Síntesis de estearato de magnesio a partir de derivados de la Elaeis guineensis (Palma Africana)

Escrito por Floria Andrea Garita Segura, Dineth Adriana Sequeira Gutiérrez Viernes, 04 de Septiembre de 2009 01:03

Edición 1 - Farmacia

Floria Andrea Garita Segura
Dineth Adriana Sequeira Gutiérrez
Estudiantes
Facultad de Farmacia Universidad de Iberoamérica

RESUMEN

La presente investigación tuvo como objetivo primordial evaluar la factibilidad de la síntesis del estearato de magnesio a partir de derivados de la Elaeis guineensis, como es el caso del Parafán®. Dicha síntesis se llevó a cabo mediante reacciones de hidrólisis enzimática y química, con el objeto de obtener ácidos grasos libres. La hidrólisis enzimática fue realizada con bromelina y cisteína, obteniéndose un producto de ciclación como resultado de una reacción intramolecular, en lugar del ácido graso. Con las hidrólisis químicas se obtuvieron productos intermedios que corresponden a sales de potasio de ácidos grasos, predominantemente esteárico y palmítico.

Posteriormente se realizó la separación de la glicerina y de manera consecutiva la síntesis de estearato de magnesio por dos vías, la primera mediante la reacción con hidróxido de magnesio, donde se obtuvo un porcentaje de rendimiento de 68,14%; y la segunda, utilizando acetato de magnesio, donde se obtuvo un porcentaje de rendimiento de 87,41%, además de resultar ser una vía con procedimientos de secado más favorables. Una vez obtenido el producto final, se realizaron pruebas de identificación que permitieron comprobar la efectividad de la síntesis. Asimismo se elaboraron preparados farmacéuticos con el producto obtenido que cumplen con las especificaciones según la literatura.

ABSTRACT

This investigation had as basic aim evaluate the feasibility of magnesium stearate synthesis from Parafán®. This synthesis consisted of several stages of reaction, including enzymatic and chemically hydrolysis reactions in order to obtain free falty acids. The enzymatical hydrolysis was realized with bromeline and cysteine, and as a result of an intramolecular reaction is obtained a cyclation product instead of the falty acid. In the case of the chemical hydrolysis there were obtained intermediate products that correspond to falty acids salts of potassium, predominantly stearic and palmitic. 

Afterwards is realized the separation of glycerin and in a consecutive way the synthesis of magnesium stearate using two methods of reaction, the first one using magnesium hydroxide, in wish a 68,14% of performance percentage was obtain. The second one with magnesium acetate purchase an 87,41% of performance percentage and it also provides a better dehydrate process. Once obtained the final product, there were realized identification tests that allow verifying the efficiency of the synthesis. Likewise prepared pharmacists were elaborated by the obtained product and they fulfill the specifications according to the literature.

INTRODUCCIÓN:

La Elaeis guineensis es también conocida como la “palmera aceitera”, su cultivo se encuentra muy extendido por toda la zona tropical húmeda.  Fue introducida a América en el siglo XVI junto con los esclavos y después de haberse aclimatado, se propagó espontáneamente. El botánico Adanson, en el año 1750, fue el primero que hizo la descripción de esta palmera y de los usos que de ella se hacían en la península de Cabo Verde en Senegal.

El consumo de los derivados de este cultivo es reducido en algunas regiones del mundo debido al desconocimiento de las características del aceite, que es el principal producto obtenido en el procesamiento de la fruta. En la actualidad, se ha realizado mayor investigación en este campo y se han incrementado las áreas de siembra debido a que ha logrado demostrarse que el aceite de palma es un producto apto y útil para el consumo humano.

Una de las sustancias derivadas del aceite que se utiliza en la industria farmacéutica es el estearato de magnesio; con respecto del cual se debe tomar en cuenta que su forma comercial es una mezcla de sales de magnesio de diferentes ácidos grasos, que consiste principalmente en ácido esteárico y ácido palmítico y, en menores proporciones de otros ácidos grasos saturados.

El estearato de magnesio es un polvo blanco fino, poco compacto,  jabonoso al tacto; insoluble en agua, alcohol y éter.  Este compuesto, además de su utilización en formulaciones farmacéuticas, es ampliamente usado también en la industria cosmética y alimentaria. Su empleo primordial en la industria farmacéutica es como excipiente lubricante en la elaboración de tabletas y cápsulas.

