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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS ESTUDO DE COMPATIBILIDADE ENTRE ATORVASTATINA E EXCIPIENTES POR TÉCNICAS TÉRMICAS (TG, DSC) E FTIR UTILIZANDO CORRELAÇÃO DE PEARSON AUTOR DISCENTE: Edilamar Pereira da Silva ORIENTADOR: Prof. Dra. Ana Paula Barreto Gomes NATAL-RN 2016
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS
ESTUDO DE COMPATIBILIDADE ENTRE ATORVASTATINA E EXCIPIENTES POR
TÉCNICAS TÉRMICAS (TG, DSC) E FTIR UTILIZANDO CORRELAÇÃO DE PEARSON
AUTOR DISCENTE: Edilamar Pereira da Silva
ORIENTADOR: Prof. Dra. Ana Paula Barreto Gomes
NATAL-RN
2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS
ESTUDO DE COMPATIBILIDADE ENTRE ATORVASTATINA E EXCIPIENTES POR
TÉCNICAS TÉRMICAS (TG, DSC) E FTIR UTILIZANDO CORRELAÇÃO DE PEARSON
Dissertação apresentada à Coordenação do Programa de
Pós-graduação em Ciências Farmacêuticas, do Centro de
Ciências da Saúde, da Universidade Federal do Rio Grande
do Norte, como requisito para obtenção do título de Mestre
em Ciências Farmacêuticas.
AUTOR DISCENTE: Edilamar Pereira da Silva
ORIENTADOR: Prof. Dra. Ana Paula Barreto Gomes
NATAL-RN
2016
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial do Centro Ciências da Saúde - CCS
Silva, Edilamar Pereira da.
Estudo de compatibilidade entre atorvastatina e excipientes
por técnicas térmicas (TG, DSC) e FTIR utilizando correlação de
pearson / Edilamar Pereira da Silva. - Natal, 2016.
76f.: il.
Orientadora: Ana Paula Barreto Gomes.
Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Ciências
Farmacêuticas. Centro de Ciências da Saúde. Universidade Federal
do Rio Grande do Norte.
1. Atorvastatina cálcica- Dissertação. 2. Estudo de pré
formulação - Dissertação. 3. DSC - Dissertação. 4. FT-IR -
Dissertação. I. Gomes, Ana Paula Barreto. II. Título.
RN/UF/BS-CCS CDU 615.22
Aos meus pais Bento e Miriam
AGRADECIMENTOS
A Deus pela vida, pelas bênçãos concedidas e por fazer realizar sempre o Seus planos em
minha vida;
Aos meus pais Bento e Miriam por todo o amor, compreensão e apoio constante, por serem os
grandes responsáveis por todas as vitórias; a minha família que é o meu maior tesouro;
A minha orientadora, professora Ana Paula Barreto Gomes, pela confiança a mim concedida,
por todo apoio, compreensão, orientação, por todas as vezes em que foi admiravelmente
humana ao educar e se fazer presente em todos os aspectos da minha formação humana e
acadêmica;
Aos professores do Programa de Pós-graduação em Ciências Farmacêuticas, pelos
ensinamento e total dedicação aos alunos.
A toda família LCQMed pela acolhida, por todos os momentos de fé, de alegria, união, força e
amizade.
Aos amigos e companheiros Fátima, Nilma, Thereza Milene, Gilberto, Wydaiany, Maxciara,
Gessiane, muitíssimo obrigada por serem parceiros em todas as horas, por terem me
ensinado tantas coisas. Não caberia nessa dissertação. Amo vocês!
Aos professores, alunos e funcionários da Universidade Federal do Rio Grande do Norte que
contribuíram para esse trabalho;
Ao LDM/UFRN pelo uso dos equipamentos analisadores térmicos.
Ao Programa de Pós-graduação em Ciências Farmacêutica por todo o apoio concedido;
Enfim, a todos que contribuíram direta ou indiretamente na realização deste trabalho, o meu
MUITO OBRIGADA!
“Ninguém é suficientemente perfeito, que não possa aprender com o outro e, ninguém é
totalmente destituído de valores que não possa ensinar algo ao seu irmão”
(São Francisco de Assis)
SILVA, Edilamar Pereira da. Estudo de compatibilidade entre atorvastatina e excipientes por técnicas
térmicas (TG, DSC) e FTIR utilizando correlação de pearson. Dissertação de mestrado. Universidade Federal do
Rio grande do Norte. Natal, RN, 2016.
RESUMO
A atorvastatina é um medicamento antilipêmico do grupo das estatinas, de grande importância
para a prevenção de doenças cardiovasculares e normalmente usada como atorvastatina de
cálcio. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a atorvastatina e estudar possíveis interações
desta com vários excipientes por DSC, TG e FT-IR. As curvas DSC foram obtidas usando o
calorímetro SHIMADZU, modelo DSC-60, em cadinho de alumínio sob razão de aquecimento de
20 ºC min-1, em uma temperatura de 25-400 ºC. As curvas foram analisadas usando o software
TASYS da SHIMADZU. Os espectros das amostras foram obtidos em um espectrofotômetro
ATR-FTIR modelo IRprestige-21 da Shimadzu, no comprimento de onda de 700 a 4000 cm-1 em
uma média de 20 varreduras. Avaliou-se a constância espectral da atorvastatina e misturas
binárias fazendo-se uma correlação linear entre o espectro teórico das amostras e o espectro
real obtido em temperatura ambiente (25 °C). O espectro teórico foi obtido utilizando um
algoritmo ad hoc. Por DSC avaliamos interações com manitol e laurilsulfato de sódio, já que
houve desaparecimento do pico do fármaco e aparecimento apenas do pico do excipiente,
caracterizando interação. A partir da avaliação da correlação de Pearson, não observamos
interações físicas com os excipientes, glicolato de amido, amido pré gelatinizado,
croscarmelose, estearato de magnésio e lactose, uma vez que o valor do r ficou entre 0,8 e 1,0,
portanto boa correlação. Há interações físicas com o laurilsulfato de sódio. Assim, os resultados
obtidos por DSC são confirmados por FTIR mostrando-se. Essas técnicas mostram-se
extremamente efetivas no estudo de pré-formulação.
Palavras-chave: Atorvastatina, Estudo de pré-formulação, DSC, FT-IR.
SILVA, Edilamar Pereira da. Study of compatibility between atorvastatin and excipients by thermal techniques
(TG, DSC) and FTIR using pearson correlation. Masters dissertation. Universidade Federal do Rio Grande do
Norte. Natal, RN, 2016.
ABSTRACT
Atorvastatin is an antilipemic drug from the statins’ group that has a great importance to
prevent cardiovascular disease and it is usually used as atorvastatin calcium. The aim of this
study was to characterize the atorvastatin and studying possible interactions with different
excipients by DSC, TG and FTIR. DSC curves were obtained using a Shimadzu calorimeter,
model DSC-60, aluminum pan, under heating rate of 20 ºC min-1 at temperature of 25-400 ºC.
Consequently, curves were analyzed using TASYS software from Shimadzu. The spectra of
the samples were obtained on a spectrophotometer ATR-FTIR (IRPrestige- 21 Shimadzu),
between 700 and 4000 cm-1, on average of 20 scans. We evaluated the atorvastatin and
binary mixtures’ spectral steadiness by making a linear correlation between the theoretical
spectra and the real ones obtained at room temperature (25 °C). The theoretical spectra were
obtained using an ad hoc algorithm. We evaluated by DSC that there are chemical interactions
with mannitol and sodium lauryl sulfate because there was disappearance of the drug’s peak
and appearance only of the excipients’ peaks. With respect to the other excipients, there were
only displacements of peaks suggesting physical interactions, it means no incompatibility.
From the FTIR evaluation using Person’s correlation, it was not observed any physical
interaction between atorvastatin and the following excipients: starch glycolate, pregelatinized
starch, croscarmellose, magnesium stearate and lactose, since the value of r was between 0.8
and 1.0; in other words, it means a good correlation. Moreover, it was confirmed a physical
interaction with the sodium lauryl sulfate. Finally, the results obtained by DSC were confirmed
by FTIR data using the Person’s correlation, so both analytical techniques demonstrated to be
extremelly important and effective tools for applying in a preformulation study.
Keywords: Atorvastatin, preformulation study, DSC, FT-IR.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Estruturas químicas das estatinas naturais. A) Lovastatina, b)pravastatina e c)
sinvastatina, respectivamente .............................................................................................. 20
Figura 2 Estruturas químicas das estatinas sintéticas. a) Fluvastatina, b) atorvastatina e c)
rosuvastatina, respectivamente. .......................................................................................... 21
Figura 3 Representação da estrutura química da atorvastatina. ......................................... 22
Figura 4 Curvas DSC e TG/DTG da atorvastatina nas razões de aquecimento de 20ºC.min-
1 ........................................................................................................................................... 44
Figura 5 Curvas DSC da atorvastatina nas razões de aquecimento de 10, 20, 30, 40 e
50ºC/min. ............................................................................................................................. 45
Figura 6 Curvas DSC da atorvastatina (1) + excipientes: (2) laurilsulfato de sódio, (3)
croscamelose, (4) amido pré gelatinizado, (5) celulose microcristalina 101(MC 101), (6)
lactose, (7) manitol, (8) celulose microcristalina 102(MC 102) e (9) estearato de magnésio e
(10) glicolato amido de sódio. .............................................................................................. 49
Figura 7 Curvas calorimétricas do fármaco atorvastatina, celulose microcristalina C101 e
102 e misturas binárias na razão de aquecimento de 20 ºC/min. ........................................ 51
Figura 8 Curvas calorimétricas do fármaco atorvastatina, estearato de magnésio,
croscarmelose, estearato de magnésio e amido pré gelatinizado, misturas binárias na razão
de aquecimento de 20 ºC/min. ............................................................................................. 51
Figura 9 Curvas calorimétricas do fármaco atorvastatina, lactose e mistura binária na razão
de aquecimento de 20 ºC/min. ............................................................................................. 52
Figura 10 Curvas calorimétricas do fármaco atorvastatina, manitol, Lauril sulfato de sódio e
misturas binárias na razão de aquecimento de 20 ºC/min. .................................................. 53
Figura 11 FTIR em diferentes temperaturas: 25, 130, 150, 170, 190 e 250° C................... 55
Figura 12 Relação entre a correlação de Pearson e as diferentes temperaturas da
atorvastatina. ....................................................................................................................... 56
Figura 13 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para as misturas: (A)
atorvastatina + celulose microcristalina 101, (B) atorvastatina + celulose microcristalina 102.
