Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование состояния воды в биологически активныхвеществах и ее влияния на некоторые характеристикифитопрепаратов

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Исследование состояния воды в биологически активныхвеществах и ее влияния на некоторые характеристикифитопрепаратов"

аГБ 0:\

На правах рукописи

Визникова Мария Юрьевна

Исследование состояния воды в биологически активных веществах и ее влияния на некоторые характеристики фитопрепаратов

03.00.23 - биотехнология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва -1997

Работа выполнена в Научно-исследовательском центре биологических структур НПО "ВИЛЛР"

Научные руководители: академик РАМН Быков Валерий Алексеевич

кандидат химических наук Николаева Светлана Сергеевна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук Браудо Евгений Евгеньевич

доктор медицинских наук, профессор Далин Михаил Викторович

Ведущая организация: НИИ биотехнологии

Защита диссертации состоится " // _" июня 1997 года в № часов на заседании диссертационного совета Д.053.34.13

в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева по адресу : 125047, Москва, Миусская шт., 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РХТУ им. Д.И. Менделеева Автореферат разослан " % " мая 1997года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

И.И. Гусева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Проблема влагообмена, роль свободной и связанной воды в различных материалах являются ключевыми вопросами во многих отраслях науки и техники. Несмотря на огромное количество работ в этой области вопрос о состоянии воды в биологически активных веществах является актуальным до сих пор, поскольку для многих из них остается не ясным, в каком состоянии находится в них вода и какую роль она выполняет. Каждый новый шаг в решении этой задачи важен как для развития собственно науки о воде, так и для решения целого ряда вопросов прикладного значения. Такие исследования необходимы при разработке новых лекарственных средств, при контроле их качества при изучении их стабильности, при определении количественного содержания Б АВ в лекарственных препаратах, а также для научного обоснования регламента сушки.

Однако не всегда бывает достаточно знание только количественного содержания воды. Для практического использования фитопрепаратов необходимы сведения и о формах связи воды с поверхностью БАВ и о состоянии адсорбированных молекул воды. Между тем, таких сведений очень мало. До сих пор не существует представлений, позволяющих объяснить особые свойства воды в структуре БАВ, что же касается данных о состоянии воды в различных флавоноидах, об энергии и природе их связей, то в литературе они практически отсутствуют.

Актуальной проблемой стало создание методических подходов для исследования закономерностей гидратации и обезвоживания фитопрепаратов, а также в получении и обобщении данных о формах и энергии связи адсорбированной воды в широком влажностном и температурном режимах.

Разработка методических подходов к изучению гидратации биологических систем и лекарственных соединений, можег быть использована при решении практических вопросов технологии производства лекарств. Исходя из того, что при взаимодействии с водой происходят изменения, как в самой структуре воды, так и во взаимодействующих с нею молекулах представляло интерес изучить систему: вода - фитопрепараты, вскрыть некоторые общие закономерности вла-шобменных процессов в лекарственных веществах растительного ироисхож-

дения и подтвердить результаты на примере исследования флавоноидов, получаемых из растительного сырья.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось исследование состояния воды и ее влияния на биологически активные вещества растительного происхождения, а также изучение влияния воды на физико - химические характеристики фитопрепаратов, стандартных образцов, суммарных препаратов, таких как экстракты, индивидуальных соединений класса флавоноидов,а также в сухих готовых лекарственных средствах. В связи с этим были поставлены еле дующие задачи:

• разработать научно-методическую базу для изучения состояния воды и ее влияния на физико-химические характеристики фитопрепаратов;

• изучить закономерности гидратации БАВ растительного происхождения;

• исследовать связь химической структуры стандартных образцов флавоноидов с их сорбционными свойствами, и создать базу данных физико-химических параметров стандартных веществ этого класса;

• провести изучение состояния воды и определить ее влияние на физико-химические свойства стандартов фитопрепаратов (рутина, кверцетина, дигид-рокверцетина, лютеолина, лютеолин - 7 - глюкозида, флакозида), сухих экстрактов (танацехола, десмокана, хелепина Д) и лекарственных средств (дик-вертина и салифозида);

• на основе проведенных исследований внести изменения в технологический процесс получения стандартов флавоноидов с целью создания образцов, соответствующих мировым стандартам, а также осуществить экспертизу НТД и внести соответствующие коррективы.

Научная новизна. Разработана научно-методическая база для изучения состояния воды и ее влияния на физико-химические характеристики фитопрепаратов. Впервые изучены закономерности гидратации биологически активных веществ растительного происхождения, как функции гидротермических параметров окружающей среды. Установлено наличие трех видов связанной воды в стандартных веществах и готовых лекарственных средствах.Показано влияние свя-

занной воды на кристаллохимические особенности строения стандатртных образцов флавоноидов и создан банк данных физико-химических параметров. Выявлено существование фракции свободной (не связанной воды) в субстанциях при наличии повышенной относительной влажности среды, радикально влияющей на их свойства, включающие сроки годности.

Практическая значимость. Создана научно-методическая база, позволяющая оценивать содержание и состояние воды в фитопрепаратах, обладающая экспресностью, высокой информативностью и требующая минимальных количеств исследуемых образцов (1-5мг).

