Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Викасол. Синтез (методика). Способы качественного и количественного анализа. Способы качественного и количественного анализа в фармакопея

ГОУ ВПО “УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ”

Кафедра фармации

КУРСОВАЯ РАБОТА

ВИКАСОЛ. СИНТЕЗ (МЕТОДИКА). СПОСОБЫ КАЧЕСТВЕННОГО И КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА. СПОСОБЫ КАЧЕСТВЕННОГО И КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА В ФАРМАКОПЕЯХ РАЗНЫХ СТРАН С ПРИВЕДЕНИЕМ МЕТОДИК. РАЗРАБОТКА НОВОГО МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИКАСОЛА

ИСПОЛНИТЕЛЬ: Чурило С.А.

571 группа

РУКОВОДИТЕЛЬ: к.фарм.н.,

доцент

кафедры фармации

Мельникова О. А.

Екатеринбург, 2008

СОДЕРЖАНИЕ

1. РЕФЕРАТ…………………………………………………………………...3

2. ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………4

3. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР………………………………………………...5

история открытия……………………………………………………....5
химическое строение и представители……………………………….6
синтез…………………………………………………………………...10
физико-химические свойства…………………………………………16
химические свойства…………………………………………………..18
норма потребления…………………………………………………….23
подлинность……………………………………………………………25
чистота………………………………………………………………….26
количественное определение…………………………………………27
сравнительная оценка методик качественного и количественного анализа в фармакопеях СССР, США и Великобритании…………...30

4. МЕТОДИКИ АНАЛИЗА…………………………...……………………...32

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………………………………….39

6. ПРИМЕНЕНИЕ…………………………………………………………….42

7. ВЫВОДЫ…………………………………………………………………...44

8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………….45

Реферат

Проведён качественный и количественный анализ викасола. Рассмотрена методика синтеза витаминов К, приведена технологическая схема производства менахинона и викасола, а также проведена сравнительная оценка методик качественного и количественного анализа из фармакопей некоторых стран мира (СССР, Великобритания, США).

Для анализа использовался препарат Викасол – раствор для инъекций 1% по 1 мл. Проведено 8 опытов качественного анализа и 2 опыта количественного анализа (6 и 1 параллель). Также приведено определение содержание действующих веществ в препарате методом колориметрии.

Данная работа выполнена на 43 страницах, в ней представлено 6 таблиц, 21 схема и 2 рисунка.

Введение

Все химические вещества, применяемые как лекарственные средства, должны отвечать требованиям Государственной фармакопеи по различным показателям: по внешнему виду, растворимости, химическому составу, чистоте, а также по таким показателям качества, как величина рН, удельный показатель поглощения, температура плавления или температура кипения. Количественное содержание действующего вещества должно находиться в пределах, указанных в соответствующей фармакопейной статье.

Витамины в этом плане не являются исключением. Для анализа нами был взят витамин К, а именно его водорастворимый представитель – викасол.

Цель данной работы заключается в проработке методик качественного и количественного анализа на практике.

Также был поставлен ряд задач:

сбор литературного материала по данной теме;
проведение опытов на подлинность препарата;
проведение анализа на содержание действующих веществ;
проведение нового метода количественного определения препарата.

Литературный обзор

1. История открытия.

В 1929 г. датский ученый Дэм описал авитаминоз у цыплят, находившихся на синтетической диете. Основным признаком его являлась геморрагия – кровоизлияние в подкожную клетчатку, мышцы и другие ткани. Добавление дрожжей в качестве источника витаминов В и рыбьего жира, богатого витаминами А и D, не устраняло патологических явлений. Оказалось, что целебным эффектом обладают зерна злаков и другие растительные продукты. Вещества, излечивающие геморрагию, были названы витаминами К, или витаминами коагуляции, так как было установлено, что кровоизлияния у подопытных птиц, например, связаны с понижением способности крови к свертыванию [10].

