O CONTROLE DE QUALIDADE DE PRODUTOS FARMACÊUTICOS

1 - INTRODUÇÃO

A análise de medicamentos é realizada rotineiramente pelos laboratórios da

indústria farmacêutica por ser crucial para garantir a qualidade do produto e para

maior segurança aos seus usuários. A adulteração e falsificação de medicamentos têm

crescido significativamente com o aumento do consumo e da rentabilidade na área.

Esse problema atinge o mundo todo e uma das formas de combatê-lo é detectando os

produtos que não atendam às especificações de qualidade, sejam medicamentos com

rótulo falso ou produtos de qualidade inferior.

As adulterações em produtos farmacêuticos incluem a substituição do

medicamento por placebos, que não contém nenhum princípio ativo, ou adulteração

da quantidade do princípio ativo, reduzindo, e às vezes até anulando, o efeito do

medicamento.

Pelas diferentes conotações técnicas pode-se caracterizar os medicamentos da

seguinte maneira:

• Medicamentos falsificados: é uma reprodução intencional de um medicamento

original, não cumprindo as normas; difícil distinguir por sua aparência similar

ao medicamento original.

• Medicamentos adulterados: é a alteração do conteúdo de um medicamento

original, anulando sua qualidade e tornando-o impuro, originado um produto

de características não genuínas.

• Medicamentos alterados: é a mudança na forma farmacêutica, apresentação e

concentração de um medicamento.

Princípio Ativo Os medicamentos, na sua grande maioria, são formados por associações de

princípios ativos além dos excipientes (substâncias utilizadas para dissolver ou apenas

aumentar o volume de um medicamento, quando este está em quantidade muito

pequena, quase impossível de ser manipulado), constituindo misturas cuja

composição é intencional, diferentemente das misturas naturais.

É necessário separar o princípio ativo de interesse para que se possa fazer a

quantificação do mesmo. Uma das técnicas de separação muito utilizada é a extração

com solvente, que é baseada na diferença de solubilidade do composto a ser extraído

dos demais componentes presentes na amostra em determinados solventes.

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Quando os componentes presentes no medicamento apresentam diferentes

características ácido-base é possível utilizar esta propriedade para separar os

componentes. Em um medicamento, além do princípio ativo, existem vários compostos

orgânicos diferentes (os excipientes), por isso a extração deverá ser feita através da

reação ácido-base, essa técnica que se baseia na diferença de solubilidade em meio

acido e básico, seguida de extração com solvente se chama extração quimicamente

ativa.

Separação, identificação e quantificação Descrevendo de maneira simplificada, podemos dizer que a separação trata de

isolar um ou mais componentes de uma mistura, utilizando alguma propriedade

diferente que as substâncias presentes na mistura possuem entre si. Quanto mais

acentuada esta diferença nas propriedades, mais eficiente é esta separação.

A identificação trata do reconhecimento, neste caso químico, da(s) substância(s)

isolada(s), buscando caracterizar esta espécie sob o ponto de vista da sua natureza

química. A quantificação procura determinar, em termos relativos, qual a quantidade

desta substância na mistura. Portanto a separação, a identificação e a quantificação

são procedimentos distintos, mesmo que tenham relações entre si e ocupar-se disso

faz parte do trabalho dos químicos.

Qualquer uma destas três tarefas depende do tipo da mistura, ou seja, de sua

composição. Por isso não existe um procedimento único e universal, sendo necessário

que o químico faça o planejamento deste trabalho.

Existem vários métodos de separação de misturas, tais como: filtração,

destilação, cristalização, separação magnética, fusão, decantação e cromatografia, por

exemplo. Dentre os vários métodos de identificação podemos citar a análise elementar,

espectroscopia nas regiões do ultravioleta e visível (UV-VIS), espectroscopia na região

do infravermelho (IV), espectroscopia Mossbauer, espectroscopia de ressonância

paramagnética eletrônica (RPE), espectroscopia de ressonância magnética nuclear

(RMN), análise térmica, técnicas eletroquímicas como potenciometria, voltametria

cíclica, amperometria; técnicas de raios X de pó e de monocristal, assim por diante.

Os métodos de identificação e de quantificação são utilizados, em geral, após

separar a substância da mistura e envolvem a determinação da composição

percentual dos elementos na substância. Para a separação de compostos orgânicos é

comum o uso da destilação e para a identificação comparativa, freqüentemente, se

utiliza a cromatografia.

A maioria dos processos de separação se baseia na diferença de solubilidade da

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espécie a ser separada em relação à dos demais componentes.

Solubilidade Os processos de dissolução de substâncias, mesmo quando não ocorrem

apreciáveis transformações químicas, apresentam interações entre solvente e soluto,

denominadas em geral, solvatação. Quando a água é o solvente específico, a interação

solvente-soluto se denomina hidratação.

A interação solvente-soluto será dependente da natureza do soluto e do

solvente. Solutos e solventes são encontrados em quaisquer dos três estados físicos,

entretanto é comum tratarmos de solventes líquidos e solutos sólidos ou líquidos.

Quanto à natureza química do soluto, são comuns os iônicos e os moleculares.

Quando o solvente e soluto são moleculares, a interação soluto-solvente é

intermolecular. Nos casos em que o soluto é iônico e o solvente é molecular, a

interação será do tipo íon-molécula.