Проведенные исследования с использованием созданной базы позволили уточнить характеристики стандартных веществ: гигроскопичность образцов, температурные интервалы удаления различных типов связанной воды и температуры плавления, которые заложены в фармакопейную статью на флакозид - стандартный образец, в ТУ - рутин - стандартный образец, в ТУ - кверцетин - стандартный образец, и другую научно-техническую документацию.

Разработаны новые лабораторные методики получения рутина - стандартного образца и кверцетина - стандартного образца. Предложены рекомендации по работе с субстанциями и стандартами, учитывающие наличие и влияние выявленных фракций свободной и связанной воды на их свойства.

Публикации н апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 11 работ.

Основные результаты работы доложены на общелабораторной конференции в 1 995году, на ученом совете НИЦ БС в 1996 году, на юбилейной научной сессии, посвященной 100-летию со дня рождения H.A. Преображенского, проходившей в Москве в 1996 году и на 2-ой международной конференции по химии природных соединений, проходившей в Эскешихире (Турция) в 1996 году.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 129 страницах, содержит 18 таблиц, 49 рисунков. Работа состоит из введения, литературного обзора (1гл.), экспериментальной части (2-5 гл.), выводов и списка литературы, включающего 181 источник (из них 71 на русском языке и 110 на иностранных языках).

Материалы и методы

Насыщение рынка лекарственных средств за счет огромного притока импортных препаратов, постоянно растущие требования к их качеству вынуждают создавать отечественную конкуреатноспособную продукцию.

Достоверность и точность методов количественного определения существенно повышаются при использовании стандартных образцов, необходимых для установления компонентного состава лекарственных средств, определения примесей, однородности дозирования и содержания активных инградиентов. НПО "ВИЛАР" специализируется на создании препаратов растительного происхождения и разработал целую серию необходимых для анализа стандартных веществ.

Стандартные вещества должны отвечать критериям качества в соответствии с требованиями ВОЗ: внешний вид, растворимость, спектральные характеристики, температура плавления, содержание примесей. Важнейшей коли-чествешюй характеристикой стандартных веществ является содержание воды.

Объектами исследования в данной работе служили шесть стандартных образцов из класса флавоноидов, пять из которых (руган, кверцетин, лютеолин, лютеолин - 7 - глюкозид, и флакозид) разработаны в НПО "ВИЛАР", а один (ди-гидрокверцетин) в Московской медицинской академии им.И.М.Сеченова, два фитопрепарата флавоноидной природы ( диквертин и салифозид) и три препарата из группы сухих экстрактов (танацехол, хелепин Д и десмокан), основными компонентами которых являются флавоноиды и фенолкарбоновые кислоты.

Исходя из того, что при взаимодействии с водой лекарственных препаратов происходят изменения, не только в количестве сорбируемой воды и прочности ее связывания, но и во взаимодействующих с нею макромолекулах представляло интерес изучить систему: вода - биологически активные вещества.

В связи с этим была создана научно-методическая база для изучения состояния воды и ее влияния на физико-химические характеристики БАВ растительного происхождения. Исследования проводились методом термического анализа (ТА), включающим дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК) и

термогравиметрию (ТГ). Гигроскопичность стандартных образцов изучалась сор-бционным методом, что позволило использовать калориметрический метод для изучения характера связи воды с лекарственными препаратами при различной относительной влажности окружающей среды. В качестве контрольного метода определения влагосодержания был использован метод титрования с реактивом К.Фишера. Общее влагосодержание также определялось по потере массы при высушивании (ПМВ) в термошкафу.

Экспериментальная часть 1. Исследование состояния воды н ее влияние на физико-химические параметры стандартных образцов и фитопрепаратов

В работе изучено содержание и характер связывания воды в стандартных образцах флавоноидов.рутине, кверцетине, дигидроквернетшге, лтотеолине, лю-теолин - 7 - глкжозиде и флакозиде. Такие же исследования проводились на фитопрепаратах салифозиде и диквертипе.

В результате проведенных исследований было показано, что все изученные биофлавоноиды являются кристаллогидратами (табл. 1). Известно, что кристаллогидраты устойчивы лишь при определенном гидротермичсском режиме окружающей срсды.

Гигроскопичность стандартов и фитопрепаратов определялась по анализу изотерм сорбции. На рис. 1 представлены изотермы сорбции этих веществ. Сравнительная оценка изотерм сорбции и динамики сорбции паров воды позволила установить интервалы относительной влажности, при которой каждый из исследованных кристаллогидратов устойчив. Результаты исследования динамики сорбции паров воды предварительно высушенными стандартами и фитопрепаратами представлены на рис.2.

Показано, что в широком диапазоне влажности от 33 до 75 % кристаллогидраты кверцетина, дигидрокверцетина, лютеолин - 7 - глюкозида и флакозида устойчивы, о чем свидетельствуют сорбционные кривые. На участке Р/Рз от 0,33 до 0,75 изотермы сорбции всех перечисленных выше веществ имеют практически горизонтальный участок.

