第三篇-天然药用高分子材料及其衍生物.ppt

Chapter3天然药用高分子材料及其衍生物 本章内容 3 1概述 3 1概述 一天然药用高分子材料的定义自然界存在的可供药物制剂作辅料的高分子化合物衍生物 物理 化学 生物改性加工产物 结构破坏 分子切断重排氧化引入取代基 植物 动物 藻类 二天然药用高分子材料的分类1化学组成 多糖类 蛋白质类 其它2原料来源 淀粉 纤维素 甲壳素及其衍生物3加工制备 天然 生物发酵酶催化 衍生物 三天然药用高分子的特点共性 无毒 应用安全 性能稳定 成膜性好 生物相容性好 价格低廉 传统制剂特殊 现代剂型和给药系统缓控释制剂 纳米药物制剂 靶向给药系统和透皮治疗系统 3 2多糖类天然药用高分子 关于多糖定义 多个单糖分子脱水 缩合苷键连接均多糖 一种糖基聚合而成 淀粉 纤维素 甲壳素中性多糖杂多糖 两种或两种以上糖基聚合而成 果胶 海藻酸酸性多糖特点 分子量大 无定性粉末或结晶 苷键可水解 无甜味 有旋光性 无变旋现象 一淀粉1结构 1 直链淀粉 10 20 胶淀粉 2 支链淀粉 80 90 糖淀粉结构单元 D 吡喃型葡萄糖基 葡萄糖以 苷键聚合而成的线性聚合物 平均聚合度为800 3000 相对分子质量约为128000 480000空间结构 分子内氢键作用链卷曲 右手螺旋形 6个葡萄糖形成一个螺旋直链淀粉在玉米 马铃薯等的淀粉中的含量约占 能溶于热水而不成糊状 相对分子质量比支链淀粉小 是在直链上有少数支链 每隔15个单元分支 直链淀粉 葡萄糖单位 苷键 1 4 苷键 1 6苷键 1 4 苷键 直链淀粉的成键特征 支链淀粉的成键特征 结构特点 支链淀粉用麦芽糖酶催化水解 生成 麦芽糖 说明支链淀粉的结构与直链淀由粉是类似的 是 苷键聚合而成的 支链淀粉是由大约 个 葡萄糖单体用 苷键连结起来的许多短链组成的 短链连结处是用 苷键互相连结起来的 平均分子量 1 10 5 10 支链淀粉 7 8 淀粉粒超大分子结构模型环层结构局部结晶网状结构骨架 支链分子包含分布 直链分子结晶区 25 50 无定形区 其余 2性质 一般物理性质白色结晶粉末 球状或多角形分散于水 pH 5 5 6 5接触角 80 5 85不溶于水 乙醇 乙醚 有一定的吸湿性 氢键自由水和结合水 不能被微生物利用结晶相和无定形相 无定形相吸水膨胀 水化热含水16 21 水化热为00 40 吸水可逆膨胀 继续加热 微晶融化 溶胀 糊化60 80 直 支脱离 离心分离 树枝状立体网络结构 溶胀颗粒 胶体淀粉 脱水干燥粉碎 冷水溶解 热水不溶 加热140 150 冷却 凝胶 结晶 淀粉糊化定义 直 支不分离 过量水 60 80 颗粒可逆吸水膨胀 至某一温度时 整个颗粒突然大量膨化 破裂 晶体结构消失 变成粘稠的糊 停止搅拌立即下沉本质 水分子进入淀粉粒中 结晶相和无定形相的淀粉分子之间的氢键断裂 破坏了缔合状态 分散在水中成为亲水性胶体直链淀粉比例大 糊化困难 糊化温度 淀粉回生 老化 凝沉 淀粉0 4 定义 淀粉糊或稀溶液在低温静置一定时间 变成不透明的凝胶或析出沉淀本质 温度降低 糊化淀粉分子运动速度减慢 直 支平行排列 互相靠拢 氢键 混合三维网状微晶束 与水亲和力降低低浓度 沉淀高浓度 氢键作用 分子自动排序 致密三维网状凝胶体 2 水解反应酸催化水解 稀硝酸 淀粉糊精低聚糖麦芽糖葡萄糖酶催化水解 葡萄糖淀粉酶 脱支酶 3 显色原理 淀粉和糊精分子都具有螺旋结构 每6个葡萄糖基组成的螺旋内径与 I2 I 直径大小匹配 当与碘试液作用时 I2 I 