Membranes en la separació enantiomèrica del fàrmac propranolol. Desenvolupament i caracterització

Abstract

Els sistemes de separació mitjançant membranes han guanyat importància com a tècniques de separació enantiomèrica. S'han investigat distintes configuracions de membranes.<br/>Per a la separació enantiomèrica de SR-propranolol, fàrmac usat per al tractament d'algunes anomalies cardiovasculars, s'han estudiat diferents transportadors selectius: N-alquil-hidroxiprolines i dialquil tartrats en membranes líquides, i el norbornadiè com a polímer quiral. Malgrat tots aquest sistemes mostraven resultats prometedors, cap d'ells ha estat investigat detalladament. <br/>La finalitat d'aquesta tesi ha consistit a desenvolupar i caracteritzar diferents sistemes de membrana per a la separació del fàrmac SR-propranolol. S'han investigat quatre sistemes distints de membranes: membranes líquides suportades (SLM), membranes compòsit activades (ACM), membranes activades quirals (CAM) i membranes basades en polisulfona quiral (CPS). En la majoria dels casos s'ha emprat com a transportador selectiu l'N-hexadecil-L-hidroxiprolina (HHP).<br/>L'estudi i la caracterització de cada sistema s'ha dut a terme mitjançant tècniques microscòpiques i experiments de transport usant quatre mòduls de membrana diferents: una cel·la de diàlisi, un mòdul micro espiral , un mòdul que permet el modelatge del transport i un mòdul de filtració frontal. <br/>L'estudi del sistema de SLM va permetre elucidar els dos mecanismes de transport implicats en aquest sistema de separació, així com discriminar els principals paràmetres que governen (en termes de flux i selectivitat) el comportament del sistema de membranes. En condicions òptimes de treball (fase de càrrega ajustada a pH 8 i concentració de transportador de C/A = 3) es va detectar un excés enantiomèric del 5.6%. <br/>Les membranes compòsit activades, formades per una capa porosa de polisulfona pel·liculada sobre un paper no teixit, i una capa densa superficial de poliamida, foren caracteritzades mitjançant distintes tècniques: microscòpia de força atòmica, transport de soluts, mesures d'angle de contacte, ressonància electrònica d'espí, i microscòpia electrònica d'escombratge. L'ús d'aquestes tècniques complementàries va permetre obtenir informació de la morfologia interna i superficial de les membranes, i alhora va confirmar la presència de transportador a l'interior de les membranes. Tot i així, al ser aplicades per a la separació enantiomèrica de propranolol no es va observar transport enantioselectiu. <br/>Les CAM, formades per un capa porosa de polisulfona pel·liculada sobre un paper no teixit, si que van permetre el transport enantioselectiu del fàrmac d'estudi. En aquest cas es va estudiar la influència sobre el sistema de la concentració de transportador selectiu en la membrana i del valor de pH de la solució receptora. L'estudi va revelar la relació entre el flux i la enantioselectivitat i va contribuir a proposar les preferències d'afinitat del transportador vers ambdós enantiòmers del fàrmac propranolol. Els bons resultats van esperonar el desenvolupament d'un nou sistema de membranes CAM emprant didodeciltartrat com a transportador selectiu. La comparació dels dos sistemes de CAM es va dur a terme mitjançant el modelatge del transport ambdós enantiòmers implicats. Els resultats mostraren que el segon sistema posseeix millors propietats per al transport enantioselectiu de propranolol.<br/>Per últim es van investigar les membranes basades en polisulfona quiral, que contenen el selector quiral enllaçat covalentment a la matriu polimèrica. La polisulfona fou derivatitzada seguint dues rutes sintètiques distintes, i van obtenir-se dos productes diferents: CPSA i CPSB. Ara bé, sols la CPSA va resultar adequada com a polímer. Les membranes obtingudes a partir de CPSA van ser caracteritzades. L'aplicació d'aquest tipus de membranes van donar lloc a resultats prometedors tan pel que fa al flux com a la enantioselectivitat, i van permetre confirmar la major afinitat del selector per a l'enantiòmer S-propranolol. En aquest cas, quan es va incorporant la quantitat més gran possible de transportador en la membrana es va obtenir un factor de separació de 1,1a les 96h d'experimentació.

