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Eliminación de la actividad silanofílica en cromatografía líquida en fase inversa mediante el uso de aditivos

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23 - Química
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Eliminación de la actividad silanofílica en cromatografía líquida en fase inversa mediante el uso de aditivos

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dc.contributor.advisor	Ruiz Ángel, María José
dc.contributor.advisor	García Álvarez-Coque, María Celia
dc.contributor.author	Fernández Navarro, Juan José
dc.contributor.other	Departament de Química Analítica	es_ES
dc.date.accessioned	2013-01-28T11:36:03Z
dc.date.available	2013-01-29T07:10:02Z
dc.date.issued	2013
dc.date.submitted	31-01-2013	es_ES
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10550/25754
dc.description.abstract	La gran mayoría de los compuestos utilizados como principios activos en los productos farmacéuticos contienen átomos de nitrógeno básicos en su estructura. Su análisis por cromatografía líquida de fase inversa (reversed-phase liquid chromatography, RPLC) con columnas de sílice presenta una serie de inconvenientes, entre los que destacan retenciones elevadas, picos con colas y bajas eficacias, lo que se debe a la presencia de grupos silanoles residuales en la fase estacionaria que cuando están ionizados, interaccionan con los analitos catiónicos a través de un proceso de intercambio iónico, siendo el efecto más o menos pronunciado dependiendo de la columna seleccionada. Aunque aparentemente muchos materiales son similares, existen diferencias en sus prestaciones en función del tipo de sílice en la columna y el grado de empaquetamiento. En la actualidad, con la comercialización de columnas de nueva generación, junto con la mejora de la tecnología empleada en los empaquetamientos de RPLC, la influencia de los silanoles residuales sobre el comportamiento cromatográfico de los compuestos básicos es menos acusada. Sin embargo, el problema no se ha eliminado por completo. Una práctica muy eficaz para enmascarar el efecto de los silanoles es la adición de compuestos a la fase móvil, que son adsorbidos sobre la fase estacionaria modificando sus propiedades. Experimentalmente, la metodología es sencilla de aplicar, ya que no requiere el uso de equipamiento o columnas con características especiales, sino que basta con añadir a la fase móvil hidro-orgánica (habitualmente tamponada a un pH ácido) una pequeña cantidad del agente enmascarante seleccionado. Entre los aditivos empleados, recientemente han destacado los líquidos iónicos y los surfactantes. Aunque se ha publicado una amplia bibliografía en la que se trata el tema de la mejora de la separación cromatográfica de compuestos básicos, al inicio de esta Tesis no existían conclusiones claras acerca de qué directrices debían considerarse para elegir el aditivo más adecuado en cada caso concreto. Por otra parte, no siempre que se proponen nuevos aditivos o se aplican los habituales a nuevas familias de analitos, se profundiza en el estudio de los mecanismos de retención que tienen lugar, o se efectúan comparaciones respecto a los resultados obtenidos con otros tipos de aditivos o aplicando otras soluciones, como el uso de fases estacionarias especialmente diseñadas para el análisis de compuestos básicos. Ello da lugar a que, entre las opciones existentes, no siempre se elija la más adecuada. Éste ha sido precisamente el objetivo principal que se ha pretendido desarrollar a lo largo de esta Tesis Doctoral. Así, se ha estudiado el comportamiento cromatográfico de dos familias de compuestos básicos (β-bloqueantes y antidepresivos tricíclicos), utilizando fases móviles que contienen líquidos iónicos o surfactantes. Los inconvenientes asociados a la elución de estos analitos en RPLC, en ausencia de aditivo, son resueltos satisfactoriamente en la mayoría de los casos, y se apuntan directrices a seguir respecto a la fase estacionaria y aditivo más adecuados para cada caso concreto. El resultado más destacable es que la adición a la fase móvil de un líquido iónico adecuado permite que una columna cromatográfica de bajo precio proporcione resultados comparables o ventajosos respecto a los obtenidos con columnas especiales de alto precio. La Memoria de Tesis incluye también estudios en la línea del compromiso por el desarrollo de una Química Analítica verde y sostenible, que se concreta en la posibilidad de utilizar fases móviles formadas por agua y jabón con el surfactante neutro Brij-35. Particularmente interesantes son los resultados obtenidos con un grupo de flavonoides, cromatografiados a alta temperatura. Todos estos aspectos se recogen en la Memoria de Tesis a lo largo de cinco capítulos, divididos en dos partes que se detallan a continuación: La primera parte consta de tres capítulos, en los que se exponen estudios fundamentales sobre la interacción de cuatro líquidos iónicos con columnas de RPLC y la modificación del comportamiento cromatográfico de compuestos básicos. Concretamente, se describe un estudio exhaustivo del mecanismo de retención que posiblemente tiene lugar en la elución cromatográfica de β-bloqueantes, utilizando una columna Kromasil C18, en presencia de diversos líquidos iónicos que contienen en su estructura un catión imidazolio con una cadena alquílica de longitud variable, y