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药物的化学稳定性与药物体系的分解速率密切相关，而药物在体内的代谢过程与药物的生物转化速率有关。某些药物在体外并无药理活性，需进入体内，分解成活性成分后，方能发挥药效。这些基本上都属于化学反应，其反应速率与发生药效的快慢和作用时间的长短均密切相关。
各种化学反应的速率各不相同，有些化学反应速率很快，瞬间就能完成，如燃烧、爆炸、溶液中的一些离子反应；有些化学反应速率很慢，如在常温常压下氢气和氧气化合生成水的反应，慢得几乎不能察觉。
为了比较反应的快慢，必须明确反应速率的概念，规定它的单位。化学反应速率（ v ）通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化来表示。时间（ t ）单位用分（min）或秒（s），浓度 c 的单位为摩·升 -1 （mol·L -1 ）。即
反应速率（ v ）可选用反应体系中任一物质变化来表示，现举例说明。
【例1-105】 某一定条件下，在恒容容器中氮与氢合成氨，各物质浓度变化如下：
计算反应速率 υ 。
解：
用N
2
的浓度变化表示：
=0.1（mol·L
-1
·s
-1
）
用H
2
的浓度变化表示：
0.3（mol·L
-1
·s
-1
）
用NH
3
的浓度变化表示：
=0.2（mol·L
-1
·s
-1
）
（一）基元反应和非基元反应
基元反应是指一步完成的化学反应，它也是非基元反应所经历的各基本步骤，鲜明地反映出反应速率的规律性。以下反应属于基元反应：
CO+NO 2 →CO 2 +NO
2NO 2 →2NO+O 2
SO 2 Cl 2 →SO 2 +Cl 2
非基元反应是指两步或两步以上完成的反应，又称复杂反应。多数反应属于复杂反应。例如在酸性环境中，过氧化氢溶液氧化Br - 的反应方程式为：
H 2 O 2 +2H + +2Br - →Br 2 +2H 2 O
根据实验测定，该反应是以下四步进行的非基元反应，即：
其中每一步均为一个基元反应。
（二）质量作用定律
质量作用定律是指在恒定温度下，基元反应的反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比。浓度的幂次在数值上等于基元反应中各反应物化学式前的系数。例如：
NO 2 +CO→CO 2 +NO
此反应的质量作用定律表示为：
对于任一基元反应：
a A+ b B→ c C+ d D
质量作用定律的数学表达式为：
上式称为速率方程。式中， v 为反应的瞬时速率； c A 、 c B 分别表示A、B反应物的瞬时浓度； a 、 b 表示反应方程式中A、B物质化学式前面的系数； k 称为速率常数，其物理意义是，在一定温度下，反应物为单位浓度时的反应速率。在相同温度下，当两个反应的反应物都为单位浓度时，速率常数较大，其反应速率也较快。 k 是一个特征常数，其数值大小与反应物的本性有关。在相同条件下，不同的化学反应其 k 值往往不同。 k 不受浓度的影响，但与反应温度和催化剂等有关。
对于非基元反应，不能应用质量作用定律，如非那西汀的生产过程中有一个乙酰化反应：
其速率方程为
，它表明乙氧基苯胺浓度并不影响反应速率，而醋酸浓度却能显著影响反应速率。
【例1-106】 340K时，N 2 O 5 浓度为0.160mol·L -1 ，其分解速率为0.056mol·L -1 ·min -1 ，计算该反应的速率常数及N 2 O 5 浓度为0.100mol·L -1 时的反应速率。
解： （1）求 k 2N 2 O 5 （g）→4NO 2 （g）+O 2 （g）
（2）求N 2 O 5 浓度为0.100mol·L -1 时的反应速率
（三）反应级数
速率方程
v
=
中，反应物浓度的指数
a
、
b
称为级数，所有浓度项的指数之和称为反应级数。例如2NO+O
2
→2NO
2
v
=
该反应对NO是二级，对O
2
