热力学和药物的关系
学院：制药与食品工程学院
班级：14级制药工程一班
姓名：***
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热力学和药物的关系
摘要：物理化学中的热力学知识在药物研究中有十分广泛的应用。这种应用帮助许多人展开了一门具有广阔发展空间的新边缘学科。在药物生产，选择合适的工艺路线，工艺条件，探索制药反应机理、研究药物稳定性、药物保存条件和期限等，就需要掌握物理化学的有关理论知识。其中，药物合成开发、药剂学和药理学等学科与热力学知识联系最为密切。
关键词：热力学，药物研究，药物合成，药物制剂，药理学
一、热力学概说
热力学（thermodynamics）是从宏观角度研究物质的热运动性质及其规律的学科，是物理学的分支。它与统计物理学分别构成了热学理论的宏观和微观两个方面。热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质 ，它提示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律，总结了物质的宏观现象而得到的热学理论。热力学并不追究由大量微观粒子组成的物质的微观结构，而只关心系统在整体上表现出来的热现象及其变化发展所必须遵循的基本规律。它满足于用少数几个能直接感受和可观测的宏观状态量诸如温度、压强、体积、浓度等描述和确定系统所处的状态。通过对实践中热现象的大量观测和实验发现，宏观状态量之间是有联系的，它们的变化是互相制约的，制约关系除与物质的性质有关外，还必须遵循一些对任何物质都适用的基本的热学规律，如热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律等。热力学以从实验观测得到的基本定律为基础和出发点，应用数学方法，通过逻辑演绎，得出有关物质各种宏观性质之间的关系和宏观物理过程进行的方向和限度，故它属于唯象理论，由它引出的结论具有高度的可靠性和普遍性。
药学是学什么的化学热力学是研究物质的热性质及化学、物理过程的方向和限度等普遍规律的知识，即在指定条件下，某一化学反应应该朝哪个方向进行、进行到什么程度,外界条件如压力、温度、浓度等因素如何影响化学反应的方向和限度，这一类问题都属于化学热力学的范畴。热力学的
研究是以许多严格的热力学基本定律和热力学状态函数为基础展开的。在它的研究过程中，需要对一些重要的概念及公式从理论上进行严密的逻辑推导，这其中将会用到许多高等数学的理论知识。化学热力学在生产实践和科学研究中都具有重大的指导意义，在化工生产中的能量衡算与能量的合理利用问题，在设计新的反应路线或研制新的化学产品时，有关反应变化的方向和限度问题等。化学热力学在新型药物及新剂型的研制和生产中也起到十分重要的作用。如药物合成的可能性及最高产率的确定，药物制剂的制备和性质评价以及有效评论的提取和分离等，都需要掌握和应用化学热力学的基本理论和方法。
1、熔融过程的熵变 许多药物分子都具有柔顺性，起原其是高分子链中的σ键的内旋转。高分子物有无数构象，中药分子也有非常大的信息量，T升高，内旋转加快。可加入刚性物，阻止内旋转。
2、熵驱动过程 药剂学中有一种包合物，应用的是疏水相互作用。在水中加入非极性溶质，如溶质分子聚集，将周围水分子挤走，水分子由定向变为自由水分子，所以∆ S>0，为熵驱动过程。
3、温度对表面张力的影响 当温度升高时，分子间引力变小，表面张力下降。当将一液滴滴
在水面上时，有两种可能性，铺张或不铺张。S=σ油-σ水-σ油水，当S>0时，铺张，S<0时，不铺张。
4、高分子溶液的热力学性质 高分子溶液是非理想溶液，它的形成或高聚物的溶解具有以下性质（1）高分子溶液的混合过程：放热时（∆H<0），吸热时（∆
