Розчини високомолекулярних сполук

Зміст. 3

Вступ. 5

1. ВМС, їх характеристика та властивості 8

1.1 Характеристика високомолекулярних сполук. 8

1.2 Особливості ВМС.. 8

1.3 Набухання ВМС.. 10

1.4 Висолювання ВМС.. 12

1.5 Захисна дія ВМС.. 14

1.6 В'язкість розчинів ВМС.. 15

2. Класифікація та біофармацевтична оцінка ВМС.. 19

2.1 Принципи класифікації ВМС.. 19

2.2.Крохмаль та його похідні 19

2.3.Екстракти. 21

2.4.Полісахариди. 22

2.5.Білки. 23

2.6.Ферменти. 24

2.7.Желатин і продукти його гідролізу. 26

2.8.Целюлоза та її похідні 28

2.9.Синтетичні полімери аліфатичного ряду. 30

2.10.Поліетиленоксиди. 31

2.11.Силікони. 33

2.12.Поверхнево-активні речовини. 34

3. Власна технологія розчинів ВМС.. 37

3.1.Виготовлення розчинів необмежено набухаючих ВМС.. 37

3.2.Виготовлення розчинів обмежено набухаючих ВМС.. 38

3.3.Несумісність лікарських речовин в розчинах ВМС.. 39

Практична частина. 41

Висновки та рекомендації 55

Список використаної літератури. 56

Високомолекулярні речовини володіють великою (не нижче 10000–15000) молекулярною масою і дуже великими розмірами молекул. У лінійних (ланцюгових) молекул високомолекулярних сполук, що мають поперечник у декілька десятих нанометра, довжина досягає декількох сотень нанометрів.

До числа високомолекулярних з'єднань належать білки, ферменти, целюлоза і її ефіри, крохмаль, декстрини, пектини, камеді, рослинні слизи й інші високомолекулярні вуглеводи, багато природних смол і т. п.

В даний час розчини високомолекулярних з'єднань розглядаються як різновид справжніх розчинів. Як і інші справжні розчини, розчини високомолекулярних сполук є гомогенними (однофазними) молекулярно – чи іонодисперсними системами. Елементарними структурними одиницями в цих системах є гігантські молекули – макромолекули високомолекулярних з'єднань чи їхні іони. Ступінь дисперсності в розчинах високомолекулярних з'єднань має порядок 10⁶–10⁷ см^-1.

Розчини високомолекулярних сполук звичайно одержують шляхом поступового необмеженого набрякання вихідної речовини в придатному розчиннику.

Набрякання – мимовільний процес, що характеризується поступовим поглинанням великих кількостей розчинника й одночасним значним збільшенням (до 10–15-кратного) обсягу тіла, що набухає.

При готуванні розчинів з багатьох порошкоподібних високомолекулярних сполук, що володіють здатністю набухати в даному розчиннику, часто приходиться зважати на те, що при невдалому змішанні з розчинником високомолекулярна речовина, що набухає, що має вид порошку, утворює грудки, погано взаємодіючі з рідиною й у кращому випадку лише надзвичайно повільно переходить в розчин.

Для попередження комковання необхідна правильна методика змішання порошкоподібного матеріалу з розчинником. Якщо процес набрякання відбувається не занадто швидко, то порошкоподібну речовину безупинно перемішують з рідиною, що поступово додається, у ступці чи обережно (не занадто швидко) висипають на поверхню рідини з таким розрахунком, щоб повітря могло вільно вийти через ще незмочені ділянки порошкоподібної маси. Якщо процес набрякання відбувається короткий час, то вигідніше скористатися іншим прийомом – змочити матеріал, що розчиняється, розчинником, щоб у такий спосіб витиснути рідиною повітря, що знаходиться в порошкоподібному матеріалі.

В'язкість розчинів високомолекулярних сполук змінюється в дуже широких межах у залежності від концентрації температури, наявності домішок, а також зовнішніх механічних впливів (збовтування, перемішування). По характері в'язкості навіть відносно малоконцентрированные розчини високомолекулярних сполук повинні бути віднесені до числа структурованих систем. Довгі нитковидні молекули, зв'язані з розчинником і переплутані один з одним, утворюють складну сітку, є причиною аномально високої в'язкості розчинів. Підвищення температури, що збільшує рухливість макромолекул, зменшує ступінь зв'язку їх з розчинником і зменшуюючи в'язкість розчинника, трохи знижує в'язкість розчинів високомолекулярних з'єднань. Механічні впливи приводять до оборотного явища тиксотропії, тобто до руйнування структурних сіток, що викликає тимчасове, часом значне зменшення в'язкості системи.

