Exploring the infrared hyperspectral imaging and chemometrics as analytical tool for pharmaceutical applications

Orientador: Ronei Jesus PoppiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Esta tese de doutorado compreendeu a utilização da técnica analítica de espectroscopia de imagem no NIR e MIR e a quimiometria como ferramenta analítica para aplicações em amostras farmacêuticas, com o objetivo de desenvolver diferentes abordagens quimiométricas na extração da informação química desejada em diferentes tipos de formulações farmacêuticas. Na primeira aplicação, os compostos presentes em filmes poliméricos contendo o fármaco paracetamol foram quantificados utilizando dados de espectroscopia de imagem no NIR e os métodos quimiométricos PLS e MCR-ALS, destacando propriedades como homogeneidade e afinidade química dos compostos nas amostras. Na aplicação 2, a homogeneidade do paracetamol nos filmes transdérmicos foi estudada mais detalhadamente utilizando dados de espectroscopia de imagem no NIR e uma abordagem baseada no conceito da análise de macropixels atrelada à estratégia de planejamento experimental do tipo split-plot. Na aplicação 3, uma nova metodologia analítica utilizando seleção de variáveis com algoritmo genético é proposta para análise quantitativa em dados de espectroscopia de imagem através de resolução por CLS, com aplicações de sucesso em diferentes amostras farmacêuticas. Na aplicação 4, transformações físicas no estado sólido em compostos farmacêuticos foram estudadas utilizando espectroscopia de imagem no NIR e MIR e os métodos MCR-ALS, PARAFAC e PARAFAC2Abstract: This PhD thesis covers the use of the MIR and MIR hyperspectral imaging and chemometrics as an analytical tool for pharmaceutical purposes, aiming the development of different chemometric approaches to extract the targeted chemical information from different pharmaceutical formulations. In the first application, the compounds in polymeric films loaded with paracetamol were quantified using NIR hyperspectral imaging and the multivariate methods PLS and MCR-ALS, highlighting the properties like homogeneity and chemical affinity among the compounds within the samples. In the application 2, the homogeneity of paracetamol in transdermal films was further studied using NIR hyperspectral imaging and by combining the macropixel analysis concept with split-plot experimental design. In the application 3, a new analytical methodology using variable selection with genetic algorithm is proposed for quantitative purposes through CLS resolution of hyperspectral imaging data, with successful application on different pharmaceutical samples. In the application 4, solid-state physical transformation of pharmaceuticals were studied using NIR and MIR hyperspectral imaging and the chemometric approaches MCR-ALS, PARAFAC and PARAFAC2DoutoradoQuimica AnaliticaDoutor em Ciências158918/2011-8CNP

Encapsulation, physico chemical characterization and theoretical study of drug thiabendazole in 'beta'-cyclodextrin

