STABILITAS OBAT Teori trasisi, efek media terhadap kecepatan reaksi Dhadhang Wahyu Kurniawan @Dhadhang_WK 11/20/2012 1
Teori Transisi A + B Produk A + B M* produk M* = molekul keadaaan transisi Untuk menjadi suatu produk, reaktan A dan B tidak dapat langsung membentuk produk tetapi harus melalui molekul keadaan transisi. Teori transisi adalah pada suatu saat terjadilah suatu reaksi degradasi antara A dan B membentuk suatu produk. 11/20/2012 2
K* = konstanta kesetimbangan transisi kb = konstanta Boltzmann = 1,38 x 10 16 erg/(der.molekul) H = konstanta Planck = 6,63 x 10 27 erg.detik T = suhu mutlak ΔG* = R.T.ln K* ΔG* = ΔH* T.ΔS* ΔG* adalah energi aktivasi (Ea) 11/20/2012 3
Teori Transisi ΔG = energi bebas, b yaitu tendensi dari suatu proses, apakah akan terjadi proses atau tidak. Misalnya, air pada suhu 0 C mempunyai tendensi untuk menjadi cair. G* = -R.T.ln K* Apabila ΔG bernilai i negatif, dalam termodinamika hal ini berarti suatu proses tertentu mempunyai kecenderungan untuk terjadi. 11/20/2012 4
Teori Transisi Rumus kecepatan degradasi (k): Jika ΔG* besar maka k kecil Jika ΔG* kecil maka k besar Dengan kata lain, harga k sangat bergantung pada ΔG. Begitu juga Ea, berarti bahwa bila Ea tinggi maka kecepatan degradasinya menjadi lebih kecil dan sebaliknya. 11/20/2012 5
3 asumsi dalam kecepatan reaksi 1. A dan B harus melalui lli suatu keadaan transisi ii (transition state) yang mempunyai energi lebih besar dibanding awal maupun akhir. 11/20/2012 6
3 asumsi dalam kecepatan reaksi 2. Molekul l pada keadaan transisi ii berada dalam kesetimbangan dengan molekul pada keadaan awal. Kesetimbangan artinya, kecepatan A dan B menjadi jdi M* = kecepatan M* menjadi jdi A dan B, atau bisa juga disebut kecepatan molekul terdisosiasi menjadi molekul tidak terdisosiasi = kecepatan molekul yang tidak terdisosiasi menjadi molekul terdisosiasi. 11/20/2012 7
3 asumsi dalam kecepatan reaksi 3. Kecepatan reaksi ki adalah dlh proporsional dengan konsentrasi molekul dalam keadaan transisi. Maksudnya, jika molekul transisi (MT) banyak, maka produk juga banyak dan artinya reaksinya cepat. Kecepatan perubahan bh molekul lkl transisi i menjadi produk juga dipengaruhi oleh jenis pelarut atau medianya 11/20/2012 8
Postulasi Struktur molekul pada keadaan transisi akan berbentuk di antara bentuk molekul reaktan dan produk reaksi. Contoh: V = k.[ester].[oh] Pada keadaan transisi, satu molekul ester dari satu molekul OH akan menjadi satu molekul keadaan transisi reaksi bimolekular. Reaksi bimolekular: reaksi saat dua molekul bergabung gdalam keadaan transisi menjadi suatu molekul keadaan transisi. 11/20/2012 9
Berdasarkan postulasi tersebut, dapat dikatakan bahwa molekul transisi dari reaktan polar akan bersifat kurang polar dahulu untuk membentuk suatu produk yang nonpolar. 11/20/2012 10