............................................................................................................................................. 57
Figura 14 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para as misturas:
atorvastatina+glicolato de amido de sódio, atorvastatina+amido pré gelatinizado,
atorvastatina+croscarmelose, atorvastatina+estearato de magnésio. ................................. 58
Figura 15 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para a mistura:
atorvastatina+manitol. Está mostrada apenas a região do fingerprint. ................................ 59
Figura 16 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para a mistura:
atorvastatina+laurilsulfato de sódio. Está mostrada apenas a região do fingerprint. ........... 60
Figura 17 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para a mistura:
atorvastatina+lactose. Está mostrada apenas a região do fingerprint. ................................ 61
LISTA DE TABELAS
TABELA I - Dados das curvas calorimétricas da atorvastatina nas razões de aquecimento
de 10, 20, 30, 40 e 50 °C/min .............................................................................................. 47
TABELA II - Dados das curvas calorimétricas das misturas binárias ATV+excipientes (1:1)
na razão de 20ºC/min. ......................................................................................................... 50
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
DTA Análise Térmica Diferencial
KBr Brometo de potássio
DSC Calorimetria Exploratória Diferencial
DRX Difração de raio X
∆H Entalpia
FTIR Fourier transform infrared spectroscopy
ºC Grau Celsius
HMGCoA Hidroximetilglutaril coenzima A
HDL High-density lipoprotein
IFA Insumo farmacêutico ativo
IV Infravermelho
ICTAC International Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry
J/G Joule/grama
LCQMed Laboratório de Controle de Qualidade de Medicamentos
LDM Laboratório de Desenvolvimento de Medicamentos
LDL Low-density lipoprotein
MIR Mid Infra Red
MG Miligrama
MIN Minuto
pH Potencial hidrogeniônico
Tpico Temperatura do pico
Tonset Temperatura onset
TG Termogravimetria
UV Ultravioleta
VLDL Very low-density lipoprotein
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 15
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ....................................................................................... 18
2.1 Estatinas ..................................................................................................................... 18
2.2 Atorvastatina ............................................................................................................... 21
2.3 Estudo de pré-formulação ......................................................................................... 23
2.4 Excipientes farmacêuticos .......................................................................................... 27
2.5 Análise térmica ........................................................................................................... 29
2.5.1. Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) ........................................................ 30
2.5.2 Termogravimetria (TG) ......................................................................................... 31
2.6 Espectroscopia de absorção molecular na região do infravermelho por Transformada
de Fourier (FTIR) .............................................................................................................. 32
3 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 36
3.1 Objetivo Geral ............................................................................................................. 36
3.2 Objetivos Específicos ................................................................................................. 36
4 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................ 38
4.1 Amostras Utilizadas .................................................................................................... 38
4.2 Misturas Binárias ........................................................................................................ 39
4.3 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) ............................................................... 39
4.4 Termogravimetria (TG) ............................................................................................... 39
4.5 Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) ..................... 40
4.6 Correlação de Pearson ............................................................................................... 40
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................... 43
5.1 Caracterização Térmica da Atorvastatina ................................................................... 43
5.2 Estudo de compatibilidade .......................................................................................... 48
5.3 Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) ..................... 53
6 CONCLUSÕES ................................................................................................................ 63
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 64
APÊNDICE A – ARTIGO PUBLICADO ............................................................................... 76
INTRODUÇÃO
15
1 INTRODUÇÃO
A hiperlipidemia é a elevação da concentração de lipídeos no plasma devido a um
distúrbio na síntese e degradação de lipoproteínas plasmáticas. Os principais lipídeos de
relevância em hiperlipidemia são o colesterol e o triglicerídeo. O colesterol desempenha
papel fundamental na integridade da membrana celular e das funções fisiológicas do corpo,
incluindo a síntese do hormônio esteróide. Por outro lado, os elevados níveis de colesterol
estão associados com condições patológicas, como a aterosclerose, caracterizadas pela
deposição de colesterol na parede arterial (SATOLLO, 2011 apud ERTUK; ONAL; CETIN,
2003).
A atorvastatina é um medicamento antilipêmico do grupo das estatinas e é
normalmente usado como atorvastatina de cálcio. Sua ação, bem como de outras estatinas
está ligada a inibição da 3-hidroxi-3metil-glutaril-CoA (HMG-CoA) redutase exercendo um
efeito anti-aterosclerótico direto na parede arterial, além dos seus efeitos sobre os lipídeos
do plasma, que poderiam traduzir-se numa prevenção mais importante de doença
cardiovascular (STANCU C et al, 2012).
Estudo de pré-formulação consiste na caracterização das interações químicas e
físicas dos fármacos através de misturas binárias fármaco+excipiente. Este estudo pode
ser realizado utilizando as técnicas térmicas, em especial a Calorimetria Exploratória
Diferencial (DSC) e Termogravimetria (TG). Existem vários trabalhos utilizando o DSC no
estudo de interação fármaco-excipiente (FREIRE, 2009; OLIVEIRA et al, 2012; ROUMELI
et al, 2012; LILTORP et al., 2011; BANNACH et al, 2010; MOYANO et al, 2010; OLIVEIRA,
2010; SILVA, 2007; BARBOZA et al, 2009; KENAWI et al, 2005; OLIVEIRA, 2004).
No entanto, observa-se que existem situações nas quais a interação fármaco-
excipiente por DSC geram dúvidas. Alguns trabalhos têm mostrado o uso de dados de
infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e utilização de algoritmo ad hoc para
16
avaliar essas interações (PEREIRA,2011, LAVOR, 2012).
O FTIR pode ser aplicado no estudo de compatibilidade, estabilidade e análise de
pureza através da verificação do aparecimento, diminuição ou desaparecimento das
bandas espectrais, as quais estão diretamente relacionadas com os grupos funcionais
presentes no analito. Assim, estas possíveis alterações podem afetar a vibração de grupos
de segmentos moleculares do composto único, resultando no aparecimento de novas
bandas absorção, alargamento de bandas ou alteração na intensidade destas no espectro,
evidenciando a ocorrência de possíveis interações (PEREIRA, 2013).
É importante destacar que existem poucas informações nos compêndios oficiais e
farmacopeias, bem como em artigos científicos, com relação a atorvastatina e estudo de
compatibilidade deste fármaco com diferentes excipientes de uma formulação
farmacêutica. Desta forma, este estudo tem por objetivo caracterizar a atorvastatina por
DSC e FTIR avaliando possíveis interações atorvastatina + excipientes utilizando a
correlação de Pearson.
17
REVISÃO DA LITERATURA
18
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A arteriosclerose é a maior causa de doenças cardíacas e infarto do miocárdio e, por
sua vez, as doenças cardiovasculares tem sido a maior causa de óbitos no mundo
ocidental. No Brasil, representam uma expressiva taxa de morbidade e mortalidade – 32%
de todas as mortes no país em 2002 (NUNES apud ARAÚJO et al. 2007; LENNERNAS,
2003). Desta forma, as estatinas têm larga utilização por reduzirem efetivamente eventos
cardíacos.
Em estudo multicêntrico brasileiro com 81.262 indivíduos, 40% da amostra avaliada
apresentava níveis de colesterol superior a 200 mg/dl e 13 % níveis superiores a 240mg/dl.
No Brasil, o gasto do setor público com as estatinas, no ano 2009, foi de cerca de R$ 92
milhões, sendo que, deste valor, 96% representou o gasto somente com a atorvastatina
(ARAÚJO, 2011).
2.1 Estatinas
As estatinas são agentes hipolipemiantes que exercem efeito através da inibição da
HMG-CoA redutase, enzima fundamental na síntese do colesterol, levando a uma redução
do colesterol tecidual e um consequente aumento na expressão dos receptores de LDL
(FONSECA, 2005).
A ação principal desta classe de fármacos é a de reduzir os níveis de LDL colesterol
plasmáticas, e as estatinas atuam interferindo na biossíntese do colesterol por inibição
competitiva da hidróximetilglutaril coenzima A (HMGCoA) redutase que catalisa uma etapa
inicial e limitante na biossíntese do colesterol (conversão da HMGCoA em ácido
mevalônico) e aumentando o número de receptores hepáticos (principal apolipoproteína
19
das lipoproteínas de baixa densidade (LDL), que é responsável por transportar o colesterol
para os tecidos (FONSECA, 2005).
Estatinas podem ser classificadas da seguinte forma: compostos naturais
(lovastatina e mevastatina) oriundos de isolados de fungos, semissintéticos (sinvastatina e
pravastatina) e totalmente sintéticos (fluvastatina, atorvastatina, cerivastatina e
rosuvastatina). Destas, as mais comumente encontradas nas formulações farmacêuticas
são a sinvastatina e a atorvastatina (TEJERINA, 2011).
Em geral, as estatinas existem em duas formas, lactona e hidroxiácida. In vivo, a
forma hidroxi ácida é a forma ativa da droga para reduzir o colesterol plasmático, enquanto
que a forma lactona é inativa (pró-droga). A forma lactona das estatinas pode ser absorvida
pelo trato gastrointestinal e hidrolisada para β hidroxiácida, forma ativa, no fígado e em
tecidos não hepáticos. Os componentes estruturais essenciais de todas as estatinas são
uma unidade de ácido dihidroxiheptanóico e um sistema de anéis com substituintes
diferentes. O grupo farmacofórico das estatinas é um componente modificado do ácido
hidroxiglutárico, que é estruturalmente semelhante ao substrato endógeno HMG CoA
redutase (PROCÓPIO, 2010).
No momento seis estatinas são empregadas clinicamente (Figura 1 e 2): lovastatina
(Mevacor) ®, pravastatina (Pravachol) ®, sinvastatina (Zocor) ®, derivado semissintético, e
fluvastatina (Lescol) ®, primeiro agente totalmente sintético, derivado de mevalonolactona
produzido na forma racêmica (WERMUTH, 1996). A nova geração de estatinas sintéticas,
enantiomericamente puras, é representada por atorvastatina (Lipitor) ® e rosuvastatina
(Crestor) ®.
20
Figura 1 Estruturas químicas das estatinas naturais. A) Lovastatina, b)pravastatina e c) sinvastatina,
respectivamente
.
Fonte: Autor.
a
b c
21
Figura 2 Estruturas químicas das estatinas sintéticas. a) Fluvastatina, b) atorvastatina e c)
rosuvastatina, respectivamente.
Fonte: autor.
As estatinas possuem um mecanismo de ação semelhante, embora possuam
diferenças no seu potencial de redução do colesterol plasmático, sua solubilidade e
metabolismo (DANSETTE, 2000).
2.2 Atorvastatina
Atorvastatina de cálcio apresenta a seguinte fórmula química: ácido [R-(R *, R *)] -2 -
(4-fluorofenil) -β, σ-di-hidroxi-5-(1-metiletil)-3-fenil-4-(fenilamino) ácido carbonil]-1H-pirrol-1-
a
b c
22
heptanóico triidratado (Fig 3). Sua fórmula molecular é: C66H68CaF2N4O10•3H2O.
Atorvastatina cálcica é um pó branco cristalino, de massa molecular de 1.209,4
g/mol e ponto de fusão presente entre as seguintes temperaturas 159,2 °C e 160,7 °C. É
insolúvel em soluções aquosas de pH 4 e abaixo, que são as condições tipicamente
presentes no estômago de um indivíduo. A atorvastatina cálcica é ligeiramente solúvel em
água destilada, tampão fosfato com pH 7,4, água e acetonitrila, ligeiramente solúvel em
etanol, e solúvel em metanol (OLIVEIRA et al, 2013).
Figura 3 Representação da estrutura química da atorvastatina.
Fonte: autor
A atorvastatina diminui os níveis plasmáticos de colesterol e de lipoproteínas através
da inibição da HMG-CoA redutase e da síntese de colesterol no fígado. Aumenta o número
de receptores de LDL hepáticos na superfície da célula, aumentando a absorção e o
catabolismo do LDL. Tem ação em pacientes com hipercolesterolemia familiar
homozigótica e heterozigótica. A atorvastatina também reduz o VLDL_C (lipoproteínas de
densidade muito baixa) e os triglicérides e produz aumentos variáveis no HDL-C
(lipoproteínas de alta densidade) (BRUTON, L.L,2006).
