ĐỀ CƯƠNG HÓA LÝ DƯỢC Năm 2021 VITAMIN DƯỢC TEAM HỌC TẬP TND 2 MỤC LỤC 1 Chương 1 MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 3 2 Chương 2 1 DUNG DỊCH 6 3 Chương 2 2 CÂN BẰNG PHA 9 4 Chương 5 ĐỘNG HÓA HỌC 12 5.
Trang 1ĐỀ CƯƠNG HÓA LÝ DƯỢC
Năm 2021
Trang 3VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 3
CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
I Một số khái niệm nhiệt động lực học trong hoá lý
- Hệ: chỉ tất cả vật chất và đặc tính của nó trong một giới hạn không gian nhất định
- Không có bề mặt phân chia các phần trong hệ
- Tính chất của các thành phần trong hệ như nhau
không thay đổi hoặc biến đổi liên tục từ phần này
sang phần khác
- Ví dụ: dung dịch
Là hệ trong đó:
- Có bề mặt phân chia các phần trong hệ
- Tính chất của các thành phần trong hệ khác nhau và biến đổi đột biến qua bề mặt phân cách
- Khi được khuấy trộn đều, tính chất, thành phần các phần như nhau → dung dịch đồng nhất
• Hệ dị thể có tính chất và các thành phần trong hệ khác nhau nên là hệ không đồng nhất
Trang 4II Một số đại lượng nhiệt động
Nội năng (U)
Định nghĩa: Tổng tất cả các dạng năng lượng tồn tại trong hệ Là năng lượng vi mô, không
bao gồm năng lượng vĩ mô như động năng và thế năng của toàn hệ
Không xác định được giá trị tuyệt đối nhưng có thể xác định được biến thiên nội năng (∆U)
Biểu thức: ∆U = q − A hay dU = δq − δA Tính chất: U là thông số khuếch độ
∆U là hàm trạng thái
Enthalpy (H)
Biểu thức: H = U + pV Tính chất: H là hàm trạng thái, là một thông số khuếch độ (tỷ lệ với khối lượng)
Ý nghĩa:
- Biến thiên Enthalpy (∆H) bằng hiệu ứng nhiệt trong quá trình đẳng áp, đẳng nhiệt
- ∆H có tính chất cộng, có thể dùng pháp cộng đại số để xác định hiệu ứng nhiệt của 1 quá trình (định luật Hess)
- Các phương trình biểu thị MQH giữa ∆H với một số đại lượng Kcb, P, T… cho phép ứng
dụng trong đông khô, cô dịch ở p giảm, tăng hiệu suất quá trình
- ∆S là tiêu chuẩn xét đoán chiều hướng và mức độ diễn biến của quá trình trong hệ cô lập
- Là thước đo mức độ trật tự của hệ
+ Hệ cô lập: ∆S>0, S tăng đến đạt cân bằng ∆S=0 + Hệ không cô lập
Trang 5VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 5
Thế đẳng áp
đẳng nhiệt
(G)
Biểu thức: G = H – TS = U + pV – TS Tính chất: G là hàm trạng thái, là một thông số khuếch độ
Ý nghĩa:
- G là năng lượng tự do của hệ
- ∆G là tiêu chuẩn xét chiều hướng, mức độ của quá trình tự diễn biến trong hệ ∆G < 0 → quá trình tự xảy ra đến cân bằng ∆G = 0
+ Với hệ thuận nghịch A’ = -∆G, nếu ∆G < 0 → quá trình tự xảy ra và sinh công
+ Với hệ bất thuận nghịch A’ = -∆G → quá trình tự xảy ra và sinh công khi ∆G < 0, A’> 0 → quá trình tự xảy ra và không sinh công khi ∆G < 0, A’=0
Tính chất: F là năng lượng có thể giải phóng, là hàm trạng thái
Ý nghĩa:
- F: năng lượng tự do Helmholtz