Унаслідок значної в'язкості розчинів високомолекулярних з'єднань проціджування їх можливе лише крізь крупнопетлисті сітки – марлю, марлю з ватою, тканини, сита. Фільтрування можливе лише для малоконцентрованих і звичайно нагрітих розчинів чи при застосуванні тиску.

Додавання до розчинів високомолекулярних сполук інших інгредієнтів, розчинних у тім же розчиннику, може приводити до десольватації розчиненої високомолекулярної речовини і внаслідок цього до виділення його в осад (висалювання). Іноді в ролі «висолюючої» речовини виявляються не тільки солі, але і неіонізовані речовини, наприклад, спирт, ацетон і т. п. Висолююча дія осаджувачів високомолекулярних сполук звичайно є наслідком їхньої власної сольватації за рахунок макромолекул. Розчинник, витрачений на сольватацію осаджуючого речовини, утрачає здатність брати участь у розчиненні розчиненої речовини.

При виготовленні складних розчинів, що містять одночасно високомолекулярні сполуки і речовини, що володіють висолюючою дією, доцільно поділяти розчинник на дві частин і використовувати одну з них для розчинення високомолекулярної сполуки, іншу – для речовин, що роблять висолюючу дію. Обидва отриманих розчини змішують один з одним. Якщо концентрація висолюючих інгредієнтів не дуже велика, можна розчиняти високомолекулярну сполуку (обов'язково в першу чергу) у чистому розчиннику, а потім в отриманому розчині розчиняти речовини з висолюючою дією. При зворотному порядку роботи, а також при розчиненні високомолекулярної речовини в розчині висолюючих сполук – розчинення, як правило, сильно утруднене.

Як ми бачимо технологія приготування розчинів високомолекулярних сполук досить складна і має цілу низку особливостей. Але високомолекулярні сполуки дуже поширені у природі і постійно використовуються в аптечній технології ліків. В зв’язку з цим дуже актуальним є вивчення особливостей високомолекулярних сполук та тонкощів технології лікарських засобів з використанням високомолекулярних сполук.

1.1 Характеристика високомолекулярних сполук

Високомолекулярними сполуками називаються природні чи синтетичні речовини з молекулярною масою від декількох тисяч (не нижче 10–15 тисяч) до мільйона і більш.

Молекули цих сполук представляють гігантські утворення, що складаються із сотень і навіть тисяч окремих атомів, зв'язаних один з одним силами головних валентностей, тому такі молекули прийнято називати макромолекулами. Молекули високомолекулярних сполук (ВМС) найчастіше являють собою довгі нитки, що переплітаються між собою чи згорнуті в клубки, причому довжина їх значно більша поперечника. Так, довжина молекули целюлози дорівнює 400–500 нм, а поперечник – 0,3–0,5 нм. Отже, ці молекули різко анізодіаметричні і при зіткненні з відповідним розчинником утворюють справжні (молекулярні) розчини.

Характерна риса більшості ВМС – наявність у їх молекулах багаторазово повторюваних ланок. Це повторення залежить від ступеня полімеризації. Звідси ці речовини мають ще і другу назву – полімери.

1.2 Особливості ВМС

Дослідженнями останніх десятиліть доведено, що розчини ВМС не можна віднести до типових колоїдних систем, хоча вони мають властивості, характерні для колоїдних розчинів: своєрідність часток розчиненої речовини; рух аналогічний броунівсько-му; малі швидкості дифузії в їх розчинах через великі розміри молекул ВМС, внаслідок чого вони не здатні проникати через напівпроникні мембрани; малі значення осмотичного тиску; повільніше протікання в розчинах ряду процесів (включаючи і хімічні, підвищену схильність до утворення різноманітних хімічних комплексів та ін.) Усе це вказує на те, що розчини ВМС сполучають у собі властивості як істинних, так і колоїдних розчинів. Пояснюється це тим, що арозчинах ВМС розчинена речовина роздроблена на молекули, і, отже, ці розчини являють собою гомогенні й однофазні системи. При розчиненні ВМС розчини утворюються самовільно, тобто не потрібні спеціальні добавки для їх утворення. Розчини ВМС – термодинамічно рівноважні системи, що тривалий час є стійкими, якщо немає впливу зовнішніх факторів (наприклад, розчинів електролітів). Розчини ВМС за молекулярно-кінетичними властивостями нічим не відрізняються від розчинів низькомолекулярних сполук. Незважаючи на те, що макромолекули не виявляються в ультрамікроскопі, вони мають здатність до світлорозсіювання, що приводить до опалесценції або деякої каламутності розчину.

