HÓA LÝ DƯỢC là môn cơ sở cung câp các kiến thức quan trọng cho các môn học chuyên ngành trong Dược phẩm và công nghệ dược phẩm. Nghiên cứu về tốc độ, cơ chế của PƯHH + các yếu tố ảnh hưởng. Cập nhật 2022 bởi TS. TRẦN LÊ TUYẾT CHÂU.
07/10/2019 HĨA LÝ DƯỢC mơn sở cung câp kiến thức quan trọng cho môn học chuyên ngành Dược phẩm công nghệ dược phẩm CẤU TẠO CHẤT HĨA LÝ DƯỢC tích hợp kiến thức tốn học, vật lý, hóa học áp dụng vào phát triển dạng bào chế dược phẩm HỌC THUYẾT VỀ DUNG DỊCH NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC HOÁ LÝ HÓA LÝ DƯỢC cho phép dược sĩ đưa định hợp lý sở khoa học liên quan đến công nghệ giải pháp sản xuất HÓA LÝ DƯỢC Tháng 9/2019 HÓA LÝ DƯỢC cung cấp kiến thức sở tượng hóa học vật lý nghiên cứu in vitro, in vivo dược phẩm TS TRẦN LÊ TUYẾT CHÂU Mối liên hệ tượng nhiệt q trình hố học ĐỘNG HOÁ HỌC Nghiên cứu tốc độ, chế PƯHH + yếu tố ảnh hưởng ĐIỆN HOÁ HỌC Mối liên hệ tượng điện trình hố học QUANG HỐ HỌC HỐ KEO tuyetchau@ump.edu.vn Bộ mơn Hóa Lý Dược HỆ PHÂN TÁN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐỘNG HỌC (Thermodynamic – Kinetics) NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG HÓA HỌC MỘT SỐ KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘNG HÓA HỌC ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG PHỨC TẠP ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH DƯỢC NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐỘNG HỌC (Thermodynamic – Kinetics) Định luật (nguyên lý cân nhiệt động) Định luật (nguyên lý thứ hai, nguyên lý entropy) "Nếu hai hệ có cân nhiệt động với hệ thứ ba chúng cân nhiệt động với nhau" Cân nhiệt động bao hàm cân nhiệt, cân học cân hoá học Đây tảng phép đo nhiệt “Entropy hệ kín có hai khả năng, tăng lên, giữ nguyên" “Một hệ lớn không trao đổi lượng với mơi trường có entropy ln tăng khơng đổi theo thời gian" Định luật (nguyên lý thứ nhất) Định luật bảo toàn lượng áp dụng vào tượng nhiệt, khẳng định lượng bảo tồn Nói cách khác, tổng lượng hệ kín khơng đổi Độ biến thiên nội hệ tổng công nhiệt lượng mà hệ nhận được: ΔU = A + Q Q > 0: Hệ nhận nhiệt lượng Q < 0: Hệ truyền nhiệt lượng A > 0: Hệ nhận công A < 0: Hệ thực công Định luật (nguyên lý thứ ba, nguyên lý Nernst, nguyên lý độ không tuyệt đối) “Trạng thái hệ không thay đổi nhiệt độ không tuyệt đối (0K)" 07/10/2019 NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐỘNG HỌC (Thermodynamic – Kinetics) (Chemical kinetics) ĐỘNG HỌC Cgraphite Cdiamond ΔGo = + 2900 kJ/mol Cdiamond Cgraphite ΔGo = - 2900 kJ/mol (rate of chemical reactions) Tự phát (Spontaneous) Ðộng hóa học hình thành từ nửa cuối kỷ XIX sở NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HỮU CƠ pha LỎNG • WiIamson, Wilhelmi (1812 - 1864), Guldberg (1836 1902) Waage (1833 - 1900) - tác giả định luật tác dụng khối lượng • Van't Hoff Arrhenius (1880) – đúc kết Phương trình sở động hóa học đưa khái niệm lượng hoạt hóa giải thích ý nghĩa bậc phản ứng sở thuyết động học 10 11 12 07/10/2019 ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐIỀU KIỆN ĐỘNG HỌC 14 13 A+BD Xác định bậc riêng phần (m, n) [A]o = [B]o [A] t Nồng độ (mol/ L) d[A] dt d[B] dt d[D] dt A + 2B C Cân t = t1 t v= t = t1 Thời gian (giây) STT Tốc độ tức thời (tốc độ lại thời điểm, vtt) hệ số góc tiếp tuyến với đường biểu diễn thời điểm aA + bB = cC + dD v = k.CmA.CnB Tốc độ phản ứng đại lượng đặc trưng cho nhanh hay chậm xảy phản ứng Tốc độ phản ứng BIẾN THIÊN SỐ PHÂN TỬ chất phản ứng hay sản phẩm tạo thành đơn vị thời gian Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ, áp suất, tính chất môi trường điều kiện khác 16 v = k.PmA.PnB k 17 Xác định m: biến đổi [A], cố định [B] k.[A]m.[B]n logv = log{k.[A]m.[B]n } t = t1 [D]o = t = t1 15 [A] M [B] M v (M/s) 1,0 1,0 0,0101 2,0 1,0 0,0402 3,0 1,0 0,0905 1,0 2,0 0,0102 1,0 3,0 0,0101 logv = log{k.[B]n} + log[A]m logv = log{k.[B]n} + mlog[A] y = b + m x 18 07/10/2019 Xác định bậc riêng phần (m, n) A + 2B C Xác định bậc riêng phần (m, n) A + 2B C Xác định m: biến đổi [A], cố định [B] v = k.[A]m.[B]n v = k.[A]m.[B]n logv = log{k.[B]n} + mlog[A] STT [A] M [B] M v (M/s) 1,0 1,0 0,0101 STT [A] M [B] M v (M/s) 1,0 1,0 0,0101 2,0 1,0 0,0402 2,0 1,0 0,0402 3,0 1,0 0,0905 3,0 1,0 0,0905 1,0 2,0 0,0102 1,0 2,0 0,0102 1,0 3,0 0,0101 1,0 3,0 0,0101 y = b + m x y = 1,9956x – 1,9959 R2 = Xác định bậc riêng phần (m, n) A + 2B C Xác định n: biến đổi [B], cố định [A] logv = log{k.[A]m.[B]n } logv = log{k.[A]m} logv = log{k.[A]m} + nlog[B] y = b + log[B]n + m x v = k.[A]m.[B]n Xác định n: biến đổi [B], cố định [A] logv = log{k.[A]m} + n log[B] STT [A] M [B] M v (M/s) 1,0 1,0 0,0101 2,0 1,0 0,0402 3,0 1,0 0,0905 1,0 2,0 0,0102 1,0 3,0 0,0101 y = b + n x y = 0,0015x – 1,9946 R2 = 0,02235 19 20 21 22 23 24 Xác định bậc riêng phần (m, n) A + 2B C v = k.[A]m.[B]n STT [A] M [B] M v (M/s) 1,0 1,0 0,0101 2,0 1,0 0,0402 3,0 1,0 0,0905 1,0 2,0 0,0102 1,0 3,0 0,0101 Với m = 2, n = v = k [A]2[B]0 v = k[A]2 k = v/[A]2 07/10/2019 PT TỈ LƯỢNG PT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ SỐ I2 2I I2 + H2 2HI 2NO + H2 N2O + H2O Pts = Pts = Pts = Phương trình tỉ lượng phản ứng mơ tả trạng diễn biến phản ứng (Tam phân tử) (Đơn phân tử) v = k.[A]m[B]n[L]l thái đầu cuối phản ứng, khơng phản ánh Phương trình động học phản ánh chế (Lưỡng phân tử) phản ứng cách chung 25 26 27 28 29 30 07/10/2019 THỰC NGHIỆM: [A] vs Thời gian A sản phẩm d[ A] k[ A]n dt d[ A] k [ A]0 k dt [ A] [A]0 t d[ A] [ A ]0 Nồng độ (M) v k dt [ A ]t [ A ]0 kt Hàm liên quan [A] t 31 [ A] k t1 d [ A] k[ A]1 dt [ A ]t [ A ]0 ln[A]t = -kt + ln[A]o d [ A] k dt [ A] slope = -k ln[ A]t ln[ A]0 kt [ A]0 2k ln{ [ A]0} kt ln[ A]0 2 ln[A]0 t ln [ A]0 ln[ A]0 kt 2 ln[A] 33 CHU KÌ BÁN HỦY (t1/2) [ A]0 kt [ A]0 2 t1 Thời gian (t) 32 [ A]t kt [ A]0 Ở t1/2 [A] = ½[A]o [ A ]t kt [ A ] t1 t ln[ A]t kt ln[ A]0 y = mx + b (với m = -k) t1 ln kt ln( 2) 1 kt 2 0,693 k t3 2t 1 [ A]0 a k ln ln t [ A]t t a x 34 ln k [ A]0 ln kt [ A]0 35 36 07/10/2019 t1 0,693 k k có thứ nguyên thời gian-1 NaOH 0,05N B 37 38 39 41 42 A + B X +Y t1 d [ A] k[ A]2 dt [ A ]t [ A ]0 k.[ A]0 1 kt [ A]0 [ A]0 t1 t kt [ A]0 [ A]0 k [ A]0 d [ A] kt [ A]2 1 { } kt [ A]t [ A]0 1 kt [ A]t [ A]0 (y = mx + b) 1 kt ax a 40 07/10/2019 y = ax + b 43 y = ax Nếu a > b : kt b (a x ) ln a b a (b x ) Nếu a < b : kt a(b x ) ln a b b(a x ) 44 45 TÓM TẮT A t=0 a t (a-x) + B b (b-x) SP x 46 47 48 07/10/2019 Vẽ đồ thị lnC theo t đồ thị 1/c theo t: Sau tiêm I.V thuốc chẹn beta, nồng độ thuốc huyết tương bệnh nhân phân tích để biết nồng độ thuốc lại, liệu thu sau: (trong đó, c nồng độ thuốc thời điểm t sau tiêm) a Hãy cho biết thuốc phân hủy theo bậc I hay bậc II? y = -0,0076x + 6,8564 R2 = 0,9984 b Tính số tốc độ phản ứng chu kì bán hủy thuốc time (min) c (ng/cm3) Bậc I: ln(c) Bậc II: 1/c 30,0 699 6,549651 0,001431 60,0 622 6,432940 0,001608 120 413 6,023448 0,002421 150 292 5,676754 0,003425 240 152 5,023881 0,006579 360 60,0 4,094345 0,016667 480 24,0 3,178054 0,041667 Bậc I b 1L dung dịch NaOH 1/10 N t1 ln ln 91,2 k 0,0076 49 50 Bài giải: Gọi a nồng độ ban đầu dung dịch ethyl acetat b nồng độ ban đầu dung dịch NaOH a Khi trộn 1L dung dịch ethyl acetat 1/20 N với NaOH 1L dung dịch NaOH 1/20N, ta có: a = b = 1/40 = 0,025 N b Khi trộn 1L dung dịch ethyl acetat 1/20 N với NaOH 1L dung dịch NaOH 1/10 N, ta có: a = 1/40 = 0,025 N; b = 1/20 = 0,05 N Thời gian phản ứng hết 50% lượng chất chu kì bán hủy (t1/2) a 1L dung dịch NaOH 1/20 N lnC = -kt + lnCo k = 0,0076 (min-1) Bài giải: Gọi a nồng độ ban đầu dung dịch ethyl acetat b nồng độ ban đầu dung dịch NaOH t1 Hằng số tốc độ phản ứng xà phịng hóa ethyl acetat NaOH 283K 2,38 (phút-1.l mol-1) Tính thời gian cần thiết để xà phịng hóa 50% lượng ethyl acetat nhiệt độ cho phản ứng 1L dung dịch ethtl acetat 1/20 N với: 1 16,8( phút) k [ A]0 2,38.0,025 d [ A] k[ A]3 , a b c dt d [ A] v k[ A]2 [ B], a c b dt d [ A] v k[ A][B ][C ], a b c dt v Thời gian phản ứng hết 50% lượng chất chu kì bán hủy (t1/2) t1 51 2b a ln 6,8( phút ) k (b a) b Trường hợp 1: A + B + C SP t=0 a a a t (a-x) (a-x) (a-x) x v 52 53 d [ A] k [ A]3 k (a x) dt t1 2a 54 07/10/2019 a ≠ b =c v d [ A] k[ A]2 [ B ] dt v k 't b (a x ) ln a b a (b x ) d [ A] k[ A][ B][C ] dt t1 55 2n 1 (n 1).k a n1 56 57 59 60 / Phương pháp thử sai 58 10 07/10/2019 61 2.t3/4 = 3.t1/2 t3/4 = 2.t1/2 t3/4 = 3.t1/2 t3/4 = 5.t1/2 64 62 63 65 66 Phản ứng bậc Phản ứng bậc Phản ứng bậc Phản ứng bậc 11 07/10/2019 67 68 69 70 71 72 12 07/10/2019 73 74 75 Khi nhiệt độ tăng 10°C tốc độ phản ứng tăng lần Để tốc độ phản ứng tăng lên 81 lần cần thực nhiệt độ nào? (nhiệt độ ban đầu = 30°C) vt2 vt1 t t1 10 ; kT 10 kT t2 = 70 oC kT 10 kT 76 77 78 13 07/10/2019 Chất xúc tác Chất xúc tác kích thích phản ứng xảy ra, mà thực tế, phản ứng khơng xảy xảy chậm điều kiện khảo sát xác định; Chất xúc tác làm giảm tốc độ phản ứng không mong muốn (phản ứng tạo sản phẩm phụ); Chất xúc tác định hướng trình vào phản ứng tăng hiệu suất tạo sản phẩm "Chất xúc tác chất làm thay đổi vận tốc phản ứng (kích thích kìm hãm phản ứng), mà sau phản ứng khơng bị biến đổi lượng