- Quá trình đẳng tích đẳng nhiệt tự diễn biễn khi ∆F<0
- F của hệ tự diễn biến đẳng tích đẳng nhiệt luôn giảm
- Khi hệ ở TTCB, hóa thế của mỗi cấu tử ở mọi tp của hệ = nhau
- Hóa thế quan hệ với áp suất không khí và nồng độ dd
μ𝑖 = 𝜇𝑖𝑜+ 𝑅𝑇𝑙𝑛𝑃𝑖
μ𝑖 = 𝜇𝑖𝑜+ 𝑅𝑇𝑙𝑛𝐶𝑖
Trang 6CHƯƠNG 2.1: DUNG DỊCH
1 Dung dịch rắn
• Dung dịch rắn là hệ phân tán trong đó tiểu phân của các chất rắn phân tán vào nhau có kích thước nguyên
tử, phân tử, ion
• Điều kiện để hình thành dung dịch rắn là:
- Hai chất phải tương tự nhau về công thức hóa học, có cùng đặc điểm của các liên kết trong phân tử
- Hai chất phải tương tự nhau về đặc điểm vật lý, là những chất đồng hình, có cùng kiểu cấu trúc tinh thể,
tỷ lệ tương đối của các đơn vị cấu trúc giữa các nguyên tử, ion gần như nhau
Các yếu tố làm tăng độ hoà tan của dược chất khi chế tạo ở dạng dung dịch rắn
• Kích thước tiểu phân rất nhỏ
• Không có hiện tượng kết tụ giữa các tiểu phân
• Tăng tính thấm ướt nhờ chất mang
• Chất mang tạo 1 lớp khuếch tán ngay trên bề mặt tiểu phân có tác dụng trợ tan
2 Mối quan hệ giữa các thuộc tính tập hợp Áp suất thẩm thấu (ASTT)
• Mối quan hệ giữa các thuộc tính tập hợp
- Các thuộc tính tập hợp của dung dịch là những tính chất phụ thuộc chủ yếu vào số lượng tiểu phân chất tan trong dung dịch (phân tử, ion), gần như không phụ thuộc đặc tính của các tiểu phân chất tan (kích thước, điện tích …)
- Bốn thuộc tính tập hợp phụ thuộc nồng độ molan của dung dịch (mB):
+ Độ hạ băng điểm: ΔT b = K b m B
+ Độ tăng điểm sôi: ΔT s = K s m B
+ Độ hạ tương đối áp suất hơi bão hòa của dung môi trên dung dịch (PA) so với áp suất hơi bão hòa của dung môi trên dung môi nguyên chất (Po
Trang 7VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 7
- Áp suất thẩm thấu là áp suất gây ra bởi sự có mặt của chất tan trong dung dịch, làm giảm hóa thế của dung
môi trong dung dịch so với dung môi nguyên chất
- Nguyên tắc đo áp suất thẩm thấu
+ Đối với dung dịch chất phân tử nhỏ: đo gián tiếp dựa trên phép đo độ hạ băng điểm và độ tăng điểm sôi,
độ hạ áp suất hơi bão hòa Thường dùng, đơn giản nhất là đo độ hạ băng điểm → π
+ Đối với dung dịch polyme, chất phân tử lớn: đo trực tiếp bằng thiết bị màng thẩm thấu có manometer
3 Dung dịch đẳng trương
• Dung dịch đẳng trương:
- Là dung dịch có áp suất thẩm thấu và độ hạ băng điểm bằng áp suất thẩm thấu và độ hạ băng điểm của dịch sinh học (1)
- Không làm thay đổi thể tích tế bào khi tế bào tiếp xúc với dung dịch (2)
Dung dịch thỏa mãn điều kiện (1) → Dung dịch thẩm áp
• Cách tính và pha dung dịch đẳng trương:
Dung dịch thuốc thường có nồng độ loãng, cần thêm chất tan làm cho dung dịch trở nên đẳng trương Phương pháp được chia làm 2 loại:
