Производство и стандартизация максимально очищенных препаратов из лекарственного растительного сырья. Массообменные процессы (диффузионные) связаны с переходом компонентов из одной фазы в другую. Массообменные процессы обратимы, т.е. направление переноса может меняться в зависимости от рабочих условий. Перенос прекращается при достижении равновесия. К массообменным процессам относятся: 1. Экстракция 2. Ректификация 3. Сушка 4. Адсорбция 5. Кристаллизация 6. Диффузия через полупроницаемые мембраны (диализ, обратный осмос, мембранная фильтрация). Максимально очищенные препараты из ЛРС (новогаленовые препараты) Это экстракционные препараты из лекарственного растительного сырья, максимально очищенные от балластных веществ. Достоинства: 1. Более стабильны, 2. Устраняется побочное действие сопутствующих веществ, 3. Можно использовать их даже для инъекций в отличие от галеновых, 4. Стандартизированы по действующим веществам. История создания В конце ХІХв. в Германии получен первый новогаленовый препарат «Дигипурат». В 1923г. во ВНИХФИ под руководством профессора Степуна разработан отечественный препарат «Адонилен». В настоящее время широко используются препараты адонизид, лантозид, эрготал, раунатин, силибор, ависан и др. Формы выпуска новогаленовых препаратов: 1. для перорального применения – растворы, капли, таблетки, гранулы; 2. для ректального применения- суппозитории; 3. для парентерального применения – ампулированные препараты. 1 Классификация новогаленовых препаратов Препараты сердечных гликозидов: адонизид (из горицвета весеннего), лантозид (из наперстянки шерстистой), коргликон (из ландыша майского). Препараты флавоноидов - фламин (из бессмертника). Препараты полисахаридов - плантаглюцид (из подорожника большого). Препараты антрагликозидов - рамнил (из коры крушины). Препараты кумаринов - ависан (из плодов амми зубной). Препараты алкалоидов - эрготал (из спорыньи), раунатин (из раувольфии змеиной). Технологическая схема производства. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Подготовка сырья, Подготовка экстрагента, Получение вытяжки (извлечения), Очистка вытяжки, Стандартизация, Получение лекарственных форм. 1. Сырье должно быть стандартным по содержанию действующих веществ. 2. Экстрагент подбирают с учетом селективности (избирательности). Он должен максимально извлекать комплекс действующих веществ и минимально сопутствующие. В качестве экстрагентов используются: водные растворы кислот, щелочей, солей, этанол, хлороформ, ацетон. Часто используют их смеси для большей селективности. Для каждого препарата подбирают селективный экстрагент! 3.Методы получения вытяжки. Наиболее часто используются: противоточная экстракция, мацерация с циркуляцией, циркуляционная экстракция. Циркуляционная экстракция: Её проводят в аппарате Сокслета рис.14.7. Сущность заключается в многократном экстрагировании растительного сырья одной и той же порцией летучего экстрагента (эфир, хлороформ). Основные узлы: испаритель с паровой рубашкой (1), экстрактор (4), конденсатор (2), сборник (3) Все узлы соединены между собой. Растительный материал в полотняном мешке (во избежание засорения трубопровода) загружают в экстрактор 4 и оставляют на несколько часов. 2 Вытяжку сливают в испаритель 1 и нагревают до кипения. Пары по трубке поступают в конденсатор 2, оттуда сконденсировавшийся экстрагент стекает в экстрактор 4. После заполнения его до уровня сливной трубки экстракт полностью сливается в испаритель. Процесс повторяют до истощения сырья. 4. Методы очистки вытяжки: 1. Фракционное осаждение. а) денатурация При нагревании, ультразвуковом и ультрафиолетовом излучении белки выпадают в осадок. б) высаливание. Под действием сильных электролитов ВМС выпадают в осадок (белки, слизи, камеди, пектины). Ионы электролита отнимают защитный гидратный слой, что способствует осаждению ВМС. По силе высаливающего действия анионы и катионы располагаются в лиотропные ряды: SО42- > С6Н5О7з- > СН3СОО- > Cl- > NО3- > СNSанионный Li+ > Nа+ > К+ > Rв+ > СS+ катионный Наибольшее высаливающее действие у сульфата лития, но обычно используют натрия хлорид, он дешевле. 