Centro de Química Farmacéutica

Posible interaccion del acero inoxidable (tipo 316) frente a agentes oxidantes y reductores fuertes

Ing. Mayra Castro,<1> Lic. José A. González,<2> Lic. Elena Orrett,<3> Téc. Yovany Már- quez, <4> y Téc. Gixia Francisco4

RESUMEN

Se determinó que es posible el empleo de un reactor de acero inoxidable del tipo 316 en el proceso de obtención de prostaglandinas, pues no se observan alteraciones mediante el análisis de la interacción de placas metálicas de este tipo de acero y el medio reaccionante mediante la observación de la superficie de éstas, la no variación de peso apreciable y la determinación que no se encontraran metales en el medio de reacción por el método de absorción atómica, bajo condiciones de proceso similares a las descritas en la tecnología de obtención de estos compuestos.

Palabras clave: ACERO INOXIDABLE/análisis; PROSTAGLANDINAS; ABSORCION ATOMICA/métodos.

INTRODUCCION

Las reacciones de epoxidación y de reducción conjugada de cetonas y ésteres insaturados han sido objeto de un amplio estudio en la búsqueda de reactivos químicos que intervengan de forma efectiva en el proceso, tales como la utilización de peróxido de hidrógeno al 30 %, como agente epoxidante en medio alcalino y los voluminosos y altamente reactivos trialquilborohidruros, como, por ejemplo, el trisecbutilborohidruro de litio o de potasio (comercialmente conocidos por L-selectride o K-selectride), en su papel de potentes agentes reductores estereose lectivos.1-4

En la obtención de prostasglandina F2a a partir de prostaglandina A2, se presentan 2 etapas que coinciden con las antes mencionadas, epoxidación selectiva y reducción estereoselectiva, donde se emplean estos reactivos (González JA. Reglamento de laboratorio para la obtención de PGF2a. La Habana: Centro de Química Farmacéutica, 1993). Es conocida la alta reactividad de estos compuestos frente a compuestos vulnerables a su ataque, en particular en prostaglandinas estos procesos se realizan a temperaturas muy bajas (-25 y -78 o C, respectivamente) con vistas a lograr los productos deseados,5 desconociéndose cómo actúan en estas condiciones frente al acero inoxidable del tipo 316.

Con vistas a obtener este producto a una mayor escala de trabajo, dadas las características de reacción en cada etapa y la necesidad del empleo de un reactor de acero inoxidable, se plantea el estudio de las posibles afectaciones que puedan incidir en la reacción con respecto al tiempo de utilización efectivo de un reactor, con este tipo de acero inoxidable, relacionadas con el fenómeno de la corrosión por el uso de estos reactivos en el proceso de obtención de prostaglandina F2a, siendo éste el objetivo fundamental de nuestro estudio.

MATERIAL Y METODO

Se utilizaron placas de acero inoxidable del tipo 316 de 2 &times; 5 cm (largo &times; ancho) y 0,3 cm de espesor, sin uso previo. Todos los solventes y reactivos utilizados fueron de la calidad y marca que se utilizarán en la producción.

PREPARACION DE LAS PLACAS

Se efectuó un tratamiento previo de las placas de acero inoxidable mediante lavados con etanol, n-hexano y tetrahidrofurano con vistas a dejar la superficie limpia, libre de cualquier impureza, posteriormente se secó en desecadora a vacío sobre cloruro de calcio como agente secante durante 24 h y finalmente se pesaron las placas antes de introducirlas en la reacción.

La determinación de la contaminación por metales de la solución reaccionante se hizo por el método de absorción atómica de llama en un equipo Pye Unicam 929 para cada una de las variantes estudiadas, y se confeccionó la curva de calibración a partir de soluciones patrones de concentración conocida.

CONDICIONES DE REACCION EPOXIDACION

La placa de acero inoxidable 316 previamente tratada se colocó en un reactor equipado con un agitador mecánico, al que se añadió 250 mL de metanol (UT), peróxido de hidrógeno 30 % (23,21 mL, v/v) y una solución de hidróxido de potasio 1 mol/L (5,35 mL) proporcionando una temperatura de -25 o C y atmósfera de nitrógeno gaseo so. Se agitó en estas condiciones duran te 2 h; finalizado este tiempo, se ajustó el pH hasta un valor de 6,5 por la adición de una disolución de ácido clorhídrico 2 mol/L.

