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溶解度:能溶解多少

飽和背後的數字——溫度、顆粒本性、尤其是電離如何決定上限,以及為什麼固有溶解度才是誠實的起點。

溶解度是一個帶條件的數字

溶解度是在規定溫度下,一定體積溶劑中能溶解的溶質最大質量——通常以 mg/mL 或莫耳濃度表示。「在規定溫度下」這句話不是迂腐:沒有條件的溶解度值毫無意義。把它寫成比如「25 °C 水中 5 mg/mL」,另一位科學家就能重現。去掉條件,它就只是一個傳聞。

對水中的大多數固體,加熱溶劑會提高溶解度——有更多熱能把分子從固體表面撬下來。固體自身的性質也很重要。高熔點意味著結合緊密、抗溶解的晶格,所以高熔點藥物往往難溶。晶型同樣重要:亞穩態多晶型無定形固體結構較鬆散、能量較高,比穩定晶型更易溶解——這是我們後面會再用到的一根槓桿。

電離:所有槓桿中最大的一根

大多數藥物是弱酸或弱鹼,因而帶有可電離基團。中性、不帶電的形式油膩、幾乎不溶於水;帶電(電離)的形式溶解度高得多,因為水喜歡電荷。一個分子是否帶電,取決於它所處環境的 pH 與其pKa之比較——pKa 即正好一半分子電離時的 pH。透過電離,pH 成了控制表觀溶解度的直接旋鈕。

Henderson–Hasselbalch 方程把這變成了算術。對於弱酸,電離型與非電離型之比由 pH 減去 pKa 決定。把酸性藥物所處的 pH 升高到比 pKa 高一個單位,電離型就多十倍;高兩個單位,就多一百倍。能溶解的總量也隨之攀升。這就是為什麼 pH 調節是處方人員最先動用的工具之一。

Weak acid, pKa = 4.5, intrinsic (unionized) solubility S0 = 0.10 mg/mL
Henderson-Hasselbalch:  total S = S0 x (1 + 10^(pH - pKa))

  pH 4.5 :  S = 0.10 x (1 + 10^0)   = 0.10 x 2    = 0.20 mg/mL
  pH 6.5 :  S = 0.10 x (1 + 10^2)   = 0.10 x 101  = 10.1 mg/mL
  pH 7.5 :  S = 0.10 x (1 + 10^3)   = 0.10 x 1001 = 100  mg/mL

Three pH units buy a ~500x jump in apparent solubility.
弱酸的表觀溶解度在 pH 升過其 pKa 後急劇攀升。

固有溶解度:誠實的基線

由於 pH 會把數字搖擺得如此劇烈,處方人員會錨定在一個固定值上:固有溶解度(S₀),即中性、完全非電離形式的溶解度。它是分子及其晶體的一項屬性,與你恰好選取的 pH 無關,因而能讓你公平地比較候選物。固有溶解度低,是一個警告:不能指望體內變化的 pH 讓藥物在它所經過的每一處都保持溶解。