药物的降解因其化学结构的差异而不同,其中 水解 和 氧化 是药物降解的两个主要途径。另外,某些药物还有可能发生异构化、聚合、脱羧等其他化学反应,甚至有的药物可以同时发生多种降解反应,下面我们先来了解一下药物中发生的一些反应。
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水解
我们首先介绍一下水解反应,药物分子的多种 官能团 可以发生水解,并且水分子无处不在,所以水解反应是最常见的反应之一。经常发生水解反应的,主要包括许多含有酯、酰胺、内酰胺、氨基甲酸酯或磺酰胺官能团的药物。
含脂类的药物在碱性条件下开环水解生成酸和醇,比如说盐酸普鲁卡因、硝酸毛果芸香碱等等。这类药物一旦发生水解,其中大部分会失去它的药效。另外还要特别注意的是,药物的水解往往会使溶液的pH值下降。所以有些药物灭菌后,如果pH值发生下降,我们应该首先考虑是否存在水解的可能。
第二,酰胺类药物,包括内酰胺类酰胺水解主要受pH值的影响,通常需要关注药物最稳定的pH值范围。比如说氯霉素,氯霉素在pH值为2~7范围内是相对比较稳定的,尤其是在 pH6.0 左右最稳定。
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氧化
氧化反应也是与化学结构有关的,一般烯醇类、芳胺类药物比较容易发生氧化反应。氧化后的药物的效价会发生损失,而且还可能会产生变色或沉淀等物理变化。通常情况下,氧化过程与水解、光解等过程共同存在。
烯醇类比较经典的例子就是维生素C。维生素C是一个极易氧化的药物,因此我们在制备维生素C注射剂的时候,需要特别关注它的稳定性问题。 在此过程中应该要注意除氧,首先它的溶剂应该要经过除氧处理,同时在灌装以后还要注意除去容器中的氧气。
开发制剂的时候,应该要特别注意易氧化的药物,还应该特别注意光线、氧气、金属离子的影响。例如,我们在阿司匹林片剂中润滑剂不使用硬脂酸镁,这是为什么?就是因为硬脂酸镁会引起阿司匹林的氧化反应。
除了氧化和水解两个主要的化学降解途径以外,还有其他的一些降解途径,如异构化、聚合反应、脱羧反应以及脱水反应等。
影响药物降解的因素 实际上非常多,我们给它归为两个方面,一个是处方因素,另一个是环境因素。
处方及工艺因素:
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辅料
辅料是非药理学活性成分,包含在配方中,用于将活性原料药转化为药物剂型,以帮助通过适当的给药途径将药物传递给患者。由于辅料通常是配方中不可缺少的一部分,在处方前研究中,我们应评估辅料与活性成分的相容性。以湿敏性药物为例,此类药物应重点关注其引湿性,所以选择的辅料水活度较低,也就是自由水要少,以下为湿敏性药物选择辅料的一些注意要点:
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工艺
药物制备过程中的不同的工艺也会影响药物的降解,机械和热应力会引起药物物理或化学变化,对最终产品的质量和性能有潜在影响。例如,湿法制粒工艺引入湿热,可能不利于一些药物的稳定性;而干法制粒需要压辊进行碾压,从而可能导致热量的产生,加上机械能的应用,可以诱发相变,如多晶型转变、水合或脱水等。
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制剂pH
任何一个药物都有稳定的pH值范围,脱离了这个pH值范围,那么药物就会变得相对不稳定。
环境因素:
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温度
温度是影响药物化学稳定性的主要因素。较高的温度增加了分子的流动性,通常会加速化学反应。反应速率和温度之间的关系如下:
一般温度每升高10℃,反应大约增加约2~3倍。
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水分
水分在药物制造过程中很常见,例如湿法制粒、水性包衣、喷雾干燥、冻干和结晶等过程。这样的过程可能导致药物暴露于水分中,从而不利于药物的稳定性。
药物和最终固体剂型的化学和物理性质,在很大程度上受水分含量的影响。水分主要通过两种方式影响药物的稳定性:
首先,水的吸收无论是吸附在晶体表面,还是以 一定 的量存在于晶格中,都可能降解药物并改变药物效力。
其次,高水分含量可能对药物溶出产生不利影响,潜在地导致药物生物利用度降低。
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光线
光是一种辐射能,波长越短,能量越大,该能量能激发许多药物的氧化反应,并使反应加快。药物的光解主要与药物的化学结构有关,酚类药物如苯酚、吗 啡、肾上腺素、可待因、水杨酸等。对于因光线而易氧化变质的药物,在生产过程和贮存过程中,都应尽量避免光线的照射,有些应使用有色遮光容器保存。光解的速率很少取决于系统的温度,但是光解的产物可能随后会参与热反应,因此很难区分光解和热解过程。
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氧气
前面我们也提到了,氧化反应是很常见的一种反应。因为空气中富含大量的氧气,并且很多基团与氧气发生反应。而且药物一旦被氧化,则会出现变色、沉淀、产生不良气味等情况,药品质量难以保证。
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金属离子
微量金属离子对自氧化反应有显著的催化作用。避免制剂中受到金属离子的影响,可通过以下几种途径:
第一,可使用纯度较高的原辅料;
第二,操作过程中避免使用金属器具;
第三,可加入金属螯合剂,如依地酸二钠、枸椽酸、酒石酸等。
由于药物降解受各种因素的影响,因此采用不同的方法来提高化学稳定性。适当的配方保存条件,可以在很大程度上减轻长期储存过程中的化学不稳定性。例如,包衣和双层片剂可用于减少水分吸附或分离不相容的药物成分,也可以选择合适的包装来保持药物产品的稳定性。
去除氧和金属离子以及避光,对于提高氧敏感或光敏化合物的稳定性是必要的。 为此,抗氧化剂和螯合剂通常用于配方或包装中,抗氧化剂是优先与氧反应的物质,因此保护化合物免于氧化降解。当金属离子在氧化过程中起重要作用时,可以使用螯合剂,如柠檬酸或乙二胺四乙酸(EDTA)。
防止药物光化学分解的稳定性,通常需要使用适当颜色的容器。 琥珀色玻璃不吸收波长小于470nm的光,可以很好地保护光敏化合物。在用于片剂包衣的聚合物薄膜中加入紫外线吸收剂,是保护药物免受光化学降解的另一种方法。
另一方面,我们应选择合适的包材进行包装,如果药物对于氧气敏感,那么我们可以选择氧气透过率低的包材;如果对水分敏感,则可以选择水蒸气透过率低的包材。选择合适的包材,也是改善药物稳定性重要的一环。包装有助于药物减少氧气、光线以及水分的影响,从而在长期储存期间保持产品的质量。