los aniones tetrafluoroborato o hexafluorofosfato. El comportamiento observado en presencia de los líquidos iónicos se compara con el del surfactante aniónico dodecilsulfato sódico y trietilamina. Tras establecer que los líquidos iónicos asociados al anión tetrafluoroborato son más efectivos como enmascarantes de los grupos silanol, se amplía el estudio de sus prestaciones a diversas columnas C18 con contenidos diversos de silanoles libres. La potencia supresora del aditivo sobre el efecto de los silanoles se establece en base a la disminución de la retención y a la mejora de la forma de los picos cromatográficos. Normalmente, los estudios que hacen uso de líquidos iónicos examinan un número reducido de fases móviles de distinta composición, en las que la concentración del disolvente orgánico seleccionado se mantiene generalmente fija, lo que limita la obtención de información acerca del comportamiento cromatográfico de los analitos en un amplio intervalo de condiciones. Por este motivo, se aplica una estrategia de optimización interpretativa, para encontrar las condiciones de separación óptimas para un grupo de β-bloqueantes eluidos con fases móviles que contienen concentraciones variables de acetonitrilo y del líquido iónico tetrafluoroborato de 1-hexil-3-metilimidazolio, utilizando tres columnas C18 de distinta naturaleza. Se comprueba así la superioridad de este líquido iónico en el análisis de compuestos básicos. La segunda parte de la Memoria de Tesis consta de dos capítulos que abordan la utilidad del surfactante Brij-35 en la separación de compuestos básicos y flavonoides, cuando se utiliza en condiciones micelares como aditivo en RPLC. El Brij-35 es un surfactante de uso minoritario en la técnica denominada “cromatografía líquida micelar”, pero con perspectivas interesantes de cara a la “Química verde”. En primer lugar, se desarrolla un procedimiento para la determinación de un grupo de antidepresivos tricíclicos en preparados farmacéuticos que no utiliza disolvente orgánico. Se estudia, también, el efecto de la temperatura sobre la retención y la forma de pico para un grupo de flavonoides. Estos compuestos muestran una interesante interacción con Brij-35, con una cinética de reparto particular para cada flavonoide, en función de la posición de los grupos oxhidrilo en los anillos de su estructura. A temperatura ambiente, el Brij-35 origina picos cromatográficos anchos y baja resolución, debido a la lentitud del equilibrio de adsorción-desorción sobre fases estacionarias de RPLC recubiertas con este surfactante. Al aumentar la temperatura, se incrementa la velocidad de este equilibrio, asemejándose el comportamiento de los flavonoides al observado con fases móviles de acetonitrilo-agua, para las que la cinética de reparto alcanza rápidamente la condición de equilibrio. En definitiva, el conjunto de trabajos presentados en esta Memoria pretende ser una contribución al reconocimiento de la práctica del uso de aditivos en las fases móviles en RPLC, para mejorar la separación de compuestos básicos y fenólicos, y proporcionar un criterio que permita decantarse con fiabilidad por un determinado tipo de aditivo y/o columna, según las necesidades e intereses que se persigan en un análisis particular.	es_ES
dc.description.abstract	The vast majority of the compounds used as active ingredients in pharmaceuticals contain basic nitrogen atoms in their structure. Its analysis by reverse-phase liquid chromatography (RPLC) with silica columns presents a series of drawbacks, among which are high retention, tailing peaks and low efficiencies, owing to the presence of residual silanols on the stationary phase which when ionized, interact with cationic analytes via ion-exchange processes, the effect being more or less pronounced depending on the selected column. Although many materials are apparently similar, there are differences in performance depending on the type of silica in the column and packaging density. Today, with the commercialization of new generation columns, together with the improvement of the technology used in the manufacture of RPLC packings, the effect of residual silanols on the retention of basic compounds is weaker. However, the problem has not been completely eliminated. A very effective practice to mask the effect of silanols is the addition of reagents to the mobile phase, which are adsorbed onto the stationary phase modifying its properties. Experimentally, the methodology is simple to implement, as it does not require the use of equipment or columns with special features, but just add to the hydro-organic mobile phase (usually buffered at an acidic pH) a small amount of the selected masking agent. Among the additives, ionic liquids and surfactants are becoming relevant. Although there is an extensive literature that addresses the issue of improving the chromatographic separation of basic compounds, at the beginning of this PhD work there were no clear conclusions about what guidelines should be considered to choose the most suitable additive in each case. Moreover, when new additives are proposed or usual additives are applied to new families of analytes, the retention mechanisms that are taking place are not examined, and the results are usually not compared with those obtained with other types of additives, or using other solutions as stationary phases specially designed for the