药物制剂的稳定性ppt课件.ppt
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1、中国药科大学药剂学教研室中国药科大学药剂学教研室第三章 药物制剂的稳定性教学内容第一节 概述 第二节 药物稳定性的化学动力学基础第三节 制剂中药物的化学降解途径第四节 影响药物制剂降解的因素及稳定化方法第五节 固体药物制剂稳定性的特点及降解动力学第六节 药物稳定性试验方法第七节 新药开发过程中药物系统稳定性研究 第一节 概 述一、研究药物制剂稳定性的意义q药物制剂的稳定性对保证药品的安全有效是非常重要的。 q药物制剂稳定性是制剂开发与机械化大生产中的一个重要问题。q 某些抗生素和生化制剂、蛋白类及液体制剂的稳定性问题甚为突出。因此,合理地进行剂型设计,提高制剂的稳定性是十分必要的。二、研究药物
2、制剂稳定性的任务 药物制剂的稳定性:化学、物理、生物学、药效学和毒理学稳定性.化学稳定性化学稳定性:化学反应-药物降解-含量(或效价)物理稳定性物理稳定性:物理性能发生变化,混悬剂沉淀; 乳剂的分层,片剂的崩解度、溶出度的改变等。生物学稳定性生物学稳定性:药物制剂由于受微生物的污染,而发生变质、腐败等。q探讨影响稳定性的因素、寻求提高制剂稳定性的措施,从而保证药物制剂的质量,为新产品提供稳定性的依据。第二节药物稳定性化学动力学基础 20世纪50年代初期Higuchi等用化学动力学的原理来评价药物的稳定性。一、反应级数反应级数是用来阐明反应物浓度与反应速率之间关系的参数。反应级数类别多种。多数药
3、物及其制剂可按零级、一级或伪一级反应进行处理。(一)零级反应凡反应速率与反应物浓度无关的反应。零级微分速率方程为: 积分式为:C0-C=k0t 或C=C0-k0tk0量纲为浓度 .时间-10 0k kd dt td dC C(二)一级反应凡反应速率与反应物浓度的一次方成正比的反应,其微分速率方程为: 积分式为: lgC= kt/2.303 + lgCo或C=Coe-kt式中,k量纲为时间-1。以lgC与t作图呈直线,直线的斜率为-k/2.303,截距为lgCo。k kC Cd dt td dC C 通常将反应物消耗一半所需的时间称为半衰期(half life),记作t1/2。在恒温时,t1/2
4、与反应物的浓度无关。 对于药物降解,常用降解常用降解10%所需的时间,称有效所需的时间,称有效期期,记作t0.9。在恒温时,t0.9也与反应物浓度无关。 k.t.1054090k.t693021(三)二级反应和伪一级反应 反应速率与两种反应物浓度CA 、CB的乘积成正比的反应,称为二级反应。 当CA CB时或CB保持恒定不变,则反应表现出一级反应的特征(反应速率仅与CA有关),故称为伪一级反应。例如:在酸或碱的催化下所发生的酯的水解,可用伪一级反应处理。 A AB BA AK KC CC Ck kC Cd dt td dC C级数微分式积分式半衰期有效期k的单位零级浓度时间-1 一级时间-1
5、二级浓度-1时间-1 n级(n1)浓度n-1时间-1 0AA)(ddcktcktccA0A,AAddkctcktccA0A,lnkct20A,2/12AAddkctc0A,A11cktc0A,2/11kctnkctcAAddktnccnn) 1(1110A,1A反应速率的方程极其特征特征例题:n1 一个药物的水溶液浓度为0.1mol/L,其降解速率常数为0.05年1 ,则其有效期为多少?n2例:某800IU/ml抗生素溶液,25放置一个月其含量变为600IU/ml。若此抗生素的降解服从一级反应n 问:降解半衰期为多少?n 第40天的含量变为多少?n 求此溶液的有效期。二、温度的影响与稳定性预测
6、 (一)阿仑尼乌斯(Arrhenius)方程 大多数反应,温度对反应速率的影响比浓度更为显著,当温度升高时,绝大多数的化学反应速率增大。反应速率常数与温度之间的关系式,即著名的Arrhenius经验公式:式中, A频率因子;E活化能;R气体常数。将上式取对数,则公式的形式变为: 或RT/EAekl lg gA A2 2. .3 30 03 3R RT TE El lg gk k) )T T1 1T T1 1( (2 2. .3 30 03 3R RE Ek kk kl lg g1 12 21 12 2(二)药物稳定性预测药物稳定性预测的基本方法仍是经典恒温法药物稳定性预测的基本方法仍是经典恒温
