Investigação de formas sólidas multicomponente do antibacteriano norfloxacina

Abstract

O trabalho apresentado nesta dissertação tem como objetivo a investigação do estado sólido da norfloxacina, um antibiótico de larga utilização, e também de novas formas multicomponente deste ativo, com relevo para co-cristais, utilizando como co-formadores flavonóides, com potencial para atividade antimicrobiana sinérgica, e amidas. Atualmente, a norfloxacina é usada para tratar gonorreia, infeções da próstata, urinárias, biliares e do trato respiratório. O composto tem sido objeto de diversos estudos dada a sua relevância a nível de aplicações e a necessidade de melhorar algumas das suas propriedades, nomeadamente a baixa solubilidade aquosa e a higroscopicidade. Os flavonóides são uma classe de compostos polifenólicos naturais, que se encontram em diversos alimentos, sendo usados como nutracêuticos ou suplementos alimentares. Possuem ação antibacteriana e efeitos antioxidantes, anti-inflamatórios, anticoagulantes, anti-hipertensivos, anti tumorais e cardioprotetores. Os flavonóides utilizados na realização deste trabalho são a quercetina, a catequina e a miricetina.Uma vez que as publicações referindo co-cristais de norfloxacina são escassas e dizem respeito à associação com ácidos carboxílicos, investigou-se também a formação de co-cristais com co-formadores contendo o grupo amida, por forma a explorar outro tipo de sintão supramolecular na formação de co-cristais deste ativo. Portanto, estudaram-se também como co-formadores amidas, nomeadamente a benzamida, a salicilamida e a etenzamida. Entre elas, possuem uma complexidade estrutural crescente, permitindo também analisar o efeito da complexidade estrutural do co-formador na possibilidade de formação de co-cristais. Quer a salicilamida quer a etenzamida são também ativos farmacêuticos, abrindo a possibilidade de preparação de formas sólidas multicomponente para terapia dual. Foi possível identificar métodos para obtenção reprodutível de 3 polimorfos de norfloxacina, as formas A, B e C, e dum sesquihidrato. Os resultados apontam para uma relação de enantiotropia entre as formas A e B, e A e C da norfloxacina, sendo a Forma A o polimorfo estável a temperaturas próximas da de fusão. Foi identificado que na forma C a molécula de norfloxacina existe como zwiterião, o que tinha, até agora, sido observado apenas em solvatos.A investigação de formas sólidas multicomponente foi levada a cabo por mecanoquímica. No estudo da associação de norfloxacina e flavonóides foi possível identificar co-amorfos para os sistemas norfloxacina + quercetina e norfloxacina + catequina, este último de baixa estabilidade. Os resultados apontam também para a associação de miricetina e de norfloxacina numa estrutura supramolecular obtida por LAG, co-cristal equimolar que se encontra solvatado. Este co-cristal e o co-amorfo com quercetina poderão ser úteis em termos de aplicação farmacêutica pelo que deverão ser alvo de investigação adicional.Foram obtidos co-cristais de norfloxacina quer com a benzamida (na proporção 2:3), quer com a salicilamida. Com este último co-formador a estequiometria do co-cristal é de (1:1), tendo sido identificados dois polimorfos. Com a etenzamida, com estrutura molecular mais flexível, a mecanoquímica resultou em misturas físicas dos dois compostos. Todos os sólidos investigados durante este projeto foram caracterizados através de técnicas complementares: espectroscopia por refletância total atenuada no infravermelho com transformada de Fourier (ATR-FTIR), calorimetria diferencial de varrimento (DSC), difração de raios-X de pó (XRPD) e termogravimetria (TGA).

The work presented in this dissertation aims to investigate the solid-state of norfloxacin, a widely used antibiotic, and also new multi-component forms of this active, with emphasis on cocrystals, using flavonoids as co-formers, with potential for synergistic antimicrobial activity, and amides. Currently, norfloxacin is used to treat gonorrhea, prostate, urinary, biliary, and respiratory tract infections. This compound has been the subject of several studies due to it’s relevance in terms of applications and the need to improve some of it’s properties, namely it’s low aqueous solubility and hygroscopicity. Flavonoids are a class of natural polyphenolic compounds found in many foods and used as nutraceuticals or food supplements. They have antibacterial action as well as antioxidant, anti-inflammatory, anticoagulant, antihypertensive, anti-tumor, and cardioprotective effects. The flavonoids used in this work are quercetin, catechin, and myricetin.Since publications referring to norfloxacin co-crystals are scarce and concern the association with carboxylic acids, the formation of co-crystals with co-formers containing the amide group was also investigated to explore another type of supramolecular synthon in the formation of co-crystals of this asset. Therefore, amides, namely benzamide, salicylamide and etenzamide, were also studied as co-formers. In addition, by using amides with increasing structural complexity, we were able to analyze the effect of the co-former structural complexity on the co-crystals formation. Both salicylamide and etenzamide are also active pharmaceuticals, opening up the possibility for dual therapy by preparing multi-component solid forms.It was possible to identify methods to reproducibly obtain 3 polymorphs of norfloxacin, forms A, B and C, and a sesquihydrate. The results point to an enantiotropic relationship between forms A and B, and forms A and C of norfloxacin, with form A being the stable polymorph at temperatures close to melting temperatures. It was also identified that in the C form the norfloxacin molecule exists as a zwitterion, which has, until now, been observed only in solvates.The investigation of multicomponent solid forms was carried out by mechanochemistry. In the study of the association between norfloxacin and flavonoids, it was possible to identify coamorphs for the systems norfloxacin + quercetin and norfloxacin + catechin, the latter with low stability. The results also point to the association of myricetin and norfloxacin in a supramolecularstructure obtained by LAG, an equimolar co-crystal that is solvated. This co-crystal and the coamorph with quercetin have the potential to be used in pharmaceutical applications and shouldthereforebe further investigated. Norfloxacin co-crystals were obtained with either benzamide (2:3 ratio) or salicylamide. With this last co-former, the stoichiometry of the co-crystal is (1:1), having been identified two polymorphs. With etenzamide, which has a more flexible molecular structure, the mechanochemistry resulted in physical mixtures of the two compounds. All solids investigated during this project were characterized using complementary techniques: Fourier transform infrared attenuated total reflectance spectroscopy (ATR-FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray powder diffraction (XRPD), and thermogravimetry (TGA).