Всі отримані по перших трьох етапах клінічних випробувань результати оформляються у вигляді звіту і представляються в Фармакологічний комітет. Міністерство охорони здоров'я приймає остаточне рішення про застосування лікарського засобу, включення його в «Державний реєстр лікарських засобів, дозволених для застосування в медичній практиці і до промислового виробництва».

Позитивне рішення приймається тільки в тих випадках, якщо новий лікарський засіб більш ефективний, ніж інші аналогічної дії, має кращу переносимість, проявляє позитивний ефект при станах, що не піддаються лікуванню відомими лікарськими засобами, вигідніший економічно, має більш зручну лікарську форму або більш просту методику лікування, підвищує активність існуючих лікарських засобів при комбінованій терапії, не збільшуючи при цьому їх токсичність.

3. Отримання лікарських речовин

3.1 Джерела отримання лікарських речовин

Джерелом отримання неорганічних лікарських речовин є мінеральна сировина, причому використовують або самі мінерали, або окремі елементи.

Для одержання синтетичних органічних лікарських речовин застосовують продукти сухої перегонки кам'яного вугілля, дерева, горючих сланців, а також різні фракції нафти. Переробкою цих видів сировини займається коксохімічна, лісохімічна та нафтопереробна промисловість. Продукти переробки широко використовуються в самих різних галузях народного господарства, в тому числі і в медичній промисловості.

Кам'яновугільна смола являє собою складну суміш, яка включає більше 400 різних ароматичних і гетероциклічних сполук. За допомогою ректифікаційних колонок кам'яновугільну смолу піддають розділенню на фракції.

Потім кожну фракцію переганяють в більш вузькому температурному інтервалі, виділяючи індивідуальні речовини. Для їх очищення використовують адсорбцію, обробку сірчаною кислотою (сульфування), лугами (виділення фенолятів) і т.д. Виділені індивідуальні речовини служать вихідними продуктами для синтезу різних органічних речовин, у тому числі лікарських препаратів.

Аналогічно переробляють деревину, яка при сухій перегонці утворює деревне вугілля та дві фракції рідин. Одна з них містить метиловий спирт, ацетон і оцтову кислоту, а інша (деревне дьоготь) - феноли і деякі інші органічні речовини. Деревина є також джерелом отримання фурфуролу.

Використовують як вихідних речовин для синтезу лікарських засобів продукти переробки нафти, яка являє собою суміш вуглеводнів різних класів. У медицині та фармації застосовують тільки суміші рідких і твердих граничних вуглеводнів, одержуваних при перегонці нафти.

Більше 40% лікарських засобів, що використовуються в медицині, мають рослинне походження. Як правило, їх відрізняють мала токсичність і відсутність побічних ефектів при тривалому застосуванні. В даний час, за даними ВООЗ, в 73 країнах світу для лікувальних цілей застосовують близько 10000 видів лікарських рослин, але в офіційні видання 38 країн входить тільки 1884 вида. У 1978 р. експертами ВООЗ було складено «Перелік найбільш широко використовуваних у всьому світі видів лікарських рослин», до якого увійшли 235 найменувань. У нашій країні застосовують приблизно 170 видів рослин і отримують з них більше 100 лікарських речовин, у тому числі близько 50 алкалоїдів і 20 серцевих глікозидів.

Рослинна сировина - листя, квітки, корки, насіння, плоди, коріння рослин - саме по собі може представляти лікарські засоби. Крім того, з цієї сировини виділяють ефірні і жирні олії, смоли, білки, вуглеводи, які або прямо використовують як лікарські засоби, або в якості вихідної сировини для їх отримання. Рослинна сировина є джерелом отримання природних біологічно активних речовин: алкалоїдів, терпенів, глікозидів, вітамінів. Виділені у вигляді індивідуальних сполук, вони являють собою лікарські речовини. Шляхом екстракції з рослинної сировини отримують також галенові препарати.

З сировини тваринного походження отримують індивідуальні речовини - гормональні препарати. До цього виду сировини відносять органи, тканини, залози забійної худоби. Продуцентами антибіотичних речовин є мікроорганізми. Вони стали джерелами отримання найцінніших лікарських препаратів - антибіотиків.

Великі перспективи має використання гідробіонтів (морських організмів) для отримання лікарських речовин. Гідробіонти виявилися носіями азотовмісних, аліфатичних речовин, галогенвмісних з'єднань ароматичного ряду (похідних бензолу), гетероциклічних похідних, що містять гетероатом азоту, полієнових кислот, терпеноїдів та ін.

