Высокомолекулярные соединения (ВМС) в фармации

Содержание

Введение……………………………………………………………………….…3

Глава 1. Характеристика ВМС как вспомогательных веществ

1.1 Понятие ВМС…………………………………………………………….…..4

1.2 Классификация ВМС…………………………………………………….…..7

Глава 2. Применение ВМС в качестве вспомогательных средств

2.1 Мазевые основы……………………………………………………….…….10

2.2 Стабилизаторы………………………………………………………………15

2.3 Пролонгаторы………………………………………………………………..17

Заключение……………………………………………………………………….19

Литература……………………………………………………………………….21

 

 

Введение

 

Высокомолекулярные соединения — химические соединения, молекулярная масса которых — от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Атомы в них соединены между собой химическими связями. Атомы или атомные группировки в молекуле высокомолекулярных соединений располагаются либо в виде длинной цепи (линейные высокомолекулярные соединения, например целлюлоза), либо в виде разветвленной цепи (разветвленные высокомолекулярные соединения, например амилопектин). Высокомолекулярные соединения, состоящие из большого числа повторяющихся группировок (звеньев) одинакового строения, называют полимерами, например поливинилхлорид (-СН2—СНС1—)n, каучук натуральный и др. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами. Благодаря ценным свойствам высокомолекулярные соединения применяются, прежде всего, в аптечной технологии .

ВМС используются в технологии всех лекарственных форм: как основы для мазей, суппозиториев, пилюль и др., как стабилизаторы, как пролонгирующие компоненты, как вещества, исправляющие вкус. Введение в технологию новых ВМС позволило создать новые ЛФ: многослойные таблетки длительного действия, спансулы (гранулы, пропитанные раствором ВМС) микрокапсулы; глазные лекарственные пленки; детские лекарственные формы.

 

 

Глава 1. Характеристика ВМС как вспомогательных веществ

 

1.1 Понятие ВМС

 

К высокомолекулярным соединениям (ВМС) относятся различные природные и синтетические вещества, имеющие молекулярную массу от нескольких тысяч до миллиона и более.

Хотя растворы ВМС обладают свойствами, характерными для коллоидных растворов (способностью к диализу, малой диффузионной способностью и др.), их все же нельзя относить к типичным коллоидным системам в связи с тем, что в растворах ВМС растворенное вещество раздроблено до молекул, и, следовательно, эти растворы представляют гомогенные и однофазные системы. Молекулы ВМС чаще всего имеют линейное строение, причем длина их значительно больше поперечника. Например, длина молекулы целлюлозы равна 400—500 нм, а ширина ее — 0,3—0,5 нм. Все ВМС вследствие их большой молекулярной массы нелетучи и чувствительны к воздействию различных внешних факторов: молекулы их легко распадаются под действием самого незначительного количества кислорода и других повреждающих агентов. Большинство ВМС при повышении температуры размягчается постепенно и не имеет определенной температуры плавления.

У этих веществ температура разложения ниже температуры кипения, поэтому ВМС могут находиться только в конденсированном состоянии. Свойства высокомолекулярных соединений зависят не только от величины, но и от формы их молекулы. Например, ВМС с изодиаметрическими молекулами (гемоглобина, гликогена, пепсина, трипсина, панкреатина и др.) обычно представляют собой порошкообразные вещества и при растворении почти не набухают. Их растворы не обладают высокой вязкостью даже при сравнительно больших концентрациях.

ВМС с сильно асимметричными молекулами (желатина, целлюлозы и ее производных) при растворении сильно набухают и образуют высоковязкие растворы.

Растворение ВМС с линейной структурой состоит из двух стадий: сольватации макромолекул в результате диффузии в ВМС растворителя (при этом происходит разрушение связей между отдельными макромолекулами) и собственно растворения, заключающегося в смешении макромолекул с маленькими молекулами растворителя.

Полярные группы обладают способностью гидратироваться, т.е. ориентировать молекулы воды и удерживать их. Ориентировочно карбоксильная группа удерживает 4 молекулы воды, гидроксильная — 3, кето- и альдегидная — по 2. При тепловом движении макромолекул между ними образуются зазоры, в которые легко проникают молекулы воды. Последние более подвижны, поэтому сначала происходит их диффузия внутрь молекул ВМС. При этом молекулы воды ориентируются вокруг полярных групп, гидратируя их и образуя мономолекулярный слой. Высокомолекулярные соединения при набухании увеличиваются в объеме примерно в 10—15 раз. Когда связь между молекулами ВМС ослабляется, они диффундируют в воду, образуя истинный раствор. Однако набухание не всегда завершается растворением. Очень часто после достижения известной степени набухания процесс прекращается (ограниченное набухание, обусловленное ограниченным растворением). Примером может служить набухание производных целлюлозы в воде при комнатной температуре.

При изменении условий ограниченное набухание может переходить в неограниченное. Например, желатин и агар-агар, набухающие в ограниченном количестве в холодной воде, в теплой набухают неограниченно.

Растворы ВМС (если они находятся в термодинамическом равновесии) являются агрегативно устойчивыми. Однако при введении больших количеств электролитов отмечается выделение ВМС из раствора в результате уменьшения их растворимости в концентрированном растворе электролита (высаливание). Этот процесс обратим: после удаления из осадка электролита промыванием или диализом ВМС снова становится способным к растворению. Высаливающее действие различных осаждающих веществ является следствием их собственной сольватации, при которой происходит затрата растворителя, ведущая к снижению растворимости ВМС. Высаливание ВМС в растворах наблюдается и при низкой температуре.

При изготовлении сложных растворов, содержащих одновременно высокомолекулярные соединения и вещества, которые обладают высаливающим действием, целесообразно делить растворитель на две части и использовать одну из них для растворения высокомолекулярного соединения, а другую — для веществ, оказывающих высаливающее действие. Впоследствии полученные растворы смешивают друг с другом. В случае слабой концентрации высаливающих ингредиентов высокомолекулярное соединение можно растворять (обязательно в первую очередь) в чистом растворителе, а затем к полученному раствору добавлять вещества с высаливающим действием.

При обратном порядке работы, а также при растворении высокомолекулярного вещества в растворе высаливающих соединений растворение, как правило, сильно затруднено.

Кроме того, под действием перечисленных выше факторов может наблюдаться явление коацервации, т.е. разделение системы на два слоя. При этом вещество дисперсной фазы не отделяется от растворителя в виде хлопьев, а вся система расслаивается на концентрированный слой полимера в растворителе и разбавленный раствор того же полимера.

Под действием некоторых факторов (в основном низких температур) возможно также застудневание, или желатинирование, растворов ВМС. Переход раствора из свободнодисперсного состояния в гель сопровождается потерей текучести. Процесс желатинирования может продолжаться и в самом геле, при этом происходит разделение студня на две фазы и выделение воды. 
1.2 Классификация ВМС

 

По происхождению высокомолекулярные соединения делят на природные, или биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), и синтетические (полиэтилен, полистирол, феноло-алъдегидные смолы). В зависимости от расположения в макромолекуле атомов и атомных групп различают:

1) линейные ВМС, макромолекулы которых представляют собой открытую, линейную, цепь (каучук натуральный) или вытянутую в линию последовательность циклов (целлюлоза);

2) разветвленные ВМС, макромолекулы которых имеют форму линейной цепи с ответвлениями (амилопектин);

3) сетчатые высокомолекулярные  соединения - трехмерные сетки, образованные отрезками ВМС цепного строения.

Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из различных стереоизомеров звена. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи с определенной периодичностью, называются стереорегулярными.

По химическому составу макромолекулы различают гомополимеры (полимер образован из одного мономера, например полиэтилен) и сополимеры (полимер образован, по меньшей мере, из двух различных мономеров, например бутадиен-стирольный каучук). ВМС, состоящие из одинаковых мономерных звеньев, но различающиеся по молекулярной массе, называются полимергомологами .

Сополимеры в зависимости от характера распределения различных звеньев в макромолекуле делят на регулярные и нерегулярные. В регулярных макромолекулах наблюдается определенная периодичность распределения звеньев. Простейшие примеры - чередующиеся сополимеры стирола с малеиновым ангидридом или некоторых олефинов с акриловыми мономерами, построенные по типу ... АВАВАВАВ..., где А и В - мономерные звенья. Более сложные регулярные последовательности чередования звеньев реализованы, например, в полипептидах – сополимерах α - аминокислот.

В зависимости от состава основной (главной) цепи макромолекулы все ВМС делят на два больших класса: гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов, и гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы разных элементов, чаще всего С, N, Si, P.

Среди гомоцепных высокомолекулярные соединения наиболее распространены карбоцепные (главные цепи состоят только из атомов углерода), например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен, гуттаперча. Примеры гетероцепных высокомолекулярные соединения - полиэфиры (полиэтилен оксид, полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, кремнийорганические полимеры, мочевино - формалъдегидные смолы, белки, целлюлоза.

Высокомолекулярные соединения, в макромолекулы которых наряду с углеводородными группами входят атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими. В полимерах, содержащих атомы металла обычные ковалентные связи могут сочетаться с координационными.

Отдельная группа высокомолекулярные соединения - неорганические полимеры (полифосфазены), макромолекулы которых построены из неорганических главных цепей и не содержат органических боковых радикалов (обрамляющих групп).

Свойства и основные характеристики.

Высокомолекулярные соединения обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Эти свойства обусловлены высокой молекулярной массой ВМС, цепным строением макромолекул, их гибкостью и наиболее полно выражены у линейных высокомолекулярных соединений. По мере перехода от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к частым сетчатым структурам комплекс характерных свойств высокомолекулярных соединений становится все менее выраженным. Трехмерные высокомолекулярные соединения с очень большой частотой сетки нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.

По фазовому состоянию высокомолекулярные соединения могут быть кристаллическими или аморфными. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков молекулярной цепи.

 

 

Глава 2. Применение ВМС в качестве вспомогательных средств

 

2.1 Мазевые основы

 

Полиэтиленоксиды (ПЭО) получают полимеризацией этилена оксида или поликонденсацией этиленгликоля.

Среди водорастворимых основ ПЭО применяются наиболее широко и входят в фармакопеи большинства стран мира. Это объясняется следующими преимуществами ПЭО:

обладают хорошей растворимостью в воде, сохраняющейся у полимергомологов с молекулярной массой даже до 1000.

В связи с этим мази, приготовленные из них, легко смываются водой, что особенно важно при поражении кожи, покрытой волосами, и для лечения ран без нарушения гранулята;

способны растворять гидрофильные и гидрофобные лекарственные препараты;

способны растворяться в спирте, не диссоциировать в водном растворе и не изменяться в присутствии электролитов;

хорошо смешиваются с парафинами и глицеридами с образованием стабильных псевдоэмульсий;

способны хорошо наноситься на кожу и равномерно распределяться на ней, не препятствуя газообмену и не нарушая деятельности желез; сохраняют однородность после смешивания с секретами кожи или слизистой оболочки;

обладают слабым бактерицидным действием за счет наличия в молекуле первичных гидроксильных групп. Поэтому ПЭО не подвергаются действию микроорганизмов и могут сохраняться достаточно длительное время при любых температурных условиях;

осмотически активны, что особенно важно при обработке загрязненных ран.

Полиэтиленоксиды выпускаются с молекулярной массой от 400 до 4000 и различной консистенции (от жидкой до твердой). Они не имеют запаха и вкуса, хорошо смешиваются с водой, глицерином, органическими растворителями, нерастворимы в эфире, маслах.

ПЭО совместимы с большинством лекарственных веществ, однако несовместимы с фенолами, тяжелыми металлами и танином; а при сочетании с лекарственными веществами, содержащими окси- и карбоксильные группы возможна потеря их терапевтической активности.

В качестве основ для мазей используют как сплавы твердых и жидких ПЭО (марок 400, 1500, 4000), так и композиции ПЭО различной молекулярной массы с глицерином и другими вспомогательными веществами.

Полиэтиленоксидная основа (ПЭО-400 — 60,0; ПЭО-4000 — 40,0) готовится следующим образом: на водяной бане при температуре 70 °С расплавляют ПЭО-4000, добавляют ПЭО-400 и перемешивают механической мешалкой в течение 30 мин при 500—550 об/мин до получения однородной вязкой сметанообразной массы. Для ректальных мазей рекомендована основа состава: 70,0 ПЭО-400; 30,0 ПЭО-1500; для вагинальных — 80,0 ПЭО-400; 20,0 ПЭО-1500. Все ПЭО-основы нейтральны, нетоксичны, физиологически индифферентны, при длительном применении не мацерируют кожу, легко освобождают лекарственные вещества, не являются средой для развития микрофлоры. При диспергировании липофильных веществ в полиэтиленоксидных основах получают псевдоэмульсию, а при добавлении эмульгатора — истинную эмульсию. Благодаря хорошей смешиваемости с другими веществами эти основы могут быть использованы для всех растворимых и большинства нерастворимых в воде препаратов .