Los lubricantes se utilizan normalmente para reducir las fuerzas de fricción de las partículas entre sí, y entre las partículas y las superficies de contacto de los equipos, tales como tableta punzones y troqueles dispuestos en la fabricación de formas sólidas.

Si bien el estearato de magnesio es empleado en un sinnúmero de medicamentos, se debe tener en cuenta las posibles incompatibilidades en la formulación, tales como con ácidos fuertes, álcalis y sales de hierro.

El aceite de palma, fuente natural de este lubricante, deberá cumplir con un proceso de obtención de la materia prima del estearato, que pasa por varias etapas. Primeramente está la purificación del aceite de palma; como segunda etapa, la hidrólisis y separación de los ácidos grasos de la glicerina, para lo cual se tienen dos vías: la saponificación y la hidrólisis enzimática. Este último proceso no necesita presión y temperaturas tan elevadas.

Posteriormente, se procede a la formación de la sal estearato de magnesio, utilizando como reactivos ya sea hidróxido de magnesio o acetato de magnesio. Esta sal deberá ser analizada para comprobar su efectividad en cuanto a sus propiedades, por ejemplo en compresión directa, ya que será el producto final.

Actualmente muchas de las industrias químicas y farmacéuticas utilizan gran cantidad de materia prima que son importadas de otros países, ya que en Costa Rica no se cuenta con la tecnología necesaria para producir este tipo de productos. En efecto, hasta el momento la utilización de las biomasas se ha limitado a la industria alimenticia y de construcción; sin embargo, la posibilidad de transformarlas químicamente permitiría generar una gran cantidad de productos que ofrecen una gran posibilidad en el desarrollo farmacéutico industrial.

Es de interés principal de la investigación utilizar los derivados de Elaeis guineensis para la obtención de un excipiente lubricante usado en la industria farmacéutica, como lo es el estearato de magnesio.

MATERIALES Y MÉTODOS:

La investigación realizada fue un estudio experimental, donde los resultados se obtuvieron en forma secuencial de acuerdo con su cronología prospectiva.  Se resumen a continuación los pasos seguidos:

• Obtener las muestras del derivado de Elaeis guineensis (palma africana).
• Realizar las reacciones necesarias con el derivado de  Elaeis guineensis para obtener los ácidos grasos libres; por ejemplo, hidrólisis básica o enzimática, entre otros posibles.
• Sintetizar, a partir de los productos anteriores, el estearato de magnesio mediante dos vías.
• Efectuar el análisis de los productos obtenidos.
• Elaborar tabletas con los derivados de ácidos grasos obtenidos

Para la síntesis de estearato de magnesio se parte en ambos casos de la hidrólisis básica de Parafán®, para lo cual, primeramente se determina el peso molecular promedio de éste, multiplicando la cantidad porcentual presente por el peso molecular de cada ácido graso. Las condiciones de reacción constituyen agitación constante, a un rango de temperatura de 70- 80°C, durante 45 minutos. Posteriormente se realiza la separación de la glicerina para la obtención de ácidos grasos libres, en un caso, mediante la adición de H2SO4 por protonación; y en el otro, utilizando etanol para lograr un efecto salino.

Síntesis de Estearato de Magnesio Vía I.
Se llevó a cabo mediante la reacción:

2RCOOH + 2Mg(OH)2 ↔ (RCOO-)2Mg+2 + 2H2O

Se toma en cuenta el nuevo peso molecular de la mezcla de sales de potasio.
La reacción se lleva a cabo a temperatura y agitación constantes, posteriormente se seca y se morteriza, obteniéndose un polvo fino.

Síntesis de Estearato de Magnesio Vía II.
Se lleva a cabo mediante la reacción:

2RCOO-K+ + Mg(OAc)2 → (RCOO)2Mg + 2KOAc

Se aplica agitación magnética constante, se filtra al vacío, se seca y morteriza, obteniéndose un polvo fino.

