عنوان

ترمودینامیک محلولهای آبی شامل محلول های ژرف اتکتیک بر پایه کولین کلراید- قند و برخی پلیمرها، همچنین کاربرد این سیستم ها در جداسازی برخی داروها

پ۲۴۸۴۳

per

ترمودینامیک محلولهای آبی شامل محلول های ژرف اتکتیک بر پایه کولین کلراید- قند و برخی پلیمرها، همچنین کاربرد این سیستم ها در جداسازی برخی داروها

فریبا غفاری هشجین

شیمی

۱۴۰۰

۱۹۷ص.

سی دی

دکتری

شیمی فیزیک

۱۴۰۰/۰۵/۰۵

در سالهای اخیر بویژه در صنعت داروسازی تلاش های فراوانی برای جایگزینی حلال های آلی با ترکیبات غیر مضر برای محیط زیست و بدن انجام شده است. اخیرا حلال های اتکتیک عمیق (DES) بدلیل ارزان بودن، قابلیت بازگردانی، فشاربخار پایین و ظرفیت گرمایی بالا بعنوان جایگزین مناسبی برای حلال های آلی پیشنهاد شده اند. به همین منظور در این کار پژوهشی ابتدا چهار حلال اتکتیک عمیق بر پایه کولین کلراید و قندهای ساکارز، فروکتوز، گلوکز و اوره تهیه شد. سپس این ترکیبات به همراه مخلوط اولیه آنها و با همان نسبت مولی در تعادلات بخار- مایع، برای تعیین تاثیری که رقیق کردن این سیستم¬ها با آب روی پیوند هیدروژنی گذاشته و احتمالاً ناحیه¬ای که خاصیت اتکتیکی حلال به¬طور کامل از بین می¬رود، استفاده شد. نتایج نشان داد که با رقیق¬سازی این حلال¬های اتکتیک، پیوند هیدروژنی ضعیف شده تا جاییکه در حضور 75 درصد وزنی آب، پیوند هیدروژنی بین اجزا اولیه حلال¬های اتکتیک بطور کامل از بین رفته و DES به ترکیبات اولیه خود تبدیل می¬شود. همچنین مطالعه تعادلات بخار-مایع روی ترکیبات اولیه تشکیل¬دهنده DESهای مورد استفاده در این رساله که شامل سیستم¬های آبی { ساکارز + کولین کلرلید}، { فروکتوز + کولین کلرلید}، { گلوکز + کولین کلرلید} و {اوره + کولین کلرلید} در دمای 15/298 کلوین انجام شده و با سنجش برهمکنش این ترکیبات با هم، امکان تشکیل حلال اتکتیک بین این مواد تخمین زده شد. در ادامه، با مطالعه تعادلات بخار- مایع حلال¬های اتکتیک در حضور پلیمرهای مختلف امکان تشکیل سیستم¬های دوفازی آبی با برخی پلیمرها (PPG400,PEG400,PEGDME250) بررسی و از این نتایج در تعادلات مایع-مایع استفاده شد. با بررسی نتایج این بخش از مطالعه درمیابیم که برهمکنش بین DES مورد استفاده و پلیمر پلی پروپیلن گلیکول ( PPG400) کمتر از سایر پلیمرها بوده و احتمال تشکیل دوفاز بین آنها افزایش می¬یابد. همچنین امکان تشکیل سیستم دوفازی آبی از حلال¬های اتکتیک طبیعی (NADES) سنتز شده برپایه دو قند ساکارز و فروکتوز با دو نسبت 1:1 و 2:1 و در حضور پلیمر PPG400 مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور داده¬های باینودال برای سیستم¬های نام برده در دمای 15/298 کلوین بدست آمد. داده¬های تجربی باینودال با دو مدل مرچاک و زعفرانی-نعمتی مورد پرازش قرار گرفتند. همچنین برای مشاهده تاثیر نسبت مولی NADESها روی موقعیت منحنی باینودال، داده¬های باینودال با مدل باینودال برازش شدند. در ادامه ترکیب خطوط ارتباطی برای هر سیستم دوفازی آبی بکار رفته در این بخش با دقت اندازه¬گیری شد و مشخص شد که نسبت مولی بین اجزاء تشکیل¬دهنده حلال¬های اتکتیک طبیعی حفظ شده و سیستم¬های دوفازی آبی مورد مطالعه به عنوان یک سیستم شبه سه¬تایی عمل می¬کنند. این نتایج با نتایج بدست آمده در بخش تعادلات بخار-مایع در توافق است زیرا میزان آب موجود در سیستم¬های دوفازی آبی کمتر از 75 درصد بوده و می¬توان نتیجه گرفت که دلیل ثابت ماندن نسبت مولی NADES در هر دوفاز علاوه براینکه به میزان خاصیت آب¬دوستی اجزاء سازنده حلال اتکتیک مرتبط است، همچنین می¬تواند بدلیل وجود احتمالی پیوند هیدروژنی بین ترکیبات اولیه آنها ¬باشد. در ادامه، کاربرد سیستم¬های دو فازی آبی حاوی حلال¬های اتکتیک طبیعی برپایه کولین کلراید و قند و پلیمر به ¬منظور جداسازی برخی داروهای پرکاربرد شامل دیکلوفناک پتاسیم، لاموتریژین، سالیسیلیک اسید و استامینوفن مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی نتایج بدست آمده برای ضریب توزیع و بازده استخراج نشان می¬دهد که داروهای مورد مطالعه بدلیل خاصیت آب¬گریزی بالای خود، بیشتر تمایل به فاز غنی از پلیمر داشته و توزیع این داروها به صورت عمده در فاز بالا می¬باشد. برای مطالعه عمیق-تر و تفسیر نتایج به دست آمده از تعادلات بخار-مایع، خواص حجمی و خواص صوتی سیستم¬های شامل پلیمرهای مختلف (PPG400,PEG400,PEGDME250) در حضور NADES (ساکارز /کولین کلراید) و آب، همچنین سیستم¬های سه-تایی { ساکارز + کولین کلرلید} و { فروکتوز + کولین کلرلید} مورد بررسی قرار گرفت. با محاسبه برخی کمیت¬های ترمودینامیکی، همچون خواص حجمی (حجم مولی جزئی استاندارد، ) و خواص صوتی ( تراکم¬پذیری مولی جزئی استاندارد، ) مشخص شد که این نتایج با نتایج حاصل از اندازه¬گیری فعالیت آب از نظر برهمکنش های بین حلال و حل¬شونده و همچنین جدایی فاز در سیستم¬های سه تایی مورد مطالعه، مطابقت دارد.در آخرنیز نتایج تجربی بدست آمده از تعادلات بخار-مایع و مایع- مایع، با مدل های ترکیب موضعی NRTL و UNIQUAC برازش و نتایج بدست آمده از این مدل¬ها با هم مقایسه و بهترین مدل برای برازش داده¬های تجربی بدست آمده معرفی شد.

