Технология лекарственных полимеров (стр. 2 )

Все лекарственные средства группируются по следующим главным принципам:

По терапевтическому применению (терапевтические группы) По фармакологическому действию По химическому строению По нозологическому принципу

Все лекарственные средства возможно разделить на несколько групп:

Лекарственные средства, действующие большей частью на центральную нервную систему Лекарственные средства, действующие большей частью на периферическую нервную систему. Лекарственные средства, действующие в сфере чувствительных нервных окончаний Лекарственные средства, действующие на сердечно-сосудистую систему Лекарственные средства, усиливающие мочеотделение (диуретики), и средства, препятствующие образованию мочевых камней. Лекарственные средства, которые улучшают функции печени. Лекарственные средства, действующие на мускулатуру матки Лекарственные средства, регулирующие процессы обмена веществ Лекарственные средства, влияющие на иммунитет Антиоксиданты. Противогрибковые, противомикробные, противовирусные, противопаразитарные средства Лекарственные средства, применяемые при лечении онкологических болезней Диагностические средства (красители, рентгеноконтрастные вещества). Иные лекарственные средства разнообразных фармакологических групп (средства, угнетающие аппетит; сахара, сорбенты, фотозащитные средства; средства для лечения алкоголизма).

Лекция 3, 4 – Основные классы полимеров и области их применения в медицине и фармацевтике

План лекции:

ВМС. Классификация, строение и свойства Свойства растворов ВМС Нарушение устойчивости растворов ВМС Применение ВМС в фармации

Высокомолекулярные соединения (ВМС) – это вещества, молекулы которых состоят из большого числа химически связанных атомов. Такие молекулы называют макромолекулами. Их молярные массы находятся в пределах 104<М<106 г/моль. ВМС могут быть природного происхождения (белки, высшие полисахариды, пектины, натуральный каучук) или синтетические (пластмассы, синтетические волокна). Природные ВМС (биополимеры) являются структурной основой всех живых организмов.

       В последнее время большое количество ВМС получают синтетическим путем. Известно два принципиально различающихся метода синтеза ВМС – полимеризация и поликонденсация. Наряду с синтетическими методами получения ВМС из низкомолекулярных соединений представляет интерес получение полимеров методом химических превращений. Этот метод состоит в том, что готовое высокомолекулярное соединение вступает в различные химические реакции, с помощью которых вводятся новые функциональные группы, либо имеющиеся функциональные группы превращаются в другие, либо происходят сшивки готовых макромолекул или деструкция, что придает полимерам другие свойства.

       По пространственной структуре полимеры подразделяют на следующие группы: линейные, разветвленные и пространственные.

       Линейные полимеры построены из длинных одномерных элементов структуры – отдельных макромолекул или молекулярных блоков. К ним относятся натуральный каучук, желатин, целлюлоза.

       Разветвленные полимеры состоят из цепей с боковыми ответвлениями. Это крахмал (гликоген), амилопектин, дивиниловый каучук и другие.

       Пространственные полимеры представляют собой трехмерную сетку, которая образуется при соединении отрезков цепей химическими связями (например, фенолформальдегидные смолы). Пространственные полимеры, цепи которых сшиты короткими мостичными связями, например, атомами О или S, называются сшитыми (резина, эбонит, некоторые акриловые полимеры).

       Специфические свойства полимеров обусловлены главным образом двумя особенностями: 1) существованием двух типов связей – химических и межмолекулярных, удерживающих макромолекулярные цепи друг около друга; 2) гибкостью цепей, связанной с внутренним вращеньем звеньев. В результате чего макромолекула может изменять пространственную форму путем перехода из одной конформации к другой. В результате конформационных изменений макромолекулы могут либо свертываться, образуя глобулы и клубки или выпрямляться и укладываться в ориентированные структуры – пачки. Наиболее вероятной конформацией молекулы ВМС является клубок, или глобула. Гибкость  цепей полимеров зависит от химического строения цепи, природы заместителей, их числа и распределения по длине цепи, числа звеньев в цепи.

       Растворы ВМС, как и растворы низкомолекулярных соединений (НМС), являются гомогенными, термодинамически равновесными и агрегативно устойчивыми  системами. Это истинные растворы.

