초임계 이산화탄소에서 엠파글리플로진의 실험적 용해도 및 열역학적 모델링

Oct 22, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9008(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

초임계 이산화탄소에 대한 엠파글리플로진의 용해도는 처음으로 온도(308~338K)와 압력(12~27MPa)에서 측정되었습니다. 몰분율 측면에서 측정된 용해도 범위는 5.14 × 10–6 ~ 25.9 × 10–6입니다. 교차 영역은 16.5 MPa에서 관찰되었습니다. 활동도 계수에 대한 무한 희석에서 윌슨 활동도 계수 모델과 결합된 고체-액체 평형 기준을 사용하여 용해도 데이터를 상호 연관시키기 위해 새로운 용해도 모델이 파생되었습니다. 제안된 모델은 데이터와 AARD(평균 절대 상대 편차) 및 AICc(Akaike 정보 기준)의 상관 관계를 각각 7.22% 및 -637.24로 나타냈습니다. 또한, 측정된 데이터는 기존 11개(3개, 5개, 6개의 매개변수 경험적 및 반경험적) 모델과 Kwak-Mansoori 혼합 규칙(KMmr) 모델과 함께 Redlich-Kwong 상태 방정식(RKEoS)과도 상관 관계가 있었습니다. 밀도 기반 모델 중 Bian et al.의 모델이 가장 우수했으며 해당 AARD%는 5.1로 계산되었습니다. RKEoS + KMmr은 데이터와 8.07%의 상관관계가 있는 것으로 관찰되었습니다(해당 AICc는 -635.79임). 마지막으로, 엠파글리플로진의 전체, 승화 및 용매화 엔탈피를 계산했습니다.

초임계 이산화탄소(ScCO2)는 임계점 이상의 유체입니다. 이는 가스 및 액체의 중간 수준의 물리적 특성(밀도, 확산도, 점도 및 표면 장력)을 가지고 있습니다1,2. ScCO2는 점도와 표면 장력이 낮고 기체와 같은 확산성과 액체와 같은 밀도를 갖기 때문에 다양한 공정 응용 분야에서 용매로 사용되었습니다1,3,4,5. 주요 응용분야는 약물 입자 미세화, 식품 가공, 섬유 염색, 세라믹 코팅, 추출 등입니다4,6,7,8,9,10,11,12. 여러 초임계 유체가 공정 산업에서 용매로 활용되지만 ScCO2가 가장 바람직한 용매입니다8,13,14,15,16,17. 일반적으로 초임계유체기술(SFT)6,7,9를 구현하려면 상평형 정보가 필요합니다. 용해도는 SFT 설계 및 개발을 위한 기본 정보입니다. 문헌에서는 ScCO2에 대한 많은 약물 고형물의 용해도를 쉽게 확인할 수 있지만18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30 엠파글리플로진의 용해도는 보고된 바가 없습니다. 이 연구에서는 처음으로 ScCO2의 용해도가 측정되었습니다. 이 데이터는 ScCO2를 사용하는 입자 미분화 공정에 사용될 수 있습니다. 엠파글리플로진의 분자식은 C23H27ClO7이고 분자량은 450.91입니다. 화학 구조는 그림 1에 나와 있습니다.

엠파글리플로진의 화학 구조.

엠파글리플로진은 신장에서 포도당의 재흡수를 주로 담당하는 수송체인 나트륨-포도당 공동수송체-2(SGLT2)의 억제제입니다. 또한, 이는 제2형 당뇨병 및 심혈관 질환이 있는 성인의 심혈관 사망 위험을 줄이는 데 유용합니다31. 이러한 치료에는 충분한 약물 투여량이 매우 중요하며 이는 적절한 입자 크기를 통해 달성됩니다. 따라서 본 연구는 ScCO2를 이용한 입자 미분화에 매우 유용합니다. 각각의 원하는 조건에서 용해도 측정은 매우 번거롭기 때문에 용해도를 상관/예측하는 모델을 개발할 필요성이 큽니다. 기계 학습 방법과 같은 최근 개발은 데이터 상관 관계에 대한 인공 지능 예측 방법의 개선과 함께 고려될 수 있습니다. 그러나 일반적으로 용해도 모델은 다섯 가지 유형으로 분류됩니다. 그러나 세 가지만이 사용자 친화적이며 상태 방정식, 밀도 기반 및 수학적 모델입니다. 직간접적으로 모두 열역학적 구조를 바탕으로 도출되었습니다. 파생된 모델은 상평형 기준(고체-기체 또는 고체-액체), 용매-용질 결합 이론, 희석 용액 이론, 용액 이론 및 Wilson 모델 또는 기타 모델과 관련된 기본 개념을 사용합니다. 실제로 대부분의 문헌 모델은 ScCO2의 고체 용질의 용해도와 매우 잘 연관되어 있습니다. 고체-기체 평형 모델에는 용질의 임계 특성과 증기압이 필요하지만 이러한 특성은 문헌에서 거의 사용할 수 없기 때문에 그룹 기여 방법이 일반적으로 사용됩니다. 반면, 고체-액체 평형(SLE) 기준은 활동도 계수 계산을 위한 적절한 모델이 필요합니다. 최근 연구에 따르면 Van Laar 활동도 계수 모델과 결합된 SLE 모델은 모델 개발에서 간단한 접근 방식이 될 수 있지만 이 방법은 몰 분율 측면에서 암묵적인 표현을 초래했습니다. 따라서 명시적인 용해도 모델을 개발할 필요가 있으므로 이 작업은 본 연구에서 수행됩니다.