8-9 Kinetika Kimia
8-9 Kinetika Kimia
8-9 Kinetika Kimia
TIM DOSEN
1
Pendahuluan
• Pengetahuan tentang kinetika kimia PENTING
karena banyak obat yang TIDAK STABIL
4
Pengujian stabilitas obat
•Uji stabilitas fisik
•Uji stabilitas kimia
•Uji stabilitas mikrobiologi
5
Physical stability
6
Physical stability (Cont.)
Formulation Likely physical instability Effects
problems
7
Physical stability (Cont.)
2- loss of elegance.
8
Physical stability (Cont.)
2- loss of elegance
9
10
Physical stability (Cont.)
Coalescence
11
Physical stability (Cont.)
12
Physical stability (Cont.)
13
Physical stability (Cont.)
14
Stabilitas kimia
Perubahan kimia yang dapat terjadi :
1. Perubahan potensi
2. Berkurangnya kadar zat aktif
3. Berkurangnya kadar eksipien
4. Terbentuknya hasil urai yang toksik
“Perubahan kimia dapat mempengaruhi
kestabilan obat baik secara fisik atau
kimia”
15
Reaksi penguraian obat
•Reaksi hidrolisis (reaksi pemecahan air)
•Reaksi oksidasi (reaksi dengan O2)
•Reaksi fotolisis (penguraian akibat UV)
•Reaksi isomerisasi (reaksi isomer
dengan reaktan)
•Reaksi polimerisasi (reaksi monomer dg
reaktan)
16
Reaksi hidrolisis
Secara umum terjadi pada senyawa yang mengandung gugus asil
dimana terjadi pemutusan ikatan antara atom C dan X
Penguraian oleh air yang dapat dikatalis oleh ion hidrogen (asam)
atau ion hidroksil (basa)
17
Beberapa obat yang dapat mengalami
hidrolisis
Drug type Examples
Esters Aspirin, alkaloids
Dexmethasne sodium phosphate
Nitroglycerin
Lactones Pilocarpine
Spironolactone
Amides Chloramphenicol
Lactams Penicillins
Cephalosporins
18
Beberapa obat yang dapat
mengalami hidrolisis
Imides Glutethimide
19
Upaya stabilisasi untuk menghindari
/memperlambat reaksi hidrolisis
• Mengurangi penggunaan air
• Membuat sediaan dalam bentuk sirup kering, suspensi rekonstitusi, atau
injeksi rekonstitusi atau bisa juga dalam bentuk tablet (fast disintegrating
tablet)
• Menggunakan pelarut campur (co-solvent) KD
Menurunkan konsentrasi air, diganti dg pelarut organik
Tidak semua cosolvent bisa meningkatkan stabilitasnya,
Jika KD < konstanta kec reaksi (k) akan berubah tergantung muatan
Stabilitas > jika muatan sama
Stabilitas < jika muatan berlawanan
Contoh :
Kloramfenikol KD > akan cepat terurai
20
Upaya stabilisasi untuk menghindari
/memperlambat reaksi hidrolisis
• Membuat sediaan pada pH stabilitasnya
Buat pH sediaan dibawah pKa zat aktif agar yang terionisasi lebih
banyak
• Membuat zat dalam bentuk sistem dispersi (suspensi atau emulsi)
Tergantung harga koefisien partisi
• Membuat formula dengan penambahan surfaktan
Terbentuk misel zat aktif didalam inti misel air tidak mudah masuk
stabilitas meningkat
Micelles vs reverse micelles
21
Upaya stabilisasi untuk menghindari
/memperlambat reaksi hidrolisis
• Membentuk senyawa kompleks (logam, organik,
inklusi/oklusi)
Kompleks inklusi : zat aktif diselimuti zat tertentu
berdasarkan ikatan kompleks bukan ikatan kimia air tidak
bisa kontak dengan zat aktif siklodekstrin
(Lihat bab kelarutan)
• Memilih bahan pembantu yang sesuai
Eksipien tidak higroskopis
• Menggunakan cara pembuatan yang tepat
Tablet : tidak menggunakan granulasi basah
22
Reaksi oksidasi
• Merupakan reaksi komplementer dengan reaksi reduksi yang
melibatkan transfer elektron reaksi rantai radikal bebas
• Tahap reaksi oksidasi : inisiasi – propagasi – terminasi
Inisiasi (induksi)
RH R’ + H’ (katalis logam, cahaya, panas)
Propagasi (memperbanyak diri)
R’ + O2 RO2’
RO2’ +RH ROOH + R’
Terminasi
RO2’ + RO2’
RO2’ + R
• Contoh obat : steroid, sterol, asam lemak tak jenuh, fenotiazin dan
obat lain yang mengandung ikatan rangkap terkonjugasi 23
Upaya stabilisasi untuk memperlambat
reaksi oksidasi
• Mencegah kontak dengan katalis : melindungi dari cahaya, menjaga
suhu penyimpanan, mengikat logam dengan pengkhelat logam