3 в) спиртоочистка: механизм такой же, как при высаливании, спирт сильногидрофильное вещество, отнимает водную оболочку. г) осаждение солями тяжелых металлов: например, при добавлении ацетата свинца осаждаются белки, дубильные вещества, хлорофилл. Избыток ацетата свинца удаляют концентрированным раствором натрия сульфата; д) замена растворителя: для очистки извлечений от гидрофобных веществ (смолы, хлорофилл и др.) отгоняют органический экстрагент и добавляют к остатку воду. Гидрофобные вещества не растворимы в воде и выпадают в осадок. 2. Сорбция – процесс поглощения газов, паров, растворимых веществ, твердыми или жидкими поглотителями. Адсорбция - поглощение веществ поверхностью адсорбента. Абсорбция – поглощение всем объемом твердой или жидкой фазы. Хемосорбция - поглощение веществ с образованием химических соединений (ионный обмен). Адсорбция: Полученную вытяжку пропускают через колонну - адсорбер с адсорбентом пылевидные: (непористые - сажа, глина с большой наружной поверхностью), Адсорбенты пористые: (зернистые- силикагель, уголь активированный, алюминия оксид, с большой внутренней поверхностью). Активированный уголь получают из угля твердых древесных пород активацией при 800 - 1000ºС. При этом смолы и продукты неполного сгорания, заполнившие поры частично сгорают или улетучиваются. Образуется много пор. Уголь – гидрофобный адсорбент, не адсорбирует воду. Адсорбер заполняют адсорбентом. Адсорберы могут быть вертикальные и горизонтальные. Пропускают через адсорбер раствор и насыщают его поглощаемыми веществами. Затем пропускают десорбент – растворитель или смесь растворителей, вытесняющих поглощенные вещества. Обычно применяют установки периодического действия. Ионный обмен: - взаимодействие растворов электролитов с ионитами, способными обменивать подвижные ионы на эквивалентное их количество, находящееся в растворе. Иониты, содержащие кислые активные группы и обменивающиеся подвижными анионами, называются -анионитами; основные - обмениваются подвижными катионами – катиониты. 4 2 [К] Н + Na2SO4 → 2 [K] Na + H2 SO4 – обмен на катионите [A] 2[A]OH + H2 SO4 → SO4 + 2 H2O – обмен на анионите [A] 3. Диализ и электродиализ Диализ: основан на свойствах молекул биополимеров, имеющих большие размеры, не проходить через полупроницаемые мембраны, а низкомолекулярные вещества проходят через них свободно. Мембраны – пленки желатина, целлофана, коллодия, нитроцеллюлозы. Для ускорения диализа используют электрический ток. Установка для электродиализа: ванна, разделена на три отсека перегородками. В крайние отсеки опущены катод (отрицательно заряженный) и анод (положительно заряженный электрод), в средний - наливают вытяжку. Положительно заряженные ионы (катионы) под действием тока движутся к катоду, отрицательно заряженные анионы к аноду, в средней части остаются вещества, которые не проходят через полупроницаемые перегородки. Кt- Аn+ Ме+ Сl- 4. Жидкостная экстракция. Основана на переходе вещества из одной жидкости в другую, которая не смешивается с первой. При смешивании 2-х жидкостей образуются два слоя. Если в такую систему ввести третий компонент - вещество, которое растворимо в обеих жидкостях, но по–разному, оно растворяется в каждой жидкости и распределяется. В результате взаимодействия получают экстракт – раствор извлеченных веществ и рафинат – остаточный раствор, обедненный извлекаемыми веществами. Скорость процесса жидкостной экстракции определяется скоростью переноса веществ из одной фазы в другую. Соотношение концентраций извлекаемых веществ в обеих фазах называют коэффициентом распределения. 5 С1 К= С2 Он показывает, во сколько раз концентрация вещества в экстракте больше, чем в рафинате. Например: мы получили хлороформное извлечение сердечных гликозидов и балластных веществ. Смешаем его с водой. Сердечные гликозиды перейдут в воду, а балластные вещества останутся в хлороформе. Процесс экстракции жидкость – жидкость состоит из: 1. смешивания исходного раствора с экстрагентом для создания тесного контакта, 2. расслаивания на экстракт и рафинат, 3. выделения веществ и регенерации экстрагента. Жидкостная экстракция может быть ступенчатой и непрерывной. Одноступенчатая (в 1-ом аппарате) Ступенчатая Многоступенчатая (в нескольких аппаратах). Прямоточная Многоступенчатая Противоточная Аппараты работают по принципу: 1. Механического перемешивания Колонны с мешалками Центробежные экстракторы 2. Гравитации Используют разность плотностей растворителей Насадочные С ситчатыми Распылитарел - тельные ками Для жидкостной экстракции используют смесительно – отстойные экстракторы, колонные и центробежные экстракторы 6 1. Смесительно – отстойный экстрактор с мешалкой (лопастной или турбинной) В аппарат загружают исходный раствор и экстрагент и перемешивают до равновесного состояния. Смесь расслаивается на экстракт и рафинат. Экстракцию проводят многократно, один и тот же раствор обрабатывают несколькими порциями экстрагента, пока не получат рафинат заданного состава. 