В 1939 г. в лаборатории Каррера впервые был выделен из люцерны витамин К, его назвали филлохинон. В том же году Бинклей и Доизи получили из гниющей рыбной муки вещество с антигеморрагическим действием, но с иными свойствами, чем препарат, выделенный из люцерны. Этот фактор получил наименование витамина К₃ в отличие от витамина из люцерны, названного витамином К₁.

Табл. 1. Краткая история открытия витамина


1929	Открытие витамина К явилось результатом серии экспериментов, проводимых Генри Дэмом.
1931	МакФарлейн и сотр. наблюдают дефект свертывания крови.
1935	Дэм высказывает предположение, что противогеморрагический витамин цыпленка есть новый жирорастворимый витамин, который он называет витамином К.
1936	Дэму и сотр. удаются приготовить неочищенную фракцию протромбина в плазме и продемонстрировать снижение ее активности в случае получения из плазмы цыпленка с недостаточным содержанием витамина К.
1939	Дойзи и сотр. синтезируют витамин К₁.
1940	Брикхаус описывает предпосылки кровотечения как результат синдрома недостаточного всасывания или голодания и устанавливает, что геморрагическая болезнь новорожденных связана с витамином К.
1943	Дэм получает Нобелевскую премию за открытие витамина К, фактора свертываемости крови.
1943	Дойзи получает Нобелевскую премию за открытие химической структуры витамина К.
1974	Стенфло с сотр. и Нелсестуен с сотр. показали зависимую от витамина К стадию в синтезе протромбина.
1975	Эсмон и сотр. открывают зависимое от витамина К карбоксилирование протеина в печени.

Исследование химической природы витаминов К привело к заключению, что в основе их молекулы лежит структура 2-метил-1,4-нафтохинона, который, как и природные витамины К, обладает антигеморрагическим действием [13].

2. Химическое строение.

Установлено, что К – витаминной активностью обладает несколько веществ, стимулирующих свёртывание крови. Природные витамины К являются производными 2-метил-1,4-нафтохинона, у которых в положении 3 водород замещен на остаток спирта фитола или на изопреноидную цепь с различным числом углеродных атомов, при этом заместители у двойной связи занимают транс – положение (табл. 2). Синтетический витамин К₁ представляет собой смесь цис – и транс – изомеров. в соотношении 3:7. Биологической активностью обладает только транс – изомер [1].

Витамин К₂ (менахинон) представлен несколькими формами, отличающимися по длине изопреноидной цепи. Выделены производные с боковой цепью из 20, 30 и 35 углеродных атомов (табл. 2).

Менахиноны являются продуктами жизнедеятельности бактерий, в том числе содержащихся в кишечнике животных; их продуцируют также различные микроорганизмы. Наличие в молекулах природных витаминов к ненасыщенных связей обуславливает их желтую окраску. Они различаются температурой плавления; так у филлохинона она – -20°C, а у менахинона-7 от +53,5 до +54°C. Все природные витамины группы К практически нерастворимы в воде и, как правило, легко растворимы в органических растворителях. Природные витамины группы К поступают в организм с пищей и частично синтезируются в кишечнике микрофлорой кишечника. В виде препаратов их в медицине не используют.

Кроме природных витаминов К, в настоящее время известен ряд производных нафтохинона, обладающих антигеморрагическим действием, которые получены синтетическим путем – витамины К₃, К₄, К₅, К₆, К₇ (табл 2).

Было установлено, что менадион отличается от природных витаминов К отсутствием боковой цепи в положении 3. Оно в три раза более активно, чем филлохинон, но в больших дозах имеет довольно значительную токсичность [1].

