Wykorzystanie przeterminowanego dapagliflozyny jako obiecującego inhibitora korozji miedzi w 1,0 M kwasie azotowym: walidacja eksperymentalna i obliczeniowa

Przekształcanie odpadów farmaceutycznych w ochronę metalu

Większość z nas traktuje przeterminowane leki jak odpad, który należy wyrzucić. To badanie bada zupełnie inną koncepcję: użycie przeterminowanego leku przeciwcukrzycowego, dapagliflozyny, do ochrony miedzi przed silnym kwasem. Miedź występuje w przedmiotach codziennego użytku — od okablowania po wymienniki ciepła — a jej korozja może powodować kosztowne awarie i zagrożenia bezpieczeństwa. Naukowcy pokazują, że przeterminowana dapagliflozyna może tworzyć ochronną powłokę na miedzi w agresywnym kwasie azotowym, zmniejszając uszkodzenia i dając jednocześnie drugie życie odrzuconemu farmaceutykowi.

Dlaczego miedź potrzebuje ochrony w agresywnych roztworach

Miedź jest szeroko stosowana w przemyśle ze względu na doskonałe przewodnictwo ciepła i elektryczności. Jednak w środowiskach kwaśnych, takich jak kąpiele piklowania, roztwory czyszczące czy reaktory chemiczne, miedź stopniowo ulega rozpuszczaniu. Atak w kwasie azotowym jest szczególnie silny i może tworzyć nawet drobne jamki, które wgłębiają się w metal. Inżynierowie często dodają do cieczy niewielkie ilości specjalnych związków organicznych, aby spowolnić ten proces, ale wiele takich inhibitorów jest kosztownych lub nieprzyjaznych dla środowiska. Autorzy postawili pytanie, czy przeterminowane tabletki z dapagliflozyną, już nieodpowiednie dla pacjentów, mogłyby służyć jako tani, bezpieczniejszy płaszcz ochronny dla urządzeń z miedzi.

Testowanie leku jako osłony metalicznej

Aby sprawdzić ten pomysł, zespół umieścił starannie wypolerowane próbki miedzi w kwasie azotowym z rozpuszczoną przeterminowaną dapagliflozyną i bez niej, przy różnych dawkach i temperaturach. Ważyli próbki przed i po zanurzeniu, by ocenić utratę metalu, oraz stosowali metody elektrochemiczne do śledzenia szybkości reakcji korozyjnych na powierzchni. We wszystkich testach dodanie leku wyraźnie zmniejszało tempo rozpuszczania miedzi. Ochrona rosła wraz ze wzrostem stężenia leku, osiągając około 90 procent przy najwyższej dawce, ale słabła przy wyższych temperaturach, co sugeruje, że ochronna powłoka opiera się częściowo na stosunkowo łagodnym, odwracalnym przywieraniu cząsteczek do metalu.

Jak tworzy się warstwa ochronna

Pomiary elektrochemiczne wykazały, że dapagliflozyna spowalnia zarówno utratę atomów miedzi, jak i reakcje zużywające kwas, klasyfikując ją jako inhibitor „mieszany”, który ogranicza uszkodzenia na kilku frontach. Lek również przesunął początek korozji jamkowej w stronę bardziej dodatnich potencjałów, co oznacza, że powierzchnia była bardziej odporna na głębokie, lokalne ataki. Inne badania ujawniły, że jony miedzi i dapagliflozyna łączą się w roztworze w prostym stosunku 1:1, tworząc stabilny kompleks, który może osiadać na metalu. W miarę jak ten kompleks i pokrewne gatunki rozkładają się na powierzchni, wypierają wodę i tworzą zwartą barierę, która blokuje dostęp agresywnego kwasu azotowego i jonów chlorkowych do odsłoniętych miejsc na miedzi.

Zajrzeć w zachowanie cząsteczki

Aby zrozumieć, dlaczego ten przeterminowany lek tak dobrze przylega do miedzi, badacze sięgnęli po obliczenia komputerowe oparte na mechanice kwantowej. Obliczenia te odwzorowały, gdzie w cząsteczce dapagliflozyny skoncentrowane są elektrony i wykazały, że liczne grupy bogate w tlen oraz systemy pierścieniowe działają jak naturalne haki do wiązania z atomami miedzi. Wyniki wskazywały, że cząsteczka jest dobrym dawcą elektronów, potrafi tworzyć wiązania koordynacyjne z miedzią, a jednocześnie przyjmować część gęstości elektronowej z powrotem, stabilizując zaadsorbowaną warstwę. Fakt, że pokrycie leku na miedzi pasuje do prostej izotermy adsorpcji Langmuira, sugeruje, iż tworzy ona pojedynczą, dość jednorodną warstwę, a nie grube, nierówne osady.

Znaczenie dla zastosowań praktycznych

W prostych słowach badanie pokazuje, że przeterminowana tabletka może działać jak farba antykorozyjna dla miedzi zanurzonej w silnym kwasie. Tworząc cienką, uporządkowaną powłokę i stabilne kompleksy miedź–lek na powierzchni, przeterminowana dapagliflozyna znacznie spowalnia zarówno korozję ogólną, jak i jamkową, zwłaszcza w temperaturze pokojowej i przy wystarczającym stężeniu. Chociaż dokładny skład produktów rozpadu w przeterminowanej tabletce może się różnić, wspólne cechy elektronodajnych fragmentów tych związków wydają się wystarczające do zbudowania skutecznej bariery. Ta praca wskazuje praktyczny sposób ponownego wykorzystania odpadów farmaceutycznych przy jednoczesnej ochronie cennego sprzętu metalowego, łącząc czystszą chemię z lepszym zarządzaniem zasobami.

Cytowanie: Abdallah, M., Guesmi, N.E., Al-Gorair, A.S. et al. Expired dapagliflozin as a promising corrosion inhibitor for copper in 1.0 M nitric acid: experimental and computational validation. Sci Rep 16, 15346 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51683-9

Słowa kluczowe: korozja miedzi, inhibitor korozji, przeterminowane leki, kwas azotowy, dapagliflozyna