Однією із загальних тенденцій розвитку хіміко-фармацевтичної промисловості в країні був перехід від виділення індивідуальних лікарських речовин з важкодоступного рослинного та іншої сировини до здійснення їх повного синтезу. Уже в 30-х роках здійснений промисловий синтез пілокарпіну, в наступні роки кофеїну, теофіліну, теоброміну, потім левоміцетину, ефедрину, атропіну, гоматропіну та ін.

3.2 Отримання лікарських речовин на основі застосування біотехнології

Одним з перспективних шляхів отримання лікарських речовин є біотехнологія з використанням методів генної інженерії. Її основу складають генетичні ресурси, закладені в клітинах рослин, тварин і мікроорганізмів. Сучасний рівень розвитку хімії, біології та інших наук дозволяє змінювати молекули, що входять до складу біологічних систем, і створювати варіанти рослин, тварин, бактерій, які не могли з'явитися в процесі природної еволюції.

Біотехнологія - це технологія отримання різних продуктів з живих клітин різного походження.

Успішний розвиток біології значно збагатив такі напрямки біотехнології, як технічна біохімія, мікробіологія, і призвів до виникнення принципово нових, перспективних напрямків - генетичної та клітинної інженерії. Розвиток цих напрямків створює можливості оволодіння біологічними процесами. Об'єктами біотехнології є культивовані тканини і клітини тварин і рослин (вищих організмів), а також мікроорганізми, створені методами генної інженерії, тобто шляхом перенесення генетичного матеріалу від одних організмів до інших, в тому числі і від вищих до одноклітинних.

Поняття «клітинна інженерія» включає використання або самих культивованих клітин, або різних маніпуляцій з ними для створення нових технологій.

Клітинне конструювання здійснюють гібридизацією або введенням в них чужорідного генетичного матеріалу (клітинних органел, бактерій). Результатом клітинного конструювання є поліпшення клітин-продуцентів в культурі або отримання клітинних систем з новими властивостями, а в разі рослинних клітин - отримання рослин з новими властивостями.

Біотехнологія забезпечує найпрогресивніші методи отримання нових лікарських речовин. Починаючи з другої половини 70-х років в нашій країні і за кордоном, особливо в США, Японії, ФРН, створена галузь біотехнології, що забезпечує отримання лікарських речовин на основі використання генної інженерії. За допомогою генної інженерії були розроблені нові штами мікроорганізмів, що дозволили отримати гормональні речовини, здійснити мікробіологічний синтез інсуліну, інтерферону та інших цінних речовин, синтезованих тільки організмом людини.

Надзвичайно важливо, що в якості джерел сировини для біотехнології все ширше використовуються нехарчові рослинні ресурси і відходи сільського господарства, харчової промисловості. Це дозволяє перетворити біотехнологію в безвідходне виробництво. Порівняльна оцінка тривалості традиційних і біотехнологічних методик переконливо підтверджують переваги останніх.

Найбільший інтерес для фармації представляють такі галузі біотехнології, як виробництво вторинних метаболітів, протеїнова технологія, отримання моноклоніальних антитіл, інженерна ензимологія.

Традиційна методика отримання лікарських речовин шляхом вирощування рослин на дослідному полі вимагає тривалого часу (1-6 місяців). Більш економічно використання біотехнологічної методики, заснованої на вирощуванні калусних і меристемних клітинних культур (7-10 днів). При отриманні біологічно активних речовин з тваринних тканин традиційний спосіб розведення тварин вимагає 1-9 місяців, Вирощування культури клітин тканини на твердій фазі - 7-10 днів. Найменше часу, всього 1-3 дня, потрібно для отримання біологічно активних речовин шляхом культивування мікроорганізмів, так як вони ростуть швидше клітин рослин і тварин і вимагають простих поживних середовищ.

Сутність протеїнової технології полягає у застосуванні генетично змінених мікроорганізмів. Це дозволяє значно знизити вартість дорогих лікарських речовин, наприклад таких, як інсулін або інтерферон, що вимагають для виробництва дефіцитного природного сировини.

