Экзамен. Классификация гликозидов может быть построена на следующих принципах
 Скачать 5.18 Mb.
|
|
Вторая модификация экстракционного метода выделения и очистки алкалоидов. Первичная экстракция смоченного раствором, аммиака РС органическим растворителем. Основания алкалоидов переходят в вытяжку вместе с балластными веществами. Процесс очистки от смол, пигментов, жироподобных в-в и др. сопутствующих компонентов проводят путем экстракции 10% раствором H2SO4, куда алкалоиды переходят в виде солей, балластные – в органике. Водную вытяжку обрабатывают углем для удаления примесей пигментов, раствор фильтруют, алкалоиды осаждают раствором аммиака или др. щелочи (аппарат с мешалкой и рубашкой при охлаждении). Осадок отделяют на центрифуге и сушат. Выход: 55-65%.
Ионообменный метод выделения и очистки алкалоидов. Теоретические основы ионообменной технологии. Аппаратурное оформление процесса. Ионообменные процессы — взаимодействие растворов электролитов с ионами, способными обменивать подвижные ионы на эквивалентное их количество, находящееся в растворе. В качестве ионитов наиболее широко принимают синтетические ионообменные смолы. Очистку производят водой или разбавленным раствором сильной кислоты. Принципы: Выбор ионита и условий адсорбции должен обеспечивать преимущественную и максимальную адсорбцию извлекаемой соли алкалоида и её минимальную остаточную концентрацию в растворе в условиях равновесия. Десорбирующий растворитель должен быть выбран так, чтобы в условиях равновесия элюат с относительно высокой концентрацией в-ва находился в равновесии с адсорбентом с малым количеством в-ва, чтобы из десорбирующнего растворителя адсорбция алкалоидов была минимальной. Особенность ионного обмена органических в-в на синтетических ионообменных смолах заключается в том, что он не подчиняется уравнениям изотермы ионного обмена, выведенным на основании закона действия масс, т.е. зависимость не прямолинейная. Величина коэффициента избирательности обмена органических ионов больше, чем неорганических. Особенность обмена органических ионов заключается в том, что сорбция большого органического иона в ионите происходит как за счет действия электростатических, так и молекулярных сил. Важен выбор оптимального значения рН раствора. Этот показатель должен обеспечивать максимальную ионизацию солей алкалоидов в растворе и то же время не допускать снижения величины сорбции иона алкалоида за счет конкурирующего действия ионов водорода при увеличении концентрации последнего. Для десорбции алкалоидов из ионита, необходимо, чтобы в растворе находилось избыточное количество вытесняющего иона. Недостатки: - при десорбции в элюат переходит много балластных в-в. - меньший выход алкалоидов, т.к. частично ионизируются и подвергаются десорбции. Для выделения алкалоидов необходимо использовать сильнокислотные иониты, так как на них лучше сорбируются алкалоиды и меньше — балластные вещества. К сильнокислотным относят катионит, содержащие сильно диссоциированные кислотные труппы (сульфокислотные, фосфорнокислотные), способные к обмену катионов моногенных групп на другие катионы в щелочной, нейтральной и кислой средах. Слабокислотные — катионит, содержащие слабо диссоциированные кислотные группы (карбоксильные, фенольные и пр.), способные обменивать свой нон водорода в заметной степени на другие катионы лишь в щелочной среде. Ионит представляет собой сложный нерастворимый поливалентный каркас (ион), связанный ионной связью с подвижными ионами противоположного знака. В катионный высокомолекулярный каркас — колоссальный фиксированный поливалентный анион. Заряды, которого уравновешены подвижными катионами, способными при контакте с растворами электролитов к обмену с внешними катионами. Иониты представляют собой твердые пористые вещества. К ионитам, используемым для выделения алкалоидов, предъявляют следующие требования: Иониты не должны растворяться в воде. Иониты должны обладать механической прочностью, их набухаемость должна составлять 10—15% их собственной массы. Иониты должны быть химически стойкими. т.