Огаосэтсльвая влажность, % „

Относительная влажность, %

-*-Лклшлюь7-ппоша -О-Руган -»-Пфф», -О—дигкдрогасрцггн

А Лкпшлин А Сагофвид —Л—дюшертн —А—фламэакд

Рис. 1 Изотермы сорбции

Кристаллогидраты рутина и лютеолина неустойчивы, так как оба непрерывно меняют свое влагосодержание в зависимости от гидротермических условий окружающей среды. Так как оба стандартных вещества обладают высокой гигроскопичностью, то при работе с ними необходимо постоянно контролировать содержание в них воды.

0,1

100

Продолжительность сорбции, ч

—О—лгатеолин -7 -глюкоэид —Л—лютоолин -О—салифозид —X—флакозид —I—рутин

2 т 1.5

-> т -к—ж"-*-^ *

пг^

й-о—о—о-о-<у

5 - уРуЬ-Ь—А—Л-А-До т .........—........1

-ООО

0,1 1 10

Продолжительность сорбции, ч

-дигидрокверцетин —Ж— диквертин -кверцетин

100

Рис. 2 Динамика сорбции паров воды стандартными образцами и фитопрепаратами

ж—ж—ж

^Таблица 1

Содержание различных фракций воды в стандартных образцах и фитопрепаратах.

Содержание воды по данным термического анализа, %

Рутин Кверцетин Днгидро-кверцетин Диквертип Флакозид Лютеолин Цинарозид Салнфозкд

Исходный

Общая 7,57 ± 0,05 1,09 ±0,06 0,54 ± 0,06 4,02 ±0,05 2,81 ±0,05 3,51 ± 0,06 4,45 ± 0,05 5,49 ±0,04

Сорбционная Псевдокристал 3,66 ± 0,03 - - 0,91 ±0,03 3,51 ±0,07 3,92 ±0,06

логидрагная Кристаллогид- 2,86 ± 0,04 2,53 ± 0,04 -

ратная 4,11 ±0,06 1,09 ±0,06 0,54 ± 0,06 1,11 ±0,05 1,87 ±0,06 1,02 ±0,03 1,01 ±0,04 1,49 ±0,05

Высушенный Общая 1,60 ±0,05 0,35 ± 0,05 0,12 ±0,04 1,04 ±0,03 0,42 ±0,08 1,41 ± 0,06 1,06 ±0,05 1,53 ± 0,04

Сорбционная Псевдокристал - - - - - - -

логидратная Кристаллогид- - - 0,85 ± 0,05 0,51 ±0,03 - *

ратная 1,60 ±0,05 0,35 ± 0,05 0,12 ±0,04 0,41 ± 0,06 0,42 ± 0,08 0,95 ± 0,05 1,06 ±0,05 1,53 + 0,04

Максимально

увлажненный

Общая 11,21 ±0,06 15,03 ±0,05 9,89 ± 0,05 10,12 ±0,07 16,95 ±0,08 11,61 ±0,04 7,73 ± 0,03 9,22 ± 0,06

Сорбционная 3,11 ±0,03 - 2,15 ±0,04 3,35 ± 0,05 15,21 ±0,05 3,65 ± 0,05 6,17 ±0,04 7,71 ±0,06

Псевдокристал

логидратная Кристаллогидр 14,17 + 0,05 7,85 ± 0,05 6,55 ± 0,04 6,92 ±0,08 - -

атная 8,09 ± 0,05 1,01 ±0,05 0,44 ± 0,05 0,39 ±0,03 1,73 ±0,05 1,05 ± 0,03 1,48 ±0,06 1,51 ±0,05

При давлении водяных паров близком к упругости насыщенного пара, исследованные фитопрепараты связывают от 0,1 до 6 моль воды на 1 моль вещества. Обычно степень гидратации молекулы зависит от количества центров связывания воды на поверхности молекулы. Однако при этом следует учитывать неоднородность центров сорбции, недоступность некоторых активных групп для молекул воды, взаимодействие полярных групп между собой. Наиболее значительные изменения в содержании связанной воды имеют место при Р/Р5 > 0,75, т.е. в области полимолекулярной сорбции. Термические исследования для трех стандартных веществ кверцетина, дигидрокверцетина и лютсолина показали, что при Р/Р8 > 0,75 происходит качественное изменение состояния воды (рис. 3). Форма пика и величина его энтальпии свидетельствуют о том, что дополнительно сорбируемая вода занимает промежуточное положение мезвду сорбционной и кристаллизационной, и может быть отнесена к "псевдокристаллогидратной". Для всех остальных стандартных всщсств (рутин, лютеолин - 7 - глюкозид, флакозид) в области повышенной относительной влажности характерно увеличение сорбционной воды, которое не сопровождается структурным изменением вещества. Сорбционная вода при 98 % относительной влажности появляется также у лютсолина и у дигидрокверцетина. Было показано, что вся вода содержащаяся в биофлавоноидах является связанной. Расчет энтальпий фазовых переходов в сочетании с результатами термогравиметрии и изучением сорбционной емкости показали существование как минимум трех видов связанной воды в биофлавоноидах: слабо связанной, сорбированной на поверхности молекул, наиболее прочно связанной - кристаллизационной, и воды занимающей промежуточное положение - "псевдокристаллогидратной" (табл. 2).