Так, найбільш продуктивними для отримання інтерферону є дріжджові клітини. Введення в них чужого гена здійснюють за допомогою вектора, яким служать міні-хромосоми (плазміди), що містяться в багатьох бактеріях і складаються з маленьких кільцевих молекул ДНК. Технологія введення гена полягає в його виділенні бактерії, створенні рекомбінантних ДНК, вмонтування їх у мікробну або тваринну клітину - реципієнт, яка набуває нову властивість - продукувати заданий білок.

Отримання моноклоніальних антитіл - метод імунної біотехнології. Він заснований на створенні гібридів, які продукують моноклоніальні антитіла до багатьох антигенів бактерій, вірусів, тварин і рослинних клітин. Метод дозволяє отримувати чисті ферменти і білки.

Технологія отримання лімфоцитарних гібридів включає такі етапи, як отримання мієломної лінії, селезінкових клітин від імунізованого організму, створення в культурі умов для злиття хоча б деяких клітин однієї й іншої популяції, виділення і вирощування клітин, дезінтеграцію клітин, виділення та очищення білка або ферменту.

Важливою складовою частиною сучасної біотехнології є інженерна ензимологія. Одне з її досягнень - створення іммобілізованих ферментів - нового типу біокаталізаторів. На відміну від природних ферментів вони володіють термостабільністю, працюють в широкому інтервалі pH, можуть використовуватися багаторазово, легко відділяються від продуктів реакції. В хіміко-фармацевтичній промисловості іммобілізовані ферменти використовуються для розділення рацемічних сумішей амінокислот, біосинтезу ряду природних речовин та їх напівсинтетичних аналогів, зокрема 6-амінопеніциланової (6-АПК) і 7-амінодезацетоксицефалоспоранової кислот та ін. Поряд з виконанням функції активних біокаталізаторів іммобілізовані ферменти перспективні в створенні нових лікарських форм орального, ректального, трансдермального та інших шляхів введення лікарських речовин. Розвиток біотехнології, широке впровадження мікробіологічних методів у різні галузі промисловості стало стимулом для їх використання у виробництві ряду лікарських речовин.

Більшість органічних кислот отримують хімічними методами з продуктів переробки нафти і сухої перегонки деревини. Однак, коли кислота використовується для харчових або медичних цілей або синтез її є складним, доцільно використовувати мікробіологічні методи. Зараз лимонну, глюконову, кетогулонову і ітаконову кислоти отримують тільки мікробіологічними шляхом, а молочну та оцтову - як хімічним, так і мікробіологічним методами. Багато з цих кислот або самі є лікарськими речовинами, або використовуються в якості вихідних продуктів їх синтезу або отримання солей. Основною сировиною для виробництва органічних кислот раніше служили вуглеводи (глюкоза, сахароза, крохмаль). Починаючи з 60-х років для цієї мети все ширше використовується нехарчове сировина - нормальні парафіни нафти в поєднанні зі спеціально селекціонованими штамами дріжджів.

Мікроорганізми є також продуцентами амінокислот, що використовуються в медичній практиці, або як напівпродукти синтезу лікарських речовин. Виробництво амінокислот в даний час - широко розвинена галузь біотехнології. У нашій країні широко розвинене промислове виробництво триптофану, лізину, лейцину, ізолейцину, проліну та інших амінокислот. Технологія виробництва заснована на керованому процесі ферментації з використанням методів традиційної селекції. З цією метою попередньо проводиться відбір мутантів для створення штамів - продуцентів тієї чи іншої амінокислоти. Такі штами є активними продуцентами амінокислот, у тому числі застосовуваних у медицині.

При отриманні ряду лікарських речовин використовується мікробіологічна трансформація органічних сполук, тобто перетворення одних органічних сполук в інші, здійснюване ферментами мікроорганізмів. Перевага мікробіологічної трансформації в порівнянні з органічним синтезом полягає в специфічності дії ферментів і виконанні біосинтезу в «м'яких» умовах (у водному середовищі при температурі не вище 100°С), що значно спрощує технологію. При цьому істотно зменшується утворення побічних продуктів і шкідливих відходів.

В даний час мікробіологічна трансформація може бути застосована для перетворень органічних сполук з допомогою таких процесів, як окислення, відновлення, амінування, декарбоксилювання, дезамінування, гідроліз, метилювання, конденсація, етерифікація, галогенування, ізомеризація, розщеплення на оптичні антиподи, синтез нуклеотидів з попередників і ін.

Встановлена таксономічна специфічність ряду мікробіологічних трансформацій. Так, наприклад, гідроксилювання стероїдів відбувається в присутності ряду грибів, а відновлення стероїдів - в присутності мукобактерій. Окисленню аміногрупи сприяє наявність стрептоміцетів, а дезамінуванню і відновленню - дріжджі; окислення різних вуглеводнів і розщеплення ароматичного кільця відбувається під впливом псевдомонад, а гідроксилювання ароматичного ядра - у присутності артробактерій і т.д.

У нашій країні мікробіологічна трансформація широко використовується при промисловому отриманні стероїдних гормонів, зокрема преднізолону з гідрокортизону, преднізону з кортизону, гідрокортизону з кортексолона і т.д. Застосування мікроорганізмів у синтезі таких лікарських речовин, як кортизон, гідрокортизон і ін., дозволило у багато разів знизити вартість виробництва. Ряд полісахаридів, що використовуються в медицині як замінники плазми крові, також продукується мікроорганізмами. Ферменти, будучи складними за хімічною структурою сполуками, в більшості випадків можуть бути отримані тільки на основі мікробіологічного синтезу. Ферменти все ширше застосовуються як лікарських речовин. Важливою галуззю використання мікроорганізмів є отримання вакцин для медичних цілей.

Великі переваги у біотехнології алкалоїдів на основі мікробіологічного синтезу в порівнянні з методами їх отримання з рослинної сировини. Знаючи біохімічні особливості мікроорганізмів-продуцентів і механізм біосинтезу алкалоїдів, можна направлено управляти процесом мікробіологічного синтезу, який до того ж не залежить від погодних умов і може бути максимально автоматизований. Методами селекції та генетики на основі диких штамів отримують високоактивні продуценти алкалоїдів. Великий інтерес представляють, наприклад, гриби і, зокрема, аскоміцети роду Claviceps, що синтезують ергоалкалоіди.

Інтенсивний розвиток біотехнології відкриває нові перспективи практичного застосування мікроорганізмів для отримання вітамінів і коферментів, створює можливості для вдосконалення технічного рівня цих виробництв, впровадження в практику процесів керованого безперервного культивування. Великі можливості створює застосування в біотехнології вітамінів таких джерел сировини, як вуглеводні, нижчі спирти і кислоти.

За допомогою біотехнології була вирішена проблема отримання рибофлавіну, широко вживаного в медичній практиці. Методи генної інженерії дозволяють в бацилах розмножувати гени, що відповідають за біосинтез рибофлавіну. В результаті проведених досліджень кількість продукуємого рибофлавіну зросла в 4-5 тис. разів. Мікроорганізми служать продуцентами аскорбінової кислоти (на ряді етапів її отримання), в-каротину, деяких цитохромів і нуклеотидів, тіаміну, ціанокобаламіну та ін.

Основну частину біотехнологічної продукції займають антибіотики, потреба в яких дуже велика. При цьому біотехнологія дозволяє вирішити дві проблеми: збільшити обсяг виробництва антибіотиків і разом з тим зменшити їх негативний вплив на організм. Вирішенню цих проблем сприяло створення науковим колективом ВНДІ антибіотиків під керівництвом акад. АМН С.М. Навашином так званих «ключових з'єднань» для виробництва нових антибіотиків. Для цієї мети з мікроорганізмів виділені речовини, що прискорюють процеси утворення антибіотиків. Вміщені в спеціальні полімерні гранули, вони протягом тривалого часу дозволяють отримувати нові антибіотики в промисловому масштабі. Реактори, в яких відбувається цей процес, відрізняються високою продуктивністю, займають мало місця, відходів практично не дають. Отримане нове покоління антибіотиків має більш широкий спектр антимікробної дії. Вони практично не викликають алергічних реакцій.

3.3 Отримання лікарських речовин із рослинної і тваринної сировини

Основою для проведення досліджень в галузі створення нових лікарських речовин з рослин зазвичай є відомості, наявні в народній медицині, або інші передумови, що дозволяють вважати, що в рослині містяться біологічно активні речовини. Під час проведених вченими-фармакогностами експедицій ці рослини збираються, оцінюються їх запаси, територіальне поширення. Для створення лікарських речовин не можна використовувати рідкісні рослини або ті з них, які увійшли до «Червоної книги». Обов'язковою умовою є наявність необхідних ресурсів для вихідної сировини. Якщо її в природі недостатньо, то вона вводиться в культуру, що також вимагає проведення необхідних випробувань.

