物理化學在制藥工程領域的應用

賈文娟

摘 要：本文主要從新藥的研制、新劑型的設計、藥物的分離和純化三個方面探討了物理化學內容與制藥工程專業內容的相互聯系。物理化學知識已經滲透到制藥領域的各個方面，為了提高學生學習物理化學的興趣，為后續的專業發展打下堅實的基礎，物理化學教師應加強自身對藥學知識的積累，深知物理化學基礎知識對制藥工程專業課內容的指導作用，并加強二者之間的相互聯系。

關鍵詞：物理化學;制藥工程;應用

1 物理化學在新藥的研制中的應用

1.1 藥物提取工藝的設計

藥物提取技術的設計是中藥生產中的重要組成部分。如何提高中藥活性成分的產量，直接關系到中藥生產的成本和經濟效益。因此，有必要利用理化動力學和熱力學知識，為中藥提取提供可靠的工藝條件。根據Fick擴散的第二定律，儲茂泉建立了中藥提取過程的動力學方程。通過對有效成分甘草、五味子、麥冬和丹參酮提取的實驗，結果和動力學方程有很好的一致性。速率常數不僅與溫度有關，而且與顆粒半徑平方成反比，與內擴散系數成正比。這些實驗數據為優化中藥提取工藝提供了有價值的理論依據。歐陽平等通過對苦葉七中黃酮類化合物提取工藝的實驗研究，發現從苦葉七中提取出的黃酮類化合物均符合一級動力學模型。在此基礎上，可以計算出一系列有價值的動力學和熱力學數據，包括速率常數、活化能、相對萃取殘渣率、半衰期和平衡常數、摩爾焓變化、摩爾熵變化、摩爾吉布斯焓變化和摩爾亥姆霍茲焓變化，為苦葉七黃酮的提取工藝設計和操作條件的選擇提供了有用的理論依據。

1.2 藥物合成條件的預測

藥物的合成條件的預測是基于熱力學理論的。通過計算合成路線中各步驟的熱量和自由能數據來確定合適的反應條件，從而為藥物合成和進一步研究提供了科學依據。對于一個藥物的恒壓合成反應來說，可以根據吉布斯自由能做判斷依據，根據Gibbs-Helmholtz方程：△G=△H-T△S，如果△H<0、△S>0，則△G<0，則反應是可行的。周淑晶等人利用鍵能和生成的熱力學數據計算芐基嘧啶藥物中間體4-溴-3，5-二甲氧基苯甲酸的反應熱和自由能△G=-45.3<0。因此，確定所設計的合成反應是熱力學條件允許的反應，此路線是可行的。

1.3 藥物穩定性及儲存期的預測

藥物在貯存過程中，常因發生水解、氧化等反應而使含量逐漸降低，乃至失效。預測藥物的貯存壽命，是利用化學動力學原理加速藥物在較高溫度下的降解，并對藥物經過數學處理后在室溫下的貯存壽命進行外推得到的。加速試驗的方法可分為恒溫法和變溫法兩大類。康文藝等用初始平均速度法和高效液相技術測定了不同溫度下金銀花中綠元酸的含量。獲得到金銀花的活化能Ea和分解速率常數K，并對金銀花的有效期進行了預測。詹先成等采用指數程序升溫試驗結合漫反射光譜法測定維生素C片的表面反射率，從而預測了維生素C的貯存期。

2 物理化學在藥物分離和純化中的應用

中草藥和天然產物中活性成分的提取直接關系到產品中活性成分的含量，影響其內在質量、臨床療效、經濟效益和GMP的實施。相平衡和表面現象在中藥的提取、分離等方面有著實際的應用，如分離提純常采用蒸餾、結晶、萃取和吸收等方法都與物理化學知識相關。

2.1 傳統的中藥提取分離方法

在中藥制劑生產中的應用，中藥提取方法包括溶劑萃取和蒸汽蒸餾。溶劑提取方法有：浸漬法、滲透源法、水煎法、回流提取法、連續提取法等。分離純化的方法包括：系統的溶劑分離、兩相溶劑提純、沉淀法、鹽析法、透析法、結晶法和分餾法。胡女丹等利用AspenPlus軟件分析了在0.5KPa下檸檬烯與其他主要成分的相平衡關系，并比較了柑橘皮精油的其他主要成分和檸檬烯的分離難易度。以椪柑皮精油為研究對象，建立椪柑皮蒸餾分離模型，并對橘皮油進行了工藝的模擬和優化計算。在最佳工藝條件下，得到97%檸檬烯，其回收率為91%。

