ĐẠI CƯƠNG VỀ HÒA TAN. Trần Văn Thành

Transcript

1 ĐẠI CƯƠNG VỀ HÒA TAN Trần Văn Thành 1

2 VAI TRÒ CỦA SỰ HÒA TAN Nghiên cứu phát triển Bảo quản Sinh khả dụng 2

3 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN - CHẤT TAN - DUNG MÔI - DUNG DỊCH (THẬT/GIẢ) 3

4 NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH 4

5 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN - Nồng độ phần trăm: lượng chất tan có trong 100 phần dung dịch : kl/tt, kl/kl, tt/tt, tt/kl. Dung dịch nước muối sinh lý 0,9% (kl/tt). - Nồng độ phân tử (nồng độ mol): số phân tử chất tan trong 1 lít dung dịch (mol/l). Nồng độ phân tử được ký hiệu là M hoặc C M hoặc mol/l hoặc mol/l. NaOH + HCl NaCl + H 2 0 5

6 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN - Nồng độ đương lượng (equivalence): Đương lượng (Eq) của 1 nguyên tố là số phần khối lượng của nguyên tố đó có thể thay thế hay phản ứng vừa đủ với 1 phần khối lượng của hydro hoặc 8 phần khối lượng của oxi. Ví dụ: đương lượng của H là 1,008, của O là 8,0, của C là 3,0, của N là 4,6, của Al là 9,0... Nồng độ đương lượng có đơn vị là Eq/l, meq/l (1 Eq = 1000 meq). 1 meq là lượng tính bằng miligam tương ứng với trọng lượng phân tử hay trọng lượng ion chia cho hóa trị. 6

7 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN - Nồng độ đương lượng (equivalence) Tính đương lượng a- H 2 + ½ O 2 H 20, tính đương lượng của H, O b- CuO + H 2 (nhiệt độ) Cu + H 2 0, tính đương lượng của CuO c- 2Al + 3 / 2 O 2 Al 2 O 3, tính đương lượng của Al d- Fe + 2HCl FeCl 2 + H 2, tính đương lượng của Fe e- Na + CH 3 COOH CH 3 COONa + ½ H 2, tính đương lượng của Na 7

8 ĐỘ TAN VS ĐỘ HÒA TAN 8

9 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ĐỘ TAN (20 C, 1 atm) NaCl 1: 2,786 Cafein 1:50 HỆ SỐ TAN (100 ml) QUI ƯỚC VỀ ĐỘ TAN 9

10 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ĐỘ TAN (20 C, 1 atm) NaCl 1: 2,786 Cafein 1:50 HỆ SỐ TAN (100 ml) QUI ƯỚC VỀ ĐỘ TAN ĐỘ HÒA TAN VIÊN NÉN GLIBENCLAMID 10

11 PHÂN LOẠI DUNG MÔI CHẤT TAN 11

12 BẢN CHẤT DUNG MÔI Liên kết cộng hóa trị SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI Liên kết qua cầu hydro Lực tĩnh điện Lực Vander Waals 12

13 BẢN CHẤT DUNG MÔI Liên kết cộng hóa trị SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI Liên kết qua cầu hydro Lực tĩnh điện Lực Vander Waals 13

14 BẢN CHẤT DUNG MÔI SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI Căn cứ vào tính chất cấu tạo và bản chất sự liên kết phân tử, dung môi được chia làm 3 loại: - Dung môi phân cực: hình thành từ các phân tử phân cực mạnh và có cầu nối hydro. Ví dụ: nước, ethanol. - Dung môi bán phân cực: dung môi hình thành từ các phân tử phân cực mạnh nhưng không có cầu nối hydro. Ví dụ: aceton, pentanol. - Dung môi không phân cực: dung môi hình thành từ phân tử không phân cực hoặc phân cực yếu. Ví dụ: benzen, dầu thực vật, dầu khoáng. 14

15 QUÁ TRÌNH HÒA TAN SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI Tương tác Dung môi Dung môi Chất tan Chất tan Phân loại chất tan? Chất tan Dung môi 15

16 DUNG MÔI PHÂN CỰC CHẤT TAN ION HÓA SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI Lực Coulomb giữa hai điện tích đặt trong điện môi nhỏ hơn lực tác dụng trong chân không ε lần. Đây là một hằng số phụ thuộc vào tính chất của điện môi, được gọi là hằng số điện môi của môi trường, là đại lượng không có thứ nguyên. 16

17 DUNG MÔI PHÂN CỰC CHẤT TAN KHÔNG ION HÓA SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI Do liên kết hydro, các hợp chất có nhóm hydroxyl càng nhiều khả năng tan trong nước càng cao. Ví dụ: các hợp chất đường, gôm, các glycozid, các poly ethylen glycol tan nhiều trong nước. Sự hòa tan của các ether, aldehyd, ceton, acid và anhydrid trong nước và các dung môi phân cực khác cũng do sự hình thành của các phức hợp qua cầu hydro. 17

18 DUNG MÔI KHÔNG PHÂN CỰC CHẤT TAN KHÔNG PHÂN CỰC SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI Dung môi không phân cực không hòa tan được các loại hợp chất phân cực. Nói chung dung môi không phân cực hòa tan được các chất không phân cực khác vì các chất này cũng có nối phân tử yếu, lực liên kết thường do sự phân cực cảm ứng. Ví dụ: các hydrocarbon tan vào nhau, ether dầu hỏa hòa tan dầu thực vật, mỡ. 18

19 MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG 19

20 MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI - Các chất có tính chất tương tự thì tan vào nhau. - Các chất có cấu trúc tương tự sự hòa tan càng lớn: Saccarose có nhiều nhóm -OH dễ tan trong nước (H-OH) Lưu huỳnh dễ tan trong sulfur carbon (CS 2 ) Phenol rất tan trong glycerol (C 6 H 5 -OH và CH 2 OH- CHOH-CH 2 OH). 20

21 MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI - Sự hiện diện các nhóm chức khác nhau trong công thức cấu tạo một chất sẽ làm thay đổi đáng kể độ tan của chất đó. 21

22 MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI - Sự hiện diện các nhóm chức khác nhau trong công thức cấu tạo một chất sẽ làm thay đổi đáng kể độ tan của chất đó. 22

23 MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI - Hợp chất cao phân tử thường không tan hoặc chỉ tan rất ít. - Chất có điểm chảy cao thường có độ tan thấp. 23

24 KỸ THUẬT HÒA TAN 24

25 KỸ THUẬT HÒA TAN Lựa chọn hoạt chất - dẫn chất 25

26 KỸ THUẬT HÒA TAN Lựa chọn hoạt chất - dẫn chất - kích thước - dạng thù hình - kết tinh/vô định hình 26

27 KỸ THUẬT HÒA TAN Sự hiện diện của chất khác - hiện tượng muối hóa (salting out, salting in) - chất trung gian làm tăng độ tan - hỗn hợp dung môi (vd dung dịch bromoform dược dụng) 27

28 KỸ THUẬT HÒA TAN Nhiệt độ hòa tan 28

29 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường 29

30 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường ph ion hóa độ tan của dược chất. Sự bền vững của dược chất và yêu cầu của dạng thuốc. 30

31 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan acid yếu dung dịch. AH H + + A - Ka = [H + ] [A - ]/ [HA] logka = log [H + ] + log [A - ] log [HA] -logka = -log [H + ] - log [A - ] + log [HA] pka = ph + log [HA] - log [A - ] pka = ph + log [HA]/[A - ] ph = pka + log [A - ]/[HA] ph = pka + log (S-So)/So So: Độ tan của chất tan dạng không ion hóa [HA]. S: Độ tan bão hòa tổng cộng của chất tan ở ph S = So + [A - ] [A - ]: nồng độ của chất tan ở dạng phân ly. 31

32 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan acid yếu dung dịch. AH H + + A - ph = pka + log (S-So)/So So: Độ tan của chất tan dạng không ion hóa [HA]. S: Độ tan bão hòa tổng cộng của chất tan ở ph S = So + [A - ] [A - ]: nồng độ của chất tan ở dạng phân ly. Cho biết khả năng phân ly của một chất khi ph = pka + 1? ph = pka + 2? 32

33 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan acid yếu dung dịch. AH H + + A - ph = pka + log (S-So)/So So: Độ tan của chất tan dạng không ion hóa [HA]. S: Độ tan bão hòa tổng cộng của chất tan ở ph S = So + [A - ] [A - ]: nồng độ của chất tan ở dạng phân ly. 33

34 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan acid yếu Cho biết dưới ph nào thì sulfadiazin (pka = 6,48) bắt đầu tủa trong dung dịch tiêm truyền biết rằng nồng độ ban đầu của natri sulfadiazin là 0,04 mol/l và độ tan của sulfadiazinlà 0, mol/l? 34

35 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan acid yếu Cho biết dưới ph nào thì sulfadiazin (pka = 6,48) bắt đầu tủa trong dung dịch tiêm truyền biết rằng nồng độ ban đầu của natri sulfadiazin là 0,04 mol/l và độ tan của sulfadiazinlà 0, mol/l? 35

36 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan acid yếu Cho biết độ tan của penicillin G ở ph thấp (chỉ có dạng không phân ly tan)? Biết rằng pka của penicillin G là 2,76 và độ tan của thuốc ở ph 8,0 là 0,174 mol/l 36

37 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan acid yếu Cho biết độ tan của penicillin G ở ph thấp (chỉ có dạng không phân ly tan)? Biết rằng pka của penicillin G là 2,76 và độ tan của thuốc ở ph 8,0 là 0,174 mol/l 37

38 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan base yếu 38

39 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan base yếu Một chất có độ tan bão hòa ở nhiệt độ phòng theo ph như sau. Hãy cho biết đây là chất có tính gì? Và pka của chất này là bao nhiêu? 39

40 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan base yếu Một chất có độ tan bão hòa ở nhiệt độ phòng theo ph như sau. Hãy cho biết đây là chất có tính gì? Và pka của chất này là bao nhiêu? 40

41 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan lưỡng cực 41

42 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan lưỡng cực ph dưới giá trị điểm đẳng điện ph lớn hơn giá trị điểm đẳng điện 42

43 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan lưỡng cực Cho biết tryptophan có hai giá trị pka là 2,4 và 9,4, điểm đẳng điện là 5,9. Hãy tính toán độ tan của tryptophan tại ph 2 và ph 10 biết ở dung dịch trung tính, độ tan S o của tryptophan là 0,02 mol/l. 43

44 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan lưỡng cực Cho biết tryptophan có hai giá trị pka là 2,4 và 9,4, điểm đẳng điện là 5,9. Hãy tính toán độ tan của tryptophan tại ph 2 và ph 10 biết ở dung dịch trung tính, độ tan S o của tryptophan là 0,02 mol/l. ph 2 ph 10 44

45 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan lưỡng cực Cho biết ở ph nào thì hoạt chất sẽ bị kết tủa lại từ dung dịch? 45

46 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan lưỡng cực Cho biết ở ph nào thì hoạt chất sẽ bị kết tủa lại từ dung dịch? 46

47 KỸ THUẬT HÒA TAN ph của môi trường chất tan lưỡng cực Cho biết ở ph nào thì hoạt chất sẽ bị kết tủa lại từ dung dịch? 47

48 KỸ THUẬT HÒA TAN Sự khuấy trộn nhiệt độ - độ nhớt Noyes và Whitney V: tốc độ hòa tan S: diện tích tiếp xúc giữa chất lỏng và chất rắn C S : nồng độ bão hòa của chất tan C t : nồng độ của dung dịch ở thời gian t K: hằng số tốc độ hòa tan phụ thuộc các yếu tố như: hệ số khuếch tán của chất tan trong dung môi (D), độ nhớt của dung dịch, bề dày lớp khuếch tán (δ)... 48

49 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA TAN ĐẶC BIỆT Tạo dẫn chất dễ tan Dùng các chất có khả năng tạo phức dễ tan trong dung môi với điều kiện phức chất tạo thành vẫn duy trì nguyên vẹn tác dụng sinh học của dược chất ban đầu. Iod khó tan trong nước (1: 3500) I 2 + KI KI 3 khó tan dễ tan Dung dịch Lugol Iod 1g Kali iodid 2g Nước cất vđ 100ml 49

50 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA TAN ĐẶC BIỆT Dùng chất trung gian thân nước Thuốc tiêm Cafein 7% Cafein 7g Natri benzoat 10g Nước cất pha tiêm vđ 100ml Dùng chất diện hoạt Vị Tác dụng dược lý Độc tính 50

51 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA TAN ĐẶC BIỆT Dùng hỗn hợp dung môi phenobarbital (%) A: glycerol nước B: cồn nước C: cồn glycerol phần trăm hỗn hợp 51

52 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA TAN ĐẶC BIỆT Tạo hệ phân tán rắn với dẫn chất cyclodextrin 52

53