6. Лабораторная работа

При выполнении лабораторной работы необходимо строго соблюдать правила безопасной работы в химической лаборатории.

Каждый студент индивидуально проводит анализ качества одного из изучаемых лекарственных средств согласно требованиям ГФУ, АНД или МКК с использованием графологической структуры анализа. Результаты анализа оформляются в виде протокола по установленной форме. Студентом делается вывод о доброкачественности проанализированного лекарственного средства.

УИРС: Каждый студент на основе физических, физико-химических и химических свойств решает вопрос идентификации предложенного лекарственного средства как неизвестной задачи. Кроме того, студент проводит количественное определение данного лекарственного средства различными методами, давая им сравнительную характеристику. Результаты анализа оформляются в виде протокола по установленной форме. Студентом делается вывод о доброкачественности проанализированного лекарственного средства.

7. Наглядные пособия, технические средства обучения и контроля:

1. Табличный фонд по теме занятия.

2. Набор образцов лекарственных веществ и лекарственных форм.

3. Набор реактивов и титрованных растворов, необходимых для проведения испытаний согласно ГФУ, АНД и МКК.

4. Набор приборов для инструментального анализа лекарственных средств: рефрактометр, поляриметр, фотоэлектроколориметр, УФ-спектрофотометр, колонка для ионообменной хроматографии, хроматографическая камера и пластинки для тонкослойной хроматографии, потенциометр.

5. Набор химической посуды для проведения анализа: пробирки, колбы, пипетки, цилиндры, бюретки и др.

6. Вспомогательное оборудование и инвентарь для анализа: бюксы стеклянные, штативы, водяные бани, газовые горелки, разновес технический, разновес аналитический, весы ручные аптечные, весы аналитические, электроплитки, фарфоровые чашки.

7. Учебные пособия, Государственная фармакопея Украины.

8. Технические средства обучения и контроля:

• карточки для выяснения исходного уровня знаний и умений;

• контрольные вопросы и тесты.

Занятия № 4-5

1. Тема: Анализ качества лекарственных средств из группы моно- и бициклических терпенов и их синтетических аналогов

2. ЦЕЛЬ: Овладеть методами анализа лекарственных средств из группы терпенов.

3. Целевые задачи:

3.1. Изучить строение, номенклатуру, синонимы, физико-химические свойства, источники и методы получения лекарственных средств из группы терпенов и их синтетических аналогов.

3.2. Изучить методы анализа рассматриваемой группы лекарственных средств согласно ГФУ, АНД, МКК.

3.3. Предложить и обосновать возможные методы идентификации и количественного определения, исходя из строения лекарственных средств изучаемой группы.

3.4. Изучить специфические примеси, а также методы испытаний на чистоту данной группы веществ.

3.5. Рассмотреть особенности проведения анализа лекарственных средств из группы терпенов и их синтетических аналогов с использованием физических, физико-химических и химических методов.

3.6. Научиться проводить анализ качества рассматриваемой группы лекарственных средств с использованием физических, физико-химических и химических методов.

3.7. Трактовать и давать правильную оценку полученным результатам анализа, делать вывод о качестве анализируемых веществ.

3.8. Объяснять особенности хранения лекарственных средств из группы терпенов и их синтетических аналогов, исходя из их физико-химических свойств.

3.9. Изучить и соблюдать правила безопасной работы в химической лаборатории.

Терпены – класс преимущественно ненасыщенных углеводородов, молекулы которых содержат различное число связанных между собой остатков изопрена:

Изопрен (2-метилбутадиен-1,3)

Общая формула всех терпенов кратна числу изопреновых звеньев, т.е. (C₅H₈)_n, где n≥2 (n обычно лежит в пределах от 2 до 8). Сам изопрен (n = 1) не принято относить к терпенам (рассматривается как алкадиен).