+ Loại 1: Phương pháp thêm chất tan vào dung dịch để hạ thấp độ hạ băng điểm đến 0,520C (dung dịch đẳng trương) Gồm phương pháp nghiệm lạnh và phương pháp đương lượng NaCl
+ Loại 2: Phương pháp thêm dung môi nước vừa đủ vào lượng chất tan cần pha để được dung dịch đẳng
trương, sau đó bổ sung vừa đủ thể tích thuốc cần pha bằng dung dịch đẳng trương hoặc dung dịch đệm đẳng trương Gồm phương pháp White – Vincent và phương pháp Sprowls
Trang 8Khi dung dịch đẳng trương: L=i.Kb nhận giá trị Liso
Khi biết trọng lượng phân tử của thuốc và hệ số Liso có thể tính được độ hạ băng điểm của dung dịch thuốc
b Phương pháp đương lượng NaCl
- Dựa trên đương lượng đẳng trương của NaCl để điều chỉnh độ đẳng trương
- Đương lượng đẳng trương của NaCl (E) với dược chất A là số gam NaCl tạo được áp suất thẩm thấu tương đương với 1 gam dược chất A tạo ra
- Ta có: ΔTb = i.Kb.mB Với dung dịch loãng mB ≈ CM, đặt Liso = i.Kb => ΔTb = Liso.CM
- Dung dịch chứa 1 gam dược chất A trong 1000 ml nước có nồng độ CM => ΔTb = Liso.1/M
- NaCl có Liso = 3,4 và MNaCl = 58,45 Gọi E là số gam NaCl tạo được áp suất thẩm thấu tương đương 1 gam dược chất A Ta có:
ΔTb = Liso.1/M = 3,4 E
𝑀
c Phương pháp White – Vincent:
- Tính thể tích dung dịch đẳng trương chỉ chứa riêng dược chất dựa trên đương lượng NaCl Sau đó thêm dung dịch đẳng trương thích hợp, vừa đủ để thu được thuốc cần pha đảm bảo nồng độ dược chất
- Thể tích dung dịch đẳng trương đặc trưng cho W gam dược chất:
V = W.E (100ml/0,9g) = W.E.111,1
Trong đó: E là đương lượng NaCl của dược chất
100ml/0,9g là số ml dung dịch đẳng trương NaCl 0,9%
d Phương pháp Sprowls:
- Chỉ số Sprowls V0,3 là thể tích đẳng trương của 0,3 gam chất tan
- V0,3 = số ml dung dịch đẳng trương chứa 0,3 gam dược chất (0,3 gam dược chất tan trong lượng nước vừa
đủ V0,3 thu được dung dịch đẳng trương)
Trang 9VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 9
CHƯƠNG 2.2: CÂN BẰNG PHA
1 Giản đồ pha của hệ 2 cấu tử phenol – nước
Hệ phenol – nước chứa 2 chất lỏng (nước và phenol) hòa tan hạn chế vào
nhau (chỉ hòa tan với 1 tỷ lệ nhất định tại 1 nhiệt độ nào đó)
Giản đồ pha bên cạnh là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ tan của 2
cấu tử theo nhiệt độ Trục hoành biểu diễn thành phần % phenol – nước
Trục tung biểu diễn nhiệt độ
• Giản đồ được phân tích như sau:
- Đường cong biểu diễn độ tan của phenol vào nước tại 1 nhiệt độ nhất định (Đường cong biểu diễn dung
dịch bão hòa tại nhiệt độ)
- Ý nghĩa các vùng:
+ Nằm trên và ngoài đường cong: Dung dịch đồng thể (phenol, nước hòa tan vào nhau tạo thành dung dịch) + Nằm dưới đường cong: Hệ dị thể, tồn tại 2 pha lỏng:
Pha lỏng 1: Dung dịch nước bão hòa phenol
Pha lỏng 2: Dung dịch phenol bão hòa nước
- Ý nghĩa các điểm:
+ Điểm cực đại trên đường cong (điểm h) biểu diễn nhiệt độ hòa tan tới hạn (trên nhiệt độ này, 2 chất hòa tan vào nhau theo tỷ lệ bất kì)