Всі ВМС внаслідок їх великої молекулярної маси не леткі і не здатні переганятися. З цієї ж причини ВМС дуже чутливі до впливу різних зовнішніх факторів. Макромолекули легко розпадаються під впливом навіть незначних кількостей кисню та інших деструктивних агентів. Більшість ВМС при підвищенні температури розм'якшуються поступово і не мають визначеної температури плавлення. У цих речовин температура розкладання нижче температури кипіння, а тому вони можуть знаходитися тільки в конденсованому стані.

Гігантські ланцюжкоподібні молекули ВМС по окремих ланках неоднорідні, мають дифільний характер. Окремі ланки складаються з атомних груп, що мають полярний характер. До числа полярних атомних груп належать – СООН, – NH₂, – ОН та ін. Ці радикали добре взаємодіють з полярними рідинами (водою, спиртом та ін.) – гідрату-ються, інакше кажучи, вони гідрофільні. Поряд з полярними макромолекули містять неполярні, гідрофобні радикали – – СН₃, – СН₂ – С₆Н₅ та ін., що можуть сольватуватися неполярними рідинами (бензол, петролейний ефір та ін.), але не можуть гідратуватися. У природних ВМС майже завжди переважають полярні групи, тому, потрапляючи у воду, вони поводяться як гідрофільні речовини. Чим більше полярних ділянок у молекулі ВМС, тим краще вона розчинна у воді.

1.3 Набухання ВМС

Властивості ВМС залежать від величини і форми їх моіїекули. Так, ВМС, що мають сферичні молекули (гемоглобін, глікоген, пепсин, трипсин, панкреатин та ін.) зазвичай являють собою порошкоподібні речовини і при розчиненні майже не набухають. Розчини цих речовин мають малу в'язкість навіть при порівняно великих концентраціях і підкоряються законам дифузії й осмотичного тиску.

ВМС із дуже асиметричними лінійними (розгалуженими), витягнутими молекулами (желатин, целюлоза та її похідні) при розчиненні дуже набухають і утворюють високов'язкі розчини, що не підкоряються закономірностям, властивим для розчинів низькомолекулярних речовин. Розчинення ВМС з лінійними молекулами супроводжується набуханням, останнє є першою стадією їх розчинення. Причина набухання в тому, що при розчиненні відбувається не тільки дифузія молекул речовини, яка розчиняється, у розчинник, як це відбувається при розчиненні низькомолекулярної речовини (НМР), але і дифундування розчинника у ВМС. Набухання полягає в наступному: молекули низькомолекулярної рідини-розчинника, рухливість яких у багато разів більша рухливості макромолекул, проникають у занурену в неї ВМС, заповнюючи вільні простори між макромолекулами. Далі розчинник починає надходити усередину речовини, що набухає, в наростаючій кількості завдяки гідратації полярних груп означених сполук. Основне значення гідратації полягає в ослабленні міжмолекулярних зв'язків, розпушенні цих сполук. Просвіти, що утворюються, заповнюються новими молекулами розчинника. Розсовуванню ланок і ланцюгів макромолекул сприяють і осмотичні явища, які протікають одночасно з гідратацією полярних груп високомолекулярних сполук.

Після того, як будуть зруйновані зв'язки між макромолекулами, тобто коли нитки їх будуть достатньо відсунуті одна від одної, макромолекули, набувши здатності до теплового руху, починають повільно дифундувати у фазу розчинника. Набухання переходить у розчинення, утворюючи однорідний істинний (молекулярний) розчин. Таким чином, розчинення ВМС із лінійними макромолекулами протікає у дві стадії: перша (сольватація-гідратація) супроводжується виділенням тепла, тобто зменшенням вільної енергії й об'ємним стиском. Основне призначення цієї стадії при розчиненні зводиться до руйнування зв'язків між окремими макромолекулами. В другій стадії набухання рідина поглинається без виділення тепла. Розчинник просто дифузно всмоктується в петлі сітки, утвореної поплутаними нитками макромолекул. У цій стадії відбувається поглинання великої кількості розчинника і збільшення об'єму набухаючої ВМС у 10–15 разів, а також змішування макромолекул з маленькими молекулами розчинника, що можна розглядати як чисто осмотичний процес.

Варто мати на увазі, що набухання такої сполуки не завжди закінчується її розчиненням. Дуже часто після досягнення відомого ступеня набухання процес припиняється. Набухання може бути необмеженим і обмеженим.