2.2 現代的中藥提取分離方法

近年來，在中藥提取分離中出現了許多新的技術和新方法。如超臨界流體萃取、膜分離、超細粉碎、中藥絮凝分離、半仿生萃取、超聲波萃取、旋流萃取、逆流加壓萃取、酶、大孔樹脂吸附、超濾、分子蒸餾等。這些新技術、新方法的應用，使中藥的提取不僅符合中醫藥理論，而且提高了有效成分的產率和純度。因此，在中藥研究中應用新的提取技術是實現中藥現代化的重要途徑，將為實現中藥的現代化注入新的活力。李金華等采用scCO2萃取珊瑚姜，出油率提高到8%～12%，提取時間縮短為1～2小時，由于萃取過程始終在低溫條件下進行，完整的保留了珊瑚姜的純天然香氣。

3 制藥廢水的處理方法

3.1 光化學基團對藥物的降解

光化學在非生物轉化過程是最重要的。在這樣的介質中的間接光解的氧化劑物種與這些化合物的完全轉化相關。轉化產物可能比以前的化合物持久性及毒性更強。在與環境類似的條件下，卡巴拉汀在三種天然水體中（雨水、湖泊、河流）的單和多色波長下，光作用下的直接降解。并使用不同的天然基團（H2O2、NO3-、NO2-）產生的羥基自由基對卡巴拉汀進行降解，研究表明 NO2-和 NO3-增強卡巴拉汀的轉化。除了羥基自由基，在天然介質中 NO/NO2自由基對污染物也有降解作用。根據其產物，顯示羥基自由基和 NOx 自由基對在水中卡巴拉汀的轉化產生協同作用。在三種自然水體中的降解率比那些僅是光化學反應產生羥基的高。用亞硝酸鹽和硝酸鹽作為光化學中羥基自由基的來源，卡巴拉汀的降解不僅僅是羥基自由基的反應，NO 和 NO2自由基在間接降解中起了很大作用。

3.2? 紫外光/過氧化氫對藥物的降解

防治微污染物的有效屏障是紫外光/過氧化氫過程，在這個過程中有機化合物通過光子碰撞和羥基反應被降解。但是紫外光/過氧化氫過程的去除效率取決于水體的基質，紫外光的過程條件和特定的目標有機化合物。由于藥物的分子構造中的很大的可變性，一些物質對紫外光和羥基都非常敏感，而另外一些物質僅僅對其中一種敏感，而有一些對兩種都不敏感。大量的藥物的降解已經在這個不同條件的紫外光/過氧化氫過程中進行了研究。僅僅通過紫外光解作用甲硝唑的降解很小，多色輻射源比單色輻射源引起較高的降解。加入 H2O2后藥物的降解大大提高，幾乎所有的藥物都表現出很高的降解性，除了二甲雙胍、尼克酸和泛影酸。它們出現了相反的效果：光解作用有最重要的作用，而羥基氧化的作用很小。對所有水體類型和實驗條件，多色介質壓力（MP）燈產生比單色低壓（LP）燈更高的降解性。最大的不同在直接光解的情況下被發現，所有的 MP 燈都表現出比 LP 燈更高的氧化降解性，盡管差別比直接光解降解少。當應用紫外光和過氧化氫，大多數的藥物都被很好的去除。但是，降解速率在不同藥物之間的差異很大。例如酮洛芬、強的松、心得樂很好地在紫外光/過氧化氫中被去除，而二甲雙胍、環磷酰胺、異環磷酰胺則極少在紫外光/過氧化氫中被去除。

4 結束語

目前，物理化學是高等醫藥院校制藥工程專業學生的一門重要專業必修基礎課程。在制藥工程專業知識體系中占有重要的地位。此課程面向于大二制藥工程專業學生開設，其綜合了無機化學、有機化學、分析化學、生物化學、物理學、高等數學等這些基礎課程的基本知識，為后續課程的學習提供方法和理論指導，如藥物化學、天然藥物化學、藥理學、藥學和藥代動力學等，并起到基礎課程和專業課程的紐帶作用。為了激發藥學學生，尤其是制藥工程專業的學生對學習物理化學的興趣，從而提高物理化學課堂教學的效果，本文主要從新藥的研制、新劑型的設計、藥物的分離和純化這3個方面的研究情況來闡述學好物理化學的重要性和實用性。

參考文獻

[1]劉冰倩，舒平，張文倩，周鈴鋒.制藥工程專業物理化學課程教學反思及建議[J].才智，2018（35）：113-114.