23
A atorvastatina é rapidamente absorvida após a administração oral e concentrações
plasmáticas máximas são atingidas dentro de uma ou duas horas. A extensão da absorção
e as concentrações plasmáticas aumentam em proporção à sua dose. A biodisponibilidade
absoluta é de 14% e a biodisponibilidade sistêmica da atividade inibitória sobre a HMG-
CoA redutase é de aproximadamente 30% (TEJERINA, 2011).
A atorvastatina é a estatina mais eficaz na redução do colesterol, alcançado de 52 a
55 % em sua dose máxima de 80mg (STEIN, 2002). Atorvastatina é considerada segura,
entretanto, aproximadamente 1 a 5% dos pacientes que a utilizam apresentam reações
adversas (BELLOSTA; PAOLETTI; CORSINI, 2004).
Dentre as reações adversas mais graves são a elevação assintomática das enzimas
hepáticas, particularmente a alanina transferase (ALT), em até três vezes o valor superior
de referência; e anormalidades na musculatura esquelética, que podem variar de dores
leves a miopatia (dor muscular, associada a fraqueza e restrições dos movimentos)
elevação da creatina quinase (CK) sérica em até 10 vezes. A miopatia ainda pode evoluir
para rabdomiólise, caracterizada por grandes elevações de CK sérica, acompanhada de
mioglobinúria, mioglobinemia e evidência de dano orgânico, como função renal diminuída
ou falência renal aguda (BELLOSTA; PAOLETTI; CORSINI, 2004). Segundo os mesmos
autores, o inicio destes efeitos adversos pode variar desde poucas semanas até dois anos
da terapia com estatinas.
2.3 Estudo de pré-formulação
O estudo de pré-formulação é o primeiro passo para desenvolvimento de uma
formulação racional para o ingrediente farmacêutico ativo. Pois ele trata de uma
investigação das propriedades físico-químicas do fármaco, isolado ou em combinação com
outros componentes e seus excipientes. A partir deste estudo, é possível traçar uma
24
avaliação de eventuais incompatibilidades entre os fármacos (interação fármaco x fármaco)
e/ou com os excipientes (interação fármaco x excipiente), sendo este um processo de
bastante relevância para o desenvolvimento farmacêutico (BHARATE; BHARATE; BAJAJ,
2010).
Assim, o estudo de pré-formulação é a etapa no desenvolvimento que tem como
objetivo gerar informações que auxiliem o pré-formulador a desenvolver uma forma
farmacêutica estável e com características de biodisponibilidade adequadas.
Um estudo de pré-formulação bem elaborado deve incluir avaliação de diversas
propriedades incluindo: caracterização química, caracterização estrutural, caracterização
física, caracterização mecânica, polimorfismo dentre outros aspectos (PROCOPIO, 2010).
Desta maneira, os fármacos raras vezes são administrados isoladamente, eles fazem
parte de uma formulação combinada com um ou mais agentes não medicinais com funções
de solubilizar, suspender, espessar, diluir, emulsificar, estabilizar, conservar, colorir,
flavorizar e possibilitar a obtenção de formas farmacêuticas estáveis, eficazes e atraentes.
Os excipientes são substâncias fundamentais no desenvolvimento de formulações
farmacêuticas, pois auxiliam na estabilidade das formulações.
A ocorrência de interações entre fármacos e excipientes em formas farmacêuticas
sólidas pode ocasionar mudanças na estabilidade, solubilidade, dissolução e
biodisponibilidade dos fármacos. Logo, as técnicas realizadas neste estudo têm se
mostrado de grande utilidade nos estudos de pré-formulação para investigação e predição
de incompatibilidades físico-químicas entre fármacos e excipientes.
As incompatibilidades englobam os efeitos recíprocos entre dois ou mais componentes
de uma formulação, esses efeitos fracassam ou colocam em dúvida a finalidade do qual foi
destinado o medicamento. Esses fenômenos podem prejudicar a atividade e influenciar no
aspecto da formulação, tornando-a inaceitável, até mesmo no aspecto estético. As
25
incompatibilidades podem acontecer entre fármacos, entre os excipientes, entre fármacos e
excipientes, bem como entre um ou outra com o material de embalagem ou impurezas
(FERREIRA; BRANDÃO, 2011).
Não existe nenhum protocolo universalmente aceito para avaliar a compatibilidade entre
matérias-primas farmacêuticas, entretanto as técnicas termoanalíticas têm adquirido
grande destaque em estudos de pré-formulação, visto a iminente importância para o
desenvolvimento de fármacos, sendo possível, a partir destas, extrair informações sobre
potenciais incompatibilidades entre os componentes da formulação (CHADHA; BHANDARI,
2014).
Nos estudos de compatibilidade fica compreendido o uso de misturas físicas,
normalmente misturas binárias (MB), a fim de analisar as reações existentes entre dois
componentes da formulação, que podem ser entre fármacos ou fármaco-excipiente
(BHARATE; BHARATE; BAJAJ, 2010).
Para este estudo o DSC possui uma grande vantagem frente a outras técnicas
convencionais, pois necessita de um tempo curto para a realização da análise e necessita
de um baixo consumo de amostra. Também fornece indicações úteis dos problemas
potenciais, de modo que um excipiente pode ser rejeitado em um estágio inicial de
desenvolvimento de um produto farmacêutico. Se o excipiente em questão é indispensável,
a natureza das interações com o ativo pode ser estudado com maior profundidade
(CHADHA; BHANDARI, 2014)
Assim atualmente vários estudos tem utilizado as técnicas térmicas (DSC e DTA) como
primeira opção em suas análises, já que essas técnicas podem ser consideradas
ferramentas importantes no primeiro estágio de desenvolvimento de uma formulação para
identificação de incompatibilidades. Pesquisadores, (FULIAS et al., 2013; LAVOR et al.,
2014; LIMA et al., 2014; SOARES-SOBRINHO et al., 2010 LEDETI, 2016) confirmaram que
26
as técnicas térmicas associadas a espectroscopia no IV compreendem o método mais
adequado, sendo o método espectroscópico não destrutivo e tornando-se um método
atraente para a análise de substâncias farmacêuticas, uma vez que os materiais não estão
sujeitos à energia térmica durante o preparo da amostra, portanto, impedindo
transformações de estado sólido. Assim, essa técnica é utilizada como ferramenta de
triagem na compatibilidade das substâncias, identificando alterações vibracionais nas
bandas de absorção dos grupos funcionais presentes nas moléculas, que servem como
prova potencial das interações intermoleculares entre fármacos e excipientes (CHADHA;
BHANDARI, 2014).
Veronez e colaboradores (2014) utilizaram técnicas analíticas como DSC e
espectroscopia no IV juntamente com DRX para avaliar possíveis interações entre o
antagonista seletivo do receptor H1 de histamina (desloratadina) e nove excipientes que
geralmente são usados em formulações farmacêuticas, e este estudo teve como resultados
a interação do fármaco em estado sólido com os excipientes lactose, celulose
microcristalina, magnésio estearato, e ácido esteárico. Demosntrando eficientemente a
aplicação das tecnicas utilizadas nesses tipos de estudo.
A técnica DSC também foi utilizada por Chaves e colaboradores (2013) como
ferramenta para um estudo de compatibilidade do fármaco dietilcarbamazina citrato (DEC)
com vários excipientes usados em formulações sólidas. Ao passo que algum tipo interação
fosse identificada, realizaram-se análises complementares com TG, cinética não-
isotérmica, IV e DRX. As curvas TG da DEC com PVP (polivinilpirrolidona) e estearato de
magnésio mostraram sinais de interação, que mostraram diminuição da energia de
ativação. Sendo concluído, neste estudo que os excipientes citados devem ser evitados.
27
2.4 Excipientes farmacêuticos
Os fármacos raras vezes são administrados isoladamente, eles fazem parte de uma
formulação combinada com um ou mais agentes não medicinais com funções de
solubilizar, suspender, espessar, diluir, emulsificar, estabilizar, conservar, colorir, flavorizar
e possibilitar a obtenção de formas farmacêuticas estáveis, eficazes e atraentes. Como uso
seletivo desses agentes não medicinais, denominados excipientes farmacêuticos, resultam
formas farmacêuticas de vários tipos (ANSEL et al., 2000). Assim, segundo o mesmo autor,
os excipientes são substâncias fundamentais no desenvolvimento de formulações
farmacêuticas, pois auxiliam na estabilidade das mesmas.
Visto que, a estabilidade química de um fármaco pode ser reduzida caso o mesmo
seja incorporado em um excipiente inadequado ou que contenha coadjuvantes
farmacotécnicos compatíveis (FERREIRA, 1999). Entretanto, segundo Souza (2009) a
estabilidade de produtos farmacêuticos depende a cima de tudo de fatores ambientais
como temperatura, umidade e luz; e de outros fatores como propriedades físicas e
químicas de substâncias ativas assim como, também dos excipientes farmacêuticos, sem
deixar de citar o processo de fabricação, tipo e propriedade dos materiais de embalagem,
sendo então de nítida importância o estudo de pré formulação para o desenvolvimento de
medicamentos.
Excipientes - ou ingredientes inativos - são substâncias destituídas de poder
terapêutico, usadas para assegurar a estabilidade e as propriedades físico-químicas e
organolépticas dos produtos farmacêuticos (BALBANI, 2006). São inúmeros compostos
tradicionalmente classificados como excipientes, e muitos estudos são voltados a fim de
encontrar substâncias que se adeque a esta classificação, como por exemplo, o estudo
28
realizado por Pereira (2013) com a sugestão de avaliar a quitosana como um excipiente
farmacêutico.
A escolha do excipiente adequado para determinada fórmula deve se basear nas
características das substâncias contidas na fórmula, bem como na possibilidade de
interação destas substâncias como excipiente. É essencial que a formulação e o excipiente
não sofram qualquer tipo de interação. Em certos casos, vários estudos demonstraram que
as diferentes formulações de cápsulas e comprimidos, ocasionaram uma diferença na
biodisponibilidade que pode impedir o efeito farmacológico. Devido a essas diferenças, é
necessário estudar e estabelecer critérios sobre a utilização de excipientes, sendo assim
evidenciado a importância de um detalhado estudo de pré-formulação (FERREIRA, 2000).
De forma geral, os excipientes correspondem à maior massa ou volume de uma
formulação farmacêutica. Assim, os excipientes são componentes importantes de uma
formulação que podem ser altamente reativos, interagindo fisicamente ou quimicamente
com o ingrediente farmacêutico ativo que podem produzir tanto efeitos positivos como
negativos. Em alguns casos, as interações fármaco-excipiente ajudam a aumentar a
estabilidade, a solubilidade e/ou a biodisponibilidade, bem como podem levar a diminuição
da solubilidade e ainda da atividade/biodisponibilidade (NICKERSON, 2011).
O estudo de Akers (2002) destacou os efeitos positivos e negativos das interações
ingrediente farmacêutico ativo (IFAs)-excipiente mostrando que os excipientes
adicionados a formulações parenterais podem melhorar a solubilidade do IFA
(solubilizantes) e/ou a estabilidade (tampões, antioxidantes, quelantes), bem como
garantir a segurança (conservantes antimicrobianos), minimizar a dor e irritação após a
injeção (agentes de tonicidade) e controlar a entrega do IFA (polímeros), os quais são
exemplos de interações positivas ou sinérgicas entre os mesmos. Esse estudo citado
29
acima destaca que os excipientes também podem produzir efeitos negativos, como a
perda da solubilidade, atividade e/ou estabilidade do IFA.
Mazurek-Wadolkowska et al. (2013) avaliaram a compatibilidade do paracetamol e
de excipientes utilizados na compressão de comprimidos. O estudo mostrou através dos
resultados da análise térmica a compatibilidade com todos os excipientes, exceto com a
crospovidona. Foi realizado a mistura do fármaco com excipiente antes e depois da
compressão e após 6 meses de armazenamento dos comprimidos nas seguintes
condições de umidade relativa e temperatura diferentes: 25 ± 2 °C / 40 ± 5% UR, 25 ± 2
ºC / 60 ± 5% UR, 40 ± 2 ºC / 75 ± 5% UR. Para detectar as possíveis mudanças na
estrutura química do paracetamol também foi utilizada a cromatografia gasosa acoplada
a espectrometria de massas (CG-MS).
2.5 Análise térmica
Segundo a ICTAC (International Conference of Thermal Analysis and Calorimetry),
análise térmica é o estudo da relação entre uma propriedade da amostra e sua
temperatura, enquanto essa amostra é aquecida ou resfriada de forma controlada.
Atualmente, os equipamentos de análise térmica têm sido desenvolvidos permitindo
a utilização de técnicas simultâneas como, por exemplo, TG e DSC, TG e DTA, aplicadas à
mesma amostra, avaliando variações de massa e aspectos energéticos. As medidas
simultâneas são utilizadas, principalmente, para o estudo de materiais poliméricos e de
estabilidade de produtos químicos (OZAWA, 2000; CHENG et al., 2000).
A ocorrência de interações no estado sólido entre fármacos e excipientes em formas
farmacêuticas sólidas pode ocasionar mudanças na estabilidade, solubilidade, dissolução e
biodisponibilidade dos fármacos. A técnica de DSC associada às técnicas TG/DTG tem-se
30
mostrado de muita utilidade nos estudos de pré-formulação na investigação e predição de
incompatibilidades físico-químicas entre fármacos e excipientes (SOUZA, 2005).
2.5.1. Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
Na Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), mede-se a diferença de energia
liberada ou absorvida pela amostra, em relação a um material de referência, termicamente
inerte, em função da temperatura, enquanto a amostra e a referência são submetidas a
uma programação de temperatura. Estas medidas fornecem dados qualitativos e
quantitativos em relação a mudanças físicas e químicas que envolvem processos
endotérmicos e exotérmicos.
Esta técnica proporciona informações tais como: transição vítrea, temperatura e
tempo de cristalização, ponto de fusão, calor específico, oxidação, pureza, estabilidade
térmica, ponto de ebulição, cinética de reação e outros (MOTHÉ; AZEVEDO, 2002).
Quando um material sofre algum tipo de mudança de estado físico ou reação
química, ocorre uma quantidade de calor envolvido, liberado ou absorvido. Assim, a DSC
mede as variações de energia térmica para manter em equilíbrio as temperaturas da
amostra e do material de referência, durante o evento térmico. Regra geral considera-se
que transição de fase, desidratação, redução, e algumas reações de decomposição
produzem efeitos endotérmicos, ao passo que cristalização, oxidação e algumas reações
de decomposição produzem efeitos exotérmicos (DANTAS, 2006).
De acordo com a Farmacopeia Brasileira (2010), há duas modalidades de DSC:
DSC com compensação de potência e DSC com fluxo de calor (IONASHIRO, 2004). DSC
de energia compensada: possui dois fornos individuais, a amostra e a referência são
aquecidas e resfriadas individualmente. Garante-se uma diferença de temperatura entre
31
a amostra e a referência, devido à absorção ou perda de calor; a potência nos
aquecedores individuais é ajustada de forma que restaure o equilíbrio. DSC de fluxo de
calor: utiliza um simples forno, a amostra e a referência são aquecidas por uma única
fonte de calor e colocadas em cadinhos idênticos. As diferenças no fluxo de calor na
amostra e referência são medidas em função da temperatura da amostra. O calor é
transferido através do disco para a amostra e a referência e o fluxo de calor diferencial
entre os dois cadinhos é controlado por termopares conectados abaixo dos cadinhos.
Desta forma, a curva calorimétrica é apresentada na forma de diferença de temperatura
entre a amostra e a referência em função do tempo ou da temperatura.
Na área farmacêutica, as análises de DSC são utilizadas na caracterização
térmica e determinação da pureza, estudos de compatibilidade entre os constituintes da
formulação e identificação de polimorfismo com determinação das entalpias de cada
forma cristalina (OLIVEIRA, 2011).
A DSC representa uma técnica termoanalítica amplamente utilizada na triagem em
estudos de compatibilidade. Nessa técnica, as curvas DSC dos componentes individuais
(IFAs e excipientes isolados) são comparadas com as curvas obtidas a partir de misturas
físicas, normalmente na proporção 1:1, massa/massa (CHADHA; BHANDARI, 2014).
2.5.2 Termogravimetria (TG)
A termogravimetria é a técnica de análise térmica em que a variação de massa da
amostra é determinada como uma função da temperatura, ou tempo de aquecimento,
utilizando um programa controlado de temperatura (FARMACOPEIA BRASILEIRA, 2010).
Fatores tais como massa da amostra, volume e forma física, o tamanho e a natureza
da amostra, a natureza e a pressão da atmosfera em que estará a amostra e a razão de
32
aquecimento, tem influência importante nas características da curva termogravimétrica
registrada (KEATTCH & DOLLIMORE, 1975).
Os métodos termogravimétricos podem ser classificados como: dinâmico (ou não
isotérmico) em que a perda de massa é registrada continuamente à medida que a
temperatura aumenta a uma razão constante ou linear; isotérmico, quando a variação de
massa da amostra é registrada em função do tempo mantendo-se a temperatura constante;
e quasi-isotérmico, no momento em que a amostra começa a perder massa a temperatura
é mantida constante até que a massa se estabilize, quando isto ocorre, o aquecimento é
retomado, este procedimento pode se repetir em cada etapa da decomposição térmica
(LOPES, 2005).
Na área farmacêutica a termogravimetria é utilizada na caracterização, determinação
de pureza e umidade, identificação de pseudopolimorfismo, avaliação da estabilidade de
fármacos e medicamentos e em estudos de cinética de degradação (OLIVEIRA; YOSHIDA;
GOMES, 2011).
2.6 Espectroscopia de absorção molecular na região do infravermelho por
Transformada de Fourier (FTIR)
A espectrofotometria está baseada na absorção de energia eletromagnética por
moléculas. As diferenças na estrutura química e na concentração dessas moléculas vão
conferir absorções energéticas diferentes. Dessa forma, é possível caracterizar, quantificar
e identificar substâncias a partir de técnicas espectrofotométricas. Dependendo da
frequência da energia aplicada a espectrofotometria, a absorção pode ser dividida em
ultravioleta, visível e infravermelho. Na região do infravermelho médio (MIR) ocorrem
transições de energia vibracional por ser a radiação nesta região insuficientemente
33
energética para promover transições eletrônicas. As vibrações induzidas por radiação
infravermelha compreendem estiramentos e tensionamentos de ligações interatômicas e
modificações de ângulos de ligações (BRASIL, 2010).
A técnica de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) é
bastante utilizada na caracterização de sistemas sólidos. Dentre as técnicas utilizadas para
caracterizar fármacos, os métodos espectroscópicos nessa região oferecem vantagens
importantes nas análises, como por exemplo, não serem destrutivos, permitirem
informações químicas, serem rápidos e utilizarem pequenas quantidades de material
(PARISOTTO et al, 2009).
Medidas na região do infravermelho médio e próximo podem ser obtidas por
refletância, a qual é observada quando uma luz incide em uma matriz descontínua, penetra
na amostra e reflete trazendo informações espectrais. Desta forma a luz refletida pode ser
atenuada por absorção e o espectro resultante é similar ao obtido através da técnica no
infravermelho por transmissão utilizando KBr (brometo de potássio). Uma importante
diferença entre a transmitância e a refletância se dá devido ao caminho óptico diferente
percorrido pela luz. Enquanto que na transmissão o caminho óptico é constante para todo
número de onda, na refletância por sua vez, o caminho pode ser variável. É de
conhecimento geral que em regiões do espectro, onde a amostra absorve fracamente, a luz
penetra mais profundamente na matriz, sendo que o contrário acontece onde há forte
absorção (FERREIRA, 2012).
Portanto, ao se comparar o espectro obtido por transmissão (pastilha de KBr) com o
obtido por refletância, as intensidades relativas das bandas serão diferentes. Por exemplo,
as bandas fracas no espectro por transmissão aparecerão mais fortes na refletância. Deve-
se ressaltar a diferença marcante entre infravermelho médio e próximo. No infravermelho
próximo as distorções nos espectros são quase imperceptíveis, enquanto que no
34
infravermelho médio as distorções são mais frequentes. Uma maneira de contornar esse
efeito não desejado é diluindo a amostra numa matriz não absorvente, como KBr (SOUZA,
FERRÃO, 2006).
A região do infravermelho médio apresentou maior número de estudos do que a
região do infravermelho próximo. Isso se deve possivelmente a maior absorção de
compostos orgânicos e a maioria dos grupos funcionais nessa região, como: ácidos
carboxílicos, amidas, alquilas e aromáticos.
Das três regiões do infravermelho (próximo, médio e distante) a região
compreendida entre 400 a 4000 cm-1 (infravermelho médio - MIR) é a mais empregada
para fins de identificação. O espectro de infravermelho apresenta bandas de absorção
características dos grupamentos presentes na estrutura química do fármaco (ROGGO et
al., 2007). Por esse motivo é um teste farmacopéico descrito em monografias para a
identificação de fármacos.
A técnica de espectroscopia no infravermelho médio com transformada de Fourier
(Fourier Transform Infrared, FTIR) é uma técnica rápida, econômica, requer o mínimo
necessário de preparo de amostras e sua instrumentação é de fácil operação (PETIT;
MADEJOVA, 2013). Esta técnica permite a análise qualitativa de substâncias orgânicas
porque os modos característicos de vibração de cada grupo provocam o aparecimento de
bandas no espectro infravermelho em frequências específicas, que também são
influenciadas pela presença de grupos funcionais próximos (acoplamentos) (SOUZA;
POPPI, 2012).
35
OBJETIVOS
36
3 OBJETIVOS
3.1 Objetivo Geral
Avaliar possíveis interações atorvastatina + excipientes por DSC e FTIR utilizando
correlação de Pearson.
3.2 Objetivos Específicos
Caracterizar atorvastatina através de curvas DSC e TG.
Avaliar interações fármaco+excipiente através de curvas DSC.
Avaliar os espectros de FTIR da atorvastatina e excipientes isoladamente, assim
como das misturas fármaco-excipiente e avaliar possíveis interações utilizando correlação
de Pearson.
37
MATERIAIS E MÉTODOS
38
4 MATERIAIS E MÉTODOS
Esta pesquisa foi desenvolvida no Laboratório de Controle de Qualidade de
Medicamentos (LCQM) na Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).
4.1 Amostras Utilizadas
As amostras utilizadas foram atorvastatina cálcica e excipientes conforme
apresentado no Quadro 1.
Quadro 1 - Lista das amostras utilizadas, classificação e fornecedores.