• Mengganti O2 dengan nitrogen atau CO2
• pH rendah (3-4) pH < potensial oksidasi <
• Menambahkan zat antioksidan ke dalam sediaan
• Antioksidan : pereduksi (Na tiosulfat, vit. C), zat yang mudah
teroksidasi (Vit C, Na Metabisulfit) dan terminator rantai (senyawa
thiol) bisa melanjutkan sampai tahap propagasi
• Antioksidan berfungsi menyediakan H+ yang labil yang akan
diterima oleh setiap radikal bebas untuk menghentikan reaksi
• Syarat antioksidan : harga potensial oksidasi (E°V) lebih tinggi dari
zat aktif nilai E° tinggi mudah teroksidasi
24
Reaksi Fotolisis
• Zat dapat mengabsorpsi cahaya atau energi radiasi pada panjang
gelombang tertentu dan membentuk suatu spesies tereksitasi yang
tidak stabil
• Energi dapat hilang dengan mekanisme flouresensi atau
fosforisensi
• Urutan spektrum cahaya berdasarkan panjang gelombangnya
UV : 0-400 nm energi tinggi (UVA, UVB, UVC)
Visible : 400-800 nm relatif tinggi
IR : 800-10000 nm rendah
• Semakin besar panjang gelombang energi makin rendah
• Contoh : Sodium nitroprusside, hidrokortison, prednison, vitamin
A
• Sod. Nitroprusside : Jika larutan terlindungi dari cahaya
stabilitasnya kurang lebih 1 tahun tetapi jika diekspos pada cahaya25
ruangan yang normal maka shelf lifenya hanya 4 jam
Upaya stabilisasi untuk memperlambat
reaksi fotolisis
• Menggunakan cahaya berenergi rendah (IR atau cahaya
lampu)
Contoh :
a) Larutan adrenalin pada pH rendah akan terbentuk L-
adrenalin yang kurang aktif efektivitas berkurang
b) Larutan tetrasiklin pada pH asam akan terjadi epi
tetrasiklin yang kurang aktif menimbuklan reaksi alergi
c) Perubahan isomer trans asam sinamat jadi cis-asam
sinamat akibat cahaya
27
Reaksi Polimerisasi
Merupakan proses dimana dua atau lebih molekul obat
bergabung menjadi satu membentuk kompleks molekul,
biasanya terjadi pada larutan pekat
Contoh :
Larutan ampisilin natrium dalam konsentrasi yang tinggi
membentuk polimer yang bersifat antigenik yang diperkirakan
dapat menyebabkan reaksi alergi. Reaksi dapat dicegah dengan
membuat larutan dengan konsentrasi yang rendah.
Formaldehid dalam larutan dapat membentuk paraformaldehid
yang mengendap dicegah dengan penambahan metanol 10-
15%
28
Upaya stabilisasi untuk menghindari
reaksi isomerisasi/ polimerisasi
• Reaksi isomerisasi :
Membuat sediaan pada pH stabilitasnya
Simpan dalam wadah opaque/gelap
• Reaksi polimerisasi :
Membuat sediaan /larutan dalam konsentrasi yang
rendah/encer
29
Stabilitas Mikrobiologi
• Jumlah mikroorganisme (ALT)
30
Upaya stabilisasi untuk stabilitas
mikroorganisme
• Menggunakan kemasan single dose
• Sterilisasi
31
TINGKAT REAKSI
32
Persamaan tingkat reaksi
•Reaksi tingkat nol
•Reaksi tingkat satu
•Reaksi tingkat dua
•Reaksi tingkat nol semu
•Reaksi tingkat satu semu
33
Reaksi tingkat nol
Reaksi ini berjalan konstan, tidak
bergantung pada konsentrasi zat
yang terurai.
Reaksi ini sangat jarang terjadi
A t = A o – ko t
At atau Ct = Konsentrasi Obat pada
waktu (t)
34
Orde nol
Slope = -k
t
35
Reaksi tingkat satu/orde satu
36
Reaksi tingkat dua/orde dua
1 1
ln A t kt ln A 0 kt
A t A 0
38
Reaksi tingkat nol semu
• Bila zat yang terurai hanya sedikit maka sulit
untuk membedakan apakah reaksinya tingkat
nol atau satu
Atau
40
Persamaan tingkat reaksi satu
semu
• Merupakan reaksi tingkat dua yang salah satu
reaktannya mempunyai konsentrasi yang sangat
besar sehingga seakan-akan tidak berubah
• Terjadi pada reaksi hidrolisis :
• Misal pada larutan 0,1 M asetosal maka konsentrasi
airnya adalah 1000/18 = 55,5 M
41
Penentuan tingkat reaksi
1. Cara substitusi
2. Cara grafik
3. Cara waktu paruh
42
Substitusi
Dapat dilakukan dengan cara memasukkan data
konsentrasi zat sisa yang diperoleh pada setiap waktu
ke persamaan tingkat reaksi akan diperoleh harga k
yang relatif konstan.