是一级，而整个反应称为三级反应。因此，整个反应的速率与反应物浓度的一次方成正比者称为一级反应，与反应物浓度的二次方成正比者称为二级反应，与反应物浓度无关者称为零级反应，与反应物浓度的分数次方成正比者称为分数级反应。对反应中某些物质来说，可以是负级数，如2O
3
→3O
2
，该反应中，对O
3
为一级，对O
2
为负一级。负级数表示物质能抑制反应。
酯类药物的水解称准一级或伪一级反应，该反应大多数需H
+
或OH
-
催化，才能使反应进行完全。但如
或
≫
c
酯
，或用缓冲液保持
或
几乎不变，则
v
=
kc
酯
，故为伪一级反应。
一个化学反应过程，究竟是属于一级、二级、三级，不能由化学反应式判断。在实践中，化学反应级数都是通过实验确定的。所以确定反应服从哪级反应便可得到反应速率与反应物浓度的关系。
在不同级数的反应中，速率常数 k 可由下式求得：
式中， a + b + c …= n ， n 为反应级数。 k 的量纲是（NL -3 ） 1- n T -1 ，其中N、L、T分别是物质的量、长度、时间的量纲符号，L -3 表示体积，因此当浓度用mol·L -1 、时间用s表示时， k 的单位是（mol·L -1 ） 1- n ·s -1 。
【例1-107】 在稀水溶液中，过氧化氢和溴化氢的反应为：
H
2
O
2
（aq）+2H
+
（aq）+2Br
-
（aq）
2H
2
O（l）+Br
2
（aq）
对它进行反应速率测定，实验数据如下：
求：（1）写出该反应的速度方程。
（2）反应级数是多少？
（3）计算反应速率常数。
解： （1）设该反应的速度方程为：
根据上式和实验数据，得
v 1 =1= k （0.1） m （0.1） n （0.1） p
v 2 =0.1= k （0.01） m （0.1） n （0.1） p
v 3 =0.1= k （0.1） m （0.01） n （0.1） p
v 4 =0.1= k （0.1） m （0.1） n （0.01） p
由 v 1 / v 2 得 m =1
由 v 1 / v 3 得 n =1
由 v 1 / v 4 得 p =1
（2）反应级数为1+1+1=3，是三级反应。
（3）将数据代入速度方程，得 k =1000（L 2 ·s -1 ·mol -2 ）。
（四）一级化学反应的动力学公式
用数学式来表达化学反应中物质的生成或消失的速度，就是化学动力学。
以反应物浓度的变化表示化学反应速度时：
在一级反应中：
v
=
kc
则-
=
kc
以上微分式中
c
为反应物在瞬间
t
的浓度。对此式积分，以
c
0
表示反应开始时（
t
=0）的反应物的浓度，则
转换为常数对数，则式（1-55a）可写成：
由式（1-55），只要知道一个一级反应的速率常数 k 和反应物起始浓度 c 0 ，则可求得经过任意时间 t 后反应物的浓度。
将式（1-55）移项变换可得
由式（1-57），只要知道反应物起始浓度，再测定经过 t 时间后反应物的浓度 c ，即可确定该反应的反应速率常数 k 。要说明的是，在实践中单凭起始浓度和某时间 t 的浓度来确定 k 值是不准确的。
由于
是没有单位的，所以反应速率常数
k
的单位为时间的倒数。即秒
-1
（s
-1
）、分
-1
（min
-1
）、小时
-1
（h
-1
）、天
-1
（d
-1
）、年
-1
等。
由式（1-57）可转换为
如 k 已知，由式（1-58）可求得 t 1/2 、 t 9/10 或 t 9.5/10 ，即反应物为初始浓度50％、90％、95％所需的时间。 t 1/2 通常称为半衰期。此时
在应用这些公式时应注意以下几点。
① c 和 c 0 的单位要一致。
② t 的单位与 k 的单位相对应。如 t 以秒为单位，则 k 应用s -1 ， t 以分为单位， k 用min -1 ，依此类推。
③如用于计算 k ，测定 c 0 和 c 的条件应完全一致，如温度、pH测定方法均应一致。因 k 值与反应物的浓度无关，但随温度、pH等改变而变化。
（五）根据一级动力学公式进行的计算