Después se extrajo la placa, se lavó con agua desionizada y se secó en la desecadora a vacío. Posteriormente se pesó y se observó la superficie de ésta con el objetivo de detectar cualquier deterioro.

Se repitió la experiencia para condiciones drásticas, donde se duplica ron los volúmenes de peróxido de hidrógeno 30 % (v/v) y de solución de hidróxido de potasio 1 mol/L, permaneciendo el resto de las condiciones constantes (3 réplicas cada uno).

REDUCCION ESTEREOSELECTIVA

La placa de acero inoxidable 316 previamente tratada se colocó en un reactor debidamente equipado con agitación mecánica y conexiones para entrada y salidad e gases, que contenía tetrahidrofurano (UT) (250 mL), el cual se agitó bajo atmósfera de nitrógeno. Después de alcanzar una temperatura de -78 o C en el sistema, se añadió el L-selectride (25 mL) y se continuó agitando durante 30 min. A continuación se adicionó el peróxido de hidróge no 30 % (v/v) (27,7 mL) y una solución de hidróxido de potasio 1 mol/L (27,7 mL), y en estas condiciones terminó la reacción para nuestro interés.

Siguiendo este esquema de reacción, se estudiaron las siguientes variantes.

Variante A: Condiciones normales (proporciones establecidas en la síntesis) sin la adición de peróxido de hidrógeno 30 % ni solución de hidróxido de potasio 1 mol/L a una temperatura de -78 o C.

Variante B. Condiciones normales con la adición de peróxido de hidrógeno 30 % y solución de hidróxido de potasio 1 mol/L a una temperatura de 0 o C.

Variante C: Condiciones drásticas (cantidades duplicadas del agente reductor) con la adición de peróxido 30 % y solución de hidróxido de potasio 1 mol/L a una temperatura de 0 o C.

Además se probaron otras variantes de interés en una sola experiencia que fueron: a temperatura de 0 o C bajo condiciones normales sin la adición de peróxido de hidrógeno 30 % ni solución de hidróxido de potasio 1 mol/L y bajo condiciones drásticas duplicando las cantidades de L-selectride, peróxido de hidrógeno 30 % y solución de hidróxido de potasio 1 mol/L, así como para condiciones drásticas (doble cantidad de L-selectride) a temperatura ambiente.

Una vez concluido el tiempo de reacción en cada uno de los casos, la placa en estudio pasó al proceso de secado en la desecadora a vacío, posteriormente se pesó y se observó detenidamente la superficie.

ANALISIS DE LOS RESULTADOS

Los tipos de acero inoxidable más usados en la Industria Farmacéutica moderna son los del tipo 316 y 316-L dada sus características anticorrosivas significativamente mejoradas.

Según reportes, el acero inoxidable del tipo 316 no sufre afectaciones por corrosión por la presencia de peróxido de hidrógeno al 30 % y sí en soluciones muy concentradas de hidróxido de potasio, donde puede llegar a provocar el 0,25 % de daños por corrosión en el metal.6,7

Los resultados de nuestras experiencias para la reacción de epoxidación, donde están presentes estos reactivos, reflejan la no interacción de éstos con la placa metálica. En la tabla 1 se observa que las variaciones en el peso de las placas están en el nivel de los 0,0001 mg por incremento y no por disminución, lo que puede ser ocasionado por la deposición de algunas partículas del sólido que se forma en la reacción.

Por la observación de las placas no se detecta ninguna irregularidad en la superficie, lo que induce la no interacción significativa entre los reactivos y el metal.