2.Колонные экстракторы А Без подвода внешней энергии (гравитационные) Б С подводом внешней энергии А. Гравитационные экстракторы: ➢ распылительные, ➢ насадочные ➢ с ситчатыми тарелками. Распылительные экстракторы. 7 Рис 16.1 Схема колонного полого (распылительного) экстрактора. Колонна полая, имеются устройства для подвода тяжелых и легких фаз. Колонна заполняется тяжелой жидкостью, которая движется сплошным потоком сверху вниз. Легкая жидкость вводится через распылитель и виде капель поднимается вверх. В верхней части капли сливаются и образуют слой легкой фазы. Насадочные колонны. Заполняются насадками (керамические или стальные кольца или цилиндры). Насадка располагается на решетках слоями высотой от 2 до 10 диаметров колонны. Насадка способствует более эффективному взаимодействую фаз в аппарате (увеличивается площадь контакта). Проходя через неё, капли многократно дробятся. 8 Экстракторы с ситчатыми тарелками. Колонны разделены перегородками (тарелками) на секции. На каждой ступени осуществляется контакт фаз, после чего жидкости расслаиваются и идут противотоком в следующую ступень. Аппарат заполняют тяжелой жидкостью, которая перетекает с тарелки на тарелку через переливные трубки. Рис. 16.2 Схема колонного экстрактора с ситчатыми тарелками Легкая жидкость проходит через отверстия ситчатых тарелок, дробится на капли. Капли поднимаются и сливаются в слой под каждой расположенной выше тарелкой. Когда гидростатическое давление слоя жидкости становится достаточным для преодоления сопротивления отверстий тарелки, жидкость проходит через них и снова диспергируется на капли. Б. Экстракторы с подводом внешней энергии. Роторно – дисковый экстрактор. 9 Рис 16.3. Схема роторно-дискового колонного экстрактора Колонна разделена на секции кольцевыми перегородками 3. На оси вращается ротор вал 1, на который насажены диски 2. Две кольцевые перегородки и диск между ними образуют одну секцию 4. Легкая жидкость противотоком движется с тяжелой жидкостью, многократно смешивается в секциях колонны вращающимися дисками. Расслоение фаз происходит в верхнем и нижнем отстойных участках колонны, отделенных от смесительного участка перфорированными перегородками 5. 10 2. Колонные экстракторы с мешалками. (см. учебник). Вместо дисков на валу укрепляют лопастные или турбинные мешалки. 3. Пульсационные экстракторы. (см. учебник) Колонна с ситчатыми тарелками. При помощи специального механизма (пульсатора) жидкости сообщаются колебания небольшой амплитуды и определенной частоты. В качестве пульсатора чаще всего поршневой насос. Центробежные экстракторы. Проводят экстракцию с максимальной скоростью. Могут быть горизонтальные и вертикальные. Разделение фаз происходит под действием центробежных сил. Рис. 16.5. Рис. 16.5. Схема устройства трубчатого центробежного Схема устройства трубчатого центробежного экстрактора. экстрактора. Цилиндрический барабан барабан 3 3вращающийся вращающийся со со скоростью 1500 об/мин. Внутри разделен 1500 – –5000 5000 об/мин. Внутри перфорированными перегородками на разделен перфорированными перегородками на ряд экстракционных (ІІ, ІV, (ІІ, VІ) ІV, и сепарационных ряд экстракционных VІ) и участков (І, ІІІ, V, VІІ). Двигаясь противотоком, сепарационных участков (І, ІІІ, V, VІІ). жидкости перемешиваются, проходя Двигаясь многократно противотоком, жидкости между неподвижными перфорированными дисками многократно перемешиваются, проходя между 5неподвижными и разделяютсяперфорированными под действием центробежных дисками 5 сил. Рафинат и экстракт удаляются через обособленные и разделяются под действием центробежных каналы. сил. Рафинат и экстракт удаляются через обособленные каналы. см. л. 1. Частная технология новогаленовых препаратов Самую большую группу составляют препараты сердечных гликозидов. 11 Схема производства адонизида: Получают из травы горицвета весеннего (Adonis vernalis). Технология разработана Зильбергом. (ВНИХФИ). 1. Подготовка сырья: - рассчитывают количество исходного сырья, - траву измельчают (3 – 4 мм) 2. Подготовка экстрагента: - экстрагент хлороформ – спирт 95: 5 (универсальный экстрагент, хорошо извлекает сердечные гликозиды). 3. Экстракция: - циркуляционная экстракция в аппарате Сокслета. Экстрагирование до полного истощения сырья (10 – 15 сливов). 4. Очистка: - а) смена растворителя - Экстракт сгущают до объема, равного массе сырья, разбавляют равным Сердечные гликозиды → в воду количеством воды и упаривают до Балластные вещества (хлорофилл, полного удаления хлороформа и смолы и др. выпадают в осадок). этанола. б) адсорбция балластных - Водный раствор фильтруют на веществ нутч – фильтре через 2-ой слой алюминия оксида (1,5 -2% от массы фильтрата). Фильтрат консервируют 96% спиртом так чтобы в 1мл конечного продукта его содержалось 20%. 5. Стандартизация: - определяет биологическую активность. В 1 мл адонизида должно быть 0,65 мг цимарина (2327 ЛЕД). Фасовка и упаковка: - Выпускают во флаконах темного стекла по 15мл. Хранят в прохладном, защищённом от света месте. Применяют перорально. Задача. Сколько травы горицвета с биологической ативностью в 1г 78 ЛЕД следует взять для приготовления 10л адонизида со стандартной активностью 27 ЛЕД в 1мл? При расчете количества сырья учесть, что экстрагент извлекает 92% сердечных гликозидов. 1. Найти биологическую активность 10л адонизида. В 1мл - 27 ЛЕД 12 В 10 000 мл - 270 000 ЛЕД 2. Найти, какое количество сырья содержит требуемое количество ЛЕД. В 1г сырья содержится 78 ЛЕД хг - 270 000ЛЕД х = 3462 г 3. Найти расходный коэффициент по сердечным гликозидам К = 100: 92 = 1,087 4. Найти расходную норму ЛРС N = 3,462 х 1,087 = 3,763кг Для приготовления 10 л адонизида необходимо взять 3,763 кг травы горицвета весеннего. Препараты индивидуальных веществ. Относятся к различным классам химических соединений. Промышленное производство организовано в середине ХХ века. В первую очередь стали выпускать препараты сердечных гликозидов (дигитоксин, дигоксин, целанид) и индивидуальных алкалоидов резерпин, атропина сульфат, эрготамина гидротартрат и др. Классификация : - сердечные гликозиды, - алкалоиды, - другие соединения. Технологическая схема 1. подготовка сырья, 2. экстрагирование, 3. очистка вытяжки, 4. выделение индивидуальных веществ, 5. стандартизация. 6. изготовление лекарственных форм. Очистка вытяжки:- фракционное осаждение, - жидкостная экстракция, - абсорбционная хроматография - ионообменная хроматография. 13 Для выделения индивидуального вещества из суммы проводят многократную перекристаллизацию, электрофорез, гель-фильтрацию, аффинную хроматографию. Гель фильтрация (хроматография на молекулярных ситах). Позволяет разделять вещества с различной молекулярной массой. Колонка заполнена насадкой. Насадка колонки состоит из частиц геля с определенным диаметром пор. Если размер молекул больше диаметра пор, то они не могут диффундировать в гель и быстро проходят через колонку. Молекулы меньшего размера проникают в гель и движутся медленно. Сорбенты - сефадексы, состоящие из полимерных цепей полисахарида декстрана, соединенных через определенные промежутки поперечными связями, образующими молекулярное сито. Аффинная хроматография от латинского (affinis) родственный. Биоспецифичная, хроматография по сродству. В этом методе хорошее разделение достигается за счет специфического взаимодействия между биополимером и только одним конкурентным веществом. В традиционной хроматографии сначала адсорбируют все компоненты смеси, а их разделение осуществляют путем десорбции другим растворителем ( замена концентрации или Рн элюэнта). В аффинной хроматографии наоборот сорбируется только выделяемое соединение. Адсорбенты: агароза, сефароза, ПАА, пористое стекло и др. Разделение проводят на хроматографических колонках, затем сорбент промывают буферным раствором для удаления не связывающихся веществ. Десорбируют исследуемый компонент путем изменения рН буферного раствора. Задача. Сколько травы горицвета с биологической ативностью в 1г 78 ЛЕД следует взять для приготовления 10л адонизида со стандартной активностью 27 ЛЕД в 1мл? При расчете количества сырья учесть, что экстрагент извлекает 92% сердечных гликозидов. 