1 UNIWERSYTET JAGIELLOŃSKI ZAKŁAD FARMAKOKINETYKI I FARMACJI FIZYCZNEJCOLLEGIUM MEDICUM ZAKŁAD FARMAKOKINETYKI I FARMACJI FIZYCZNEJ KINETYKA CHEMICZNA Dr Beata Mycek Kraków 2006

2 SZYBKOŚĆ REAKCJI homogenicznej zachodzącej w stałej objętości:KINETYKA CHEMICZNA REAKCJE HOMOGENICZNE JEDNORODNE HETEROGENICZNE NIEJEDNORODNE SZYBKOŚĆ REAKCJI homogenicznej zachodzącej w stałej objętości:

3 2 N2O5  4 NO2 + O2 SZYBKOŚĆ REAKCJI rodzaj reakcji stężenie reagentówKINETYKA CHEMICZNA Jeżeli i = 1: Przykład: 2 N2O5  4 NO2 + O2 SZYBKOŚĆ REAKCJI rodzaj reakcji stężenie reagentów temperatura katalizatory

4 KINETYKA CHEMICZNA SZYBKOŚĆ REAKCJI homogenicznej jeżeli objętość reagującego układu nie pozostaje stała: SZYBKOŚĆ KATALITYCZNYCH REAKCJI HETEROGENICZNYCH - liczbę moli substancji reagującej w czasie dt odnosi się (zwykle) do jednostki powierzchni, na której przebiega reakcja.

5 chwilowa szybkość reakcjiKINETYKA CHEMICZNA chwilowa szybkość reakcji stężenie substratu [mol L-1] czas [h] t stężenie produktu [mol L-1] czas [h] t średnia szybkość reakcji w przedziale czasu

6 k = v gdy cA, cB, ...= 1 mol L-1 a A + b B  c C + d DKINETYKA CHEMICZNA a A + b B  c C + d D RÓWNANIE KINETYCZNE (postać ogólna): k – STAŁA SZYBKOŚCI REAKCJI – współczynnik proporcjonalności miedzy szybkością reakcji a iloczynem stężeń reagentów (stężeniem reagenta) w równaniu kinetycznym. k = v gdy cA, cB, ...= 1 mol L-1 Wartość k zależy od temperatury. n – RZĄD REAKCJI – suma wykładników potęgowych w równaniu kinetycznym

7 (1) 2 N2O5  4 NO2 + O2 (w fazie gazowej lub w roztworze)KINETYKA CHEMICZNA Przykłady: (1) N2O5  4 NO2 + O2 (w fazie gazowej lub w roztworze) n = 1 (2) (C2H5)3N + C2H5I  (C2H5)4NI (w roztworze) n = 2 (3) CO + Cl2  COCl2 n = 5/2

8 CZĄSTECZKOWOŚĆ (MOLEKULARNOŚĆ) REAKCJIKINETYKA CHEMICZNA CZĄSTECZKOWOŚĆ (MOLEKULARNOŚĆ) REAKCJI liczba cząsteczek (albo atomów, rodników, jonów) biorących udział w reakcji elementarnej REAKCJE: jednocząsteczkowe (monomolekularne) reakcje izomeryzacji, np CH2 H2C CH2 reakcje rozkładu termicznego, np. C2H5Br  C2H4 + HBr dwucząsteczkowe (bimolekularne) np. CH3COOC2H5 + NaOH  CH3COONa + C2H5OH trójcząsteczkowe (trimolekularne) procesy rekombinacji dwu atomów lub małych rodników, np. H + H + M  H2 + M CH3CH= CH2

9 np. hydroliza octanu etylu w środowisku kwaśnymKINETYKA CHEMICZNA REAKCJE: pseudojednocząsteczkowe – jedna z reagujących substancji występuje w tak dużym nadmiarze, że jej stężenie praktycznie nie ulega zmianie w czasie reakcji np. hydroliza octanu etylu w środowisku kwaśnym CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH cząsteczkowość = rząd reakcji H2 + I2 = 2HI reakcja dwucząsteczkowa n = 2 cząsteczkowość  rząd reakcji CH3COCH3 + I2 = CH3COCH2I + HI reakcja dwucząsteczkowa n = 1

10 KINETYKA CHEMICZNA RZĄD REAKCJI – wielkość empiryczna wyznaczana na podstawie doświadczalnego równania kinetycznego. CZĄSTECZKOWOŚĆ REAKCJI – odnosi się do reakcji elementarnych postulowanych jako poszczególne etapy mechanizmu reakcji. PARAMETRY KINETYCZNE STAŁA SZYBKOŚCI REAKCJI - k OKRES PÓŁTRWANIA (OKRES POŁOWICZNEJ PRZEMIANY) – t0.5  t1/2 czas po upływie którego przereagowuje połowa początkowej ilości substratu.

