ĐẠi cƯƠng vỀ hÒa tan -...

ĐẠI CƯƠNG VỀ HÒA TAN

Trần Văn Thành

1

VAI TRÒ CỦA SỰ HÒA TAN

2

Nghiên cứu phát triển Bảo quản Sinh khả dụng

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

- CHẤT TAN

- DUNG MÔI

- DUNG DỊCH (THẬT/GIẢ)

3

NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH

4

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 CM hoặc mol/l hoặc mol/L.

NaOH + HCl NaCl + H20

5

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

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

- Nồng độ đương lượng (equivalence)

Tính đương lượng

a- H2 + ½ O 2 → H20, tính đương lượng của H, O

b- CuO + H2 (nhiệt độ) → Cu + H20, tính đương lượng của CuO

c- 2Al + 3/2 O 2 → Al2O3, tính đương lượng của Al

d- Fe + 2HCl → FeCl2 + H2, tính đương lượng của Fe

e- Na + CH3COOH → CH3COONa + ½ H2, tính đương lượng của Na

7

ĐỘ TAN VS ĐỘ HÒA TAN

8

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

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

10

VIÊN NÉN GLIBENCLAMID

PHÂN LOẠI DUNG MÔI – CHẤT TAN

11

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

12

Liên kết cộng hóa trị

Liên kết qua cầu hydro

Lực tĩnh điện

Lực Vander Waals

BẢN CHẤT DUNG MÔI

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

13

Liên kết cộng hóa trị

Liên kết qua cầu hydro

Lực tĩnh điện

Lực Vander Waals

BẢN CHẤT DUNG MÔI

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

14

BẢN CHẤT 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.

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

15

QUÁ TRÌNH HÒA TAN

Tương tác

Dung môi – Dung môi

Chất tan – Chất tan

Chất tan – Dung môi

Phân loại chất tan?

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

16

DUNG MÔI PHÂN CỰC – CHẤT TAN ION HÓA

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.

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

17

DUNG MÔI PHÂN CỰC – CHẤT TAN KHÔNG ION HÓA

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.

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

18

DUNG MÔI KHÔNG PHÂN CỰC – CHẤT TAN KHÔNG PHÂN CỰC

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.

MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG

19

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

20

MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG

- 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 (CS2)

Phenol rất tan trong glycerol (C6H5-OH và CH2OH-CHOH-CH2OH).

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

21

MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG

- 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.

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

22

MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG

- 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.

SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT TAN DUNG MÔI

23

MỘT SỐ QUY TẮC CHUNG

-  Hợp chất cao phân tử thường không tan hoặc chỉ tan rất ít.

- Chất có điểm chảy cao thường có độ tan thấp.

KỸ THUẬT HÒA TAN

24

KỸ THUẬT HÒA TAN

25

Lựa chọn hoạt chất

- dẫn chất

KỸ THUẬT HÒA TAN

26

Lựa chọn hoạt chất

- dẫn chất

- kích thước

- dạng thù hình

- kết tinh/vô định hình

KỸ THUẬT HÒA TAN

27

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)

KỸ THUẬT HÒA TAN

28

Nhiệt độ hòa tan

KỸ THUẬT HÒA TAN

29

pH của môi trường

KỸ THUẬT HÒA TAN

30

pH của môi trường

pH ion hóa độ tan của dược chất.

Sự bền vững của dược chất và yêu cầu của dạng thuốc.

KỸ THUẬT HÒA TAN

31

pH của môi trường – chất tan acid yếu 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

dung dịch. S = So + [A-] [A-]: nồng độ của chất tan ở dạng phân ly.

KỸ THUẬT HÒA TAN

32

pH của môi trường – chất tan acid yếu 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

dung dịch. 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 ?

KỸ THUẬT HÒA TAN

33

pH của môi trường – chất tan acid yếu 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

dung dịch. S = So + [A-] [A-]: nồng độ của chất tan ở dạng phân ly.

KỸ THUẬT HÒA TAN

34

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 0,000307 mol/l?

pH của môi trường – chất tan acid yếu

KỸ THUẬT HÒA TAN

35

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 0,000307 mol/l?

KỸ THUẬT HÒA TAN

36

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

KỸ THUẬT HÒA TAN

37

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

KỸ THUẬT HÒA TAN

38

pH của môi trường – chất tan base yếu

KỸ THUẬT HÒA TAN

39

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?

KỸ THUẬT HÒA TAN

40

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?

KỸ THUẬT HÒA TAN

41

pH của môi trường – chất tan lưỡng cực

KỸ THUẬT HÒA TAN

42

pH của môi trường – chất tan lưỡng cực

pH dưới giá trị điểm đẳng điện

pH lớn hơn giá trị điểm đẳng điện

KỸ THUẬT HÒA TAN

43

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 So của tryptophan là 0,02 mol/l.

KỸ THUẬT HÒA TAN

44

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 So của tryptophan là 0,02 mol/l.

pH 2 pH 10

KỸ THUẬT HÒA TAN

45

pH của môi trường – chất tan lưỡng cực

Cho biết ở pH nào thì hoạt chất sẽ bị kết tủa lại từ dung dịch?

KỸ THUẬT HÒA TAN

46

pH của môi trường – chất tan lưỡng cực

Cho biết ở pH nào thì hoạt chất sẽ bị kết tủa lại từ dung dịch?

KỸ THUẬT HÒA TAN

47

pH của môi trường – chất tan lưỡng cực

Cho biết ở pH nào thì hoạt chất sẽ bị kết tủa lại từ dung dịch?

KỸ THUẬT HÒA TAN

48

Sự khuấy trộn – nhiệt độ - độ nhớt

V: tốc độ hòa tan S: diện tích tiếp xúc giữa chất lỏng và chất rắn CS: nồng độ bão hòa của chất tan Ct: 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)...

Noyes và Whitney

CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA TAN ĐẶC BIỆT

49

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)

I2 + KI → KI3 khó tan dễ tan

Dung dịch Lugol Iod 1g Kali iodid 2g Nước cất vđ 100ml

CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA TAN ĐẶC BIỆT

50

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

CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA TAN ĐẶC BIỆT

51

Dùng hỗn hợp dung môi

A: glycerol – nước B: cồn – nước C: cồn – glycerol

phần trăm hỗn hợp

phen

obar

bita

l (%

)

CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA TAN ĐẶC BIỆT

52

Tạo hệ phân tán rắn với dẫn chất cyclodextrin