Membrane systems have been gaining importance as enatioseparation techniques.<br/>Various membrane configurations, have been proposed to attain enantioseparation. Liquid membrane processes were firstly proposed, however they exhibit a rapid selectivity decrease with operating time and show low stability and short lifetime when tested under industrial separation conditions. Therefore, solid polymeric membranes have also been developed. <br/>For the case of SR-propranolol, a &#946;-blocking drug used for treating certain cardiovascular anomalies different enantioselective carriers have been studied. N-n-alkyl-hydroxyprolines, and dialkyl tartrate were used in liquid membrane configurations, and norbornadiene was considered as chiral polymer. Although all these membrane systems showed promising results, none of them was investigated in detail. <br/>The purpose of the present work was the characterisation and development of membrane systems for the enantioselective separation of SR-propranolol. Four different membrane systems, based in supported liquid membranes (SLM), activated composite membranes (ACM), chiral activated membranes (CAM) and chiral polysulfone (CPS) membranes, have been investigated. In most of them, N-hexadecyl-L-hydroxyproline (HHP) was applied as chiral carrier.<br/>The study and characterization of each membrane type was carried out using microscopy techniques and transport experiments. The latest were conducted with four different membrane modules: a dialysis cell, a micro spiral module, a module capable of well-defining hydrodynamics conditions for transport modelling and a dead-end filtration module. <br/>The study of SLM, permitted the elucidation of the two transport mechanisms involved in these separation systems and allowed discriminating the principal parameters governing the performance of the membrane system, either in terms of flux as in terms of selectivity. Under operating conditions showing the best performance results (feed at pH 8, and carrier concentration up to C/A = 3) a 5.6% of enantiomeric excess was reached. <br/>Activated composite membranes (ACM) consisted of a porous polysulfone support casted on a none-woven fabric, with a top dense polyamide layer. ACM were characterized by different techniques, such as atomic force microscopy, solute transport, contact angle measurements, electron spin resonance, and scanning electron microscopy. The use of all these complementary techniques provided an extensive and concise description of ACM internal and surface morphology, together with the confirmation of the presence of the chiral carrier inside the membranes. However, when applied to the enantioseparation of propranolol enantioselectivity was not observed. <br/>CAM consisted in a porous polysulfone film, also casted on a non-woven fabric. This membrane type permitted the enantioselective transport of propranolol across the membranes. In that case, the influence of carrier concentration in the membrane as well as the striping phase pH were studied. These studies revealed the relationship between transport rate and enantioselectivity and contributed to propose the affinity preferences of the carrier by the two enantiomers. The good results obtained, motivated the development of another CAM system containing the chiral carrier didodecyltartrate. The comparison of the two equivalent systems was carried out by conveniently modelling the transport of both propranolol enantiomers. Results showed that the last system possesses better properties for the enantioseparation of propranolol.<br/>The last type of polymeric membranes assayed were based in chiral polysulfones CPS, containing the chiral carrier covalently bonded to the polysulfone polymeric structure. PS was chiraly derivatised following two different sysnthetic routes, and two corresponding chiral polysulfones were obtained, namely CPSA and CPSB. However when preparing the membranes, only CPSA was suitable as polymer. CPS membranes, obtained from CPSA were prepared and characterised. The application of these polymeric membranes showed promising results regarding both the transport rate and enantioselectivity, and confirmed the higher affinity of the carrier by the S-propranolol enantiomer. In that case, with membranes containing the highest CPSA amount, a separation factor of 1.1 was encountered at 96h of experiment.