A solubilidade de substâncias moleculares em solvente molecular é dependente

das ligações químicas intermoleculares presente. Enquanto as ligações covalentes,

iônicas e metálicas constituem ligações químicas entre átomos, as interações

intermoleculares tratam das ligações entre moléculas.

Interação Intermolecular e Afinidade Eletrônica Parte das propriedades das moléculas, que afetam outras moléculas, depende

das ligações entre os átomos que constituem cada molécula. Assim, caso as ligações

entre os átomos for do tipo metálica ou iônica, as interações intermoleculares não

serão relevantes, pois não é comum a existência de moléculas nos sólidos onde

existem estes dois tipos de ligações. Portanto as moléculas são tipicamente originárias

de arranjos de ligações covalentes.

Além disso, as ligações covalentes têm um caráter direcional não presente nas

ligações do tipo iônico e metálico. Isto quer dizer que além do tipo de átomos que se

ligam, é importante saber em que direções estas ligações se encontram.

Do tipo de átomos que se ligam covalentemente, e das afinidades eletrônicas

correspondentes, resulta a distribuição de carga elétrica entre ambas. Caso os dois

átomos que se ligam tenham afinidade eletrônica (ou eletronegatividade) muito

diferente entre si, haverá o surgimento de regiões carregadas eletricamente na

molécula e a este efeito denominamos ligação covalente eletricamente polarizada, ou

simplesmente ligação polar ou ligação polarizada.

Isso é resultado da diferença de contribuição na ligação entre um átomo de

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elementos químicos diferentes. O mais eletronegativo atrai o par de elétrons que

estabelece a ligação com o outro átomo, gerando como conseqüência regiões

eletricamente carregadas na ligação. A extremidade ocupada pelo átomo mais

eletronegativo ficará com carga negativa enquanto o o outro extremo ficará com carga

positiva. A existência destes dois pólos elétricos origina o que denominamos “Momento

de Dipolo”.

Nas moléculas apolares não há momentos de dipolo, mas há um dipolo

momentâneo, portanto os tipos de ligações que se formam (entre si e entre solvente e

soluto) são de natureza fraca, devido à intensidade das ligações e são chamadas forças

de Van der Waals.

Moléculas Polares, Moléculas Apolares e Ligações de Hidrogênio

Quando a molécula possui uma ou mais ligações polares e estas não se

anulam, por critérios de distribuição espacial (resultando na importância do efeito

direcional), dizemos que a molécula é polar. Assim, caso as moléculas não possuam

ligações polares ou estas se anulem, estas moléculas são apolares ou não polares.

Dentre as interações intermoleculares, as mais fortes são as que ocorrem entre

moléculas polares (interação dipolo-dipolo) e as mais fracas as que existem entre as

moléculas apolares.

Ainda, dentre as interações entre moléculas polares, quando no pólo do sítio se

encontra o H, temos uma ligação particularmente forte, de tal forma que esta ligação é

chamada ligação de Hidrogênio (ligação H, antigamente chamada ponte de H).

Quando soluto e solvente são misturados, ocorre uma “concorrência” entre as

ligações soluto-solvente, soluto-soluto, solvente-solvente. As moléculas só se misturam

entre si (solubilizam) caso a interação soluto-solvente seja igual ou superior às

interações soluto-soluto e solvente-solvente. Em escala molecular o que determina a

solubilidade é a intensidade dessas ligações.

Solubilidade de substâncias iônicas e de substâncias moleculares Uma das propriedades mais importantes da água líquida é a sua capacidade de

dissolver substâncias polares ou iônicas para formar soluções aquosas. Todas as

reações que ocorrem em nosso organismo se dão em soluções aquosas.

A interação entre as moléculas do solvente (água) e as do soluto é que são

responsáveis pelo processo de solubilização: quando uma substância iônica é

dissolvida em água, os cátions são atraídos pelo pólo negativo da molécula de água e

os ânions pelo pólo positivo. Este processo é chamado de hidratação (ver figura 1).

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A hidratação dos íons é que promove a "quebra" do retículo cristalino da

substância iônica, ou seja, a dissolução: as interações existentes entre os cátions e

ânions no sólido (ligação iônica) são substituídas pelas interações entre a água e os

íons.

O açúcar é uma substância molecular e dissolve-se em água. Tal como a água,

a sacarose é uma molécula polar, isto é, com regiões carregadas negativa e

positivamente. Neste caso, a interação com a água é do tipo dipolo-dipolo; como a

sacarose contém grupos OH-, também ocorre ligação hidrogênio entre as moléculas de

sacarose e de água. Isto promove a sua solubilização na fase aquosa.

Figura 1 - Ligações de Hidrogênio e a solubilidade de NaCl e sacarose em água

Polaridade da molécula da água Um exemplo de solvente polar é a água, que possuindo ligações de hidrogênio,

terá uma forte interação com outras moléculas de água, sendo assim um ótimo

solvente para substâncias polares.

A estrutura da molécula da água é angular e isso se dá devido à existência de

pares de elétrons em torno do átomo de Oxigênio (que é central na molécula).

Experimentalmente o ângulo da ligação H-O-H chega a um valor de 104°5” (figura 2).

