Calcolo della ionizzazione percentuale degli elettroliti deboli

A volte abbiamo bisogno di conoscere lo stato di ionizzazione di un composto organico per valutare alcune proprietà fisico-chimiche del composto. Per esempio, se il composto è più ionizzato a un determinato pH, avrà più solubilità in acqua. D’altra parte, se ci concentriamo sulla permeabilità del composto attraverso una membrana fisiologica, allora la forma unionizzata del composto è più importante in quanto sarà più lipofila e può attraversare la membrana lipofila.

Quindi, il calcolo della ionizzazione percentuale è un compito essenziale che incontriamo molte volte mentre ci occupiamo di farmacocinetica dei farmaci. Qui vediamo come possiamo calcolarla con alcuni esempi.

Equazione di Henderson-Hasselbalch

Prendiamo un elettrolita debole come l’HA che agisce come un acido debole. Quando si dissolve in acqua, non è completamente ionizzato ma raggiunge l’equilibrio in modo che possa esistere sia in forma ionizzata che in forma unificata.

idrolisi dell'acido debole

Applicando l’equazione di Hendersen-Hasselbach per l’acido debole, possiamo mettere in relazione il pH della soluzione con il pKa del farmaco e la sua ionizzazione.

Così, pH=pKa + log(A-/HA)

dove A- è la forma ionizzata dell’acido debole mentre HA è la forma unionizzata.

pH e pka dell'acido debole

Ora riorganizziamo questa equazione in modo da ottenere il rapporto tra forme ionizzate e unionizzate dell’acido debole.

log(A-/HA)=pH – pKa

Prendendo l’antilogaritmo,

A-/HA=10(pH – pKa)

Ora, conosciamo il rapporto tra forma ionizzata e forma unionizzata. Da questo possiamo calcolare la percentuale di ionizzazione.

% ionizzato= * 100

Sostituendo in questa equazione,

% ionizzato=* 100

Percent ionizzato per un acido debole

Similmente possiamo ottenere la formula per una base debole come B il cui acido coniugato è BH+. Ora possiamo scrivere l’equilibrio chimico per l’acido coniugato come segue.

Ora scrivere l’equazione di Hendersen-Hasselbalch per l’acido coniugato

pH=pKa + log (B/BH+)

Ora il rapporto tra le forme unionizzate e ionizzate della base può essere scritto come

B/BH+=10(pH – pKa)

Qui la parte della forma unionizzata è 10(pH – pKa) mentre la forma ionizzata è 1. Quindi la percentuale di ionizzazione sarà

% ionizzato=* 100

percentuale ionizzata per base debole

In alternativa, possiamo anche riorganizzare l’equazione di cui sopra invertendo il termine pH-pKa in pKa-pH dove otteniamo la formula come

% ionizzato=* 100

formula alternativa

Ora andiamo con alcuni esempi pratici e vediamo come possiamo risolverli.

Esempio di lavoro 1

Calcolare la percentuale ionizzata di un farmaco debolmente acido ad un pH di 4.6 con valore pKa 8.6.

Soluzione:

Prima di tutto elenchiamo i dati forniti.

pH=4.6 e pKa=8.6

Siccome è un farmaco debolmente acido, applichiamo la seguente formula.

formula per l'esempio 1

Sostituendo nell’equazione precedente,

% ionizzato=* 100

=1/1,01=0.99 %

soluzione per l'esempio 1

Andiamo con un altro esempio.

Esempio di lavoro 2

Calcolare la frazione di farmaco nella forma ionizzata a pH 7.7 di un tessuto per un farmaco basico con pKa 8.7.

Soluzione:

Prima di tutto elenchiamo i dati forniti.

pH=7.7 e pKa=8.7

Qui si tratta di una base debole, quindi dobbiamo applicare la seguente formula.

formula per l'esempio 2

Sostituendo nella precedente equazione,

% ionizzato=* 100

=100/1.1=90,9 %

soluzione per l'esempio 2

Finalmente concludiamo con un altro esempio.

Esempio di lavoro 3

Calcolare il rapporto tra le forme protonate e non protonate della morfina a pH 5. La pKa della morfina è 7.

Soluzione:

Ancora una volta la data è pH=5 e pKa=7.

La morfina è un analgesico oppioide che ha un’ammina terziaria nell’anello e quindi agisce come base debole. Ma qui è stato chiesto il rapporto tra le forme protonate e non protonate del farmaco. La forma protonata non è altro che la forma ionizzata mentre la forma non protonata è la forma unionizzata. Per una base debole il rapporto sarà 10(pH – pKa) : 1.

formula per protonato

e sostituiamo i valori.

Protonato/ non protonato=10(5 – 7)/1

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