Amostra Classificação Fornecedor
Fármaco Atorvastatina Fármaco Ativo Gemini
Excipientes Estearato de magnésio Lubrificante Henrifarma
Lactose monohidratada Diluente, Aglutinante Galena
Celulose Diluente, Desintegrante Galena
microcristalina 101
Celulose Diluente, Desintegrante Henrifarma
microcristalina 102
Amido pré gelatinizado Diluente, Aglutinante Henrifarma
Manitol Diluente Henrifarma
Amidoglicolato Desintegrante Henrifarma
Croscarmelose Desintegrante Henrifarma
Larilsulfato de sódio Agente Umectante Henrifarma
39
4.2 Misturas Binárias
As misturas físicas atorvastatina: excipiente (2 mg) foram preparadas por
mistura simples com auxílio de uma espátula, grau e pistilo, na proporção 1:1
(m/m) e analisadas por DSC e FTIR. A atorvastatina estudada tem grau de pureza
de 98,86% de lote: AS0900412, fornecida pela Gemini.
4.3 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
As amostras foram hermeticamente fechadas em cadinhos de alumínio e
colocadas num calorímetro Shimadzu, modelo DSC-60, numa atmosfera de
nitrogênio, fluxo de 50 mL/min, na razão de aquecimento de 10, 20, 30, 40 e 50
ºC/min até a temperatura de 400 ºC, com massa de 2,00mg ± 0,5. O equipamento foi
calibrado, em relação à temperatura, com o padrão índio (156,6°C ± 0,3) através de
seu pico de fusão. O fluxo de calor foi calibrado com o calor de fusão do índio (28,59
J/g ± 0,3) usando as mesmas condições das amostras. O fator de correção foi
calculado de acordo com os procedimentos e especificações da Shimadzu. As
amostras foram analisadas através das suas transições de fase características,
utilizando o programa TASYS da Shimadzu.
4.4 Termogravimetria (TG)
A curva termogravimétrica não isotérmica da amostra foi obtida utilizando-se
uma termobalança Shimadzu, modelo DTG-60, com razão de aquecimento de 20
ºC/min até temperatura de 900 ºC, na atmosfera de nitrogênio, com fluxo constante
40
de 50 mL/min. A massa utilizada foi de 5,0 mg ± 0,5 a qual foi acondicionada num
cadinho de alumina. A curva foi analisada pelo programa TASYS da Shimadzu, a fim
de caracterizar as etapas de decomposição e perda de massa da atorvastatina.
4.5 Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)
Os espectros das amostras individuais e das misturas binárias foram obtidos
em um espectrofotômetro ATR-FTIR modelo IRprestige-21 da Shimadzu, no
comprimento de onda de 700 a 4000 cm-1 em uma média de 20 varreduras por
amostras.
Posteriormente a atovastatina foi aquecida utilizando-se uma termobalança
Shimadzu, modelo DTG-60, até as temperaturas de 130, 150, 170, 190 e 250°C, na
atmosfera de nitrogênio, com fluxo constante de 50 mL/min. A massa utilizada foi de
5,0 mg ± 0,5 a qual foi acondicionada num cadinho de alumina. Em sequência, foi
levada ao espectrofotômetro ATR-FTIR modelo IRprestige-21 da Shimadzu e
analisados os espectros obtidos.
4.6 Correlação de Pearson
A constância espectral da atorvastatina e misturas binárias foram avaliadas
fazendo-se uma correlação linear entre o espectro teórico das amostras e o espectro
real obtido em temperatura ambiente (25 °C). O espectro teórico foi obtido utilizando
um algoritmo ad hoc que normaliza todos os espectros e combina o espectro com
base na composição molar na mistura física. Os espectros foram normalizados e
analisados por algoritmo de comparação de espectros baseada em correlação de
41
Pearson em regiões espectrais de tamanho variável. Tais ferramentas
computacionais foram criadas ad hoc e já utilizadas com sucesso em outras
publicações (PEREIRA, 2013).
Esta abordagem assume que uma mistura simples é uma sobreposição do
espectro obtido para as substâncias puras. Quando os espectros teórico e
experimental divergem, é possível afirmar que os átomos nas moléculas ou
moléculas são de algum modo diferentes ou estão dispostos diferentes no interior da
mistura. Correlações próximas à unidade são indicativas da ausência de quaisquer
interações significativas. Assim, altas correlações entre 0,80 e 1,00, é indicativo de
simples mistura de sólidos. Correlações moderadas entre 0,5 e 0,80, indica
possíveis interações. Valores abaixo de 0,50 indicam baixa semelhança entre os
espectros, demonstrando algum tipo de interação física ou química.
42
RESULTADOS E DISCUSSÃO
43
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Caracterização Térmica da Atorvastatina
Segundo alguns autores, a atorvastatina apresenta-se sob a forma de vários
sais diferentes e em diferentes formas polimórficas dependendo do reagente
utilizado na sua síntese (ZHANG, 2009; JIN, 2010; AN, 2010). Substâncias que
apresentam polimorfismo podem apresentar propriedades afetadas, como:
temperatura de fusão e sublimação, capacidade calorífica, condutividade, volume,
densidade, viscosidade, formato do cristal, dureza do cristal, cor, índice de
refração, solubilidade, taxa de dissolução, estabilidade, higroscopicidade e
reações em estado sólido (GIRON, 1995; KHANKARI, GRANT, 1995).
Segundo Zhang e colaboradores (2009) verificou que a atorvastatina
apresenta, na curva DSC, três eventos endotérmicos, no qual o primeiro evento está
entre 75-125 ºC (∆H - 24,29 J/g) e é atribuída a perda de 3 moléculas de água,
consistente com os dados de TG. O pico de fusão da atorvastatina segundo Zhang
(2009) aconteceu a 158,8 ºC (∆H - 86,85 J/g).
De acordo com o trabalho de Kim e colaboradores (2008) a fusão da
atorvastatina é vista como um pico endotérmico na faixa de 159 a 160 °C, a partir de
180 °C seguem-se eventos endotérmicos referentes a sua decomposição. Também
pode ser visto na curva TG uma perda gradual de massa de 5,03 %, valor
aproximado ao que teoricamente corresponde ao valor estequiométrico do
trihidratado que é de 4,46% (KIM et al., 2008). Logo, podemos observar que os
resultados encontrados por Zhang e Kim se referem, possivelmente ao mesmo
polimorfo deste estudo.
44
Na figura 04 podemos visualizar curvas DSC e TG/DTG da atorvastatina na
razão de aquecimento de 20 ºC/min. A curva DSC apresenta um evento endotérmico
entre 78 e 112 °C (∆H – 6,0 J/g). Em seguida, observam-se dois outros eventos
endotérmicos que podem ser atribuídos a fusão, que segue com a decomposição
por volta de 190ºC.
Figura 4 Curvas DSC e TG/DTG da atorvastatina nas razões de aquecimento de 20ºC.min-1
Fonte: autor
Esses dados corroboram com os dados obtidos pela TG mostrando que não
há perda de massa no intervalo de fusão observado no DSC e que a decomposição
começa em 190 ºC com quatro etapas, como podem ser confirmadas no DTG. A
primeira etapa ocorre na faixa de temperatura de 37 a 152 °C, correspondendo a
perda de água equivalente a 5 % de perda de massa, o que não se observa no DSC.
A atorvastatina mostra-se termicamente estável até a temperatura de 207°C com
perda de massa de 7%. Três outras etapas de perda de massa são observadas nas
respectivas faixas de temperatura: 271–357 °C(∆m = 42 %), 357–485 °C(∆m = 28 %)
45
e 485–795 °C (∆m=17%), estes dados corroboram com a curva DTG.
Os dados de termogravimetria (TG), em especial a perda de massa, têm sido
investigados por vários autores para avaliar os parâmetros cinéticos de reações do
estado sólido de fármacos (MACÊDO; NASCIMENTO; VERAS, 2001; ROUMELI et
al., 2012; SASIDHARAN; HARIHARANATH; RAJENDRAN, 2011, SALAMA et al.,
2012; SOVIZI; HOSSEINI 2013).
Assim, devido ao pequeno pico de fusão gerado pela atorvastatina na razão
de aquecimento de 10 ºC/min e consequentemente pouco calor de reação
produzida, além da necessidade de ter um pico de referência para os estudos de
pré-formulação, decidiu-se avaliar o fármaco em várias razões de aquecimento para
verificar o comportamento térmico da mesma (Figura 05).
Figura 5 Curvas DSC da atorvastatina nas razões de aquecimento de 10, 20, 30, 40 e
50ºC/min.
Fonte: Autor
A Figura 05 mostra que com o aumento da razão de aquecimento aumenta
46
(intensidade) a sensibilidade do pico de fusão da atorvastatina, bem como há um
deslocamento no intervalo de temperatura inicial e final do evento para temperaturas
maiores, como pode ser visto na Tabela I. Desta forma foi utilizado no estudo de pré-
formulação a razão de aquecimento de 20 ºC/min por ter maior sensibilidade
comparada à razão de aquecimento 10 ºC/min.
Yoshida e colaboradores (2012) realizaram um estudo com a atorvastatina
recristalizada em vários solventes (metanol, diclorometano, n-hexano, água e
etanol) verificando assim através de técnicas térmicas e microscópicas a presença
de polimorfismo conforme solvente utilizado. O estudo mostrou que com metanol a
amostra apresentou forma acicular, para cetona, n-hexano e doicloro metano, na
forma tabular e com metanol apresentou uma mistura de dois cristais. Ainda foi
realizado o estudo de compatibilidade, que apresentou incompatibilidade com um
componente usado como revestimento do fármaco, sendo considerada, por estar
em pouca quantidade, uma incompatibilidade não relevante, segundo o autor.
Carvalho et al. 2012 avaliou quatro lotes de atorvastatina de cálcio por meio
de análise térmica, difração de raios-X e infravermelho. O estudo revelou que três
lotes de atorvastatina de cálcio tinham estrutura cristalina e outro lote tinha uma
forma não cristalina. Todas as curvas exibiram uma desidratação endotérmica em
torno de 100 °C. Dois lotes cristalinos tinham o mesmo perfil com dois eventos
endotérmicos, em 160-180 e 180-265°C, relacionados com a fusão e
decomposição. Um lote não mostrou pico de fusão. O pico endotérmico ocorreu
por volta de 149, 160 e 153°C. As temperaturas distintas indicaram
comportamentos diferentes para o uso de diferentes solventes.
TABELA I - Dados das curvas calorimétricas da atorvastatina nas razões de
aquecimento de 10, 20, 30, 40 e 50 °C/min.
47
Eventos endotérmicos
Eventos Pico/ T onset/ºC T endset/°C
Calor de Reação/J.g-
1
Razão de
aquecimento ºC
°C/min
10 1° 156 145 161 42
2° 186 183 193 7
20 1° 161 151 167 42
2° 193 184 198 6
30 1° 172 155 183 57
2° 197 191 205 3
40 1° 175 162 186 68
2° 199 192 208 4
50 1° 175 188 187 70
2° 200 192 210 3
Fonte: Autor
Então, esses instrumentos analíticos são ferramentas importantes para
proporcionar resultados rápidos e seguros de caracterização de polimorfismo.
Assim, este estudo revelou, portanto que a atorvastatina estudada pode apresentar
diferentes polimorfos na mesma estrutura conforme já relatado na literatura.
