药物制剂稳定性与配伍变化.pptx
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1、第一节 药物制剂稳定性1.掌握:药物制剂稳定性的研究意义及研究范畴影响药物制剂稳定性的主要因素及常用的稳定化方法2.熟悉:药物制剂稳定性实验方法制剂中药物的化学降解途径3.了解:固体药物制剂稳定性的特点第1页/共85页一、概述一、概述n药物制剂的稳定性包括药物制剂的稳定性包括化学稳定性、物理稳定性、生物稳化学稳定性、物理稳定性、生物稳定性定性三个方面。三个方面。化化学学稳稳定定性性:指指药药物物由由于于水水解解、氧氧化化等等化化学学降降解解反反应应,使使药物含量药物含量(或效价)、色泽产生变化。或效价)、色泽产生变化。物物理理稳稳定定性性:如如混混悬悬剂剂中中药药物物颗颗粒粒结结块块、结结晶晶
2、生生长长,乳乳剂剂的的分分层层、破破裂裂,胶胶体体制制剂剂的的老老化化,片片剂剂崩崩解解度度、溶溶出出速速度度的改变等,主要是制剂的物理性能发生变化。的改变等,主要是制剂的物理性能发生变化。生生物物学学稳稳定定性性:一一般般指指药药物物制制剂剂由由于于受受微微生生物物的的污污染染,而而使产品变质、腐败。使产品变质、腐败。第2页/共85页(一)药物制剂稳定性的概念和研究意义1.概念:药物制剂稳定性系指药物制剂从制备到使用期间保持其物理、化学、生物学和微生物学性质稳定的能力。2.研究意义:保证药物制剂的产品质量,保证用药的安全有效减少因制剂不稳定而导致的经济损失第3页/共85页(二)药物制剂稳定性
3、的研究范畴药物制剂的稳定性包括化学、物理和生物学三方面化学稳定性变化:药物由于水解、氧化等化学降解反应,是药物含量降低、色泽变化、药剂中的药物降解变质。物理稳定性变化:物理性能发生变化,如溶液剂出现浑浊、沉淀,乳剂的分层,片剂的崩解等。生物学稳定性变化:受微生物污染而导致的腐败、变质等。第4页/共85页(三)研究药物制剂稳定性的任务n研究药物制剂稳定性的任务研究药物制剂稳定性的任务:探讨影响药物制剂稳定性的因探讨影响药物制剂稳定性的因素与提高制剂稳定化的措施,同时研究药物制剂稳定性的试素与提高制剂稳定化的措施,同时研究药物制剂稳定性的试验方法,制订药物产品的有效期,保证药物产品的质量,为验方法
4、,制订药物产品的有效期,保证药物产品的质量,为新产品提供稳定性依据。新产品提供稳定性依据。n具体考察具体考察:环境因素环境因素(如湿度、温度、光线、包装材料等)(如湿度、温度、光线、包装材料等)和和处方因素处方因素(如辅料、(如辅料、pH值、离子强度等)对药物稳定性值、离子强度等)对药物稳定性的影响,筛选出最佳处方,为临床提供安全、稳定、有效的的影响,筛选出最佳处方,为临床提供安全、稳定、有效的药物制剂。药物制剂。第5页/共85页(四)药物制剂稳定性的化学动力学基础l反应级数:研究药物降解的速率,首先遇到的问题是浓度对反应速率的影响。反应级数是用来阐明反应物浓度与反应速率之间的关系。反应级数有
5、零级、一级、伪一级及二级反应,此外还有分数级反应。在药物制剂的各类降解反应中,尽管有些药物的降解反应机制十分复杂,但多数药物及其制剂可按零级、一级、伪一级反应处理。第6页/共85页降解速度与浓度的关系:降解速度与浓度的关系:dC/dt为降解速度;k反应速度常数;C反应物的浓度;n反应级数;n=0为零级反应;n=1为一级反应;n=2为二级反应,以此类推。-dC/dt=kCn第7页/共85页u零级反应零级反应零级反应速度与反应物浓度无关,而受其它因素如反应物的溶解度,或某些光化反应中光的照度等影响。零级反应的微分速率方程为:-dC/dt=k0 积分得:C=C0-k0t C Co o为为t=0t=0
