Cinética química en la industria farmacéutica

Introducción

La química, por su misma naturaleza, se ocupa del cambio. Las reacciones químicas convierten sustancias con propiedades bien definidas en otros materiales con propiedades diferentes. Gran parte del estudio de las reacciones químicas se ocupa de la formación de nuevas sustancias a partir de un conjunto dado de reactivos. Por lo tanto, es necesario entender la rapidez con que pueden ocurrir las reacciones químicas.

OBJETIVO:

El objetivo de la cinética química es el estudio de las velocidades de las reacciones Químicas y de los factores de los que dependen dichas velocidades y mecanismo en reacciones homogéneas y heterogéneas. De estos factores, Los más importantes son la concentración y la temperatura. Haciendo un estudio Sistemático de los efectos de estos factores sobre las velocidades, se pueden sacar Conclusiones sobre el mecanismo por el que se verifican las reacciones químicas. Esta unidad se referirá principalmente a las leyes cinéticas y al análisis de los resultados Experimentales empleando conceptos sencillos y se determinará la forma en que las velocidades dependen de la concentración.

Desarrollo del tema

Cinética química

Es área de la QUIMICA que estudia la velocidad y rapidez con la que ocurre la reacción se denomina CINETICA QUIMICA.

Es un área de la fisicoquímica que se encarga del estudio de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan mediante la reacción general (Difusión, ciencia de superficies, catálisis). La cinética química es un estudio puramente empírico y experimental.

Velocidad de reacción

La velocidad o "rapidez" de una reacción química se puede expresar de varias formas. A veces, con viene medir la concentración de un producto de reacción a diversos tiempos. En la curva a dela Figura IV.1se muestra esquemáticamente cómo puede varia resta concentración con el tiempo. La velocidad en un instante determinado se puede deducir de la pendiente dx/dt de la curva en el punto que corresponde a dicho instante.

Si las unidades de concentración se toman en moles/ litros, las unidades de velocidad serán moles/litro. Seg. También se puede tomar como referencia la concentración de uno de los reactivos en función del tiempo, con lo que se obtendríalacurvabdelaFiguraIV.1.Enestecaso,laspendientesdc/dt son de signo negativo. Por lo tanto, habrá que tener lo en cuenta y enunciar la velocidad como–dc/dt. Es importante hacer notar que la velocidad de una reacción química puede presentar un valor numérico diferente según la forma en que se la defina y mida. Por ejemplo, si se considera la reacción

N2 +3H2 =2 NH3

Debido a que porcada mol de nitrógeno que reacciona se forman 2 moles de amoníaco, es evidente que la velocidad de formación del NH3,vNH3, será el doble de la velocidad de desaparición del N2,vN2.

V NH3=d [NH3]=-2 d [N2]=2vN 2

dtdt

Por la misma razón, la velocidad de desaparición del hidrógeno, vH2,es el triple de la velocidad de desaparición del nitrógeno,vN2.

vN2=-d[H2]=-3 d[N2]=3VN2

dtdt

Dónde:

X: concentración del producto.

C: concentración del reactivo.

La concentración de reactivo

Por lo general, a medida que la concentración de un reactivo aumenta la rapidez de una reacción química. La entre la velocidad de reacción y la concentración puede describirse matemáticamente.

Orden de reacción

En algunas reacciones, las velocidades son proporcionales a las concentraciones de los reactivos elevadas a una potencia. Sólo en esos casos, conviene hablar de orden de reacción. Si la velocidades directamente proporcional a una sola concentración, se tendrá que

v =kc

y se dice que la reacción es de primer orden. Un ejemplo de este tipo de reacción es la descomposición del etano en fase gaseosa

C2H6 =C2H4 +H2

En las condiciones experimentales usuales, la velocidad de aparición del eteno (igual a la desaparición de etano) es proporcional a la primer potencia de la concentración del etano. El término segundo orden se aplica a dos tipos de reacciones: aquellas cuya velocidades proporcional al cuadrado deuna sola concentración

v =kc2

y aquellas cuyas velocidades proporcional al producto de dos concentraciones de diferentes reactivos.

v =kc A cB

Un ejemplo del primer tipo es la descomposición del yoduro de hidrógeno gaseoso

2HI=H 2+ I2

En que la velocidad de izquierda a derecha es proporcional al cuadrado de la concentración de yoduro de hidrógeno. La velocidad de reacción inversa es proporcional al producto de las concentraciones de yodo e hidrógeno, y en consecuencia, la reacción también es de segundo orden. Es decir, es de primer orden con respecto al hidrógeno y de primer orden con respecto al yodo.