Терпены – это природные органические вещества, т.н. вторичные растительные метаболиты. В больших количествах терпены содержатся в растениях семейства хвойные, во многих эфирных маслах – мяты, розы, лимона, лаванды и др.

При изучении терпенов установлено, что изопреновые звенья в их молекулах связаны между собой по типу «голова к хвосту» («изопреновое правило», Л. Ружичка, 1921 г.). Разветвленный конец (с метильной группой) изопреновой единицы рассматривают как «голову», а неразветвленный – как «хвост».

Рис. 1. Варианты изображения формулы гераниола

Это не является строгим, т.к. известны нерегулярные изопреноиды, образованные по типу «голова к голове» или «хвост к хвосту» (например, при образовании тритерпенов (С₃₀) и тетратерпенов (С₄₀) димеризация идет по типу «хвост к хвосту»). Однако, данное правило помогло выяснить строение многих терпенов и родственных им соединений.

В зависимости от количества изопреновых остатков в молекуле выделяют следующие группы терпенов:

• Монотерпены C₁₀H₁₆, (C₅H₈)₂, 2 изопреновых фрагмента;

• Сесквитерпены (полуторатерпены), C₁₅H₂₄, (C₅H₈)₃, 3 изопреновых фрагмента;

• Дитерпены, C₂₀H₃₂, (C₅H₈)₄, 4 изопреновых фрагмента;

• Тритерпены, C₃₀H₄₈, (C₅H₈)₆, 6 изопреновых фрагмента;

• Тетратерпены, C₄₀H₆₀, (C₅H₈)₈, 8 изопреновых фрагмента;

• Политерпены – соединения с большим числом изопреновых фрагментов (C₅H₈)_n, где n≥8.

Кислородсодержащие производные терпенов – терпеноиды – по характеру функциональных групп разделяют на спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры, кислоты и т.д.

Молекулы терпенов могут быть ациклическими (с открытой цепью углеродных атомов) и циклическими (моноциклическими, бициклическими и т.д.).

Ациклические монотерпены относятся к типу 2,6-диметилоктана и могут иметь три, две или одну двойную связь. Они представлены углеводородами (мирцен и его изомер оцимен), спиртами (гераниол, линалоол, цитранелол), альдегидами (цитраль, цитронеллаль).

Рис. 2. Принципиальное строение ациклических монотерпенов, производных 2,6-диметилоктана: мирцен (I), оцимен (II), β-линалоол (III), цитраль (IV)

Моноциклические монотерпены относятся к типу п-ментана. Из ненасыщенных углеводородов типа ментана наиболее распространены лимонен, α-, β- и γ-терпинен, α- и β-феландрен и др.

В составе эфирных масел часто встречаются кислородсодержащие производные ментана: спирты (ментол, терпинеол), кетоны (ментон, пулегон, карвон), окиси (цинеол) и перекиси (аскаридол).

Рис. 3. Принципиальное строение моноциклических монотерпенов типа ментана: α-терпинен (I), лимонен (II), терпинеол (III), ментон (IV), 1,8-цинеол (V), аскаридол (эвкалиптол) (VI)

Бициклические монотерпены имеют два конденсированных неароматических кольца. В зависимости от строения углеводорода их делят на типы: туйана, карана, пинана, камфана, фенхана и пр.

Рис. 4. Принципиальное строение бициклических монотерпеноидов типа туйана: туйан (I), туйол (II), туйон (III), сабинен (IV), сабинон (V)

Рис. 5. Принципиальное строение бициклических монотерпеноидов типа карана: каран (I), Δ³-карен (II), Δ⁴-карен (III)

Рис. 6. Принципиальное строение бициклических монотерпеноидов типа пинана: пинан (I), α-пинен (II), β-пинен (III)

Рис. 7. Принципиальное строение бициклических монотерпеноидов типа камфана: камфан (I), борнеол (II), (+)-камфора (III), (-)-камфора (IV)

Ациклические сесквитерпены состоят из трех С₅-единиц по изопреноидному правилу «голова к хвосту».