Таким образом каждый из исследованных биофлавоноидов в исходных гидротермических условиях содержит сорбционную воду от 1 до 4 %, кристапло-гидратную от 0,5 до 4,1 %, псевдокристаллогидратную от 0 до 3 %. Такие данные свидетельствуют об энсргитической неоднородности связанной воды, что объясняется наличием в флавоноидах различных типов активных центров на их поверхности, с которыми взаимодействуют молекулы воды.

днгидрокверцетнн

Рис. 3 ДСК - термограммы стандартных образцов 1 - исходный, 2 - высушенный, 3 - максимально увлажненный

♦^Таблица 2

Температурные интервалы н величины энтальпий фазовых переходов

стандартных образцов флавоноидов и фитопрепаратов

Температурные интервалы ДТ ( °С) и величины энтальпий

фазовых переходов АН (Дж/г)

Исходный Высушенный Максимально увлажненный

АТ АН АТ АН АТ АН

Ругал пик I 30 -180 154 30-100 48

пик П 100-180 114

пик Ш 186 31 186 30 186 32

Кверцетин пик1 122-130 260

пикП 322 330 322 180 322 300

Дигидро-

квсрцетин пик I _ 65 -100 31

пик II - - - - 115-129 210

пикШ 246 240 246 180 246 225

Диквертин пик I 50 - 100 65

пик И 115-150 108 120-145 30 115-150 95

пикШ 241 185 241 190 241 180

Лютеолин

пик1 - - - - 45-85 40

пикП 105-150 85 100-145 25 95 - 145 210

пикШ 160-170 ЛСР 160 -170 ДСр 160 -170 ДСр

пик IV 326 255 326 250 326 200

Цинарозид пик1 45 -105 95 65-110 102

пик II 254 150 254 135 254 152

Салифозид пик I 40 -100 73 40 - 105 75

пик II 253 100 253 105 253 110

Флакозид

пик I 35-85 6 - - 35 -140 61

пик II 90 - 140 33 - -

пик III 151 67 151 43 151 48

пик IV 208 52 208 49 208 50

Состояние связанной воды определяет специфику процессов структурооб-разования и массообмена биофлавоноидов. Функциональные группы БАВ, обеспечивающие реализацию водородных связей, являются первичными центрами сорбции молекул воды. По мере заполнения локальных центров сорбции, молекулы связанной воды вступают во взаимодействие с ранее связанными молекулами воды, образуя сетку водородных связей. На примере лютеолина и флакози-да было показано, что существование полимолекулярных слоев воды вблизи гидрофильной поверхности приводит к появлению расклинивающего давления (табл.2).

Известно, что полиморфизм и псевдополиморфизм кристаллогидратов связан с содержанием в них прочно связанной поды. Так для флакозида, обладающего полиморфизмом существуют две формы кристаллогидрата. Первая кристаллическая форма является кристаллогидратом с содержанием в нем воды 0,42 %, что соответствует 0,1 моль воды на 1 моль вещества, вторая - кристаллогидратом с содержанием воды 2,8 %, что соответствует моногидрату. Для кверце-тина, дигидрокверцетина и лютеолина установлено, что эти вещества обладают псевдополиморфизмом. Все они имеют две кристаллические формы, одна из которых является кристаллогидратом с содержанием воды 0,17 моль воды на 1 моль вещества для кверцетина, 0,1 моль воды на 1 моль вещества для дигидрокверцетина и 0,24 моль воды на 1 моль вещества для лютеолина. Вторая кристаллическая структура связана с появлением в этих веществах прочно связанной псевдо-кристаллогидратной воды. По термодинамическим параметрам энергетическое состояние этой фракции воды близко к состоянию кристаллогидратной воды. Однако, при ее удалении кристаллическая структура веществ не нарушается, что говорит не об истинном полиморфизме, а о псевдополиморфизме этих веществ.

В работе показано, что для всех исследованных образцов изотермическая сушка при 105 °С не приводит к полному удалению связанной воды. При этом в образцах остается прочно связанная кристаллогидратная вода в количестве от 0,12 до 1,6 % или псевдокристаллогидратная от 0,5 до 0,9 %, которая удаляется в процессе плавления или разложения самого вещества. Вместе с тем следует от-

метить, особенность присущую веем биофлавоноидам, которые обезвоживались с помощью изотермеской сушки. С первых минут прибывания высушенных образцов в комнатных условиях (Р/Рб =0,45 - 0,60 и 1= 18 - 22 °С) образцы сорбируют характерное для каждого из них количество воды, такие данные должны учитываться в фармацевтической практике при работе с этими веществами.

Таким образом в первой части работы было изучено состояние воды в индивидуальных флавоноидных соединениях, таких как рутин, кверцетин, дигидро-кверцетин, флакозид и др. и были показаны особенности их гидратации. Установленные особенности проявляются в многообразии форм связи и энсргстичес-кой неоднородности адсорбированной воды. В каждом конкретном случае это связывалось со структурными особенностями или недоступностью для воды некоторых функциональных групп стандартов за счет их экранирования. Изучение динамики сорбции стандартных образцов и индивидуальных фитопрепаратов позволило выявить тот интервал относительной влажности, в пределах которого влагосодержанис препаратов не будет меняться. Такие данные необходимы при работе с любым фитопрепаратом.

2. Исследование состояния воды в сухих экстрактах

Одной из лекарственных форм препаратов растительного происхождения являются сухие экстракты. Известно, что сухие экстракты обладают повышенной гигроскопичностью и склонны к аутогезии частиц, что приводит к потемнению и комкуемости частиц вещества при высушивании и последующем хранении. По агрегатному состоянию порошкообразные сухие экстракты могут быть отнесены к дисперсным системам с развитой поверхностью раздела фаз между твердыми частицами вещества и воздушной средой. В НПО "ВИЛАР" разработан целый ряд фитопрепаратов из группы сухих экстрактов.

Поскольку, как правило, в таких препаратах содержится смесь различных флавоноидов, то влажностные характеристики и прочность связи воды с ними у таких сложных систем могут значительно отличаться от их индивидуальных компонентов.

Прсщитагоыюстсербгои, ч -Л-тшвдгхш -+-ХОВИ1Д -о-лжюкан

Рис. 4 Динамика сорбции паров воды сухими экстрактами

и

а

V

П о

и

20 40 60 80 Относительная влажность, %

100

-хелепин '

-таняцсхол

—А—десмокан • Рис. 5. Изотермы сорбции сухих экстактов

На рис. 4 представлена динамика сорбции паров воды сухими экстрактами в условиях наиболее характерных для работы: (1 = 24 °С, Р/Р, = 0,6). Как видно из приведенных данных, равновесное влагосодержание препаратов хелепина Д и десмокана устанавливается через 3 ч, а та-нацехола через 6 ч. При I = 24°С, Р/Р, = 0,6 влагосодержание хелепина Д увеличивается в 3,4 раза, танацехола в 2,7 раза, а десмокана в 4 раза. Таким образом, в данных гидротермических условиях из всех исследованных препаратов десмокан обладает наибольшей гигроскопи чностыо и скоростью поглощения паров воды. На рис. 5 представлены изотермы сорбци сухих экстрактов в интервале упругости водяного пара Р/Р, = 0,02 - 0,98 Как видно из представленных графиков, до определенной относительной влажности (для десмока на Р/Р, = 0,7, а для танацехола и хелепина Д Р/Р8 = 0,85) все

изученные препараты сухих экстрактов монотонно увеличивают свой вес, за счет сорбции дополнительного количества воды. При более высокой относительной

влажности наблюдается достаточно резкий подъем изотерм сорбции. По значениям сорбционной емкости при максимальной относительной влажности сухие экстракты располагаются в следующем порядке: десмокан > хелепин Д > танаце-хол. Количество общей воды, по сравнению с исходными образцами, в десмока-не увеличивается в 30 раз; в хелепинс Д в 18 раз и танацехоле в 14 раз. Известно, что возникновение скачка (порога) на изотерме сорбции, после которого поглощение паров воды быстро возрастает и начинает приближаться к линейному закону, свидетельствует об изменении свойств и характера связывания воды.

Для того, чтобы определить характер взаимодействия воды с сухими экстрактами при различной относительной влажности, был проведен термический анализ всех образцов. На рис. 6 представлены совмещенные ДСК - и ТГ - термограммы исходных образцов танацехола, хелепина Д и дссмокала. На ДСК - термограммах всех сухих экстрактов регистрируется два эндотермических пика в температурных областях 30 -110 °С и 150 - 160 °С. ТГ - термограмма в обоих случаях регистрирует потерю массы. Для сухих экстрактов хелепина Д и десмо-кана при Т^^ 203 °С и Tmax= 196 °С соответственно на ДСК - термограмме регистрируется еще один термоэффект, обозначенный пик Ш. Установлено, что площадь эндотермического пика при температуре 30 - 110 °С растет с увеличением влажности образца и исчезает при его высушивании. Потеря массы по данным ТГ в этой температурной области, также растет при увеличении влажности объекта. Такие результаты позволяют отнести этот энтальпийный пик к фазовому переходу, обусловленному испарением сорбционной воды. Следует отметить, что эндотерма удаления воды при сканировании танацехола, в отличие от десмо-капа и хелепина Д, представляет собой двугорбую кривую. Известно, что такой характер энтальпийных кривых является эффектом плохого разделения процессов, происходящих в перекрывающихся температурных областях. В нашем случае, это может быть связано с кооперативным процессом удаления воды из различных структурных компонентов вещества. Поскольку, из всех изученых экстрактов, танацехол содержит наибольшее количество компонентов, то, очевидно

суммарный эффект десорбции воды из этого препарата получил наибольшее выражение на энтальпийной кривой.