Необмежене набухання закінчується розчиненням. Сполука спочатку поглинає розчинник, а потім при тій же температурі переходить у розчин. При обмеженому набуханні високомолекулярна сполука поглинає розчинник, а сама в ньому не розчиняється, скільки б часу вона не знаходилась у контакті.

Обмежене набухання такої сполуки завжди закінчується утворенням еластичного гелю (холодцю). Однак обмежене набухання, обумовлене обмеженим розчиненням, часто при зміні умов переходить у необмежене. Так, желатин і агар-агар, що набухають обмежено в холодній воді, у теплій воді набухають необмежено, чим користуються при розчиненні цих речовин.

Набухання ВМС носить вибірковий характер. Вони набухають лише в рідинах, близьких їм за хімічною будовою. Так, сполуки, що мають полярні групи, набухають у полярних розчинниках, а вуглеводневі – тільки в неполярних рідинах.

1.4 Висолювання ВМС

Розчини ВМС, якщо вони знаходяться в термодинамічній рівновазі, є, як і справжні розчини, агрегативно стійкими. Однак при введенні великих кількостей електролітів спостерігається виділення ВМС із розчину. Але це явище не тотожне коагуляції типових колоїдних систем, яке відбувається при введенні невеликих кількостей електроліту і є необоротним процесом.

Виділення з розчину ВМС відбувається при додаванні великих кількостей електроліту і є оборотним процесом – після видалення з осаду електроліту чи промиванням діалізом ВМС знову стає здатним до розчинення. Різний і механізм обох явищ.

Коагуляція відбувається в результаті стиснення подвійного електричного шару і зменшення або повного зникнення електричного заряду, що є основним фактором стійкості. Виділення з розчину полімеру при додаванні великої кількості електроліту пояснюється простим зменшенням розчинності ВМС у концентрованому розчині електроліту і називається висолюванням. Висолююча дія різних осадників – наслідок їх власної сольватації, при якій відбувається затрата розчинника, що веде до зниження розчинності ВМС. При додаванні нейтральних солей їх іони, гідратуючись, віднімають воду в молекул ВМС. При висолюванні головну роль грає не валентність іонів, а їх здатність до гідратації. Висолююча роль електролітів, головним чином, залежить від аніонів, причому за висолюючою дією аніони можна розташувати в наступному порядку: сульфат-іон, цитрат-іон, ацетат-іон, хлорид-іон, роданід-іон.

Висолюючу дію мають не тільки аніони, але й катіони, такі як літій, натрій, калій, рубідій, цезій. З цих сполук найчастіше застосовуються сполуки, що містять катіони натрію і калію. Вони займають друге місце після аніонів за висолюючою дією. При додаванні електроліту розчинність ВМС знижується і вона випадає в осад. Чим вища здатність до гідратації іонів, тим сильніша їх висолююча дія. Тому при готуванні розчинів ВМС за прописами, до складу яких входять осадники, доцільно останні додавати до розчину ВМС у розчиненому вигляді. ВМС необхідно обов'язково розчиняти в чистому розчиннику, тому що в розчині солей розчинення цих речовин відбувається важко.

Дегідратація, розчиненої сполуки, а отже і висолювання її можуть бути викликані і неіонізованими речовинами, наприклад, спиртом. Висолююче діють також концентровані розчини цукру (сиропи). Ці речовини гідратуються за рахунок макромолекул. Розчинник, витрачений на їх гідратацію, вже втрачає здатність брати участь у розчиненні первинно розчиненого ВМС. Цукор і спирт мають сильно дегідратуючу дію при введенні у значних кількостях, тому їх необхідно додавати до розчину ВМС частинами при збовтуванні.

Під дією вказаних факторів спостерігається також явище коацервації – поділ системи на два шари. Коацервація відрізняється від висолювання тим, що речовина, тобто дисперсна фаза, не відокремлюється від розчинника у вигляді твердого пластівчастого осаду, а збирається спочатку в невидимі неозброєним оком жирні краплі, що поступово зливаються в краплі великого розміру, а потім відбувається розшаровування на 2 шари: перший – концентрований шар полімеру і розчинника; другий – розведений розчин того ж полімеру. Під дією низьких температур можливі і такі явища, як желатинування, або драгління, і синерезис.

Від висолювання драгління відрізняється тим, що не відбувається поділу системи з утворенням осаду, а вся система в цілому переходить в особливу проміжну форму свого існування – холодець, чи гель, причому цей стан характеризується повною втратою текучості. Наприклад, розчин желатину здраглюється при зниженні температури; при підвищенні температури він знову набуває плинності і його можна застосовувати. Процес драгління може відбуватися в самому гелі, що може призвести до поділу системи на 2 фази: концентрований гель і розчинник, що містить молекули ВМС. Це явище здраглювання, що відбувається в гелі, називається синерезисом і характерне для розчинів крохмалю.

1.5 Захисна дія ВМС

Володіючи великою стійкістю стосовно дії електролітів, розчини ВМС, будучи додані у визначеній кількості до золів, значно підвищують їх агрегативну стійкість. Це явище одержало назву захисної дії чи захисту. Так, наприклад, добавка до червоного золю золота невеликої кількості желатини в багато разів підвищує стійкість його проти дії коагулюючих електролітів (сильно зростає поріг коагуляції). Захищений золь може існувати в розчині у більших концентраціях, ніж незахищений. У деяких випадках захищені золі навіть стають оборотними. Прикладом може служити медичний препарат протаргол (захищений золь срібла). Після видалення розчинника він перетворюється в сухий колоїдний порошок, розчинний потім у будь-яких кількостях води.

Захисна дія розчинів ВМС залежить від природи речовини і природи захисту. Кількісно вона характеризується так називаним золотим числом, що виражається мінімальним числом міліграмів сухого ВМС, що охороняє 10 см³ червоного гідрозолю золота від зміни забарвлення при додаванні до нього 1 см³ 10 % розчину хлориду натрію. Захисна дія різних ВМС дуже різна. Особливо високою захисною дією володіють білки. Явище захисту відіграє важливу роль у ряді фізіологічних процесів. Так, наприклад, захисні речовини білкового характеру утримують у дрібнодисперсному стані находящиеся в крові важкорозчинні фосфат і карбонат кальцію. При деяких захворюваннях вміст захисних речовин у крові знижується, що приводить до випадання зазначених солей в осад (утворення каменів у нирках, печінці, відкладення солей на суглобах). Багато лікарських речовин є захищеними золями (колларгол, протаргол і ін.).

1.6 В'язкість розчинів ВМС

По характері в’язкої течії рідинні дисперсні системи поділяються на дві груп:

1) безструктурні системи, частки яких більш-менш вільні і майже не взаємодіють один з одним (розчини низькомолекулярних речовин, розведені емульсії, суспензії і золі);

2) структуровані системи – містять частки, взаємодіючі один з одним і з дисперсійним середовищем (розчини ВМС, концентровані емульсії і суспензії).

Системи першої групи підкоряються законам Пуазейля і Ньютона: кількість рідини, що протікає через капіляр в одиницю часу, змінюється прямо пропорційно тиску, а коефіцієнт в'язкості є величиною постійної і не залежить від градієнта чи швидкості тиску, прикладеного до капілярного віскозиметра.

Структуровані системи не підкоряються законам Пуазейля і Ньютона. Обчислена по відповідному рівнянню в'язкість таких систем має перемінне значення і є функцією градієнта швидкості. У таких систем чим вище тиск, під яким відбувається витікання рідини по капілярі, тим більше швидкість витікання, тобто тим нижче величина в'язкості, знайдена досвідченим шляхом. При розгляді поводження структурованих систем мова йде про удавану, чи ефективну в'язкість n_удав, тому що в'язкість рідини від швидкості витікання не залежить. Аномальна в’язка течія рідких систем другої групи обумовлено виникненням у їхньому об’ємі внутрішніх структур.

Найбільш сприятливі умови для утворення таких структур спостерігається в розчинах ВМС, тому що в більшості випадків макромолекули ВМС мають лінійну будову, причому довжина їх набагато перевищує розміри в інших напрямках. Навіть при невеликій концентрації розчину під впливом межмолекулярных сил макрочастки неміцно зчіплюються і переплітаються одина з одною, утворюючи просторову молекулярну сітку-каркас, що перешкоджає витіканню розчину по капіляру віскозиметра. З підвищенням тиску пухкий молекулярний каркас руйнується, нитки макромолекул розпрямляються й орієнтуються своєю довгою віссю в напрямку потоку, у результаті чого знижується гідродинамічний опір і збільшується швидкість витікання розчину. Обчислена по рівнянню Ньютона чи Пуазейля в'язкість падає зі збільшенням прикладеного тиску доти, поки не відбудеться досить повна орієнтація часток. При подальшому підвищенні тиску швидкість витікання в деякому інтервалі значень градієнта швидкості не змінюється, а потім починає зростати внаслідок переходу ламінарного витікання рідини в турбулентне.