Moléculas de Açúcar

Cristais do Sal

Cristais de Açúcar

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Figura 2 - Ângulo das ligações da molécula da água

Por ser a molécula de água angular, os dois dipolos, correspondentes às duas

ligações O-H não se anulam. Tendo esse caráter polar, a água é um excelente solvente

para compostos orgânicos polares de baixo peso molecular, como o metanol, etanol,

ácido fórmico, ácido acético, dentre outros.

Possuindo um dipolo bastante acentuado, atrai, por eletrostática, o dipolo da

outra molécula, de forma a potencializar a solubilização. Porém, essas moléculas

orgânicas possuem uma parte polar (OH no caso dos álcoois e COOH no caso dos

ácidos carboxílicos), solúvel em água e uma parte apolar (correspondente à cadeia

carbônica), insolúvel em água.

À medida que se aumenta o número de carbonos no grupo dos álcoois e ácidos

carboxílicos, por exemplo, a solubilidade em meio aquoso vai diminuindo, porque

aumenta gradativamente a parte apolar. Por outro lado, nesse caso, a solubilidade vai

aumentar em solventes apolares, como pode ser observado na tabela 1.

De maneira geral é possível observar que os ácidos monocarboxílicos (com um

grupo COOH) com cadeia carbônica até cinco átomos são solúveis em água. À medida

que a cadeia carbônica (parte apolar) aumenta, a solubilidade em água diminui e

aumenta em solvente apolar (éter). O etanol, por ser um solvente que tem parte polar e

outra parte apolar consegue ser um solvente mais adequado aos ácidos carboxílicos do

que a água (polar) e do que o éter (apolar).

Extração com solvente Consiste na separação de um componente de uma mistura, ou de um principio

ativo, de uma droga, por meio de um solvente.

Esta operação é largamente empregada para separar um composto orgânico de

soluções ou suspensões aquosas onde se encontra.

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Tabela 1 - Série de ácidos carboxílicos e respectivas solubilidades

ÁCIDOS P.M. (g/mol) ÁGUA ETANOL ÉTER

Ácido Metanóico HCOOH

46,03 ∞ ∞ ∞

Ácido Propanóico CH3CH2COOH

74,08 ∞ ∞ s

Ácido Pentanóico CH3(CH2)3COOH

102,13 s s s

Ácido Hexanóico CH3(CH2)4COOH

116,16 i s s

Ácido Heptanóico CH3(CH2)5COOH

130,19 δ s s

Ácido Decanóico CH3(CH2)8COOH

172,27 δ ∞h s

Ácido Tetradecanóico

CH3(CH2)12COOH

228,38 i s δ

Ácido Hexanóico CH3(CH2)14COOH

256,43 i s ∞

∞: solúvel em qualquer proporção

s : solúvel

δ: levemente solúvel

i : insolúvel

∞h : solúvel em qualquer proporção à quente

A extração fundamenta-se no fato de que as substâncias orgânicas são, em

geral, solúveis em solventes orgânicos e muito pouco solúveis em água, de modo que,

ao se formar duas fases pela adição do solvente, após agitação, a substância passa em

maior parte da fase aquosa para o solvente.

Uma decantação posterior e subseqüente destilação (ou evaporação) do solvente

permite separar a substância desejada.

É obvio que, nos processos de extração para separar compostos orgânicos de

soluções ou suspensões aquosas, o solvente extrator não deve ser solúvel em água

nem reagir quimicamente com a substância a ser separada.

Numa extração, todos os compostos solúveis em água, tais como: sais de ácidos

minerais, bases alcalinas, alguns sais orgânicos, álcool metílico, álcool etílico, acido

acético e outros, permanecem na fase aquosa, passando para o outro solvente o

composto, que pode ser um hidrocarboneto, um haleto de alquila ou uma substância

cuja estrutura é predominantemente apolar.

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Extração Quimicamente Ativa Neste tipo de extração, um composto a ser separado é alterado quimicamente a

fim de acentuarmos a diferença na solubilidade em dois solventes e com isso

modificarmos o coeficiente de distribuição deste composto nos dois solventes. Para

demonstrar como esta técnica é feita, vamos considerar o seguinte exemplo:

Consideremos uma mistura de dois compostos, A e B, e que ambos são solúveis em

éter etílico e insolúveis em água. Esses dois compostos não poderiam ser separados

um do outro por uma extração passiva.

De qualquer modo, se as características de B puderem ser mudadas (de modo

que B seja solúvel em água, mas insolúvel em éter etílico), então nós poderíamos

separar B (fase aquosa) e A (fase orgânica – éter etílico). Se B é uma base orgânica

poderá ser tratada com um ácido que a tornará solúvel em água, desde que a outra

componente A seja inerte ao ácido, é possível tratar a mistura com um ácido (desde

que A não reaja com o ácido) para que as solubilidades relativas de A e B sejam

modificadas.

Ácidos carboxílicos e fenóis (mas não álcoois, ROH) são ácidos fortes

suficientemente ácidos para reagir com uma base forte diluída como, por exemplo,

NaOH, produzindo um sal solúvel em água.

Apesar de separar os compostos da amostra com bastante eficácia, esta

separação não se dá totalmente, daí a necessidade de se fazer extrações múltiplas,

com isso, conhecendo-se a solubilidade da substância a ser analisada, podemos

calcular o coeficiente de distribuição ou repartição.

