Высокомолекулярные соединения

            Процесс растворения ВМС обратим, т. е. после удаления растворителя, например испарением, можно снова получить раствор добавлением новой порции растворителя к сухому остатку. Концентрация растворов ВМС может достигать высоких значений, вследствие чего может быть определено осмотическое давление. В отличие от золей растворы ВМС, как и истинные растворы, при неизменных внешних условиях как угодно долго сохраняют агрегативную устойчивость своих частиц. Следовательно, эти системы находятся в устойчивом термодинамическом равновесии, в то время как золи, подчиняясь второму закону термодинамики и обладая повышенным запасом свободной энергии, стремятся перейти в более устойчивое состояние с меньшим запасом энергии путем укрупнения частиц.

           В растворах ВМС эффект Фарадея-Тиндаля обнаруживается не совсем четко вследствие того, что показатель преломления сольватированных частиц растворенного вещества n мало отличается от показателя преломления растворителя n0, поэтому разность n-n0 -> 0, а интенсивность рассеяния света растворами ВМС незначительна. По этой же причине макромолекулы невозможно обнаружить под ультрамикроскопом.

           Золи представляют собой суспензоиды. В большинстве случаев дисперсной фазой в них являются твердые частицы, обладающие кристаллическим строением, а дисперсионной средой - жидкость (Т-Ж). Растворы ВМС в своем поведении подобны двойным жидким системам (ЖI-ЖII) с типичными случаями ограниченной и неограниченной взаимной растворимости. Например, до 55° С ацетилцеллюлоза ограниченно растворяется в хлороформе, и раствор расслаивается на две фазы. Выше 55° С наблюдается неограниченная смешиваемость, т. е. к растворам ВМС, как и к растворам низкомолекулярных веществ, применимо правило фаз (работы В. А. Каргина). К золям оно неприменимо, так как они относятся к неравновесным системам.

          Высокомолекулярные соединения способны в одних условиях образовывать истинные растворы, в других же дают типичные коллоидные растворы. Так, например, можно получить золь желатины в спирте, золи нитроцеллюлозы в воде, каучука в воде (латексы) и др.

           Растворы ВМС наряду с проявлением сходных свойств с истинными растворами и золями имеют ряд специфических особенностей, обусловленных присутствием в них макромолекул сильно вытянутой формы (повышенная вязкость, студенистость, набухание и другие свойства). Растворы ВМС следует рассматривать как промежуточное звено между золями и истинными растворами низкомолекулярных веществ.

Классификация высокомолекулярных соединений

ВМС классифицируют по различным признакам:

1. По происхождению ВМС делятся  на натуральные (природные) и  синтетические.

          Натуральные ВМС - белки (казеин, желатин, яичный альбумин), шерсть, шелк, полисахариды (целлюлоза, крахмал). Полисахариды - это полимерные углеводы (С₆Н₁₀О₅)_n, образующиеся в растениях при фотосинтезе:

          Синтетические ВМС - ВМС, получаемые в результате химического синтеза. В качестве исходных веществ для получения полимеров используют низкомолекулярные ненасыщенные или полифункциональные соединения - мономеры. Методы синтеза основаны на следующих типах реакций:

• полимеризация - соединение молекул мономера с образованием макромолекул, по элементному составу не отличающихся от исходного мономера, например: n(СН₂ = СН₂)> (-СН₂ - СН₂-)_п.

• поликонденсация - соединение молекул мономера, сопровождающееся выделением низкомолекулярных веществ: Н₂О, NH₃ и др. Примером может служить реакция образования найлона:

• сополимеризация - соединение двух или нескольких мономеров разного состава.

          Степенью полимеризации п называется число повторяющихся звеньев в макромолекуле.

             Любой реальный синтетический полимер состоит из макромолекул разной степени полимеризации и характеризуется полидисперсностью.

2. По строению полимерной цепи  высокомолекулярные соединения  бывают: линейными, разветвленными  и пространственными.

         Линейные полимеры образуются в тех случаях, когда молекулы мономера бифункциональны, причем при росте полимерной цепи функциональность не меняется, например (-СН₂-СН₂-), - полиэтилен. Линейные полимеры являются высокоэластичными, хорошо растворяются. Их применение основано на способности образовывать волокна, нити.

           Пространственные полимеры образуются, когда функциональность мономера больше двух и в процессе роста цепи функциональность макромолекулы увеличивается. Пространственные полимеры менее эластичны, обладают большей твердостью, менее растворимы, но способны набухать. Примером могут служить фенолформальдегидные смолы.

          Разветвленные полимеры, подобно пространственным, получаются из мономеров с функциональностью больше двух. При определенных условиях в ходе синтеза образуются боковые ответвления от основной цепи. Разветвленные полимеры имеют свойства, промежуточные между линейными и пространственными полимерами. Примером может служить крахмал.