Простота химической структуры менадиона, его высокая биологическая активность привлекли внимание исследователей. Ими были предприняты попытки создания аналогов менадиона, которые, сохранив его высокую К – витаминную активность, отличались бы минимальной токсичностью и хорошей растворимостью в воде. Такой водорастворимый аналог был в 1947 году синтезирован одновременно А. А. Шмуком и А. В. Палладиным с сотрудниками в различных лабораториях. Он был назван ВИКАСОЛОМ (сокращённое от VITaminum К SOLubile), по современной номенклатуре – менадиона натрия бисульфит (табл. 2) [10].

Табл. 2. Различные представители витамина К

2-метил-1,4-нафтохинон

Витамин К₁, филлохинон, фитохинон

(2-метил-3-фитил-1,4-нафтохинон)

Витамин К₂ (20)

Витамин К₂ (30)

(2-метил-3-дифарнезил-1,4-нафтохинон)

Витамин К₂ (35)


Витамин К₃ (менадион, метинон) (2-метил-1,4-нафтохинон)	Витамин К₄ (2-метил-1,4-нафтогидрохинон)

Витамин К₅ (2-метил-4-амино-1-нафтогидрохинон)	Витамин К₆ (2-метил-1,4-диаминонафтохинон)

Витамин К₇ (3-метил-4-амино-1-нафтогидрохинон)

Викасол (1,2,3,4–тетрагидро-2-метил-1,4-диоксо-2-нафталинсульфонат натрия)

3. Синтез.

Синтез витамина К₁ осуществляют в 20 стадий. Ключевой ароматический фрагмент (4) готовят окислением 2-метилнафталина (1) до нафтохинона (2) (также проявляющего витаминные свойства, витамин Кз), который восстанавливают до диола; последний ацилируют в диацетат (3). Частичным гидролизом диацетат (3) превращают в моноацетилпроизводное (4), которое затем алкилируют ненасыщенным спиртом - изофитолом (14) (схема его синтеза приведена ниже). Полученное таким образом соединение (15) на последних двух стадиях синтеза витамина (16) гидролизуют (для снятия ацильной защиты) и окисляют гидроксигруппы в кетонные:

Схема 1. Синтез витамина К1

Терпеновый спирт изофитол (14) получают в промышленности по нижеприведенной схеме на основе превращений ацетилена, ацетона, дикетена, метилизопропенилового эфира и их производных [8, 9]:

Схема 2. Синтез изофитола

Синтез викасола можно осуществить несколькими способами.

Первый метод синтеза: из β-метилнафталина, который является продуктом производства коксохимической промышленности. Метилнафталин окисляют оксидом хрома (VI) до 2-метил-1,4-нафтохинона (менадиона). Менадион переводят в растворимое состояние введением гидрофильной сульфогруппы [1, 3, 9]:

β-метилнафталин 2-метил-1,4-нафтохинон викасол

Схема 3. Синтез викасола

Рассмотрим технологическую схему и собственно процесс производства витамина К₃ (менадиона, метинона) и викасола.

В реактор 1 загружают двухромовокислый натрий и воду до получения раствора с плотностью 1500 кг/м³. Затем из мерника 2 вводят серную кислоту плотностью 1840 кг/м³ и перемешивают при охлаждении окислительной смеси до 0°С. Далее приготовляют раствор 2-метилнафталина в ледяной уксусной кислоте, для чего в реактор 3 загружают 2-метилнафталин и из мерника 4 вводят в реактор 3 при температуре 20°С ледяную уксусную кислоту (на 1 кг 2-метилнафталина 5 л кислоты). В окислительную смесь в реакторе 1 в течение 2 – 3 часов приливают постепенно при перемешивании раствор 2-метилнафталина.

Реакционную массу нагревают до 60°С и выдерживают при перемешивании 15 часов. Затем её спускают в смеситель 5, в который предварительно наливают холодную воду (1:1). Массу перемешивают и спускают на нутч–фильтре 6. Осадок промывают водой до получения неокрашенного фильтрата. Осадок промывают водой до получения неокрашенного фильтрата. На фильтре находится технический менадион.