е. не вступать в реакцию с выделяемыми веществами. Иониты должны иметь достаточную обменную способность (ёмкость), обладать избирательностью сорбции к выделяемым соединения. Обменную ёмкость ионитов выражают в мт-экв/г сухой смолы (или в технологии в % к массе сухого ионита). Ёмкость определяют в условиях полного или неполного замещения подвижных ионов твёрдой фазы ионами из раствора. Электрохимический метод выделения и очистки алкалоидов. Процесс осуществляется в электродиализаторе, разделённом полупроницаемыми мембранами на 3 камеры. Мембраны из камер изготавливают из пергамента, целлофана или керамики. В одной из камер устанавливают катод (3), в другой – анод (4). В среднюю камеру заливают вытяжку с алкалоидами, а боковые камеры заполняют очищенной водой. Через систему пропускают постоянный ток (0,03 а/см2). Процесс ведут до отрицательной реакции на алкалоиды в средней камере. При пропускании тока катионы солей алкалоидов вместе с др. катионами переходят в катодное пространство, анионы – в анодное. В катодной камере раствор подкисляют УК (ВК), чтобы алкалоиды находились в виде солей (рН 5-6). Метод позволяет отделять алкалоиды с сопутствующими солями от основной массы примесей (углеводов, белков, пигментов, смол и др.), являющихся недиссоциированными высокомолекулярными соединениями. Для дальнейшего отделения от минеральных или органических солей алкалоиды осаждают в виде оснований 25% NH3 и экстрагируют из щелочной среды органическим растворителем (дихлорэтаном, хлороформом, хлористым метиленом др.) Недостатки: - низкий выход по току, т.к. основное кол-во электроэнергии затрачивается на перенос легкоподвижных ионов H+ и OH-, а также за счет обратной свободной диффузии ионов. - сложность подбора материала для изготовления мембран в связи с заиливанием их коллоидными частицами, находящимися в извлечении. - необходимость поддержания значения в катодной камеры постоянной рН 5-6 для сохранения алкалоидов в растворенном виде - необходимость охлаждения электролизера при длительной работе. Для повышения выхода Достоинства: + возможность совместной переработки семян и коробечек Производство кофеина. Теоретические основы экстрагирования. Молекулярная и конвективная диффузии. Закон Фика. Уравнение массопередачи. Теоретические основы: Для получения различных видов ФП применяют преимущественно высушенный растительный материал. Свежие растения используют в небольшом количестве (в основном для получения фитонцидных препаратов и соков) из-за сложности их хранения и транспортировки, а также быстрого разложения в них лекарственных веществ. Пpи обработке измельченного растительного материала экстрагент за счёт смачивания и капиллярных сил проникает через поры внутрь клетки, вытесняя воздух. Большое значение в процессе экстрагирования имеют поверхностное натяжение и вязкость растворителя. Впитываясь, жидкость должна растекаться по поверхности клетки, что приводит к значительному увеличению поверхности соприкосновения и ускоряет процесс растворения экстрагируемых веществ. Чем больше поверхностное натяжение экстрагента, тем труднее пропитывается жидкостью растительный материал. Клетки растений имеют различную форму в зависимости от органа растения, выполняемых функций и степени развития. Паренхимные клетки – в виде многогранника, т.е. равные размеры во всех направлениях. Прозенхимные клетки – вытянуты в одном направлении, т.е. длина их в несколько раз больше ширины. Растительная клетка состоит из оболочки и полужидкого содержимого – протоплазмы. В живом состоянии клетка находится в состоянии тургора (пристеночный слой ее плотно прижат к оболочке). Через клеточные мембраны по капиллярным ходам чистый экстрагент проникает внутрь клетки, вытесняя воздух. Объем клеточного сока увеличивается и увеличивает гидростатическое давление, когда Pгидр=Росм, то проникновение экстрагента в клетку прекращается. В высушенном виде клетка переход в состояние плазмолиза, оболочка становится пористой. Процесс смачивания протекает одновременно с проникновением экстрагента в ЛРС. Смачивание ЛРС определяется по уравнению Юнга:  где y – поверхностное натяжение на границе раздела фаз. 1. экстрагент; 2. газ; 3. твердое тело; θ- краевой угол смачивания. При  жидкая фаза растекается по поверхности твердого тела.Движущая сила процесса смачивания:  (коэффициент растекания).