Температура, °С

Температура, °С

Температура, °С

Ряс. 6 Совмещенные ДСК - и ТГ - термограммы исходных образцов а) танацехола, б) хелепина Д, в) десмокана

На ДСК - термограммах всех трех объектов в температурной области 150 -165 °С регистрируется энтальпийный эффект связанный с плавлением и началом разложения вещества.

Интересно отметить, что для хелепина Д и десмокана в еще более высокой температурной области регистрируется еще один фазовый переход первого рода (пик Ш), который связан с плавлением одной из составных частей экстракта. Для танацехола такого яркого пика плавления не наблюдается.

п I ?г 6 Л ° ^

_к. Ь ^_Л

I--8_;_А_

Л ▼ »

-1-1-1-1-1--1-1-1-1-1—► -1-1-1-1-1-►

-40 -30 -20 -10 0 'С -40 -30 -20 -10 О 'С -40-30 -20 -10 0 "С

Рис. 7 Регистрируемые пики плавления вымораживаемой (свободной) воды (при относительной влажности) а)хелепин Д (1 - 95%; 2- 98%), б) десмокан (1 - 80 %; 2 - 95%; 3 - 98 %), в) танацехол (1 - 90 %; 2 - 95 %; 3 - 98 %)

Следует отметить, что на ДСК - термограммах исходных препаратов, выдержанных при различной относительной влажности, до перегиба на изотермах сорбции отсутствует фазовый переход в отрицательной области температур. Такие данные свидетельствуют о том, что при указанной влажности в препаратах сухих экстрактов отсутствует фракция свободной воды, т.е. вся имеющаяся в образцах вода находится в связанном состоянии. Однако, при повышении влажности выше точки перегиба на изотермах сорбции на ДСК - термограммах появляется энтальпийный пик, отражающий процесс плавления замороженной воды (рис. 7). По мерс приближения к максимальной сорбции количество кристаллизующейся при отрицательной температуре свободной воды растет (табл. 3).

Следует отметить, что в индивидуальных флавоноидах, входящих в состав сухих экстрактов, даже при максимальном увлажнении отсутствует фракция свободной воды. Вся влага, содержащаяся в них, связана с функциональными груп-

пами самих веществ. Как видно на ДСК - термограммах температура плавления замороженной воды в сухих экстрактах значительно ниже О °С и зависит от ее количества. Из данных приведенных в табл. 3 следует, что с повышением содержания свободной воды температура ее кристаллизации увеличивается.

^Таблица 3

Содержание свободной воды и температура ее плавления в сухих экстрактах в за-

висимости от относительной влажности окружающей среды.

Относительная влажность, %

2 42 75 82 90 95 98

Хелепин Д Общее содержание воды, % Содержание сво-бодпой воды, % Т-ра плавления свободной воды, °С 2,46 8,4 14,9 15,8 26,9 40,12 7,0 -9 43,8 10,3 -6

Танацехол Общее содержание воды, % Содержание свободной воды, % Т-ра плавления свободной воды, °С 2,3 5,4 11,8 20,7 22,1 1,5 -14 28,9 8,3 -8 32,1 11,5 -6

Десмокан Общее содержание воды, % Содержание свободной воды, % Т-ра плавления свободной воды, °С 4,1 11,6 26,1 71,6 19,0 -21 82,6 29,8 -17 97,6 45,1 -14 113,9 61,2 -11

На рис. 8 представлены графики зависимости изменения количества свободной и связанной воды при различной относительной влажности окружающей среды. Как видно из представленных графиков, повышение общего влагосодер-жания до перегиба на кривых происходит за счет увеличения количества гидрат-но связанной воды. При последующем увеличении относительной влажности количество гидратно связанной воды не меняется, но при этом появляется фракция

свободной воды, которая и определяет сорбционную емкость сухих экстрактов при высокой относительной влажности окружающей среды.

Относительная нляэтосгь,%

■ свободная вода —4— связанная вода

Рис. 8 Содержание свободной и связанной воды при различной относительной влажности для сухих экстрактов а) танацехол, б) хеле-пин Д, в) десмокан

Согласно существующим представлениям, появление замораживаемой, т.е. свободной воды на заключительной части изотермы, является результатом нескольких механизмов сорбции, включая капиллярную конденсацию. При этом вода может существенным образом менять свою структуру вблизи растворенных веществ или около границы с другим веществом в дисперсных системах, для которой характерно наличие неупорядоченной пространственной структурной сетки, с системой каналов - пор, заполненных водой. При этом такая вода будет замерзать при более низких температурах, чем обычная, свободная вода. Кроме того, понижение температуры замерзания свободной воды может быть объяснено

тем, что многокомпонентная структура сухих экстрактов, в которых содержится большое количество глюкозидных остатков и Сахаров, способных к образованию определенных пространственных структур (кластеров), заполненных водой, затрудняет ее кристаллизацию.

Таким образом, с помощью физико - химических методов исследования получена информация о механизме влагообменных процессов, протекающих в фитопрепаратах при различной влажности окружающей среды, что позволило сделать вывод о природе содержащейся в них воды. Полученные данные вносят определенный вклад в оригинальное направление по изучению взаимодействия воды с поверхностью высокодисперсных твердых тел. Результаты проведенного исследования могут быть использованы в фармацевтической практике, а так же заинтересоватьспециалистов, занимающихся дисперсными системами.

При сравнение величины сорбции воды сухих экстрактов в области Р/Р5 до 0,33 наблюдается незначительное повышение влагосодержания до 7 %. Дальнейшее увеличение относительной влажности от 0,33 до 0,75 для десмокана и от 0,33 до 0,85 для хелепина Д и танацехола влагосодержание образцов монотонно увеличивается и достигает 28 и 18 % воды соответственно. Следует отметить, что основное количество воды поглощается образцами сухих экстрактов при высоком относительном давлении водяных паров выше 0,75. В интервале давлений от 0,75 до 0,98 хелепин Д и танацехол сорбируют около 65 %, а десмокан около 75 % от общего количества поглощенной воды.

Калориметрические исследования образцов сухих экстрактов с различным влагосодержанием позволило показать, что при Р/Ря > 0,85 появляется фракция свободной воды, о чем свидетельствует появление фазового перехода в отрицательной области температур. Поскольку температура плавления свободной воды значительно ниже 0 °С, то очевидно это происходит вследствие того, что она не является чистой водой, а содержит растворенные вещества. Это подтверждается тем, что при увеличении количества свободной поды температура ее плавления приближается к температуре плавления обычного льда.

Для хелепина Д и десмокана характерно наличие фазовых переходов, связанных с плавлением, при температурах 203 и 196 °С соответственно. Плавлению этих веществ предшествует их частичное разложение в области температур 150 - 200 °С, что характерно и для танацехола. Однако, для последнего ДСК -термограмма не регистрирует четко выраженный фазовый переход плавления, который наблюдается для сухих экстрактов хелепина Д и десмокана. Можно предположить, что одной из причин отсутствия фазового перехода плавления у танацехола является его более многокомпонентный состав по сравнению с другими.

3. Разработка базы данных физико-химических параметров фитопрепаратов

В результате проведенных исследований был получен обширный экспериментальный материал, который необходимо сисгаматезировать и обрабатывать. Необходимость в правильной организации полученных результатов определяется следующими требованиями, предъявляемыми к организации базы данных (БД):

♦ обеспечение быстрого и гибкого поиска параметров (данных) исследуемого вещества или химически родственных веществ;

♦ возможность изменения структурцы используемых данных без перезаписи других данных;

♦ низкая стоимость хранения и использования данных и минимизация затрат на внесение изменений;

♦ ограничение избыточных данных там, где это выгодно, и контроль за теми противоречиями, которые вызываются наличием избыточных данных - однозначность хранения;

♦ возможность гибкого обеспечения запросов;

♦ данные должны быть восстанавливаемыми и контролируемыми; Структура данных описывается формальным образом. Описание общей логической структуры базы данных называют схемой. На рис. 9 приведена предлагаемая схема.

Название вещества Хим-ая формула Молек. масса

Класс соединений

Фюико-химические параметры

Тем-ра плавления Гигроскопичность Макс. УФ поглощения Другие параметры

Структурная модификация

Кристалли- Псевдокрис-ческая таллическая

Название вещества

_!_____

Сод-е воды

Состояние воды

Свободная Гидратная Псевдо-кристал-логид-ая Кристал- ; логидрат- ; пая

т

Рис. 9 Логическая схема организации базы данных

Для получения информации о данных, удовлетворяющих некоторому критерию предлагается тспользовать гибкую систему запросов. Гибкость системы запросов заключается в том, что заранее невозможно определить какие типы запросов потребуются пользователю. Поэтому, кроме стандартных запросов, пользователю должен быть предоставлен механизм формирования запросов. Для этой цели целесообразно использовать гибкий инструмент SQL языка, применяемый в настоящее время почти для всех современных систем.

Для формирования стандартных (предопределенных) запросов, необходимо ввести так называемые "формы", которые избавляют пользователя от необходимости писать сложные запросы па SQL языке в типичных (стандартных) случаях. Пример стандартной формы представлен на рис. 10.

Название вещества <поле1>

Молекулярная масса X

Температура плавления 1 S3

Гигроскопичность □

/-s

Поиск \_/

Рис. 10 Пример стандартной формы запроса

Данная форма по введенной информации в <поле 1> и требуемым параметрам (выводным данным), формирует SQL запрос к базе данных и выводит результаты поиска, например, в виде формы выходного результата рис. 11а или в виде таблицы рис.116.

а

Название вещества Лютеолин

Молекулярная масса 286,25

Температура плавления °С 327,5

Гигроскопичность 1

б

Название вещества Молекулярная масса Температура плавления"С Гигроскопичность

Лютеолин 286,25 327,5 гигроскопичен

Кверцетин 304,26 322 гигроскопичен

•**

Рис. 11 Виды результатов поиска в БД а) результаты поиска в виде формы, б) результаты поиска в виде таблицы Встречаются ситуации, когда необходимо изготовить формы для других "стандартных" запросов. Для облегчения работы, пользователя в такой ситуации, необходимо предусмотреть механизм изготовления "стандартных" форм. Данная работа должна выполняться прикладным программистом.

