Farmasi fisika. Arif Budiman

Transkripsi

1 Farmasi fisika Arif Budiman

2 Larutan jenuh : zat terlarut (solut) berada dalam kesetimbangan dengan fase padat (solut). Kelarutan : konsentrasi solut dalam larutan jenuh pada suhu tertentu. Larutan tidak jenuh (unsaturated) atau hampir jenuh (subsaturated) : larutan yang mengandung solut dalam konsentrasi di bawah konsentrasi yang diperlukan supaya terjadi penjenuhan yang sempurna pada suhu tertentu. Larutan lewat jenuh (supersaturated): larutan pada suhu tertentu yang mengandung solut lebih banyak daripada normal, sehingga terdapat solut yang tak terlarut. 2

3 Istilah Kelarutan 3 Istilah kelarutan Jumlah bagian pelarut diperlukan untuk melarutkan 1 bagian zat sangat mudah larut (very soluble) kurang dari 1 mudah larut (freely soluble) 1 sampai 10 Larut (soluble) 10 sampai 30 agak sukar larut (sparingly soluble) 30 sampai 100 sukar larut (slightly soluble) 100 sampai 1000 sangat sukar larut (very slightly soluble) praktis tidak larut (practically insoluble) 1000 sampai lebih dari

4 INTERAKSI SOLVEN-SOLUT Pelarut Polar Kelarutan obat : polaritas pelarut (solven) terhadap momen dipol. (momen dipol >> :polar) kemampuan solut membentuk ikatan hidrogen. Nitrobenzena mempunyai momen dipol 4, esu cm sedangkan fenol hanya 1, esu cm, namun pada 20 0 C kelarutan nitrobenzena 0,0155 mol/kg sedangkan fenol 0,95 mol/kg. Gambaran struktur molekulnya seperti rasio gugus polar dengan nonpolar. 4

5 Mekanisme solven polar: (a) Solven polar dengan tetapan dielektrik yang tinggi, menurunkan gaya atraksi antara ion bermuatan berlawanan dalam kristal mis. NaCl. (b) Solven polar memutuskan ikatan kovalen elektrolit kuat dengan reaksi asambasa. Terjadinya ionisasi HCl oleh air: HCl + H 2 O H 3 O+ + Cl - (c) Solven polar mampu mensolvat molekul dan ion melalui gaya interaksi dipol, khususnya pembentukan ikatan hidrogen, yang menyebabkan kelarutan zat. Interaksi ion-dipol antara garam natrium oleat dengan air: 5

6 Solven Nonpolar Melarutkan solut nonpolar dengan tekanan internal yang sama melalui interaksi dipol induksi. Molekul solut berada dalam larutan oleh gaya lemah van der Waals-London. Minyak dan lemak larut dalam karbon tetraklorida, benzena, dan minyak mineral. Basa alkaloid dan asam lemak larut pula dalam solven nonpolar. Solven Semipolar 6 Keton dan alkohol dapat menginduksi derajat polaritas dalam molekul solven nonpolar, karena itu benzena yang mudah terpolarisasi menjadi larut dalam alkohol. Senyawa semipolar dapat berlaku sebagai solven perantara (intermediate solvent) untuk bercampurnya cairan polar dan nonpolar. Aseton meningkatkan kelarutan eter dalam air. Propilenglikol menambah kelarutan campuran air dengan minyak permen dan air dengan benzilbenzoat.

7 7 POLARITAS SOLVEN DAN SOLUT

8 KELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIR Kelarutan Zat Padat Dalam Air Dipengaruhi oleh : 1.Temperatur 2.Penambahan Zat Terlarut Lain 3.Polaritas Pelarut 4.Konstanta Dielektrik Pelarut 5.pH Larutan 6.Ukuran Partikel 7.Ukuran Molekul 8.Polimorfisme

9 KELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRAN PENGARUH TEMPERATUR Temperatur dapat meningkatkan kelarutan zat padat terutama kelarutan garam dalam air, sedangkan kelarutan senyawa non polar hanya sedikit sekali dipengaruhi oleh temperatur

