Kinetika dan stabilitas obat

Kinetika Reaksi

Kinetik berasal dari bahasa Yunani yaitu ‘kinetos’ yang berarti bergerak.

Kinetika adalah ilmu yang mempelajari tentang bagaimana sistem berubah terhadap waktu .

Kinetika reaksi adalah studi tentang laju perubahan kimia dan bagaimana tingkat ini dipengaruhi oleh kondisi seperti konsentrasi reaktan dan produk, pelarut, kekuatan ionik dan suhu.

Penting dipelajari oleh:

Produsen obat karena ia harus menunjukkan   bahwa produknya stabil dan dapat disimpan   untuk jangka waktu yang wajar tanpa      mengubah bentuk aktif atau beracun.

Apoteker harus menyadari ketidakstabilan      potensi obat yang ia tangani.

Dokter dan pasien harus diyakinka bahwa      obat yang diresepkan akan mencapai lokasi    aksi dalam konsentrasi yang cukup.

Yang berkaitan dalam proses kinetika reaksi

1). Stabilitas dan ketidaktercampuran

Perlu diperhatikan ketidak aktifan obat karena penguraian obat dan hilangnya khasiat obat karena perubahan bentuk fisik dan kimia.

2). Disolusi

Perlu diperhatikan kecepatan berubahnya obat dalam sediaan padat menjadi bentuk larutan molekuler.

3. Proses absorbsi, distribusi dan eliminasi

Laju reaksi mempengaruhi laju absorbsi, distribusi dan eliminasi obat dengan berbagai faktor seperti metabolisme, penyimpanan dalam organ tubuh lemak dan jalur-jalur pelepasan.

4. Kerja obat pada tingkat molekular

Obat dapat dibuat dalam bentuk yang tepat dengan menganggap bahwa timbulnya respon dari obat merupakan suatu proses laju.

Prinsip Dasar Kinetika Reaksi

Secara umum, kinetika reaksi adalah studi tentang laju perubahan kimia dan cara di mana tingkat ini dipengaruhi oleh kondisi konsentrasi reaktan, produk dan spesies kimia lainnya yang mungkin ada, dan faktor-faktor seperti pelarut, tekanan dan temperatur.

Kinetika reaksi memungkinkan perumusan model untuk langkah-langkah perantara di mana reaktan diubah menjadi senyawa kimia lainnya dan merupakan alat yang ampuh dalam menjelaskan mekanisme reaksi kimia selanjutnya.

Ini menyediakan pendekatan rasional untuk stabilisasi produk obat dan prediksi waktu paruh dan kondisi penyimpanan optimum. Misalnya tiamin HCl yang paling stabil pada pH 2-3 dan tidak stabil pada pH di atas 6.

Mengetahui tingkat konsentrasi ion hidrogen berapa obat memburuk sehingga dapat dilakukan tindakan yang akan menghambat atau mencegah degradasi

Konsep Laju Reaksi

Laju reaksi adalah laju perubahan       konsentrasi zat-zat komponen             reaksi setiap satuan waktu.

Tingkat, kecepatan atau kecepatan      reaksi diekspresikan dengan    dc / dt.

dimana dc adalah kenaikan atau penurunan konsentrasi selama interval waktu (dt)

Contoh Laju dan Order reaksi

Pembentukan etil asetat dari etil alkohol dan asam asetat:

  CH₃COOH + C₂H₅OH = CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Laju reaksi ke kanan dalam reaksi di atas dapat ditentukan dengan pengukuran konsentrasi asam asetat atau etanol selama berlangsugnya reaksi.

Laju reaksi ke kanan ini dirumuskan sebagai:

 Laju reaksi baliknya (Rr) dapat dihitung dengan mengukur konsentrasi etil asetat atau air selama reaksi berlangsung.

                                                               

Mengekspresikan Laju Reaksi

Laju reaksi dirumuskan sebagai:

                        = ± dc / dt

                        = perubahan konsentrasi per                               perubahan waktu

 ± menunjukkan peningkatan (+) atau penurunan (-) dalam konsentrasi (C) dalam interval waktu tertentu (dt)

Satuan Konstanta Laju

à Reaksi orde nol

  à Reaksi orde pertama

 àReaksi orde kedua

Orde Reaksi

 Menurut hukum aksi massa:

 Laju reaksi kimia sebanding dengan hasil kali dari konsentrasi molar reaktan yang masing-masing dipangkatkan dengan angka yang menunjukkan jumlah molekul dari zat-zat yang ikut serta dalam reaksi.

  aA + bB + ... .. = Produk

  Tingkat = k [A] ^a [B] ^b

  Dimana k adalah laju konstan.

Order of reaction = sum of exponents

Order of A = a  and B = b

Then Overall order = a + b

Contoh:

Reaksi asam asetat dan ethyl alkohol yang membentuk ethyl acetat dan air.

  CH₃ COOH +  C₂H₅OH    =      CH₃ COO C₂H₅ + H₂O

 d (CH₃ COOH)/dt = d(C₂H₅OH)/dt = k(CH₃ COOH)  (C₂H₅OH]

 Maka reaksi adalah orde pertama terhadap asam asetat dan orde pertama terhadap ethanol sedang reaksi orde keseluruhan adalah orde kedua.

Orde Nol

Laju konstan dan tidak tergantung pada konsentrasi salah satu reaktan .

Tingkat konstan pelepasan obat dari bentuk sediaan sangat diinginkan.