Аналогічна залежність в'язкості від швидкості плину спостерігається в концентрованих емульсій і суспензій. Крапельки дисперсної фази в емульсіях зі зростанням прикладеного тиску і збільшенням швидкості витікання подовжуються, перетворюючи з кульок в еліпсоїди. Це полегшує витікання і веде до зниження в'язкості.

Розглянемо вплив концентрації на в'язкість безструктурних і структурованих систем. Для безструктурних систем залежність в'язкості від концентрації виражається рівнянням А. Эйнштейна:

де

η – в’язкість розчину

η₀ – в’язкість розчинника

φ – концентрація речовини

З рівняння випливає, що між в'язкістю системи і змістом у ній дисперсної фази існує лінійна залежність. Результати, обчислені з рівняння Эйнштейна, добре погодяться з досвідченими даними при малих концентраціях дисперсної фази і сферичній формі часток.

Для розчинів ВМС формула Эйнштейна незастосовна. Обгрунтована на досвіді в'язкість розчинів ВМС завжди значно вище обчисленої і не росте лінійно з ростом концентрації (особливо сильний ріст в'язкості спостерігається в області високих концентрацій). В'язкість розчинів ВМС зростає при стоянні. Усі ці аномалії відбуваються через схильність розчинених високомолекулярних речовин до утворення структур. При нагріванні і механічному впливі міцність внутрішніх структур зменшується і в'язкість розчинів ВМС падає. На в'язкість розчинів ВМС сильний вплив роблять малі добавки деяких мінеральних речовин. Наприклад, невеликі кількості солей кальцію дуже сильно підвищують в'язкість розчинів нітроцелюлози і желатини.

Для розведених розчинів ВМС із довгими молекулами Г. Штаудингер знайшов наступну залежність між в'язкістю і концентрацією речовини в розчині:

де

n-n₀ / n₀ - питома в'язкість n_пит (вона показує відносне збільшення в'язкості чистого розчинника при додатку до нього високомолекулярної речовини);

М – молекулярна маса речовини;

с – концентрація розчину;

Км – константа для кожного полимергомологического ряду (порядку 10^-4). По рівнянню Штаудингера можна обчислювати молекулярну масу ВМС.

Концентрацію розчину виражають в основних молях (кмоль) на літр (м³). Основний моль – число грамів, рівне молекулярній масі мономера, з якого була отримана молекула полімера. Наприклад, у поліетилена «основний» мольний розчин повинний містити 28 г. полімера в 1 л (чи 28 кг у 1 м³).

Іноді в'язкість розчинів ВМС виражають через приведену в'язкість.

Відношення n_уд / с називається приведеною (до одиниці концентрації) в'язкістю. Здавалося б, що приведена в'язкість для того самого полімеру не повинна залежати від концентрації. Однак дослідження показали, що приведена в'язкість звичайно зростає з підвищенням концентрації полімера.

2. Класифікація та біофармацевтична оцінка ВМС

2.1 Принципи класифікації ВМС

Високомолекулярні сполуки прийнято класифікувати за такими ознаками:

1. За джерелами одержання: природні ВМС (білки, ферменти, пектини, камеді, полисахариди, рослинні слизи, у т.ч. густі і сухі екстракти, багато смол та ін.), напівсинтетичні ВМС (ефіри целюлози – метилцелюлоза, натрій-карбоксиметилцелю-лоза, ацетилфталілцелюлоза) і синтетичні (полівініловий спирт, полівінілацетат, полі-вінілпіролідон, полісилоксани, поліетиленоксиди та ін.).

2. За здатністю до розчинення: обмежено і необмежено набухаючі.

3. За застосуванням: лікарські (пепсин, трипсин, панкреатин та ін.) і допоміжні речовини (стабілізатори суспензій і емульсій, основи для мазей, супозиторіїв, плівкоутворювачі, жироцукри та ін.).

2.2 Крохмаль та його похідні

В аптечній практиці з природних ВМС найширше застосовують вищі полісахариди загальної формули (С₄Н₁₀О₅)_п. Представник цієї групи ВМС – крохмаль. Офіцинальними є 4 сорти крохмалю, що допускаються до вживання з медичними цілями: пшеничний, кукурудзяний, рисовий і картопляний. Велику частину сухої маси крохмалів складають полісахариди (97,3–98,9 %), решту – білкові речовини (0,28–1,5 %), клітковина (0,2–0,69 %), мінеральні речовини (0,3–0,62 %). Основна частина крохмалю – амілаза й амілопектин.