7、法,根据Arrhenius方程以lgk对1/T作图得一直线,此图称Arrhenius图,直线斜率=-E/(2.303R),由此可计算出活化能E。若将直线外推至室温,就可求出室温时的速度常数(k25)。由k25可求出分解10%所需的时间(即t0.9)或室温贮藏若干时间后剩余药物浓度。第三节 制剂中药物化学降解途径水解和氧化是药物降解二个主要途径, 其他如异构化、聚合、脱羧等反应。一、水解水解是药物降解的主要途径,属于这类降解的药物主要有酯类(含内酯)、酰胺类(含内酰胺)等。(一)酯类药物的水解含有酯键的药物水溶液,在H+或OH-或广义酸碱的催化下, 水解反应加速,特别在碱性溶液中。盐酸普鲁卡因的
8、水解可作为酯类药物的代表,水解后失效:酯类水解,往往使溶液的pH下降,有些酯类药物灭菌后pH下降,即提示可能发生了水解。内酯与酯一样,在碱性条件下易水解开环。硝酸毛果芸香碱、华法林钠均有内酯结构,可以发生水解。H2NOON(二)酰胺类药物的水解酰胺类药物水解以后生成酸与胺。药物有氯霉素、青霉素类、头孢菌素类等。利多卡因、对乙酰氨基酚(扑热息痛)等也属此类药物。q氯霉素在水中的分解主要是酰胺水解,生成氨基物与二氯乙酸在pH27范围内,pH对水解速度影响不大,其最稳定pH是6。 pH8时水解作用加速,且在pH8时还有脱氯的水解作用。 + CHCl2COOHC COHHHNH2CH2OHO2NC C
9、OHHHNHCOCHCl2CH2OHO2N青霉素和头孢类含不稳定-内酰胺环,易裂环失效。 如氨苄青霉素在酸、碱性溶液中,水解产物为-氨苄青霉酰胺酸,其水溶液最稳定的pH为5.8(在pH 6.6时,t1/2为39天),故宜制成注射用无菌粉末(粉针剂)-注射用氨苄青霉素钠。在临用前,用0.9%氯化钠注射液溶解后输液,10%葡萄糖注射液对本品有一定的影响,乳酸钠注射液对氨苄青霉素钠的水解有着显著的催化作用,二者不能配合。 (三)其它药物的水解 阿糖胞苷在酸性溶液中,脱氨水解为阿糖脲苷(在碱性溶液中,嘧啶环破裂,水解速度加快)。阿糖胞苷的最稳定pH为6.9,其水溶液经稳定性预测t0.9约为11个月左右
10、,也需制成注射用粉针剂。OOHONH2NNCH2OHOHOOONHNCH2OHH+二、氧化氧化也是药物变质最常见的反应(失去电子或脱氢称为氧化)。药物氧化分解常是自动氧化。自氧化反应常为链式反应,以RH代表药物,一般链反应分以下三步:第一步 链形成:第二步 链传播: RO + O2 ROO过氧化根ROO从有机物中夺取H形成氢过氧化物,即:ROO + RH ROOH + R ,金属离子能催化此链传播过程。第三步 链终止: 游离基ROO与游离基抑制剂X,或二个游离基结合形成一个非游离基,链反应终止:RH热,光激光R+H许多酚类、烯醇类、芳胺类、吡唑酮类、噻嗪类药物较易氧化。(一)酚类药物的氧化 这
11、类药物分子中具有酚羟基,如左旋多巴、肾上腺素、吗啡、去水吗啡、水杨酸钠等。 左旋多巴(用于治疗震颤麻痹症)氧化后形成有色物质(最后产物为黑色素)。肾上腺素的氧化与左旋多巴类似,先生成肾上腺素红,最后变成棕红色聚合物或黑色素。 (二)烯醇类药物的氧化维生素C是这类药物的代表,分子中含有烯醇基,极易氧化。 (三)其它类药物的氧化芳胺类如磺胺嘧啶钠,吡唑酮类如安乃近,噻嗪类如盐酸氯丙嗪、盐酸异丙嗪等,都易氧化。含有碳-碳双键的药物如维生素A或D的氧化,是典型的游离基链式反应。三、其它反应(一)异构化作用通常药物异构化后,生理活性降低甚至没有活性。异构化一般分光学异构化和几何异构化二种。1. 光学异构