Equation for zero order:

            Rate = - dA/dt = k₀ dA/dt = k           dA = - k dt  

A_t – A₀ = -k₀t  ,At  =  A0 – k0t , A_o = Konsentrasi  awal

A_t = Konsentrasi pada t

Waktu Paruh

Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan untuk meluruh/hilangnya zat menjadi separuhnya, dimana a berkurang menjadi ½ a.

Contoh Soal

Sebuah obat telah terurai 75% dalam satu tahun, reaksi dianggap orde nol, hitung nilai K₀ dan t_1/2  obat tersebut:

Orde Satu

Reaksi ini terjadi pada obat seperti pada saat absorbsi obat dan degradasi obat.

Kecepatan reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi reaktan.

Contoh: 2H₂O₂ = 2H₂O + O₂

Contoh soal:

Larutan obat mengandung 500 unit ketika dibuat. Setelah 40 hari, dilakukan analisis kadar ternyata konsentrasinya tinggal 300 unit. Bila reaksi penguraian berjalan pada orde 1, berapa lama obat akan terurai sampai konsentrasi tinggal setengah dari konsentrasi awal?

Jawaban

Orde Dua

Reaksi yang terjadi dimana dua reaktan berpengaruh dalam reaksi. A + B à Produk

Jika:     a dan b masing-masing konsentrasi awal dari A dan B;x adalah jumlah mol A atau B yang bereaksi dalam waktu t, maka: à

Jika kedua reaktan konsentrasinya sama maka:

Adapun waktu  paruh orde kedua adalah: t_1/2 = 1/ak

Satuannya: liter/mol detik

Contoh Soal

Konsentrasi mula-mula etil asetat dan NaOH dalam campuran, masing-masing 0,01000 M. Perubahan dalam konsentrasi x alkali selama 20 menit adalah 0,000566 mol/liter, maka hitung:

Jawaban:

b.

Menentukan Orde Reaksi

Data dari pengamatan disubtitusi ke dalam bentuk integral dari persamaan orde reaksi. Jika nilai k konstan dalam batas variasi percobaan maka reaksi dianggap berjalan sesuai dengan orde tersebut.  

Metode Substitusi: dihitung k pada setiap t; lalu dimasukkan ke dalam persamaan:

2. Metode Grafik

•       C vs t ----- linear ---- orde 0

•        Log C vs t ----- linear ----- orde 1

•        1/C vs t ----- linear ----- orde 2

           

3. Metode waktu paruh

Metode ini didasarkan pada hubungan antara konsentrasi awal reaktan, waktu paruh , dan orde reaksi . Untuk reaksi orde nol , t1/2 meningkat dengan meningkatnya konsentrasi, sedangkan untuk reaksi orde pertama , t1/2 tidak berubah dengan perubahan konsentrasi

Pengaruh Temperatur Dan Beberapa Faktor Lain Pada Laju Reaksi

Temperatur

 Kecepatan berbagai reaksi bertambah             2-3 kalinya tiap kenaikan 10^oC.

Digambarkan dengan persamaan Arrhenius:

                         

Dimana :

K : konstanta laju reaksi spesifik

A : konstanta, faktor frekuensi

Ea : Energi aktivasi

R : konstanta gas (1,987 kalori/derajat mol)

T : Temperatur absolut (K)                       

Jika percobaan dilakukan dengan 2 temperatur yang ber beda yaitu T₁ dan T₂ sehingga konstanta keseimbangan menjadi k₁ dan k₂ maka :

             

 

Contoh Soal

Konstanta laju k untuk penguraian 5-hidroksimetilfurfural pada temperatur 120^o C adalah 1,173 per jam atau 3,258 x 10^-4 per detik dan k₂ pada 140^oC adalah 4,860 per jam. Berapa energi aktivasi E_a dalam kkal/mol dan faktor frekuensi A dalam jarak temperatur tersebut?

Jawaban

Energi aktivasi/Ea :

Faktor frekuensi A :

 

Teori Tabrakan dari Laju Reaksi

Temperatur mempengaruhi reaksi uni/bimolekuler

Hipotesis: molekul bergerak pada arah dan kecepatan sama, jika menyimpang maka akan menabrak molekul lain dan terjadi tabrakan berantai akibatnya molekul bergerak acak.

Pada keadaan ini tidak semua molekul mempunyai laju yang sama dengan laju semula.

Distribusi laju molekul mejadi bervariasi dari nol sampai harga yang lebih tinggi

Energi kinetik sebanding dengan pangkat dua kecepatan, distribusi laju molekul berhubungan dengan distribusi energi molekul dan fraksi molekul yang mempunyai energi kinetik

Dinyatakan dengan hukum distribusi Boltzmann: fi = Ni/Nt = e^-Ei/RT

Ni: mol reaktan Nt: total mol Ei: Energi kinetik

Teori tabrakan merumuskan bahwa suatu tabrakan harus terjadi antarmolekul agar reaksi berlangsung dan selanjutnya reaksi antarmolekul terjadi bila mencapai energi tertentu.

Laju reaksi sebanding dengan jumlah mol reaktan yang mempunyai energi cukup untuk bereaksi.

Maka:Laju = PZNi

Dimana Z = jumlah tabrakan perdetik per cm³, P = faktor probability sterik untuk tabrakan yang menghasilkan reaksi.

Jika Ni disubstitusi maka:

Laju = (PZe^-Ei/RT) NT

Jika Laju = k (konsentrasi reaktan) maka k=(PZ)e^-Ei/RT