Чем больше поверхностное натяжение экстрагента, тем труднее пропитывается жидкостью РМ. Растворитель внутри клетки вступает в контакт с клеточным содержимым. При этом растворимые вещества растворяются, ВМС и коллоидные вещества набухают, далее неограниченно набухающие ВМС переходят в золь, а часть гелей пептизируется. Степень набухания сырья зависит от химической природы жидкости. Константой для сырья определенной измельчённости является число вымывания:  , где с – число вымывания; в – коэффициент вымывания; m – количество веществ в извлечении; p – общее количество веществ в сырье. Наиболее сильное набухание вызывает вода, наименьшее – неполярные растворители (масло, бензин и др.). Набухаемость сырья при экстрагировании спиртом зависит от содержания в нём воды. Являясь гидрофильным веществом, спирт вступает в конкуренцию с клеточным коллоидом за воду. Процессы: Смачивания ЛРС Осмос Десорбция Растворение Вымывание Диализ Диффузия (массоперенос) Из наружных разрушенных растительных клеток экстрагент вымывает растворимые и нерастворимые вещества (крахмал, слизь, белки, пектиновые вещества и др.). Через макропоры клеток протекает процесс диффузии, а через микропоры оболочки клеток - процессы осмоса и диализа. Осмос – проникновение молекул растворителя через клеточную оболочку, разделяющую содержимое клетки и растворитель, до выравнивания давления внутри клетки и в растворителе. Диализ – проникновение через пористую перегородку клеточной оболочку веществ в растворитель до выравнивания концентраций между твердой и жидкой фазой. Переход БАВ из клетки в растворитель протекает в процессе их диффузии. Протекание диффузии обусловлено различным содержанием растворимых веществ в тв. и ж фазах и заключается в переходе вещества из тв. в ж. за счет массобмена из фазы с более высоким содержанием БАВ в фазу с менее высоким их содержанием, и разность концентрация является движущей силой процесса экстракции. Молекулярная и конвективная диффузия. Молекулярная диффузия обусловлена хаотичным беспорядочным движением молекул, граничащих друг с другом. Скорость молекулярной диффузии определяется законом Фика:  ;  – скорость массопередачи в ед. времени. D – коэффициент свободной молекулярной диффузии, м2/ч (равный количеству вещества, способного продиффундировать в ед. времени через ед. поверхности при разности концентраций); F – поверхность через которую происходит массообмен; dc – разность концентраций на границе раздела фаз; dx – изменение толщины диффузионного слоя.Конвективная диффузия – перенос вещества в виде небольших объемов раствора. Естественная (свободная) – естественный перенос БАВ в виде небольших объемов раствора. Принудительная – переход в результате дополнительного воздействия в системе тв. тело – жидкость. Процесс массопередачи: при установившемся режиме.  .где М – масса вещества, переходящего из тв. фазы в ж, кг; k – коэффициент массопередачи; F – поверхность РМ, через которую проходит массообмен; τ – время протекания процесса; Δс – разность концентраций в жидкой и твердой фазе. Виды массопереноса. Уравнение Эйнштейна. Коэффициент массопередачи. Виды массопереноса: Массоперенос внутри клетки к поверхности клетки характеризуется коэффициентом молекулярной внутренней диффузии, DB Массоперенос в пограничном (диффузионном) слое, скорость которого характеризуется коэффициентом свободной молекулярной диффузии, Dc Массоперенос в потоке растворителя от наружной поверхности пограничного слоя, количественно оценивается коэффициентом конвективной диффузии, β. Уравнение Эйнштейна: коэффициент свободной молекулярной диффузии:  , где К0 – постоянная, не зависящая от температуры и обратно пропорциональная радиусу частиц (r);  , где k =1,381*10-23 Дж/К – постоянна Больцмана; r – радиус диффузионных частиц; Т – температура, К; η-вязкость,  Коэффициент массопередачи:  ; где R(L)- половина размера частицы или радиуса; DB – коэффициент молекулярной диффузии; δ – толщина диффузионного (ламинарного) пограничного слоя; Dc – коэффициент свободной молекулярной диффузии; β – коэффициент конвективной диффузии.Основные факторы, влияющие на процесс экстрагирования БАВ. Анатомическое (гистологическое) строение РМ: через тонкостенные паренхимные клеточные оболочки травянистых частей растения, листьев и цветков, имеющих большое количество устьиц, экстрагент и вещества диффундируют легко; если стенки клеток толстостенные, одревесневшие, диффузия протекает очень медленно, в этом случае материал нужно сильно измельчать, чтобы было вскрыто большое количество клеток. Степень и характер измельчения РМ: Степень измельчения определяет поверхность соприкосновения фаз (чем она больше, тем скорее протекает диффузия) Измельчать целесообразно до оптимального значения Характер измельчения отличен для различного ЛРС Природа экстрагента: Разность концентраций фаз БАВ в ЛРС и экстрагенте – движущая сила процесса экстракции. Необходимо поддерживать максимальную разность концентраций БАВ в ЛРС и экстрагенте. Температурный режим: при повышении температуры ускоряется процесс экстракции за счет возрастания молекулярной и конвективной диффузии. Недостатки повышения температуры: Разрушение некоторых термолабильных веществ в сырье (алкалоиды и гликозиды) Испарение некоторых летучих веществ Переход в извлечение балластных в-в, а также (при разрыве клеток) – коллоидов студнеобразных и нерастворимых веществ Все это затрудняет очистку извлечения Длительность процесса: Количество продиффундировавших ДВ прямопорционально длительности процесса При слишком длительном процессе в извлечение переходят и БВ, поэтому об окончании процесса судят по количеству извлеченных ДВ, а также оценивают целесообразность увеличения длительности процесса с учетом заметного снижения скорости массопередачи. Вязкость экстрагента: Вязкость экстрагента определяется его природой Вязкость уменьшается в ряду: масло> вода> 20% спирт> 50% спирт В менее вязких растворах быстрее протекает диффузия Вязкость уменьшается с увеличением температуры Гидродинамика слоя ЛС: движущей силой перемешивания я жидкостей через слой сырья служит разность давлений. Влияние: Удельная загрузка экстрактора (загрузочная плотность материала) влияет на порозность слоя (зависящего от размера и структуры каналов), определяется размерами частиц, формой, характером укладки Общая высота слоя (при меньшей высоте давление на нижние слои меньше, что способствует лучшему массообмену) Фракционный состав сырья (при наличии очень мелких фракций образуется мертвое пространство, по которому не может протекать экстрагент, что ухудшает массообмен) Способ подачи экстрагента Скорость подачи экстрагента (увеличение скорости подачи экстрагента до определенного момента улучшает процесс) Анатомическое строение сырья Давление набухшего сырья исходя из критического давления, при превышении которого гидравлическое сопротивление слоев: Сырье обладает большой упругостью, которое выдерживает перепад давления до 5 атм. (плоды боярышника) Сырье, в слое которого выдерживается перепад давления до 0,5 атм. (выше происходят внутренние изменения); внешние изменения при давлении> 5 атм. (хвоя еловая). Сырье, внутренние и внешние изменение которого происходит при перепаде давления> 2 атм. (плоды можжевельника) Обусловлена не только силами трения жидкости о частицы материала, но и силами инерции из-за движения по извилистым каналам переменного направления и сечения.  , где  – потеря напора на ед. высоты слоя; ω – фиктивная (средняя) скорость движущейся сквозь слой среды, м/с; ρ – плотность среды, a и b – коэффициенты, являющиеся функцией переменных, характеризующих свойства слоя и свойства среды.Применение БАВ: Ускоряет процесс экстракции ДВ за счет способности снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз, тем самым улучшать смачиваемость клеток РМ, увеличивать поверхность растворителя и глубину его проникновения в клетки ПАВ – органические соединения, в молекулы которых входят одновременно полярные группы (-NH2; -COOH,-OH) и неполярные углеводородные хвосты ПАВ катионного типа оптимальны для экстракции алкалоидов за счет не только снижения поверхностного натяжения, но и ионообменных свойств. Характеристика экстрагентов, применяемых в ТФП. Обоснование выбора экстрагента. Требования к экстрагенту: Избирательность действия – максимально извлекать необходимые ЛВ и минимально – балластные вещества Хорошая смачивающая способность поверхности ЛРС Не вступать в химические реакции с ЛВ, не изменять их БА Быть фармакологически индифферентным Безопасный Доступный Экономичный Вода очищенная:
Спирт этиловый
При выборе растворителя исходят из принципа «подобное растворяется в подобном». Для извлечения полярных веществ применяют полярный экстрагент, неполярных (эфирные масла, кумарины) – неполярный экстрагент. О полярности экстрагента можно судит по значению диэлектрической проницаемости: чем она выше, тем полярнее экстрагент.  Методы мацерации и перколяции. Их сравнительная характеристика, используемое оборудование. Классическая мацерация (вымачивание). Статический периодический метод. Мацерационный блок Зубчатая передача Шкив Шкив Мешалка Фильтровальное полотно Кран Ложное дно