3. По способности к электролитической  диссоциации ВМС делятся на  неэлектролиты и полиэлектролиты.  В свою очередь полиэлектролиты  подразделяют на поликислоты,  полиоснования и полиамфолиты.

         В аптечной практике из природных ВМС чаще всего готовят микстуры с такими соединениями, как пепсин, растворимые экстракты, слизь крахмала. Природные ВМС являются белками. Одним из представителей этой группы веществ является протеолитический фермент желудочного сока — пепсин, получаемый из слизистой оболочки желудка свиньи.

           Пепсин — это 1-компонентный протеолитический фермент желудочного сока. Пепсин является альбумином, имеет глобулярные молекулы, хорошо растворим в воде, его особенностью является тот факт, что он разрушается (свертывается) при нагревании, осаждается спиртом, солями тяжелых металлов, дубильными веществами. Концентрированные кислоты и щелочи мгновенно разрушают пепсин. Свет инактивирует фермент. Свою активность пепсин проявляет только в слабокислой среде, особенно в соляно-кислой среде. Поэтому приготавливать растворы пепсина необходимо с учетом всех этих особенностей. Протеолитическое действие пепсина активируется хлористо-водородной кислотой в концентрации от 0,1 до 0,5 %.

           При растворении пепсина в хлористо-водородной кислоте с концентрацией хлористого водорода более 0,5 % фермент подвергается гидролизу с образованием продуктов, не оказывающих ферментативного действия. В медицинской практике применяются 2— 4%-ные растворы пепсина в сочетании с соляной кислотой.

Пример

Rp.: Pepsini 3,0

Solutions Acidi hydrochloridi 2 % — 200 ml

M. D. S. По 1 ст. л. 3 раза в день во  время еды.

          В технологии растворов пепсина используют разведение кислоты хлороводородной 1 : 10 во избежание ее передозировки и отравления. Так как пепсин легко инактивируется в сильнокислой среде, то сначала готовят раствор кислоты (в подставке смешивают 160 мл воды дистиллированной и 40 мл концентрата кислоты хлороводородной 1 : 10), а затем растворяют пепсин.

          При необходимости процеживают раствор пепсина через рыхлый ватный тампон во флакон из оранжевого стекла. Бумагу для этих целей не используют, так как в кислой среде белок, представляющий собой амфотерное соединение, приобретает положительный заряд, а бумага, гидролизуясь, заряжается отрицательно, вследствие чего возможно явление адсорбции. Флакон оформляют этикеткой “Хранить в прохладном месте”.

         Следует помнить, что пепсин несовместим с солями тяжелых металлов, дубильными веществами, крепкими спиртами, вызывающими осаждение белка. Растворы пепсина необходимо хранить в прохладном и защищенном от света месте.

         Панкреатин представляет собой высушенный экстракт поджелудочной железы свиней и крупного рогатого скота. Применяется он в виде порошка или таблеток внутрь при расстройствах пищеварения, связанных с недостаточностью секреции поджелудочной железы. Панкреатин легкорастворим в щелочных растворах. Как правило, в качестве растворителя используют раствор, состоящий из 46,9 г кислоты борной, 20 мл 1%-ного раствора едкого натра и до 2 л воды.

        Желатин является смесью белковых веществ животного происхождения, продуктом частичного гидролиза коллагена, содержащегося в соединительных тканях кожи, хрящах, сухожилиях и костях животных. Изначально желатин имеет вид бесцветных или желтоватых просвечивающих гибких листочков или кусочков. При измельчении порошок желатина приобретает белый или желтоватый цвет. Препарат набухает в холодной воде, растворяется в горячей воде с образованием прозрачного раствора. При повышении температуры сшивающие связи в узлах молекулярной сетки желатинового студня разрываются, упругий желатиновый студень плавится и превращается в раствор. Теплый желатиновый раствор в любых пропорциях смешивается с водой и глицерином. При понижении температуры желатиновые растворы постепенно теряют текучесть и застудневают (при концентрации не ниже 0,7—0,9 %). Плавление и застудневание желатинового раствора можно повторять неограниченное число раз. Раствор желатина как кровоостанавливающее средство применяют внутрь, для инъекций, а также в качестве основы для мазей и суппозиториев.

Пример

Rp.: Solutionis Gelatinae 4 % — 50 ml

D. S. По 2 ст. л. каждые 2 ч.

            Для приготовления такого раствора 2,0 г желатина заливают 4—10-кратным количеством воды и оставляют на 30—40 мин. После этого добавляют остальную воду и помещают на водяную баню с температурой 60—70 °С до полного растворения. Готовый теплый раствор процеживают через рыхлый ватный тампон или двойной слой марли во флакон для отпуска.

