İlaç etken maddelerinin yüksek sıcaklıktaki çözünürlüğünün incelenmesi: çözünürlük modelleri ve kromatografik ayrımlar
Investigation of solubility of active pharmaceutical ingredients at high temperature: solubility models and chromatographic separations
Yazar: SEMA AKAY
Danışman: PROF. DR. BERKANT KAYAN
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Atık su = Waste water ; Kromatografi = Chromatography ; Mikrokirleticiler = Micropollutants ; Çözünürlük = Solubility

Özet:
Günümüzde, atık sulardaki kirleticiler konusunda tarım uygulamaları, endüstriyel deşarjlar ve insanlar önemli bir rol oynamaktadır. Tüm bu uygulamalar, çeşitli kirleticiler üreterek ve su döngüsünü değiştirerek doğa ve insan sağlığı üzerinde küresel bir endişeye neden olmaktadır. Mikrokirleticiler içerisinde bugün en çok dikkat çekenlerden biri, içme suları vasıtasıyla insan sağlığında risk uyandırma potansiyeline sahip olan ilaç kalıntılarıdır. İlaç kalıntılarının potansiyel sağlık riskleri yanında, sucul ekosisteme ve fiziki çevreye olan zararları da pek çok araştırmanın konusunu oluşturmaktadır. Bu kirleticiler, farklı su kaynaklarında genellikle birkaç ng/L ile  μg/L arasında değişen çok düşük konsantrasyonlarda bulunmaktadır.  
İlaçların çözünürlüğünde kullanılacak ideal çözücü, ayarlanabilir özelliklere sahip çok yönlü bir çözücü olan 'su'dur. Su, kaynama sıcaklığı ile kritik sıcaklığı arasında subkritik su olarak adlandırılmaktadır. Bu çalışmada, subkritik su kullanılarak ilaç etken maddelerinin çözünürlüğü incelenmiştir. Sonuçlar, ilaç etken maddelerinin yüksek sıcaklıktaki sulu çözünürlüğünün, ortam sıcaklığından daha yüksek olduğunu göstermiştir. 498 K'a kadar artan sıcaklık, 5-Fluorourasil için 12 kat, sülfadiazin için 15 kat, essitalopram okzalat için 55 kat, flukonazol için 147 kat ve ibuprofen için 10600 kat arasında değişen çözünürlük artışlarıyla sonuçlanmıştır. Deneysel verilere dayanarak, subkritik suda ilaç etken maddelerinin çözünürlüğünü tahmin etmek için matematiksel modeller geliştirilmiştir. Modeller başarıyla doğrulanmış ve teorik çözünürlük değerleri deneysel verilerle iyi bir şekilde eşleşmiştir. Ayrıca, Modifiye Apelblat denklemi, yüksek sıcaklıklarda deneysel değerlerle iyi bir uyum sağlamıştır. Subkritik sudaki ilaç etken maddelerinin molar çözünme entalpisi yüksek sıcaklık koşullarında belirlenmiştir. Pozitif entalpi değerleri, işlemin endotermik olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, subkritik sudaki ilaç etken maddelerinin yeterli çözünürlüğü, bu ajanların analizi için yeşil kromatografik teknikler kullanmamıza imkan sunmuştur.

Abstract:
Nowadays, agriculture practices, industrial discharges and the human being play an important role on the issue of pollutants in wastewater. All these practices have generated various pollutants and altered the water cycle causing a global concern on nature and human health. Today, one of the most important micropollutants groups are residual pharmaceuticals which have potentially health risks for human through drinking water. In addition to the potential health risks of residual pharmaceuticals, their harmful effect on aquatic and physical environment have constituted the main focus of many research studies.  These pollutants have commonly found in very low concentrations ranging from a few ng/L to several μg/L in different water resources.  
Water is by far the most suitable solvent for active pharmaceutical ingredients (APIs) as it is a versatile solvent with tunable properties. Water is called subcritical water between its boiling and critical temperatures. In the present study, the solubility of APIs was investigated by using subcritical water. The results showed that the aqueous solubility of APIs at elevated temperature was higher than that of ambient temperature. Increasing temperature up to 498 K were resulted in solubility enhancements ranging from 12-fold for 5-Fluorouracil, 15-fold for sulfadiazine, 55fold for escitalopram oxalate, 147-fold for fluconazole and to 10600-fold for ibuprofen. Based on the experimental data, mathematical models were developed to predict the solubility of APIs in subcritical water. The models were validated successfully and the theoretical solubility values matched well with the experimental data. Furthermore, a modified Apelblat equation provided a good fit to the experimental values at elevated temperatures. The molar enthalpies of dissolution of APIs in subcritical water were determined at high temperatures conditions. The positive enthalpy values indicated that the process was endothermic. Consequently, the adequate solubility of APIs in subcritical water allowed us to perform green chromatographic techniques for the analysis of this agents.