Молекули амілази являють собою слабко розгалужені частки, що складаються з глікозидних залишків (до 700), зв'язаних між собою головними валентностями. Молекулярна маса її знаходиться в межах 32000–160000. Амілаза розчиняється в гарячій воді з утворенням прозорого розчину. Амілопектин має складнішу будову і складається з більш розгалужених молекул, які містять до 2000 глікозидних залишків; молекулярна маса його знаходиться в межах 100000–1000000. Зміст амілопектину в крохмалі складає 10–20 %. Перехід крохмалю в розчин може відбуватися тільки при нагріванні, зерна крохмалю набухають, відбувається їх розрив і утворюється густа рідина – крохмальний клейстер у вигляді в'язкого гідрозолю. Різні сорти крохмалю мають різні температури клейстеризації. Найнижча температура клейстеризації в картопляному крохмалі (55–60 °С) і найвища у рисовому (70–80 °С).

Для попередження утворення грудок, що погано розподіляються у воді, крохмаль спочатку змішують з холодною водою, після чого розчиняють у киплячій воді.

Розчини крохмалю називають: слиз крохмалю, крохмальний відвар чи крохмальний клейстер.

Крохмаль використовують у різних лікарських формах: у порошках, присипках, пігулках, у вигляді 2 % розчинів для внутрішнього застосування і клізм; 4–7 % розчини крохмалю на воді очищеній та гліцерині використовують як основи для мазей; 10 % розчини крохмалю використовують як стабілізатор для суспензій і емульсій.

Шляхом обробки крохмалю ферментами (мальтозою), мінеральними кислотами, окисляючими речовинами при нагріванні одержують різні похідні крохмалю. Наприклад, розчинні крохмалі одержують після обробки розчином кислоти з наступним висушуванням.

Декстрин – продукт розщеплення макромолекули крохмалю при швидкому нагріванні або в присутності кислот на дрібніші молекули – полісахариди крохмалю того ж складу, що і крохмаль.

Водні розчини декстрину мають високу в'язкість і велику склеюючу здатність. Завдяки цьому за допомогою декстрину можна одержувати хороші пілюльні маси. Декстрин широко використовується як емульгатор у ряді країн (Німеччина, США та ін.) у вигляді декстринового слизу – для емульгування рідких лікарських речовин, що не змішуються з водою.

Похідні крохмалю краще розчинні у воді і більш стійкі. їх використовують як допоміжні речовини при виробництві таблеток, а розчини як основи для мазей. У результаті життєдіяльності спеціального виду бактерій утворюється високомолекулярний полісахарид – декстран, молекулярна маса якого знаходиться в межах від 15000 до 150000; 6 % розчин декстрану з молекулярною масою 50000–60000, відомий під назвою поліглюкін, використовують для внутрішньовенного введення як кровозамінник. Це прозора безбарвна рідина без запаху з рН від 4,5 до 6,5.

2.3 Екстракти

Рослинні екстракти (густі і сухі) являють собою концентровані витяги з лікарської рослинної сировини (ГФ XI, с. 160), що містять у своєму складі різні природні ВМС (камеді, слизи, білки, крохмаль та ін.).

Густі екстракти – в'язкі маси зі вмістом вологи не більше 25 %; сухі екстракти – сипучі маси зі вмістом вологи не більше 5 %. Для екстрагування лікарської рослинної сировини застосовують воду, спирт етиловий різної концентрації й інші екстрагенти, іноді з додаванням кислот, лугів, гліцерину, хлороформу та ін. Витяжки для густих і сухих екстрактів звільняють від баластових речовин за допомогою осадження спиртом, застосування адсорбентів, кип'ятіння та інших способів з наступним фільтруванням. Очищені витяжки згущають випарюванням під вакуумом до належної консистенції (густі екстракти).

Сухі екстракти одержують висушуванням густих екстрактів чи безпосередньо з очищеної витяжки з використанням методів, що забезпечують максимальне збереження діючих речовин: розпилення, ліофілізація, сублімація та ін.

2.4 Полісахариди

Пектинові речовини – це високомолекулярні сполуки, що являють собою за структурою полігалактуронову кислоту, частково етерифіковану метанолом. Вони входять до складу клітинних стінок багатьох рослин. Характерна властивість розчинів пектину – висока желатинуюча здатність. Пектин становить інтерес для створення дитячих лікарських форм.

Мікробні полісахариди відносяться до класу природних полімерів, що мають різноманітні властивості, завдяки яким їх застосовують як основи для мазей і лініментів, а також як пролонгатори, стабілізатори гетерогенних систем і т. п.

У хіміко-фармацевтичному інституті (м. Санкт-Петербург) розроблена технологія нових мікробних полісахаридів, які характеризуються апірогенністю і малою токсичністю, що визначає можливість використання їх як допоміжних речовин. Позитивно і те, що запаси їх практично невичерпні. З групи цих речовин найбільше поширення одержав аубазидан – позаклітинний полісахарид, одержуваний мікробіологічним синтезом за допомогою дріжджового гриба. Завдяки своїй будівлі, розгалуженій структурі, конфігурації і конформації моносахаридів у молекулі полімеру (М.м. – 6–9 млн.) він має гарну розчинність у воді, дає в'язкі розчини, пластичні гелі, може взаємодіяти з іншими речовинами, є ефективним стабілізатором і емульгатором. Аубазидан у 0,6 % і більшій концентрації утворює гелі, які використовують як основи для мазей, 1 %-для плівок і губок, у концентрацію, 1–0,3 %-як пролонга-тор очних крапель. Його розчини стійкі при термічній стерилізації до 120 °С.

Альгінова кислота являє собою ВМС, яку одержують з морських водоростей (ламінарій). Альгіновая кислота і її натрієва сіль практично нешкідливі. Вони здатні утворювати в'язкі водні розчини і пасти; мають гомогенізуючі, розпушуючі, стабілізуючі властивості. Це послужило підставою для широкого використання їх у складі різних фармацевтичних препаратів як розпушуючих, емульгуючих, пролонгуючих, плівкоутворювальних допоміжних речовин.

Агароїд являє собою ВМС різного ступеня полімеризації з малою реакційною здатністю, одержуваний з водоростей. До складу полімеру входять глюкоза і галактоза, а також мінеральні елементи (кальцій, магній, сірка та ін.). У 0,1 % концентрації має стабілізуючу, розпушуючу і сковзаючу (важливо для таблеток) дію; у 5 % концентрації – коригуючий ефект; у 1,5 % концентрації в суміші з гліцерином його використовують як мазеву основу.

2.5 Білки

Колаген – основний білок сполучної тканини, складається з макромолекул, що мають трьохепіральну структуру. Головне джерело одержання колагену – шкіра великої рогатої худоби, у якій його міститься до 95 %. Колаген застосовують як ранове покриття: плівки з фурациліном, кислотою борною, олією обліпиховою, метилурацилом, а також очні плівки з антибіотиками; губки гемостатичні з різними лікарськими речовинами. Він забезпечує оптимальну активність лікарських речовин, що зв'язано з їх глибоким проникненням і тривалим контактом із тканинами організму. Колаген – гарний носій очних лікарських форм (розчинів, плівок).

Білки також відносяться до природних високомолекулярних сполук. В основі цих продуктів лежить поліпептидне угруповання, складні молекули якого побудовані з амінокислот.

У залежності від форми молекул білки розділяють на фібрилярні, що мають лінійну витягнуту форму, і глобулярні, що мають згорнуту кулясту форму молекул – глобуль. Молекулярна маса білків коливається в межах від 27000 до 6800000. При розчиненні у воді молекули білків дисоціюють на іони. Ця дисоціація може відбуватися за кислотним чи основним типом залежно від рН середовища. У дуже кислому середовищі білок поводить себе як основа, його молекула дисоціює за рахунок груп – NH, за основним типом:

HONH₃-R-COOH => (NH₃-R-COOH)⁺+ ОН^-

Кислотна дисоціація при цьому пригнічена. У лужному середовищі, навпаки, пригнічена основна дисоціація, а йде переважно кислотна:

HONH₃-R-COOH => (HONH₃-R-COO)^- + Н⁺

Однак при певному значенні рН ступінь дисоціації аміно- і карбоксильних груп набуває однакового значення, тоді молекули білків стають електронейтральними. Значення рН, при якому молекула білка знаходиться в електронейтральному стані, називається ізоелектричною точкою (ІЕТ). Для більшості білків ізоелектрична точка лежить в області кислих розчинів. Зокрема, для желатину – 4,7; казеїну молока – 4,6; γ-глобуліну крові – 6,4; пепсину – 2,0; хімотрипсину – 6,0; альбуміну яєчного – 4,7; фармагелю А – 7,0; фармагелю В – 4,7. Необхідно враховувати ІЕТ, тому що встановлено, що від її величини залежить стійкість білків, а отже, і прояв їх властивостей. У деяких випадках можливо навіть випадання білків в осад. Це зв'язано з тим, що в ІЕТ по всій довжині білкової молекули знаходиться рівна кількість позитивно і негативно заряджених іоногенних груп, що приводить до зміни конфігурації молекули. Гнучка молекула звертається в клубок силою притягання різнойменних іонів

2.6 Ферменти

Представниками групи природних ВМС є також ферменти, зок