Рис. 8. Принципиальное строение ациклических сесквитерпенов: фарнезен

Моноциклические сесквитерпены – это соединения с циклогексановым одним незамкнутым гидроароматическим кольцом и двумя-четырьмя двойными связями. Распространены в природе соединения бисаболана (лимон, ромашка, имбирь, виды сосны), гумулана (хмель), элемана (аир).

Рис. 9. Принципиальное строение моноциклических сесквитерпенов: бисаболан (I), γ-бисаболен (II), α-бисаболол (III)

Бициклические сесквитерпены имеют два конденсированных углеводородных кольца с 2-4 двойными связями. По строению колец и типом конденсации или связи сесквитерпены делят на группы, основными из которых являются кадинан, эвдесман и гвайан:

Рис. 10. Принципиальное строение бициклических сесквитерпенов: кадинан (I), эвдесман (II), гвайан (III)

Терпены весьма реакционноспособны: легко окисляются на воздухе, особенно на свету, часто превращаясь при этом в кислородсодержащие соединения; при нагревании изомеризуются (прежде всего при взаимодействии с кислыми агентами); диспропорционируют в присутствии катализаторов (Pd, Pt, Ni); по двойным связям легко гидрируются, гидратируются, присоединяют галогены, галогеноводороды, органические кислоты и т. д. При сильном нагревании без доступа воздуха (400-500°С) кольца терпенов раскрываются, причем из бициклических терпенов можно получить моноциклические и даже алифатические. При нагревании до 700 °С и выше все терпены разлагаются с образованием сложной смеси продуктов (изопрен, ароматические углеводороды и др.).

Терпеноиды являются активными участниками обменных процессов, протекающих в растениях. Некоторые терпеноиды регулируют активность генов растений, участвуют в фотохимических реакциях. Углеродные цепи ряда терпеноидов являются ключевыми промежуточными продуктами в биосинтезе сте­роидных гормонов, холестерина, ферментов, витаминов Д, Е, К, желчных кислот. Растительные терпеноиды имеют широкий спектр биологического действия и поэтому представляют интерес для поиска новых лекарственных препаратов.

Лекарственные средства из группы терпеноидов классифицируют по количеству циклов на моноциклические (ментол рацемический, левоментол, валидол, терпингидрат); бициклические – (камфора, камфора рацемическая, бромкамфора, кислота сульфокамфорная, сульфокамфокаин), 3-я группа препаратов представлена моноциклическим дитерпеном – ретинола ацетатом (витамин А).

Терпены являются одной из важнейших групп душистых веществ, широко применяемых в качестве компонентов парфюмерных смесей и отдушек в косметической промышленности.

Душистые вещества – органические соединения с характерным запахом, применяемые как пахучие компоненты в производстве парфюмерных и косметических изделий, мыла, косметических моющих средств, косметических и других продуктов.

Обширный экспериментальный материал о связи между запахом вещества и структурой его молекулы (тип, число, положение функциональных групп, разветвленность, пространственная структура количество кратных связей и др.) пока недостаточно изучено, чтобы на основании этих данных можно было предсказать запах вещества. За последние столетие выдвинуто порядка 30 теорий, в которых предпринята попытка объяснить природу запаха и его зависимость от свойств душистого вещества. Наиболее известные следующие:

• стереохимическая теория (рассматривает молекулы душистого вещества как жесткие стереохимические модели, а их взаимодействие с рецептором описывает на основании исключительно геометрических факторов),

• волновая теория (постулирует, что запах определяется спектром колебательных частот молекул в диапазоне волн 500-50 см^–1),

• теория функциональных групп (природа запаха зависит от общего профиля молекулы и наличия функциональных групп).