6、时反应物浓度;时反应物浓度;C C为t t时反应物的浓度;时反应物的浓度;k ko o为零级速率常数,单位为零级速率常数,单位为mol.Lmol.L-1-1s s。C C与与t t呈线性关系,直线的斜率为呈线性关系,直线的斜率为-k-ko o,截距为,截距为C Co o。复方磺胺液体制剂的颜色消退符合零级反应动力学。复方磺胺液体制剂的颜色消退符合零级反应动力学。第8页/共85页u一级反应一级反应一级反应速率与反应物浓度的一次方成正比。其速率方程为:-dC/dt=kC 积分式为:lgC=kt/2.303+lgCo 式中,k为一级速率常数,其量纲为时间-1,单位为S-1(或min-1,h-1,d-
7、1等)。以lgC与t作图呈直线,直线的斜率为-k/2.303,截距为lgCo。第9页/共85页通常将反应物消耗一半所需的时间为半衰期(half life),记作t1/2,恒温时,t1/2与反应物浓度无关。t1/2=0.693/k对于药物降解,常用降解10%所需的时间,称十分之一衰期,记作t0.9,恒温时,t0.9也与反应物浓度无关。t0.9=0.1054/k k 为一级速率常数n如果反应速率与两种反应物浓度的乘积成正比的反应,称为二级反应。n若其中一种反应物的浓度大大超过另一种反应物,或保持其中一种反应物浓度恒定不变的情况下,则此反应表现出一级反应的特征,故称为伪一级反应。n例如酯的水解,在酸
8、或碱的催化下,可用为伪一级反应处理。第10页/共85页1.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,温度升高时,绝大多数化学反应速率增大。Arrhenius经验公式:k=Ae-E/RT 式中,A频率因子;E活化能;R气体常数;K速度常数l温度对反应速率的影响与药物稳定性预测温度对反应速率的影响与药物稳定性预测第11页/共85页上式取对数形式为:lgk=-E/2.303RT+lgA 或:lgk2/k1=-E/2.303R(1/T1-1/T2)温度升高,导致反应的活化分子分数明显增加,从而反应的速率加快,对不同的反应,温度升高,活化能越大的反应,其反应速率
9、增加得越多。第12页/共85页u药物稳定性预测药物稳定性预测药物稳定性预测有多种方法,但基本的方法仍是经典恒温法,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以后残余的药物的浓度。第13页/共85页u具体实验:具体实验:首先设计好实验温度与取样时间。然后将样品放入各种不同温度的恒温水浴中,定时取样测定其浓度(或含量),求出各温度下不同时间药物的浓度变化。以药物浓度或浓度的其它函数
10、对时间作图,以判断反应级数。若以lgC对t作图得一直线,则为一级反应。再由直线斜率求出各温度的速度常数,然后按前述方法求出活化能和t0.9。u获得预期结果的办法:获得预期结果的办法:n精心设计实验n对实验数据进行正确的处理 化学动力学参数(如反应级数、化学动力学参数(如反应级数、k、E、t1/2)的计算,)的计算,有图解法和统计学方法,后一种方法比较准确、合理。有图解法和统计学方法,后一种方法比较准确、合理。第14页/共85页(五)制剂中药物的化学降解途径水解:酯类、酰胺类(碱性酸性,酯酰胺)氧化:酚、烯醇、芳胺、不饱和键等(金属离子催化)其他(异构化、聚合、脱羧等)n水解水解是药物降解的主要
11、途径,主要有酯类(包括内酯)、酰是药物降解的主要途径,主要有酯类(包括内酯)、酰胺类(包括内酯类)。胺类(包括内酯类)。1.1.酯酯类类药药物物的的水水解解:含含有有酯酯键键药药物物的的水水溶溶液液,在在H H+或或OHOH-或或广广义义酸酸碱碱的的催催化化下下,水水解解反反应应加加速速。特特别别在在碱碱性性溶溶液液中中,由由于于酯酯分分子子中中氧氧的的负负电电性性比比碳碳大大,故故酰酰基基被被极极化化,亲亲核核性性试试剂剂OHOH-易易于于进进攻攻酰酰基基上上的的碳碳原原子子,而而使使酰酰-氧氧键键断断裂裂,生生成成醇醇和和酸酸,酸与酸与OHOH-反应,使反应进行完全。反应,使反应进行完全。
12、第15页/共85页盐酸普鲁卡因的水解,水解生成对氨基苯甲酸与二乙胺基乙醇。还有盐酸可卡因、普鲁本辛、硫酸阿托品、氢溴酸后马托品等。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,即提示有水解可能。硝酸毛果芸香碱、华法林钠均有内酯结构,可以产生水解。第16页/共85页酰胺类药物水解以后生成酸与胺。属这类的药物有氯霉素、青霉素类、头孢菌素类、巴比妥类等药物。此外如利多卡因、对乙酰氨基酚(扑热息痛)等也属此类药物。2.2.酰胺类药物的水解酰胺类药物的水解第17页/共85页(1 1)氯霉素)氯霉素l氯霉素水溶液在pH7以下,主要是酰胺水解,生成氨基物与二氯乙酸。pH的影响:lpH27,pH
13、对水解速度影响不大;lpH 6,最稳定;lpH8,水解加速。脱氯的水解作用脱氯的水解作用第18页/共85页温度的影响氯霉素水溶液120C加热,氨基物可能进一步发生分解生成对硝基苯甲醇。光的影响水溶液对光敏感,在pH 5.4暴露于日光下,变成黄色沉淀。(1 1)氯霉素)氯霉素氯霉素的有些分解产物可能使发生氧化、还原和缩合反应产氯霉素的有些分解产物可能使发生氧化、还原和缩合反应产生的。生的。第19页/共85页青霉素类药物的分子中存在着不稳定的-内酰胺环,在H+或OH-影响下,很易裂环失效。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。头孢菌素类药物由于分子中同样含有-内酰胺环,易于水解。
14、如头孢唑啉在酸与碱中都易水解失效。(2 2)青霉素和头孢菌素类)青霉素和头孢菌素类(3 3)巴比妥类)巴比妥类n也属于酰胺类药物,在也属于酰胺类药物,在碱性溶液中容易水解。碱性溶液中容易水解。n有些酰胺类药物,如利多卡因,临近酰胺基有较大的基团,有些酰胺类药物,如利多卡因,临近酰胺基有较大的基团,由于空间效应,故不易水解。由于空间效应,故不易水解。第20页/共85页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。另外,如维生素B、地西泮、碘苷等药物的降解,主要也是水解作用。3.3.其他药物的水解其他药物的水解第21页/共85页氧化是药物变质最常见的反应,失去电
15、子为氧化,在有机化学中常把脱氢称氧化。药物氧化分解常是自动氧化,即在大气中氧的影响下进行缓慢的氧化过程。药物的氧化作用与化学结构有关,许多酚类、烯醇类、芳胺类、吡唑酮类、噻嗪类药物较易氧化。药物氧化后,不仅效价损失,而且可能产生颜色或沉淀。有些药物即使被氧化极少量,亦会色泽变深或产生不良气味,严重影响药品的质量,甚至成为废品。氧化过程一般都比较复杂,有时一个药物,氧化、光化分解、水解等过程同时存在。第22页/共85页这类药物分子中具有酚羟基,如肾上腺素、左旋多巴、吗啡、去水吗啡、水杨酸钠等。1.1.酚类药物酚类药物2.2.烯醇类烯醇类维生素C是这类药物的代表,分子中含有烯醇基,极易氧化,氧化过
16、程较为复杂。在有氧条件下,先氧化成去氢抗坏血酸,然后经水解为2、3二酮古罗糖酸,此化合物进一步氧化为草酸与L-丁糖酸。在无氧条件下,发生脱水作用和水解作用生成呋喃甲醛和二氧化碳,由于H+的催化作用,在酸性介质中脱水作用比碱性介质快,实验中证实有二氧化碳气体产生。第23页/共85页芳胺类如磺胺嘧啶钠;吡唑酮类如氨基比林、安乃近;噻嗪类如盐酸氯丙嗪、盐酸异丙嗪等。这些药物都易氧化,其中有些药物氧化过程极为复杂,常生成有色物质。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。易氧化药物要特别注意光、氧、金属离子对他们的影响,以保证产品质量。3.3.其他类药物其他类药物第24页/共8
17、5页1.异构化:一般分光学异构(optical isomerization)和几何异构(geometric isomerization)二种;通常药物异构化后,生理活性降低甚至没有活性。n 其他反应其他反应光学异构化光学异构化可分为可分为外消旋化作用外消旋化作用(racemization)(racemization)和和 差向异构差向异构(epimerization)(epimerization)。n左旋肾上腺素具有生理活性,本品水溶液在左旋肾上腺素具有生理活性,本品水溶液在pH 4pH 4左右产生外左右产生外消旋化作用,外消旋以后,只有消旋化作用,外消旋以后,只有50%50%的活性。因此,应
18、选择的活性。因此,应选择适宜的适宜的pHpH。n左旋莨菪碱也可能外消旋化。外消旋化反应经动力学研究系左旋莨菪碱也可能外消旋化。外消旋化反应经动力学研究系一级反应。一级反应。第25页/共85页差向异构化指具有多个不对称碳原子上的基团发生异构化的现象。四环素在酸性条件下,在4位上碳原子出现差向异构形成4差向四环素,治疗活性比四环素低。毛果芸香碱在碱性pH时,a-碳原子也存在差向异构化作用,生成异毛果芸香碱,为伪一级反应。麦角新碱也能差向异构化,生成活性较低的麦角袂春宁(ergometrinine)。光学异构化光学异构化第26页/共85页有些有机药物,反式异构体与顺式几何异构体的生理活性有差别。维生
19、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除了氧化外,还可异构化,在2,6位形成顺式异构化,此种异构体的活性比全反式低。几何异构化几何异构化第27页/共85页聚合是两个或多个分子结合在一起形成的复杂分子。已经证明氨苄青霉素浓的水溶液在贮存过程中能发生聚合反应,一个分子的-内酰胺环裂开与另一个分子反应形成二聚物。此过程可继续下去形成高聚物。据报告这类聚合物能诱发氨苄青霉素产生过敏反应。噻替派在水溶液中易聚合失效,以聚乙醇400为溶剂制成注射液,可避免聚合,使本品在一定时间内稳定。2.2.聚合聚合(polymerization)(polymerization)第28
20、页/共85页对氨基水杨酸钠在光、热、水分存在的条件下很易脱羧,生成间氨基酚,后者还可进一步氧化变色。普鲁卡因水解产物对氨基苯甲酸,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,这就是盐酸普鲁卡因注射液变黄的原因。碳酸氢钠注射液热压灭菌时产生二氧化碳,故溶液及安瓿空间均应通以二氧化碳。3.3.脱羧脱羧第29页/共85页(五)药物制剂降解影响因素及稳定化方法1.处方因素pH(pHm)和广义酸碱催化(给质子为酸,得质子为碱)磷酸盐、醋酸盐缓冲液对青霉素类有催化,浓度大、催化强溶剂(介电常数):lgk=lgkkZAZB/可知:同电荷(ZAZB0)反应,稳定性(加有机溶剂甘油、乙醇等)异电荷(
