丙硫异烟胺的热稳定性及其热分解动力学

September[Note]ActaPhys.鄄Chim.Sin.,2007,23(9)：1459-1462物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)1459丙硫异烟胺的热稳定性及其热分解动力学王韶旭1童2赵哲1波2史谭志诚1,2,*李彦生1全2李英1116028;(1大连交通大学环境与化学工程学院，辽宁大连中国科学院大连化学物理研究所材料热化学实验室，辽宁大连116023)摘要：通过热重法研究了抗结核药物丙硫异烟胺的热稳定性,计算了该药物的动力学参数并建立了热分解动力学方程.用Kissinger和Ozawa-Flynn-Wall两种方法计算该药物热分解过程的活化能Ea=54.65kJ・mol-1.用Malek法推断该药物的动力学机理函数及指前因子A,其结果分别为f(a)=a0.391(1-a)0.145,lnA=13.12.此外，用差热法测定该物质的熔点、摩尔熔化焓和摩尔熔化熵，分别是414.09K、23.21kJ・mol-1和56.06J・mol-1・K-1.关键词：丙硫异烟胺；热分解动力学；热重分析；差热分析；热力学性质中图分类号：O642.3ThermalStabilityandKineticsofThermalDecompositionforProtionamideWANGShao-Xu1ZHAOZhe1TONGBo2China;2TANZhi-Cheng1,2,*SHIQuan2LIYing1LIYan-Sheng1116028,LiaoningProvince,P.R.116023,(1CollegeofEnvironmentalScience&ChemicalEngineering,DalianJiaotongUniversity,DalianLiaoningProvince,P.R.China)ThermochemistryLaboratory,DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,DalianAbstract：Thethermalstabilityandthekineticsofthermaldecompositionofprotionamidewerestudiedbythermogravimetry.ActivationenergyEaofthermaldecompositionofthissubstancewasobtainedtobe54.65kJ・mol-IbyKissingermethodandOzawa-Flynn-Wallmethod.KineticsmodelfunctionandfrequencyfactorAofprotionamidewerepredictedwiththeMalekmethod,whichweref(a)=a0.391(1-a)0.145andlnA=13.12,respectively.Moreover,meltingpoint,molarenthalpyandentropyoffusionofthiscompoundweredeterminedtobe414.09K,23.21kJ・mol-1,and56.06J・mol-1・K-1,respectively.KeyWords:Protionamide;Kineticsofthermaldecomposition;analysis;ThermodynamicpropertyThermogravimetry;Differentialthermal世界卫生组织已确认结核病是导致贫困的主要疾病之一[1].丙硫异烟胺是抗结核药物之一⑵,它是乙硫异烟胺的同类产品，对结核杆菌有较强的抑制作用，疗效较链霉素或异烟肼差，但胃肠道反应较乙硫异烟胺轻.临床常与链霉素、异烟肼或利福*平联合使用，不仅可增强疗效，且可延缓耐药性的产生.丙硫异烟胺(C9H12N2S)为黄色粉末状晶体，分子量为180.28，结构式见Scheme1.释关于丙硫异烟胺在生物体内的溶解动力学、放机理等方面的研究目前有很多报道[3]，但对于其热Received：March27,2007;Revised:June5,2007;PublishedonWeb:July13.2007.Corresponddingauthor.Email:tzc@;Tel：+86411-84379199.国家自然科学基金(20373072)资助项目霸EditorialofficeofActaPhysico-ChimicaSinica1460ActaPhys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23Scheme1Thestructureofprotionamide稳定性及热分解动力学方面的研究报道很少.丙硫异烟胺的热解性能对其生产、稳定性的评价及临床应用具有十分重要的指导意义，为此本文通过热重法研究了丙硫异烟胺的热稳定性及其热分解过程的动力学，用差热分析法进一步测定了该物质熔化过程的热力学性质参数.11.1实验部分仪器及药品使用中国北京恒久科学仪器厂HCT-1/2微机差热天平.丙硫异烟胺原料由辽宁省丹东锦江制药厂提供，其纯度大于99.2%.1.2实验条件TG曲线的测定，以aA12O3为参比物，样品池为0.06mL的A12O3坩蜗.实验在静态空气气氛中进行，升温速率分别为10、15、20、40K.min-1.DTA曲线的测定条件与TG曲线相同.2.1结果与讨论丙硫异烟胺的热分解过程测试了不同升温速率对丙硫异烟胺的热重曲线的影响.实验结果表明，随着升温速率的加大,热重曲线向高温方向移动,但升温速率对总的失重率影响不大.图1给出了升温速率为10K・min-1时丙硫异烟胺的TG-DTG曲线.可以看出,丙硫异烟胺开图1丙硫异烟胺的TG-DTG曲线Fig.1TG-DTGcurvesforprotionamide图2ln(pTp-2)对1/Tp的关系曲线ThisobtainedcurvebywasFig.2fittingobtainedCurvetheexperimentalfromequationofln(pdata.