Deste modo, verificando a razão de aquecimento é possível verificar um
deslocamento do intervalo de temperatura da amostra por DSC para temperaturas
maiores, o que confirma a presença de polimorfismo na amostra estudada, já que
este comportamento é esperado quando se trata de substâncias que apresentam
diferentes formas cristalinas.
48
5.2 Estudo de compatibilidade
Para verificar possíveis interações físico-químicas e incompatibilidades entre
componentes de uma formulação farmacêutica sólida, se fez necessário analisar as
curvas calorimétricas das misturas binárias e compará-las com as curvas dos
compostos isoladamente em busca de alterações nos picos característicos que
indiquem a existência de interações entre a atorvastatina e os excipientes
estudados.
Diante das diferentes ferramentas analíticas para avaliar a compatibilidade
fármaco-excipiente, o DSC tem mostrado ser uma ferramenta importante no início de
qualquer estudo de pré-formulação por obter informações rapidamente sobre
possíveis interações entre os componentes da formulação, de acordo com
aparência, mudança ou desaparecimento de picos endotérmico ou exotérmico e/ou
variações dos valores de entalpia correspondentes das curvas térmicas das misturas
fármaco-excipiente (TITA et al, 2011).
Yoshida e colaboradores (2012) também avaliaram misturas binárias da
atorvastatina+excipientes utilizados nas formulações farmacêuticas do mercado
(inovador e genérico). Esse estudo mostrou não haver interações com os excipientes
analisados por DSC.
A Figura 6 mostra as curvas DSC da atorvastatina pura e das misturas com
os excipientes utilizados neste estudo: laurilsulfato de sódio, croscamelose, amido
pré gelatinizado, celulose microcristalina 101(MC 101), lactose, manitol, celulose
microcristalina 102(MC 102), estearato de magnésio e glicolato amido de sódio.
49
Figura 6 Curvas DSC da atorvastatina (1) + excipientes: (2) laurilsulfato de sódio, (3)
croscamelose, (4) amido pré gelatinizado, (5) celulose microcristalina 101(MC 101), (6)
lactose, (7) manitol, (8) celulose microcristalina 102(MC 102) e (9) estearato de magnésio e
(10) glicolato amido de sódio.
Fonte: Autor
O pico de fusão da atorvastatina utilizado como parâmetro de comparação
com os excipientes foram obtidos na razão de aquecimento de 20 ºC/min
apresentada na Tabela II, cuja Tonset foi de 151 ºC e calor de reação de 42 J/g. As
curvas das misturas binárias na Figura 05 foram analisadas e os dados de
temperaturas dos eventos endotérmicos, bem como o calor de reação são
apresentados na Tabela II.
50
TABELA II - Dados das curvas calorimétricas das misturas binárias ATV+excipientes
(1:1) na razão de 20ºC/min.
Eventos endotérmicos
Eventos T onset/ ºC Pico/ºC T endset/°C Calor/J g-1
Amostras
ATV 1° 160 168 176 18 2° 184 193 198 7
ATV + Amido pré- 1° 23 82 128 249 Gelatinizado 2° 145 151 166 3
ATV + Celulose 101 1° 21 61 122 206 2° 143 147 157 2
ATV + Celulose 102 1° 23 78 125 278 2° 157 161 169 3
ATV + Croscarmelose 1° 22 86 127 214 2° 138 156 169 17
ATV + Estearato de 1° 22 45 89 28 Magnésio 2° 114 130 138 50
ATV + Manitol 1° 25 54 100 144 2° 165 169 174 135
ATV + Laurilsulfato de 1° 101 107 114 5 Sódio 2° 139 153 167 1
ATV + lactose 1° 23 40 109 54 2° 149 154 161 131
ATV + Glicolato amido 1° 22 82 113 34 de sódio 2° 136 143 157 10
Fonte: Autor, 2015
O DSC da mistura da atorvastatina com os seguintes excipientes:
celulose microcristalina 101 e 102 (Figura 7), assim também croscarmelose,
51
glicolato amido de sódio, estearato de magnésio e amido pré gelatinizado (Figura 8)
promovem a formação de pico curto com deslocamento para temperaturas menores
ou maiores, de baixo calor de reação, o que pode ser indicativo de uma interação
física, uma vez que não há desaparecimento do pico da atorvastatina. Yoshida e
colaboradores (2012) trabalharam com alguns destes excipientes e não
encontraram interação com a atorvastatina utilizada, porém como não sabemos se
a atorvastatina é de mesma origem, não podemos estabelecer correlação com
estes resultados.
Figura 7 Curvas calorimétricas do fármaco atorvastatina, celulose microcristalina C101 e
102 e misturas binárias na razão de aquecimento de 20 ºC/min.
Fonte: Autor
Figura 8 Curvas calorimétricas do fármaco atorvastatina, estearato de magnésio,
croscarmelose, estearato de magnésio e amido pré gelatinizado, misturas binárias na razão
de aquecimento de 20 ºC/min.
-0.00 100.00 200.00 300.00 400.00Temp [C]
-0.00
5.00
mWDSC
Atorvastatina
Celulose 101
Mistura
-0.00 100.00 200.00 300.00 400.00Temp [C]
-5.00
0.00
5.00
mWDSC
Atorvastatina
Celulose 102
Mistura
-0.00 100.00 200.00 300.00 400.00Temp [C]
-15.00
-10.00
-5.00
0.00
mWDSC
Atorvastatina
Estearato
Mistura
-0.00 100.00 200.00 300.00 400.00Temp [C]
-5.00
0.00
5.00
mWDSC
Atorvastatina
Croscarmelose
Mistura
52
-0.00 100.00 200.00 300.00 400.00Temp [C]
-0.00
5.00
mWDSC
Atorvastatina
Mistura
Amido pré-gelatinizado
-0.00 100.00 200.00 300.00 400.00Temp [C]
-5.00
0.00
5.00
mWDSC
Atorvastatina
Mistura
Amidoglicolato
Fonte: Autor
O DSC da mistura atorvastatina+lactose (Figura 9) mostra apenas os picos
endotérmicos característicos da lactose. Conforme literatura (Yoshida, 2012) a
lactose funde a 144 ºC, temperatura anterior à fusão da atorvastatina o que
promove a solubilização da atorvastatina na lactose e promove desaparecimento do
pico da atorvastatina. Portanto, não caracteriza incompatibilidade.
Figura 9 - Curvas calorimétricas do fármaco atorvastatina, lactose e mistura binária na
razão de aquecimento de 20 ºC/min.
-0.00 100.00 200.00 300.00 400.00Temp [C]
-10.00
-5.00
0.00
5.00mWDSC
Atorvastatina
Lactose
Mistura
53
Fonte: Autor
Os excipientes laurilsulfato de sódio e manitol (Figura 10) provocam o
desaparecimento do pico de fusão característico da atorvastatina ou aparecimento
dos picos apenas dos excipientes, ou no caso do mannitol ter ocorrido apenas uma
sobrepossição dos picos. Assim, sugerirmos interações com esses excipientes que
podem ser físicas ou químicas. Esta confirmação foi avaliada com ensaios
complementares de FTIR.
Figura 10 Curvas calorimétricas do fármaco atorvastatina, manitol, Lauril sulfato de sódio e
misturas binárias na razão de aquecimento de 20 ºC/min.
-0.00 100.00 200.00 300.00 400.00Temp [C]
-20.00
-10.00
0.00
mWDSC
Atorvastatina
Manitol
Mistura
-0.00 100.00 200.00 300.00 400.00Temp [C]
-10.00
-5.00
0.00
5.00
mWDSC
Atorvastatina
LSS
Mistura
Fonte: Autor
5.3 Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)
Os espectros experimentais, das amostras puras e suas respectivas misturas
binárias, foram obtidos em um espectrofotômetro FT-IR, os espectros teóricos por
sua vez resultam da soma dos espectros das amostras puras, representando o
espectro ideal para uma mistura sem interação.
54
A atorvastatina foi analisada em FTIR em temperatura ambiente, observaram-
se todos os estiramentos, dobramentos e deformações constantes na estrutura do
fármaco. Assim observou-se que as bandas a 1650,3 corresponde ao C = O
alongamento; em 1469,3 correspondente a C = C alongamento; em 1381,6 e 1159,6
correspondente do trecho C=C. Essas atribuições são características de
atorvastatina. Assim, segue-se o estudo analisando-se em diferentes temperaturas,
como mostra a figura 7: 130, 150, 170, 190 e 250 ° C, e analisar as alterações
espectrais.
A partir da temperatura de 130 ° C, é possível notar mudanças no espectro
como bandas mais estendidas, e que novas vibrações são formadas. Essas
mudanças são mais evidentes conforme aumenta-se a temperatura.
Desse modo, temos a figura 8, que mostra a correlação (r) linear da
atorvastatina sob aquecimento, na qual pode-se observar que conforme aumenta-se
a temperatura menor é a correlação de Pearson, o que significa, que ocorreram
alterações na estrutura química da amostra, quando aquecida. A correlação de
Pearson mostrou que até 190°C possui-se r = 0,5, isto significa que existe uma
correlação moderada. No entanto, a 250°C tem-se r = 0,4, significando que ocorre
uma baixa correlação, indicando alterações estruturais.
55
Figura 11 FTIR em diferentes temperaturas: 25, 130, 150, 170, 190 e 250° C
Fonte: autor
56
Figura 12 Relação entre a correlação de Pearson e as diferentes temperaturas da
atorvastatina.
Fonte: autor
A Figura 09 mostra a comparação dos espectros teóricos e experimentais
para as misturas com os excipientes celulose microcristalina 101 e 102 e sendo
exibida apenas a região do fingerprint para ambas as misturas. A correlação de
Pearson mostra que não há diferenças entre o espectro experimental e o espectro
teórico, apresentando correlações superiores a 0,9, significando forte correlação
entre os espectros, apesar do DSC mostrar uma redução no calor de reação e
diminuição intensa dos picos característicos da atorvastatina, o FT-IR, segundo a
correlação de Pearson, não aponta interação para estas misturas em temperatura
ambiente, essa diminuição apresentada no DSC pode ter sido causada devido a
menor concentração da atorvastatina na mistura binária quando comparada a
atorvastatina pura.
57
Figura 13 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para as misturas: (A)
atorvastatina + celulose microcristalina 101, (B) atorvastatina + celulose microcristalina 102.
Fonte: autor
A Figura 10 mostra a comparação dos espectros teóricos e experimentais
para as misturas binárias com os excipientes glicolato de amido de sódio, amido pré
gelatinizado, croscarmelose e estearato de magnésio. Na correlação de Pearson é
possível observar uma área de correlação diminuída, com valores abaixo de 0,9,
próximo ao comprimento de onda de 1000 cm-1. Indicando que esses quatro
excipientes podem ter uma interação apenas física com a atorvastatina através de
pontes de hidrogênio, por exemplo. Na análise térmica estas misturas promovem a
formação de pico curto com deslocamento para temperaturas menores ou maiores,
de baixo calor de reação o que pode ser indicativo de uma interação física.
58
Figura 14 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para as misturas:
atorvastatina+glicolato de amido de sódio, atorvastatina+amido pré gelatinizado,
atorvastatina+croscarmelose, atorvastatina+estearato de magnésio.
Fonte: autor
A Figura 11 mostra a comparação dos espectros teóricos e experimentais
para a mistura com o excipiente manitol, a correlação de Pearson demonstra forte
correlação entre os espectros, sendo os valores não menores que 0,9.