21、ZAZB0)反应,稳定性(加水);分子型(ZAZB=0)反应,不影响稳定性。离子强度():lgk=lgk0+1.02ZAZB 1/2表面活性剂:双相作用(月桂醇硫酸钠SLS提高苯佐卡因稳定性;吐温降低VD稳定性)辅料:MS阿司匹林稳定性;PEG氢化可的松第30页/共85页许多酯类、酰胺类药物常受H+或OH-催化水解、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,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,k0-参与反应的水分子的催化速度常数;kH+,k
22、OH-H+和OH-离子的催化速度常数。在pH很低时,主要是酸催化,则上式可表示为:lgk=lgkH+pH(一)(一)pHpH的影响的影响第31页/共85页 在pH很低时:主要是酸催化,则上式可表示为:lgk=lgkH+pH 以lgk对pH作图得一直线,斜率为-1。在pH较高时:设Kw为水的离子积即Kw=H+OH-,lgk=lgkOH-+lgKw+pH 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。这样,根据上述动力学方程可以得到反应速度常数与pH关系的图形,这样图形叫pH-速度图。在pH-速度曲线图最低点所对应的横座标,即为最稳定pH,以pHm表示。第32页/共85页pH
23、-速度图有各种形状,一种是V型图,药物水解,典型的V型图是不多见的。硫酸阿托品、青霉素G在一定pH范围内的pH-速度图与V型相似。某些药物的pH-速度图呈S型,如乙酰水杨酸水解pH-速度图,盐酸普鲁卡因pH速度图有一部分呈S型。这是因为pH不同,普鲁卡因以不同的形式(即质子型和游离碱型)存在。37 普鲁卡因pH-速度图第33页/共85页pHm值是溶液型制剂的处方设计中首先要解决的问题。计算公式:pHm=1/2pKw-1/2lgkOH-/kH+实验测定方法:保持处方中其他成分不变,配制一系列不同pH值的溶液,在较高温度下(恒温,例如60)下进行加速实验。求出各种pH溶液的速度常数(k),然后以l
24、gk对pH值作图,就可求出最稳定的pH值。在较高恒温下所得到的pHm一般可适用于室温,不致产生很大误差。pHm的确定:的确定:第34页/共85页一般药物的氧化作用,也受H+或OH-的催化,这是因为一些反应的氧化-还原电位依赖于pH值。对此可用醌与氢醌的例子说明。pH调节要同时考虑稳定性、溶解度和疗效三个方面。如大部分生物碱在偏酸性溶液中比较稳定,故注射剂常调节在偏酸范围。但将它们制成滴眼剂,就应调节在偏中性范围,以减少刺激性,提高疗效。第35页/共85页一些药物的最稳定pH第36页/共85页(二)广义酸碱催化的影响(二)广义酸碱催化的影响按照Bronsted-Lowry酸碱理论,给出质子的物质
25、叫广义的酸,接受质子的物质叫广义的碱。有些药物也可被广义的酸碱催化水解。这种催化作用叫广义的酸碱催化(General acid-base catalysis)或一般酸碱催化。许多药物处方中,往往需要加入缓冲剂。常用的缓冲剂如醋酸盐、磷酸盐、枸橼酸盐、硼酸盐均为广义的酸碱。第37页/共85页为了观察缓冲液对药物的催化作用,可用增加缓冲剂的浓度但保持盐与酸的比例不变(使pH恒定)的方法,配制一系列的缓冲溶液,然后观察药物在这一系列缓冲溶液中的分解情况,如果分解速度随缓冲剂浓度的增加而增加,则可确定该缓冲剂对药物有广义的酸碱催化作用。为了减少这种催化作用的影响,在实际生产处方中,缓冲剂应用尽可能低的
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