(1)Tp-2ry=3.30899-6453.85502)vs1/Tpiscorrelationcoefficient.xis始分解的温度为447K，其TG曲线上只有一个热分解台阶，表明该物质的热分解过程是一步完成的，其分解产物可能为SO2、CO2和H2O,失重率约为98.63%.2.2丙硫异烟胺热分解的动力学参数测定2.2.1丙硫异烟胺热分解表观活化能测定分别用Kissinger法[4,5]和Ozawa-Flynn-Wall法[6-9]计算了丙硫异烟胺热分解的活化能.Kissinger法和Ozawa-Flynn-Wall法分别用式(1)和式(2)表示：ln(p/Tp2)=ln(AR/Ea)+ln[-df(a)/da]-Ea/RTp(1)lnp=[]-5.3305-1.0516E(2)在Kissinger法(公式(1))中,0为升温速率,Tp为DTG曲线上的峰温,A为指前因子,R为气体常数(8.314J・K-1・mol-1),Ea为活化能再为转化率.将ln(0/Tp2)对1/T作图，由直线的斜率即可求出活化能.在Ozawa-Flynn-Wall法(公式(2))中,T为绝对温度.将l邱对图3l邱对1/T的关系曲线ThesecurveswereFig.3obtainedCurvesfromequationofln(2)pvsais1/theTconversion

rate.No.9王韶旭等：丙硫异烟胺的热稳定性及其热分解动力学1461表1不同升温速率(。)下的am和alThevaluesofTatesaandps值Tablem(p)apsatdifferentheating-1msp150.79120.7912200.76050.7605400.62850.6285表2利用Malek法得到的丙硫异烟胺的动力学参数Table2ThekineticMalekparametersmethodobtainedusing-1-1150.3560.09413.33200.4830.15213.14400.3430.20413.001/T作图，也可由直线斜率得到活化能.图2和图3分别为ln(p/Tp2)对1/Tp的关系曲线和l邱对1/T的关系曲线，由直线斜率可分别得到用上述两种方法计算的丙硫异烟胺分解过程的活化能.由图2可求出丙硫异烟胺的表观活化能为53.66kJ・mol-1.由图3可求出丙硫异烟胺的表观活化能为55.64kJ・mol-1.由此,得出丙硫异烟胺降解过程的平均活化能为54.65kJ・mol-丙硫异烟胺热分解最概然机理函数的推断采用Malek法［10,11］推断了丙硫异烟胺热分解过程的最概然机理函数.根据实验数据，求出函数y(a)=(da/dt)ex和Z(a)=n(x)(da/dt)T/p的最大值为am和aSp(其中t为时间,x为-Ea/RT,am为y(a)函数极大值时的反应分数,asP为Z(a)函数极大值时的反应分数).计算结果见表1.由am和asp值并结合动力学模式示意图[12],推断丙硫异烟胺热分解过程的动力学机理函数符合SB(m,n)型.其表达式为图4丙硫异烟胺的TG-DTA曲线Fig.4TG-DTAcurvesofprotionamide表3丙硫异烟胺熔化过程的热力学参数测定值Table3ThermodynamicprocessofprotionamideparametersinfusionNo.Tm/Kmm-1・K-12414.1021.7952.623414.0923.2656.17Mean414.0923.2156.06f(a)=am(1-a)n(3)am=m(4)n,m为经验机理函数幕指数.设S=m/n,则S=am/(1-am)(5)这样丙硫异烟胺热分解过程的动力学机理函数可表示成如下形式：ln(exp())=lnA+nln[aS(1-a)](6)将ln(exp())对ln[aS(1-a)]作图,由直线斜率得n,由截距得lnA.将n代人S=m/n,得m.n、m、lnA值见表2.将求得的m、n、lnA取平均值,分别为0.391、0.145、13.12.得到的“动力学三因子”E:活化能a=54.65kJ・mol-1,指前因子lnA=13.12，动力学机理函数f(a)=a0.391(1-a).2丙硫异烟胺熔化过程热力学参数的测定丙硫异烟胺的熔点为413-416K，但美国标准及技术研究院(NIST)数据库中尚未报道该物质的熔化焓和熔化熵.本文采用差热分析法(DTA)研究了丙硫异烟胺的熔化过程.图4给出了升温速率为10K・min-1时丙硫异烟胺的TG-DTA曲线.由图4可知,DTA曲线上的第一个吸收峰出现在失重之前，所以可断定此时发生丙硫异烟胺的熔化过程.从DTA曲线准确测得其相应的熔点(Tm)、摩尔熔化焓(AHm)；根据热力学公式ASm=AHm/Tm,求得丙硫异烟胺摩尔熔化M(ASm).具体结果列于表3.3结论通过对抗结核药物丙硫异烟胺热解过程动力学的研究，得到药物热解过程的活化能E=54.65kJ・mol-1f(a)=,lnaA=13.12，动力学机理函数为O.391(1-a)0.145.用差热分析法测定了该物质的熔点、摩尔熔化焓和摩尔熔化熵，分别为414.09K,23.21kJ・mol-11462ActaPhys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23和56.06J・mol-1・K-1.References1Yin,D.K.ChineseJournalofTuberculosisandRespiratoryDiseases,1996,06:4［殷大奎.中华结核和呼吸杂志,1996,06:4］2Zhou,B.G.MedicalJournalofNationalDefendingForcesinNorthwestChina,1988,1:76［周本功.西北国防医学杂志，1988,1:763Xu,F.K.ShanghaiMedicalJournal,1995,5:44［徐富坤.上海医药,1995,5:44］Hu,R.Z.;Shi,Q.Z.Kineticsofthermalanalysis.Beijing:SciencePress,2001,65-66［胡荣祖,史启祯.热分析动力学.北京：科学出版社,2001:65-66］5Li,J.;Tong,L.F.;Fang,Z.P.;Gu,A.J.;Xu,Z.G.PolymerDegradationandStability,2006,91:20466Hu,R.Z.;Shi,Q.Z.Kineticsofthermalanalysis.Beijing:SciencePress,2001,50-51［胡荣祖,史启祯.热分析动力学.北京：科学出版社,2001:50-51］7Zhan,D.;Cong,C.J.;Diakite,K.;Tao,Y.T.;Zhang,K.L.Thermochim.Acta,2005,430:1018Shen,X.Q.;Li,Z.J.;Zhang,H.Y.;Zhou,Y.F.;Liu,K.;W