Coeficiente de distribuição ou repartição Quando uma solução (soluto A em solvente 1) é agitada com um segundo

solvente (solvente 2) com o qual é imiscível, o soluto A se distribui entre as duas fases

líquidas. Quando as duas fases se separarem novamente em duas camadas de

solvente distintas, um equilíbrio será alcançado de tal forma que a razão das

concentrações do soluto em cada solvente C1 e C2 define uma constante. A constante,

chamada de coeficiente de distribuição (ou coeficiente de partição) K, é definida por:

K = C2 / C1

onde: C1 e C2 são as concentrações no equilíbrio, em g/L ou mg/mL, do soluto A no

solvente 1 e no solvente 2, respectivamente.

O coeficiente de distribuição tem um valor constante para cada soluto

considerado e depende da natureza dos solventes usados em cada caso.

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A separação será mais eficiente quanto maior o valor de K, isto é, quando a

solubilidade for maior no solvente usado para a extração (solvente 2) do que no

solvente onde ele se encontra dissolvido. Quando o valor de K for igual a 1,00 (ou

menor que 1,00) não será possível fazer a separação com o solvente considerado.

É evidente que nem todo soluto A será transferido para o solvente 2 numa

extração simples. Se a constante K for muito grande praticamente todo A será

separado numa única operação. Entretanto, mesmo nesse caso são realizadas várias

extrações para remover o máximo do soluto A do solvente 1. Assim, na extração do

soluto de uma solução, é sempre melhor usar diversas porções pequenas do segundo

solvente do que fazer uma extração simples com uma grande porção.

Estas informações são muito importantes para que o aluno entenda o

experimento e saiba como e porque as reações ocorrem, sabendo identificá-las

corretamente.

Como o experimento consiste na identificação dos princípios ativos de um

medicamento, a Cibalena, que contém ácido acetilsalicílico, cafeína e paracetamol,

uma breve história da síntese e da identificação destes compostos será abordada nos

próximos tópicos.

O Ácido Acetilsalicílico A aspirina, como é conhecido nas farmácias o ácido acetilsalicílico, é o

medicamento mais conhecido e vendido em todo o mundo. O ácido acetilsalicílico é

uma droga associada com plantas, embora ele seja uma substância sintética. Sua

síntese, no entanto, foi totalmente feita com base na estrutura química de uma

substância natural isolada do salgueiro branco, a Salix alba.

Há milhares de anos, chineses, egípcios, gregos e romanos descobriram as

propriedades medicinais do salgueiro. A história deste ácido teve início no século V

a.C. com Hipócrates, filósofo e médico grego, considerado o pai da medicina ocidental,

que indicava para dores e febres, extratos preparados a partir das folhas e casca de

salgueiro branco.

Assim como Hipócrates, Dioscórides, um dos mais notáveis médicos da

Antiguidade, que viveu na Grécia no século I da era cristã e autor da obra "De Materia

Medica", cujo uso se estendeu até o início do Renascimento, receitava emplastros

feitos com cascas e folhas do salgueiro para o tratamento de dores reumáticas.

A substância foi isolada pela primeira vez em 1829 pelo farmacêutico francês H.

Leroux. As propriedades anti-reumáticas da salicilina assemelham-se muito às do

ácido salicílico, no qual se converte por oxidação no organismo humano.

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Em 1838, o químico italiano Raffaele Piria mostrou que a salicilina era um

glicosídeo, que purificou e do qual obteve, por hidrólise e oxidação da salicilina

resultante, o ácido salicílico livre (Figura 3). A primeira síntese do ácido salicílico foi

feita pelo célebre químico alemão Kolbe, que o preparou em 1859 pela reação entre o

fenóxido de sódio e o dióxido de carbono (Figura 4).

Figura 3 – Estruturas da salicilina, do ácido salicílico e do ácido acetilsalicílico.

Figura 4 – Síntese do ácido acetilsalicílico – Síntese de Kolbe

O emprego da salicilina, bem como de seus derivados salicilatos, não obteve

êxito imediato na terapêutica, devido ao seu sabor desagradável e suas características

gastro irritantes, devido às hidroxilas fenólicas presentes na substância.

A aspirina foi o primeiro fármaco sintético empregado na terapêutica, tendo sua

síntese concluída em 1897, pelo químico alemão Felix Hoffman, do laboratório Bayer,

há relatos históricos de que o pai de Hoffman sofria de reumatismo crônico e não

suportando mais o desconforto causado pelo tratamento com salicilina incentivou o

filho a preparar derivados que pudessem ser mais tolerados.

A aspirina foi patenteada pela Bayer em 1899, e o seu nome deriva de A de

acetil e spirina de "spiric acid", o outro nome em inglês pelo qual era também

conhecido o ácido salicílico. "Spiric" por sua vez tem origem em Spiraea, gênero ao

qual pertence a Salix alba, planta de onde foi isolada a salicilina. Desde então, a

medicina passou a dispor da aspirina como uma das mais potentes armas de seu

arsenal terapêutico.

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A química da Cafeína A cafeína é a 1,3,7-trimetilxantina - um pó branco cristalino muito amargo

(Figura 5). Na medicina, a cafeína é utilizada como um estimulante cardíaco e um

diurético. Ela também produz um aumento no estado de alerta - por isso motoristas e

estudantes tomam litros e café para permanecerem acordados. A cafeína é uma droga

que causa dependência - física e psicológica. Ela opera por mecanismos similares às

anfetaminas e à cocaína. Seus efeitos, entretanto, são mais fracos do que estas

drogas, mas ela age nos mesmos receptores do sistema Nervoso Central (SNC).