       Однако свойства растворов ВМС (табл. 1) существенно отличаются от свойств растворов НМС. Отличия заключается в том, что растворы ВМС обладают малой скоростью диффузии, малым осмотическим давлением, значительной вязкостью, чем соответствующие им по концентрации растворы НМС. Растворы ВМС имеют также свойства. Не присущие растворам НМС: светорассеивание, тиксотропия.

       Тиксотропия – способность в изотермических условиях самопроизвольно восстанавливать свою структуру после механического разрушения.

Таблица 1

Характеристики и свойства различных дисперсных систем

Характеристики и свойства	Растворы истинные
Низкомолекулярных веществ	ВМС
1. Дисперсологическая характеристика	Гомогенная система
1.1. Дисперсионная среда	жидкая	Жидкая
1.2. Дисперсная фаза	Молекулы, ионы	Макромолекулы
1.3. Поверхность раздела фаз	Нет	Нет
1.4. Размер частиц дисперсной фазы, нм	До 1 (до 10-9 М)	1-100 (10-9 – 10-7 м)
2. Устойчивость
2.1. Агрегативная	Устойчивы	Устойчивы
2.2. Термодинамическая	Устойчивы	Устойчивы
3. Физические свойства
3.1. Диффузия	Хорошо выражена	Слабо выражена
3.2. Диализ	Происходит	Не происходит
3.3. Осмотическое давление	Высокое	Низкое
3.4. Броуновское движение	Есть	Есть
3.5. Конус Тиндаля	Нет	Нет
3.6. Вязкость	Низкая	Относительно высокая
3.7. Возможность ультрафильтрации (диаметр пор фильтра менее 1 нм)	Есть	Нет
3.8. Возможность фильтрации через бумажный фильтр	Есть	Есть для невязких растворов
3.9. Возможные явления под действием электролитов,  спирта, сиропов, глицерина	Изменение растворимости	Высаливание (дегидратация)

Количественной мерой набухания является степень набухания б, которая может иметь объемное или массовое выражение:

б =  или  б=  , где 

б – степень набухания; V0 и V, m0 и m – соответственно объемы и массы исходного и набухавшего полимера.

       Набухание может быть ограниченным и неограниченным. В первом случае б достигает постоянной предельной величины (например, набухание желатина в воде при комнатной температуре), во втором – значения m и б проходят через максимум, после которого полимер постепенно растворяется (например, желатин в  горячей воде). В этом случае набухание является начальной стадией растворения.

       Растворы ВМС – устойчивые системы, однако при определенных условиях возможно нарушение устойчивости, что приводит к высаливанию, коацервации, застудневанию.

Высаливание ВМС. Растворы ВМС образуются самопроизвольно и являются термодинамически устойчивыми.

       Под влиянием электролитов происходит процесс выделения ВМС из раствора, называемый высаливанием. Концентрацию электролита, при которой наступает быстрое осаждение полимера, называют порогом высаливания ВМС. Высаливающее действие ионов изменяется в соответствии с их гидратируемостью. Высаливание ВМС имеет большое практическое значение. Его применяют для фракционирования белков, полисахаридов и других веществ.

       Коацервация. При нарушении устойчивости раствора ВМС возможно образование коацервата – новой жидкой фазы, обогащенной полимером. Это явление носит название коацервации и характерно для ряда белков. Оно заключается в разложении системы на две фазы, из которых одна представляет собой раствор ВМС в растворителе, а другая – раствор растворителя в ВМС.

       Застудневание. В результате ограниченного набухания ВМС или частичного испарения растворителя из раствора ВМС образуются студни. Студень можно рассматривать как ограниченно набухший полимер или концентрированный раствор полимера.

Синерезиз сопровождается уплотнением пространственной структуры-сетки и уменьшением объема студня. Пример синерезиса – отделение сыворотки при свертывании крови.

       Разнообразные специфические свойства природных и синтетических полимеров широко используются в фармацевтической технологии. Применение их идет по разным направлениям.

Применение ВМС в фармации

Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: классификация, структура, свойства полимеров, свойства растворов полимеров, использование ВМС в фармации

Вопросы для самоконтроля:

Каковы свойства медицинских ВМС? Какие свойства проявляют растворы ВМС? На чем основано использование ВМС в фармации?

Рекомендуемая литература: