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