The use of high-speed differential scanning calorimetry (Hyper-DSC™) to study the thermal properties of carbamazepine polymorphs

McGregor, Caroline; Saunders, Mark N. K.; Buckton, Graham; Saklatvala, Robert

doi:10.1016/j.tca.2003.09.031

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“…Forms I and III of the drug constitute an enantiotropic pair, whose relative thermodynamic stability changes at 70 °C. Below this temperature, Form III is most stable, while above this temperature, Form I becomes more stable (McGregor et al, 2004;Behme, Brook, 1991;Lowes et al, 1987).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 98%

“…It is therefore important to investigate the stability and thermal behavior of the spontaneously hydrated form, the regeneration of the active anhydrous Form III, and the polymorphic conversions involved in this process. Thermal analyses employing DSC and TG-DTA have been used previously to gain insight into the thermal behaviors of hydrated CBZ and Form III (Liu, Dang, Wei, 2012;McGregor et al, 2004;Han, Suryanarayanan, 1997).Although Liu and co-workers (Liu, Dang, Wei, 2012) recently described the thermal behavior of hydrated carbamazepine, considering dehydration, degradation, and kinetic data, to the best of our knowledge there have been no detailed studies of the degradation of CBZ and the formation of volatile products using TG-FTIR and DSC with heat-cool-heat cycles in order to elucidate the crystallization processes.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Thermoanalytical studies of carbamazepine: hydration/dehydration, thermal decomposition, and solid phase transitions

Pinto¹,

Ambrozini²,

Ferreira³

et al. 2014

Braz. J. Pharm. Sci.

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Carbamazepine (CBZ), a widely used anticonvulsant drug, can crystallize and exhibits four polymorphic forms and one dihydrate. Anhydrous CBZ can spontaneously absorb water and convert to the hydrate form whose different crystallinity leads to lower biological activity. The present study was concerned to the possibility of recovering the hydrated form by heating. The thermal behavior of spontaneously hydrated carbamazepine was investigated by TG/DTG-DTA and DSC in dynamic atmospheres of air and nitrogen, which revealed that the spontaneous hydration of this pharmaceutical resulted in a Form III hydrate with 1.5 water molecules. After dehydration, this anhydrous Form III converted to Form I, which melted and decomposed in a single event, releasing isocyanic acid, as shown by evolved gas analysis using TG-FTIR. Differential scanning calorimetry analyses revealed that Form III melted and crystallized as Form I, and that subsequent cooling cycles only generated Form I by crystallization. Solid state decomposition kinetic studies showed that there was no change in the substance after the elimination of water by heating to 120 °C. Activation energies of 98 ± 2 and 93 ± 2 kJ mol -1 were found for the hydrated and dried samples, respectively, and similar profiles of activation energy as a function of conversion factor were observed for these samples. Uniterms:Carbamazepine/thermal analysis. Polymorphism. Hydrate. Dehydration.A carbamazepina (CBZ) é um anticonvulsivante frequentemente utilizado no Brasil e em vários países. Ela apresenta quatro formas polimórficas e um diidrato. Todas as formas são ativas farmacologicamente, porém a Forma III é a preferível do ponto de vista farmacêutico, em função de suas propriedades físico-químicas. Entretanto, essa forma é altamente higroscópica, podendo converter-se ao diidrato, menos ativo biologicamente. Nesse trabalho propõe-se avaliar o comportamento térmico da forma hidratada, visando à recuperação da forma ativa, por aquecimento. Para tanto, foi feito um estudo do comportamento térmico por TG/DTG-DTA e DSC em atmosfera dinâmica de ar e nitrogênio, que evidenciou hidratação espontânea da Forma III, gerando um hidrato contendo 1,5 moléculas de água. Essa forma sofre desidratação, seguida de fusão e conversão para a Forma I. Segue-se a decomposição em uma única etapa, na qual ocorre liberação do ácido isociânico, conforme análise de gases evolvidos, por termogravimetria acoplada ao infravermelho (TG-FTIR). Estudos por calorimetria exploratória diferencial mostraram que a Forma III se funde e se cristaliza imediatamente na Forma I, durante o aquecimento. A Forma I também se funde e ciclos de aquecimento/resfriamento posteriores evidenciaram que a substância se cristaliza apenas na Forma I por resfriamento. Estudos cinéticos da decomposição, em estado sólido, mostraram que não há alteração na substância pela eliminação da água por aquecimento, sendo determinados valores de energia de ativação da ordem de 98 ± 2 e 93 ± 2 kJ mol -1 , respectivamente, para a amostra hidratada e submeti...

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Section: Introductionmentioning

confidence: 98%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Thermoanalytical studies of carbamazepine: hydration/dehydration, thermal decomposition, and solid phase transitions

Pinto¹,

Ambrozini²,

Ferreira³

et al. 2014

Braz. J. Pharm. Sci.

