1

1

Stabilnost

Doc. dr Biljana Stojanovi ć

Katedra za analitiku lekova

2

�Stabilnost se definiše kao stepen u kome, tokom čuvanja i upotrebe, farmaceutski oblik u navedenim granicama zadržava iste osobine koje je posedovao u vreme izrade.

�Stabilnost farmaceutskih oblika ukazuje na otpornost prema različitim hemijskim, fizi čkim i mikrobiološkim agensima koji bi mogli dovesti do promene njegovih osobina za vreme transporta, čuvanja i upotrebe.

STABILNOST AKTIVNE FARMACEUTSKE SUPSTANCE I GOTOVOG PROIZVODA

Postoje četiri tipa stabilnosti :

Hemijska stabilnostFizička stabilnost

Mikrobiološka stabilnostTerapijska stabilnost

2

3

Spoljašnji faktori : temperatura, vlaga, kiseonik, mikroorganizmi, katalizatori,ambalaža, način i uslovi čuvanja.

Unutrašnji faktori: osobine aktivnih i pomoćnih supstanci (npr. rastvorljivost, fotosenzibilnost, pH vrednost, veličina čestica, itd), stabilnost same aktivne supstance , čistoća supstance, farmaceutski oblik, kao i karakteristike tehnoloških procesa primenjenih za proizvodnju.

Faktori koji uti ču na promene u farmaceutskom proizvodu

Pri kojim uslovima je aktivna supstanca stabilna

�ima uticaja na dizajn gotovog leka

�ima uticaja na rok upotrebe gotovog leka

�može biti poboljšana formulacijom i pakovanjem leka

4

Hemijska degradacija farmaceutski aktivne supstance

Hemijska degradacija farmaceutski aktivne supstance može nastati usled:

�HIDROLIZE

�OKSIDACIJE

�IZOMERIZACIJE

�FOTOHEMIJSKE DEGRADACIJE

�POLIMERIZACIJE

Oksidacija

Kiseline/BazeVlažnost

Temperatura Fotostabilnost

3

5

HIDROLIZAHidroliti čkoj degradaciji podležu:

NHRC CR

O O

Hemijska struktura Funkcionalna grupa Pr imer farmaceutski aktivne supstance

imid

CHOH

CH2 NH

HCR

laktam

CHOH

CH2 O

HCR

lakton

OR1RC

O

NH2RC

O

estar

amid

acetilsalicilna kiselina

acetaminofen

beta-laktamski antibiotici

testolakton

fenobarbital

6

HIDROLIZA

IMIDI

�imidi podležu hidrolizi u kiseloj i baznoj sredini! !!

Samo deo leka koji je u rastvoru može da podlegne h idrolizi!!!

Hidroliza može biti:

�hidrogen katalizovana

�katalizovana hidroksilnim jonima

�katalizovana kiselim ili baznim sredstvima koja su sastavni deo pufera

4

7

LAKTAMI I AMIDI�podležu hidrolizi u kiseloj i baznoj sredini!!!�stabilniji od laktona i estara�Kod laktama stepen nestabilnosti se povećava smanjenjem

veličine laktamskog prstena usled povećanja ugaonog napona

(β>γ>δ)!

LAKTONI I ESTRI�izuzetno nestabilni i u kiseloj i u baznoj sredini!!!�bazna hidroliza je brža i praćena je snažnim napadom OH nukleofila!�kod laktona stepen nestabilnosti se povećava smanjenjem veli čine

laktonskog prstena usled povećanja ugaonog napona (β>γ>δ).