Figura 5 – Estrutura da cafeína

A ligação da adenosina, um neurotransmissor natural, aos seus receptores,

diminui a atividade neural, dilata os vasos sanguíneos, entre outros. A cafeína se liga

aos receptores da adenosina e impede a ação da mesma sobre o SNC. A cafeína

estimula a atividade neural e causa a constrição dos vasos sanguíneos, pois bloqueia

a ação da adenosina. Muitos medicamentos contra a dor de cabeça, tal como a

Aspirina Forte, contém cafeína - se você estiver sofrendo de uma dor de cabeça

vascular, a cafeína irá contrair os vasos sanguíneos e aliviar a dor.

Com o aumento da atividade neural, a glândula pituitária (localizada sobre os

rins) "pensa" que algum tipo de emergência está ocorrendo, e libera grandes

quantidades de adrenalina, que causa uma série de efeitos no corpo humano, como a

taquicardia, aumento da pressão arterial, abertura dos tubos respiratórios (por isso

muitos medicamentos contra a asma contêm cafeína), aumento do metabolismo e

contração dos músculos, entre outros.

Um outro modo de ação da cafeína é o bloqueio da enzima fosfodiesterase,

responsável pela quebra do mensageiro cAMP, então os sinais excitatórios da

adrenalina persistem por muito mais tempo.

A cafeína também aumenta a concentração de dopamina no sangue (assim

como fazem as anfetaminas e a cocaína), por diminuir a recaptação desta no SNC. A

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dopamina também é um neurotransmissor (relacionado com o prazer) e suspeita-se

que seja justamente este aumento dos níveis de dopamina que leve ao vício da cafeína.

A cafeína, em curto prazo, impede que você durma porque bloqueia a recepção de

adenosina; lhe dá mais "energia", pois causa a liberação de adrenalina, e lhe faz sentir

melhor, pois manipula a produção de dopamina.

O problema do consumo de cafeína só aparece em longo prazo. O mais

importante é o efeito que a cafeína tem sobre o sono. A recepção de adenosina é muito

importante para o sono, principalmente para o sono profundo. O tempo de meia-vida

da cafeína no organismo é de 6 horas.

O Paracetamol As primeiras observações sobre as propriedades analgésicas e antipiréticas do

paracetamol foram feitas ainda no século passado, quando muitas drogas alternativas

estavam sendo testadas no combate à febre e no tratamento de infecções. Das folhas

da Cinchona eram extraída as quininas e os salicilatos eram extraídos do Willow.

Como as fontes naturais começaram a ser pequenas para a grande demanda de

medicamentos, novos substitutos sintéticos começaram a ser experimentados.

Em 1886 a acetanilida e em 1887 a fenacetina: duas novas drogas foram

introduzidas no mercado, com vantagens sobre as quininas, pois possuiam atividades

piréticas juntamente com atividades analgésicas. Em 1893 um novo composto,

paracetamol, foi sintetizado: este também tinha notáveis propriedades antipiréticas e

analgésicas.

Tanto a acetanilida, a fenacetina, e o paracetamol pareciam ter exatamente o

mesmo efeito sobre o organismo. Em 1895 foi constatada a presença de paracetamol

em pacientes que haviam ingerido fenacetina e em 1889 em pacientes que haviam

ingerido acetanilida. Somente em 1948, entretanto, foi que Brodie e Axelrod

constataram que o paracetamol era o maior metabólito da fenacetina e da acetanilida;

este trabalho levou a conclusão de que tanto a acetanilida e a fenacetina são

convertidas ao paracetamol no organismo, e este último é que apresenta o efeito

analgésico e antipirético. Mais tarde verificou-se que a fenacetina também exerce efeito

farmacológico, mas como praticamente toda a fenacetina é convertida em paracetamol

quando passa pelo fígado, o efeito farmacológico da fenacetina só é obtido em doses

extremamente altas.

O trabalho de Brodie e Axerold levou o paracetamol ao comércio: tabletes de

500mg de paracetamol começaram a ser vendidos na Inglaterra, em 1956. Seu uso

logo se tornou extremamente popular puro ou combinado com outros fármacos, como

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descongestionantes, e, hoje, o paracetamol é o analgésico e antipirético mais usado no

Reino Unido.

2 - OBJETIVOS

Mostrar aos alunos que a química está presente em fármacos.

Realizar a separação dos princípios ativos presentes em um analgésico

utilizando o método de separação por extração quimicamente ativa.

3 – PARTE EXPERIMENTAL

3.1 - Materiais necessários

3.1.1 - Reagentes e Soluções

06 comprimidos de Cibalena (amostra)

Clorofórmio CHCl3 (solvente para dissolução do comprimido)

Ácido clorídrico 2,0 mol/L HCl (solvente quimicamente ativo)

Bicarbonato de sódio sólido NaHCO3 (solvente quimicamente ativo)

Sulfato de Magnésio MgSO4 (agente secante)

Tetra-cloreto de carbono CCl4 (solvente de recristalização)

Bicarbonato de sódio 0,5 mol/L NaHCO3 (solvente quimicamente ativo)

Etanol 95% C2H6O (solvente de recristalização)

3.1.2 - Vidrarias e Aparelhagens

01 almofariz

01 pistilo

03 espátulas

03 provetas

04 béqueres de 50mL

02 balões volumétricos de 50mL

02 frascos para armazenar amostra

Papel de filtro

01 funil simples

01 funil de separação

01 funil de büchner

01 balança

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3.1.3 - Preparo das soluções

1 - Solução de bicarbonato de sódio 0,5mol/L

Pesar 1,1 g do reagente sólido em uma balança e transferir para um balão

volumétrico de 25,00 mL, completar o volume com água destilada e agitar.

