Fysicochemie van het geneesmiddel
Wat is Fysicochemie?
→ deelgebied van chemie, fysische methoden toepassen in chemie
→ doel: algemene wetmatigheden vinden die toepasbaar is voor alle (de meeste) stoffen
API = actief bestandeel, active pharmaceutical ingredient, maakt nooit alleen een gm
Excipients = hulpstoffen, andere componenten, zorgen voor stabiliteit/transport etc. van
GM
Vb: Cipralan (cibenzoline succinaat = API)
Doelstelling van de cursus:
Hoe ga je van een actief bestandeel naar een doseervorm die gebruikt kan worden voor
een patient (via fysicochemie)?
→ formulering (sst) en bereiding (proces) van doseervormen (bv tablet, suspensie etc.)
→ vrijstelling actief bestanddeel uit doseervorm op juiste plaats
→ structuur/gedrag en stabiliteit GM
Examen
5/6 openvragen/oefeningen (formularium/grm)
Vragen kennis + inzicht (ook uit andere vakken)
Veel vragen uit voorbije examens! + structuur meestal hetzelfde
Gebruik wetenschappelijk correct taal (bv. kristallijne molecule bestaat niet, kristallijne stof wel)
! focus op slides + hoorcolleges ! in HB meer info, maar als niet in hoorcolleges → niet KE
Hoofdstuk 1: De vaste toestand van farmaceutische producten
De toestand van de materie
3 klassieke toestanden: gas, vloeibaar, vast
→ bij welbepaalde temperatuur en druk: 1 v/d mogelijke toestanden zijn thermodynamisch het
meest stabiel tenzij coexistentie (evenwicht tussen 2 fasen)
Vb. water op -50°C : ijs
water op 0°C : evenwicht tss vast en vloeibaar (coexistentie)
,Thermische energie (beweegelijkheid) zit in een materiaal
- Gas
→ is heel beweeglijk, bevat veel thermische E
→ bijna geen interacties, interacties zijn ook heel kortdurig
→ geen echt volume of vorm (geen ordening), chaotisch
→ isotroop: eigenschappen van gas overal hetzelfde
- Vloeistoffen
→ beweeglijk maar minder agv minder thermische energie
→ maken heel wat + iets langere contact met elkaar maar blijven niet lang in 1 plaats
- op macroscopisch schaal: weinig interacties (isotroop)
- op microscopisch vlak zien we wel interacties (bv waterstofbruggen in water etc)
→ geen vorm maar duidelijk volume (maar trachten niet om volume zo groot mogelijk te
maken zoals bij gassen)
- Vaste stof
→ laag thermische E: moleculen kunnen niet veranderen van plaats, geen beweging
→ mooi geordend in 3 dimensies (kristallijne stof), ze zijn anisotroop
→ hebben een vorm en volumen
Als we temperatuur laat dalen → minder thermische E => codensatie van gas naar vloeistof
Als we de temperatuur nog meer verlagen => vloeistof → vaste stof
Amorfe materialen
→ tussen vaste (kristallijne) en vloeibare stoffen
→ geen smeltpunt maar een glastransitietemperatuur
→ poeders (lijkt op kristallijne stoffen met de blote oog) maar moleculen niet geordend
→ eigenlijk vloeistoffen maar met een zeer hoge viscositeit
Belangrijk want oplosbaarheid van GM kan je verbeteren door het in de amorfe toestand te
brengen
Semi-kristallijne materialen
→ bevatten gebieden waarbij stof meer/minder geordend (kristallijn) zijn (zie je in
polymeren)
Polymeren vaak gebruikt als hulpstof in de farmacie
Bv. MCC (microkristallijne cellulose) en PEG (polyethyleenglycol)
,Vloeibare kristallijne materialen
→ mesofazen = vloeibaar-kristallijne fase (ook tss vaste en vloeibare vorm)
→ 3 types obv beweegelijkheid:
- Nematische fase → kunnen bewegen in de 3 dimensies, links<>rechts,
voor<>achter, boven<>onder maar roteren enkel langs de lange as
- Smectische fase → zoals nematisch maar met laagvorming en ze gaan de
lagen niet verstoren, kunnen ook roteren enkel langs lange as
- Cholesterische fase → laagjes gevormd maar iedere laagje tov een andere
laagje een beetje gedraaid onder bepaalde constante hoek
→ vloeien (uitspreiden) zoals een vloeistof maar vertoont ook een structuur, op een
bepaalde manier gestructureerd tov elkaar
Thermotrope vloeibaar kristallijne stoffen → k overgaan van vaste toestand tot
vloeibaar kristallijne fase door toevoegen van warmte (of andersom)
Echte kristallijne stoffen → roosters in 3 dimensies over afstand van 10^20 moleculaire
dimensies geordend (anisotroop)
Het Fasediagram → p(T)-grafiek
- Fase begrenzingslijnen (blauwe lijnen) → hierop coëxistentie, 2 fasen in evenwicht
