Applied Pharmaceutical chemistry

Academic Year 2023/2024 - Teacher: Francesco CASTELLI

Expected Learning Outcomes

The course aims to provide the methodological basis and the knowledge necessary for the "Study of the release and direction of drugs", through the deepening of chemical, physical and technological methods capable of conditioning liberation, absorption, distribution, directing and eliminating drugs. Provide the knowledge of the pharmacokinetic study of a drug. Provide the knowledge of innovative pharmaceutical forms.

Course Structure

The course will be carried out through frontal lessons with the help of PowerPoint presentations and through  experiences carried out in the laboratory by students group on specific topics as reported in the program on calorimetric techniques and surface potential measurements

Should teaching be carried out in mixed mode or remotely, it may be necessary to introduce changes with respect to previous statements, in line with the programme planned and outlined in the syllabus.

Detailed Course Content


With an asterisk *, the less necessary subjects for passing the exam are indicated.

- Bioavailability and Bioequivalence. - Chemical Kinetics: kinetics of the decomposition of drugs. Reaction speed, order of reaction. Zero-order degradation reactions; half-life and t90%. Kinetics of the decomposition of the first order. Pseudo-first order reactions. Second order reactions *. Complex reactions *. Methods for determining the order of a reaction. Dependency of the reaction speed from the temperature; Arrhenius equation. Calculation of the expiration date of a drug. Biopharmaceutical and drug transfer kinetics models: one-compartment model, two-compartment model closed *, two-compartment model open, multi-compartmental models *. The transport of drugs, passive diffusion and its laws. Time trend of the quantity of a drug in the various compartments. Blood levels and bioavailability curves. Parameters that influence bioavailability. Dosage regimes Intravenous Infusion and Clearance Preformulation studies: Chemical and / or physical properties of the active substance: (solubility, dissolution and influencing factors, crystallinity, polymorphism, particle size). Thermal analysis Partition coefficient. Lipophilicity. Interface phenomena: Surface tension; Film-balance; micellization; Liquid crystals Electrical properties of the interfaces: Zeta potential; Dispersed systems and their properties Ionization and prediction of the absorption in function: of the pH of the medium, of the pKa and of the partition coefficient of the active ingredient. Prodrug and release systems *.

- Natural and synthetic polymers (structure, chemical-physical properties, binding methods).

- Polymers in solution.
Controlled Release Polymer Systems: Deposit Systems; Homogeneous matrix systems with dissolved active ingredient; Homogeneous matrix systems with dispersed active principle; Methods to condition the release or to convey and direct the active ingredients.   

a) Polymer-related drugs - Drugs incorporated into biodegradable polymers.

b) Therapeutic systems with general action: osmotic micro-pumps, implants,

c) Transdermal systems.

d) Therapeutic tank systems with localized action: ophthalmic systems and gynecological systems *.

e) Nanoparticulate therapeutic systems: microcapsules, vesicular forms (liposomes, nanoparticles, SLN and NLC).

Stability and stabilization *. Chemical factors of drug instability *. Reactions of hydrolysis, oxidation, polymerization and photodegradation *. Prevention methods *. Freeze drying *. Antioxidants and antioxidant synergists *. Bacterial pollution of pharmaceutical forms and its prevention *. Antimicrobials *. Kinetics of the decomposition of solid forms Drug interactions and incompatibilities

Textbook Information

  1.  R. Notari, Biofarmaceutica e Farmacocinetica, Piccin Ed.
  2. P. Buri, F. Puisieux, E. Doelker e J.P. Benoit, Formes Farmaceutiques Nouvelles, Rec e Doc, Paris (1985).
  3. A.N. Martin, J. Swarbrik, A. Cammarata, Physical Pharmacy, Lea and Febiger, Philadelphia.
  4. A.T. Florence, D.T. Attwood, Le Basi Chimico-Fisiche della Tecnologia Farmaceutica, EdiSES,Napoli (2002).
  5. M. Amorosa, Principi di Tecnica Farmaceutica, Libreria Universale L. Tinarelli - Bologna (1989).
  6. Remington's, Pharmaceutical Sciences, Mack Publishing Company.
  7. L. Shargel and A.B.C. Yu, Applied Biopharmaceutics and Pharmacokinetics, Appleton&Lange, USA VI EDIZIONE.
  8. P. Colombo, P.L. Catellani, A. Cazzaniga, E. Menegatti, E. Vidale, Principi di Tecnologie Farmaceutiche, Casa Editrice Ambrosiana.

