Лекция 5. Растворы ВМС и коллоидные растворы

ВМС называются соединения, состоящие из макромолекул с молекулярной массой от нескольких тысяч до миллиона и более, которые имеют форму длинных вытянутых или свернутых в клубки цепей.

Классификацируют ВМС следующим образом:

1. По способу получения:

-природные (белки животного происхождения – желатин, коллаген и ферменты – пепсин)

-синтетические карбоцепные и гетероцепные.

2. По применению:

-лекарственные вещества

-вспомогательные вещества

3. В зависимости от способности к растворению в воде ВМС делятся на ограниченно и неограниченно набухающие.

ВМС (из-за большой молекулярной массы) не летучи, не перегоняются с водяным паром, не имеют определенной температуры плавления, обладают повышенной вязкостью, чувствительны к факторам внешней среды. Представляют собой аморфные или твердые стеклообразные массы или эластичные тела.

Растворы ВМС занимают промежуточное положение между истинными и коллоидными растворами.

С истинными растворами их объединяет:

- физико-химическая природа растворения;

- процесс растворения;

- самопроизвольность процесса растворения;

- агрегативная и термодинамическая устойчивость;

С коллоидными:

- слабая степень диффузии;

- непрозрачность в отраженном свете;

- большая молекулярная масса.

Набухание – это самопроизвольный процесс увеличения объема ВМС за счет поглощения растворителя. Неограниченное набухание заканчивается растворением – соединение поглощает растворитель, а затем при той же температуре переходит в раствор. При ограниченном набухании ВМС поглощает растворитель, а само в нем не растворяется (образуется студень), так как сохраняются прочные связи, которые растворитель не в состоянии разорвать. Для получения раствора необходима дополнительная энергия (обычно тепловая).

Нарушение устойчивости растворов ВМС

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. Для разрушения раствора ВМС требуется большая концентрация электролита. В основе механизма высаливания ВМС лежит процесс дегидратации. Ионы введенного электролита и молекулы спирта как бы «отнимают» большую часть растворителя от макромолекулы полимера. 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.

В фармацевтической технологии высаливание часто применяют в производстве ферментных и других препаратов из животного сырья с целью осаждения примесей сопутствующих белков или для выделения действующего белка (гормона, фермента).

В аптечной технологии лекарств высаливающее действие электролитов (а также этилового спирта, сахарного сиропа), учитывают при изготовлении растворов ВМС. Этиловый спирт и большие количества электролитов несовместимы с раствором ВМС.

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. Коацерват может находиться в исходном растворе в виде капель или образовывать сплошной слой (расслаивание). Процессу коацервации способствует низкая температура, изменения рН среды, введение низкомолекулярных электролитов. Наиболее изучена коацервация белков и полисахаров в водных растворах. Коацервацию используют при микрокапсулировании лекарств.

Застудневание. В результате ограниченного набухания ВМС или частичного испарения растворителя из раствора ВМС образуются студни. Таким образом, студень можно рассматривать как ограниченно набухший полимер или концентрированный раствор полимера. Студни – это гомогенные системы. При старении гомогенность студней нарушается вследствие синерезиса – постепенного сжатия полимерной сетки (матрицы) и выделения жидкой фазы.

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

Явление студнеобразования широко применяется при создании лекарственных препаратов – мазей и суппозиториев на соответствующих основах, депо лекарственных веществ, сорбентов, мембран с регулируемой скоростью высвобождения. Студни используют в процессе гельпроникающей хроматографии при разделении на группы суммарных (например, экстракционных) препаратов, а также для получения обессоленных препаратов, в том числе обессоленной воды.

Таким образом, разнообразные специфические свойства природных и синтетических полимеров широко используются в фармацевтической технологии. Применение их идет по разным направлениям.

Применение ВМС в фармации

Растворы неограниченно набухающих веществ

Микстуры с пепсином: пепсин – протеолитический фермент, получаемый из слизистой оболочки желудка свиньи. Применяют 2 – 4% растворы в соотношении с соляной кислоты (активность проявляется при рН = 1,8 – 2,0). Особенностью приготовления является последовательность смешения компонентов: сначала готовят раствор кислоты и уже в нем растворяют пепсин. Растворы пепсина не фильтруют через фильтры, так как он адсорбируется на них.

Recipe: Pepsini 2,0

Sol. acidi hydrochlorici 2% 200ml

Misce. Da. Signa:

ППК

Лицевая сторона

дата №рецепта

Aquae destillatae 160 ml

Solutionis acidi hydrochlorici diluti 1:10 40 ml

Pepsini 2,0

V_об – 200 мл

Растворы камедей (слизей): особенностью слизей является высокая вязкость и, следовательно, высокие обволакивающие свойства. Растворы камедей замедляют всасывание веденных с ними ЛВ, уменьшают местное раздражающее действие некоторых ЛВ, улучшают вкусовые ощущения, уменьшают воспалительные явления слизистых оболочек. Раствор абрикосовой камеди приготавливается в соотношении 1:3 путем постепенного прибавления порошка камеди к отмеренному количеству горячей воды или смешиванием в ступке с холодной водой.

Микстуры с экстрактами: в составе экстрактов находятся камеди, слизистые вещества, растительные белки, крахмал.