Organic solvents have numerous drawbacks, including high consumption, volatility, and toxicity; as a result, these solvents are the most significant source of environmental pollution in the chemical and pharmaceutical industries. Many efforts have been made in recent years, particularly in the pharmaceutical industry, to replace these solvents with compounds that are not harmful to the environment or the body. Ionic liquids are one of the suggested alternatives. However, ionic liquids have drawbacks such as high toxicity, low biodegradability, and high production costs. In recent years, to overcome the limitations of organic solvents and ILsو deep eutectic solvents (DES) have been proposed as a suitable alternative instead of organic solvents and ionic liquids due to their low cast, high biodegradability, low vapor pressure and high heat capacity. In this thesis, a comparative isopiestic studies was made on the synthesized deep eutectic solvents (DESs) containing water, choline chloride, sucrose, fructose, glucose or urea and corresponding mixtures with the same molar ratios with addition of different amount of water to investigate the effect of dilution on the existing hydrogen bonding interactions in these DESs at 298.15 K. The measured water activity and water mass fraction values were used to study the weakening of these interactions by dilution and it was found that the H-bonding interaction between two components of both DESs disappears at around 75% (g/g) of water. Also, to study the vapor-liquid equilibria (VLE) for the aqueous systems containing {choline chloride + sucrose}, {choline chloride + fructose}, {choline chloride + glucose} and {choline chloride + urea} at 298.15 K water activity was measured using the improved isopiestic method. The obtained water activity lines showed that these systems have negative deviation from the semi-ideal solution and therefore solute-solute interactions are favorable. A systematic investigation of ternary aqueous solutions containing one deep eutectic solvent (NADES) obtained from mixtures of choline chloride as HBA and D-sucrose as HBD, and different water soluble polymers polyethylene glycol 400 (PEG400), polypropylene glycol 400 (PPG400), and polyethylene glycol dimethyl ether 250 (PEGDME250) at a molar ratio of 1:1 was made by vapor- liquid equilibria (VLE) studies at T= 298.15 K. The obtained water iso-activity lines showed that the system containing PPG400 and NADES has negative deviation from the semi-ideal solution and therefore solute-solvent interactions are unfavorable suggesting the occurrence of phase separation in this system. In the following, a biodegradable ABS countering poly (propylene) glycol 400 and mixtures of choline chloride as hydrogen bond acceptor, HBA, and fructose, as hydrogen bond donor, HBD, with different molar ratios of choline chloride to fructose (i.e. 2:1 and 1:1) was made at T = 298.15 K. The measured binodal data were fitted by two semi-empirical Merchuk and Zafarani-Moattar et al. equations. To see the effect of molar ratio of NADES on position of binodal, the experimental binodal data were also treated with binodal model. Compositions of five tie-lines for each molar ratio for this ABS were carefully determined to see whether the created ABS is a ternary system or the hydrogen bonding between NADES component is destroyed and a quaternary system is formed. The results suggest that, with dissolving these complexes in aqueous solutions the HBA: HBD stoichiometry used in NADES preparation are approximately preserved in the phases in equilibrium and the ABS act as a ternary system. Also, the performance of these ABSs to partitioning of some commonly used drugs, namely lamotrigine, salicylic acid and acetaminophen were investigated by calculation of partition coefficients, K, and extraction efficiencies, EE %, at different tie-lines. The trend showed that the hydrophobicity of mentioned drugs is responsible for partitioning of these drugs preferentially into the polymer-rich top phase. Finally, the equation proposed by Diamond-Hsu and its modified form suggested in this work were used to correlate the drugs experimental partition coefficients in the studied ABS system. In order to find further evidence for confirming the vapor-liquid information, volumetric and acoustic studies were also made on the ternary aqueous solutions containing one deep eutectic solvent (ChCl:sucrose) and different water soluble polymers polyethylene glycol 400 (PEG400), polypropylene glycol 400 (PPG400), and polyethylene glycol dimethyl ether 250 (PEGDME250) at a molar ratio of 1:1, and also ternary {sucrose + ChCl + water} and {fructose + ChCl + water} systems by measuring density and speed of sound values. From these data, the limiting values for the apparent molar volume (V_φ^0), apparent molar isentropic compressibility ( k_φ^0) and the standard transfer volumes ( ) were obtained which again indicate favorable interactions between choline chloride and sucrose or fructose and unfavorable interaction between NADES and PPG400. These results are consistent with the results of water activity measurements in regard to the solute- solvent interactions and phase separation in the studied ternary systems.Finally, the experimental results obtained from vapor-liquid and liquid-liquid equilibria were fitted with NRTL and UNIQUAC local composition models and the results were compared and the best model for fitting the experimental data was determined.

Thermodynamic of aqueous solutions containing deep eutectic solvents based on coline chloride-sugar and some polymers, also their application in separation of some drugs

غفاری هشجین

‏ فریبا

تهيه کننده

‏زعفرانی معطر

شکاری

مهرداد

‏ محمدتقی

‏ حمایت

‏ عباس

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

‏ تبریز