HIDROLIZA

8

Fenobarbital

NH

NH

O

O

O

C6H5

C6H5

Fenobarbital

H2O, OH-

-CO2

H2N

NH

O

O

C6H5

C6H5

H

H2O OH-

H2N

O

O

C6H5

C6H5

H

OH H2N

+

Ureaalfa-etilbenzenacetatna kiselina

5

9

β-laktamski antibiotici

N

SRHN

O

COOH

CH3

CH3

ili Nukleofil

beta-laktam penicilinskog tipa

HN

SRHN

O

COOH

CH3

CH3R1

R1=OH ili Nukleofil

OH

N

RHN

O

S

COOH

R1

ili Nukleofil

OH

HN

RHN

O

S

COOH

R1R2

R2=OH ili Nukleofilbeta-laktam cefalosporinskog tipa

10

Testolakton

O

O

O

OH

Testolakton

OH

O

OHO

∆-testolinska kiselina

6

11

Acetilsalicilna kiselina

C

O

O

OH

CH3C

O

H ili OH

C

O

OH

CH3C

O

OH

OH

+

Acetilasalicilna kiselina Acetatna kiselina Salicilna kiselina

12

Acetaminofen

OH

NH

C

O

H3C

H ili OH

OH

H2N

C

O

H3C OH

+

Acetaminofen Acetatna kiselina p-aminofenol

7

13

Kontrolisanje hidroliti čke degradacije lekova u rastvoru

1. Optimizacija formulacije� Podesiti onu pH vrednost formulacije pri kojoj je farmaceutski

aktivna supstanca najstabilnija

� Promena dielektri čne konstante dodatkom nevodenih rastvarača (propilen-glikol, alkohol, glicerin) može znatno usporiti proces hidrolize

� Smanjenjem rastvorljivosti farmaceutski aktivne supstance

� Dodavanjem sastojaka koji sa lekom grade kompleks

2. Modifikacija hemijske strukture leka

Preporučuje se reakcija supstitucije za one lekove kojima se terapijska aktivnost neće promeniti ovim postupkom (npr. lidokain)

14

Prokain

Prokain je jako nestabilan i lako hidrolizuje: �u kiseloj sredini �u baznoj sredini i�pri povišenoj temperaturi

H2N

CO

H2CCH2

N

H2C

CH2

CH3

CH3

O

H2O, H, OH

H2N

COH

H2CCH2

N

H2C

CH2

CH3

CH3

O

OH +

Prokain

p- amino benozoeva kiselina 2-dietilamino-etanol

8

15

Lidokain

NH

CH3

CH3

C CH2

O N

C2H5

C2H5

H2O, HNH2

CH3

CH3

C CH2

O N

C2H5

C2H5

HO

+

Lidokain 2,6-dimetil anilinDietilamino acetatna kiselina

Lidokain ne hidrolizuje lako: �pri provišenoj temperaturi i �u baznoj sredini. Povećana stabilnost amido grupe je rezultat sternog ometanja dve metil grupe u orto položaju . Hidroliza se ipak dešava u kiseloj sredini jer sternoometanje ne utiče na proton koji može da priđe amidskoj funkcionalnoj grupi.

16

Meksiletin

CH3

O

CH3

N

CH3

H

H

Meksiletin

H2O, H, OH

CH3

O

CH3

N

CH3

H

H

Meksiletin

Struktura stabilna u kiseloj, baznoj sredini i na povišenoj temperaturi !!!

9

17

OKSIDACIJA

Proces oksidacije podrazumeva eliminaciju jednog elektropozitivnogatoma, radikala ili elektrona, ili adiciju elektronegativnog atoma ili radikala.

Oksidativna degradacija može biti:�autooksidacija – nekatalizovana , spora, pod uticajem molekularnog

kiseonika�lančana reakcija – brza , iniciranja slobodnim radikalima , sastoji se od 3

reakcije inicijalne, intermedijene i završne .

X+RH R+XH

R+O2

+ RH ROOH+R

ROO R

R R

+

+

+

Stabilni proizvodizavršna

intermedijerna

inicijalna

ROO

ROO

ROO ROO

18

Inicijalna reakcija – može biti započeta od strane slobodnih radikalanastalih iz organskih sastojaka pod uticajem svetlosti, temperature ili prelaznih metala prisutnih u gotovo svakom puferu.

Intermedijerna reakcija – podrazumeva reakciju molekularnog kiseonika sa slobodnim radikalom uz formiranje peroksidnog radikala , koji uklanja vodonikov atom iz molekula organskog sastojka da bi formirao hidrogen peroksid istovremeno stvarajući novi slobodni radikal .

Završna reakcija – slobodni radikali se eliminišu od strane inhibitoraili reakcijom bočnih lanaca.

�Užegao miris masti i ulja potiče od aldehida, ketona ili masnih kiselina kratkog lanca koji su produkti raspadanja hidrogen peroksida.

�Peroksidi ROOR i hidrogen peroksid ROOH su foto lab ilni i razlažu sedo HO i/ili RO radikala koji su jaka oksidaciona sredstva.