- Fasetransitie (van ene fase nr een andere fase overgaan)
→ themodynamica: kan voorspellen dat een stof een faseovergang zal ondervinden bij
een bepaalde temperatuur/druk maar kan niets zeggen over hoe lang het zal duren
(kinetica)
- Superkritische vloeistof = stoffen die eigenschappen hebben van zowel gassen als
vloeistoffen (gebruikt in de farmacie, vb superkritische CO2)
→ Vloeistof verdampt als je temperatuur verhoogt, als dampdruk van vloeistof
gelijk is aan externe druk (=koken)
→ Als je een vloeistof verdampt in een volledig gesloten vat, en de temperatuur
verhoogt, zie je geen kookverschijnsel (damp kan ook niet weg)
=> We zien dat de densiteit v/d vloeistof w steeds minder en de densitieit van de
dampfase w steeds meer, als je warmte blijft toevoegen bereik je op een
bepaalde moment de kritische punt (punt waarbij je geen onderscheid kunt
maken tussen een vloeistof en gas)
- 1 bar = 0,987 atm (kookpunt water = 1 atm)
, - Polymorfie = verschillende vaste vormen, kristallijne vormen (belangrijke eigenschap
voor actieve bestanddelen in GM)
Fasediagram van H2O
→ verschillende vormen (polymorfen) van ijs
→ smeltpunt: p = 1 atm en T = 273,15 K
→ Als we de druk verhoogt, verlaagt het smeltpunt (ijs heeft een lagere densiteit dan
water, als je op ijs stapt → w vloeibaar, H-brug structuur ook in ijs maar minder dens, w
denser als je druk erop uitoefent)
Fasediagram van CO2
→ Triple punt (3 fasen in evenwicht) ligt bij 5 atm, bij kamerT → CO2 is een gas
→ CO2 in vaste toestand = koelmiddel (vast CO2 bij kamerT gaat sublimeren, energie
nodig voor faseovergang → neemt thermische energie uit omgeving, omgeving wordt
hierdoor gekoeld)
Hoe kunnen we weten wanneer een stof van fase gaat veranderen?
→ adhv chemische potentiaal
Intermezzo I : Gibbs vrije E: G = H - TS => dG = Vdp - SdT
Let op: - T (altijd in kelvin, absolute temp)
- Entropie S is nooit <0, verandering k wel neg. zijn
De verandering v/d Gibbs E is afhankelijk v/d verandering van de druk en temp.
→ 2 afhankelijke (en 2 onafhankelijke) variabelen dus xyz-grafiek nodig
Wat is Fysicochemie?
→ deelgebied van chemie, fysische methoden toepassen in chemie
→ doel: algemene wetmatigheden vinden die toepasbaar is voor alle (de meeste) stoffen
API = actief bestandeel, active pharmaceutical ingredient, maakt nooit alleen een gm
Excipients = hulpstoffen, andere componenten, zorgen voor stabiliteit/transport etc. van
GM
Vb: Cipralan (cibenzoline succinaat = API)
Doelstelling van de cursus:
Hoe ga je van een actief bestandeel naar een doseervorm die gebruikt kan worden voor
een patient (via fysicochemie)?
→ formulering (sst) en bereiding (proces) van doseervormen (bv tablet, suspensie etc.)
→ vrijstelling actief bestanddeel uit doseervorm op juiste plaats
→ structuur/gedrag en stabiliteit GM
Examen
5/6 openvragen/oefeningen (formularium/grm)
Vragen kennis + inzicht (ook uit andere vakken)
Veel vragen uit voorbije examens! + structuur meestal hetzelfde
Gebruik wetenschappelijk correct taal (bv. kristallijne molecule bestaat niet, kristallijne stof wel)
! focus op slides + hoorcolleges ! in HB meer info, maar als niet in hoorcolleges → niet KE
Hoofdstuk 1: De vaste toestand van farmaceutische producten
De toestand van de materie
3 klassieke toestanden: gas, vloeibaar, vast
→ bij welbepaalde temperatuur en druk: 1 v/d mogelijke toestanden zijn thermodynamisch het
meest stabiel tenzij coexistentie (evenwicht tussen 2 fasen)
Vb. water op -50°C : ijs
water op 0°C : evenwicht tss vast en vloeibaar (coexistentie)
,Thermische energie (beweegelijkheid) zit in een materiaal
- Gas
→ is heel beweeglijk, bevat veel thermische E
→ bijna geen interacties, interacties zijn ook heel kortdurig
→ geen echt volume of vorm (geen ordening), chaotisch
→ isotroop: eigenschappen van gas overal hetzelfde
- Vloeistoffen
→ beweeglijk maar minder agv minder thermische energie
→ maken heel wat + iets langere contact met elkaar maar blijven niet lang in 1 plaats
- op macroscopisch schaal: weinig interacties (isotroop)
- op microscopisch vlak zien we wel interacties (bv waterstofbruggen in water etc)