Recipe: Ammonii chloridi 2,0 Extracti Glycyrrhizae 3,0 Aquae destillatae 180 ml M.D.S:

ППК Лицевая сторона дата №рецепта Aquae destillatae 170 ml Sol. Ammonii chloridi 20% (1:5) 10 ml Extracti Glycyrrhizae spissi 3,0 Vоб – 180 мл

В отпускной флакон оранжевого стекла помещают половинное количество воды, прибавляют 10мл концентрированного раствора аммония хлорида. Отвешенное на фильтровальной бумаге количество густого экстракта прикрепляют к пестику бумагой кверху, смачивают бумагу водой или спиртом и фильтровальная бумага легко отделяются от экстракта. После этого экстракт смешивают в ступке сначала с небольшим количеством теплой воды, затем прибавляют постепенно новые порции воды до полного растворения экстракта, ополаскивая ступку остатками воды, фильтруют во флакон для отпуска с раствором аммония хлорида.

Растворы ограниченно набухающих веществ

Растворы желатина: желатин – продукт частичного гидролиза коллагена, который содержится в соединительных тканях, коже, хряще и т.д. Представляет собой белые или слегка желтоватые просвечивающие гибкие листочки или мелкие пластинки без запаха. Практически нерастворим в воде холодной, но набухает в ней и размягчается, постепенно поглощая от 6 до 10ч. воды от собственной массы. После набухания (~40 мин) растворим в горячей воде, горячих смесях воды и глицерина. Нагревать следует на водяной бане при температуре 40-50⁰. Процеживать следует через марлю. Для растворов желатина концентрацией выше 1,5% необходима предварительная надпись “Перед употреблением подогреть”. Греть следует в горячей воде, погружая в нее флакон с раствором.

Растворы крахмала готовят по массе, концентрацией 2% (если в рецепте нет других указаний) в соотношении:

1ч. крахмала; 4ч. холодной воды и 45ч. горячей воды.

В холодной воде крахмал не растворяется, а лишь слегка набухает, поглощая до 40% воды. В кипящей воде крахмальные зерна разрушаются, и при этом образуется крахмальный клейстер, который может быть выписан под названием “Mucilago” или “Decoctum”.

Recipe: Chlorali hydratis 0,2 Mucilaginis Amyli 100,0 M.D.S.

ППК Лицевая сторона дата №рецепта Aquae destillatae frigidae 8 ml Amyli 2,0 Aquae destillatae calidae 90 ml Chlorali hydratis 0,2 mоб – 100,2

В фарфоровой чашке кипятят 90мл дистиллированной воды и в кипящую воду приливают взвесь крахмала в холодной воде. Смесь энергично перемешивают для предотвращения комкования, нагрев продолжают 1-2 мин. После охлаждения слизи в ней растворяют хлорал гидрат и раствор процеживают сквозь двойной слой марли в отпускной тарированный флакон оранжевого стекла.

Коллоидные растворы

Коллоидные растворы являются дисперсными системами, размер частиц которых лежит в пределах 1-100 нм. Особенностью коллоидных растворов является их агрегатная и термодинамическая неустойчивость. Коллоидные растворы устойчивы в присутствии третьего компонента – стабилизатора, который адсорбируется на поверхности раздела “частица-среда” и предотвращает их коагуляцию.

Коагуляция может произойти:

- при изменении температуры;

- состава дисперсной воды;

- при механическом воздействии;

- под действием окружающей среды и тд.

Различают 3 вида устойчивости гетерогенных систем:

· Седиментационную – при этом частицы дисперсной фазы, находятся во взвешенном состоянии, т.е. не оседают под действием силы тяжести;

· Агрегативную – при этом частицы дисперсной фазы не изменяют своих размеров во времени, т.е не слипаются.

· Конденсационную – при этом частицы дисперсной фазы сохраняют свою индивидуальность в образовавшемся агрегате.

Растворы защищенных коллоидов

Принцип «защиты» коллоидов заключается в сочетании коллоидного компонента с ВМС. Эти растворы характеризуются обратимостью, спонтанностью растворения и относительной устойчивостью. Их не рекомендуется фильтровать через фильтровальную бумагу, а только, при необходимости, через стеклянные фильтры. В фармацевтической практике применяют три коллоидных препарата: колларгол, протаргол (искусственно защищенные коллоиды) и ихтиол (природно защищенный коллоид).

Полуколлоидные растворы – это растворы коллоидных электролитов, системы, в которых вещество одновременно находится как в истинно растворенном, так и в коллоидном состоянии. Полуколлоиды легко адсорбируются на неполярных поверхностях и гидрофилизируют их. К числу полуколлоидов относятся мыла, препараты дубильных веществ. Коллоидные растворы при отпуске оформляют предупредительными надписями: «Перед употреблением взбалтывать», «Хранить в прохладном, защищенном от света месте». Отпускают во флаконах темного стекла, так как под действием света окись серебра разрушается и превращается в металлическое серебро.

Протаргол – представляет собой коллоидный препарат окиси серебра, защищенный продуктами гидролиза белка, содержит 8-9% серебра.

Колларгол – содержит до 70% серебра и до 30% белковых веществ.

Ихтиол – аммониевая соль сульфокислот сланцевого масла. Это почти черная сиропообразная жидкость со своеобразным запахом. Учитывая высокую вязкость ихтиола, его растирают с жидкостью в выпарительной, предварительно старированной чашке.

Recipe: Ichthyoli 2,5

Glycerini 10,0

Aquae destillatae 15 ml

M.D.S:

В тарированную подставку отмеривают 15 мл дистиллированной воды и отвешивают глицерин. Ихтиол отвешивают в тарированную фарфоровую чашку, затем частями прибавляют раствор глицерина в воде и растворяют ихтиол, растирая его пестиком. Часть водного раствора глицерина оставляют, чтобы ополоснуть фарфоровую чашку с ихтиолом, после его процеживания в отпускной флакон через рыхлый промытый комок ваты. Ихтиол можно растворять непосредственно и в отпускном тарированном флаконе, куда прибавляют воду, глицерин и ихтиол.