Control of Polymorphism in Molecular Cocrystals by Mechanochemistry
Creators: name: Linberg, Kevin
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: Mechanochemie
subject: Polymorphie
subject: Temperatur
subject: Energieeintrag
subject: Mechanochemistry
subject: Polymorphs
subject: Temperature
subject: Energy input
subject: 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften

description: Im Vergleich zu herkömmlichen, lösungsmittelbasierten Methoden bietet die Mechanochemie eine einzigartige Möglichkeit, die entstehende Kristallstruktur zu kontrollieren und neue sowie metastabile Kristallstrukturen zu erhalten. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Mechanochemie zur selektiven Synthese von Polymorphen unter Verwendung verschiedener Lösungsmittel eingesetzt werden kann. Um den Prozess umweltfreundlicher zu gestalten, ist es erforderlich, auf den Einsatz von Lösungsmitteln zur selektiven Herstellung von Polymorphen mittels Mechanochemie zu verzichten. Bisher wurde nicht systematisch untersucht, ob eine mechanochemische Polymorphkontrolle ohne den Zusatz von Lösungsmitteln möglich ist. Um zu untersuchen, ob eine Kontrolle von Polymorphen ohne Lösungsmittel Zusatz erreicht werden kann, wurden verschiedene Kokristallsysteme unter Verwendung unterschiedlicher Mahlparameter (Energieeintrag, Bechermaterial und Mühlentemperatur) getestet. Zu diesem Zweck wurde die Cokristalle von drei pharmazeutischen Modellsystemen untersucht. Die untersuchten Systeme waren: (1) Isonicotinamid + Carbamazepin, (2) Isonicotinamid + Glutarsäure sowie (3) Nicotinamid + Pimelinsäure. Jedes System bildet polymorphe Kokristallprodukte. Im Verlauf dieser Arbeit wurde die Stabilität der Polymorphe mittels DFT-Simulationen, DSC und VT-PXRD-Experimenten untersucht. Es wurde gezeigt, dass der Energieeintrag und die Mühlentemperatur eine wichtige Rolle für das mechanochemische Produkt spielen. Eine Kombination aus Energieeintrag und Mühlentemperatur kann sogar hoch Temperatur Polymorphe bei niedriger Temperatur stabilisieren. Basierend auf diesen Ergebnissen können die mechanochemischen Parameter genutzt werden, um die Energiebarrieren für Festkörperübergänge zu senken. Diese Erkenntnisse werden für künftige Untersuchungen von mechanochemischen Prozessen in verschiedenen Materialien und deren Erscheinungsformen wertvoll sein.
description: Mechanochemistry provides a unique opportunity to control the emerging crystal structure and obtain new and metastable crystal structures, compared to conventional solvent-based methods. However, many factors in mechanochemistry remain largely unexplored despite its potential for polymorph control. Polymorphs can be synthesized selectively using different solvents via mechanochemistry. To achieve environmentally friendly processes, it is necessary to explore methods for producing selective polymorphs through mechanochemical reactions without the use of solvents. It has not yet been systematically investigated whether mechanochemical polymorph control is possible without the addition of solvents. The purpose of this study was to investigate whether polymorph control can be achieved without solvents. To achieve this, different cocrystal systems were tested using various milling parameters (energy input, jar material, and milling temperature). Specifically, the cocrystallisation of three pharmaceutical model systems was investigated by ball milling. These systems included: (1) isonicotinamide + carbamazepine, (2) isonicotinamide + glutaric acid, and (3) nicotinamide + pimelic acid. Each system produces polymorphic cocrystal products. In the process of this work, the stability of the polymorphs were investigated using DFT simulations, DSC and VTPXRD experiments to determine the stability at elevated temperatures. Mechanochemical outcomes of ball milling reactions are influenced by both energy input and milling temperature. The combination of energy input and milling temperature can also stabilize high-temperature polymorphs at low temperatures. These results suggest that mechanochemical parameters can lower the energy barriers for solid-state transitions and provide new insights into controlling polymorphism through mechanochemistry. These findings will be useful for future investigations of mechanochemical processes in various materials and their manifestations.