Однако ни одна из этих (и многих других теорий) не позволяет успешно предсказать запах вещества. Согласно современным представлениям, восприятие душистого вещества и узнавание запаха на клеточном уровне не отличается принципиально от восприятия других химических сигналов и реализуется посредством общих молекулярных механизмов.

Рис. 11. Соединения из группы терпенов, применяемые в качестве душистых веществ или являющиеся их предшественниками: мирцен (I), гераниол (II), линалоол (III), мирценол (IV), фарнезол (V), гераниаль (VI), нераль (VII), жасмон (VIII)

Мирцен (I) – (2-метил-6-метилен-2,7-октадиен), бесцветная жидкость с приятным ароматом, растворим в этаноле, не растворим в воде, легко окисляется на воздухе и при нагревании, получают дегидратацией линалоола или пиролизом β-пинена при 600-700 °С. Для идентификации мирцена обычно получают его тетрабромид (т.пл. 95-96 °С) или аддукт с малеиновым ангидридом. Является ключевым исходным веществом для получения многих душистых веществ.

Гераниол (II) – (3,7-диметил-транс-2,6-октадиен-1-ол), бесцветная или светло-желтая жидкость с ароматом розы, растворим в этаноле, плохо растворим в воде. Содержится (преимущественно в виде эфиров) в гераниевом, цитронелловом, розовом, лемонграссовом и др. эфирных маслах. В промышленных масштабах чаще всего получают синтетически, используя в качестве исходного вещества мирцен. Применяют в качестве компонента парфюмерных композиций и отдушек.

Линалоол (III) – (3,7-диметил-1,6-октадиен-3-ол), бесцветная жидкость с ароматом ландыша, растворим в этаноле, плохо растворим в воде. Содержится в гераниевом, бергамотовом, лавандовом, кориандровом и др. эфирных маслах. В промышленных масштабах получают, главным образом, химической модификацией α-пинена.

Рис. 12. Получение линалоола из α-пинена

Линалоол находит широкое применение в качестве компонента парфюмерных композиций, отдушек, служит сырьем для получения ряда других душистых веществ, используется для получения витамина Е и некоторых других лекарственных препаратов.

Мирценол (IV) – (2-метил-6-метилен-7-октен-2-ол), бесцветная жидкость с фруктовым запахом, растворима в этаноле и органических растворителях, не растворим в воде. Содержится в китайском лавандовом масле и некоторых других растениях. В промышленных масштабах получают синтетически. Применяют в качестве компонента парфюмерных композиций и отдушек.

Фарнезол (V) – (3,7,11-триметил-2,6,10-додекатриен-1-ол), бесцветная вязкая жидкость, при сильном разбавлении имеет запах ландыша. Содержится в неролиевом, цитронероловом, розовом и др. эфирных маслах. Получают выделением из эфирных масел. Применяют как компонент парфюмерных композиций и фиксатор запаха.

Цитраль – представляет собой смесь геометрических изомеров 3,7-диме­тил-2,6-октадиен-1-аля (структуры VI и VII), гераниаля и нераля соответственно. В природном цитрале преобладает гераниаль (до 90%). Содержится в лемонграссовом, лимонном, эвкалиптовом и др. эфирных маслах. В промышленных масштабах получают как природным, так и синтетическим методами. Для идентификации получают семикарбазоны или 2,4-динитрофенилгидразоны, которые имеют точные температуры плавления. Применяют как компонент парфюмерных композиций и пищевых эссенций, в качестве противовоспалительного и антисептического средства, а также как исходное вещество для синтеза многих душистых соединений.

цис-Жасмон (VIII) – [3-метил-2-(2-цис-пентен-1-ил)-2-циклопентен-1-он], бесцветная или слегка желтоватая маслянистая жидкость с запахом жасмина, растворима в этаноле и органических растворителях, не растворим в воде. Содержится в масле цветков жасмина (источник промышленного получения), неролиевом, апельсиновом и др. эфирных маслах. Используется для приготовления парфюмерных композиций, пищевых эссенций.