10

19

OKSIDACIJAOksidativnoj degradaciji podležu:

N

Hemijska struktura Funkcionalna grupa Primer farmaceutski aktivne supstance

amino

alkenska

konjugovane dvostruke veze

etarskaekonazol nitrat,flufenazin enantat

nezasicene masne kiseline,simvastatinpolienski antibiotici

raloksifen

tiolna

tioetarska

kateholna epinefrin

kaptopril

R1

R3

R2

C C

R1

R2

R3

R4

O R2R1

S R2R1

SHR1

C C

R2

R3

CR1 C R6

R5

R4

HO

HO

20

OKSIDACIJA

AMINI �primarni, sekundarni, tercijarni�alifati čni, aromati čni

Dugotrajne studije stabilnosti pokazale su da se:� tercijarni amini oksiduju do N-oksida�primarni i sekundarni amini oksiduju do hidroksilamina (ova reakcijanije uobi čajen put degradacije za čvrste farmaceutske oblike)

ALKENI�zapažen veliki broj oksidacionih proizvoda tokom dugoročnih i

stres studija stabilnosti!!!�epoksidacija , a zatim stvaranje dihidroksi proizvoda

potpomognuto je prisustvom hidrogen peroksida i formijatnekiseline, uobičajenih nečistoća ekscipijenasa koji ulaze u sastav farmaceutskih oblika!

11

21

Raloksifen

HO S

C

OH

O

O

N

HCl

H2O2Može poticati od ekscipejensa (Povidon) iz formulacije

HO S

C

OH

O

O

N

O

+ ROH

Raloksifen

Raloksifen N-oksid

22

Alkeni i Simvastatin

C C

R1

R2

R3

R4

+ H2O2 C C

R1

R2

R3

R4

O

C C

R1

R2

R3

R4

O

H

H2O

C C

OH

OH2

R2

R1

R3

R4

H

HC C

OH

OH

R2

R1

R3

R4

12

23

OKSIDACIJAETRI�osetljivi na oksidaciju�proces oksidacije podrazumeva uklanjanje vodonika iz C-H

veze u ɑ položaju (u odnosu na etarsku grupu) i stvaranje radikala, koji se dalje razlaže do ɑ-hidroperoksida i potom do aldehida, ketona, alkohola i karboksilnih kiselina

TIOETRI (SEKUNDARNI TIOLI)�osetljivi na oksidaciju�oksiduju se do sulfoksida i sulfona

TIOLI�podložni su oksidaciji pod uticajem molekulskog kis eonika, vodonik

peroksida (oksidacija katalizovana slobodnim adikalima). Mogu ća je i autooksidacija koja se u većem stepenu dešava nakondeprotonacije tiola do tiolnog anjona

�tioli se uobičajeno oksidišu do disulfida, a u baznoj sredini mogu ća je i dalja oksidacija do sulfenske, sulfinske i sulf atne kiseline

24

Ekonazol-nitrat

O

H2C CR R1

H H R RH

O

H2C CR R1

HO2

O

H2C CR R1

HO

O

RRH

O

H2C CR R1

HO

OH

O

H2C CR R1

O

+O

H2C CR R1

HO H

OH

H2C

C

R

R1

O

HO

+

OH

H2C

C

R

R1

HO

+

Cl Cl

O

Cl

N

NHNO3

Ekonazol-nitrat

Šema oksidacije etara

13

25

Flufenazin-enantat

SR R1oksidacija

SR R1

O

SR R1

O

O

tioetar sulfoksid sulfon

N

S

CH2CH2CH2 NN CH2CH2O C CH2

O

5CH3

N

S

CH2CH2CH2 NN CH2CH2OH

Flufenazin-enantat

O

Sulfoksid flufenazina

degradacija

Šema oksidacije tioetara

Degradacija flufenazina

26

Kaptopril

R SH R S S R

RSO2H

RSO3H

O

baza sulfonska kiselina

sulfinska kiselina

disulfid

sulfenska kiselina

tioli

tiolni anjon

tiolsulfinat

bazaR S

O

O

H2O2

iliS OHR

i/ili [O] npr. H2O2

RS OH

SR S R

Šema oksidacije tiola

NOH

OOHS

CH3

Kaptopril

14

27

Epinefrin

Kateholamini se lako oksidišu pod uticajem molekularnog kiseonika do o-hinona.