43
Grafik
Dengan membuat kurva hubungan antara konsentrasi
obat sisa terhadap waktu. Dengan regresi linier dicari
harga r yang paling mendekati 1
Ct LnCt 1/Ct
t t t
Orde nol Orde satu Orde dua
V V V
[ 𝐗 ] [ 𝐗 ] [ 𝐗 ]
Orde nol Orde satu Orde dua 44
Waktu paruh
Dengan cara menentukan waktu paruh dari satu
percobaan dengan konsentrasi awal zat yang berbeda
𝒏 −𝟏
𝟐 −𝟏
30 312,5
Tentukan :
a. Orde reaksinya 60 250
b. Tentukan k
90 200
c. Tentukan waktu kadaluarsanya
(terurai 10%) 120 175
150 160
46
Jawaban
T (jam) Ct (mg/mL) Ln Ct 1/Ct
0 500 6,215 0,002
5 450 6,109 0,002
30 312,5 5,745 0,003
60 250 5,521 0,004
90 200 5,298 0,005
120 175 5,165 0,006
150 160 5,075 0,006
1/Ct
Ln Ct
Ct
3.000 0.003
200.000
2.000 0.002
100.000 1.000 0.001
0.000 0.000 0.000
0.000 50.000 100.000 150.000 200.000 0.000 50.000 100.000 150.000 200.000 0.000 50.000 100.000 150.000 200.000
t t t
49
Faktor-faktor yang
mempengaruhi laju reaksi
• Suhu
• Katalis
• Konstanta dielektrik
• Kekuatan ion
• Kd dan kekuatan ion
50
1. Suhu
“ Semakin tinggi suhu, energi kinetik molekul
MENINGKAT. Sehingga frekuensi TUMBUKAN
semakin tinggi, Sehingga laju reaksi
meningkat”
51
Suhu A: faktor Frekuensi Tumbukan
Ea : Energi aktivasi
e : Eksponesial (kalkulator, Shift Ln)
k A.e Ea / RT R : Konstanta
T : Temperatur/suhu
Ea 1
ln k ln A
R T
Ea 1
ln k 2 ln A
R
T2
Ea 1
ln k1 ln A
T
R 1
k2 Ea 1 1
ln
k1 R T2 T1
PILIH SALAH
SATU
𝑳𝒏 𝒌 𝟏𝑬𝒂 (𝑻 𝟏 −𝑻 𝟐)
=
𝑳𝒏 𝒌 𝟐 𝑹 (𝑻 𝟏. 𝑻 𝟐 ) 52
Suhu
Persamaan Arrhenius tidak berlaku pada :
- Reaksi ledakan
- Reaksi enzimatis
- Reaksi penguraian oleh mikroba
- Reaksi yang mekanisme reaksi penguraian
pada suhu tinggi tidak sama dengan pada
suhu rendah
53
2. Katalis
• Katalis homogen : bila reaksi
katalisis terjadi antara reaktan dan
katalis berada dalam fase yang
sama
• Katalis asam basa : umum dan
spesifik
54
Katalis asam basa spesifik
• Bila reaksi berjalan tanpa katalis maka
konstanta laju reaksi adalah ko
• Bila suatu obat terurai dalam suatu
larutan dapar dan tidak dipengaruhi
oleh perubahan konsentrasi asam atau
basa yang digunakan. Maka yang
berpengaruh adalah konsentrasi ion H+
dan OH-
55
Katalis asam basa umum
• Bila reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi
asam basa yang digunakan sebagai dapar.
Reaksi berjalan bersama-sama katalis asam
basa spesifik
• Untuk mengetahui apakah reaksi
dipengaruhi katalis asam basa umum maka
dilakukan uji stabilitas pada pH yang sama
tetapi konsentrasi dapar yang berbeda
56
3. Konstanta Dielektrik
KD berpengaruh terhadap reaksi penguraian yang
melibatkan ion atau molekul yang bermuatan
Contoh :
Jika ion OH- mengkatalisis penguraian obat dalam
bentuk anion dan bila ion H+ mengkatalisis
penguraian obat dalam bentuk kation maka
penurunan KD dengan menggunakan pelarut campur
akan menurunkan kecepatan penguraian.
Contoh : kloramfenikol
58
4. Kekuatan Ion
• Kekuatan ion pelarut yang digunakan dapat
mempengaruhi harga konstanta kecepatan
reaksi
• Jika salah satu reaktan merupakan molekul
yang netral maka harga k tidak dipengaruhi
oleh kekuatan ion
• Bila penguraian obat dipengaruhi oleh
harga kekuatan ion, maka harus digunakan
larutan dapar yang konsentrasinya rendah
59
Pengaruh Kekuatan Ion dan
KD
• Jika hasil urai yang terbentuk lebih polar
maka penambahan pelarut yang kurang
polar akan meningkatkan stabilitas obat
• Jika hasil urai yang terbentuk kurang polar
maka penambahan pelarut yang kurang
polar akan menurunkan stabilitas obat
60
Pengaruh Kekuatan Ion dan
KD
Contoh :
1. Pada penguraian asetosal, hasil urai asam
salisilat yang kurang polar maka pelarut
campur akan meningkatkan penguraian
2. Pada fenobarbital terbentuk hasil urai asam
maluronat yang lebih polar sehingga
pelarut campur akan meningkatkan
stabilitas
61
TERIMA KASIH
62