Efek Media Dengan teori keadaan transisi, ii dapat dilakukan prediksi pengaruh polaritas media terhadap kecepatan reaksi secara kualitatif. Pengaruh polaritas pelarut (solven) adalah berkaitan dengan kemampuannya untuk melarutkan (to solvate) bentuk molekul dalam keadaan transisi, terutama bentuk yang bermuatan (charged species) 11/20/2012 11
Efek Media Solven yang paling umum digunakan: Solven Momen dipole (debye) Konstanta dielektrik Sikloheksana 0 2,0 Benzena 0 2,3 Kloroform 1,01 4,8 n butanol 1,66 17,8 n propanol 1,68 20,1 Aseton 2,88 20,7 Etanol 1,69 24,3 Metanol 1,70 32,6 Etilen glikol 2,2828 37 Air 1,85 78,5 11/20/2012 12
Efek Media Kk Kekuatan ionik ik larutan yang bertambah b akan menambah polaritas solven Konstanta dielektrik kmenggambarkan kepolaran media. Konstanta dielektrik dapat diketahui i dengan mengukur kemampuan media untuk menghantarkan listrik. Konstanta t dilktik dielektrik air paling besar karena air sangat baik menghantarkan listrik. 11/20/2012 13
Pengaruh media dapat dilihat pada molekul lklkeadaan transisi i 1. Jika molekul keadaan transisi lebih polar daripada molekul reaktan, maka penambahan polaritas solven akan menstabilkan keadaan transisi dan menurunkan energi penghalang (Ea) sehingga hasilnya adalah kecepatan reaksi naik. 2. Jika keadaan transisi kurang polar dibandingkan reaktan, maka polaritas solven yang lebih besar akan menyebabkan naiknya energi penghalang (Ea) sehingga kecepatan reaksi akan lebih kecil 11/20/2012 14
Efek solven 1. Reaksi molekul molekul lkl lkl nonelektrolit lk li dipengaruhi oleh internal pressure dan parameter kelarutan dari solven dan solute (persamaan Hilde Brant). 2. Pengaruh kekuatan k ionik ik dan konstanta t dielektrik medium signifikan terhadap kecepatan reaksi molekul molekul ion. 11/20/2012 15
REAKSI KOMPLEKS Reaksi reversibel Reaksi samping paralel (paralel side reaction) Reaksi seri/berurutan Persamaan Michaelis Menten 11/20/2012 16
Reaksi Reversibel Disebut juga forward reverse reaction A kf kr Keterangan: B Kf = konstanta pada forward (konstanta laju pembentukan B) Kr = konstanta pada reverse (konstanta laju pembentukan A) 11/20/2012 17
Reaksi Reversibel Reaksi reversibel ini i akan mengalami kondisi i setimbang pada saat kf = kr atau pada saat kecepatan perubahan A menjadi B = kecepatan perubahan B menjadi A. Kd Kadar A dan B konstan sebagai fungsi waktu Contoh reaksi ini adalah pada reaksi rasemisasi, i perubahan bh bentuk D & L dari suatu molekul 11/20/2012 18
Reaksi Reversibel Kesetimbangan kf = kr disebut kondisi i tunak, dimana kadar A sebagai fungsi waktu = 0. Ketika A B setimbang, maka: da/dt = 0 atau db/dt =0 Laju pengurangan A adalah: da/dt = kf.a kr.b Jumlah B pada waktu tertentu adalah jumlah A mula mula dikurangi A pada waktu tertentu. 11/20/2012 19
Reaksi Reversibel A0 = A + B A0 A = B Karena stoikiometrinya = 1 maka A mulamula (A0) jika dikurangi A yang tersisa atau A yang masih utuh (A) akan menjadi B. Kf + kr = ktotal = kterobservasi 11/20/2012 20