HO

HO

C

OHH2C

H

HN CH3

O2 HO

HO

C

OHH2C

H

HN CH3

O

O

O N

OH

CH3

Epinefrin

Adrenohrom

28

Kontrolisanje procesa oksidacije u toku proizvodnje

1. Stabilizacija na oksidaciju� Kiseonik u farmaceutskim kontejnerima treba zameniti azotom

ili ugljendioksidom� Treba izbeći kontakt farmaceutski aktivne supstance sa jonima

metala kao što su Fe, Co ili Ni, jer katalizuju oksidaciju� Farmaceutski aktivne supstance ili oblike čuvati na nižim

temperaturama

2. Dodavanje antioksidanasa

Kako je veoma teško ukloniti sav kiseonik iz kontejnera, koji i u tragovima može započeti proces oksidacije, poželjno je dodavanje antioksidansa.

15

29

Antioksidansi su supstance koje se dodaju u niskim

koncentracijama sprečavaju ili odlažu razvoj lančane reakcije. One same reaguju sa slobodnim radikalom i formiraju slobodni radikal

antioksidansa koji nije dovoljno reaktivan da obezbedi razvoj

lančane reakcije i zaustavlja dalju oksidaciju.

Najčešće koriš ćeni antioksidansi su :� Natrijum-bisulfit� Vitamin C� Propil-galat� Askorbil-palmitat

� Butilovani hidroksitoluen...

Kontrolisanje procesa oksidacije u toku proizvodnje

30

IZOMERIZACIJA

Definicija: Izomerizacija je proces prelaska jednog opti čkog ili geometrijskog izomera u drugi!

Kako razli čiti izomeri jedne supstance često poseduju razli čitu aktivnost ,izomerizacija može biti definisana i kao vid degradacije koji za rezultat imaozbiljan gubitak terapijske aktivnosti.

Primeri:�adrenalin – racemizacija�tetraciklin – epimerizacija�estri cefalosporina – bazno katalizovana izomerizacija�vitamin A – cis/trans izomerizacija

16

31

Tetraciklin

N(CH3)2

OH

CONH2

O

HN(CH3)2

CONH2

O

H

Prirodni tetraciklin 4-epi tetraciklin

U uslovima kisele sredine tetraciklin podleže epimerizaciji na položaju 4 dajući smešu tetraciklina i njegovog epimera 4-epitetraciklina .Nastali 4-epitetraciklin je toksi čan i njegov sadržaj u lekovitim preparatimane sme biti veći od 3 %.

� Epimerizacija je pH zavisna (pri pH 3,2 dostiže maksimum)� Katalizovana je fosfatnim i citratnim jonima

32

Vitamin A

H3C CH3

CH3

CH2OH

CH3CH3

all-trans retinol

izomerizacijaoksidacija

H3C CH3

CH3

CH3

H3C

CO H11-cis-retinal

Vitamin A (all-trans) se oksiduje dodo aldehida i onda podleže izomerizacijido 11-cis-retinala, koji ima smanjenuaktivnost u poređenju sa all-transoblikom

17

33

FOTOHEMIJSKA DEGRADACIJA

� Definicija: Fotohemijska degradacija

podrazumeva razlaganje farmaceutski

aktivne supstance pod uticajem

svetlosti

Rezultat ove vrste degradacije može biti gubitak aktivnosti ,

često udružen sa promenama u fizi čkom izgledu , kao što je

obezbojenje ili formiranje precipitata .

34

Fotohemijska degradacija se može dogoditi za vreme čuvanja ili upotrebe preparata. Za vreme upotrebe , sunčeva svetlost može da penetrira dovoljno duboko kroz kožu da izazove fotohemijskudegradaciju leka koji cirkuliše kroz površinske kap ilare.

Primarna fotohemijska degradacija se dešava kada je talasna dužina upadne svetlosti u opsegu talasne dužine apsorpcije lekovite supstance, tako da molekul lako apsorbuje zra čenje i razlaže se .

Takođe, fotohemijska degradacija može nastati i kao posledica zračenja pomo ćnih supstanci u formulaciji (fotosenziteri ) koji apsorbovanu energiju prebacuju na lekovitu supstanc u, prouzrokujući njeno raspadanje. Zato je pri razmatranju fotostabilnostineophodno uzeti u obzir konačnu formulaciju pre nego samu aktivnu supstancu.