Obtención de bromelina. Métodos y técnicas de análisis:
Para aislar la bromelina cruda en el laboratorio, con el fin de realizar posteriormente la hidrólisis del aceite de palma, se realizaron los siguientes pasos:

• Extracción del jugo: se realiza licuando el rastrojo limpio de la piña (Ananas comosus) con proporciones 1:1 con agua.
• Filtración
• Precipitación: la mezcla se colocó a 4ºC por un periodo de 48 horas con acetona pura, grado reactivo, en una relación de 0,5 volúmenes de acetona por cada volumen de jugo, para eliminar impurezas presentes.
• Obtención: La enzima obtenida se separa del líquido sobrenadante por filtración y centrifugación.
• Secado: Tanto el papel de filtro  como el residuo obtenido producto de los tubos de la  centrifugación se guardaron protegidos de la luz y se secaron a temperatura ambiente.
• Conservación del producto: El polvo enzimático obtenido del raspado del papel de filtro, es estable si se conserva en recipientes herméticamente cerrados al vacío o en atmósfera inerte, protegidos de la luz, lo cual ayuda a mantener la estabilidad durante el almacenamiento en condiciones de refrigeración y en ambiente seco.
• Comprobación de actividad enzimática: se realiza mediante la prueba con reactivo de Biuret

Seguidamente se realiza la reacción de hidrólisis enzimática con Bromelina utilizando  50 ml de cloroformo, elegido como solvente por su afinidad con  todos los reactivos necesarios para la hidrólisis. Se mide pH y éste se encuentra entre 5 y 6, lo cual coincide con el rango de activación de la bromelina. Se agregan cantidades equivalentes en masa de Parafán® y bromelina (0.42g de cada uno). Se realiza con agitación constante, en ausencia de luz y temperatura. Finalmente se filtra y se envasa para su posterior análisis.
Compresión húmeda utilizando el estearato de magnesio sintetizado:

Se utiliza el proceso de compresión por vía húmeda. La humectación se lleva a cabo con agua destilada con pizeta. El secado del granulado se da en una estufa Fischer Scientific, a 50ºC durante 20 minutos. La mezcla se morteriza y se agregan de último los estearatos de magnesio sintetizados. La compresión se lleva a cabo en una Tableteadora Erweka utilizando la formulación según el Cuadro 1.

Cuadro1.

RESULTADOS:

Hidrólisis Básica del Parafán®:
Se observó que al mezclarlo con KOH(ac), la mezcla se torna de un color beige rosáceo, lo que era indicativo de la hidrólisis. Posteriormente conforme avanza el proceso, la mezcla se vuelve más clara y obtiene una consistencia más cremosa.

En el segundo proceso de hidrólisis se repitieron las condiciones  y se observaron los mismos resultados.

Separación de la glicerina:

La misma se lleva a cabo mediante dos métodos:

Mediante la adición de ácido sulfúrico: según lo observado, la mezcla  comenzó a separase, observándose finalmente un precipitado blanco sobrenadante en un líquido amarillento.

El mismo presenta un pH final de 2, lo que confirma la protonación propia del ácido. Una vez filtrada la mezcla, se obtiene una pasta de color beige, que corresponde a una mezcla de sales de potasio donde predomina el estearato.

Mediante la adición de etanol: Con esto se busca  emplear la técnica del efecto salino, en este caso se observa un precipitado blanco sobrenadante en un líquido café. Una vez filtrada la mezcla, se obtiene un sólido granulado jabonoso de aspecto similar al de la vía I.

Hidrólisis enzimática:

Para dicho proceso fue necesario realizar la extracción de la bromelina, a partir del rastrojo de la piña (Ananas comosus). En la extracción realizada se observa un precipitado, el cual se separa del líquido mediante dos procesos: filtración al vacío y centrifugación. En ambos casos se obtiene un sólido que al secarse, presenta una coloración blanco hueso. Posteriormente al realizar la prueba con Reactivo de Biuret, se observa una coloración violeta púrpura, lo que es indicativo de la presencia de proteínas, ya que  se forma un complejo entre el ion cúprico y los enlaces peptídicos. Una vez obtenida la bromelina, se realiza la hidrólisis del Parafán® mediante dos vías:

• Utilizando únicamente bromelina disuelta en cloroformo.
• Utilizando bromelina y cisteína como activador, disueltos en cloroformo.

En ambos casos la mezcla obtenida presenta una coloración transparente y cierta turbidez. La misma se filtra, se seca y se almacena para su posterior análisis espectroscópico.
Síntesis del estearato de magnesio:

A) Reacción con Hidróxido de Magnesio: Se realiza utilizando el producto de la Hidrólisis con separación de glicerina por acidificación con H2SO4. La mezcla obtenida fría adquiere una consistencia blanca lechosa con leve espuma. Posteriormente se calienta a ebullición para facilitar el proceso de secado. Sin embargo, fue necesario además introducir la mezcla en la estufa. Una vez seca la mezcla, se morteriza obteniéndose un polvo fino color blanco, cuyo peso es de 70.82g. Obteniéndose un porcentaje de rendimiento de 68,14%.