Reaksi Reversibel Kf.Aeq = kr.beq dan A0 Aeq A = Beq Sehingga jika keduanya disatukan, maka: Kf.Aeq = kr (A0 Aeq) Kf.Aeq = kr.a0 kr.aeq (kf+kr)aeq = kr.a0 11/20/2012 21
Reaksi Reversibel Aeq yang tersisa pada saat terjadi jdi kesetimbangan: Atau dalam bentuk logaritma: 11/20/2012 22
Reaksi Reversibel Kurva plot berbentuk lurus karena kf dan kr konstan. Slope nya yaitu konstan. Keq = kf/kr = Beq/Aeq versus t garis merupakan harga Tujuan perhitungan ini untuk mengetahui nilai kf dan kr sehingga dapat diketahui A yang masih utuh untuk memperkirakan waktu kadaluarsa. 11/20/2012 23
Reaksi Reversibel Misal: isomerisasi i i tetrasiklin pada ph 2 6. Dengan mengetahui persamaan ini maka dapat dh dihitung: Berapa kadar keseimbangan A (Aeq) dan B (Beq) Berapa lama kadar A [At] bertahan pada konsentrasi tertentu, misalnya pada 97% Dapat diketahui t1/2 dan waktu kadaluarsa dari reaksi reversibel 11/20/2012 24
Reaksi Reversibel Tetrasiklin Epianhidrotetrasiklin ikli 11/20/2012 25
Reaksi Reversibel Tetrasiklin = iso 7 cl T. Epianhidrotetrasiklin ikli = iso 7 cl 4 epi T. Pendekatan dk reaksi epimerasi reversibel blpada saat kesetimbangan antara iso 7 cl T dan iso 7 cl 4 epi T adalah: dlh Iso 7 cl T = A = 32% Iso 7 cl 4 epi T = B = 68%. Jadi pada saat setimbang, produk epimerasi lebih besar. 11/20/2012 26
Reaksi Reversibel Keq = Beq/Aeq = 68/32 = 2,1 Keq = kf/kr = 2,1 Kf = 2,1.kr Aeq = (kr.a0)/(kf+kr) kr) log((a0 Aeq)/(A Aeq)) = (kf+kr)(t)/2,303 Slope = (kf+kr)/2,303 = ((2,1.kr)+kr)/2,303 = 0,01 menit 1 Kr = 0,007007 menit 11 dan kf = 0,016016 menit 11 Harga kf dan kr ini dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan pembentukan A dan B lebih cepat yang mana. 11/20/2012 27
Parallel Side Reaction P k1 k2 Misalkan A N P = prednisolon A = produk steroid asam N = produk steroid netral Reakasi berjalan paralel berbarengan Yang menentukan ED adalah dlh berapa Amax yang ada di dalam sediaan, karena A mungkin toksik, sehingga ditentukan jumlah A yang diperbolehkan 11/20/2012 28
Paralel Side Reaction Banyaknya P yang berkurang setiap waktu: dp/dt = k1.p + k2.p = K.P K = k1 + k2 dp/dt = K.P jika diintegralkan: ln (P0/P) = K.t P = P0.e K.t Kt Banyaknya A yang terbentuk setiap waktu: da/dt = k1.p = k1.p0.e K.t jika diintegralkan: A = A0 + (k1/k).p0.(1 e K.t Kt) t = 0 A0 = 0 A = (k1/k).p0.(1 e K.t ) 11/20/2012 29
Parallel Side Reaction Banyaknya N yang terbentuk: N = (k2/k).p0.(1 e K.t ) Plot A atau N vs (1 e K.t ) merupakan suatu garis lurus Slope untuk A adalah (k1/k).p0 Slope untuk N adalah (k2/k).p0 11/20/2012 30
Reaksi Seri Berurutan k1 Glukosa 5 HMF colored material A B C Laju berkurangnya A: da/dt = k1.a A = A0.e k1.t Laju perubahan B: db/dt = k1.a k2.b B =[(A0.k1)/(k2 k1)].(e )] ( k1.t e k2.t ) Laju pembentukan C: dc/dt = k2.b C = A0[1+((1/k1 k2).(k2.ek2) (k2 k1.t k1.e e k2.t ))] k2 11/20/2012 31
Michaelis Menten Menten Equation Persamaan Michaelis Menten M berguna untuk mempelajari reaksi enzim dengan obat (substrat). Reaksi enzimatik ini biasanya lebih cepat daripada d reaksi ki degradasi d kimiawi. i i k1 E + S E S k2 dp/dt = k3.[e.s] k3 P 11/20/2012 32