Очистку и перекристаллизацию менадиона ведут из спиртового раствора. Для этого сырой осадок помещают в реактор 7 и при температуре 75°С растворяют в спирте (1:5), который добавляют из мерника 8. Туда же вносят 2% раствор (к массе сухого вещества) активированного угля, фильтруют через нутч–фильтр 9 и кристаллизуют в кристаллизаторе 10. Кристаллы отделяют в центрифуге 11, промывают спиртом и высушивают в вакуум-сушилке 12. Это этап первой перекристаллизации.

Далее осуществляют вторую перекристаллизацию. Маточный раствор 1 из сборника 13 поступает в смеситель 14, где его обрабатывают активированным углем. Фильтруют через нутч-фильтр 15, направляют в сборник 16, затем упаривают в вакуум-аппарате 17 и кристаллизуют в кристаллизаторе 18. Полученные кристаллы менадиона отд6еляют на центрифуге 19. Кристаллы поступают на перекристаллизацию в реактор 7. Маточный раствор 2 поступает в сборник 20, при полном истощении он является отходом производства, в противном случае его направляют на третью кристаллизацию.

Процесс синтеза викасола осуществляют следующим образом.

Менадион после сушки измельчают в дробилке 21, откуда он поступает в сборник 22. Затем измельчённый менадион направляют в тестомесилку 23, где его растирают с небольшим количеством воды в кашицеобразную массу. Сюда же добавляют 40% водный раствор бисульфита натрия. На одну часть менадиона берут 2,5 части раствора бисульфита. Смесь слегка разогревается, и масса густеет от выделяющихся кристаллов викасола. Кашицеобразную массу высушивают на вакуум-вальцовой сушилке 24. Сухой продукт измельчают в микромельнице 25 и направляют в расфасовку [9].

Рис. 1. Технологическая схема производства метинона и викасола

Схема 4. Технологические показатели производства метинона и викасола

Второй метод синтеза. В 1971 году в Институте катализа СО РАН началось исследование каталитических свойств растворов Mo-V-фосфорных гетерополикислот в реакциях гомогенного окисления различных органических соединений кислородом. Классические гетерополикислоты (ГПК-x) имеют состав H₃+xPVxMo₁₂-xO₄₀, и их анион имеет структуру Кеггина (с центральным атомом фосфора, связанным через кислородные мостики с 12 атомами Mo или V).

Рис. 2. Структура Кеггина

Фундаментальные исследования в области катализа растворами ГПК-x стали основой разработки ряда новых процессов основного и тонкого органического синтеза. Главным направлением работы группы являются реакции парциального окисления.

Окислительные реакции в присутствии ГПК-x обычно проводят в два этапа в двух разных реакторах. В первом реакторе ведут окисление субстрата в целевой продукт. После отделения продукта во втором реакторе проводят окисление восстановленной формы ГПК-x кислородом, т.е. осуществляют регенерацию катализатора. Такой двухстадийный способ позволяет получить максимальную селективность целевой реакции, а также обеспечить взрывобезопасность процесса в том случае, когда присутствие кислорода недопустимо на стадии окисления субстрата (например, при окислении бутиленов). Во всех таких процессах ГПК-x являются обратимо действующими окислителями, использование которых выгодно отличает их от таких окислителей, как CrO₃, KMnO₄, Ce(SO₄)₂ и т.п., из восстановленных форм которых трудно получить исходные соединения. Растворы ГПК-x обладают рядом уникальных свойств, включающих высокую активность, селективность и мягкие условия работы. За состоянием водных растворов ГПК-x можно следить по спектрам ЯМР на ядрах P³¹, V⁵¹, O¹⁷.

Растворы ГПК-x входят в состав каталитических систем (Pd + ГПК-x), служащих для высокоселективного (98-99%) окисления олефинов C₂–C₄ в соответствующие карбонильные соединения (ацетальдегид, ацетон, метилэтилкетон) и окислительного сочетания аренов в биарилы.