analysis of basic compounds. This results in the fact that, among the existing options, the most appropriate is not always chosen. This was specifically the main objective that has been sought along this PhD work. Thus, the chromatographic behaviour of two families of basic compounds (β-blockers and tricyclic antidepressants) has been studied, using mobile phases with ionic liquids or surfactants. The disadvantages associated with the analyses of these analytes in RPLC, in the absence of additive, are solved satisfactorily in most cases, giving rise to useful guidelines regarding the most adequate stationary phase and additive for each particular case. The most remarkable finding is that the use of a suitable ionic liquid allows a low cost chromatographic column to provide results comparable to or better than those with special columns of high price. Studies in the commitment for the development of a sustainable and "green Analytical Chemistry" are also included, which consists of the possibility of using mobile phases consisting of water and soap with the neutral surfactant Brij-35. Particularly interesting are the results obtained with a group of flavonoids, chromatographed at high temperature. All these aspects are described in the PhD report along five chapters divided into two parts, as detailed below: The first part consists of three chapters, which describe fundamental studies on the interaction of four ionic liquids with RPLC columns, and the modification of the chromatographic behaviour of basic compounds. Specifically, a comprehensive study of the retention mechanism that may take place in the chromatographic elution of β-blockers from a Kromasil C18 column, in the presence of ionic liquids containing in its structure an imidazolium cation and an alkyl chain of variable length side, and the tetrafluoroborate or hexafluorophosphate anion, is described. The behaviour observed in the presence of ionic liquids is compared to that with the anionic surfactant sodium dodecyl sulfate and triethylamine. Having established that ionic liquids associated with the anion tetrafluoroborate are more effective as masking agents of silanol groups, the study of their performance is extended to several C18 columns with diverse contents of free silanols. The suppressing potency of the silanol effect is established for each additive, based on the decrease in retention or through the improvement in peak shape. Typically, published studies that use ionic liquids examine a small number of mobile phases of different composition, where the concentration of the selected organic solvent is usually fixed. This limits the gathered information about the overall chromatographic behaviour of analytes. For this reason, an interpretive optimization strategy was applied for finding the optimal separation conditions for a group of β-blockers eluted with mobile phases containing varying concentrations of acetonitrile and the ionic liquid 1-hexyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, using three C18 columns of different nature. The superiority of this ionic liquid in the analysis of basic compounds is thus checked. The second part of the PhD report includes two chapters that address the usefulness of the surfactant Brij-35 in the separation of basic compounds and flavonoids, when used in micellar conditions as mobile phase additive. Brij-35 is a surfactant of minor use in the so-called “micellar liquid chromatography”, but with interesting perspectives in the field of "green Analytical Chemistry". A method is first developed for the determination of a group of tricyclic antidepressants in pharmaceutical preparations, without the need of organic solvent. The effect of temperature on the retention and peak shape for a group of flavonoids is also studied. These analytes show an interesting interaction with Brij-35, with particular partitioning kinetics for each flavonoid depending on the position of the hydroxyl groups in the ring structure. At room temperature, Brij-35 yields broad chromatographic peaks and low resolution, due to slow adsorption-desorption equilibria on the RPLC stationary phase, which is coated with the surfactant. By increasing the temperature, the reaction rate is increased, and the behaviour becomes similar to that observed for flavonoids eluted with acetonitrile-water mixtures, for which the partitioning kinetics is rapid, reaching instantaneously equilibrium conditions. In short, the work presented in this report is a contribution to the recognition of the practical use of additives in RPLC mobile phases to improve the separation of basic compounds and phenols, and provide a criterion to select reliably a particular type of additive and/or column, according to the needs and interest that are pursued in a particular analysis.	en_US
dc.format.extent	258 p.	es_ES
dc.language.iso	es	es_ES
dc.subject	líquidos iónicos	es_ES
dc.subject	fase inversa	es_ES
dc.subject	brij-35	es_ES
dc.subject	cromatografía líquida	es_ES
dc.subject	rendimiento cromatográfico	es_ES
dc.title	Eliminación de la actividad silanofílica en cromatografía líquida en fase inversa mediante el uso de aditivos	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::QUÍMICA::Química analítica::Análisis cromatográfico	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::QUÍMICA::Química Farmacéutica	es_ES
dc.embargo.terms	0 days	es_ES