溶解度:医药戏剧的定义和解释

这可能是药物最重要的物理化学性质,但溶解性到底是什么呢?制药戏剧在这里给你解决方案!在这个Snug中,我们来看看溶解度的基础知识——它是如何定义和测量的。

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欢迎来到制药剧频道,在这里我们将了解医疗保健科学和医疗保健产品。在这段视频中,我想解释可能是药物发展中最重要的概念——溶解度。这是测量任何潜在药物物质的第一项指标,所以我认为理解溶解度的真正含义是非常重要的!所以,如果你准备好理解它,做一杯热饮,加一些糖,我建议糖的溶解度要小于它,我们开始吧。

如果你查阅一种药物的性质,你通常会看到这样的陈述,如“存在于白色结晶粉末中”,然后发现列出的一些性质,如熔点、logp和溶解度。通常给出熔点是因为它是识别化合物的简单方法,但logp和溶解度在指示药物在口服后吸收的可能性方面要重要得多。我有一个单独的视频讨论logp,链接在下面的评论中,因为今天我想谈谈溶解度。

溶解度最简单的定义是“给定溶质在给定溶剂中所能达到的最大浓度”。正如我们稍后将看到的,正确的定义要比这稍微复杂一些,但这是一个良好的开端。然而,要理解这个定义,我们需要知道“集中”是什么意思。

假设我们有两种不同的化学物质,都是液体,我们想把它们混合在一起。有两种可能的结果。液体可以自由混合形成连续的相,也可以完全不混合。这里有两种液体;一种是乙二醇(从我的车里提取的,很容易被涂成红色),另一种是水。如果我把它们混合在一起你可以看到它们自由地混合形成一个连续的相。另一方面,如果我取不同的液体——这是橄榄油,这还是水——我把它们混合在一起,现在你可以看到这两种相仍然是分开的,油在上面,水在下面。

当我们把两种不同的纯液体混合在一起时会发生什么?我们必须打破分子间的键,形成新的。记住,在任何材料中,它所包含的分子都是相互作用的——当键很强时,我们把材料看成固体,当键不那么强时,我们把材料看成液体,当键很弱时,我们把材料看成气体。当我们混合两种材料时,比如液体,只有当每种材料中的分子能够相互分离并与另一种材料中的分子形成新的相互作用时,我们才能混合。显然,当这两种材料具有相似的化学性质时(这就导致了古老的格言“物以类聚”),这是最有可能的。当这两种材料具有非常不同的化学性质时,它们的分子就不太可能相互作用,因此它们保持分离。对于液体来说,决定它们是否混合的最重要的化学性质是极性(也就是说分子是否带有叫做偶极子的电荷——但这里不用担心!)只要知道水是极性液体就够了,乙二醇也是,这就是为什么它们能混合,而油是非极性液体,这就是为什么油和水不能混合。


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这和浓度和溶解度有什么关系?答案当然是,这些概念也涉及到混合两种材料。它们都可以是液体,但在医学中,我们更常关注的是药物(通常是固体)和水。当我们将固体药物加入水中时,如果它们是可混溶的,药物分子就会与水分子相互作用并溶解形成溶液。通常情况下,药物的用量远远小于水的用量。换句话说,水是过量的,是主要成分,而药物是次要成分。我们对此有专门的术语,我们说药物是溶质它溶解在溶剂中。浓度这一项是一种简单的方法来量化在给定体积的溶剂中有多少溶质。所以一个典型的浓度可能是5克每升,这意味着我们在每升水里加了5克药粉。注意,浓度是常数,不管我们有多少溶液。 If I made up one litre of a solution at a concentration of 5 grams per litre, and took 100 millilitres of it the concentration is still 5 grams per litre. A lot of students get calculations wrong because of misunderstanding this point!

我希望你们能看到,我们可以将给定的溶质/溶剂混合物制成多种浓度的溶液。我可能会在每公升水中溶解2克药物,或者6克,以此类推。溶解度实际上只是一个特殊的浓度;这是我们能达到的最大浓度。如果我们有一公升的水,我们开始向其中添加药粉,最初它会全部溶解。我们可以添加更多,看到它也会溶解。但最终我们会发现,当我们加入更多的药粉时,没有更多的药粉可以溶解,我们会在容器底部看到药粉颗粒。记住溶解溶质分子必须与溶剂分子相互作用。当所有的溶剂分子都与溶质分子相互作用时,没有更多的“自由”溶剂分子留下来相互作用,因此没有更多的溶质可以溶解。我们说溶液是“饱和的”,浓度就是溶解度。

例如,阿司匹林是一种白色粉末,在室温下在水中的溶解度约为3克/升。这意味着,如果我有一升水,我添加阿司匹林粉,如果我添加少于3克,所有的粉末都会溶解,但是如果我添加4克阿司匹林粉,3克会溶解,1克会作为固体颗粒留在容器底部。

“我们如何测量溶解度?”“我听见你问了?”这是个好问题。答案就是,我们完全按照我刚才描述的那样做。我们将药粉加入水中(当然,我们可以测量药粉在任何溶剂中的溶解度,但水是药粉最常见的溶剂),直到药粉不再溶解,我们可以看到烧杯中有过量的未溶解的药粉。为什么要看到多余的粉末?因为如果我们不这样做,我们就不知道浓度已经达到了溶解度!这就引出了我的最后一点,也是非常重要的一点。溶解度的实际定义是“饱和溶液与过量固体平衡时的浓度”。现在,请不要担心这个定义为什么重要——我们将在以后的视频中讨论它。我只是想让你们知道为了测量溶解度,我们必须向水中加入固体,直到有多余的固体剩余,这就得到了溶解度的定义。

可以想象,溶解度可能比我刚才描述的要复杂得多。首先,有时分子的化学性质会发生变化(比如,随着pH值的变化)。溶解度也随温度而变化。但这些问题我们可以留到以后再解决。我还要注意的是,溶剂不一定是液体。我们可以将固体溶质溶解在固体溶剂中(在这种情况下,浓度可以表述为,例如,每千克5克)。

但就目前而言,这就是溶解度的定义——在给定溶剂中可以达到的溶质的最大浓度——这对于药物来说非常重要,因为所有药物分子必须在溶液中才能被吸收并在体内发挥作用,所以溶解度越高,药物分子在体内越容易溶解。

好的,我希望这个简短的描述对你们有用。如果你喜欢,请点击“赞”按钮并考虑订阅——我将发布许多解释基础科学概念的视频,如果你有任何特别的主题想让我解释,请在下面留下评论。谢谢大家的收看,我们下次再见。

资料来源:制药戏剧

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