UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE FACULTAD DE CIENCIAS Departamento de Química y Farmacia Análisis de Medicamentos II
CARRACTERIZACIÓN DE LA AMOXICILINA MEDIANTE MEDIANTE LA TÉCNICA DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X DOCENTE: DR. JAIME LLANOS S. AYUDANTE: CAROLA ACUÑA. AUTORES: WAI-HOUNG CHOU K., RODRIGO ZEBALLOS L. FECHA: 02 DE JUNIO DE 2011. JUSTIFICACIÓN:
La difracción de rayos X corresponde a una de las técnicas más usadas en la actualidad, por la comunidad científica, para poder determinar de manera clara las estructuras cristalinas de distintas sustancias, debido a su alta precisión, y además obtener un análisis cualitativo y cuantitativo de ella. Una de sus principales ventajas es su aplicación como herramienta en el campo farmacéutico, por ejemplo, en el control de calidad de medicamentos, pudiendo determinar el principio activo y sus excipientes. Su principal desventaja es que sólo puede utilizarse en muestras sólidas y cristalinas, por ende, no es aplicable a fluidos y sólidos no cristalinos o amorfos.
Determinar la diferencia que podría existir entre una amoxicilina viable y otra calentada. INTRODUCCIÓN:
Históricamente, mucho del entendimiento que tenemos de los arreglos atómicos y moleculares en los sólidos han sido resultado de investigaciones mediante rayos-X. Los rayos X corresponden a ondas incoloras pertenecientes al espectro electromagnético, que comprende longitudes de onda desde los 10 a los 0,01 nm (fig. 1). Fueron descubiertos por el físico alemán Wilhem Röntgen, en el año 1895.
OBJETIVOS:
Determinar el difractograma de rayos X del antibiótico amoxicilina. Determinar los planos de los critstales de la celda unitaria de la amoxicilina. Determinar la diferencia entre la amoxicilina genérica y una de marca.
Figura 1: Espectro de radiación electromagnética, incluida la región de los rayos X.
La difracción de rayos X, como su nombre lo indica, utiliza el fenómeno físico de la difracción, que consiste en un movimiento netamente ondulatorio en el que esta onda se dispersa al encontrarse con un obstáculo en su camino. Esta técnica se basa principalmente en la ecuación o ley de Bragg. Los físicos británicos William Henry Bragg y su hijo William Lawrence Bragg, en 1913, observaron que los sólidos cristalinos difractaban los rayos X, emitidos por una fuente, produciendo unos diagramas caracterizados por picos muy intensos en direcciones determinadas. Para interpretar este fenómeno, se supuso que el cristal estaba formado por planos paralelos de átomos espaciados a una distancia d , en los que se producía una reflexión de tipo especular de los rayos X (fig. 2).
Figura 2: Fenómeno observado por Bragg.
Además, se tiene que la diferencia de camino óptico entre dos rayos reflejados por planos contiguos será 2 veces la distancia d por el seno del ángulo formado ( θ), obteniéndose así la ecuación de Bragg:
Cuando dicha diferencia valga un número entero de veces (n) de longitud de onda, la interferencia será de tipo constructiva y aparecerá un pico.
Esta técnica, como bien se dijo anteriormente, sólo es sensible para muestras en estado sólido, capaces de formar estructuras de tipo cristalinas, por ende, una muestra sólida de tipo amorfa, no puede ser utilizado para esta técnica. Un cristal corresponde a la organización de los átomos de un compuesto ubicados ordenadamente en las tres dimensiones del espacio (eje de las abscisas ‘x’ , de las ordenadas ‘y’ y de las cota o de traslación ‘z’ ). La unidad fundamental o básica de un cristal se denomina como celda unitaria, la cual consta de tres vectores distintos de traslación (a, b y c), y ángulos formados por la intersección por los vectores ( α, β y γ).
Además, los cristales pueden adoptar distintos sistemas de organización conocidos como redes de Bravais, de los cuales podemos encontrar: Sistema Cúbico: Los vectores de traslación y sus ángulos son idénticos entre sí (ángulos rectos), es decir: a = b = c ; α = β = γ = 90° Puede adoptar tres formas diferentes: a) Simple o primitivo (fig. 3).
Figura 3: Sistema cúbico simple o primitivo
b) Centrado en el cuerpo (fig. 4).
Figura 4: Sistema cúbico centrado en el cuerpo.
c) Centrado en las caras (fig. 5).
Figura 9: Sistema centrado en las bases. Figura 5: Sistema cúbico centrado en las caras.
Ortorrómbico: Todos los vectores de traslación son distintos entre sí y los ángulos comprendidos entre ellos son idénticos (ángulos rectos), es decir: a ≠ b ≠ c ; α = β = γ = 90° Pueden adoptar 4 formas distintas: a) Simple (fig. 6).
Sistema
ortorrómbico
Hexagonal: Dos de los vectores de traslación son iguales entre sí y distinto del otro y dos ángulos son idénticos entre sí (ángulos rectos) y distinto del tercero (ángulo obtuso), es decir (fig. 10): a = b ≠ c ; α = β = 90°; γ = 120°
Sistema
Figura 10: Sistema hexagonal.