10 KELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRAN PENGARUH TEMPERATUR Reaksi eksoterm dan endoterm H, panas pelarutan parsial; panas yang diabsorbsi per mol bila sejumlah kecil zat terlarut ditambahkan dalam sejumlah besar pelarut H (larutan) = H (sublimasi) - H (hidrasi)

11 KELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRAN PENGARUH TEMPERATUR Sebagian besar garam memiliki kelarutan yang besar dalam air panas Beberapa garam memiliki panas pelarutan negatif (exothermic) dan kelarutannya akan menurun dengan meningkatnya temperatur Kelarutan beberapa garam sebagai fungsi dari temperatur

12 KELARUTAN ZAT PADAT DALAM AIR PENGARUH PENAMBAHAN ZAT LAIN Penambahan Ion Sejenis Apabila elektrolit sukar larut dilarutkan untuk membentuk larutan jenuh, kelarutan digambarkan sebagai Ksp Kelarutan menurun dengan adanya ion sejenis, meningkat dengan penambahan ion tidak sejenis

13 Kelarutan Zat Padat dalam Air Pengaruh Penambahan Zat Lain Penambahan Surfaktan : Surfaktan merupakan molekul ampifilik yang tersusun dari bagian polar/hidrofilik (head), dan bagian nonpolar/hidrofobik (tail). Bagian kepala dapat berupa anionik, kationik, zwitterion(dipolar), nonionik Bagian ekor merupakan senyawa hidrokarbon rantai panjang.

14 KELARUTAN ZAT PADAT DALAM AIR PENGARUH PENAMBAHAN ZAT LAIN Penambahan Surfaktan (lanj) Pada konsentrasi rendah dalam larutan berada pada permukaan atau antar muka larutan dan memberikan efek penurunan tegangan permukaan Pada konsentrasi diatas Konsentrasi Misel Kritis (KMK) membentuk misel (agregat kolidal)yang berperan dalam proses solubilisasi miselar

15 KELARUTAN ZAT PADAT DALAM AIR PENGARUH PENAMBAHAN ZAT LAIN Penambahan Surfaktan (lanj) Solubilisasi Miselar Suatu pelarutan spontan yang terjadi pada molekul zat yang sukar larut dalam air melalui interaksi yang reversibel dengan misel dari surfaktan dalam larutan sehingga terbentuk suatu larutan yang stabil secara termodinamika Syarat: konsentrasi surfaktan KMK

16 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRAN Pengaruh ph Kelarutan senyawa yang terionisasi dalam air sangat dipengaruhi oleh ph, sedangkan kelarutan senyawa non elektrolit yang tidak terionisasi dalam air hanya sedikit dipengaruhi oleh ph Untuk senyawa yang terionisasi (elektrolit) seperti asama karboksilat (HA) kelarutan merupakan fungsi dari ph

17 KELARUTAN ZAT PADAT DALAM AIR PENGARUH PH Peningkatan ph dapat meningkatkan kelarutan senyawa asam lemah, dan penurunan ph dapat meningkatkan kelarutan senyawa basa lemah Penentuan ph optimum, untuk menjamin larutan yang jernih dan kefektifan terapi yang maksimum Ex; Asam salisilat, Atropin Sulfat, tetrakain HCl, Sulfonamida, Fenobarbital Na

18 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRAN Pengaruh ph Pada senyawa elektrolit

19 Kelarutan Zat Padat dalam Air Pengaruh Polaritas Pelarut Polaritas molekul pelarut dan zat terlarut dapat mempengaruhi kelarutan UMUM Molekul zat terlarut polar akan terlarut pada pelarut polar Molekul zat terlarut non-polar akan terlarut dalam pelarut nonpolar.

20 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kelarutan Zat Padat dalam Cairan Pengaruh Konstanta Dielektrik Senyawa hidrofobik meningkat kelarutannya dalam air dengan adanya perubahan konstanta dielektrik pelarut yang dapat dilakukan dengan penambahan pelarut lain (kosolven). Konstanta dilektrik dari suatu sistem pelarut campur adalah merupakan jumlah hasil perkalian fraksi pelarut dengan konstanta dielektrik masingmasing pelarut dari sitem pelarut campur tersebut.