59
Figura 15 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para a mistura:
atorvastatina+manitol. Está mostrada apenas a região do fingerprint.
Fonte: autor
A figura 12, mostra na correlação de Pearson da atorvasttina com o lauril
sulfato de sódio onde percebe-se várias áreas de baixa correlação, causados pela
quebra de ligações e formação de outras, indicando possível interação. Exibindo
alterações na intensidade do espectro em 1650.3 cm-1 (r = 0,65) e 1381 cm-1 (r =
0,64), indicando uma correlação moderada. Portanto, pode-se sugerir uma interação
física de atorvastatina e o laril sulfato de sodio excipiente provavelmente ligadas por
ligações de hidrogênio.
60
Figura 16 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para a mistura:
atorvastatina+laurilsulfato de sódio. Está mostrada apenas a região do fingerprint.
Fonte: autor
A Figura 13 mostra a comparação dos espectros teóricos e experimentais
para a mistura com o excipiente lactose que apresenta na correlação de Pearson
apenas uma área de interação próxima ao comprimento de onda de 1000 cm-1,
semelhante a alguns excipientes citados anteriormente e, portanto, não apresenta
interação química, apresentando valor de R=0,9, indicando uma alta correlação,
conforme já citado na literatura (Yoshida, 2012).
61
Figura 17 Comparações dos espectros teóricos e experimentais para a mistura:
atorvastatina+lactose. Está mostrada apenas a região do fingerprint.
Assim, a técnica de FTIR mostra-se como uma boa ferramenta para
confirmações dos dados obtidos por DSC.
62
CONCLUSÕES
63
6 CONCLUSÕES
O DSC é uma ferramenta térmica analítica imprescindível na caracterização
de matérias primas, bem como no estudo de preformulação como uma técnica
rápida de seleção entre vários excipientes, otimizando a escolha dos componentes
de uma formulação.
Neste caso, observamos que não existem interações da atorvastatina com
os seguintes excipientes: glicolato de amido de sódio, amido pré gelatinizado,
croscarmelose e estearato de magnésio. Não há interação com a lactose e
manitol. Há interação física com o laurilsulfato de sódio.
Assim, quando há dúvidas nos dados de DSC, nós concluímos que o uso do
FTIR e a correlação de Pearson como técnica complementar pode excluir a
presença de incompatibilidade.
64
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APÊNDICE A – ARTIGO PUBLICADO
1 23
Journal of Thermal Analysis andCalorimetryAn International Forum for ThermalStudies ISSN 1388-6150Volume 123Number 2 J Therm Anal Calorim (2016)123:933-939DOI 10.1007/s10973-015-5077-z
Compatibility study between atorvastatinand excipients using DSC and FTIR
Edilamar Pereira da Silva, MaxciaraAgda Vicente Pereira, Igor Prado deBarros Lima, Naiana Gondim PereiraBarros Lima, et al.
1 23
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Compatibility study between atorvastatin and excipients usingDSC and FTIR
Edilamar Pereira da Silva1• Maxciara Agda Vicente Pereira1
•
Igor Prado de Barros Lima1• Naiana Gondim Pereira Barros Lima1
•
Euzebio Guimaraes Barbosa1• Cıcero Flavio Soares Aragao1
•
Ana Paula Barreto Gomes1
Received: 12 December 2014 / Accepted: 24 September 2015 / Published online: 14 October 2015
� Akademiai Kiado, Budapest, Hungary 2015
Abstract The aim of this study was to characterize ator-
vastatin and evaluate interactions between atorvastatin and
various excipients by DSC and FTIR, using Pearson’s corre-
lation as a tool to corroborate possible interactions that it was
not possible to evidence in visual analyses. The DSC curves
were obtained using a Shimadzu calorimeter, Model DSC-60,
in the aluminum crucible under heating rate of 20 �C min-1 at
a temperature of 25–400 �C. The spectra of the samples were
obtained on a FTIR–ATR model IR prestige-21 Shimadzu
spectrophotometer at a wavelength of 700–4000 cm-1 on
average of 20 scans. The theoretical spectrum was obtained
using an ad hoc algorithm. From the analysis of DSC and
evaluation of Pearson’s correlation, it observed physical
interactions with excipients: starch glycolate, pre-gelatinized
starch, croscarmellose, sodium lauryl sulfate, magnesium
stearate and mannitol. There is no interaction with lactose.
Then, the Pearson’s correlation was so important tool to
evaluate possible interactions between IPAs and excipients,
using FTIR data to corroborate DSC results.
Keywords Atorvastatin � Compatibility study � DSC �FTIR � Pearson’s correlation
Introduction
The atorvastatin is an antilipemic agent by the group of
statins and is normally used as atorvastatin calcium. Its
molecular formula is: C66H68CaF2N4O10�3H2O. Atorvas-
tatin calcium is a white crystalline powder, with molecular
weight of 1209.4 g mol-1 and melting point between the
following temperatures 159.2 and 160.7 �C [1].
Atorvastatin calcium presents the following chemical
formula: acid [R-(R*, R*)]-2-(4-fluorophenyl)-b, r-dihy-
droxy-5-(1-methylethyl)-4-phenyl-3-[(phenylamino)-car-
bonyl]-1 h-pyrrole-1-heptanoic acid trihydrate (Fig. 1).
Atorvastatin calcium is slightly soluble in distilled water,
phosphate buffer at pH 7.4, water and acetonitrile, slightly
soluble in ethanol and soluble in methanol [2].
Preformulation study consists in the characterization of
chemical and physical interactions of drugs through binary
mixtures of drug excipients. Many authors have studied sev-
eral active pharmaceutical ingredients (APIs) and excipients
for preformulation studies by thermal techniques and other
analytical techniques such as FTIR, DRX and MEV [3–10].
Several authors have studied different methods of
obtaining atorvastatin and modification with monovalent
ions, to improve its solubility [11–15]. However, there are
few works about compatibility with excipients. Jin and
Ulrich presented the characterization of atorvastatin that
may be present in multiple polymorphic forms depending on
the type of solvent used, and it can induce changes in the
chemical and physical properties such as solubility [13].
The aim of this study was to characterize atorvastatin
and evaluate interactions between atorvastatin and various
excipients by DSC and FTIR, using Pearson’s correlation
as a tool to corroborate possible interactions observed in
DSC curves that it was not possible to evidence in visual
analyses.
& Ana Paula Barreto Gomes
1 Laboratory Quality Control (LCQMed), Pharmaceutical
Sciences Department, Federal University of Rio Grande do
Norte – UFRN, Av, General Cordeiro de Faria s/n, Petropolis,
Natal, Rio Grande do Norte 59078-970, Brazil
123
J Therm Anal Calorim (2016) 123:933–939
DOI 10.1007/s10973-015-5077-z
Author's personal copy
Materials and methods
Materials
Atorvastatin calcium trihydrate (C66H68CaF2N4O10�3H2O)
was manufactured by Maithri Laboratories, batch number:
AS0900412, purity: 98.86 %. The excipients were: lubri-
cant (magnesium stearate); diluent (mannitol); disinte-
grants (starch glycolate and croscarmellose); wetting agent
(sodium lauryl sulfate), obtained of Henrifarma; diluent
and agglutinant (lactose monohydrate, starch pre-gela-
tinized) obtained of Galena and Henrifarma, respectively;
diluent and disintegrant (microcrystalline cellulose 101,
microcrystalline cellulose 102) obtained of Galena and
Henrifarma, respectively. The binary mixtures of atorvas-
tatin: excipients (2 mg) were prepared by simple mixing
with a spatula at a proportion of 1:1 (w/w) and analyzed by
DSC and FTIR.
Thermal analysis
DSC curves of samples were recorded with a differential
scanning calorimeter (Shimadzu, model DSC-60) using a
closed aluminum crucible. The apparatus was calibrated
using indium (156.6 ± 0.3 �C) as the standard. A rising
temperature experiment was conducted in the temperature
range of 25–400 �C at a heating rate of 10 and 20 �C min-1
and at a nitrogen flow rate of 50 mL min-1. The mass was
2.0 ± 0.1 mg. DSC curves were analyzed using TASYS
software from Shimadzu for the determination of tempera-
ture of melting and enthalpy.
TG curves of the samples were obtained using a
thermobalance Shimadzu model DTG-60, at a nitrogen
flow rate of 50 mL min-1 and at a heating rate of
20 �C min-1 in the temperature range of 25–900 �C. The
mass was 5.0 ± 0.5 mg, with alumina crucible. The
apparatus was verified with calcium oxalate monohydrate.
TG curves were analyzed using the TASYS software from
Shimadzu.
Fourier-transformed infrared spectroscopy (FTIR)
The spectra of individual samples and binary mixtures
were obtained on a spectrophotometer FTIR–ATR model
IR prestige-21 from Shimadzu at a wavelength of
700–4000 cm-1 on average of 20 scans per sample. The
atorvastatin was heated in the thermobalance Shimadzu
model DTG-60, at a heating rate of 20 �C min-1, at 130,
150, 170, 190 and 250 �C. The cooled down sample for
each temperature had its spectra obtained.
Pearson correlation
We had evaluated the IR-MID spectral constancy of ator-
vastatin at room temperature (25 �C), comparing heated
atorvastatin in binary mixtures spectra. The spectra were
compared by means of an ad hoc [14] algorithm that per-
forms Pearson correlations analysis over ever decreasing
spectral ranges. Two spectra are compared firstly as a whole
and then each half of the spectra, each of half of the halves
F
NH
N
O
OH OH O
O
CH3
H3C
Ca2+·3H2O
2
Fig. 1 Representation of the chemical structure of atorvastatin by
software MarvinSketch 5.12.0
0.00
–5.00
–1.00
–2.00
1.00
–10.00
–0.00
–0.00
200.00
100.00
50.00
400.00 600.00 800.00
Mas
s/%
Temp/C
Hea
t flo
w/m
W.m
g–1
ENDO
0.00
Der
iv. m
ass/
mg
min
–1
Fig. 2 Curves DSC (blue); TG (black) and first derivative TG (pink) of atorvastatin in heating rate 20 �C min-1
934 E. P. da Silva et al.
123
Author's personal copy
and so forth. The values of the correlations for each section
are attributed to a vector with the same length of the spectra
range being compared. The correlation vectors are averaged
out to give a final correlation vector which is useful to
compare the spectra. The comparison can also be performed
with a theoretical spectrum that is obtained by means of a
multivariate linear regression of pure compound spectra to
give the experimental spectrum. This approach assumes that
a mixture is a simple superposition the spectra obtained for
the pure substances. When the theoretical spectrum and
experimental spectrum diverge, it is possible to say that the
atoms in the molecules or molecules are somehow differ-
ently arranged within the mixture. Correlations next to the
unit are indicative of the absence of any meaningful inter-
actions beyond the sheer contacts of solids. Low correla-
tions may arise from noise (or baseline) itself, so when it
was the case no examination of that particular range was
made. High correlations are between 0.80 and 1.00, indi-
cating simple mixture of solids. Moderate correlations are
between 0.5 and 0.80, indicating possible interactions.
Values below 0.50 indicate low similarity between spectra,
demonstrating chemical degradation.