Orientador: Francisco Benedito Teixeira PessineDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Tiabendazol (TBZ) é um fármaco pouco solúvel em água (66 mg/mL), derivado do benzimidazol, com ampla aplicação farmacológica, devido a suas propriedades anti-helmíntica, fungicida e bactericida. O aumento em sua solubilidade pode ser atingido preparando complexos de inclusão com Ciclodextrinas (bCD), que são polissacarídeos cíclicos de D-(+)-glicopiranose unidas por meio de ligações glicosídicas a-1,4, cuja estrutura resulta em um ambiente interno hidrofóbico e uma superfície e extremidades hidrofílicas. Neste trabalho, a preparação de complexos de inclusão entre TBZ e bCD foi realizada pelo método de co-precipitação, em duas metodologias que diferiram na etapa de solubilização do TBZ: empregando etanol ou meio ácido com HCl em pH 2.2. Os complexos preparados foram caracterizados no estado sólido, através das técnicas de espectroscopia de absorção no i.v., difratometria de raios-X e análise termogravimétrica. Em solução, a estabilidade termodinâmica do complexo de inclusão TBZ:bCD foi investigada em meios que simulam os fluídos gástrico e intestinal humano, sem enzimas, determinando as constantes de equilíbrio K nas temperaturas 25 (150 ± 31), 37 (85 ± 32) e 45 ºC (83 ± 23), e as funções termodinâmicas de formação DHº (-24 kJ/mol), DS º (-39 J/mol.K) e DGº (-12,5 kJ/mol), através de dados de espectroscopia de fluorescência. Além disso, a estrutura supramolecular deste complexo em água foi investigada por RMN, a partir de espectros de dados de deslocamento químico em espectros de H e do experimento ROESY-1D, em que o último sugere encapsulação do fármaco através de seu grupo benzimidazol, além da determinação dos coeficientes de difusão e K (49 a 25ºC) por DOSY, em D2O. Os dados experimentais sobre estabilidade termodinâmica e informações estruturais foram confrontados com resultados obtidos de cálculos teóricos de otimização molecular e determinação de energias de conformações e interações, realizados com os métodos quânticos PM3 e DFT (vacuo) e PM6 (meio aquoso)Abstract: Thiabendazole (TBZ) is a poorly water soluble drug derived from benzimidazole with wide pharmacological, fungicide and bactericide applicability. The enhancement of its water solubility can be achieved through formation of inclusion complexes with beta-Cyclodextrin (bCD), a cyclic polysaccharide from D- (+)-glicopyranose units linked by a-1,4 chemical bonds, whose structure has a hydrophobic cavity and a hydrophilic surface and extremities. This work involves the preparation of inclusion complexes with TBZ and bCD by the co-precipitation method, using two methodologies for the TBZ solubilization step: with ethanol or HCl medium (pH 2.2). The inclusion complexes were characterized on solid state by infrared spectroscopy, X-ray diffractometry and thermogravimetric analysis. The thermodynamic stability of TBZ:bCD inclusion complex was investigated in human simulated gastric and intestinal fluids but without the respective enzymes. Equilibrium constants K at the temperatures of 25 (150 ± 31), 37 (85 ± 32) and 45ºC (83 ± 23), and the thermodynamic functions DH º (-24 kJ/mol), DS º (-39 J/mol.K) and DG º (-12,5 kJ/mol) were evaluated through fluorescence spectroscopy. The supramolecular structure of this complex in aqueous solution was extensively investigated by NMR spectroscopy, based on H chemical shift and ROESY-1D experiments, with the latter one suggesting the drug interacts with the CD through its benzimidazole group. NMR-based experiment DOSY was also employed to get the diffusion coefficients and K (49 at 25ºC), in D2O. Experimental results on thermodynamic stability and structural information were compared with theoretical calculations of TBZ:bCD molecular optimization and determination of conformation and interaction energies of related structures. The calculations of the isolated species, in vacuum, were performed by PM3 and DFT methods, while PM6 method was employed for calculation simulating the aqueous mediaMestradoFísico-QuímicaMestre em Químic

MULTIVARIATE CURVE RESOLUTION WITH ALTERNATING LEAST SQUARES: DESCRIPTION, OPERATION AND APLICATIONS

Multivariate Curve Resolution with Alternating Least Squares (MCR-ALS) is a resolution method that has been efficiently applied in many different fields, such as process analysis, environmental data and, more recently, hyperspectral image analysis. When applied to second order data (or to three-way data) arrays, recovery of the underlying basis vectors in both measurement orders (i.e. signal and concentration orders) from the data matrix can be achieved without ambiguities if the trilinear model constraint is considered during the ALS optimization. This work summarizes different protocols of MCR-ALS application, presenting a case study: near-infrared image spectroscopy

Comprehensive two-dimensional gas chromatography–mass spectrometry combined with multivariate data analysis for pattern recognition in Ecuadorian spirits

Abstract The current methodology used in quality control of Ecuadorian beverages such as Pájaro azúl, Puro and Pata de vaca is carried out by using conventional gas chromatography; however, it does not allow the fingerprinting of these Ecuadorian spirit beverages and their possible cases of adulteration. In order to overcome this drawback, comprehensive two-dimensional gas chromatography–mass spectrometry (GC × GC–MS) was combined with multivariate data analysis, revealing that compounds like citronellal, citronellol, geraniol, methyl anthranilate, (−)-trans-α-bergamotene, (−)-cis-α-bergamotene and d-limonene can be considered key elements for pattern recognition of these traditional beverages and product adulteration cases. Thus, the two-dimensional chromatographic fingerprints obtained by GC × GC–MS coupled with chemometric analysis, using Principal Component Analysis and Fisher-ratio can be considered as a potential strategy for adulteration recognition, and it may used as a quality assurance system for Ecuadorian traditional spirits