H2 + I2= 2HI

Se conocen también reacciones de tercer orden, como la reacción de un óxidode nitrógeno y cloro, cuya velocidad es proporcional al cuadrado de la concentración del óxido y a la primera potencia de la concentración de cloro.

2NO+Cl2 =2NOCl

La reacción es de segundo orden respecto al óxido de nitrógeno y de primer orden respecto al cloro, su orden total es tres. Esta situación puede generalizarse de la siguiente forma. Si la velocidad de una reacción proporcional a la potencia a de la concentración de un reactivo A, a la potencia ß de la concentración de un reactivo B, etc., se dirá que es de orden a respecto a A, de orden ß respecto a B y así sucesivamente.

a b

v =kc c

A B

El orden total de la reacción será

De acuerdo con la ley de acción de masas, la velocidad de reacción debe ser proporcional al producto de las concentraciones de los reactantes. Si los coeficientes de las especies son enteros, el orden de la reacción será un número entero, aunque en ciertos casos puede haber coeficientes fraccionarios. Las reacciones que cumplen con la ley de acción de masas se denominan reacciones elementales. Una reacción elemental refleja efectivamente la física y la química de la reacción. Sin embargo, es común utilizar ecuaciones de reacción que no son elementales sino que son combinaciones de reacciones elementales, y por consiguiente su velocidad de reacción no es simplemente proporcional a las concentracionesde los reactantes. Por ejemplo, la velocidad de reacción entre hidrógeno y bromo cumple la ecuación cinética

d[HBr]=k [H2][Br2]1/2

dt 1+ k[HBr]

[Br2]

Esta ecuación cinética compleja corresponde a la reacción

cada una con distinta velocidad de reacción. La reacción condensada de un solo paso ya no cumple con la ley de acción de masas. En este tipo de reacciones, no conviene hablar de orden de reacción, sino expresarla dependencia utilizando la ecuación cinética anterior. Por lo tanto, no se debe intentar deducir el orden de una reacción de su ecuación estequiométrica, dado que esto será cierto únicamente si el mecanismo de reacción es el elemental. En general, salvo que se sepa positivamente que la reacción es elemental, el orden de reacción debe considerarse una magnitud estrictamente experimental.

Constante de velocidad

La constante k de las ecuaciones anteriores representativas de un orden sencillo, se denomina constante de velocidad de la reacción. Sus unidades se deducen fácilmente de la ecuación cinética y varían con el orden de reacción. Así, para una reacción de primer orden, para la cual

v =kc

la unidad de k es la de v(mol/l.seg) dividida por una concentración(mol/l), o sea:1/seg.

Para una reacción de segundo orden,

v =kc2

v =kc A cB

Que es la velocidad dividida por una concentración al cuadrado y su unidad es l/mol. Seg. En general, para una reacción de orden n,

v =kc n

la unidad de k es mol1-n litro n-1seg –1

Análisis de los datos cinéticos

En toda investigación cinética se mide, en forma directa o indirecta, la concentración a distintos tiempos. El problema es expresar la velocidad en forma de una ecuación que relación En la velocidad con la concentración de los reactivos y a veces, de los productos y otras sustancias presentes como catalizadores. Si la reacción es de un orden sencillo, hay que determinar el orden y también la constante de velocidad. Si esto no ocurre (como en la reacción del hidrógeno con el bromo), hay que determinar la forma de la ecuación cinética, junto con las magnitudes de las constantes (por ejemplo k y "K" en la ecuación cinética que rige dicha reacción).Para abordar estos problemas, existen dos métodos: el método de integración yel método diferencial. En el método de integración, se parte de una ecuación cinética que uno supone que se puede aplicar y que representará el proceso. Por ejemplo, si se cree que la ecuación es de primer orden se parte de

-dC =kc dt

Donde "C" es la concentración del reactivo. Esta ecuación se transforma por integración en otra donde se exprese c en función de "T" y luego se la compara con la variación experimental.

