Модуль 4 кинетика химических реакций и катализ

1.7. Кинетика химических реакций

Изучение кинетики и механизма протекания химических и биохимических реакций является важной частью такой фармацевтической отрасли, как синтез и технология производства лекарственных средств. Выяснение влияния различных факторов на скорость реакции необходимо для повышения выхода синтезируемых препаратов, а также замедления, либо исключения побочных реакций.

Кинетические методы применяют в фармакокинетике – науке о процессах, действия лекарственной формы в организме, к которым относят высвобождение лекарственного вещества из готовой формы, растворение, всасывание из пищеварительного тракта, метаболизм и экскреция из организма.

С помощью уравнений формальной кинетики методом "ускоренного старения" определяют сроки годности лекарственных препаратов при их хранении для обеспечения соответствия показателей качества продукции требованиям нормативной документации.

Многие реакции синтеза лекарственных веществ, также подавляющее большинство метаболических процессов превращения лекарственных веществ в организме в норме и патологии являются каталитическими, поэтому важно понимать механизм действия катализаторов и биологическую роль ферментов.

1.7.1. Скорость реакции Основные уравнения Скорость реакции

Скорость реакции_AА + _BB  _CC + _DD – это скорость изменения во времени концентрации реагента реакции

(246)

или концентрации продукта реакции

(247)

где  – скорость реакции, моль/(лс); размерность скорости химической реакции может быть и другой, например моль/(лмин) или моль/(лч), в зависимости от размерностей величин в правой части уравнения для расчета скорости; v_i – стехиометрический коэффициент в уравнении химической реакции перед реагентом или продуктом "i"; c_i – концентрация реагента или продукта "i", моль/л; t – время, с.

Например, для реакции

А + 2B  3C + D

скорость реакции по реагенту A, равна

(248)

скорость реакции, рассчитанная по реагенту B, равна

(249)

скорость реакции по продукту С, равна

(250)

а скорость реакции, рассчитанная по продукту D, равна

(251)

Скорость химической реакции всегда положительна или равна нулю.

Расчет скорости реакции по экспериментальным данным, заданным в виде таблицы

Если экспериментальные данные для реакции

А  B + C

даны в виде таблицы

№	t, с	cA, ммоль/л
1	t1	cA,1
2	t2	cA,2
3	t3	cA,3
4	…	…

то по любым двум ближайшим парам значений t и c_A можно рассчитать значения средней скорости (на этом интервале времени) реакции по формуле

(252)

Рассчитанные таким образом значения средней скорости относятся к средним точкам каждого интервала времени

(253)

Расчет скорости реакции по экспериментальным данным, заданным в виде графика

Если эти же экспериментальные данные приведены в виде графика (рис. 55), то по графику могут быть рассчитаны значения скорости (мгновенной, истинной) химической реакции. Для этого строят касательные к графику зависимости в выбранных точках (эти точки могут не совпадать с экспериментальными точками) и определяют коэффициенты наклона касательных.

Рис. 55. Расчет скорости по графику

Коэффициент наклона касательной рассчитывают по паре точек, лежащих на касательной, по такой же формуле, как и в предыдущем случае при расчете средней скорости по таблице

(254)

Значение коэффициента наклона касательной равно скорости в точке касания. В результате такого расчета получают график зависимости скорости химической реакции от времени.

Точки на таком графике лежат с большим разбросом относительно линии, соответствующей точным значениям средней скорости, чем точки на предыдущем графике зависимости "c – t". Такое возрастание ошибок происходит всегда при нахождении производных по таблице или по графику.