A bio- és gyógyszermolekulák fizikai-kémiai tulajdonságainak ismerete nagyban hozzájárul ahhoz, hogy megértsük a hatóanyagok szervezetbeli sorsát, a hatás molekuláris szintű mechanizmusát. Ezen belül a makroszkopikus és csoportspecifikus protonálódási állandók meghatározása rendkÍvűl fontos terület. Segítségükkel kiszámíthatjuk a szervezet különböző pH-jú kompartmentjeiben lévő eltérő protonáltságú, ezért eltérő farmakokinetikai és farmakodinámiás tulajdonságokkal rendelkező részecskék (mikrorészecskék) relatív koncentrációját és javíthatjuk egy-egy vegyületcsalád újabb tagjainak farmakokinetikai tulajdonságait. Disszertációs munkám során három, szokatlan protonálódási sajátságokkal rendelkező molekula mikrospeciációját végeztük el. Megvalósítottuk a nem szteroid gyulladásgátló tenoxikám protonálódási mikroállandóinak leírását egy új, a Hammett konstansokat felhasználó deduktív módszer segítségével, melyhez a tenoxikám és piroxikám 4-4 származékát szintetizáltuk. A tenoxikám így meghatározott logK mikroállandója ismereteink szerint a legalacsonyabb enolát bázicitást mutató irodalmi paraméter, melynek értéke azonban az intramolekuláris környezet hatásaival jól értelmezhetó. A kidolgozott kiértékelési eljárás alkalmas további vegyületcsoportok esetén is mikroállandó meghatározásra. Emellett a tenoxikám szerkezetének újszerű módosításával prodrug típusú vegyületeket, valamint a COX-2 izoenzim szelektív gátlására képes szerek szerkezetével rokon molekulákat állítottunk elő. A másik két vizsgált molekula a két legfontosabb béta-laktám antibiotikum-típus alapvegyülete, a 6-aminopenicillánsav és a 7-aminokefalosporánsav volt. A bomlékony molekulák vizsgálatában 1D és 2D NMR technikákat kombináltunk in situ pH meghatározási módszerekkel. A 7-ACA aminocsoportjának egyik így feltárt protonálódási állandója (logK = 4,12) ismereteink szerint a legkevésbé bázikus nem-aromás aminocsoport a természetes vegyületek körében.