Aplicaciones de la cinética química en la industria farmacéutica

INTRODUCCIÓN

La Industria farmacéutica es el sector dedicado a la fabricación y preparación de productos químicos medicinales para la prevención otratamiento de las enfermedades.

Algunas empresas fabrican anestésicos y medios de contraste utilizados para visualizar estructuras corporales mediante rayos X ó resonancia magnética nuclear(RMN).

Muchas compañías farmacéuticas realizan tareas de investigación y desarrollo,con el fin de introducir nuevos tratamientos mejorados. En algunos países, cada etapa de las pruebas de nuevos fármacos con animales domésticos (de granja ó de laboratorio) ó con seres humanos, debe recibir la autorización de los organismos reguladores nacionales. Si se produce la aprobación final se concede la autorización para utilizarlos en condiciones determinadas.

La mayor parte de las empresas farmacéuticas tienen carácter internacional y poseen filiales en muchos países. El sector, tecnológicamente muy avanzado, genera empleo a muchos licenciados universitarios, como biólogos, bioquímicos, químicos, ingenieros, microbiólogos, farmacéuticos, farmacólogos, médicos, físicos y veterinarios.

HISTORIA:

La industria farmacéutica surgió a partir de una serie de actividades diversas relacionadas con la obtención de sustancias utilizadas en la medicina.

A principios del siglo XIX, los boticarios, químicos o los propietarios de herbolarios obtenían partes secas de diversas plantas, recogidas localmente o en otros continentes los cuales fabricaban diversos preparados con estas sustancias, como extractos, tinturas, mezclas, lociones, pomadas o píldoras.

En 1820, el químico francés Joseph Pelleterier preparó el alcaloide activo de la corteza de quina y lo llamó QUININA. Después de ese logro, aisló varios alcaloides más, entre ellos la atropina (obtenida de la belladona) o la estricnina (obtenida de la nuez vómica).

Su trabajo y el de otros investigadores hizo posible normalizar varias medicinas y extraer de forma comercial sus principios activos. Una de las primeras empresas que extrajo alcaloides puros en cantidades comerciales fue la farmacia de T.H. Smith Ltd. en Edimburgo, Escocia.

En 1994, las dos mayores empresas farmacéuticas del mundo eran la británica Glaxo y la estadounidense Merck & Co. Cada una dá empleo a unas 50.000 personas en todo el mundo, de las que unos 7.000 son licenciados universitarios.

MODO DE ACCION DE LOS FARMACOS

Ciertos fármacos funcionan por interacción con los receptores, lugares especiales en la superficie de las células del cuerpo. Los fármacos pueden unirse a un receptor específico, impidiendo que las sustancias químicas se unan con normalidad al receptor. De ese modo, si un fármaco intensifica la actividad celular, se llama agonista; si bloquea la actividad celular, se llama antagonista.

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Cin%C3%A9tica_qu%C3%ADmica

http://es.scribd.com/doc/81684634/Aplicaciones-Cinetica-Quimica

http://www.uv.es/~baeza/cqtema3.html

James E. Brady, "Química Básica", 2da., Ed. Limusa, México, D.F., 379-381.

http://materias.fi.uba.ar/6730/Tomo1Unidad4.pdf

http://www2.inecc.gob.mx/publicaciones/libros/127/principios.html

Autor:

Arroyo Paye, Dina Yesy

Chambi Quecara, Hebert Alan

Montoya Quispe, Juan Diego

Rojas Humpiri, Jackeline Pilar

UNIVERSIDAD

ANDINA NESTOR

CACERES VELAZQUES

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD

CARRERA ACADEMICA PROFESIONAL

FARMACIA Y BIOQUIMICA

TRABAJO ENCARGADO DE FISICOQUIMICA II

Docente:

Ing.Q. Jorge Raúl Valdeiglesias Jara

Juliaca – Puno – Perú

2014