Tetragonal: Dos de los vectores de traslación son iguales entre sí y distinto del tercero y sus tres ángulos son idénticos entre sí (ángulos rectos), es decir: a = b ≠ c ; α = β = γ = 90° Puede adoptar dos formas distintas: a) Simple (fig. 11).
Sistema
Figura 6: simple.
Sistema
ortorrómbico
b) Centrado en el cuerpo (fig. 7).
Figura 7: Sistema centrado en el cuerpo.
ortorrómbico
c) Centrado en las caras (fig. 8).
Figura 11: Sistema tetragonal simple.
b) Centrado en el cuerpo (fig. 12). Figura 8: Sistema centrado en las caras.
ortorrómbico
d) Centrado en las bases (fig. 9).
Figura 12: Sistema tetragonal centrado en el cuerpo.
Trigonal o Romboédrica: Dos de los vectores de traslación son iguales entre sí y distinto del tercero y dos de sus ángulos son idénticos entre sí (ángulos rectos) y distinto del tercero (ángulo obtuso), es decir (fig. 13): a = b ≠ c ; α = β = 90°; γ = 120°
Sistema
Figura 13: Sistema trigonal o romboédrica.
Monoclínico: Los tres vectores de traslación son distintos entre sí y dos de sus ángulos son idénticos (ángulos rectos) y distinto del tercero, es decir: a ≠ b ≠ c ; α = β = 90° ≠ γ Puede adoptar dos formas diferentes: a) Simple (fig. 14).
Sistema
Figura 14: simple.
Sistema
monoclínico
b) Centrado en las bases (fig. 15).
Figura 15: Sistema centrado en las bases.
monoclínico
Triclínico: Los tres vectores de traslación y sus tres ángulos son distintos entre sí, es decir (fig. 16): a ≠ b ≠ c ; α ≠ β ≠ γ ≠ 90°
Sistema
Figura 16: Sistema triclínico.
Esta técnica de difracción consiste en utilizar polvos de la muestra en estudio, la cual consiste de partículas orientadas al azar que están expuestos a una radiación electromagnética de tipo rayos X monocromáticas. Cada partícula de polvo es un cristal, y teniendo una gran cantidad de éstos con orientaciones al azar asegura que algunas partículas estén apropiadamente orientadas, de manera que cada grupo posible de planos de difracción sea capaz de difractarse. El difractómetro es un aparato usado para determinar los ángulos a los cuales la difracción ocurre en nuestra muestra. La muestra a estudiar (S), dispuesta en una placa, se coloca de manera que la rotación se lleve a cabo en el eje O. Este eje es perpendicular al plano de la página (fig. 17). El haz de rayos X monocromático es generado en el punto T, y las intensidades de los haces difractados son detectadas por un contador C. La muestra, la fuente de rayos X y el contador son todos coplanares (mismo plano). El contador se encuentra en un dispositivo móvil, el cual también puede ser rotado alrededor del eje O; su posición angular en términos de 2θ se marca en una regla graduada. El contenedor y la muestra están mecánicamente acoplados, de tal manera que la rotación de la muestra en un ángulo θ está acompañada por una rotación del contador n de 2θ; esto
asegura que los ángulos incidentes y de
reflexión se mantengan igual uno con respecto al otro.
Figura 19: Núcleo central del antibiótico Penicilina semi-sintético.
PROCEDIMIENTOS: Materiales y Reactivos: Figura 17: Diagrama esquemático de un difractómetro de rayos-X; T= fuente de rayos X, S = muestra, C = detector y O = eje de rotación alrededor del cual rota el detector y la muestra.
En esta práctica, las muestras analizadas correspondieron a distintas marcas del medicamento amoxicilina trihidratada (fig. 18), que es un antibiótico similar al núcleo semisintético de la penicilina (fig. 19). Se trata de un aminopenicilina que actúa contra un amplio espectro de microorganismos, gram positivos y gram negativos. Debido a su mejor absorción gastrointestinal, la amoxicilina provee niveles más altos de antibiótico en sangre y menos efectos colaterales a nivel gastrointestinal. La amoxicilina trihidratada actúa como inhibidor de la síntesis de la pared celular bacteriana.
Figura 18: El antibiótico Amoxicilina.
Amoxicilina Trihidratada genérica (C16H19N3O5S – 3H2O). Amoxicilina Trihidratada de marca ( Amoval ). Amoxicilina Trihidratada tratada a 110°C. Mortero de ágata. Difractómetro de Rayos X modelo Bruker D8 Advance.