进入螺旋通道 形成有色包结物 螺旋结构长 包结的 I2 I 多 颜色加深直链 兰色支链 紫红加热 螺旋圈伸展成线性 颜色褪去冷却 螺旋结构恢复 颜色重现 2淀粉改性 1 糊化 可溶 淀粉 2 预胶化 部分 化预胶化淀粉 可压性淀粉淀粉经化学或物理改性 在有水存在下 淀粉粒全部或部分破坏 部分直链淀粉和支链淀粉从淀粉粒中游离出来条件 强力压缩后解压或加热其水混悬液预胶化淀粉系无定形粉末 通常含5 游离态直链淀粉 15 游离态支链淀粉和80 非游离态淀粉 也可能含有处理过程中添加的少量表面活性剂等 预胶化淀粉将与淀粉相比预胶化淀粉弹性较小 与水亲和性好 容易在水中分散压缩性能 干燥粘合性 流动性和润滑性良好溶胀迅速适合用作片剂和胶囊剂的填充剂和崩解剂 3 水解 糊精制法 干燥状态下将淀粉水解 与无机酸共热兰糊精红糊精无色糊精 环糊精 用杆菌Bacilludmacenand发酵得环状淀粉 称环状糊精 环状糊精是 个 葡萄糖单体用 苷键连结成的环 有六 七 八聚体 可作为相转移催化剂及生产药物包合物 3淀粉及聚集态结构变化的淀粉在药物制剂中的应用 用途 片剂的稀释剂 崩解剂 黏合剂 助流剂崩解剂 1 淀粉 不溶或微溶片剂缺点 可压缩性差 难以成型 需加适量糖粉或糊精混合增加黏性和硬度崩解机理 1 淀粉直链分散于支链网孔中 支链遇水膨胀 直链脱离 促进淀粉崩解 2 非均相结构 晶区及无定形区 受力不平衡性 3 毛细吸水作用 水溶性药物 崩解作用差原因 可溶性药物遇水产生浓度差 片剂外面的水不易通过溶液层面透入片剂内部致使内部淀粉无法吸水膨胀 吸湿膨胀只是引起片剂崩解的因素之一吸水辅料 制备中药干浸膏成分中药制剂解决稠膏干燥问题 2 预胶化淀粉特点 流动性好 并有黏合作用 增加片剂硬度 减少脆碎度 可压性好 弹性复原率小 适用于全粉末压片 具自我润滑作用 减少片剂从膜圈顶出的力量 良好的崩解性质用途 预胶化淀粉具有溶胀 变形复原作用 黏合 可压 促进崩解 和溶出 崩解作用不受崩解液pH影响 改善药物溶出作用 有利于生物利用度的提高 改善成粒性能 适度黏着 流化床制粒 高速搅拌制粒片剂黏合剂 崩解剂 片剂及胶囊剂稀释剂 预胶化淀粉的制备工艺 1在符合GMP要求的设备中 投入药用淀粉 加水混匀 控制反应釜温度在35 以下 破坏淀粉颗粒结构 部分脱水至含水量10 14 2将42 淀粉的水混悬液加热至62 72 使淀粉粒破坏 间或加入凝胶化促进剂以及表面活性剂 以减少干燥时黏结 混悬液鼓形干燥器干燥 粉碎 注意 硬脂酸镁 0 5 润滑剂 软化效应 淀粉 全部预胶化 只做黏合剂预胶化淀粉 淀粉淀粉加水高压改性 3 糊精片剂胶囊剂 稀释剂片剂 黏合剂 释放性能差 干扰主药含量测定口服液体制剂或混悬剂 增稠剂 二淀粉衍生物 羧甲基淀粉钠羟乙基淀粉交联淀粉 1羧甲基淀粉钠 是广泛应用的崩解剂 系淀粉的羧甲基醚 水性羧甲基的存在 使淀粉分子内及分子间氢键减弱 结晶性减小 轻微的交联结构降低了它的水溶性 从而在水中易分散并具溶胀性 吸水后体积可增加300倍 目前国内外均有商品出售 2羟乙基淀粉 1 用作冷冻时血红细胞的保护剂防止红细胞冷冻和溶解过程溶血 体内支链淀粉羟乙基化后 抵抗淀粉酶 2 与二甲基亚砜复配作为骨髓的良好冷冻保护剂3交联淀粉 1 冷冻稳定性和冻融稳定性 交联化学键 2 膜强度提高 膨胀度热水溶解度降低 交联度 3 耐酸碱和剪切力 食品工业增稠剂 1 纤维素是杆物细胞壁的主要成分 构成杆物组织的基础 棉花含90 以上 亚麻含80 木材的细胞含50 其他竹子 芦苇 稻草 野草等都含有大量的纤维素 2 特性 固体纤维状物质 不溶于水 不溶于有机溶剂 加热分解 不熔化 糖苷键对酸不稳定 对碱比较稳定 纤维素 纤维素都是由 葡萄糖单体缩聚而成的一个直链高分子 而且都是以 葡萄糖苷键的形式连结起来的 分子式 C6H10O5 nn 10000 纤维素的成键特征 1 4 苷键 纤维素的结构 从葡萄糖的开链结构可见 它既具有醛基 也有醇羟基 因此在分子内部可以形成环状的半缩醛 63 37 0 02 半缩醛羟基 苷羟基 成环时 葡萄糖的羰基与C 5上的羟基经加成反应形成稳定的六元环 成环后 原来的羰基碳原子 C 1 变成了手性碳原子 C 1上新形成的半缩醛羟基在空间的排布方式有两种可能 半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基 C 5上的羟基 在碳链同侧的叫做 型 在异侧的称为 型 型和 型是非对映异构体 它们的不同点是C 1上的构型 因此又称为异头物 端基异构体 D 吡喃型葡萄糖 D 吡喃型葡萄糖 1 环状结构糖的变旋现象 112O 52 6O时不再变化 环表示方法 D 吡喃型葡萄糖 Fischer投影式 Haworth式 透视式 化学反应性 氧化醚化酯化 性质 氢键的作用 分子内或分子间或与其他分子大于 主要价键力 结晶区 形成氢键非结晶区 少量未形成 游离羟基水分子进入 水桥 膨化例 乙酰化 润胀处理 氢键破裂 游离出羟基 吸湿 无定形区游离羟基与水易与极性水分子缔合形成氢键 吸水解吸 吸水后干燥的过程 失水量与相对湿度有关平衡含水量滞后现象 吸附时的吸着量低于解吸时的吸着量原因 干燥纤维素内部氢键未全部断开 游离羟基少平衡纤维素水不易挥发 氢键不能完全复原 游离羟基多 吸湿与解吸 结晶区间 无定形区 溶胀 进入结晶区内 无定形区 溶胀浓度 NaOH 越大 溶胀度越大降解 A热降解 受热水解或氧化降解 20 150 解吸 150 240 葡萄糖基脱水240 400 断裂400 以上 芳构化形成石墨结构 溶胀性 碱液 机械降解磨碎压碎聚合度下降结晶结构氢键破裂水解性 酸水解浓酸或高温原因 分子构象分子内氢键封闭苷键 碱水解高温才水解 物理改性粉状纤维素 将天然纤维用17 5 NaOH溶液在20 处理 收集其中不溶解部分 称为 纤维素 转鼓干燥 制片机械粉碎微晶纤维素 将天然纤维用17 5 NaOH溶液在20 处理 收集其中不溶解部分 称为 纤维素 再用浓盐酸煮沸 去除纤维素中的无定形部分 余下的结晶部分经干燥 粉碎即得到聚合度约200的微晶纤维素 微晶纤维素是白色 多孔性微晶状 易流动的颗粒或粉末 具高度变形性 可吸收2 3倍量的水分而膨胀 微晶纤维素是片剂的优良辅料 可作为填充剂 崩解剂 干燥黏合剂和吸收剂 可压性 高度变形性吸附性 多孔性微细粉末分散性 奶油般凝胶体悬浮液奶油反应性能 不溶于稀酸有机溶剂稀碱溶液膨化羧甲基化乙酰化酯化 性能 药剂中的应用 1 辅料 片剂稀释剂硬胶囊或散剂填充剂软胶囊 稳定剂口服混悬剂 助悬剂不得作为注射剂或吸入剂辅料 可致肉芽肿微晶纤维素 作用 赋形性黏合吸水润胀 直接用作黏合剂吸附性且具有球化作用 节省造粒过程直接压片不易吸潮在胃迅速崩解 片剂赋形崩解剂稳定分散体 膏或混悬剂的赋形稳定剂 软胶囊 减轻沉降作用 原理 药物 纤维素多孔结构 分子间氢键或被包含 干燥成型 体液 润胀 氢键破坏 药物释放科研前线 填充及崩解剂 美国利用硫化床凝聚作用 微晶纤维素填充崩解剂 扑热息痛微晶纤维素球形颗粒 包衣缓释或苦味掩盖制剂核芯 便于包衣 