5. Найти биологическую активность 10л адонизида. В 1мл 27 ЛЕД В 10 000 мл - 270 000 ЛЕД 14 6. Найти, какое количество сырья содержит требуемое количество ЛЕД. 1г сырья содержит - 78 ЛЕД хг - 270 000ЛЕД х = 3462 г 7. Найти расходный коэффициент по сердечным гликозидам К = 100: 92 = 1,087 8. Найти расходную норму ЛРС N = 3,462 х 1,087 = 3,763кг (необходимо взять для 10л адонизида). Органопрепараты. Препараты из тканей, желез и органов животных. Классификация: 1. В зависимости от природы фармакологически активных веществ: ▪ Препараты гормонов, ▪ Препараты ферментов, ▪ Неспецифического действия. 2. В зависимости от органа, из которого получают: ▪ Препараты гипофиза, ▪ Препараты печени, ▪ Препараты поджелудочной железы. 3. По способу получения: ▪ Экстракционные препараты ▪ Инъекционные препараты. Подготовка сырья Сырье получают на бойнях от здоровых, нормально развитых животных. Животное сырье быстро портится, поэтому его сразу перерабатывают или замораживают при температуре - 30-40°C. В замороженном виде его можно 15 транспортировать и хранить в течение года. Иногда сырье консервируют органическими растворителями (ацетон, спирт). Перспективным методом консервации служит сублимационная сушка (удаление влаги из замороженного сырья под вакуумом). Сырье, поступившее на переработку, размораживают, очищают от примесей споласкиванием в воде. Измельчают при помощи ножа, а затем на механических мясорубках - волчках превращают в фарш. Дальнейшая переработка проводится в зависимости от типа получаемого препарата. Технологическая схема экстракционных препаратов. 1.Измельчение 2.Экстракция – одно, двух или многократная мацерация в реакторах с мешалками. Экстрагенты – водные растворы кислот, спирт с определенным значением рН. 3.Очистка вытяжки: Фильтрование и центрифугирование экстракта. Очистка от жиров и белков проводится отстаивание на холоду (0°C до 8°C) до 7 суток. Белки выпадают в осадок, жиры снимают в виде корочки. 4.Фильтрация → жидкие препараты (пантокрин) 5.Сгущение и сушка Таблетки (панкреатин, рантарин). Порошки (пепсин) Для получения сухих ферментов не сгущают и не выпаривают экстракт, чтобы не разрушить действующие вещества, а высаливают (пепсин) или осаждают органическим растворителем (панкреатин). Пантокрин- жидкий спиртовой экстракт из неокостеневших рогов марала, изюбра пятнистого оленя. Технологическая схема органопрепаратов для парентерального введения 1. Подготовка сырья, измельчение. 2. Экстракция (особенно важно подобрать оптимальный режим). 3. Вначале проводят грубую очистку от жиров (на холоду) и белков (отстаивание при охлаждении, высаливание, фракционирование). 4. Тонкая (очистка) проводится разнообразными методами: ▪ Диализом, электродиализом, ультрафильтрацией, ионообменной хроматографией, адсорбционной хроматографией, гель хроматографией. 5. Растворение активных веществ. 16 6. Стандартизация. 7. Стерилизация мембранной фильтрацией т.к. гормоны и ферменты не выдерживают нагревание. 8. Сублимационная сушка (т.к. водные растворы при хранении быстро инактивируются). Так получают например инсулин. Инсулин – гормон поджелудочной железы. Сырьем служат железы крупного рогатого скота и свиней. Долгое время не удавалось выделить инсулин из-за фермента трипсина, теперь обрабатывают подкисленным крепким спиртом, фермент разрушается. В настоящее время существует несколько технологий: 1.Железы измельчают, экстрагируют, используя бисмацерацию: 1 - 80 – 85% спиртом, 2 - 57% спиртом подкисленным до рН 2,8 – 3,0. Экстракцию проводят 1,5 – 4 часа, объединяют оба экстракта. 2.Грубая очистка: отделение белков при 0° - центрифугируют, при рН - 4,5 – 5,1, затем при рН 3,5 - отделение жиров (на холоду рН 3,0 – 3,3). Осадки отфильтровывают. 3.Выделение инсулина сырца: - высаливание 25% раствором NaCl двухкратно, или 40% раствором (NH4)2SO4. Наиболее прогрессивный способ выделения инсулина – ионообменная хромотография на сульфокатионите при рН 3 – 3,3. Используют также гель-фильтры и другие методы очистки. Существует много препаратов инсулина: инсулин для инъекций, суспензия инсулин – протамина, протамин – Zn – инсулин и др. В настоящее время получают инсулин также методами генной инженерии. 17