Перколяция (процеживание) – динамический метод, периодическийЭтапы: Намачивание: сырье заливают экстрагентом до образования «зеркала» над поверхностью РМ (30-40 мин) Настаивание: проводят определенное время, зависящее от анатомических особенностей ЛРС и степени его измельчения Вытеснение: собственно, перколяция – непрерывное прохождение экстрагента через слой ЛРС и истечение вытяжки с той же скоростью
Способы интенсификации экстрагирования БАВ из РС: УЗ, турбо- и виброэкстракция. С применением ультразвука
Процесс целесообразно проводить при: Перемешивании материала для частик излучающей поверхности Температура не выше 30-60 ᵒС во избежание образования пузырьков воздуха, рассеивающих УЗ волны Применять этанольно-водные смеси с высокой концентрацией этанола для ингибирования ОВР, возникающих в УЗ поле Добавление ПАВ для уменьшения кавитации и связанные с ней деструктивные изменения БАВ. Виброэкстракция (30-е XX – Казарковский Л.С.) Интенсифицировать процесс массопередачи можно с помощью вибраторов Вибрация способствует пульсации в системе РМ – экстрагент Частота колебаний 50Гц, амплитуда 0,5-1,0 мм. Электромагниты Обмотка Якорь Пружинные амортизаторы Тарелки Шток Вентиляционное отверстие Переменное магнитное поле, созданное электромагнитами, вызывает вибрацию якоря, усиливающуюся пружинными амортизаторами. Колебания якоря передаются вибрационной головке, конструктивно выполненной в виде тарелок, посаженных на шток, перемещающихся в системе ЛРС-экстрагент.
Турбоэкстракция (вихревая) Основана на интенсивном перемешивании и одновременном измельчении сырья в среде экстрагента с помощью быстроходных турбинных мешалок, снабженных острыми краями (4000-15000 об/мин) В таких условиях изменяется способ обтекания частиц сырья экстрагентом, толщина ламинарного слоя становится минимальной (почти исчезает) Значение молекулярной диффузии приближается к нулю, доминирует принудительная конвективная диффузия Высокая скорость перемешивания создает условия неравномерного давления на поток обрабатываемой смеси В системе возникает эффект пульсации и вихревые потоки, что увеличивает скорость конвективной диффузии
Экстрагирование РС с использование электродиализа и электроплазмолиза. Применяемое оборудование. С помощью электрических разрядов Внутри экстрактора с растительным материалом помещают источник импульсного тока высокой или ультравысокой частоты В результате искрового разряда в жидкости образуются плазменные каверны, расширяясь они достигают максимального объёма и захлопываются Под воздействием электрического разряда возникают ударные волны, создающие высокое импульсное давление, которое способствует проникновению экстрагента внутрь клетки Происходит интенсивное перемешивание обрабатываемой смеси, истончается или полностью исчезает диффузионный пристенный слой и возрастает коэффициент конвективной диффузии и соответственно массообмен За короткий промежуток времени в малом пространстве выделяется большое количество энергии и происходит микровзрыв, разрывающий клеточные структуры растительного материала
Электроплазмолиз Осуществляют обработку сырья электрическом током высокой частоты, происходит разрушение белково-липидных мембранных тканей с сохранением целостности клеточных оболочек. Достоинства: +увеличение выхода извлечения, обогащенного ДВ и содержащего минимум балластных веществ Применение: получение препаратов из свежего РС Аппаратура: устройства – электроплазмолизаторы, снабженные подвижными и неподвижными электродами. Электроды монтируют в камере с перфорированным дном и боковой стенкой. Через несколько минут после прессования 5 кг/см2 ЛРС, на него воздействуют током ВЧ или УВЧ; подают импульсами высоковольтное напряжение в течение 2 мин и при микросекдной продолжительности импульса вновь повышают давление доя 10 кг/см2. Выход 80 Электроэкстрактор: Аппаратура:  Емкость из нержавеющей стали, над которой помещается стальная перфорированная пластина, служащая катодом На пластину, покрытую фильтрующим материалом, загружается предварительно замоченное сырье, на которое опускается крышка или рама, обтянутая полотном, с графитными анодами Электроды присоединяется к источнику постоянного тока (15 В) Достоинства При непрерывном режиме экстракции время затрачивается в два раза меньше по сравнению с другими методами Выход алкалоидов возрастает на 20-30% |