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“…The fast heating rates do not inhibit the sample from responding to the energy imputed (as seen by no changes in heats of fusion for melt transitions between heating rates) but can affect and inhibit kinetically controlled transitions such as recrystallisation, polymorph interconversion (McGregor et al, 2004); therefore, in this case the high heating rates may inhibit further solubilisation due to the increase in solubility profile caused by increasing the temp that may otherwise occur during slower scans. In order to demonstrate the utility of this approach, this study describes the use of HDSC to measure the solubility of the model drug metronidazole within silicone elastomer.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

High speed DSC (hyper-DSC) as a tool to measure the solubility of a drug within a solid or semi-solid matrix

Gramaglia¹,

Conway²,

Kett³

et al. 2005

International Journal of Pharmaceutics

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General rights Copyright for the publications made accessible via the Queen's University Belfast Research Portal is retained by the author(s) and / or other copyright owners and it is a condition of accessing these publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. AbstractConventional differential scanning calorimetry (DSC) techniques are commonly used to quantify the solubility of drugs within polymeric-controlled delivery systems. However, the nature of the DSC experiment, and in particular the relatively slow heating rates employed, limit its use to the measurement of drug solubility at the drug's melting temperature. Here, we describe the application of hyper-DSC (HDSC), a variant of DSC involving extremely rapid heating rates, to the calculation of the solubility of a model drug, metronidazole, in silicone elastomer, and demonstrate that the faster heating rates permit the solubility to be calculated under non-equilibrium conditions such that the solubility better approximates that at the temperature of use. At a heating rate of 400 • C/min (HDSC), metronidazole solubility was calculated to be 2.16 mg/g compared with 6.16 mg/g at 20 • C/min.

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“…O comitê da ICH também definiu, por meio da Guidance (1987), que se o fenômeno de polimorfismo for conhecido, uma instrução geral deve constar na monografia farmacopeica da seguinte forma: "a substância exibe o fenômeno de polimorfismo". [41][42][43][44][45][46][47][48][49][50] Moneghini et al relataram através de análises de DSC e DRX que o fármaco atenolol, um anti-hipertensivo, se apresentou na forma cristalina com os agentes dispersores povidona e polivinilpirrolidona/ vinil acetato, e na forma amorfa com os dispersores crospovidona e eudragit E. Os resultados coincidem com aqueles de maiores taxas de dissolução do fármaco na fase amorfa. 47 Leitão identificou quatro formas polimórficas da terfenadina, utilizando condições de recristalização diferentes para a obtenção das formas cristalinas, sendo usados solventes e temperaturas variadas e empregando DSC e DRX para caracterização dos polimorfos.…”

Section: Polimorfismounclassified

Análise térmica aplicada a fármacos e formulações farmacêuticas na indústria farmacêutica

Oliveira¹,

Yoshida²,

Gomes³

2011

Quím. Nova

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Recebido em 16/10/10; aceito em 11/2/11; publicado na web em 15/4/11 THERMAL ANALYSIS APPLIED TO DRUGS AND PHARMACEUTICAL FORMULATIONS IN PHARMACEUTICAL INDUSTRY. Several matters of the pharmaceutical demonstrate the great importance of thermal analysis application, especially TG and DSC for the pharmaceutical industry future, namely: characterization of the drugs with the thermal events definition, in studies of drug purity, in the polymorphs identification, in compatibility studies of solid dosage pharmaceutical formulations, in drugs and pharmaceutical formulations thermal stability, and in determination of shelf life for isothermal degradation kinetics by extrapolation using the Arrhenius equation. Thus, the test results obtained from thermal analysis are directly related to the quality of a pharmaceutical product, whether the stability or bioavailability of the pharmaceutical product.Keywords: thermal analysis; pharmaceutical industry; characterization. INTRODUÇÃOVários estudos relacionados à aplicação da termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) na caracterização, avaliação de pureza, compatibilidade de formulação farmacêutica, identificação de polimorfismo, estabilidade e decomposição térmica de fármacos e medicamentos encontram-se descritos na literatura. A TG é utilizada para medir a variação de massa em função da temperatura em uma atmosfera controlada sob um programa de aquecimento. Para fins farmacêuticos, seu uso é descrito na caracterização, determinação de pureza e de umidade, identificação de pseudopolimorfismo, na avaliação da estabilidade de fármacos e medicamentos e em estudos de cinética de degradação. A DSC é utilizada para medir a diferença de fluxo de calor entre uma substância e um material de referência em função de um programa de aquecimento ou resfriamento. Na área farmacêutica é utilizada na caracterização térmica e determinação da pureza de fármacos, estudos de compatibilidade entre os constituintes da formulação e identificação de polimorfismo com determinação das entalpias de cada forma cristalina.Recentemente, muitos trabalhos em análise térmica têm sido publicados na área aplicada à indústria farmacêutica. Desta forma, as indústrias brasileiras estão, cada vez mais, demonstrando o interesse neste âmbito. Os artigos publicados demonstram que os dados obtidos por análise térmica estão diretamente relacionados com a qualidade final de um produto farmacêutico, seja quanto à eficácia terapêutica do medicamento ou à estabilidade do mesmo ao longo do prazo de validade. Além disso, muitos órgãos regulamentadores de insumos e produtos farmacêuticos já descrevem a importância da análise térmica e dos parâmetros de qualidade dela provenientes. 1-7 APLICAÇÕESA Farmacopeia Japonesa, JP XIV, foi a primeira a descrever os métodos de análise térmica, mas sem nenhuma exigência em monografias. 6 A TG foi descrita apenas como um método alternativo para o teste de perda por dessecação em matérias-primas e ainda foi citada como suporte para aplicações do tipo estudo de purez...

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The use of high-speed differential scanning calorimetry (Hyper-DSC™) to study the thermal properties of carbamazepine polymorphs

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Thermoanalytical studies of carbamazepine: hydration/dehydration, thermal decomposition, and solid phase transitions

Thermoanalytical studies of carbamazepine: hydration/dehydration, thermal decomposition, and solid phase transitions

High speed DSC (hyper-DSC) as a tool to measure the solubility of a drug within a solid or semi-solid matrix

Análise térmica aplicada a fármacos e formulações farmacêuticas na indústria farmacêutica

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