2 - Solução de ácido clorídrico 2,0 mol/L

Transferir com auxílio de uma pipeta graduada 4,8 mL de ácido clorídrico

concentrado para um balão volumétrico de 25,00 mL, completar com água destilada

até a marca, agitar e rotular o frasco.

3.2 - Procedimento

Pesar aproximadamente 2,0g do comprimido (Cibalena), triturar a amostra em

um almofariz com um pistilo de porcelana (Figura 6).

Figura 6 – Amostra de comprimido macerada

Dissolver a amostra em 25mL de clorofórmio em um béquer de 50mL, em seguida

transferir a solução para um funil de separação com a torneira fechada (a

solubilização não é completa).

Adicionar 20mL da solução aquosa de ácido clorídrico 2mol/L ao funil de

separação, tampar a extremidade superior, retirar o funil fechado do suporte e agitar

bem.

Sempre que fizer a agitação do conteúdo no funil de separação, alivie a pressão

interna abrindo a torneira, tomando o cuidado de segurar o funil (juntamente com a

tampa) em posição invertida, com a torneira voltada para cima. Em seguida feche a

torneira e agite novamente repetindo a operação para aliviar a pressão interna. A

reação entre a solução da mistura e a solução ácida tem o objetivo de transferir o

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próton (íons H+) do ácido para a cafeína. Se observarmos a figura 5, existe na

estrutura da cafeína um átomo de nitrogênio (N) no ciclo de cinco átomos que pode ser

protonado.

Deixar em repouso para que as duas fases se separem completamente (Figura 7).

Figura 7 – Funil de separação com a amostra em cloroformio

Separar a camada orgânica inferior, que contém ácido acetilsalicílico e

paracetamol, e reservá-la para tratamento posterior.

Essa solução deve ser coberta com um filme plástico para evitar qualquer perda,

pois os produtos estão dissolvidos em clorofórmio e ao evaporar muito rapidamente,

poderá arrastar para fora do recipiente parte dos produtos de interesse para a análise.

Em seguida, neutralizar a camada aquosa (que contém a cafeína protonada)

contida no funil com 3,5g de bicarbonato de sódio sólido, até pH básico, adicionados

em pequenas porções e com agitação contínua (Figura 8).

Ao adicionar bicarbonato de sódio na fase aquosa, que contém a cafeína na

forma protonada, haverá formação de gás carbônico (CO2) e se deve tomar cuidado

com esse gás na hora de agitar o funil de separação, pois se a pressão não for aliviada,

o gás pode se expandir podendo causar algum acidente, como a quebra do funil de

separação que é de vidro.

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Figura 8 – Neutralização da camada aquosa com bicarbonato de sódio

Após adição da base (bicarbonato), extrair a cafeína com 2 porções de 10mL de

clorofórmio, a cafeína terá preferência pelo solvente orgânico, uma vez que na forma

protonada, torna-se neutra e mais solúvel em solvente apolar.

Juntar estas duas porções de 10 mL de clorofórmio (os extratos orgânicos) e secar

com sulfato de magnésio que absorve a pequena quantidade de água que pode estar

como contaminante.

Filtrar a solução diretamente para um pequeno frasco de massa conhecida (Fig.9).

Figura 9 – Filtração da solução de cafeína

A evaporação do solvente pode ser feita deixando-o reservado num frasco aberto,

previamente rotulado e pesado, até completa evaporação do mesmo que deve ser de

aproximadamente de 1 a 2 dias.

Após a remoção do solvente, deixar o resíduo secar ao ar e determinar o peso do

sólido residual (Figura 10).

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Figura 10 – Cafeína sólida extraída da amostra de Cibalena

Transferir a solução de clorofórmio reservada anteriormente, que contém ácido

acetilsalicílico e paracetamol, para um funil de separação e adicionar 25mL de solução

de bicarbonato de sódio 0,5mol/L. Agitar bem a mistura, tomando o cuidado de aliviar

a pressão do sistema (Figura 11).

Figura 11 – Adição de bicarbonato de sódio à solução de paracetamol e ácido

acetilsalicilico

Agora, na fase orgânica, está o paracetamol, pois este continua tendo mais

afinidade pelo clorofórmio do que pela água. O ácido acetilsalicílico vai para a fase

aquosa, pois ao reagir com a base, ela perde próton e se torna um íon e portanto, mais

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solúvel em água.Os procedimentos de secagem, filtração, evaporação e pesagem são

semelhantes aos utilizados para cafeína.

Deixar a mistura em repouso até que se separe a camada orgânica inferior, que

é recolhida em um frasco à parte. Adicione sulfato de magnésio sólido para retirar a

água (da mesma forma que foi feito anteriormente).

Filtrar a solução orgânica que contém o paracetamol diretamente para um

pequeno frasco de massa conhecida (Figura 12).