H>0），无热溶液（∆H=0），∆Hmix的大小主要取决于∆σ。（2）高分子的∆Smix，m要大几十或几百倍。（3）高分子的溶解混合过程呈无序性增加，即∆Smix>0，∆Gmix<0。
5、增溶过程的热力学 增溶过程是一个熵增加的过程，即∆S>0，体系的混乱度增加。
二、热力学与药物开发的关系及应用
    自然科学有若干分支，其中以大量基本粒子构成宏观体系为研究对象的地科学之一就有物理化学。热力学第二定律指出大量粒子构成的孤立体系中，自发变化朝着消除差别、均匀，胡乱度增加，作为能力减小的方向进行。本文主要说明的热力学在药物研究、药剂学和药理学中的应用。
1、药物开发研究中的化学热力学应用
1.1 药物提取工艺药物提取中，对浸提过程相关热力学进行研究。推算出浸提的速率常数、活化能、半衰期，以及平衡常数、摩尔焓变、摩尔熵变、摩尔吉布斯焓变等动力学和热力学数值。对提取的工艺设计及操作条件的选择可以提供有价值的理论依据。欧阳平等就对苦叶匕类黄酮提取工艺的动力学和热力学,得出了许多很有价值的理论数据。范华均等就提取石蒜和虎杖中有效成分的热力学机理研究，得出了许多很有价值的数据。结果表明，石蒜和虎杖的提取是一个吸热熵增的过程，微波的作用导致石蒜和虎杖细胞结构发生显著变化，使微波辅助提取热力学函数变化较大，其提取过程的热力学行为特征与溶剂回流提取方法明显不同，但提取效率提高了。
1.2 药物合成的条件预测可以通过简单的热力学计算确定反应趋势。设计合理的合成路线,周淑晶等就台成苄基嘧啶类药物一中间体4-溴-3,5-二甲氧基苯甲酸的合成进行了计算,提供了有利于该反应的热力学数据。热力学在不对称药物合成中也有重要的应用。郑燕升通过计算发现在不对称化学台成氨基酸中,温度较低对其立体异构体构型熵变之差较大,有利于提高合成氨基酸的光学收率。
1.3 分子印迹拆分过程的热力学研究在分子印迹拆分过程中,对分离过程的:晗变,熵变和自由
能变化进行研究.可以更好地认识分子印迹分离机理。比如,酮洛芬分子印迹拆分过程是受焓控制的,据此可以更好地掌握这一拆分过程。严全鸿等也研究了温度对萘普生和布洛芬对映体手性拆分的影响,求取了它们在实验范围内的焓变,焓变差值及熵变差值,发现萘普生和布洛芬达到完全分离应控制的最高温度分别为298K和288K，其对映体拆分过程电为焓控过程。
2、热力学在药物制剂研究中的应用
2.1 药物晶型热力学特性与疗效 自19世纪20年代发现磷酸钠有两种晶型以来，药物多晶型现象就引起了人们极大的兴趣。尤其是本世纪60年代以后，由于人们对晶型进行了结晶化学和热力学方面的研究，加之生物药剂学的发展，从而对药物的晶型变化以及晶型对药品质量与临床药效影响的认识逐渐深入，其重要意义日益受到人们的重视。
2.2 药物晶型热力学研究的实用价值   
2.2.1 用于药物晶型研究晶型不同的药物其理化性质有所不同。且生物利用度也有一定差别。药物的各种晶型之间可能发生相互的变型，可分为两种变型：一种为单变过程（不可逆变型）;另一种为双变过程（可逆变型）。对于单变型的两种晶型，在常温下必有一种较为稳
定，药物品型的转变过程是相变及相平衡的物理过程，这一过程与其热力学特性密切相关。因此，在药物多晶型的研究中，不仅要检测出其不同的晶型，还要明白多晶型在转型中的热力学关系。
2.2.2 对药物晶型热力学参数如溶解热,熔化热,熵以及自由能等的研究，有助于选择适当的药物品型，并且对晶型稳定性的判别、晶型转型条件的控制以及生物利用度的提高等方面都有实际的价值。（1）用于药物晶型的研究。药物晶型不同会引起热输、自由能、熔点等热力学参数的不同。(2)用于药物多晶型相对稳定性的研究。在药构研究、模型设计到生产设备时，应考虑药物晶型与稳定性、溶解度、生物利用度等方面的关系。（3）用于控制药物品型措施的研究。