Objetivos
Adquirir los conocimientos de la cinética química
Obtener experimentalmente los datos cinéticos
Correlacionarlos mediante ecuaciones matemáticas
Establecer las condiciones para acelerar o disminuir la velocidad de
la reacción según requerimientos establecidos
Introducción
La vocación de la industria farmacéutica desde siempre ha sido
producir medicamentos de calidad y con total garantía de seguridad.
Desde el “hágase según arte”, con los años, se han ido desarrollando
recomendaciones e incorporando requerimientos que han
evolucionado hasta una reglamentación estricta.
La industria farmacéutica disfruta de una imagen de calidad
excelente. Al elaborar sus productos destinados a curar la
enfermedad, salvar vidas o mejorar la calidad de vida, no puede
haber el mínimo margen para el error.
Para asegurar la fabricación de un producto de calidad, la
estabilidad de la forma farmacéutica y su efecto farmacológico es
crucial.
Para asegurar que el medicamento diseñando cumpla con su
propósito la Cinética Química es de fundamental importancia.
La cinética química es aquella rama de la fisicoquímica que estudia
la velocidad de las reacciones y sus mecanismos,
La cinética complementa la termodinámica (que considera
únicamente las relaciones de energía entre los reactivos y productos
de una reacción) al proporcionar información de la velocidad y
mecanismo de transformación de reactivos en productos
Cinética Química
Este campo estudia las velocidades de los procesos químicos en función de las especies que reaccionan, de los catalizadores e inhibidores, de los diferentes medios disolventes, de la temperatura y de todas las variables que pueden afectar la velocidad de una reacción.
Esta busca la relación entre la forma precisa en varia la velocidad de reacción con el tiempo y la naturaleza de las colisiones intermoleculares implicadas en la generación de productos de reacción.
Termodinámica – ¿Ocurre una reacción?Cinética – ¿Qué tan rápido ocurre la reacción?
La velocidad de reacción es el cambio de la concentración de un reactante o un producto por unidad de tiempo (M/s).
Tiempo
Factores que afectan la velocidad de reacción
Naturaleza de los reactivos
Concentración (ecuación de velocidad)
Temperatura
Fuerza iónica
Medio de reacción (disolvente)
Catalizador
V = -
[A] t
V = [B] t
V = -
∆[A] ∆t
V= ∆[B] ∆t
∆[A] = Cambio de concentración en A respecto a un periodo de tiempo ∆t.
∆[B] = Cambio de concentración en B respecto a un periodo de tiempo ∆t.
Porque [A] decrece con el tiempo, ∆[A] es
negativo.
Naturaleza de los reactivos
Las reacciones redox son rápidas debido a que solo intercambia electrones y no requieren de ruptura de enlace ni formación de los mismos
Las reacciones iónicos son rápidas debido a que solo se intercambian iones que ya se encuentran en solución
Cuanto mas enlaces se deben romper mas tiempo se requieren para formar nuevos enlaces por ejemplo
El alcohol combustiona mas rápido que el querosén
Concentración (ecuación de velocidad)
Ley de velocidad
La ley de la velocidad expresa el producto de la concentración de los reactivos elevados a una potencia llamada orden de reacción.
aA + bB cC + dD
V = k [A]x[B]y
La reacción es de orden x respecto a A
La reacción es de orden y respecto a B
La reacción general es de orden (x + y)
Velocidad vs reacción
F2 (g) + 2ClO2 (g) 2FClO2 (g)
V = k [F2][ClO2]
Las leyes de la velocidad son determinadas experimentalmente.
El orden de la reacción siempre es definido en términos de las concentraciones del reactivo (no del producto)
La orden de un reactivo no está relacionado con el coeficiente estequiométrico del reactivo en la ecuación química balanceada.
1
Orden cero (n=0):Orden cero (n=0): La velocidad de reacción es independiente de la concentración de reactivos
v = kv
[A]
Primer orden (n=1):Primer orden (n=1): La velocidad de reacción es proporcional a la concentración de uno de los reactivos
v = k [A]v
[A]
Segundo orden (n=2):Segundo orden (n=2): La velocidad de reacción es proporcional a la concentración de dos de los reactivos
v = k [A] [B] v = k[A]2v
[A]
Energía de activación
Reacción de orden cero
Reacción exotérmica Reacción endotérmica
La energía de activación (Ea ) es la energía mínima requerida para iniciar una reacción.
A + B AB C + D
++
Estado de transición
0kdt
dA
t
o
At
AodtkdA 0
Integrando
At – A0 = - k0t
At = A0 – k0t
Proceso independiente de la concentración
Reacción de orden 1
Reacción de orden 2
Akdt
dA.1
t
o
At
Aodtk
A
dA0
lnAt - lnAo = - k1t
lnAt = lnAo – k1t
Integrando
22.Ak
dt
dA
t
o
C
Codtk
A
dA22
0
Integrando
Proceso independiente de la concentración
A + B productos
tkAA
.11
20
tkAA
.11
20
Seudo orden de reacción
Tiempo de vida media
La vida media, t½, es el tiempo requerido para que la concentración del reactivo pueda reducirse a la mitad de la concentración inicial.
