incide sobre a amostra. IV – Quanto menor o rotor, menor a velocidade necessária para se atingir determinado número de rotações por minuto. 108 Unidade II É correto apenas o que se afirma em: A) I e II. B) II e III. C) I e IV. D) I e III. E) II e IV. Resposta correta: alternativa C. Análise das afirmativas I – Afirmativa correta. Justificativa: na centrifugação, a sedimentação das partículas dispersas contidas em uma mistura heterogênea é resultado da ação da força radial que impulsiona o disperso em direção oposta ao centro do rotor, ou seja, em direção ao fundo do tubo. Essa força faz com que as partículas do disperso, se mais densas do que o dispersante, sedimentem. II – Afirmativa incorreta. Justificativa: a centrifugação permite a separação dos componentes de uma mistura de acordo com suas densidades. Componentes com densidades semelhantes permanecerão na mesma região do tubo e, portanto, não há, necessariamente, desdobramento da mistura nas substâncias puras que a compõem. III – Afirmativa incorreta. Justificativa: quanto maior o número de rotações por minuto, maior a velocidade do rotor e, portanto, maior a intensidade da força centrífuga (radial) que incide sobre a amostra. IV – Afirmativa correta. Justificativa: quanto menor o rotor, menor o perímetro da circunferência que o constitui e, portanto, menor a velocidade para que o rotor dê uma volta completa em torno de si mesmo. 109 FIGURAS E ILUSTRAÇÕES Figura 7 BARREIRO, E. J. Estratégia de simplificação molecular no planejamento racional de fármacos: a descoberta de novo agente cardioativo. Química Nova, v. 25, n. 6B, p. 1172-1180, abril 2002. Adaptada. Figura 21 BARREIRO, E. J.; FRAGA, C. A. M. Química medicinal: as bases moleculares da ação dos fármacos. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. Adaptada.