Figura 12 – Filtração da solução de paracetamol

A evaporação do solvente pode ser feita deixando-o reservado num frasco

aberto, previamente rotulado e pesado, até sua completa evaporação (cerca de dois

dias).

Após a remoção do solvente, deixar o resíduo secar ao ar e determinar a massa

de paracetamol sólido residual (Figura 13).

Figura 13 – Paracetamol sólido obtido após secagem do solvente

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Transferir a solução aquosa contida no funil para um pequeno béquer e

adicionar, lentamente e com agitação, 5mL de solução de ácido clorídrico 2mol/L

(verificar o pH da mistura, que deve estar ácido), até formar um precipitado branco.

Essa operação serve para protonar o ácido acetilsalicílico que volta a ser pouco solúvel

em água porque perde a carga elétrica.

O béquer utilizado deve ser grande (100 mL) para facilitar a mistura com a

solução de ácido clorídrico.

Neste momento, para iniciar a precipitação do ácido acetilsalicílico sugere-se

fazer um banho de gelo, isso acelera a precipitação. Outra informação importante é em

relação ao pH da solução, que após adição do ácido deve estar entre 3,0 e 4,0.

Somente em pH ácido é que a precipitação ocorre.

Filtrar o precipitado que contém ácido acetilsalicílico em um pequeno funil de

Büchner, (o papel de filtro deve ser pesado antes).

Lavar o béquer com pequenas porções de água destilada que deve estar gelada,

senão o sólido poderá solubilizar parcialmente em água, em temperatura mais

elevada. Secar ao ar deixando-o em lugar ventilado por 2 ou 3 dias, e determinar a

massa do ácido acetilsalicílico sólido residual (Figura 14).

Depois de seco, determinar a massa do papel de filtro contendo o sólido,

subtrair a massa do papel determinada anteriormente e calcular a massa de ácido

acetilsalicílico obtida.

Figura 14 – Ácido acetilsalicílico obtido após secagem do solvente

Após determinar a massa de cada um dos produtos extraídos calcular o

rendimento do processo de extração considerando o valor esperado igual ao valor

nominal (contido na bula do medicamento).

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4 – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

A Cibalena é um medicamento composto de ácido acetilsalicílico, cafeína e

paracetamol, na figura 15 podemos observar as estruturas desses componentes. Cada

comprimido contém 200 mg, 50 mg e 150 mg de ácido acetilsalicílico, cafeína e

paracetamol, respectivamente.

Figura 15 - Estruturas dos princípios ativos da Cibalena.

Como podemos observar pelos pKa estas três espécies apresentam propriedades

ácido-base diferentes o que permitiu sua separação através do controle de pH.

A primeira espécie a ser separada foi a cafeína que por ser básica, foi extraída

pela adição de HCl à mistura, conforme a reação apresentada na Figura 16.

Cafeína Protonada

Figura 16 – Reação da cafeína com acido clorídrico

Depois de adicionar a solução de ácido clorídrico, o pH estava entre 1,0 e 2,0.

Neste momento, aparentemente, houve a formação de uma terceira fase intermediária

+ HCl (aq) →

+ Cl – (aq)

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entre a fase aquosa e a fase orgânica. Não se deve deixar que essa fase escoe para a

fase orgânica, pois ela não faz parte do produto que está dissolvido no clorofórmio.

Na reação apresentada na fig. 16 ocorreu a protonação da cafeína, que é

causada pela adição de ácido clorídrico, que em solução aquosa apresenta-se ionizado.

O ion H+ do ácido ataca o par de elétrons livre no nitrogênio e une-se a ele. Nesta

forma, a cafeína protonada adquire uma carga elétrica positiva, correspondente à

carga do próton e se torna solúvel em água, solvente polar que dissolve com facilidade

espécies carregadas eletricamente.

A cafeína protonada, após ser separada dos outros dois componentes, foi

precipitada pela adição de bicarbonato de sódio, com a evaporação do solvente da

mistura obteve-se a cafeína bruta.

Para converter a cafeína na forma não-protonada foi adicionado o bicarbonato

de sódio sólido. Os ions H+ que haviam atacado o nitrogênio, liga-se à espécie OH-

presente na solução de bicarbonato de sódio através de uma reação de neutralização,

conforme reação mostrada na figura 17.

Figura 17 – Reação da cafeína protonada com bicarbonato de sódio sólido

Com a adição do NaHCO3 (pH entre 7,5 e 8,5), a cafeína estará deprotonada,

parcialmente insolúvel em água, e isso fez com que ela tenha mais afinidade pelo

solvente orgânico (clorofórmio) do que pelo solvente polar (água).

Na seqüência, foi separado o ácido acetilsalicílico do paracetamol, a mistura

contendo estes dois componentes foi tratada com bicarbonato de sódio que é uma

base, ocorrendo a seguinte reação:

+ NaHCO3 (s) →

+ H2O(l) + CO2(g)

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Figura 18 – Reação da extração do ácido acetilsalicílico pela adição de bicarbonato de

sódio

Observando a estrutura do ácido acetilsalicílico (AAS) na figura 18, percebemos

que para torná-lo solúvel em água foi necessário deprotoná-lo, ao contrário do que foi

feito com a cafeína.