FOTOHEMIJSKA DEGRADACIJA

18

35

Funkcionalne grupe koje sa sobom nose fotoreaktivnost :

� karbonilna (ketoprofen)�alkenska (tiotiksen)�aril-halogenidi (amjodaron)�aromatična nitro (nifendipin)...

Mehanizam fotodegradacije je vrlo komplikovan i

razjašnjen je u samo nekoliko slu čajeva!!!

Stepen degradacije zavisi od:

�koli čine svetlosti koju je sistem apsorbovao�efikasnost samog fotohemijskog procesa .

36

Stabilizacija na fotohemijsku degradaciju

Farmaceutski aktivne supstance osetljive na fotohemijsku

degradaciju mogu:

� biti čuvane u mraku

� pakovati se u kontejnere od obojenog stakla

amber staklo odbija svetlost talasnih dužina od 480 nm i pruža

znatnu zaštitu sastojaka osetljivih na UV svetlost

� se oblagati tablete polimernim filmom sa UV adsorbensima

19

37

Ketoprofen

C

CH3

CCOOH

CH3O

(1)

(2)

(3)

C CH2

CH3

O

C CH2

CH3OH

H

C CH

CH3O

CH

CH3 O

Reakcija fotodegradacije ketoprofena sastoji se iz:�reakcije (1) gde dolazi do dekarboksilacije ketoprofena�reakcije (2), gde dolazi do redukcije proizvoda reakcije (1)�reakcije (3), gde dolazi do dimerizacije ketoprofena

38

POLIMERIZACIJA

Definicija: Polimerizacija je proces u kome dve ili više istih molekula grade kompleksan molekul

Primer: Ampicilin-natrijum

U toku čuvanja koncentrovanih vodenih rastvora ampicilinadolazi do reakcije polimerizacije i stvaranja dimera i viših polimerajedinjenja.

Reaktivni β-laktamski prsten molekula ampicilina se otvara u reakciji sa bočnim lancem drugog molekula ampicilina i formira se dimer. Reakcija se može nastaviti do formiranja polimera koji predstavljaju visoko aktivne antigene i smatra se da igraju značajnu ulogu u izazivanju penicilin specifičnih alergijskih reakcija.

Tendencije dimerizacije kod amonopenicilina se povećava sa povećanjem baznosti grupe na bočnom lancu, ampicilin > epicilin >amoksicilin .

20

39

Ampicilin-natrijum

HC C

NH2

HN

O

C N

S

O

CH3

CH3

COO

CH

CHN

O

C N

S

O

CH3

CH3

COO

NH2

dimerizacija

hidroliza

HN

C HN

O

C

O

OHotvoreni laktamski prsten

HC C

NH2

HN

O

C HN

S

O

CH3

CH3COO

CH

CHN

O

C N

S

O

CH3

CH3

COO

NH

dimer ampicilina

40

Interakcija sa ekscipijensom1.Farmaceutski aktivne supstance koje sadrže karboksilnu grupu

osetljive su na prisustvo ekscipijenasa sa slobodnim hidroksilnimgrupama .

R

COH

OR1OH

R

COR1

O

+ H2OH

EstarKarboksilna kiselina

ekscipijens koji sadrži alkoholnu grupu

R1OH = polivinil alkohol laktoza manitol saharoza beta-ciklodekstrin polietilen-gliol

21

41

2. Farmaceutski aktivne supstance koje sadrže 1º i 2º amino grupaosetljive su na prisustvo ekscipijenasa sa aldehidnom grupom pri čemu dolazi do stvaranja hemiaminala i imina u slu čaju reakcije sa 1º aminima .

R

CH

O

H2N R+

Aldehidi

R

CHNH

OH

R R

HC

N R

primarni amini Hemiaminal Imini

-H2O

+H2O

R

CH

O

HN R1+

Aldehidi

R

CHN

OH

R1

Hemiaminal

R2

R2sekundarni amini

Primeri:polietilen glikol i polisorbati – ovi ekscipijensi su izvor formaldehida koji nastaju kao proizvod razgradnje,vanilin – korigens ukusa ima formaldehidnu grupu koja reaguje sa aminogrupom farmaceutski aktivne supstance.