+ Điểm a: Nước
+ Điểm b: Dung dịch bão hòa phenol trong nước
+ Điểm c: Dung dịch bão hòa nước trong phenol
+ Điểm d: Hệ dị thể 2 pha:
Pha lỏng 1: Dung dịch nước bão hòa phenol
Pha lỏng 2: Dung dịch phenol bão hòa nước
+ Trên đoạn bc: Khi lượng phenol tăng, chỉ có sự thay đổi khối lượng giữa 2 pha, nồng độ 2 pha không đổi
• Quy tắc đòn bẩy:
+ Phát biểu: lượng mỗi pha trong hệ dị thể ở điều kiện cân bằng pha tỷ lệ nghịch với khoảng cách tính từ điểm biểu diễn pha đó đến điểm biểu diễn hệ trên giản đồ pha
Trang 10+ Ta có tỷ lệ khối lượng 2 pha của hệ tại điểm d: Khối lượng pha lỏng 1
Khối lượng pha lỏng 2 = cd
bd
2 Giản đồ pha của hệ 2 cấu tử thymol – salol có sự tạo thành hỗn hợp eutecti
- Hệ Thymol – Salon là hệ 2 cấu tử không phản ứng với nhau, hòa tan
vào nhau ở trạng thái lỏng, trạng thái rắn không tạo thành dung dịch
(dung dịch rắn)
- Để đơn giản, xét giản đồ phẳng, biểu diễn sự phụ thuộc trạng thái của
hệ vào nhiệt độ và thành phần thymol – salon Trục hoành biểu thị tỷ lệ
thành phần Trục tung biểu thị nhiệt độ
• Giản đồ được phân tích như sau:
- T A , T B là nhiệt độ nóng chảy của chất A (Salon) nguyên chất và chất B (Thymol) nguyên chất
- Đường cong
+ TAE là tập hợp các điểm biểu thị nhiệt độ bắt đầu kết tinh A từ dung dịch lỏng AB
+ TBE là tập hợp các điểm biểu thị nhiệt độ bắt đầu kết tinh B từ dung dịch lỏng AB
+ Hai đường này hợp thành đường nguội (đường lỏng) TAETB. Mỗi điểm trên đường này chỉ có một pha lỏng AB và là đường biểu diễn thành phần của dung dịch AB lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ tương ứng
- Đường thẳng RES gọi là đường rắn
- Đường lỏng và đường rắn chia đồ thị thành 4 vùng:
+ Vùng I (Phía trên đường TAETB): Vùng đồng thể - Dung dịch lỏng AB gồm 2 cấu tử A và B
+ Vùng II (Trong tam giác TARE): Vùng dị thể, tồn tại 2 pha - rắn A nguyên chất và dung dịch lỏng AB (A bão hòa)
+ Vùng III (Trong tam giác TBSE): Vùng dị thể, tồn tại 2 pha - rắn B nguyên chất và dung dịch lỏng AB (B bão hòa)
Trang 11VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 11
- Tại điểm M và a: chỉ tồn tại dung dịch lỏng AB
- Hạ nhiệt độ tới điểm b: vùng dị thể, tồn tại 2 pha – rắn A nguyên chất và dung dịch lỏng AB
- Điểm mút r: pha rắn A, điểm mút l: pha lỏng AB cân bằng với pha rắn A
Tỷ lệ khối lượng của pha lỏng AB và pha rắn A tại b được xác định theo quy tắc đòn bẩy
mrắn A
mlỏng AB=
lbrb
- Tại điểm c: 2 điểm mút là R và E → hệ có nhiệt độ eutecti, thành phần hệ dị thể gồm pha rắn A và pha lỏng
- Tiếp tục hạ nhiệt độ, A và B kết tinh với tỷ lệ khối lượng không đổi, hệ chỉ còn pha rắn A và B
• Hỗn hợp eutecti
- Định nghĩa: là hỗn hợp có tỷ lệ thành phần xác định, có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất so với từng đơn