          Крахмал по своей химической природе представляет собой смесь двух полисахаридов — амилозы и амилопектина. Амилоза растворима в горячей воде и образует прозрачный раствор. Амилопектин, содержание которого в крахмале составляет 10—20 %, в горячей воде сильно набухает и образует вязкий нестойкий студень (крахмальный клейстер). Официнальными являются следующие сорта крахмала — пшеничный, кукурузный, рисовый и картофельный. Переход крахмала в раствор может происходить только при нагревании. Для предупреждения образования не распределяющихся в воде комков крахмал вначале смешивают с холодной водой, после чего добавляют кипяток. Добавление к крахмалу больших количеств электролитов может привести к его высаливанию. При этом происходит помутнение раствора и изменение его вязкости. Для предотвращения высаливания электролиты следует добавлять к раствору полимера в виде водных растворов. Для внутреннего употребления и для клизм готовят 2%-ный раствор крахмала по массе следующего состава: 1 часть крахмала, 4 части воды дистиллированной холодной, 45 частей воды дистиллированной горячей. Для приготовления препарата в специальной чашке кипятят 45 мл воды, затем в нее при тщательном перемешивании вливают взвесь 1,0 г крахмала в 4 мл холодной воды. При необходимости массу раствора доводят до 50,0 г. Крахмальная слизь при хранении быстро выпадает в осадок и легко обсеменяется микрофлорой, поэтому флакон оформляют предупредительными этикетками “Хранить в прохладном месте” и “Перед употреблением взбалтывать”.

          К природным ВМС относятся растительные экстракты, содержащие пектиновые вещества, сахара, крахмал, слизи и другие ВМС. Это сгущенные вытяжки из растительных материалов. Они могут быть густыми и сухими. Водные растворы большинства экстрактов, особенно в летнее время, легко поражаются микроорганизмами (главным образом плесневыми и дрожжевыми грибами). Растворы экстрактов, консервированные спиртом и другими антисептиками, с течением времени мутнеют и выделяют значительный осадок. Приготовление растворов экстрактов целесообразно проводить в ступке, постепенно добавляя к экстракту воду и непрерывно перемешивая пестиком. Если в рецепте нет точного указания о форме экстракта, следует использовать густой экстракт. Необходимо помнить, что сухой экстракт красавки применяется в двойном количестве.

Пример

Rp.: Ammonii chloridi

Natrii hydrocarbonatis aa 2,0

Extracti Glycyrrhizae 5,0

Aquae destillatae 180,0

M. D. S. По 1 ст. л. 3 раза в день.

            Для приготовления раствора по данной прописи густой экстракт солодки взвешивают на небольшом кружке из пергамента или целлофана и вместе с ним помещают в ступку. Воду в количестве около 50 мл отмеривают в подставку и понемногу при помешивании прибавляют к экстракту. Полученный раствор процеживают сквозь ватный тампон во флакон для отпуска. Ступку и пергаментный или целлофановый кружок двукратно споласкивают той же водой, которую затем сливают через ватный фильтр в тару с раствором экстракта. В остатке воды растворяют соли и также процеживают во флакон. В заключение небольшим количеством полученной микстуры ополаскивают подставку, жидкость через тот же фильтр возвращают в отпускной флакон.

Пример

Rp.: Aethylmorphini hydrochloridi 0,2

Solutionis Calcii chloridi 10 % — 200 ml

Extr. Belladonnae spissi 0,15

M. D. S. По 1 ст. л. 3 раза в день.

          Двойное количество экстракта красавки растирают в ступке с водой до полного растворения и примешивают к заранее приготовленной солевой части микстуры, многократно обмывая ступку. При использовании в этом случае раствора экстракта красавки 1 : 2 (Extractae Belladonnae solutium) его добавляют к раствору солей в двойном количестве по сравнению с прописанным.

         Камеди представляют собой гидрофильные растительные вещества, образующиеся при ранениях или инфекционных поражениях некоторых растений. Они, как правило, хорошо растворяются в воде с образованием вязких и клейких субстанций, обладающих высокой эмульгирующей способностью. Камеди нерастворимы в спирте. Камеди — это сложные химические соединения. Их мономерными структурными единицами являются гексозы, метилпентозы и уроновые кислоты. Слизь камеди аравийской (Mucilago Gummi arabici) — водный раствор камеди аравийской концентрации 1 : 2. Для его приготовления куски камеди взвешивают, быстро ополаскивают и помещают в марлевый мешочек, который подвешивают в сосуде с водой. К концу вторых суток происходит растворение камеди с образованием на дне сосуда слоя концентрированного клейкого раствора. Последний перемешивают и при необходимости процеживают через холст.     Раствор аравийской камеди прозрачен, без запаха, имеет желтоватую окраску, дает слабокислую реакцию. При комнатной температуре легко обсеменяется дрожжевыми и плесневыми грибами и бактериями. Стерилизованная слизь хорошо сохраняется в герметичной упаковке. ВМС природного происхождения отличаются непостоянством состава, легко подвергаются микробной порче, способны вызвать гидролиз некоторых лекарственных веществ. Для стабилизации лекарственных препаратов широко применяются ВМС, обладающие высокой эмульгирующей способностью.