SOLUCIONES CONSIDERACIONES FISICOQUÍMICAS

SOLUCIONES

CONSIDERACIONES FISICOQUÍMICAS

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE QUÍMICA FARMACÉUTICA

Juan Fernando Pinillos MadridQuímico Farmacéutico

Solución

Mezcla de dossustancias quepresentan una solafase.

Partes:Soluto (sólido o líquido)Disolvente (liquido)

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Solución - Conceptos3

Una solución puede ser definida como un sistemadonde las moléculas de un soluto (comomedicamentos o proteínas) están disueltas en unsolvente que es el vehículo.

Cuando una solución contiene un soluto a su límitede solubilidad a cualquier temperatura y presióndada se dice que es una solución saturada.

Attwood, D., Florence A.T. Physical Pharmacy. Pharmaceutical Press. 2008


Si la solubilidad límite es excedida, partículassólidas del soluto pueden estar presentes en la fasede solución en equilibrio. Bajo ciertas circunstanciasse pueden preparar soluciones sobresaturadas,donde el activo existe en solución por encima de sulímite de solubilidad.



El equilibrio máximo de solubilidad dicta la velocidadde solución (disolución) del activo, a mayorsolubilidad, más rápido será la velocidad dedisolución.


Factores que influencian la solubilidad6

Una molécula del soluto es “removida” del cristal.

Una cavidad para la molécula es creada en elsolvente.

La molécula del soluto es insertada dentro de lacavidad.

Proceso de disolución7


El área superficial de la molécula afecta lasolubilidad. Para moléculas simples la solubilidaddisminuye a medida que aumenta el áreasuperficial molecular.

Punto de ebullición de los líquidos y punto de fusiónde los sólidos. En general, la solubilidad acuosadecrece con el incremento del punto de ebullicióny el punto de fusión.



La influencia de los sustituyentes pueden modificarla solubilidad dependiendo de sus efectos en laspropiedades de los sólidos o los líquidos. Lossustituyentes pueden ser clasificados comohidrofóbicos y hidrofílicos.


Factores que influencian la solubilidadSustituyentes

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Dependiendo de su polaridad: Grupos polares como el –OH pueden formar

puentes de hidrógeno impartiendo alta solubilidad. Grupos no polares como –CH3 y –Cl son

hidrofóbicos e imparten baja solubilidad. Ionización del sustituyente incrementa la solubilidad.

–COOH y NH2 son ligeramente hidrofílicos,mientras que –COO- y NH3

+ son muy hidrofílicos.


Factores que influencian la solubilidadSustituyentes

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Dependiendo de su polaridad:

La posición del sustituyente en la molécula puedeinfluenciar la solubilidad. La solubilidades del o-,m- y p-dihidroxibencenos son 4, 9 y 0.6 mol/dm3

respectivamente.



La solubilidad de los electrólitos inorgánicos esinfluenciada por las propiedades del cristal y lasinteracciones de sus iones con el agua (hidratación).

Los aditivos pueden incrementar o disminuir lasolubilidad de un soluto en un solvente dado.El efecto puede depender de diferentes factores:• El efecto del aditivo en la estructura del agua.• La interacción del aditivo con el soluto.• La interacción del aditivo con el solvente.


Solubilidad13

Definición

Concepto Cuantitativo:Es la concentración de soluto en una solución saturada.Esta concentración se determina en presencia de unexceso de soluto sin disolver a una temperaturaespecífica.

Ecuación de Noyes y Whitney14

dc/dt: Velocidad de disolución (variación de laconcentración en la unidad tiempo)

Df = Coeficiente de difusión (cm2/seg)S = Superficie del sólido (cm2)h = Espesor de la capa estacionaria (cm)V = Volumen de la solución (cm3)Cs: Solubilidad (concentración de saturación de la

sustancia en el disolvente)Ct: concentración de la sustancia en la solución, en el

tiempo t (g/cm3)

Capa estacionaria h15

Una partícula sólida dispersa en un solvente estárodeada por una capa delgada de solvente deespesor definido h en cm.La capa es parte integrante del sólido y por eso sellama característicamente "capa estancada oestacionaria". y se mueve siempre que lo haga lapartícula.

hCs Ct

Capa estacionaria h16

Los procesos de agitación aumentan la velocidadde disolución por disminuir la capa estacionaria.

hCs Ct

Importancia de la Solubilidad17

Determina el tipo de Forma Farmacéutica.

Determina si un fármaco puede tener actividadbiológica porque es una etapa previa a laabsorción.

Hasta 1980 el valor limite se consideraba 20g/mL.

Ahora se considera 10 g/mL.

Formas de expresar la solubilidad18

Expresión Símbolo Definición

Molaridad M, c Moles de soluto / L Solución

Normalidad N Peso Equiv. Gramo de soluto / Litro de Solución

Molalidad m Moles soluto/1000g solvente

Fracción molar X, N Relación de las moles de un constituyente/total moles

Moles por ciento

Moles de uno de los constituyentes en 100 moles de la solución. Se obtiene multiplicando la fracción molar x 100

Formas de expresar la solubilidad19

Expresión Símbolo Definición

Porcentaje en peso

%w/w gramos de soluto en 100 g de solución.

Porcentaje en volumen

%v/v mililitros de soluto en 100 mL de solución.

Porcentaje peso/volumen

%w/v gramos de soluto en 100 mL de solución .

Expresiones cualitativas (Farmacopeicas)

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Expresión Partes de solventes requeridas por una parte de soluto

Very soluble menos de 1 parte

Freely soluble 1 a 10 partes

Soluble 10 a 30 partes

Sparingly soluble 30 a 100 partes

Slightly soluble 100 a 1000 partes

Very slightly soluble 1000 a 10.000 partes

Practically insoluble or insoluble

más de 10.000 partes

Efecto de la temperatura en la solubilidad

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PROCESOS ENDOTÉRMICOS

H +, hay enfriamiento

PROCESOS EXOTÉRMICOS

H -, hay calentamiento

Absorbe calor

Libera calor

NaOH

NH4Cl

22Dra. Mireia Oliva i Herrera

Efecto del solvente en la solubilidad23

Constante dieléctrica:Es una medida de la polaridad del solvente y serelaciona con la capacidad del solvente para separariones del soluto de carga opuesta.Cada sustancia presenta un máximo de solubilidad a unaconstante dielectrica determinada, a este valor se leconoce como requerimiento dielectrico.Cosolvencia:Mezclar dos solventes con el objeto de disminuir laconstante dielectrica y hallar el requerimiento dieléctricodel fármaco.Adición de un solvente acuomiscible en el cual el solutotenga buena solubilidad. Ej: EtOH, IsopOH, Polioles.

Efecto del solvente en la solubilidad24

Solvente , Solvente ,

Agua 80 PEG 400 19

Sorbitol 60 Bencilalcohol 13

Jarabe USP 60 Aceite de ricino 4.6

Glicerina 46 Aceite de oliva 3.1

Propilenglicol 32 Etil oleato 3.2

Etanol 24

Efectos del soluto en estado sólido Polimorfismo

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AmorfaMás soluble

cristalina

MetaestableMás soluble

Estable

Cefalosporinas, barbituricos, sulfonamidas...

Novobiocina,metilprednisolona, cloranfenicol palmitato, riboflavina

Efecto de la solvatación27

Anhidra 10mg/ mL 7.5 min para disolver el 50%Trihidrato 8mg/mL 45.0 min para disolver el 50%

ampicilina

solubilidad Velocidad de disolución

Monoetanol-solvato > hemiacetona-solvato > anhidraMás soluble medianamente baja solubilidad

Prednisolana:

Efecto del aditivo28

Cuando se añade una sal a una disolución concentradade un fármaco no electrolito.El efecto puede ser positivo o negativo dependiendo delas interacciones que imperan:

NegativoSalting out (ión- solvente)

PositivoSalting in (ión- fármaco)

SOLUBILIDAD

Efecto del ión común 31

Añade una sal a una disolución concentrada de unfármaco ELECTROLITO poco soluble

Basado en el concepto de Kps (Constante Productode Solubilidad) NaCl

Efectos del pH

AlcaloidesMorfina, codeina, atropina

AntihistaminicosDifenhidramina

Anestesicos localesProcaína, tetracaina

Soluciones acidas diluidas.