chất cũng như so với hỗn hợp có tỷ lệ thành phần khác
- Đặc điểm:
+ Cấu trúc min, đều, đẹp
+ Kích thước tiểu phân rất nhỏ
+ Nhiệt độ nóng chảy thấp nhất
→ Độ bền vững hóa học và độ hòa tan cao
- Ý nghĩa trong ngành Dược:
+ Độ bền hóa học và độ hòa tan của hỗn hợp eutecti đảm bảo độ ổn định và hiệu lực điều trị của thuốc: độ hòa tan cao → thuốc giải phóng tốt → hấp thu tốt
+ Nhiệt độ eutecti đặc trưng cho từng cặp chất rắn → là thông số hóa lý để định tính các Dược chất
Trang 12CHƯƠNG 5: ĐỘNG HÓA HỌC
1 Xác định bậc phản ứng đơn giản bằng phương pháp thế
- Tiến hành phản ứng, xác định biến thiên nồng độ chất phản ứng (hoặc SP) theo thời gian
- Thay các giá trị C, t tương ứng vào các phương trình của phản ứng bậc 1,2,3… để tính các giá trị hằng số tốc độ phản ứng k
Phản ứng bậc 0: 𝑘 =(𝐶0 −𝐶𝑡)
𝑡Phản ứng bậc 1: 𝑘 = 1
- Phương trình nào cho k không đổi thì bậc của phản ứng ứng với phương trình đó
2 Tóm tắt động học của các phản ứng đơn giản
Mol.l-1.s
-1 𝑑𝑥
− 𝑏) 𝑙𝑛 𝑎
𝑎 − 𝑥+ (𝑎 − 𝑐)𝑙𝑛 𝑏
𝑏 − 𝑥+ (𝑏 − 𝑎)𝑙𝑛 𝑐
𝑐 − 𝑥]
= 𝑘𝑡 𝑑𝑥
𝑑𝑡 = 𝑘(𝑎 − 𝑥)
2[
1(𝑎 − 𝑥)2− 1
𝑎𝑛−1] = 𝑘𝑡 2
𝑛−1− 1(𝑛 − 1)𝑎𝑛−1𝑘
Trang 13Hệ số và quy tắc Van Hoff chỉ đúng cho một khoảng nhiệt độ nhất định
- Phương trình Arrhenius
𝑘 = 𝐴 𝑒−𝐸𝑅𝑇𝐴𝑙𝑛𝑘 = −𝐸𝐴
𝑅𝑇+ 𝑙𝑛𝐴 K: hằng số tốc độ
R: hằng số hí
EA: năng lượng hoạt hoá T: nhiệt độ Kevin A: hằng số + Định nghĩa: Năng lượng hoạt hoá là chênh lệch năng lượng tối thiểu củ một phân tử so với mức năng lượng phân tử trung bình của chất phản ứng ở một nhiệt độ xác định để phân tử này có khả năng tạo ra phản ứng
+ Năng lượng hoạt hoá của một phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ
Khi tăng nhiệt độ:
+ Số lượng phân tử có Ephân tử > Ehoạt hoá + Etrung bình tăng
+ Các phân tử chất phản ứng có động năng lớn hơn, chuyển động nhanh hơn, va chạm thường xuyên hơn và có lực chạm mạnh hơn rất nhiều lần
→ Tăng nhiệt độ thường làm tăng tốc độ phản ứng
Trang 14b Ảnh hưởng của chất xúc tác
- Chất xúc tác là những chất có khả năng làm thay đổi tốc độ của phản ứng nhưng không làm thay đổi về lượng và bản chất hoá học,
- Phân loại xúc tác:
+ Phân loại theo trạng thái vật lý: Xúc tác được chia thành xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể
+ Phân loại theo tác dụng: xúc tác dương và xúc tác âm
+ Chất xúc tác không bị mất đi, không bị biến đổi về mặt hoá học khi xúc tác cho phản ứng
4 Xác định bậc của phản ứng đơn giản bằng phương pháp đồ thị
- Tiến hành phản ứng, xác định C theo t
- Lập đồ thị tương quan giữa hàm số của nồng độ theo thời gian C = f(t)
- Tìm đồ thị có đường biểu diễn là đường thẳng (y = a + bx) → bậc phản ứng
Ct= 1
C0 + k.t
Trang 15VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 15
5 Xác định hằng số tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch của phản ứng thuận nghịch bậc 1-1
