Étude expérimentale et optimisation du procédé de lyophilisation de l’ibuprofène en milieu organique

par Eni Bogdani

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Séverine Vessot et de Julien Andrieu.

Soutenue le 08-11-2011

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Laboratoire d'Automatique et de Génie des Procédés (Lyon) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Paul Klein.

Le jury était composé de Jacques José, Bertrand Woinet, Olivier Monnier.

Les rapporteurs étaient Edouard Plasari, Patrick Gervais.


  • Résumé

    L’objectif principal de ce travail était l’étude et l’optimisation du procédé de lyophilisation en milieu aqueux et organique de l’ibuprofène. Une étude comparative approfondie a été réalisée à différents stades de la fabrication de l’ibuprofène lyophilisé pour les deux formulations étudiées. Cette étude comparative a été menée sur l’étape de formulation, sur le procédé de lyophilisation (congélation, sublimation, désorption) et sur les propriétés finales du produit (humidité, réhydratabilité, aspect…). On a observé, que l’utilisation comme solvant du mélange eutectique A, correspondant à une composition de 20% en TBA + 80% en eau (% massique), permettait une forte augmentation de la solubilité de l’ibuprofène et conduisait pour les mêmes conditions opératoires (Tshelf et Pc), à une augmentation des cinétiques de séchage d’un facteur 1,8, par rapport aux résultats observés avec la formulation d’ibuprofène à base aqueuse. Par ailleurs, la détermination expérimentale des valeurs des pressions de vapeur à l’équilibre solide-vapeur et de l’enthalpie de sublimation a été effectuée par deux méthodes différentes : la méthode thermogravimétrique et la méthode statique. Ces déterminations nous ont permis de conclure que l’augmentation des cinétiques de sublimation résultait essentiellement des valeurs plus élevées de la pression de vapeur à l’équilibre solide-vapeur et d’une valeur plus faible de l’enthalpie de sublimation de l’eutectique A par rapport à la glace. Ces données thermodynamiques ont aussi été utilisées comme paramètres clefs pour la modélisation de l’étape de sublimation sous Comsol Multiphysics. In fine, l’optimisation des paramètres opératoires de l’étape de sublimation par la méthodologie du Design Space a conduit à un lyophilisat final d’ibuprofène formulé à base organique qui satisfait entièrement aux critères standard de qualités recherchés (couleur, aspect, résidus de solvants etc). Un développement industriel de la formulation à base de co-solvant organique apparait plus avantageux qu’avec la formulation à base aqueuse.

  • Titre traduit

    Freeze-drying of ibuprofen by using organic solvent


  • Résumé

    The main objective of this work was the study and the optimization of the freeze-drying process of ibuprofen with aqueous and/or organic based formulations. A detailed comparative study was realized at different steps of the ibuprofen freeze-drying process for both types of investigated formulations. This comparative study was realized at the succesives stages of freezing, sublimation and desorption and also concerned some properties of the final freeze-dried product (humidity, rehydratability, aspect…). We observed that the use of eutectic A mixture, corresponding to 20 % TBA + 80 % water (mass %) as co-solvent, allowed a strong increase of the solubility of ibuprofen and for the same operating conditions (Tshelf and Pc), led to an increase of drying kinetics values by a factor 1.8 by comparison to aqueous based formulations of ibuprofen. Besides, the experimental determination of equilibrium solid-vapour pressure and of sublimation enthaly values was carried out by using two different methods: the thermogravimetic method and the static method.These determinations allowed to conclude that the increase of sublimation kinetics resulted essentially from the higher equilibrium solid-vapour pressure values and from the lower sublimation enthalpy value of eutectic A by camparison to pure ice values. Next, these thermodynamical data were used as key parameters in the modelling of the sublimation stage under Comsol Multiphysics. In fine, the overall optimization of the operating parameters of sublimation stage was achieved by using the Design Space aproach. It proved that the organic based formulation led to final freeze-died cakes which fulfilled largely the main quality criteria (color, aspect, solvents residues, etc.). Thus, the development of an ibuprofen freeze-drying process with organic based formulation seems more advantageous than an aqueous based formulation process.


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