Для отримання лікарських засобів перспективні рослини піддають хімічним дослідженням. При цьому вивчається процес накопичення біологічно активних речовин залежно від кліматичних, вікових, сезонних, добових змін. Це дозволяє вибирати оптимальні умови вирощування або заготовки дикоростучої лікарської рослинної сировини. Потім здійснюють розробку оптимальних умов виділення суми і подальшого поділу біологічно активних речовин.

Незважаючи на створення нових технологічних прийомів і використання сучасних фізико-хімічних методів, виділення біологічно активних речовин з рослинної і тваринної сировини, їх поділ та очищення являють собою складну задачу. Незважаючи на різноманіття видів сировини, фізичних і хімічних властивостей видобутих сполук, процес їх виділення складається в основному з наступних стадій: подрібнення вихідної сировини, приведення його у тісний контакт з розчинником, відділення екстракту від сировини, видалення і регенерація розчинника з екстракту та вихідної сировини, виділення та очистка біологічно активної речовини.

Екстракція природних речовин з рослинних або тваринних тканин може бути здійснена або витягом комплексу містяться в них сполук з наступним поділом на окремі компоненти, або послідовної екстракцією окремих з'єднань або класів сполук. Зазвичай в рослинах міститься кілька біогенетично пов'язаних сполук, подібних за хімічною структурою та властивостями, що значно ускладнює завдання. Ось чому найчастіше витягується сума біологічно активних речовин з домішкою супутніх природних сполук, що містяться у вихідній сировині.

З раніше не дослідженої рослинної або тваринної сировини екстракцію послідовно проводять розчинниками з підвищенням полярності. Якщо об'єктом служать сухі тканини, то проводять возгонку або перегонку з водяною парою з наступною екстракцією наступними розчинниками: петролейним ефіром, діетиловим ефіром, хлороформом, етанолом, водою (послідовно - холодною, теплою, підкисленою, підлуженою). У разі необхідності створюють більш вузькі інтервали pH водних розчинів. Нерідко з отриманих водних витягів біологічно активні речовини екстрагують розчинником, не що змішується з водою (ефіром, хлороформом). Потім після відділення екстракту і відгону розчинника отримують виділяється речовина.

При виділенні біологічно активних речовин необхідно враховувати можливість їх розкладу під впливом розчинників, температури, умов виконання екстракції, а також впливу ферментів, що містяться в рослинному або тваринному сировину. Особливо важливо враховувати ці обставини при проведенні перекристалізації, сублімації, різних видів перегонки. Тому для очищення лабільних органічних речовин зазвичай користуються перегонкою у вакуумі при 13,33-19,99 Па (10-15 мм рт. ст.) або високому вакуумі при 1,33-0,133 Па (0,01-0,001 мм рт. ст.).

Головну масу рослинної сировини становлять клітковина, білки, хлорофіл, смоли, слизу, дубильні та інші речовини. Тому дуже складно відокремити біологічно активні природні сполуки від цих супутніх речовин. В хіміко-фармацевтичної промисловості для цієї мети поки ще широко використовуються різні варіанти екстракції (безперервна, напівбезперервна, реекстракція і ін.). Застосовують також більш сучасні методи розділення, наприклад метод багаторазового фракційного екстрагування, або метод протиточного екстрагування, а також електрофорез, діаліз, що дозволяють розділяти складні суміші високомолекулярних речовин.

Поряд з цими методами все ширше використовують різні варіанти хроматографії. Для виділення, розділення і очищення від домішок органічних сполук користуються колонковою і йонообмінною хроматографією.

Важливим етапом отримання антибіотиків, вітамінів, ферментів та інших біологічно активних речовин є процес їх виділення з культуральних рідин. З цією метою використовують такі традиційні методи, як екстракція органічними розчинниками і подальша сорбція на іонообмінних смолах, активованому вугіллі, силікагелі, оксиді алюмінію. Методи виділення та оптимальні значення pH підбирають емпірично. Недоліками зазначених методів є можлива дезактивація біологічно активних речовин внаслідок низької їх стабільності і недостатня ступінь очищення. Більш перспективне використання для виділення методу гельпронікаючої хроматографії, що дозволяє розділяти суміші на складові компоненти, що розрізняються за молекулярною масою. Хімічна інертність використовуваних при цьому нерухомою і рухомою фаз виключає можливість дезактивації виділяються речовин. У разі необхідності хроматографічний процес поділу нестабільних речовин можна проводити в холодильній камері.