21 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kelarutan Zat Padat dalam Cairan Pengaruh kosolven Kosolvensi merupakan suatu fenomena dimana zat terlarut memiliki kaelarutan yang lebih besar dalam campuran pelarut dibandingkan dalam satu jenis pelarut. Kosolvent adalah pelarut yang digunakan dalam kombinasi untuk meningkatkan kelarutan solut.

22 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kelarutan Zat Padat dalam Cairan Pengaruh Ukuran Partikel Ukuran partikel dapat mempengaruhi kelarutan karena semakin kecil partikel, rasio antara luas permukaan dan volume meningkat. Meningkatnya luas permukaan memungkinkan interaksi antara solut dan solvent lebih besar. Pengaruh ukuran partikel terhadap kelarutan digambarkan dalam persaman berikut;

23 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kelarutan Zat Padat dalam Cairan Pengaruh Ukuran Molekul Semakin besar ukuran molekul semakin berkurang kelarutan suatu senyawa Semakin besar ukuran molekul zat terlarut semakin sulit molekul pelarut mengelilinginya untuk memungkinkan terjadinya proses pelarutan Dalam hal senyawa organik, PERCABANGAN" akan meningkatkan kelarutan, karena semakin banyak percabangan akan memperkecil ukuran molekul, sehingga mempermudah proses pelarutan oleh molekul pelarut.

24 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kelarutan Zat Padat dalam Cairan Pengaruh Polimorfisme Polimorfisme adalah kapasitas suatu senyawa untuk terkristalisasi menjadi lebih dari satu jenis bentuk kristal. Perubahan dari satu bentuk kristal ke bentuk yang lain adalah reversibel, proses ini disebut enantiotropik Bentuk polimer dapat mempengaruhi warna, kekerasan, kelarutan, titik leleh dan sifat sifat lain dari senyawa. Karena titik leleh merupakan salah satu faktor yang mermpengaruhi kelarutan, maka polimorf akan memiliki kelarutan yang berbeda.

25 Larutan Isotonis dan Isohidris Definisi Dapar Komposisi Larutan Dapar Persamaan Dapar Kapasitas Dapar Kapasitas Dapar Maksimum

26 DAPAR adalah senyawa-senyawa atau campuran senyawa yang dapat meniadakan perubahan ph terhadap penambahan sedikit asam atau basa

27 LARUTAN DAPAR merupakan kombinasi ASam lemah dengan basa konjugasinya atau basa lemah dengan asam konjugasinya

28 PERSAMAAN DAPAR ph = pka + log [garam]/ [asam] ph = pkw pkb + log [basa]/[garam]

29 Kapasitas Dapar adalah perbandingan penambahan basa kuat /asam kuat dengan sedikit perubahan ph yang terjadi karena penambahan itu. β = B/ ph βmaks = 0,576 C (terjadi pada saat ph = pka)

30 Formulasi Larutan Dapar 1. Pilih asam lemah yang memiliki pka mendekati nilai ph agar diperoleh kapasitas dapar yang maksimal 2. Hitung perbandingan ASam dan Garam yang harus dibuat 3. Tentukan konsentrasi asam dan garam untuk memperoleh ph yang diinginkan

31 Contoh Soal Anda diminta untuk membuat larutan dapar dengan ph = 6,5 dan kapasitas daparnya 0,1. Pilih pasangan dapar yang cocok dan hitung pula konsentrasi yang diperlukan!

32 Dapar di Bidang Farmasi Syarat ph Larutan Parenteral 1. Tidak jauh berbeda dengan ph cairan tubuh yang bersangkutan 2. Kapasitas dapar yang dimilikinya memungkinkan penyimpanan lama dan dapat menyesuaikan dengan ph cairan tubuh yaitu 7,4

33 Contoh Soal Berapa mol Na Asetat dan ASam Asetat yang dibutuhkan untuk membuat 1 liter dapar ph 5,0 dengan konsentrasi 0,1 M ; pka Asam asetat = 4,74

34 Larutan Isotonis Larutan isotonis adalah larutan yang mempunyai tekanan osmosa sama dengan jaringan yang bersangkutan Memiliki sifat koligatif yang sama dengan larutan NaCl 0,9% Efek Hipotonis adalah sel tubuh/ eritrosit mengembang dan kemudian pecah (hemolisa) Efek Hipertonis, sel akan kehilangan air dan menciut.