chất" 79 80 Chất xúc tác 81 Chất xúc tác Phân loại chất xúc tác Đặc điểm chất xúc tác Một số thuộc tính chất xúc tác Có tính chọn lọc; Hoạt độ (the acivity) Không gây nên chuyển dịch cân bằng, mà làm cho phản ứng nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng; Độ chuyển hóa (conversion) Không làm thay đổi đặc trưng nhiệt động hệ (∆U, ∆H, ∆S, ∆G); Trong phản ứng xúc tác đồng thể, tác dụng chất xúc tác tỷ lệ với lượng chất xúc tác; Tác dụng chất xúc tác dương làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng; 82 Chất xúc tác Chất xúc tác giảm hoạt tính, chí hẳn hoạt tính gặp số chất đó, chất gọi chất độc xúc tác; ngược lại 83 Tốc độ (rate) Tần số luân chuyển (turn over frequency, molecules.cm-2.sec-1) 84 14 07/10/2019 Cơ chế xúc tác đồng thể Chất xúc tác (Thuyết hợp chất trung gian) Một số thuộc tính chất xúc tác Không xúc tác A + B = AB Có xúc tác C A + C = AC AC + B = AB + C Độ chọn lọc (the selectivity) Chọn lọc hóa học chậm , E* nhanh , E*< E* nhanh , E*< E* Chọn lọc lập thể Độ bền (the stability) Số năm sử dụng Lượng sản phẩm tạo ra/ Lượng xúc tác sử dụng 85 86 87 89 90 Cơ chế xúc tác dị thể (Thuyết hấp phụ) (Activation Energy) Khuếch tán chất pư từ đến bề ngồi mặt chất xúc tác Hấp phụ hóa học, thay đổi cấu trúc electron, chuyển chất phản ứng vào trạng thái hoạt động Phản ứng bề mặt Giải hấp sản phẩm phản ứng khỏi bề mặt Hoạt tính chất xúc tác phụ thuộc khơng vào độ lớn bề mặt, mà cịn vào tính chất bề mặt, cấu tạo, trạng thái TPHH lớp bề mặt Khuếch tán sản phẩm từ bề mặt khỏi vùng phản ứng 88 15 07/10/2019 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA (Ea) Ý nghĩa PT Arrhenius & Năng lượng hoạt hóa (Ea) PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Dựa theo định luật Arrhenius Khi Ea giảm k tăng ngược lại, Ea tăng k giảm Tính theo nhiệt độ Khi T tăng k tăng, tăng nhiệt độ vận tốc phản ứng hóa học tăng Phương pháp đồ thị 91 92 93 Bài tập 94 95 96 16 07/10/2019 Bài tập Bài tập Bài tập Trong 10 phút hai phản ứng bậc bậc hai phản ứng hết 40% Tính thời gian để hai phản ứng hết 60% cho nồng độ ban đầu phản ứng bậc 97 98 99 Bài tập Một thuốc A nhiệt độ thường phân hủy chậm phân hủy tạo sản phẩm độc cho thể Thuốc dùng hàm lượng không 99,9% Người ta nghiên cứu theo phương pháp “già hóa cấp tốc” nhiệt độ : 60 oC 70 oC Hằng số tốc độ k tương ứng 3,12.10-5 ngày-1 9,02.10-5 ngày-1 Tính tuổi thọ thuốc (nhiệt độ t = 30 oC) 100 101 17 ... trình sở động hóa học đưa khái niệm lượng hoạt hóa giải thích ý nghĩa bậc phản ứng sở thuyết động học 10 11 12 07/10/2019 ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐIỀU KIỆN ĐỘNG HỌC 14...07/10/2019 NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐỘNG HỌC (Thermodynamic – Kinetics) (Chemical kinetics) ĐỘNG HỌC Cgraphite Cdiamond ΔGo = + 2900 kJ/mol Cdiamond Cgraphite... Energy) Khuếch tán chất pư từ đến bề mặt chất xúc tác Hấp phụ hóa học, thay đổi cấu trúc electron, chuyển chất phản ứng vào trạng thái hoạt động Phản ứng bề mặt Giải hấp sản phẩm phản ứng khỏi bề mặt