热力学在药学中应用

学院：信息科学与技术学院院系：电子信息工程

学号: 2014508260

姓名：宋亚男

热力学方法在药学中的应用

摘要

本文通过对热力学在药物研究中的应用，叙述了物理化学在药学领域内的应用前景，并提示了新的边缘学科的广阔空间。论述了热力学在药物制剂研究中的方法和思路。热力学与药理学中受体研究相结合的思维方法。介绍了热力学在药物相互作用研究中的应用和对细菌的热力学研究。并介绍了物理化学在骨组织愈合及肌肉组织中的应用。

关键词：热力学应用物理化学

Abstract

In this paper, the application of physical chemistry in pharmaceutical field is described by the application of thermodynamics in drug research. This paper discusses the methods and ideas of thermodynamics in the study of pharmaceutical preparations. Thinking method of the combination of thermodynamics and pharmacology in receptor research. This paper introduces the application of thermodynamics in the study of drug interactions and the thermodynamics of bacteria. The application of physical chemistry in the healing of bone tissue and muscle tissue was introduced.

Key words: thermodynamic application of Physical Chemistry

自然科学有若干分支，其中以大量基本粒子构成宏观体系为研究对象的科学之一就有物理化学。热力学第二定律指出，大量粒子构成的孤立体系中，自发变化朝着消除差别、均匀，混乱度增加，作功能力减小的方向进行。本文试图通过热力学在药物研究中的应用，以说明物理化学中的热力学在药学领域内的应用前景。

1. 药物制剂热力学研究

１.１药物晶型热力学特性与疗效

自19世纪20年代发现磷酸钠有两种晶型以来，药物多晶型现象引起了人们极大的兴趣。尤其是本世纪60年代以后，由于人们对晶型进行了结晶化学和热力学方面的研究，加之生物药剂学的发展，从而对于药物的晶型变化以及晶型对药品质量与临床药效影响的认识逐渐深入，其重要意义日益受到人们的重视。

１.2药物晶型热力学研究的实用价值

1.2.1晶型不同的药物其理化性质可能有所不同。且生物利用度也可能有

一差别。药物的各种晶型之间可发生相互的变型，可分为两种变型：一种为单变过程(不可逆变型)；另一种为双变过程(可边变型)。对于单变型的两种晶型，在常温下必有一种较为稳定。药物品型的转变过程是相变及相平衡的物理过程，这一过程与其热力学特性密切相关。因此，在药物多晶型的研究中，不仅要检测出其不同的晶型，而且还要搞洁多晶型在转型中

的热力学关系。

1.2.2有关晶型热力学参数如溶解热、熔化热、嫡及自由能等的测定，往往有助于选择适当的药物品型，并且对晶型稳定性的判别、晶型转型条件的控制以及生物利用度的提高等方面有实际的价值。

(1)用于药物晶型的研究。药物晶型不同会引起热输．自由能、熔点等热力学参数

的不同。Abutar等人对甲灭酸与无味氯霉素的热力学数据进行比较时发现。在

甲灭酸两种晶型中H比I具有稍高的解热，两者之间仪差4.18干焦/摩尔，自由

能也仅比I型的大1.05干焦/摩尔；而无味氯霉素B型的溶解热比A型的高26.75

干焦/摩尔，B型的自由能比A型的大3.24千焦/摩尔。所以，他们认为，甲灭酸

z与H型之间的生物活镀没有什么差别，而无味霉8素A与B型之间却有显著的

差异。据报道，溶解量热法现已用于研究At内酰胺抗生素、千氟唾嗓、消炎请

和磺胺堕吐等药品的晶型差别。此外．熔点分析也是研究药品晶型转变的有力

工具，因为不同晶型的药品往往只表现在熔点的不同上，用一船化学分桥方法

是无法区分的。应用Dsc或DTA(差热分析法)不仅可区分不同的晶型，还可以观

察药物晶型转变和熔化过程的变化。

(2)用于药物多晶型相对稳定性的研究。，在药构研究、模型设计到生产制备时，应

该考虑药物晶型与稳定性、溶解度、生物利用度等方面的关系。由于亚稳定型

易于转变为稳定型而影响疗效，故要采取有效措施来仿制转型，以保证药物的

生物有效性。

(3)用于控制药物品型措施的研究。在药品生产、使用及贮存过程中，注意按制药

物晶型转型条件，可避免有效晶型转变为无效晶型或促使无效晶型转变为有效

晶型。综上所述，可以认为将药物晶型的热力学特性与人体内生物利用度的大

小联系起来进行研究是一个很有意义的课题，这为探讨药物活性与药效的关系

提供了三个很好的启示。

1.3β一环糊精与阿斯匹林包合反应的热力学研究

由于阿斯匹林分子是部分地嵌入β-CD的空穴中，故使得β-CD的热运动到限制，因而获得较大的烙变Av，同时由于β-CD包台物的形成使Ag被限制在β-凹空穴周围，因而亦产生较大的不利嫡变∆S。有利的烙变补偿了不利的嫡变果在所有温度下都可得到的自由由能变化(∆Go＝∆H—T∆So)，因而包合作用为一自发过程，包合作用是烙效应起支配作用。而AH。值又小于一般化学反应的数值，故可知包合作用无任何

价键形成，包合物分子间是通过氢镍、范得华力等作用而结合的。综上所述，阿斯匹林与p 一环糊精形成包物合后能增加阿斯溶度，其溶解度相图为水溶性丸型。包合作用的原动力是分子间氢键和范得华力等作用的结果，包合为阿斯匹林的应用提供一定参考价值．

2. 热力学在药理中的应用

2.1 药物—受体相互作用的热力学分析

[1]药理学资料的热力学分析为了解其它技术得不到的药物—受体相互作用的分子过程提供了一个有力的方法。本其适用于分析—6物作用初始阶段信息从配体传导到生物系统。这种分析的内涵是对本局药物—受体相互作用的推动力的定量测定。，热力学分析的详细解释可为了解药物—受体相互作用的潘在机制(超出其它参数分辨能力)提供线索。

2.2 药理学资料的热力学分析是研究发生在药物—受体相互作用中的物理化学变化的一个革新方法。由于它早在70年代已用于放射标记配体结合资料中，所以热力学分析已为探明其它技术所不能得到的药

—受体相互作用的分子过程提供了一个大有潜力的方法，使人们能够精确测定药物—受体相