Estos resultados se corresponden con lo esperado, pues este medio de reacción utilizado a esas concentraciones y durante el tiempo de contacto establecidos, tiende más bien a un proceso de pasivación de la superficie. La solución de ácido clorhídrico 2 mol/L que se adiciona finalmente para neutralizar el medio, a pesar de obtener resultados positivos a este nivel de experimentación, sí constituye un factor de riesgo en el proceso industrial debido a que los iones cloruros son altamente corrosivos y el uso continuo del reactor en proceso puede llegar a deteriorarlo, por lo que se recomienda trasvasar la mezcla de reacción a un reactor esmaltado antes del ajuste de pH.

No se reporta en la literatura el porcentaje de corrosión que puede presentar el acero inoxidable del tipo 316 por la presencia de un agente reductor de la familia de los trialquilborohidruros, aunque se conoce que esta clase de metal es resistente a medios reductores o frente a agentes reductores en general.7

Los resultados obtenidos en las experiencias desarrolladas relacionadas con la reducción estereoselectiva, fueron satisfactorios para todas las variantes, en el sentido que no se observa ron en las placas alteraciones en su superficie ni variaciones apreciables en el peso (tabla 2) que pudieran reflejar alguna interacción entre el metal y el agente reductor.

Las experiencias realizadas a temperaturas superiores a la que se emplea en la reacción con prostaglandinas, incluyendo temperatura ambiente, no presentaron alteraciones en los resulta dos a este nivel de experimentación.

Como resultado del estudio por el método de absorción atómica para la determinación de metales en el medio reaccionante no se tuvieron, en general, señales que detectaran la presencia del níquel, cromo y manganeso en la solución de la muestra analizada; se encontraron para algunas muestras, en el caso de la determinación de manganeso, valores de absorbancia tan pequeños, que están por debajo del límite de detección, con valores de concentración no cuantificables. Teniendo en cuenta además que el error del equipo empleado es de ± 0,002, se infiere la no contaminación de la solución por interacción del medio reaccionante con la placa metálica analizada.

CONCLUSIONES

Después del análisis de los resulta dos obtenidos para cada etapa de reacción estudiada en sus diferentes variantes, se puede inferir la posibilidad de realizar estos procesos en un reactor de camiseta de acero inoxidable del tipo 316 sin deterioro del equipo por los efectos de la corrosión ni riesgo de contaminación del producto, por lo que se recomienda para el caso de la etapa de epoxidación trasvasar la mezcla de reacción a un reactor esmaltado antes del ajuste de pH con ácido clorhídrico.

<1> Ingeniera Química. Aspirante a Investigadora.

<2> Licenciado en Química. Investigador Auxiliar.

<3> Licenciada en Química. Investigadora Agregada.

<4> Técnico Medio en Química.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Schneider WP, Hamilton RD, Ruhuland LE. Selective epoxidation of olefins. J Am Chem Soc 1972;94:2122.
2. Schneider WP, Bundy GL, Lincoln FH, Daniels EG. Isolation and chemical conversions of prostaglandins from Plexaura homomalla: preparation of prostaglandin E2, prostaglandin F2a and their 5,6-trans-isomers. J Am Chem Soc 1977;99:1222.
3. Corey EJ, Carney RL. Lithium tri-sec-butylborohydride. A new reagent for the reduction of cyclic and bicyclic ketones with super stereoselectivity. J Am Chem Soc 1972;94:7159.
4. Fortunate JM, Ganun B. Lithium and potassium trialkylborohydride. Reagents for direct reduction of a, b unsaturate carbonyl compounds to synthetically versatile enolate anions. J Org Chem 1976;41:2194.
5. Corey EJ, Varma RK. Specific reduction of E prostaglandins to Fa prostaglandins and prostaglandin E2 to prostaglandin E1 . J Am Chem Soc 1971;93:7319.
6. Perckner D, Bernstein JM. Handbook of stainless steels. New York: Mc Graw Hill Book, 1977: 16-32,16-52.
7. Rabald E. Corrosion guide. Amsterdam: Elsevier Scientific, 1968:391-606.

Recibido: 27 de diciembre de 1994. Aprobado: 15 de marzo de 1995.

Ing. Mayra Castro. Centro de Química Farmacéutica. Ave 200 y 21, Atabey, municipio Playa, Ciudad de La Habana, apartado 16042, Cuba.