Виділене нове з'єднання піддають структурному хімічного дослідження, а потім вивчають його фармакологічна дія.

3.4 Отримання лікарських речовин методом культури тканин вищих рослин

У нашій країні заготовлюються десятки тисяч тонн лікарської рослинної сировини, близько 70% якого переробляється на підприємствах медичної промисловості. Однак потреба в біологічно активних речовинах, що містяться в рослинах, з кожним роком зростає, а природні запаси лікарських рослин знижуються внаслідок інтенсивної урбанізації, освоєння нових орних земель, скорочення лісових угідь і т.д.

Зазначені обставини зажадали вишукування нових шляхів отримання біологічно активних речовин. Одним з них є принципово новий метод отримання цих речовин, заснований на використанні як сировини ізольованих тканин і клітин, що ростуть на штучних поживних середовищах. Доведено, що в цих умовах рослинні клітини здатні синтезувати різні біологічно активні речовини подібно до того, як це відбувається при вирощуванні самої рослини. Крім того, клітини культури тканин можуть бути використані для біотрансформації ряду біологічно активних сполук. Все це дає можливість розробки технології отримання лікарських речовин, що володіють різним фармакологічною дією.

Слід, однак, врахувати, що в культурах клітин, як правило, різко знижується здатність до синтезу вторинних метаболітів у зв'язку з частковою втратою реалізації генетичної інформації, що відноситься до вторинного обміну. Тому необхідно створювати специфічні умови, зокрема введення регуляторів росту, елементів живлення, біохімічних мутантів, щоб у клітинах культур тканин відбувався спрямований біосинтез.

Дослідження в галузі культури тканин і клітин різних рослин проводяться в останні десятиліття у багатьох країнах, особливо в США, Англії, Японії. Основні напрямки досліджень - отримання штамів культур лікарських рослин і скринінг виділяються ними біологічно активних сполук, отриманих в умовах культур тканин рослин для виявлення найбільш ефективних лікарських речовин.

Наукові основи методу культури тканин вищих рослин почали розроблятися в нашій країні в 1959 р. в Інституті фізіології рослин АН СРСР ім. К.А. Тимирязева. Тут ведуться дослідження культури тканини маку снодійного - джерела морфінових алкалоїдів. Враховуючи складність синтезу цієї групи алкалоїдів і ліквідацію посівів маку снодійного, культура його тканини залишається єдиним шляхом отримання алкалоїдів групи морфіну.

Систематичні дослідження культури тканини зміїної і женьшеню проводяться в С.-Петербурзькому хіміко-фармацевтичному інституті. Розроблено оригінальну технологію вирощування тканин. Активізуються роботи в ВІЛР з культивування тканин таких лікарських рослин, як крестовнік ромболістний, скополія гімалайська, наперстянка шерстиста і червона, паслін часточковий, діоскорея дельтовидна, стефанія гладка.

Виробництво біомаси культури тканини зміїної вже здійснюється в дослідно-промисловому масштабі на Харківському фармацевтичному заводі «Здоров'я трудящим». Біомаса служить джерелом отримання володіючих протиаритмічною дією алкалоїду аймалина та інших індолінових алкалоїдів. Екстракцію алкалоїдів можна робити як з висушеної (вихід до 88%), так і з сирої (до 80%) біомаси. Технологія виділення алкалоїдів з біомаси мало відрізняється від їх отримання з рослинної сировини. Виділення індолінових алкалоїдів у вигляді підстав здійснюють з самочинного аміаком сировини перколяції метиленхлоридом (хлористим метиленом). Відгонку останнього виконують до отримання сухого залишку, який розчиняють у водному розчині ортофосфорної кислоти. Фосфорнокислий розчин підлужнюють 50% розчином гідроксиду натрію до pH 5,0-5,3 і екстрагують для видалення слабких основ хлороформом. Потім до водного розчину додають 25% розчину аміаку до pH 8,0-8,5 і знову екстрагують хлороформом. При цьому виділяється технічний аймалин з виходом 74,8%.

Звичайно, культура рослинних тканин не завжди може замінити традиційні способи вирощування лікарської сировини. У тих випадках, коли сировинна база може бути легко забезпечена за рахунок гарантованих запасів дикорослих видів в природі або в умовах сільськогосподарського виробництва, не має сенсу займатися клітинної промисловою технологією. Однак безперечний інтерес така технологія представляє для ендемічних видів, багатьох тропічних і субтропічних рослин, вирощування яких в силу кліматичних умов неможливо в нашій країні (строфант, пілокарпус, фізостігма, іпекакуана, чілібуха та ін.).