Si bien el proceso dio resultados satisfactorios, se presentó bastante dificultad en el proceso del secado, ya que requirió de gran cantidad de tiempo y temperaturas altas, por lo tanto se decidió evaluar otro método que optimizara dichas condiciones.

B) Reacción con Acetato de Magnesio:
La reacción con acetato de magnesio se realiza utilizando el producto de la Hidrólisis con separación de glicerina por efecto salino mediante la adición de etanol. Al concluir la reacción, la mezcla presenta dos capas, una con partículas superficiales más sólidas y otra con partículas suspendidas en el líquido.

Se obtiene un sólido blanco que se procede a secar en la estufa. Una vez seco, se morteriza y se obtiene un polvo blanco fino, cuyo peso es de 38.05g, correspondiente a un porcentaje de rendimiento de 87,41%.

Este valor corresponde a un porcentaje de rendimiento calculado a partir de los ácidos grasos libres producto de la hidrólisis y no así desde el Parafán®, debido a algunas pérdidas en el producto final de la saponificación.

Se realizan los análisis espectroscópicos correspondientes a ambos estearatos de magnesios sintetizados y se comparan con un estearato de magnesio patrón, como se expresa en los siguientes infrarrojos:

Finalmente se observan los picos característicos para éste, e inclusive con mayor porcentaje de tramitancia; lo que sería indicativo de mayor pureza del producto en ambos casos.

Además se realizan análisis espectroscópicos de la hidrólisis enzimática llevada a cabo con bromelina y bromelina/cisterna, obteniéndose una ciclación, producto de una reacción intermolecular.

Una vez obtenidos e identificados los estearatos de magnesio sintetizados por ambas vías, se procede a la elaboración de comprimidos. Durante este proceso no hubo problemas de fricción aparente o entrabamiento de la maquinaria. Finalmente se obtienen tabletas blancas, lisas, sin rupturas o laminado. Se observa una apariencia uniforme y una dureza aparentemente adecuada.

DISCUSIÓN:

En primer lugar, cabe destacar que las saponificaciones realizadas en medio básico resultaron ser prácticamente cuantitativas, de ahí la importancia para los rendimientos de aprovechamiento de los triglicéridos que fueron utilizados como materia prima (Parafán®). En cuanto a la formación de la sal magnésica, al utilizar hidróxido de magnesio se generaron buenos rendimientos; sin embargo, cuando se utilizó acetato de magnesio, los resultados fueron mejores en cuanto a proceso de secado, cantidad y aspecto luego de la purificación final.

La hidrólisis enzimática resultó ser un método adecuado por lo suave de las condiciones experimentales. No obstante, la ciclación que generó este método, nos llevaría a buscar otro tipo de reactivos para poder obtener compuestos de cadena abierta, como es el caso de los ácidos grasos libres, de los cuales se parte para la obtención del producto final.

Una vez sintetizado el estearato de magnesio, se llevan a cabo análisis espectrofotométricos para su identificación y para determinar el grado de pureza del mismo, posteriormente se miden sus propiedades antideslizantes en la técnica de comprimidos y su resultado es el correcto.

Dentro de ésta investigación, un punto clave fue el aprovechamiento de materias primas de origen natural y nacional, ya que tienen un valor considerable en el futuro de las industrias químico farmacéuticas nacionales. Además el valor agregado que genera sintetizar un producto de este tipo otorga la posibilidad de generar una nueva industria relacionada con la utilización de la Elaeis guineensis y sus derivados, como el Parafán®, al ser éstos no solo fuente de materia prima para el estearato de magnesio, sino también para generar toda una gama de productos que son utilizados en cosmetología e industria químico farmacéutica.

Por otra parte, es necesario continuar los estudios relacionados con hidrólisis enzimáticas, con el fin de esclarecer algunos puntos importantes que eventualmente permitirían realizar reacciones bioquímicas en condiciones mucho más nobles y no contaminantes (tecnologías limpias). En el caso de ésta investigación, la utilización de la bromelina derivada del rastrojo de piña permite además disminuir la contaminación ocasionada por estos desechos, que actualmente constituyen un problema de salud.

Finalmente, se recomienda escalar los procedimientos establecidos en el laboratorio, a nivel de planta piloto, para evaluar su factibilidad de producción a mayor escala para la elaboración de estearato de magnesio como lubricante para comprimidos; así como continuar investigaciones en los diferentes aspectos científicos, tecnológicos y económicos relacionados con esta factibilidad.

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