El primer paso consiste en pulverizar las dos muestras de amoxicilina (genérico y de marca), de forma separada en el mortero de ágata, hasta obtener un polvo fino. Ambas muestras son colocadas en dos portamuestras distintas (una para cada análisis), de manera azarosa, y se alisa la superficie, con una placa plana de vidrio (cabe destacar que microscópicamente el vidrio posee poros), para eliminar el exceso de la muestra a analizar. Por otra parte, se pulveriza una muestra de amoxicilina genérica y se calienta a una temperatura de 110 °C hasta observar un cambio de color, de blanco a amarillo. Se deja enfriar y se coloca en el portamuestra de igual manera que las muestras anteriores. Se enciende el difractómetro de rayos X, modelo Bruker D8 Advance, y se
ensambla el portamuestra (una por análisis) en el portaobjetos imantado presente en la maquinaria, este paso debe realizarse con sumo cuidado para evitar que los cristales de amoxicilina se disperse por todo el portamuestra. Se selecciona el ángulo deseado y se procede con el análisis. El difractograma obtenido o experimental, mediante un software computacional, es analizado y comparado con el difractograma teórico de la amoxicilana, presente en la base de datos. RESULTADOS:
Los resultados del análisis de la amoxicilina, mediante la técnica de difracción de rayos X, fueron las siguientes (observar el difractograma, adjuntado al final del informe):
Se sabe que la amoxicilina cristaliza en un sistema de tipo ortorrómbico y sus vectores de traslación a, b y c, son las siguientes: a = 15,62 Å. b = 18,78 Å. c = 6,645 Å.
Por lo tanto, al aplicar la función de raíz cuadrada a la ecuación anterior (característico de un sistema ortorrómbico), se tiene que:
Datos:
Ángulo 2θ: 15,1° (observado en el peak más intenso del difractograma experimental). λ de Cobre: 1,54051 Å.
Se aplica la ecuación de Bragg, para obtener la distancia de los planos (d):
En consecuencia, la suma de las coordenadas de los planos ( h + k + l) corresponde a 7,00.
Por lo tanto, la distancia entre los planos es de 5,86 Å.
Por lo tanto, para poder obtener dicha suma de coordenadas, existen 36 puntos distintos, que en teoría, debería satisfacer la ecuación anterior (tabla 1):
PLANOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
h 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 6 6 7
k 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 0 1 2 3 0 1 2 0 1 0
L 7 6 5 4 3 2 1 0 6 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 4 3 2 1 0 3 2 1 0 2 1 0 1 0 0
h+k+l
DISCUSIÓN:
Analizados la cantidad de planos existentes para los cristales de amoxicilina, se procedió comprobar cada uno de ellos en la fórmula del sistema ortorrómbico:
Todos los puntos (h,k,l) de los 36 planos que se pudo obtener, no cumplió con satisfacer la ecuación anterior, por ende, tampoco se pudo comprobar cuál es el plano analizado y con el que se pudo obtener el peak más alto en el difractograma.
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Tabla 1: Tabulación de las coordenadas (h,k,l) de todos los planos posibles.
Por otra parte, obtenidos los difractogramas de la amoxicilina genérica y la amoxicilina de marca ( Amoval ), se procedió a compararlos entre sí, y con el difractograma presente en la base de datos, la mayor parte de los peaks coinciden, tanto entre las amoxicilinas genérica y de marca como con la amoxicilina teórica, por lo tanto, no existe prácticamente alguna diferencia entre ellas. El difractograma obtenido de la amoxilina calentada a 110 °C consistía en peaks no definidos y de muy baja amplitud y que comparado con el difractograma de la amoxicilna genérica, se pudo deducir que hubo un cambio en la conformación cristalina de la amoxicilina, pasando de un sistema ortorrómbico hacia un sistema amorfo, que el difractómetro de rayos X no puede detectar (de ahí provienen los peaks no definidos).
CONCLUSIÓN:
Se pudo determinar el difractograma de la amoxicilina genérica y de la amoxicilina de marca ( Amoval ) y se concluye que prácticamente no existe alguna diferencia en el principio activo ni excipientes en su composición. Ya que las composiciones físicas de las muestras de amoxicilina analizadas (genérica y de marca), fueron muy parecidas, podremos deducir también, que su efecto farmacocinético debería ser el mismo y se estaría pagando más, por un medicamento que cumple la misma función, que otro de menor precio. No se pudo determinar, con exactitud, el plano del peak mayor del difractograma de la amoxicilina, ya que no satisfacía la ecuación de un sistema ortorrómbico. Se pudo determinar que la amoxicilina tratada con calor a 110 °C perdió su estructura cristalina, ya que su difractograma es poco claro y sus peaks son poco definidos e intensos, convirtiéndose en un sólido amorfo. Por último, esta práctica de laboratorio nos permitió complementar nuestros conocimientos con respecto a la difracción de rayos X, siendo ésta de gran utilidad para nuestra formación profesional.
BIBLIOGRAFÍA:
Barceinas J., Juárez A., ORDENAMIENTO ATÓMICO DE LOS SÓLIDOS . SIMULACIÓN DE LA DIFRACCIÓN DE RAYOS X . Cervantes M., Cifuentes F., Islas S., COMPARACIÓN DE LA ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA DE AMOXICILINA TRIHIDRATADA ORIGINAL, SIMILAR Y GENÉRICA .