В присутствии водных растворов ГПК-x был селективно (S=90-99%) получен ряд алкилзамещённых 1,4-хинонов бензольного и нафталинового рядов путем окисления соответствующих фенолов. Наиболее важными из этих реакций являются окисление 2-метилнафтола-1 (I) в 2-метил-1,4-нафтохинон (II, витамин К3) по реакции (1) и окисление 2,3,6-триметилфенола в 2,3,5-триметил-1,4-бензохинон (III) по реакции (2).

Схема 5. Синтез витамина К3

Все витамины группы К (включая водорастворимый викасол) получаются, исходя из II. Соединение III является ключевым полупродуктом синтеза витамина Е (токоферола). В реакциях парциального окисления фенолов с помощью ГПК-x необходимо использовать двухфазные системы, когда ГПК-х находится в водной фазе, а субстрат и продукты реакции – в фазе не смешивающегося с водой органического растворителя, легко отделяемого от водной фазы.

Окисление I и II в присутствии растворов ГПК-x является частью цепочки реакций: нафтол-1 - I - II - викасол, положенной в основу разработанной в ИК СО РАН технологии "Викасиб" для синтеза витаминов группы К. Биологические испытания показали, что витамины группы К, полученные по этой технологии, обеспечивают значительное повышение продуктивности животноводства [11, 12].

4. Физико-химические свойства.

Физико-химические свойства витаминов представлены в таблице 3 [1, 3, 13].

Табл. 3. Физико-химические свойства различных представителей витамина К

витамин	описание	температурная константа	растворимость	оптические свойства
витамин К₁	светло-жёлтое масло	кристаллизуется при температуре –20° и кипит при 115–145° в вакууме	вещество растворимо в хлороформе, диэтиловом эфире, этиловом спирте и других органических растворителях	растворы поглощают УФ лучи. Так, в петролейном эфире максимумы адсорбции находятся при длине волны, равной 243, 249, 261, 270 и 325 нм. В этом ряду наибольшую оптическую плотность ( = 420) витамин К проявляет при К = 249 нм.
витамин К₂	жёлтая или оранжево – жёлтая прозрачная, вязкая жидкость со слабым запахом	температура плавления 54°	практически не растворяется в воде, растворяется в органических растворителях, при этом мало – в этаноле, легко – в гексане, хлороформе, эфире, растительных маслах	имеет адсорбционные спектры, сходные с таковыми витамина К1, но менее интенсивно поглощает УФ лучи. Например, в петролейном эфире максимум его поглощения находится при 248 нм и составляет = 295.
витамин К₃	лимонно-желтое кристаллическое вещество с характерным запахом	температура плавления 160°	слабо растворим в воде, что обусловлено отсутствием в его молекуле длинной углеводородной цепи.
викасол	белый или белый с желтоватым оттенком кристаллический порошок без запаха	температура плавления 104 – 107 град. С	легко растворим в воде, трудно растворим в 95% спирте, очень мало растворим в эфире	характерны ИК – и УФ – спектры

Витамины К, содержащие в положении 3 изопреноидную цепь, относятся к светочувствительным соединениям. При освещении ультрафиолетом происходит фотолиз, отщепляется изопреноидная цепь, которую замещает гидроксил, а молекула фитола окисляется в кетон фитон.

Все производные 1,4-нафтохинона обладают характерной красной флуоресценцией в твердом состоянии при освещении их УФ-светом. Красная флуоресценция переходит затем в устойчивую интенсивную зеленую, которая от действия спиртового раствора КОН переходит в оранжевую. Это связано с протеканием окисительно-восстановительных реакций и объясняет причину быстрого разрушения растворов витаминов группы К при действии света [3].

5. Химические свойства.

Витамины группы К устойчивы при длительном кипячении в водных растворах, но быстро разрушаются при нагревании их в щелочных растворах.