35 Metoda Menghitung Tonisitas Metoda Liso Metode Penurunan Titik Beku Metode Ekivalensi NaCl

36 Metode Liso Tf = Liso x C Liso = Tf / C (dalam M) Contoh : Suatu obat baru memiliki berat molekul 300. Obat tersebut memberi penurunan titik beku sebesar 0,52 C dalam larutan 0,145 M. Berapakah nilai Liso Obat tersebut!

37 Metode Penurunan Titik Beku Penurunan titik beku suatu zat A 2 % adalah 0,163. berapa NaCl yang harus ditambahkan untuk membuat 100 ml larutan isotonis! Berapa dekstrosa yang harus ditambahkan untuk menggantikan NaCl agar diperoleh larutan yang isotonis!

38 Metode Ekivalensi NaCl E adalah jumlah NaCl yang sebanding dengan 1 gr zat. Metode ini digunakan untuk mengatur isotonisitas lebih dari satu zat dalam larutan. Buatlah larutan isotonis yang mengandung 1% Asam Borat (E ASam Borat = 0,5) Suatu larutan mengandung 1% larutan perak nitrat, berapakah natrium nitrat yang harus ditambahkan untuk memperoleh larutan isotonis (EAgNO3 = 0,33; E NaNO3= 0,68 Tf = 0,28)

39 KELARUTAN GAS DALAM CAIRAN Adalah konsentrasi gas yang terlarut saat berada dalam kesetimbangan dengan gas murni di atas larutan. Kelarutan tergantung pada: tekanan: tekanan gas diatas cairan naik maka kelarutan bertambah. suhu : suhu naik kelarutan gas turun. adanya garam : penambahan garam (elektrolit) membebaskan gas terlarut. reaksi kimia: gas tertentu karena memberikan reaksi kimia kelarutannya menjadi lebih besar. Misal hidroklorida, amonia dan karbondioksida. Hukum Henry : C 2 = p C 2 :konsentrasi gas terlarut dalam gram/l solven, p : tekanan parsial gas tak terlarut dalam mm, dan : koefisien kelarutan 39

40 Kelarutan gas dalam cairan dapat dinyatakan oleh atau oleh koefisien serapan Bunsen. (volume gas dalam liter yang larut V dalam 1 liter solven pada gas,stp tekanan parsial p 1 atm. suhu tertentu V lar Koefisien Bunsen untuk beberapa gas dalam air pada 0 0 dan 25 0 C 40

41 Contoh: Bila 0,0160 g oksigen dilarutkan dalam 1 liter air pada dan 25 0 C dan pada tekanan oksigen 300 mm Hg. Hitunglah (a) dan (b) (a) C2 (g / l) 0, (b) 5, p (mm Hg) 300 V = nrt/p 0,0160 V 32 gas,stp 0, ,15 1 atm1 0, 0112 Vgas 0, 0112 Vlar p , 0284 (c) Berapa gram oksigen dapat dilarutkan dalam 250 ml larutan air jika tekanan total di atas campuran 760 mm Hg? Tekanan parsial oksigen dalam larutan adalah 0,263 atm, dan suhu 25 0 C. 41 5, C C (g / l) 0, mm 0, 0107 g / l atau 0,0027 g / 250 ml

42 KELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRAN Larutan Ideal Tergantung : suhu, titik leleh zat padat, dan kalor lebur molar H f yaitu kalor (panas) yang diserap ketika zat padat meleleh. Dalam larutan ideal, kalor larutan sama dengan kalor lebur, yang dianggap tetap tidak tergantung pada suhu. log X i 2 H f 2,303R T0 T TT0 X 2i adalah kelarutan ideal solut dinyatakan dalam fraksi mol, T 0 adalah titik leleh solut padat dalam derajat mutlak. Persamaan di atas dapat pula dituliskan: i H f 1 log X2 2, 303R T konstanta 42 R= 1,987 kal derajat -1 mol -1

