化学热力学在药剂学中的应用

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1、化学热力学在药剂学中的应用胡丽霞研究生5班201381702003摘要：通过对最近几年热力学在药剂学中的应用进展的综述，介绍了化学热力学方法在药剂学领域中的应用。包括了药物合成开发，药物制剂等的研究。关键词：药剂学；化学热力学物理化学中热力学知识在药物研究中有十分广泛的应用，这种应用帮助我们展开了一门具有广阔发展空间的新边缘学科。在药物生产中，选择合适的工艺路线、工艺条件、探索制药反应机理、研究药物稳定性、药物保存条件和期限等，就需要掌握物理化学的有关理论知识。其中，与热力学知识联系最为密切的是药物合成开发、药剂学和药理学等学科。文章将就药剂学方面阐述最近几年热力学在药物研究中

2、的应用进展。1热力学概说化学热力学是研究物质的热性质及化学、物理过程的方向和限度等普遍规律的基础学科，即在指定条件下，某一化学反应应该朝哪个方向进行？进行到什么程度？外界条件如压力、温度、浓度等因素如何影响化学反应的方向和限度？这一类问题都属于化学热力学的范畴。它把热力学理论和化学现象结合起来，其主要任务是研究物质变化所引起的能量转化以及发生这样的变化是否可能。即研究物质所处的平衡状态在条件发生改变时会产生怎样的变化。化学热力学的研究是以许多严格的热力学基本定律和热力学状态函数为基础展开的。在它的研究过程中，需要对一些重要的概念及公式从理论上进行严密的逻辑推导，这其中将会用到很

3、多高等数学的理论知识。化学热力学在生产实践和科学研究中都具有重大的指导意义，在化工生产中的能量衡算与能量的合理利用问题，在设计新的反应路线或研制新的化学产品时，有关反应变化的方向和限度问题等。化学热力学在新型药物及新剂型的研制和生产中也起到十分重要的作用。如药物合成的可能性及最高产率的确定，药物制剂的制备和性质评价以及有效成分的提取和分离等，都需要掌握和应用化学热力学的基本理论和方法[1]。1.1熔融过程的熵变许多药物分子都具有柔顺性，起原其是高分子链中的σ键的内旋转。高分子物有无数构象，中药分子也有非常大的信息量，T升高，内旋转加快。可加入刚性物，阻止内旋转。1.2熵驱动过程

4、药剂学中有一种包合物，应用的是疏水相互作用。在水中加入非极性溶质，如溶质分子聚集，将周围水分子挤走，水分子由定向变为自由水分子，所以∆S>0，为熵驱动过程。1.3温度对表面张力的影响当温度升高时，分子间引力变小，表面张力下降。当将一液滴滴在水面上时，有两种可能性，铺张或不铺张。S=σ油-σ水-σ油水，当S>0时，铺张，S<0时，不铺张。1.4高分子溶液的热力学性质高分子溶液是非理想溶液，它的形成或高聚物的溶解具有以下性质（1）高分子溶液的混合过程：放热时（∆H<0），吸热时（∆H>0），无热溶液（∆H=0），∆Hmix的大小主要取决于∆σ。（2）高分子的∆Smix，m要大几十或

5、几百倍。（3）高分子的溶解混合过程呈无序性增加，即∆Smix>0，∆Gmix<0。1.5增溶过程的热力学增溶过程是一个熵增加的过程，即∆S>0，体系的混乱度增加。2热力学在药物制剂研究中的应用2.1药物提取药物提取中，对浸提过程相关热力学进行研究，以Fick扩散第二定律为基础，并由此推算出浸提的速率常数、活化能、相对萃余率、半衰期以及平衡常数、摩尔焓变、摩尔熵变、摩尔吉布斯焓变、摩尔亥姆霍兹焓变等动力学和热力学函数值。对提取的工艺设计及操作条件的选择可以提供有价值的理论依据。范华均等[2]就提取石蒜和虎杖中有效成分的热力学机理研究，得出了许多很有价值的数据。结果表明，石蒜和虎杖

6、的提取是一个吸热熵增的过程，微波的作用导致石蒜和虎杖细胞结构发生显著变化，使微波辅助提取热力学函数变化较大，其提取过程的热力学行为特征与溶剂回流提取方法明显不同，但提取效率提高。2.2药物合成可以通过简单的热力学计算确定反应趋势，设计合理的合成路线，周淑晶等[3]就合成苄基嘧啶类药物一中间体4-溴-3，5-二甲氧基苯甲酸的合成进行了计算，提供了有利于该反应的热力学数据。热力学在不对称药物合成中也有重要的应用，郑燕升[4]通过计算发现在不对称化学合成氨基酸中，温度较低对其立体异构体构型熵变之差较大，有利于提高合成氨基酸的光学收率。2.2药物晶型研究晶型不同的药物其理化性质可能有所

7、不同。且生物利用度也可能有一定差别。药物的各种晶型之间可发生相互的变型，可分为两种变型：一种为单变过程（不可逆变型）；另一种为双变过程（可逆变型）。对于单变型的两种晶型，在常温下必有一种较为稳定。药物品型的转变过程是相变及相平衡的物理过程，这一过程与其热力学特性密切相关。因此，在药物多晶型的研究中，不仅要检测出其不同的晶型，而且还要搞清多晶型在转型中的热力学关系。对药物晶型热力学参数如溶解热、熔化热、熵以及自由能等的研究，有助于选择适当的药物晶型。陆杰等[5]发现，对于普鲁卡因青霉素的反应结