4. Хімічні реакції, що використовуються для синтезу лікарських речовин

4.1 Класифікація хімічних реакцій, що використовуються для синтезу

Отримання органічного лікарської речовини - складний процес, нерідко складається з 10-20 стадій і більше. Він включає безліч технологічних операцій, заснованих на хімічних, фізичних і фізико-хімічних методах. Вихід готової продукції залежить від складності технології та інших факторів. Він коливається в дуже широких межах (від 1-2 до 50-80%). Хімічні реакції, використовувані для синтезу органічних лікарських речовин, можна класифікувати на три основні групи: реакції заміщення, реакції перетворення замісників та реакції окислення-відновлення.

Реакції заміщення - ці реакції засновані на заміщенні атомів водню в аліфатичному ланцюзі, ароматичному, гетероциклічному ядрі або у функціональній групі різними замісниками. Реакції заміщення використовують для того, щоб надати синтезованій речовині будь-які нові властивості або отримати проміжний продукт з властивостями, необхідними для її подальшого перетворення в лікарську речовину.

Реакції перетворення замісників - ця група реакцій заснована на хімічних перетвореннях замісників, наявних в молекулі проміжного продукту, щоб надати йому нові властивості або змінити його реакційну здатність.

Реакції окислення-відновлення. Відновлення та окиснення - єдиний процес, в результаті якого одна група атомів відновлюється, набуваючи при цьому електрони, а інша група атомів окислюється. В окисно-відновних реакціях відбувається не тільки зміна ступеня окислення, але і змінюється склад молекули.

4.2 Реакції заміщення

Реакції сульфування і сульфохлорування. Сульфування - процес заміщення атома водню в органічному поєднанні сульфогруп - SO₃H, здійснюваний впливом сульфуючих агентів (концентрованої сірчаної кислоти, хлорсульфонової кислоти).

Сульфуванням піддають в основному ароматичні вуглеводні, їх аміно- і оксипохідні. При цьому зазвичай утворюється суміш декількох сульфокислот (моно-, ди-, трисульфокислота). Загальна схема реакції:

Сульфування здійснюють з різними цілями: поліпшення розчинності, подальше перетворення сульфогрупи в гідроксильну або аміногрупу і т.д.

Сульфування ароматичних сполук є процесом електрофільного заміщення. Ця реакція має проміжну стадію утворення комплексу:

Процес сульфохлорування відбувається при взаємодії 4-5-кратного надлишку хлорсульфонової кислоти з ароматичними вуглеводнями:

Утворені сульфохлоріди являють собою важливі проміжні продукти синтезу амідів сульфокислот (хлораміни, пантоцин), сульфаніламідних препаратів, алкілуреідов сульфокислот (бутамід, хлорпропамід та ін.).

Реакція нітрування. Нітрування - процес заміщення атома водню в органічному з'єднанні нітрогрупи. Процес здійснюють дією різних нітра-агентів (азотна кислота, суміш азотної та сірчаної кислот, суміш азотної і оцтової кислот, суміш нітратів з сірчаною кислотою та ін.).

Процес нітрування бензолу, толуолу, нафталіну і їх хлор-, аміно-, окси- і сульфопохідних дуже широко застосовують у хіміко-фармацевтичній промисловості. При нітруванні утворюються суміші моно-, ди- і тринітросполук за схемою:

Нітрування - типова реакція електрофільного заміщення іоном нітронія. На відміну від реакції сульфування вона необоротна:

Нітросполуки або самі є лікарськими речовинами (левоміцетин, фурацилін та ін.), Або являють собою проміжні продукти синтезу аміносполук.

Реакція галогенування. Введення галогену в молекулу органічної сполуки, або галогенування, - одна з дуже поширених реакцій у синтезі проміжних продуктів. Залежно від природи вихідних речовин та умов виконання реакція галогенування може протікати або як реакція заміщення атома водню, або як реакція приєднання.

Поряд з моногалогенідами в реакціях заміщення утворюються ди- і тригалогензаміщені за схемою:



а в реакції приєднання:

Пряме фторування зазвичай не використовують через технологічні труднощі. Найчастіше проміжними продуктами синтезу лікарських препаратів є хлорпохідні. Бромування і йодування використовують рідше.