El orden de reacción se puede ajustar trabajando bajo condiciones predeterminadas a un cierto valor (pseudo-orden)
Ejemplos:
Con [B] constante:
k´(pseudoconstante)
*Trabajando en condiciones experimentales fijas y constantes, se pueden obtener (pseudo)ordenes bajos, que simplifican mucho los cálculos numéricos.
*En métodos cinéticos, rara vez se trabaja con órdenes superiores a 2
!Existen condiciones cinéticas de pseudorden cero que son igualmente válidas en el desarrollo de métodos cinéticos de análisis:
v = k´(pseudoconstante)!
Vida media de orden cero
Vida media de orden uno
Vida media de orden 2
t½ = t cuando [A] = [A]0/2
t½ =[A]0
2k
[A]
t= k-
t½ = t cuando [A] = [A]0/2
ln[A]0
[A]0/2
k=t½
ln2
k=
0.693k
=
0.693
k=
t½
1
[A]=
1
[A]0
+ kt
t½ = t cuando [A] = [A]0/2
t½ =1
k[A]0
Comparación de las reacciones
Aplicación de la semivida
Semivida de degradación: tiempo requerido para que la concentración de p.a. en el medicamento se reduzca a la mitad de su valor original.
C = C0/2 (t1/2)
Periodo de validez: tiempo necesario para que se degrade el 10% del p.a. contenido en una forma de dosificación (t10%)
Aplicación del t10
ln (0.9 C0) = ln C0 – K1 t10%K1 t10%= ln C0 –l n (0.9 C0)
ln (C0/0.9 C0) = ln 1.11t10% = ln 1.11 / K1= 0.105 / K1
t10% = 0.105 / K1
Para orden cero: En un proceso de primer orden:
0.9 C0 = C0 – K0 t10%K0 t10% = 0.1 C0
t10% = 0.1 C0 / K0
Resumen de la cinética de las reacciones de orden cero, orden uno y orden dos
Orden
Ley de velocidad
Tiempo de concentración Vida
media
0
1
2
V = k
V = k [A]
V = k [A]2
ln[A] = ln[A]0 - kt
1[A]
=1
[A]0
+ kt
[A] = [A]0 - kt
t½
ln2k
=
t½ =[A]02k
t½ =1
k[A]0
Ecuación de Arrehnius
Dependencia de la velocidad de reacción con respecto a la temperatura
k = A • exp( -Ea / RT )
Ea es la energía de activación (J/mol)
R constante (8.314 J/K•mol)
T es la temperatura absoluta
A es el factor de frecuencia
lnk = -
Ea
R1T
+ lnA
(Ecuación de Arrhenius)
lnk = -Ea
R1T
+ lnA
Catalilzadores
k = A • exp( -Ea / RT ) Ea kSin catalizador Con catalizador
Un catalizador es una sustancia que incrementa la velocidad de la reacción química sin que ésta se consuma.
velocidadcon catalizador > velocidadsin
Ea < Ea‘
Sin Con
Tipos de catalizadores
Aplicaciones en farmacia
Esterilización
Estabilización
Farmacocinética
Disolución de formas farmacéuticas sólidas
Estudios del mecanismo de acción fármaco-receptor
Síntesis de fármacos
En una catálisis heterogénea, los reactivos y el catalizador están en diferentes fases.
En una catálisis homogénea, los reactivos y el catalizador están dispersos en una sola fase, por lo regular líquida.
Síntesis de Haber para el amoniacoProceso de Ostwald para la producción de ácido nítrico.Convertidores catalíticos
Catálisis ácidaCatálisis básica o alcalina
Conclusiones
La fisicoquímica farmacéutica es de vital importancia ya que con
ello se puede realizar los estudios farmacocinética de un fármaco en
el organismo.
El estudio de las velocidades de reacciones o la determinación de los
mismos permiten elaborar formas farmacéuticas que puedan
permanecer mayor tiempo en el mercado.
Esto también facilita que los fármacos tengan una mayor
biodisponibilidad en el organismo y mejor eficacia.
Determinando todos los parámetros cinéticos de un fármacos se
puede elaborar un fármaco de mejor calidad.
Bibliografía
VILA JATO, José Luís, editor. Tecnología farmacéutica: formas farmacéuticas. , 2001. Madrid: Síntesis, 2 vol.
LUIS DIAZ, Carmen Dolores, CAMACHO SANCHEZ, Ma Antonia Y otros, Elaboración de preparados farmacéuticos parafarmecéuticos. 2001. Madrid: McGraw - Hill, 282 p.
GENNARO, Alfonso R., editor. Rémington Farmacia. 2003.Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana, 1 vol.
CID CÁRCAMO, Edison, Introducción a la Farmacocinética OEA; Programa Regional de Desarrollo Cientifico y Tecnológico