Course Planning

 SubjectsText References
1Introduzione al corso – Biofarmaceutica e Farmacocinetica. Biodisponibilità e Bioequivalenza.Testo 7: Cap.1/15
2Cinetica Chimica: cinetica della decomposizione dei farmaci. Velocità di reazione, ordine di reazione. Reazioni di degradazione d’ordine zero; tempo di dimezzamento e t90%. Cinetica della decomposizione del primo ordine. Reazioni di pseudo-primo ordine.Testo 7: Cap. 2/7; Testo 3: Cap. 12
3Reazioni di primo ordine. Reazioni del secondo ordine*. Reazioni complesse*. Metodi per determinare l'ordine di una reazione. Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura; equazione di Arrhenius. Calcolo della data di scadenza di un farmacoTesto 7: Cap. 2; Testo 3: Cap. 12
4Modelli biofarmaceutici e cinetica di trasferimento dei farmaci: modello a un compartimento aperto, modello a due compartimenti chiusi*, modello a due compartimenti aperti, modelli multicompartimentali*.Testo 7: Cap. 1/3/4; Testo 1: Cap. 1/3/4; Testo 3: cap 13
5Il trasporto dei farmaci, diffusione passiva e sue leggi. Andamento temporale della quantità di un farmaco nei vari compartimenti. Livelli ematici e curve di biodisponibilità. Parametri che influenzano la biodisponibilità. Regimi di dosaggioTesto 7: Cap. 8/22; Testo 1; Testo 3: cap 13
6Infusione Endovenosa e ClearanceTesto 7: Cap. 6/5
7Studi di preformulazione: Proprietà chimiche e/o fisiche del principio attivo: (solubilità, dissoluzione e fattori che le influenzano; cristallinità; polimorfismo; dimensioni delle particelle). Analisi termica. Coefficiente di ripartizione. LipofiliaTesto 3 cap.10 Testo 4 cap.1/5
8Fenomeni interfacciali: Tensione superficiale; Film-balance; Micellizzazione; Cristalli liquidiTesto 3: Cap 2/14/15; Testo 4: Cap.6
9Proprietà elettriche delle interfasi: Potenziale zeta; Sistemi dispersi e loro proprietà.Testo 3: cap 14/15/18; Testo 4: cap.7
10Ionizzazione e previsione dell'assorbimento in funzione: del pH del mezzo, del pKa e del coefficiente di ripartizione del principio attivo.Testo 4: Cap.3/9
11Prodrug e sistemi di rilascio*.
12Polimeri naturali e sintetici (struttura, proprietà chimico-fisiche, metodi di binding). Polimeri in Soluzione.Testo 3: Cap.20; Testo 4: Cap.8
13Sistemi Deposito; Sistemi matriciali omogeni con principio attivo dissolto; Sistemi matriciali Omogenei con principio attivo disperso; Metodi per condizionare il rilascio o veicolare e direzionare i principi attivi.Testo 2: Cap 1/2/3/4/7/8/9/12/13/14/15
14a) Farmaci legati a polimeri - Farmaci inglobati in polimeri biodegradabili. b) Sistemi terapeutici ad azione generale: micropompe osmotiche, impianti, c) Sistemi transdermici.Testo 2: Cap 1/2/3/4/7/8/9/12/13/14/15
15d) Sistemi terapeutici serbatoio ad azione localizzata: sistemi oftalmici e sistemi ginecologici*. e) Sistemi terapeutici nanoparticellari: microcapsule, forme vescicolari (liposomi, nanoparticelle, SLN ed NLC).Testo 2: Cap 1/2/3/4/7/8/9/12/13/14/15
16Stabilità e stabilizzazione*. Fattori chimici d'instabilità dei farmaci*. Reazioni d'idrolisi, d'ossidazione, di polimerizzazione e di fotodegradazione*. Metodi di prevenzione*. Liofilizzazione*. Testo 4: cap.4
17Gli antiossidanti ed i sinergisti degli antiossidanti*. Inquinamento batterico delle forme farmaceutiche e sua prevenzione*. Gli antimicrobici*.Testo 4: cap.4
18Cinetica della decomposizione delle forme solideTesto 4: cap 4
19Interazioni tra farmaci ed incompatibilitàTesto 4: cap 10