1.已知初始浓度及某一时间的浓度，计算反应速率常数
【例1-108】 青霉素G钠盐80万单位，在室温（20℃）配制成溶液，于pH=4放置4h后，测定实际含量为63.5万单位，计算青霉素钠盐在该条件下的分解速率常数。
解：已知 c 0 =80 c =63.5 t =4h
由
k
=
，得
k
=
=0.05776（h
-1
）
即在pH=4、温度20℃时，青霉素钠盐的分解速率常数为0.05776h -1 。
【例1-109】 将阿司匹林溶于pH=4.0的缓冲溶液中使成3g·L -1 ，在17.2℃放置7天后，测得质量浓度为1.56g·L -1 ，计算阿司匹林的水解速率常数。
即在pH=4、温度17.2℃时，阿司匹林的水解速率常数为0.0934d -1 。
2.已知反应速率常数及初始浓度，计算某一时间的浓度
【例1-110】 已知青霉素钠盐在pH=7时分解反应速率常数为0.07629d -1 ，问80万单位青霉素G钠盐在pH=7溶液中，放置12h后的含量是多少？
解：
已知
k
=0.07629d
-1
，放置时间
t
=12h，需先将时间换算为天。即
t
=
=0.5（d）
c =lg -1 1.8865=77（万单位）
即放置12h后的含量为77万单位。
【例1-111】 盐酸普鲁卡因注射液在pH=5时的水解速率常数为3.76×10 -5 d -1 ，在此条件下，20g·L -1 盐酸普鲁卡因，放置一年后的质量浓度（ ρ B ）是多少？五年后的质量浓度（ ρ B ）又是多少？
已知 k =3.76×10 -5 ， t =1年=365d
c 0 =20g·L -1 代入上式得
c =lg -1 1.295071=19.7（g·L -1 ）
（2）当 t =5年时
c =lg -1 1.271234=18.7（g·L -1 ）
即在pH=5时20g·L -1 盐酸普鲁卡因放置一年后的质量浓度为19.7g·L -1 ，五年后的质量浓度为18.7g·L -1 。
3.已知初始浓度及某一时间的质量浓度，计算达到某一较低质量浓度所需的时间
【例1-112】 5g·L -1 氯霉素滴眼液，在20℃储藏133d后，实际测定损失效价10.72％，已知氯霉素的水解反应属于一级反应，计算其半衰期及效价为原有浓度90％时的储存时间。
解： （1）求速率常数 k
已知 t =133d， c = c 0 -10.72％× c 0 =5-10.72％×5=4.464（g·L -1 ）
（2）计算 t 1/2
（3）求效价为原有质量浓度90％所需时间
①法。效价为原有质量浓度的90％，即实际质量浓度为90％×5.0=4.5（g·L -1 ）
代入公式
t
9/10
=
=124（d）
②法。直接按公式
t
9/10
=
=124（d）
即氯霉素在该滴眼液中的半衰期（20℃时）为812.7d，储存124d后效价为原有浓度的90％。
【例1-113】 有一批维生素B 1 注射液，每支2ml含B 1 100mg，储存2年后，测定实际含量为每支97.5mg。试计算当含量降至每支95.0mg时所需时间（维生素B 1 含量下降的因素是水解，反应速度符合一级化学反应）。
解： 先求反应速率常数 k
再计算由100mg/2ml降低至95.0mg/2ml所需时间
即该批维生素B 1 注射液储存4.04年后含量降至95.0mg/2ml。
4.已知半衰期 t 1/2 或速率常数和初始浓度，计算达到某一较低浓度所需时间
【例1-114】 青霉素G钠盐溶液在pH6.5时的 t 1/2 为236h，如将40万单位的青霉素G钠盐溶解于pH6.5的缓冲液中，当效价降至原来的90％时，需多少时间？
解： 先求得 k
将 k 值代入公式，得
即效价降至原来的90％需36h。
【例1-115】 5g·L -1 氯霉素滴眼液在4℃时水解速率常数为1.13×10 -4 d -1 ，计算其浓度降至4.5g·L -1 时所需时间。
即5g·L -1 氯霉素滴眼液在4℃时储存933d后含量可降至4.5g·L -1 。