Michaelis Menten Menten Equation S adalah obat (misalnya), P adalah obat yang telah terdegradasi (misalnya metabolitnya) Misalkan prodrug kloramfenikol palmitat mengalami degradasi di dalam tubuh oleh enzim esterase menjadi kloramfenikol dan palmitat sehingga kloramfenikol l aktif kif sebagai antibakteri. Laju pembentukan kompleks k [E.S]: d[e.s]/dt = k1.[e][s] k2.[e.s] k3.[e.s] = k1.[e][s] (k2+k3).[e.s] 11/20/2012 33
Michaelis Menten Menten Equation Jika [E.S] konstan selama reaksi dan selalu lebih kecil dari S dan P, maka: d[e.s]/dt = 0 k1.[e].[s] = (k1+k2).[e.s] [E.S]ss = (k1/(k2+k3)).[e].[s] Enzim mula mula ua ua= enzim bebas + enzim yang berkompleks dengan substrat. E0 = E + [E.S]ss E = E0 [E.S]ss [E.S]ss = (k1.s.e0)/((k2+k3)+k1.s) S) [E.S]ss = (S.E0)/((k2+k3)/k1)+S) 11/20/2012 34
Michaelis Menten Menten Equation E = enzim bebas b (yang tidak bereaksi) (ES)ss = enzim yang bereaksi [E.S]ss = (S.E0)/(Km+S); dengan Km = (k2+k3/k1 Pada keadaan steady state (ss) dp/dt = k3.[e.s]ss dp/dt = (k3.s.e0)/(km+s) persamaan Michaelis Menten. (dp/dt)max = Vm 11/20/2012 35
Persamaan Michaelis Menten Menten Ketika substrat jauh lebih besar daripada jumlah enzim dan semua enzim berkompleks dengan substrat [E.S] sudah jenuh S >>> E0 E0 sebagai Es, maka: Vm = k3.e0 V = (Vm.S)/(Km+S), karena Es ~ E0 Inversi dari persamaan ini akan menghasilkan persamaan Lineweaver Burk, yaitu: 1/V = (Km+S)/Vm.S 1/V = 1/Vm + (Km/(Vm.S)) 11/20/2012 36
Persamaan Michaelis Menten Menten Persamaan Lineweaver Burk ini i berupa garis lurus dengan titik potong garis persamaan: Sumbu X = 1/Km Sumbu Y = 1/Vm 11/20/2012 37
Rate Determining Step Rate determining i step menunjukkan reaksi ki yang menentukan terjadinya reaksi Yang menentukan adalah dlhyang terlambat, diantaranya: E k1 k2 k3 B B + C D D..step 1 & 2...step 3 k4 step 4 P 11/20/2012 38
Rate determining step Overall reaction: A + C P Jika B dan D yang terbentuk sedikit (kecil), maka: Bss = k1.a/[(k2)+(k3.c)] Dss = k1.k3.a.c/[k4(k2+k3.c] k3.c] Jika B dan D kecil dianggap konstan steady state, maka kecepatan pembentukan P adalah: dp/dt = k4.dss dp/dt = k1.k3.a.c/[k2+(k3.c)] 11/20/2012 39
Rate determining step Jika step 3 lambat, berarti k2 >>> k3.c (pengaruh k3.c kecil dieliminasi) maka: dp/dt = k1.k3.a.c/k2 = k0.a.c reaksi orde dua Jika step 2 yang paling lambat, berarti k3.c >>> k2, maka: dp/dt = k1.k3.a.c/k3.c = k1.a mengikuti reaksi orde satu Persamaan persamaan di atas berlaku dengan asumsi reaksi berlangsung dalam kondisi sink 11/20/2012 40
Pada suspensi, kecepatan berkurangnya atau degradasi obat mengikuti reaksi orde nol da/dt =k0 Berkurangnya obat karena degradasi akan disuplai oleh partikel obat yang belum terlarut dengan kecepatan yang sama atau lebih lambat daripada da/dt. Jika lebih lambat, maka rate determining step nya adalah pada disolusi obat. 11/20/2012 41