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09/03/2018 1 Disciplina: Controle de Qualidade Aline Teixeira Belo Horizonte 2018 Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Faculdade Pitágoras Curso: Farmácia Determinação do índice de refração Determinação do poder rotatório e do poder rotatório específico Espectrofotometria IV Espectrofotometria UV Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Aline Teixeira Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Determinação do índice de refração (FB 5 5.2.6) Aplicada na identificação de matérias primas líquidas Rapidez, facilidade de operação e baixo consumo de amostra Índice de refração () de uma substância: relação entre a velocidade da luz no vácuo e sua velocidade na substância = 𝑐 𝑣 = índice de refração absoluto c = velocidade da luz no vácuo v = velocidade da luz no meio Aline Teixeira Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Determinação do índice de refração (FB 5 5.2.6) Raio de luz monocromática passa de um meio transparente para outro de densidade óptica diferente é refletido ou refratado. 𝛽 = 𝑠𝑒𝑛 𝑖 𝑠𝑒𝑛 𝑟 = 21 = 2 1 A relação entre o seno do ângulo de incidência (sen i) e o seno do ângulo de refração (sen r) é constante equivale ao índice de refração () Aline Teixeira Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Determinação do índice de refração (FB 5 5.2.6) Para fins práticos: mede-se a refração com referência ao ar e à substância (não com referência ao vácuo e à substância) as diferenças entre os valores obtidos não são significativas para fins farmacopeicos. Índice de refração t : identificar a substância e detectar a presença de impurezas em fármacos líquidos. Também usado para determinar concentração, pureza e proporções de reagentes em mistura de líquidos. Ex: porcentagem de água no álcool. Aline Teixeira Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Determinação do índice de refração (FB 5 5.2.6) O índice de refração é determinado em função da luz de sódio: comprimento de onda 589,3 nm e a 20 ± 0,5 °C ( D 20), salvo indicação contrária. A leitura é feita em refratômetro: deve fornecer leituras exatas até terceira casa decimal, no mínimo. Ex: Ácido undecilênico Aline Teixeira 09/03/2018 2 Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Determinação do poder rotatório e do poder rotatório específico (FB 5 5.2.8) Substâncias opticamente ativas: desviam a luz transmitida em um determinado ângulo em relação à luz incidente. Substâncias com a mesma estrutura, com um ou mais centros quirais, com imagens especulares não superponíveis enantiômeros. Aline Teixeira Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Quando um enantiômero desvia a luz plano-polarizada para a direita (+): dextrógiro, ou d; quando desvia a luz plano-polarizada para a esquerda (-): levógiro ou l. Propriedades físico-químicas dos enantiômeros: densidade, índice de refração, pontos de ebulição e fusão são idênticas. Polarimetria (poder rotatório): método mais prático para distinguir os enantiômeros importante critério de identificação, caracterização e de determinação de pureza enantiomérica dos fármacos. Poder rotatório: varia com a temperatura, o comprimento de onda da luz, solvente, natureza da substância e sua concentração. Determinação do poder rotatório e do poder rotatório específico (FB 5 5.2.8) Aline Teixeira Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Determinação do poder rotatório e do poder rotatório específico (FB 5 5.2.8) A equação geral usada em polarimetria é: [] 𝑡 = 100𝑎 𝑙 𝑐 []: é poder rotatório específico no comprimento de onda λ e na temperatura t; 𝑎 : poder rotatório observado em graus (°); 𝑙 : caminho óptico em decímetros; 𝑐: concentração da substância (g por 100 mL). Aline Teixeira Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Determinação do poder rotatório e do poder rotatório específico (FB 5 5.2.8) O poder rotatório específico de um fármaco: valor de referência, deve ser calculado a partir do poder rotatório observado, conforme especificado na monografia. Medidas do poder rotatório: realizadas a 589 nm a 20 °C (exceto quando especificado). Quando se conhece a rotação específica de um enantiômero puro, a rotação observada pode ser usada para se calcular a pureza ótica ou o nível de contaminação de um composto por seu enantiômero. Pureza ótica: (% de um enantiômero) – (% do outro enantiômero) Exercícios! Aline Teixeira Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Determinação do poder rotatório e do poder rotatório específico (FB 5 5.2.8) Exercícios 1) Observou-se que um enantiômero puro tem uma rotação ótica de -0,82º medida em um tubo de 1 dm com uma concentração de 0,3 g/10 mL. Calcular a rotação específica desta molécula. 