A carga negativa da forma deprotonada do ácido acetilsalicílico corresponde ao

do elétron deixado pelo hidrogênio ao romper a ligação com o oxigênio. Desta maneira,

na forma iônica, ele se tornou solúvel em água.

A fase aquosa restante, depois das extrações múltiplas, deve ser descartada em

recipiente próprio, pois nela há resíduos de ácido clorídrico, bicarbonato de sódio,

clorofórmio e os excipientes do medicamento e não deve, em hipótese alguma, ser

descartada na pia.

O sulfato de magnésio adicionado nos extratos orgânicos tem a função de

capturar as moléculas de água que ficaram solubilizadas no clorofórmio, apesar da

pequena afinidade deste solvente e a água, portanto em pequena quantidade, mas que

pode interferir na análise depois que o clorofórmio se evapora.

A filtração deve ser feita em frasco com a massa previamente determinada, caso

contrário não é possível determinar a massa do produto obtido, pois se transferirmos o

produto extraído do frasco para ser pesado posteriormente haveria perdas de material.

O processo de secagem do clorofórmio utilizado neste experimento foi o de

evaporação em capela. Esse processo é o que dá os melhores resultados, pois a

evaporação ocorre naturalmente. Muitas vezes, quando se deixa o material em uma

estufa, por exemplo, pode-se decompor o composto que está sendo isolado. O tempo

de evaporação pode variar de 1 a 2 dias, dependendo da temperatura e umidade do ar.

+ HCO3- (aq) → + H2O(l) + CO2(g)

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Depois de seco, o béquer contendo o sólido foi pesado e a massa obtida foi

subtraída da massa do béquer (antes da adição do extrato que foi evaporado), esta é a

massa do produto bruto.

Para calcular os rendimentos seria necessário verificar a composição real do

medicamento através de um procedimento experimental oficial, ou seja, o método de

análise recomendado pelos órgãos de fiscalização.

No nosso caso utilizamos os valores de cada princípio ativo contidos na bula do

medicamento (concentração nominal)

Para a Cibalena a composição nominal por comprimido é:

- 200 mg do ácido acetilsalicílico,

- 150 mg do paracetamol e

- 50 mg da cafeína.

Como foram utilizados 6 comprimidos, os valores teóricos esperados (massas

nominais) constam na tabela 2 como 1200, 900 300 mg de ácido acetilsalicílico,

paracetamol e cafeína, respectivamente.

A Tabela 2 mostra os resultados das massas de cada um dos princípios ativos

extraídos nesse experimento e o rendimento obtido.

Tabela 2 – Dados experimentais e valores de rendimento obtidos

Princípios Ativos

Massa obtida (mg)

Massa nominal (mg)

Rendimento (%)

Cafeína

181

300

60,3

Paracetamol

470

900

52,2

Ácido acetilsalicílico

887

1200

73,9

Podemos observar que os rendimentos percentuais obtidos são baixos em

relação aos valores teóricos esperados de 100%. A extração por solvente é um método

simples e eficiente para separação das substâncias presentes em uma amostra, mas

não fornecem resultados quantitativos com boa exatidão. Por isso para quantificação

são usados outros métodos mais eficazes.

Como foi previsto no planejamento inicial do experimento, foi possível

acompanhar durante a sua execução a separação dos três componentes

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farmacologicamente ativos do medicamento Cibalena.

Cada componente foi isolado através da diferença de solubilidade, tanto para

sua dissolução mais eficaz, como para sua precipitação diferenciada. As mudanças

químicas operadas no processo foram baseadas no controle da acidez-basicidade

seguindo o princípio fundamental de que o solvente polar (no caso a água) dissolve

mais eficientemente espécies moleculares eletricamente carregadas (moléculas

altamente polares ou em forma de íons) enquanto o solvente apolar (no caso o

clorofórmio) dissolve mais eficientemente espécies eletricamente neutras. No caso

deste experimento a transferência de carga se faz com adição ou subtração de prótons

(íons H+).

5 –REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

1) GESSI, M. R. Separação dos Princípios Ativos da Cibalena. Curitiba, 1999.26f.

Monografia (Especialização em Ensino de Química Experimenal para o 2o. grau) -

Setor de Ciências Exatas, Departamento de Química, Universidade Federal do Paraná.

2) GONÇALVES, D; WAL, E; ALMEIDA, R. R. Química Orgânica e Experimental. 1ª

ed. São Paulo: McGraw-Hill Ltda, 1988.

3) CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS., The Chemical Rubber Co, 51ª

ed. Cleveland: Ohio, USA, 1998

4) CATALOG HANDBOOK OF FINE CHEMICALS. Aldrich, 52ª ed. São Paulo: Sigma-

Aldrich Química do Brasil Ltda, 1998-1999.

5) <www.sbq.org.br/PN-NET/causo5.htm> acesso em 29/01/2004.

6)<http://qmc.ufsc.br/organica/exp7/index.html> acesso em 29/01/2004.

7)www.coladaweb.hpg.com.br acessado em 29/01/2004

8)Extração Quimicamente ativa

http://labjeduardo.iq.unesp.br/orgexp1/extr_quim_ativa.htm acesso em 08/06/2004.

9)http://labjeduardo.iq.unesp.br/orgexp1/coef_distribuicao.htm acesso em

08/06/2004.

10)http://www.ucs.br/ccet/defq/naeq/material_didatico/textos_interativos_33.htm

acesso em 21/06/2004.