→ geen vorm maar duidelijk volume (maar trachten niet om volume zo groot mogelijk te
maken zoals bij gassen)
- Vaste stof
→ laag thermische E: moleculen kunnen niet veranderen van plaats, geen beweging
→ mooi geordend in 3 dimensies (kristallijne stof), ze zijn anisotroop
→ hebben een vorm en volumen
Als we temperatuur laat dalen → minder thermische E => codensatie van gas naar vloeistof
Als we de temperatuur nog meer verlagen => vloeistof → vaste stof
Amorfe materialen
→ tussen vaste (kristallijne) en vloeibare stoffen
→ geen smeltpunt maar een glastransitietemperatuur
→ poeders (lijkt op kristallijne stoffen met de blote oog) maar moleculen niet geordend
→ eigenlijk vloeistoffen maar met een zeer hoge viscositeit
Belangrijk want oplosbaarheid van GM kan je verbeteren door het in de amorfe toestand te
brengen
Semi-kristallijne materialen
→ bevatten gebieden waarbij stof meer/minder geordend (kristallijn) zijn (zie je in
polymeren)
Polymeren vaak gebruikt als hulpstof in de farmacie
Bv. MCC (microkristallijne cellulose) en PEG (polyethyleenglycol)
,Vloeibare kristallijne materialen
→ mesofazen = vloeibaar-kristallijne fase (ook tss vaste en vloeibare vorm)
→ 3 types obv beweegelijkheid:
- Nematische fase → kunnen bewegen in de 3 dimensies, links<>rechts,
voor<>achter, boven<>onder maar roteren enkel langs de lange as
- Smectische fase → zoals nematisch maar met laagvorming en ze gaan de
lagen niet verstoren, kunnen ook roteren enkel langs lange as
- Cholesterische fase → laagjes gevormd maar iedere laagje tov een andere
laagje een beetje gedraaid onder bepaalde constante hoek
→ vloeien (uitspreiden) zoals een vloeistof maar vertoont ook een structuur, op een
bepaalde manier gestructureerd tov elkaar
Thermotrope vloeibaar kristallijne stoffen → k overgaan van vaste toestand tot
vloeibaar kristallijne fase door toevoegen van warmte (of andersom)
Echte kristallijne stoffen → roosters in 3 dimensies over afstand van 10^20 moleculaire
dimensies geordend (anisotroop)
Het Fasediagram → p(T)-grafiek
- Fase begrenzingslijnen (blauwe lijnen) → hierop coëxistentie, 2 fasen in evenwicht
- Fasetransitie (van ene fase nr een andere fase overgaan)
→ themodynamica: kan voorspellen dat een stof een faseovergang zal ondervinden bij
een bepaalde temperatuur/druk maar kan niets zeggen over hoe lang het zal duren
(kinetica)
- Superkritische vloeistof = stoffen die eigenschappen hebben van zowel gassen als
vloeistoffen (gebruikt in de farmacie, vb superkritische CO2)
→ Vloeistof verdampt als je temperatuur verhoogt, als dampdruk van vloeistof
gelijk is aan externe druk (=koken)
→ Als je een vloeistof verdampt in een volledig gesloten vat, en de temperatuur
verhoogt, zie je geen kookverschijnsel (damp kan ook niet weg)
=> We zien dat de densiteit v/d vloeistof w steeds minder en de densitieit van de
dampfase w steeds meer, als je warmte blijft toevoegen bereik je op een
bepaalde moment de kritische punt (punt waarbij je geen onderscheid kunt
maken tussen een vloeistof en gas)
- 1 bar = 0,987 atm (kookpunt water = 1 atm)
, - Polymorfie = verschillende vaste vormen, kristallijne vormen (belangrijke eigenschap
voor actieve bestanddelen in GM)
Fasediagram van H2O
→ verschillende vormen (polymorfen) van ijs
→ smeltpunt: p = 1 atm en T = 273,15 K
→ Als we de druk verhoogt, verlaagt het smeltpunt (ijs heeft een lagere densiteit dan
water, als je op ijs stapt → w vloeibaar, H-brug structuur ook in ijs maar minder dens, w
denser als je druk erop uitoefent)
Fasediagram van CO2
→ Triple punt (3 fasen in evenwicht) ligt bij 5 atm, bij kamerT → CO2 is een gas
→ CO2 in vaste toestand = koelmiddel (vast CO2 bij kamerT gaat sublimeren, energie
nodig voor faseovergang → neemt thermische energie uit omgeving, omgeving wordt
hierdoor gekoeld)
Hoe kunnen we weten wanneer een stof van fase gaat veranderen?
→ adhv chemische potentiaal
Intermezzo I : Gibbs vrije E: G = H - TS => dG = Vdp - SdT
Let op: - T (altijd in kelvin, absolute temp)
- Entropie S is nooit <0, verandering k wel neg. zijn
De verandering v/d Gibbs E is afhankelijk v/d verandering van de druk en temp.
→ 2 afhankelijke (en 2 onafhankelijke) variabelen dus xyz-grafiek nodig