43 Contoh: Berapa kelarutan naftalena pada 20 0 C dalam larutan ideal? Titik leleh naftalena adalah 80 0 C, dan kalor leburnya 4500 kal/mol. log X X i 2 i 2 0, , 303 1, Kelarutan fraksi mol dapat diubah menjadi molalitas: m M 1000X X 2 43

44 Larutan Nonideal Aktivitas solut dalam larutan : a 2 = X : koefisien aktivitas rasional. log a 2 = log X 2 + log 2 Dalam larutan ideal karena 2 = 1, maka a 2 = X 2 i, H T - T log a log i f ,303R TT X 0 log X 2 H f T0 - T 2,303R TT 0 log 2 Suku log 2 pada pers.: pertimbangan gaya atraksi intermolekular yang harus diatasi, atau usaha (kerja) yang harus dilakukan dalam memindahkan molekul dari fase solut (zat terlarut) dan menyimpannya dalam solven (pelarut). 44

45 Proses pemindahan molekul tersebut terjadi dalam 3 tahap 1. Pemindahan molekul dari fase solut pada suhu tertentu.penerimaan energi potensial atau usaha netto untuk proses tersebut : w 22 : 2. Pembentukan lubang dalam solven yang cukup besar agar dapat menerima molekul solut. Usaha: w Molekul solut ditempatkan dalam lubang dalam solven, dan usaha yang diperolah atau penurunan energi potensial adalah - w 12 Lubang dalam solven sekarang tertutup dan terjadi tambahan penurunan energi, -w 12, bersangkutan dengan usaha neto dalam langkah terakhir ini adalah -2 w 12. Usaha total adalah (w 22 + w 11-2 w 12 ). 45

46 Scatchard dan Hildebrand dan Wood: ln 2 ( w w 2w ) V 2 : volume molar atau volume per mol solut cair, 1 : fraksi volume atau X 1 V 1 /(X 1 V 1 + X 2 V 2 ) V2 1 2 RT Interaksi molekul berbeda: w 12 w11w22 ln 2 w 2 w w w / ln 2 w w V2 1 2 RT V 11 1 / / RT Suku (w) 1/2 disebut parameter kelarutan dan digambarkan dengan lambang 1 untuk solven dan 2 untuk solut. 2 2 V21 log 2 ( 1 2) Persamaan Kelarutan: H 46 RT V v l 1/ , RT 2 ΔH f T0 - T V2φ (δ1 δ 2 ) 2,303RT T 0 2,303RT - log X H v : kalor uap, V l : volume molar senyawa cairan pada suhu tertentu, R : tetapan gas, T : suhu absolut.

47 (a) Hitunglah parameter kelarutan iodum; (b) tentukan fraksi mol dan kelarutan molal iodum dalam karbon disulfida pada 25 0 C; (c) berapa koefisien aktivitas solut dalam larutan? Kalor uap iodum cair diekstrapolasikan pada 25 0 C adalah kal/mol, kalor lebur rata-rata H f, adalah 3600 kal pada 25 0 C, titik leleh iodum adalah C, dan volume molarnya V 2 adalah 59 cm 3 pada 25 0 C. Parameter kelarutan karbon disulfida adalah 10. (a) , , / 2 13, 6 (b) Mula-mula X 2 dihitung dengan menganggap 12 = 1 (larutan encer) - log X (10 13, 6) 0, Sekarang fraksi volume 1 = V 1 (1- X 2 )/[V 1 (1-X 2 ) + V 2 X 2 ] atau untuk iodum (V 2 = 59 cm 3 ) dalam karbon disulfida (V 1 = 60 cm 3 ), maka diperoleh 1 = 0,9322. Perhitungan kembali X 2 seperti pada (b) dengan memasukkan 1 = 0,9322 : X 2 = 0,0815; dan dengan 6 kali pengulangan perhitungan menggunakan kalkulator diperoleh : X 2 = 0,0845. Hasil percobaan untuk kelarutan dalam karbon disulfida menurut Hildebrand dan Scott adalah 0,0546 pada 25 0 C, sedangkan kelarutan fraksi mol ideal X i 2 iodum adalah 0,250 pada 25 0 C. 47