Исходя из перечисленных выше требований к принципам работы БД, будут использованы следующие варианты:

• Microsoft Access - позволяет быстро создавать небольшие по объему (около 100 Mbyte информации) базы данных с достаточно развитым интерфейсом;

• Microsoft Visual Fox -,более сложная система, позволяющая более гибко создавать БД большего объема, рассчитанные на большее число пользователей и позволяющее поддерживать большие объемы информации;

• Для организации БД масштаба корпоративной сети, предлагается использовать Oracle - 7, который обеспечивает хранение очень больших объемов информации и обеспечивает всевозможные методики построения запросов и ответов.

В силу того, что Oracle - 7 построен по модульному принципу по типу СОМ и COBRA, он позволяет разрабатывать и добавлять необходимые модули обработки данных в существующую систему, включая формирование запросов по сети Internet, например, через WWW сервера и Internet browser.

Следует заметить, что для облегчения работы пользователя, данная система должна работать в графичекой системе Windows.

Представленная схема и этапы построения БД, обеспечивают возможность выполнения вышеперечисленных свойств и показывают основные принципы и методы организации БД для хранения и получения результатов запросов.

Выводы

1. Создана и апробирована научно-методическая база для исследования состояния воды в биологически активных веществах растительного происхождения и ее влияния на физико-химические характеристики фитопрепаратов.

2. Показаны закономерности гидратации биологически активных веществ растительного происхождения, как функции гидротермических параметров окружающей среды.

3. Установлена связь между кристаллохимической структурой стандартных образцов флавоноидов и их сорбционными свойствами и показано наличие в них трех видов связанной воды. Создана база данных физико-химических параметров стандартных веществ.

4. В результате оценки влагосодержания и состояния воды в стандартных образцах флавоноидов были внесены уточнения в нормативные документы на стандарты рутина, кверцетина и флакозида. Разработаны новые лабораторные ме-

тодики получения рутина - стандартного образца и кверцетина - стандартного образца.

5. Показано, что в субстанциях фитопрепаратов наряду с наличием различных типов связанной воды существует фракция свободной воды, непосредственно влияющая на их свойства. Разработаны научно-методические рекомендации, учитывающий это обстоятельство в работе с субстанциями и готовыми лекарственными формами.

6. Установлено, что сушка стандартов, субстанций и ГЛС при 105 и 130 °С не приводит к полному удалению воды, кроме того перечисленные препараты способны к быстрой регидратации, что предложено внести в практику фармацевтического анализа.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Быков В.А., Вязникова М.Ю., Николаева С.С. Состояние связанной воды и ее влияние на некоторые характеристики флавоноидов. // Биомедицинские технологии, 1996, вып.3,с.9-30.

2. ФС - 42 - 3308 - 96. Флакозид - стандартный образец.

3. ТУ - 64 -4 -127 - 96. Рутин - стандартный образец.

4. ТУ - 64 -4 - 128 - 96. Кверцетин - стандартный образец.

5. Быков В.А., Вязникова М.Ю., Николаева С.С., Ребров Л.Б., Смирнова Л.П., Тюкавкина H.A., Руленко И.А. Исследование состояния воды в биофлаво-ноидах. // Юбилейная научная сессия, посвященная 100-летию со дня рождения профессора H.A. Преображенского, Москва, 1996, Тез., С.43-44.

6. Bykov V.A., Vyaznikova M.Yu., Nikolaeva S.S., Rebrov L.B., Smirnova L.P., Per-vykh L.N. Study of the Hydration of Rutin and Quercetin. // Second International Symposium on the Chemistry of Natural Compounds, Turkey, Eskisehir,1996, Abstracts, P42.

7. Вязникова М.Ю., Николаева C.C., Смирнова Л.П., РебровЛ.Б., Быков В.А. Исследование воды в Рутине-стандарте. //Хим. - фарм. журнал, 1997, 31(1), С.36-38.

8. Вязникова М.Ю., Николаева С.С., Смирнова Л.П., РебровЛ.Б., Быков В.А. Изучение состояния воды в стандартном образце флакозида. // Хим. - фарм. журнал, 1997,31(1), С.39-41.

9. Вязникова М.Ю., Николаева С.С., Смирнова Л.П., Быков В.Л. Исследование связанной воды в квсрцстинс. //Хим. - фарм. журнал, 1997, 31(2), С.39-41.

Ю.Вязникова М.Ю., Николаева С.С., Быков В.А., Яковлева Л.В., Руленко И.Л., Тюкавкина H.A., Колесник Ю.А. Исследование состояния воды в стандартном образце дигидрокверцетина и новом фитопрепарате диквсртине. // Хим. -фарм. журнал, 1997,31(2), С.42Ч5.

11 .Вязникова М.Ю., Быков В.А., Николаева С.С., Яковлева Л.В., Смирнова Л.П. Гигроскопичность флавоноидсодержащих сухих экстрактов. // Биомедицинские технологии, сдана в печать.