BarbituricosFenobarbital,pentobarbital

SulfonamidasSulfadiazina,sulfacetamida

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Bases Ácidos

Efecto del pH - consideraciones33

Muchas activos son ácidos orgánicos débiles obases orgánicas débiles.

Una ácido o base débil se ioniza ligeramente. Sólolos ácidos y bases fuertes se ionizancompletamente.

El grado en que cada ácido o base débil se ionizaesta ligado fuertemente al valor de pH.

La extensión en la ionización de una medicamentotiene un efecto importante en la adsorción,distribución y eliminación

Efecto del pH34

Efecto del pH35

Activos ácidos

Son menos solubles en soluciones ácidas que ensoluciones alcalinas debido a que predomina laespecie no disociada.No se generan interacciones entre las moléculas delagua y el soluto.S: SolubilidadSo: Solubilidad de la forma no ionizada

Efecto del pH36

Activos básicos

Es más soluble en soluciones ácidas donde predominala forma ionizada.S: SolubilidadSo: Solubilidad de la forma no ionizada

Efecto del pH37

Activos anfóteros

Muestran características ácidas y básicas. Su menor solubilidad se da en la forma zwitterion. La variación de la solubilidad con el pH esta dada por: A pH por debajo del punto isoeléctrico:

A pH por encima del punto isoeléctrico:

Efecto del pH38

Punto isoeléctrico

Es donde la carga neta efectiva igual a cero en lasmoléculas anfóteras. El valor de pHi puede sercalculado a partir de:

Donde pKaacid y pKabasic son los valores de pKas ácidosy básicos respectivamente.

Efecto del pH39

Efecto del pH - ionización40

Efecto del pH – ionización de unfármaco básico

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Figure 2: The pH-solubility profile for a compound with a single, basic pKa value of 5. The four regions of pH-dependent solubility are: salt plateau, pHmax, ionized compound, and unionized compound.

Efecto del pH – ionización de unfármaco ácido

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Efecto del pH44

Ionización de un ácido débil y su sal

Ácido débil: HA

Ka: Constante de equilibrio, también constante deionización, constante de disociación o constante deacidez.

El logaritmo negativo de Ka se refiere al pKa.

Efecto del pH45

Ionización de un ácido débil y su sal

Porcentaje de ionización:

Efecto del pH46

Ionización de una base débil y su sal

Base débil: B

Kb: Constante de equilibrio, también constante deionización, constante de disociación o constante debasicidad.

El logaritmo negativo de Kb se refiere al pKb.

Efecto del pH47

Ionización de una base débil y su sal

Porcentaje de ionización:

Efecto del pH48

Ionización de compuestos anfóteros

Pueden funcionar como ácidos o bases débiles. Si pKa > pKb se denominan anfolitos ordinarios y

existen en solución como cationes y su forma noionizada.

Si pKa < pKb se denomina anfolitos zwitterionicos yexisten en solución como cationes y su formazwitterion (carga positiva y negativa)

Efecto del pH53

Ejercicio

Calcule el porcentaje de cocaína existente como baselibre en solución de cocaína HCl a pH 4.5 y a pH 8.0.El valor de pKb de la cocaína es 5.6.

Efecto combinado del pH y delsolvente

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Los cosolventes afectan la solubilidad deelectrolitos débiles en una solución ajustada deph (bufferizada), de 2 maneras:

a) Incrementando la solubilidad de las especies noionizadas por un ajuste en la polaridad del solvente.

b) Siendo menos polares que el agua los solventesdisminuyen la disociación del electrolito (Kadisminuye para ácidos).

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