2 缓释材料 纤维素酯类衍生物 结构与性质纤维素部分乙酰化 含量 5 3 0个羟基被乙酰化 每结构单元规整性降低 耐热性提高 不易燃烧 吸湿性变小 电绝缘性提高 制备 n CH3CO 2O2 COCH3 n nH2O水解降低乙酰基含量 所需 醋酸纤维素 应用二醋酸纤维素 缓释和控释包衣材料 av 50000成膜性好 乙基纤维素薄膜具半渗透性 可阻止溶液中水分子以外的物质的渗透 是制备渗透泵片剂包衣的主要材料三醋酸纤维素 经皮给药系统中 微孔骨架 膜 材料透皮吸收制剂的载体优良性能 生物相容性皮肤不致敏 肾渗析膜与全部医用辅料配伍可用辐射线或环氧乙烷灭菌国外 肠溶包衣材料 水分散体 纤维素硝酸酯纤维素与硝酸或醋酸酐作用后便生成纤维素硝酸酯或醋酸酯 俗称硝酸纤维素或醋酸纤维素 1 醋酸纤维素 白色或类白色粉末 可作为缓释制剂的包衣材料或直接与药物混合压片用作阻滞剂 或在加入醋酸三丁酯 酞酸二乙酯等增塑剂时用于制备薄膜 醋酸纤维素酞酸酯 即邻苯二甲酸醋酸纤维素 常用的肠溶包衣材料 不溶于酸性水溶液 而可以在pH6 0以上的缓冲液中溶解 溶于丙酮及与乙醇或甲醇的混合溶剂系统 为白色或类白色略有酯酸味的粉末 水分散体优点 合成过程无单体抑制剂引发剂或催化剂残留包衣材料溶液浓度小喷雾包衣快且均匀抗胃酸 小肠上端吸收片剂美观口服安全 毒性低 皮肤无反应 对耳黏膜及呼吸道有刺激性 纤维素醚类衍生物 1 羧甲基纤维素钠 CMC Na 羧甲基纤维素钠是羟基被羧甲基部分取代后的产物 取代后 纤维素原有的结晶结构被破坏 因钠盐的强烈亲水性而极易溶于水 水溶液具粘性 常用作粘合剂 液体制剂的增稠及助悬剂 也用作片剂的崩解剂 2 交联羧甲基纤维素钠 CCNa 3 甲基纤维素 MC 具有良好的流动性和吸水溶胀性 常作为片剂崩解剂 乙基纤维素 理想水不溶载体材料 适宜作为对水敏感的药物骨架 水不溶性载体 4 羟丙基纤维素 HPC 是一种多孔性的不规则颗粒或粉末 具有较大的表面积 亦水中不溶但快速吸水和溶胀 是纤维素的羟丙基醚衍生物 与甲基纤维素有类似溶解性质和特点 国内使用较多的是低取代的羟丙基纤维素 L HPC 5 羟丙甲纤维素 HPMC 及乙基纤维素 EC 制备甲壳素和壳聚糖的方法如下式 甲壳素被科学家誉为继蛋白质 糖 脂肪 维生素 矿物质以外的第六生命要素 甲壳素有强化免疫 降血糖 降血脂 降血压 强化肝脏机能 活化细胞 调节植物神经系统及内分泌系统等功能 还可作为保健材料 用于健康无害烟 护肤产品 保健内衣等 作为医用生物材料可用于 医用敷料 甲壳素具有良好的组织相容性 可灭菌 促进伤口愈合 吸收伤口渗出物且不脱水收缩药物缓释剂 基本为中性 可与任何药物配伍止血棉 止血剂 在血管内注射高粘度甲壳素 可形成血栓口愈合剂 使血管闭塞 从而在手术中达到止血目的 较注射明胶海绵等常规止血方法 操作容易 感染少 甲壳素缝线的电镜照片 天然多糖类材料 壳聚糖 是甲壳素去除部分乙酸基后的产物 甲壳素的衍生物 甲壳素继续用浓碱乙酸基化则得到壳聚糖 具有一定的粘度 无毒 无害 无副作用 不溶于水和碱液 但可溶于多种酸溶液中 它具有较多的侧基官能团 可进行酯化 醚化 氧化 磺化以及接枝交联等反应对其进行改性 特别是磺化产品 其结构与肝素极其相似 可作为肝素的代用品作抗凝剂 适用广 生物相容性良好的新型生物材料正在受到人们的普遍重视 目前在医学多上用于 可吸收性缝合线 用于消化道和整形外科人工皮 用于整形外科 皮肤外科 用于 度烧伤 采皮伤和植皮伤等细胞培养 制备不同形状的微胶囊 培养高浓度细