Equilíbrio de fases a alta pressão de sistemas contendo dióxido de carbono, etanol, quercetina e nicotinamida

Abstract

A quercetina (QCN) é um flavonóide amplamente difundido na natureza, que apresenta diversas propriedades terapêuticas, atuando na prevenção e tratamento de várias doenças. No entanto, devido à sua baixa solubilidade em água, a utilização da QCN para fins medicinais e alimentícios permanece limitada. A cocristalização por técnicas envolvendo antissolventes supercrítico e gasoso (SAS e GAS) com dióxido de carbono (CO2) pode produzir cocristais de QCN, na presença de um coformador como a nicotinamida (NIC), aumentando a sua solubilidade e taxa de dissolução no organismo. Para estes processos, os solutos devem precipitar de uma solução orgânica em condições supercríticas, onde o estudo do comportamento de fases dos sistemas de interesse (antissolvente + solvente orgânico + soluto) é fundamental no planejamento de um processo em meio supercrítico. Dados de equilíbrio de fases para os sistemas ternários CO2 + etanol + QCN e CO2 + etanol + NIC foram medidos para diferentes concentrações de QCN ou NIC em etanol, bem como para o sistema quaternário CO2 + etanol + QCN + NIC com uma razão molar de 1:1 (QCN:NIC). Para aquisição dos dados, o método sintético-visual foi empregado. A temperatura variou de 308,15 a 328,15 K e sob pressões de até 10,5 MPa. O equilíbrio líquido-vapor (ELV) com ou sem presença de sólido (ESLV) foi observado para todos os sistemas. O aparecimento de uma fase sólida foi relacionado as maiores frações molares do antissolvente (CO2) nos sistemas, de 0,7625 a 0,9. Nos sistemas ternários, o aumento da concentração de QCN deslocou a precipitação para menores frações molares de CO2 devido ao efeito antissolvente. Para os sistemas ternários contendo NIC, ocorreu precipitação em frações molares de CO2 mais altas, próximas ao ponto crítico da mistura. Entretanto, a precipitação se estabeleceu em condições subcríticas para todos os sistemas. Mesmo que a QCN e a NIC tenham solubilidades distintas, podem precipitar sob as mesmas condições no sistema quaternário, levando à possível formação de co-cristais. Os modelos de Peng-Robinson e Soave-Redlich-Kwong se ajustaram adequadamente aos dados experimentais, considerando todos os sistemas como sistemas pseudobinários. Sendo assim, os processos podem ser conduzidos com base no comportamento binário de CO2/etanol. Dados de equilíbrio de fases para os sistemas ternário e quaternário estudados neste trabalho ainda não foram encontrados na literatura, e as informações obtidas podem ser úteis para as técnicas SAS, GAS e outros processos a alta pressão para obtenção de partículas de QCN.

Abstract: Quercetin (QCN) is a naturally occurring and widespread flavonoid with diverse therapeutical and disease preventive properties. However, due to its poor water solubility, QCN utilization for medicinal and food applications remains limited. Co-crystallization by supercritical and gaseous antisolvent techniques (SAS and GAS) with carbon dioxide (CO2) can produce QCN co-crystals, in the presence of a coformer such as nicotinamide (NIC), increasing its solubility and dissolution rates. For these processes, the solutes must precipitate form an organic solution at supercritical conditions. Phase behavior knowledge of systems of interest (antisolvent + organic solvent + solute) is fundamental before designing a supercritical process. Equilibrium data for the ternary systems CO2 + ethanol + QCN and CO2 + ethanol + nicotinamide (NIC) were measured for different concentrations of QCN or NIC in ethanol, as well as the quaternary system CO2 + ethanol + QCN + NIC with a molar ratio of 1:1 (QCN:NIC). For data acquisition, the synthetic-visual method was employed. The temperature ranged from 308,15 to 328,15 K and under pressures up to 10,5 MPa. The vapor-liquid equilibrium (VLE) with or without a solid presence (SVLE) was observed for all systems. The appearance of a solid phase was related to higher molar fractions of the antisolvent (CO2) in the systems, from 0,7625 to 0,9. For ternary systems, precipitation occurred at lower CO2 molar fractions following the increase in QCN concentration due to the antisolvent effect. For NIC ternary systems, precipitation occurred at higher CO2 molar fractions close to the mixture critical point. Although, precipitation settled in subcritical conditions for all systems. According to discussed data, despite their distinct solubilities, QCN and NIC may precipitate together at the same conditions in the quaternary system, thus leading to the co-crystals formation. The Peng-Robinson and Soave-Redlich-Kwong models were successfully adjusted to the experimental data points considering all systems as pseudobinary systems. Thus the processes can be conducted relying on binary CO2/etanol behavior. The phase behavior of the studied ternary and quaternary system has not been discussed in the literature yet, and information can be useful for SAS, GAS and other high-pressures processes for obtaining QCN particles.