11 KINETYKA REAKCJI RZĘDU ZEROWEGOKINETYKA CHEMICZNA n = 0 KINETYKA REAKCJI RZĘDU ZEROWEGO v c v t c co t 

12 KINETYKA REAKCJI RZĘDU PIERWSZEGOKINETYKA CHEMICZNA n = 1 KINETYKA REAKCJI RZĘDU PIERWSZEGO ln c ln co t  t c co

13 KINETYKA REAKCJI RZĘDU DRUGIEGOKINETYKA CHEMICZNA n = 2 KINETYKA REAKCJI RZĘDU DRUGIEGO t 

14 METODY WYZNACZANIA RZĘDU REAKCJIKINETYKA CHEMICZNA METODY WYZNACZANIA RZĘDU REAKCJI podstawiania wartości stężeń reagenta oznaczonych w czasie trwania reakcji do wzoru na stałą szybkości (danego rzędu) graficzna całkowa Ostwalda i Zawidzkiego różnicowa van’t Hoffa

15 KINETYKA CHEMICZNA Metoda podstawiania wartości stężeń reagenta oznaczonych w czasie trwania reakcji do wzoru na stałą szybkości (danego rzędu) stężenie substratu n = 0 n = 1 n = 2 k = const k = const k = const

16 n = 0 n = 1 n = 2 c co t ln c ln co t t (2) Metoda graficzna   KINETYKA CHEMICZNA (2) Metoda graficzna stężenie substratu n = 0 n = 1 n = 2 c co t  ln c ln co t  t 

17 (3) Metoda całkowa Ostwalda i ZawidzkiegoKINETYKA CHEMICZNA (3) Metoda całkowa Ostwalda i Zawidzkiego (4) Metoda różnicowa van’t Hoffa

18 B A C k1 k2 równoległe sprzężone następcze odwracalne REAKCJE ZŁOŻONEKINETYKA CHEMICZNA REAKCJE ZŁOŻONE równoległe sprzężone następcze odwracalne REAKCJE RÓWNOLEGŁE A C B k1 k2 Przykłady nitrowanie toluenu, nitrowanie fenolu, chlorowanie fenolu.

19 A + B  M A + C  N  induktor reakcjiKINETYKA CHEMICZNA REAKCJE SPRZĘŻONE A B  M A C  N  induktor reakcji Przykład utlenianie HI i FeSO4 za pomocą H2O2 FeSO4 utlenia się pod wpływem H2O2 zarówno w obecności jak i nieobecności HI, HI utlenia się H2O2 tylko w obecności FeSO4 – jako induktora.

20 c C A B t REAKCJE NASTĘPCZE PrzykładKINETYKA CHEMICZNA REAKCJE NASTĘPCZE Przykład przebiegające w dwóch etapach zmydlanie szczawianu dietylowego wodorotlenkiem sodowym, reakcje łańcuchowe, procesy wchłaniania i eliminacji leków z ustroju. c C A B t

21 a A + b B  c C + d D REAKCJE ODWRACALNE Przykład proces estryfikacji,KINETYKA CHEMICZNA REAKCJE ODWRACALNE a A b B  c C d D Przykład proces estryfikacji, synteza amoniaku.

22 WPŁYW TEMPERATURY NA SZYBKOŚĆ REAKCJIKINETYKA CHEMICZNA WPŁYW TEMPERATURY NA SZYBKOŚĆ REAKCJI WSPÓŁCZYNNIK TEMPERATUROWY Q10 RÓWNANIE ARRHENIUSA (1889)

23 KINETYKA CHEMICZNA ln k ln A 

24 TEORIA ZDERZEŃ AKTYWNYCHKINETYKA CHEMICZNA TEORIA ZDERZEŃ AKTYWNYCH (W.C. Mc C. Lewis – 1918) v (k)  szybkość zderzeń

25 warunek energii minimalnej (energia aktywacji)KINETYKA CHEMICZNA warunek energii minimalnej (energia aktywacji) wymagania steryczne (właściwa orientacja cząsteczek /atomów względem siebie) k  wymagania steryczne  szybkość zderzeń  warunek energii minimalnej

26 KINETYKA CHEMICZNA

27 KINETYKA CHEMICZNA

28 można przyjąć, że Ea nie zależy od TKINETYKA CHEMICZNA można przyjąć, że Ea nie zależy od T

29 TEORIA KOMPLEKSU AKTYWNEGO (H. Eyring, M.G. Evans, M. Polanyi – 1935)KINETYKA CHEMICZNA TEORIA KOMPLEKSU AKTYWNEGO (H. Eyring, M.G. Evans, M. Polanyi – 1935) k k’ energia potencjalna współrzędna reakcji substraty produkty kompleks aktywny stan przejściowy

30 KINETYKA CHEMICZNA

31 KINETYKA CHEMICZNA