Витамины К, будучи, как сказано выше, производными нафтохинона, обладают способностью к окислительно-восстановительным реакциям. На этой способности витаминов К основано количественное определение их полярографическим методом. Нафтохиноновая молекула, присоединяя два водорода, переходит в нафтогидрохиноновую. Эта реакция в присутствии кислорода воздуха обратима. Реакция восстановления нафтохинонов (окрашенных веществ) сопровождается их обесцвечиванием [10]:

Схема 6. Окислительно-восстановительные свойства

Витамины К способны непосредственно взаимодействовать с кислородом, присоединяя его в положении 2, 3 молекулы нафтохинона. Продуктом окисления является эпоксид [10]:

↓ + О₂

эпоксид витамина К₁

Схема 7. Взаимодействие с кислородом

Эпоксиды витаминов К сохраняют витаминную активность исходных молекул.

Витамин К₃ под влиянием света и кислорода воздуха может давать димерное производное [10]:

свет ↓ + О₂

димер витамина К₃

Схема 8. Взаимодействие с кислородом под действием света

Под действием слабых окислителей отщепляется боковая цепь по двойной связи с образованием кислоты [10]:

↓ + слабый окислитель

Схема 9. Взаимодействие со слабыми окислителями

При действии сильных окислителей происходит разрушение хинонового цикла и образуется фталевая кислота [10]:

↓ + KMnO₄

фталевая кислота

Схема 10. Взаимодействие с сильными окислителями

Нафтохиноновые витамины, например филлохинон (I), под влиянием перхлорной кислоты в дихлорэтане испытывают димеризацию с образованием хроманового спиродимера (ХVII). Реакция протекает через филлохроманол – нафтотокоферол (XV), образующийся в результате восстановительной внутримолекулярной циклизации филлохинона с последующим окислением феррицианидом калия в щелочной среде или кислородом воздуха, или реакция протекает непосредственно под влиянием кислоты через хинонметид (XVI) [10].

Схема 11. Димеризация нафтохинонов

Для нафтохинонов характерны различные реакции присоединения, протекающие по двойной связи, находящейся между двумя карбонилами, и по атому кислорода карбонила и β-углеродному атому – 1,4-присоединение, сопровождающееся окислением промежуточной енольной формы второй молекулой нафтохинона или специально применяемым окислителем [10].

Схема 12. Реакции присоединения брома

Для 2-метил-1,4-нафтохинона реакции присоединения протекают труднее, чем для неалкилированных хинонов. Он присоединяет бром (или хлор) по двойной связи с последующим отщеплением бромистого водорода и образованием 2-метил-3-бром-1,4-нафтохинона (схема 12).

Присоединение аминосоединений, например анилина, к 2-метил-1,4-нафтохинону (VII) с образованием промежуточного аддукта и получением замещённого аминонафтохинона (XXIII) сопровождается реакцией восстановления второй молекулы нафтохинона (VII), переходящей в 2-метил-1,4-нафтогидрохинон (XIV).

Схема 13. Присоединение аминосоединений

Получен также ряд продуктов присоединения 2-метил-1,4-нафтохинона с другими аминами – с толуидином, бензидином и нафтиламином – в результате одновременного окисления промежуточных соединений в ходе реакции второй молекулой нафтохинона.

Интересно отметить, что реакции присоединения к нафтохинонам протекают значительно легче для меркаптопроизводных, чем для аминосоединений. Так, реакция присоединения к 2-метил-1,4-нафтохинону (VII) тиогликолевой кислоты проводится в присутствии его избытка, который используется для окисления промежуточной нафтогидрохиноновой формы продукта присоединения: при этом образуется (2-метил-1,4-нафтохинонил-3)-тиогликолевая кислота (XXIV), обладающая высокой антигеморрагической активностью.

Викасол. Синтез (методика). Способы качественного и количественного анализа. Способы качественного и количественного анализа в фармакопея 📙 Курсовая → 🆔 51032