2) 0,001g de um composto dissolvido em clorofórmio a um volume total de 2 mL, foi colocado em uma célula de 10 cm e mostrou uma rotação ótica de -0,0405° na linha D do sódio a 25°C. Qual é a rotação específica deste composto? Qual a rotação específica do seu enantiômero? Aline Teixeira Métodos de identificação de Insumo Farmacêutico Ativo (IFA) Espectrofotometria: Espectrofotometria no IV Espectrofotometria no UV-vis Aline Teixeira 09/03/2018 3 As técnicas espectrofotométricas: fundamentadas na absorção da energia eletromagnética por moléculas depende tanto da concentração quanto da estrutura das mesmas. Radiação Eletromagnética h = 6,6 x 10-34 J.s 𝐸 = ℎ𝑣 = ℎ c = 3,0 x 108 m/s Técnicas espectrofotométricas y x z Campo elétrico Campo magnético Aline Teixeira Técnicas espectrofotométricas Grandezas importantes relacionadas a uma onda: Freqüência, 𝑣; Comprimento de onda, ; Amplitude, A. a) Comprimento de onda, , longo e baixa freqüência 𝑣. b) Comprimento de onda, , curto e alta freqüência 𝑣. c) Comprimento de onda, , curto e alta freqüência 𝑣. 𝐸 = ℎ𝑣 = ℎ relação entre energia e comprimento de onda! Aline Teixeira Técnicas espectrofotométricas De acordo com o intervalo de frequência da energia eletromagnética aplicada, as técnicas de absorção podem ser divididas em: • Ultravioleta • Visível • Infravermelho Finalidades: identificação e quantificação de substâncias. AlineTeixeira Região infravermelho: possui comprimento de onda maior e uma menor frequência do que a luz visível. Espectrofotometria no Infravermelho Aline Teixeira Regiões do Espectro Ultravioleta-visível Infravermelho Maior energia Menor energia Transições eletrônicas Deformação de ligações covalentes Espectrofotometria no Infravermelho Aline Teixeira Dividida em três regiões: IV próximo: 12800 a 4000 cm-1 – vibrações harmônicas; IV intermediário: 4000 a 400 cm-1 – vibrações rotacionais e vibracionais IV longe: 400 a 33 cm-1 – vibrações rotacionais Energia IV: não é suficiente para induzir excitação dos elétrons, entretanto pode induzir excitação vibracional dos átomos e grupos ligados covalentemente Espectrofotometria no Infravermelho Aline Teixeira 09/03/2018 4 Estiramento simétrico (νs) Estiramento assimétrico (νas) Deformação angular no plano Tesoura (δ) Deformação angular no plano Balanço (ρ) Deformação angular fora do plano Sacudida (ω) Deformação angular fora do plano Torção (τ) Modos vibracionais para um grupo AB2 Espectrofotometria no Infravermelho Aline Teixeira Espectrofotometria no Infravermelho Espectrofotometria no Infravermelho Resumo de absorções características dos grupos funcionais mais comuns Ligação ou Função Faixa de absorção (cm-1) Atribuição Comentários O-H 3650-3600 (m,a) ν O-H Álcoois e fenóis em solução diluída e sem realizar ligação de hidrogênio. 3400-3200 (m,l) Álcoois e fenóis associados por ligação de hidrogênio. 3400-2500 (m,l) Ácido carboxílico. N-H 3500-3100 (m) ν N-H Aminas primárias e secundárias; amidas. 1640-1550 (F,m) δ N-H 900-650 (F,a) γ N-H C-H Alquino 3300 (F,a) ν C-H Apenas no caso de alquino terminal. Alqueno 3100-3000 (m,a) ν =C-H Estiramento de ligação C-H de carbono sp2. 1000-650 (F,a) γ =C-H Deformação angular fora do plano. Aromático 3080-3010 (m,a) ν =C-H 900-650 (F,m) γ =C-H O número e posição das bandas permitem a identificação do padrão de substituição do anel benzênico. Espectrofotometria no Infravermelho Ligação ou Função Faixa de absorção (cm-1) Atribuição Comentários Alcano 3000-2850 (F) ν C-H Várias bandas devidas a estiramentos simétrico e assimétrico de ligações C-H de grupos CH3, CH2 e CH de alcanos e de grupos alquilas. 