48 Kelarutan fraksi mol iodum dalam karbon disulfida : m M 1000X 2 ( 1 X ) , , , 085 1, 22 mol / kg (c) Kelarutan ideal adalah berhubungan dengan kelarutan aktual pada suhu tertentu dan dinyatakan dengan persamaan: a 2 = X 2 i = X 2 2, maka 2 =0,25/0,055 =4,55. 48

49 49

50 Pengaruh surfaktan Rippie dkk, pengaruh surfaktan terhadap kelarutan obat dinyatakan dengan persamaan: Untuk molekul obat yang bersifat asam: K a H DT* ( D) + D H K T a H + 1 M D K + T* a H ' K K" D T* adalah kelarutan obat total dalam larutan pada ph tertentu dan tanpa adanya surfaktan; (D) konsentrasi asam tak terionisasi; D T adalah Kelarutan total obat dengan adanya surfaktan; (M) adalah fraksi volume surfaktan yang berada dalam bentuk misel; K adalah koefisien partisi molekul obat; K adalah koefisien partisi bentuk anion. Basa lemah: D D K K a a T D D * H K H a H D K ak' H 1 M T * D * K a H K T " (D) adalah asam bebas tidak dalam misel; (D + ) adalah asam kationik yang berkonjugasi terhadap molekul basa, tidak dalam misel. 50 T

51 Contoh: Hitunglah kelarutan sulfisoxazol pada 25 0 C dalam : (a) dapar ph 6,0 dan (b) dapar ph 6,0 mengandung 4% volume (= 0,04 fraksi volume) polisorbat 80 (Tween 80). Kelarutan sulfisoxazol tak terionkan dalam air adalah 0,15 g/l pada suhu itu, harga K a =7, dan harga K =79, K = 15. (a) Kelarutan obat total pada ph 6 tanpa surfaktan : D T* 0, 15 6, , , , 29 g / l (b) Kelarutan total sulfisoxazol dalam ph 6 dengan adanya 4% Tween 80: D T 1, 291 0, , , , , , 45 g / l 51

52 Kelarutan basa prokain dalam air pada 25 0 C adalah 5 g/l, harga K a = 1,4 10-9, harga koefisien partisi untuk molekul basa, K = 30, untuk asam kationik K = 7,0. Hitunglah kelarutan prokain dalam dapar ph 7,40 yang mengandung 3% (b/v) polisorbat 80. (a) Pers. D T + Ka H * D, K a 9, , , , 2 g / l D T 147, 2 1 0, , , , , , 6 g / l Berapa fraksi obat di dalam fase air dan fraksi dalam misel? Obat total dalam fase air, D Obat total dalam fase air dan misel, T*, D T , 6 g / l g / l 0, 81 Artinya fraksi 0,81 prokain berada dalam fase air, sisanya, 0,19, terletak dalam misel. 52

53 Pengaruh Partikel Terhadap Kelarutan Zat Padat log s s 0 2V 2, 303RTr s adalah kelarutan partikel halus; s 0 kelarutan partikel besar; tegangan permukaan zat padat; V adalah volume molar cm 3 /mol; r jari-jari partikel dalam cm, dan R adalah tetapan gas 8, erg/der mol; dan T suhu mutlak. Contoh: Suatu zat padat dihaluskan sedemikian rupa agar kelarutannya naik 10%, yaitu s/s 0 =1,10. Berapa seharusnya ukuran partikel akhir, anggap tegangan permukaan zat padat = 100 dyne/cm, dan volume per mol = 50 cm 3 dan suhu 27 C 0. r 2 303, , 10 cm , , 0,042cm 53

54 DISTRIBUSI SOLUT DI ANTARA PELARUT TAK CAMPUR C C K : rasio distribusi, koefisien distribusi, atau koefisien partisi C C 1 K konsentrasi konsentrasi kesetimbangan zat dalamsolven 1, zat dalam solven 2. Contoh: Distribusi asam borat dalam air dan amil alkohol pada 25 0 C, menunjukkan konsentrasi asam borat dalam air = 0,0510 mol/l dan dalam amil alkohol = 0,0155 mol/l. Hitung koefisien distribusinya. 54 C H 2 O , C alk , K 3 29, K 0 304, C , C , alk H 2 O