12、化 光学异构化可分为外消旋化作用和差向异构化作用。q外消旋化作用:左旋莨菪碱也可能发生外消旋化作用而失效。外消旋化反应经动力学研究系一级反应。q差向异构化作用:是指具有多个不对称碳原子上的基团发生异构化的现象。四环素。毛果芸香碱。麦角新碱。2. 几何异构化 药物的反式异构体与顺式几何异构体的生理活性具有差别。例如,维生素A的活性形式是全反式(all-trans)。在多种维生素制剂中,维生素A除了发生能发生氧化外,还可发生几何异构化作用(在2, 6位形成顺式异构体),活性降低。(二)聚合作用聚合(polymerization)是两个或多个分子结合在一起形成的复杂分子。氨苄青霉素浓的水溶液聚合反应
13、:-内酰胺环裂开与另一个分子反应形成二聚物,高聚物,过敏反应。(三)脱羧作用对氨基水杨酸钠在光、热、水分存在下很易脱羧,生成间氨基酚,还可进一步氧化变色。普鲁卡因水解产生对氨基苯甲酸以外,也可慢慢脱羧生成苯胺,苯胺在光线影响下氧化生成有色物质-盐酸普鲁卡因注射液易变黄的原因。碳酸氢钠注射液热压灭菌时产生二氧化碳(实质上是脱羧作用),故溶液及安瓿空间均应通以二氧化碳抑制脱羧作用。第四节 影响药物制剂降解的因素及稳定化方法一处方因素对稳定性的影响及解决方法处方因素对制剂稳定性影响很大,主要包括pH、广义的酸碱催化、溶剂、离子强度、表面活性剂、某些辅料等因素。(一)pH的影响许多酯类、酰胺类药物常受
14、受H H+ +或或OHOH- -催化水解,催化水解,这种催化作用也叫专属酸碱催化这种催化作用也叫专属酸碱催化(specific acid-base catalysis)或特殊酸碱催化或特殊酸碱催化。此类药物的水解速度,主要由pH决定。pH对速度常数k的影响可用下式表示: k = k0 + kH+ H+ + kOH- OH- 式中,k0参与反应的溶剂分子的催化速度常数; kH+,kOH-酸催化速度常数和碱催化速度常数。q在pH很低时,H+OH- ,主要是酸催化lgk = pH+ lgkH+ 以lgk对pH作图得一直线,斜率为-1。q设Kw为水的离子积,即Kw=H+OH-, OH-= Kw/H+,
15、故在pH较高时H+OH-得: lgk = pH + lgkOH- + lgKw 以lgk对pH作图得一直线,斜率为+1,在此范围内主要由OH-催化。 反应速度常数k与pH关系的曲线:pH-速度图。 最低点所对应的pH值,即为最稳定pH,常以pHm表示。 pH-速度图有各种形状,典型的V型图不多见。 硫酸阿托品、青霉素G在一定pH范围内的pH-速度图呈V型(硫酸阿托品水溶液最稳定pHm为3.7)。 某些药物水解的pH-速度图呈S型,如乙酰水杨酸;盐酸普鲁卡因pH-速度图有一部分呈S型。pHmpHm(二)广义酸碱催化的影响按照Bronsted-Lowry酸碱理论,给出质子H+的物质为广义的酸,接受
16、质子的物质为广义的碱。这种催化作用即为广义的酸碱催化(General acid-base catalysis)或一般酸碱催化。广义的酸碱:如醋酸盐缓冲液、磷酸盐缓冲液(NaH2PO4)、枸橼酸盐、硼酸盐等。增加缓冲液浓度的方法(pH恒定),来观察观察缓冲液对药物的催化作用。在实际生产中,尽可能选用低浓度或没有催化的缓冲系统。(三)溶剂的影响溶剂对稳定性的影响比较复杂。对于易水解的药物,采用介电常数较低的非水溶剂(如乙醇、采用介电常数较低的非水溶剂(如乙醇、丙二醇等)而使其稳定丙二醇等)而使其稳定。下式可以说明介电常数对药物稳定性的影响。 lgk = k* ZA ZB / + lgk式中:k降解
17、速度常数;k溶剂的 =时的降解速度常数,介电常数;K* 固定温度下的常数;ZA 和ZB 溶液中药物A和溶剂B所带的电荷。当ZA ZB= (+) 时, , k ; 当ZA ZB= () 时, , k 。(四)离子强度的影响电解质调节等渗,盐(如某些抗氧剂)防止氧化,缓冲剂调节pH。因而存在离子强度对降解速度的影响,这种影响可用下式说明: lgk = lgko + 1.02 ZAZB 0.5式中,k降解速度常数;ko溶液无限稀时(=0)的降解速度常数;离子强度;ZAZB溶液中离子所带的电荷.当ZA ZB= (+) 时, , k ; 当ZA ZB= () 时, , k ;当ZA ZB= 0 时, ,
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