1450-1375 (m) δ CH3 1465 (m) δ CH2 Aldeído 2820 (f) e 2720 (f) ν C-H Sempre aparecem as duas bandas. S-H Tiol 2600-2550 (f) ν S-H Mais fraca que ν O-H. Acompanhada de uma banda de ν C-S em torno de 800-600 cm-1. C-C As absorções desse tipo de ligação não têm utilidade para fins de análise do espectro. C-O 1300-1000 (F) ν C-O Típica de éteres, álcois, fenóis, ácidos graxos, ésteres e anidridos. C-N 1300-1000 (v,F) ν C-N Aminas. Banda de pequeno valor diagnóstico. C-X Brometo < 670 (F) ν C-Br Cloreto 785-540 (F) ν C-Cl Fluoreto 1400-1000 (F) ν C-F C=C Alqueno 1680-1620 (f,m) ν C=C As bandas são sempre agudas. Aromático 1600, 1580, 1500, 1450 (v,a) ν C=C O número de bandas varia em função do padrão de substituição do anel. Espectrofotometria no Infravermelho Ligação ou Função Faixa de absorção (cm-1) Atribuição Comentários C=N Imina e oxima 1690-1640 (m) ν C=N C=O Ácido carboxílico 1720-1700 (F) ν C=O Para todos os compostos carbonílicos, os valores são reduzidos pela conjugação da carbonila com ligação dupla, ou aumentados pela presença de grupos retiradores de elétrons no carbono α. Aldeído 1740-1720 (F) ν C=O Anidrido 1810 e 1760 (F) νas C=O e νs C=O Amida 1680-1630 (F) ν C=O (amida I) Valor típico para amida de cadeia aberta saturada. O mesmo valor para lactama de 6 membros. δ N-H (amida II) A banda de amida I é geralmente mais intensa que a de amida II. No estado sólido geralmente as duas bandas se superpõem. Cetona 1725-1705 (F) ν C=O No caso de compostos cíclicos, os valores aumentam com a redução do tamanho do anel. Éster 1750-1735 (F) ν C=O Valor típico para éster de cadeia aberta saturado. O mesmo valor para lactona de 6 membros. Cloreto de ácido 1800 (F) ν C=O Ligação ou Função Faixa de absorção (cm-1) Atribuição Comentários N=O Nitro 1550-1510 (F) νas NO2 Observa-se o estiramento da ligação C-N em torno de 870 cm-1. 1380-1340 (F) νs NO2 S=O Sulfona 1350-1310 (F) νas SO2 1160-1120 (F) νs SO2 Sulfóxido 1060-1040 (F) νs S=O C C Alquino 2250-2100 (v) ν C C A intensidade da banda depende da simetria do composto, podendo ser ausente em alguns casos. C N Nitrila 2260-2240 (m) ν C N Azida 2170-2080 (F) ν N=N Abreviações utilizadas para intensidade e formato das bandas: F = forte; f = fraca; m = média; v = variável; l = larga; a = aguda. • Cada molécula tem um espectro IV único: técnica amplamente utilizada para análise qualitativa, principalmente na identificação de moléculas no controle de qualidade Aline Teixeira 09/03/2018 5 Espectrofotometria no UV-visível Espectrometria UV-Visível: baseia-se em medidas de absorção da radiação eletromagnética, nas regiões visível e ultravioleta do espectro. Absorção de radiação eletromagnética M + h M* Região Transições Raios nucleares Raios X eletrônicas Ultravioleta-visível eletrônicas Infravermelho vibracionais e rotacionais Microondas rotacionais Ondas de rádio spin Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível A espectrometria no UV-Vis provoca transições eletrônicas. Para que um composto possa ser detectado é necessário que ele possua elétrons capazes de serem excitados, ou seja, elétrons pi ou elétrons livres (não-ligantes). Espectros de Absorção Um espectro de absorção é um gráfico mostrando como A (ou ) varia com o comprimento de onda, . Caracterização utilizando UV-Vis o fármaco é dissolvido utilizando solvente apropriado. Os solventes não devem absorver na região espectral que está sendo utilizada. Espectrofotometria no UV-visível A análise espectrofotométrica quantitativa por absorção Princípio: relação direta existente entre a quantidade de luz absorvida e a concentração da substância, também conhecida como lei de Beer. Diagrama esquemático de um experimento espectrofotométrico. I0 It b I0: radiação incidente It: radiação transmitida; b: caminho óptico Fonte de luz Seletor de () Monocromador Amostra Detector de luz Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Equipamento I0 It b Espectrofotometria no UV-visível Lei de Beer Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Lei de Beer A = x b x c [b] = cm; [c] = mol L-1 [] = L mol-1 cm-1 A = A (1%,1cm) x b x c [b] = cm; [c] = g/100 mL [A] = 100 mL g-1 cm-1 Empregando-se a absortividade molar - Empregando a absortividade específica – A(1%,1cm) Aline Teixeira 09/03/2018 6 Espectrofotometria no UV-visível Empregando a lei de Beer 1) Qual o valor da absorbância correspondente à T = 45%? Se uma solução 0,01 mol/L exibe T = 45%, qual será a porcentagem de transmitância parauma solução, do mesmo composto, de concentração igual a 0,02 mol/L. Considere b = 1cm Resp: A = 0,346; %T = 20% Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Empregando a lei de Beer 2) Uma solução 7,25 x 10-3 mol L-1 de permanganato de potássio apresenta uma transmitância de 44,1% quando medida em uma célula de 2,10 cm no comprimento de onda de 525 nm. Calcule: (a) absorbância dessa solução; (b) a absortividade molar do permanganato de potássio. Resp: a) 0,346; b) 23,38 * Absortividade depende do tipo de solvente, do comprimento de onda, da composição da solução e da temperatura. Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Empregando a lei de Beer 3) 15 mg de um composto, que apresenta massa molar = 384,63 g/mol, foram dissolvidas em água preparando-se 5,00 mL de solução. 1,00 mL dessa solução foi diluído à 10,0 mL. a) Qual a concentração da solução preparada inicialmente? b) Qual a concentração da solução diluída do composto? c) Considerando que a solução diluída foi transferida para uma cubeta de 0,5 cm de caminho ótico e que absorvância desta solução foi medida em 495 nm, sendo A = 0,634, calcule a absortividade molar do composto no comprimento de onda em questão. Resp: 7,80x10-3 mol/L; 7,80x10-4 mol/L ;1626 cm-1 mol-1 L Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Análise quantitativa Um gráfico de A versus c fornece uma reta. A inclinação desta reta corresponde a absortividade do analito, num dado . Esse gráfico é denominado curva analítica ou curva de calibração. A C (mol L-1 ) Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Análise quantitativa Exemplo: Fe(III) pode ser determinado espectrofotometricamente por reação com SCN-, para produzir um complexo vermelho, [Fe(SCN)6]3-, que absorve fortemente em 480 nm. Um litro de solução padrão estoque de Fe(III) foi preparado a partir de 0,8640 g de sulfato férrico amoniacal, FeNH4(SO4)2.12H2O (massa molar = 482,19 g mol -1). Três soluções padrões foram preparadas por diluição da solução estoque de Fe(III), transferindo-se alíquotas de 2,5, 3,5 e 4,5 mL de tal solução para balões volumétricos de 100 mL e completando-se o volume de cada um, com água destilada. Uma amostra sólida foi transferida para um balão volumétrico de 100 mL e dissolvida com água destilada, preparando-se 100 mL de uma solução da amostra. Considerando os valores de absorbância (A) a seguir e b = 1 cm: a) Construa a curva analítica ou curva de calibração. b) Calcule a absortividade molar (ε) do composto, no comprimento de onda em questão; c) Calcule quantos miligramas de Fe(III) estão presentes na amostra. Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Solução A CFe/ mol L -1 Padrão 1 0,342 4,480x10-5 Padrão 2 0,479 6,272x10-5 Padrão 3 0,616 8,064x10-5 Amostra 0,463 ? Construção do gráfico!!! Aline Teixeira 09/03/2018 7 Espectrofotometria no UV-visível Espectrofotometria no UV-visível y = ax + b y = 7645,1x – 0,0005 y = 7645,1x - 0,0005 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,0004 0,0005 0,0006 0,0007 0,0008 0,0009 A b so rv â n c ia CFe/ mol L -1 Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Resposta: b) = 7645 cm-1 mol-1 L c) Amostra = 0,463 Eq. da reta: Y = 7645,1 X - 0,0005 = 0,463 = 7645,1 X - 0,0005 X = 6,06x10-5 mol L-1 Em 100 mL da solução da amostra 6,05x10-6 mol de Fe3+ = 0,339 mg Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Desvios da lei de Beer A lei de Beer descreve o comportamento da absorção apenas para soluções diluídas. Em concentrações > 0,01 mol L-1 desvios da relação linear entre a absorvância e a concentração. Ocorrem desvios quando o soluto colorido ioniza-se, dissocia-se ou se associa em solução. Altas concentrações de eletrólitos leva a um afastamento da lei de Beer. Ocorrem discrepâncias quando a luz usada não é monocromática. Aline Teixeira Espectrofotometria no UV-visível Aplicações: • Amplamente utilizado, tanto na identificação como no doseamento de fármacos, em matérias primas, ou em especialidades farmacêuticas ou cosméticas • Constitui ferramenta importante para avaliação dos testes de dissolução e uniformidade de conteúdo • Requisito básico para que um fármaco seja analisado – espectro de absorção na faixa de 200 nm a 400 nm, ou seja, apresentar cromóforo (grupo insaturado covalente) em sua estrutura Aline Teixeira