B2: Xác định nồng độ chất ban đầu (A) sau các thời gian khác nhau (làm ở nhiều thời điểm)
→ Từ đó xác định được k tại mỗi thời điểm và k trung bình
k = k1 + k2 = 1
tln
a
a − xB3: Xác định nồng độ sản phẩm X1 và X2 sau các thời gian khác nhau (làm ở nhiều thời điểm)
7 Phương trình Arrhenius và ý nghĩa của phương trình
• Để biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ phản ứng, người ta sử dụng phương trình Arrhenius
Trang 16Trong đó E là năng lượng hoạt hóa của phản ứng – là chênh lệch năng lượng tối thiểu của một phân tử so
với mức năng lượng phân tử trung bình của chất phản ứng ở nhiệt độ nhất định để phân tử này có khả năng tạo ra PƯHH
• Cơ sở lý thuyết của phương trình Arrhenius: 4 giả định
+ Không phải mọi phân tử đều có khả năng tham gia phản ứng Chỉ những phân tử có mức năng lượng nhất định mới có khả năng tạo ra phản ứng
+ Phản ứng có 2 giai đoạn:
• Tạo ra phân tử ở dạng hoạt hóa A*: phản ứng thuận nghịch, xảy ra nhanh, cân bằng luôn được thiết lập
• Giai đoạn từ dạng hoạt hóa A* → sp: phanr ứng 1 chiều, chậm
+ Nồng độ chất A ở dạng họat hóa nhỏ, không làm thay đổi đáng kể nồng độ A ở dạng không hoạt hóa + Giai đoạn từ dạng hoạt hóa A* → sp là giai đoạn chậm, không phụ thuộc vào nhiệt độ
8 Xác định năng lượng hoạt hóa và ý nghĩa của việc xác định năng lượng hoạt hóa
Để xác định năng lượng hoạt hóa E, người ta sử dụng phương trình Arrhenius dạng tích phân
Trang 17VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 17
9 Phương pháp lão hóa cấp tốc để dự đoán tuổi thọ thuốc
• Cách 1: Nghiên cứu phản ứng tại nhiều nhiệt độ
- Xác định hằng số k tại các nhiệt độ khác nhau
- Lập đồ thị lnk – T
- Tính hằng số k tại nhiệt độ bảo quản thuốc (25oC)
- Tính t0.1 → dự đoán tuổi thọ của thuốc
• Cách 2: Nghiên cứu phản ứng tại 2 nhiệt độ
- Xác định k1, k2 của phản ứng tại 2 nhiệt độ T1, T2
- Xác định NLHH Ea
- Tính hằng số k tại nhiệt độ bảo quản thuốc (25oC)
- Tính t0.1 → dự đoán tuổi thọ của thuốc
9 Ảnh hưởng của pH môi trường tới tốc độ của phản ứng xúc tác acid base đặc hiệu
v = kTN.CA (kTN = ka[H+]) log kTN = log ka CH+
v = kTN.CA (kTN = kb[OH- ]) log kTN = log kb COH-
• Sự xúc tác của dung môi có tác động đồng thời với sự xúc tác đặc hiệu của ion H+ hay OH-, nhất là trong vùng pH có cả xúc tác đặc hiệu của ion và xúc tác của dung môi Động học của phản ứng tại khoảng pH này có thể biểu diễn là:
v = (ko + ka[H+] + kb[OH-]) [A]
+ Môi trường pH thấp → ka[H+] >> ko, kb[OH-] → phản ứng xúc tác đặc hiệu bởi ion H+
+ Môi trường pH cao → ka[OH-] >> ko, ka[H+] → phản ứng xúc tác đặc hiệu bởi ion OH-
+ Khi [H+], [OH-] nhỏ hoặc ka[H+], kb[OH-] << ko → phản ứng tự xúc tác bởi dung môi
+ Tốc độ phản ứng chuyển từ vùng acid sang base sẽ đi qua cực tiểu Tại đó tốc độ phân hủy là nhỏ nhấ