Results and discussion
Thermal analysis
Figure 2 shows TG/DTG and DSC curves of atorvastatin
(b - 20 �C min-1). TG/DTG curve presents four stages of
decomposition in addition to mass loss of water in the
123
4
5
6
7
8
10
9
0.00 100.00 200.00 300.00 400.00
Temperature/°C
Hea
t flo
w/m
W m
g–1
mW mg–1
�Endo
Fig. 3 DSC curves of atorvastatin (1) ?excipients, (2) sodium lauryl
sulfate, (3) croscarmellose, (4) pre-gelatinized starch, (5) microcrys-
talline cellulose 101 (MC 101), (6) lactose, (7) sodium starch
glycolate, (8) microcrystalline cellulose 102 (MC 102) and (9) and
magnesium stearate (10) mannitol
Table 1 DSC data of atorvastatin (ATV) and binary mixtures ATV ? excipients (1:1)
Samples Events Endothermic events
T onset/�C Peak/�C T endset/�C DHfus/J g-1
Atorvastatin (ATV) 1� 160 168 176 18
2� 184 193 198 7
ATV ? pre-gelatinized starch 1� 23 82 128 249
2� 145 151 166 3
ATV ? microcrystalline cellulose 101 (MC 101) 1� 21 61 122 206
2� 143 147 157 2
ATV ? microcrystalline cellulose 102 (MC 102) 1� 23 78 125 278
2� 157 161 169 3
ATV ? croscarmellose 1� 22 86 127 214
2� 138 156 169 17
ATV ? magnesium stearate 1� 22 45 89 28
2� 114 130 138 50
ATV ? mannitol 1� 25 54 100 144
2� 165 169 174 135
ATV ? sodium lauryl sulfate 1� 101 107 114 5
2� 139 153 167 1
ATV ? lactose 1� 23 40 109 54
2� 149 154 161 131
ATV ? sodium starch glycolate 1� 22 82 113 34
2� 136 143 157 10
Compatibility study between atorvastatin and excipients using DSC and FTIR 935
123
Author's personal copy
range of 37–152 �C, with Dm = 5 %. The atorvastatin was
thermally stable up to 207 �C, with mass loss of 7 %.
Three other stages of mass loss were observed in
271–357 �C (Dm = 42 %), 357–485 �C (Dm = 28 %) and
485–795 �C (Dm = 17 %), respectively. These stages
were corroborated with DTG curve.
According Zhang et al., the TG curve of atorvastatin
also suffered pronounced mass loss step that occurred in
the region of 75–150 �C, which can be ascribed to the loss
of three molecule of water of crystallization. In fact, the
lost water corresponds to the intrinsic structure of ator-
vastatin. Similar results were found in our studies.
DSC curve of atorvastatin shows an endothermic event
between 78 and 112 �C (DHfus - 6.0 J g-1), attributed to
loss of water, as seen in the TG curve. Then are observed two
endothermic events which can be attributed to a phase
transition characteristic of this polymorph probably acquired
from recrystallization with following solvents: acetone,
n-hexane or dichloromethane [18]. These two endothermic
events were shown in Tonset 160 �C, Tpeak 168 �C, DHfus
20.0 J g-1 and Tonset 184 �C, Tpeak 193 �C, DHfus 7.0 J g-1.
This DSC curve profile was observed by Carvalho et al. [16].
Carvalho et al. [16] evaluated four batches of atorvas-
tatin calcium by thermal analysis, X-ray diffraction and
infrared. Three batches of atorvastatin calcium had crys-
talline structure and another one batch has a noncrystalline
form. All curves exhibit a dehydration endotherm around
100 �C. Two crystalline batches had the same profile with
two endothermic events, in 160–180 and 180–265 �C,
related to the melting and decomposition. The one batch
did not show melting peak. The endothermic peak occurred
around 149, 160 and 153 �C. Distinct temperatures sug-
gesting different solvents were used to obtain the atorvas-
tatin accordingly mentioned before. Then, these analytical
instruments are important tools to provide fast and safe
results from characterization of polymorphism.
According to Kim et al. [17], the melting of atorvastatin
is seen as an endothermic peak in the range of 159 to
160 �C in the heating rate of 10 �C min-1. In addition, it
was observed, in 180 8C, an endothermic event followed by
endothermic events related to its decomposition. We
observed the same event. Can also be seen in the TG curve
a gradual loss of mass of 5.03 %, approximate value to
what theoretically corresponds to the stoichiometric value
of trihydrate that is 4.46 %. Soon, the polymorphism pre-
sent in these results is probably close to our results.
To check possible physicochemical interactions and
incompatibilities between components of solid pharma-
ceutical formulation, it necessary to analyze the DSC
curves of binary mixtures and compare them with the
curves of the pure compounds in search of changes in
characteristic peaks indicating the existence of interactions
between atorvastatin and excipients studied.
Atorvastatin produces melting peak small at a heating
rate of 10 �C min-1 and consequently a little enthalpy.
Then, the preformulation study was accomplished at a
heating rate of 20 �C min-1 (Fig. 3). So, the DSC has been
proposed for evaluating physicochemical interactions
between API and excipients quickly. Displacements in the
onset temperature of melting and/or disappearance of
melting peak may indicate physical or chemical
interactions.
Table 1 shows data of binary mixtures of atorvastatin
excipients. The atorvastatin studied there is a limited
thermal behavior due to low intensity of melting peak. In
binary mixtures, the melting peak of atorvastatin disap-
pears or decreases in intensity or displacement takes place,
indicating physical interaction [18]. Then, we suggest that
physical interactions occur with following excipients:
croscarmellose, pre-gelatinized starch, microcrystalline
cellulose 101 (MC 101), microcrystalline cellulose 102
(MC 102), magnesium stearate, sodium starch glycolate
and sodium lauryl sulfate.
600 1200 180096979899
100101
94
96
98
10096
98
10090
95
100
10594
9698
10010280
90
100
600 1200 1800
Wave number
250 °C
190 °C
170 °C
150 °C
130 °C
Atorvastatin
Fig. 4 FTIR spectra of atorvastatin at different temperatures (130,
150, 170, 190 and 250 �C)
936 E. P. da Silva et al.
123
Author's personal copy
120 140 160 180 200 220 240 260
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
r
Temperature/°C
Fig. 5 Relationship between
the Pearson’s correlation (r) and
temperature of atorvastatin
1800 1600
Experimental spectrum
Theoretical spectrum
Pearson correlation
Expecrimental spectrum
Theoretical spectrum
Pearson correlation
Experimental spectrum
Theoretical spectrum
Pearson correlation
Experimental spectrum
Theoretical spectrum
Pearson correlation
Experimental spectrum
Theoretical spectrum
Pearson correlation
Experimental spectrum
Theoretical spectrum
Pearson correlation
Experimental spectrum
Theoretical spectrum
Pearson correlation
Experimental spectrum
Theoretical spectrum
Pearson correlation
Experimental spectrum
Theoretical spectrum
Pearson correlation
1400 1200 1000 800 600 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 1800 1600 1400 1200 1000 800 600
0.4
0.6
0.8
1.0
0.2
0.0
0.4
0.6
0.8
1.0
0.2
0.0
0.4
0.6
0.8
1.0
0.2
0.0
Wavenumber/cm–1 Wavenumber/cm–1 Wavenumber/cm–1
Cor
rela
tion/
rC
orre
latio
n/r
Cor
rela
tion/
r
Man
nito
lM
agne
sium
ste
arat
e
Sod
ium
laur
yl s
ulfa
te
Lact
ose
mon
ohyd
rate
Cro
scar
mel
lose
Sta
rch
pre
gela
tiniz
ed
Mic
rocr
ysta
lline
cel
lulo
se 1
02
Mic
rocr
ysta
lline
cel
lulo
se 1
01S
tarc
h gl
ycol
ate
Fig. 6 Pearson’s correlation of atorvastatin ? excipients sodium lauryl sulfate, croscarmellose, pre-gelatinized starch, microcrystalline cellulose
101 (MC 101), lactose, sodium starch glycolate, microcrystalline cellulose 102 (MC 102) and (9) and magnesium stearate (10) mannitol
Compatibility study between atorvastatin and excipients using DSC and FTIR 937
123
Author's personal copy
DSC curve of atorvastatin ? lactose (Fig. 3) shows only
the characteristic endothermic peaks of lactose. According
to the literature [18], lactose melting at 144 �C prior to the
melting of atorvastatin promotes the solubility of atorvas-
tatin into the lactose and subsequent disappearance of the
peak temperature of atorvastatin. Therefore, there is no
interaction with lactose. DSC curve of atorvas-
tatin ? mannitol shows the disappearance of the melting
peak characteristic of atorvastatin or appearance of only
peak of the excipient. Thus, we suggest interactions which
may be physical or chemical. This confirmation will be
evaluated with additional tests of FTIR and Pearson’s
correlation.
Fourier-transformed infrared spectroscopy (FTIR)
The atorvastatin has been analyzed by FTIR for different
temperatures: 130, 150, 170, 190 and 250 �C (Fig. 4). It
showed only the region of the fingerprint. The bands at
1650.3 correspond to the C=O stretch; at 1469.3 corre-
sponding to C=C stretching; at 1381.6 and 1159.6 corre-
sponding the C–C stretch. These assignments were
characteristics of atorvastatin. Even at 130 �C, it is pos-
sible to notice changes in the spectrum as bands are
extended. New vibration is formed. The changes are more
evident as the temperature is increased.
Figure 5 shows the correlation (r) between the spectrum
of atorvastatin at room temperature and the spectra with
increasing heating temperature. Pearson’s correlation
showed that up 190 �C the r = 0.5. It means that there is a
moderate correlation. However, at 250 �C the r = 0.4;
however, there occurs a bad correlation indicating chemi-
cal interaction.
Figure 6 shows all binary mixtures analyzed by FTIR,
when the experimental spectra were compared with the
theoretical spectra. The Pearson’s correlation showed
compatibility between atorvastatin and MC 101 and MC
102, because the correlation values were next to one (data
not shown). The binary mixtures of excipients:
croscarmellose, pre-gelatinized starch, magnesium stearate
and sodium starch glycolate, have correlation r about 0.8
at a wavelength near 1000 cm-1. This is likely an indi-
cation that these four excipients may only have a physical
interaction with atorvastatin via hydrogen bonds. The
Pearson’s correlation showed that mixture between ator-
vastatin and lactose didn’t present interactions (r about
0.9), therefore presenting a good correlation (data not
shown). It is possible to see the Pearson’s correlation for
sodium lauryl sulfate and there are no interactions,
because the r is close to 0.8 showing a good correlation.
However, the Pearson’s correlation for binary mixture of
atorvastatin ? mannitol showed changes in the intensity
of spectrum in 1650.3 cm-1 (r = 0.65) and 1381 cm-1
(r = 0.64), indicating a moderate correlation. Therefore,
we can suggest at environment temperature a physical
interaction of atorvastatin and mannitol excipient proba-
bly linked by hydrogen bonds.
Conclusions
DSC and FTIR may be useful in the characterization of
active pharmaceutical ingredients and preformulation study
as rapid ‘‘screening’’ techniques for selection among mul-
tiple carriers, optimizing the choice of the components of a
formulation. However, in these cases where it is not pos-
sible to evidence interactions in visual analyses or there are
doubts by DSC, we can use Pearson’s correlation. By DSC
data we observed that the atorvastatin does not interact
with MC 101, MC 102, croscarmellose, pre-gelatinized
starch, magnesium stearate, starch glycolate, sodium lauryl
sulfate and lactose. On the other hand, the manitol presents
interactions. Such information was confirmed by use of
FTIR and Pearson’s correlation.
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