Процес галогенування в залежності від умов реакції протікає по-різному. Так, наприклад, хлорування в ароматичному ядрі в присутності каталізатора (солей заліза) протікає по типу електрофільного заміщення:

Якщо в відсутність каталізаторів під впливом ультрафіолетового опромінення піддати хлоруванню арилароматичні з'єднання, то відбувається хлорування бічного ланцюга. Заміщення водню в ароматичному ядрі при цьому не відбувається. Залежно від умов виконання галогенування йде за схемою:

Хлорування аліфатичних спиртів - важливий етап синтезу аліфатичних, ароматичних і гетероциклічних протипухлинних лікарських препаратів, що містять в молекулі біс - (в-хлор-етил) - амін групу:

Реакції конденсації. Карбонільні з'єднання (альдегіди і кетони) є вихідними і проміжними продуктами синтезу багатьох лікарських речовин. Використовують різні реакції карбонільних сполук, але особливо широко - реакції конденсації. До цієї ж групи слід віднести реакції конденсації карбонові кислот, що є продуктами окислення альдегідів. Реакції конденсації являють собою одну з різновидів реакцій заміщення. Процес конденсації супроводжується відщепленням молекули води або спирту.

Первинні аміни конденсуються з альдегідами в основи Шифа (азометинів):

Процес конденсації відбувається при взаємодії формальдегіду з гідразинами і гідразидом:

Кетони містять карбонільну групу >С=О. Вони утворюють продукти конденсації з гідроксил аміном, гідразинами, семікарбазидом, тіосемікарбазидом. Загальна схема цих реакцій:

Гідроксиламін з кетонами утворює оксими:

Гідразини дають відповідні гідразони:

Семікарбазид і тіосемікарбазид конденсуються з альдегідами, утворюючи семікарбазони і тіосемікарбазони:

Класичним прикладом реакції конденсації альдегідів є синтез гексаметилентетраміна з формальдегіду та аміаку.

Продукти окислення альдегідів - органічні кислоти - утворюють різні похідні з аміносполук. Так, наприклад, взаємодіючи з диалкіламіном, ароматичні та гетероциклічні монокарбонові кислоти утворюють диалкіламіди:



Реакцію амідування сульфохлоридів використовують у синтезі амідів сульфокислот, сульфаніламідів, алкілуреідов сульфокислот та ін. Процес відбувається під дією амінопохідними за загальною схемою:

Органічні кислоти (їх ефіри, ангідриди), взаємодіючи з гідразином, утворюють гідразиди:

Амідування лежить в основі синтезу з сечовини ациклічних і циклічних уреїдів. Ациклічні урєїди отримують з бромангідріда аліфатичної кислоти:

Конденсацію сечовини з малоновою кислотою (або її ефірами) використовують для синтезу похідних барбітурової кислоти, які є циклічними уреідов:



Цю схему синтезу слід розглядати як один з варіантів отримання похідних піримідину, до числа яких відносяться барбітурати.

Реакції нейтралізації. Нейтралізація - один з поширених хімічних процесів, широко застосовуються для синтезу лікарських речовин. Солі аліфатичних, ароматичних і гетероциклічних кислот отримують використовуючи процес нейтралізації гідроксидами або карбонатами лужних (лужноземельних) металів, взятих в еквівалентних кількостях, за загальною схемою:

Численні лікарські препарати з числа органічних основ, що містять третинний атом азоту, застосовують у вигляді солей неорганічних (гідрохлоридної, гідробромідної, гідроіодідної, фосфатної) і органічних (бензоатної, саліцилатної, лактатної, гідротартратної) кислот. Отримують ці солі нейтралізацією органічних основ, наприклад соляною кислотою:

де R - аліфатичний, ароматичний або гетероциклічний радикал; R₁ і R₂ - аліфатичні радикали.

4.3 Реакції перетворення замісників

Реакції приєднання та елімінування (відщеплення). Приєднання - процес взаємодії ненасичених сполук з іншими елементами і речовинами, в результаті якого відбувається розрив ненасичених зв'язків з одночасним приєднанням відповідних замісників:

Реакції приєднання притаманні карбонільним з'єднанням. При обробці альдегідів концентрованим водним розчином гідросульфіту натрію утворюються Гідросульфітні сполуки (похідні оксіметіленсульфоната натрію):

Наявність у молекулі такого радикала дозволяє поліпшити розчинність лікарської речовини.

До цієї ж групи реакцій можна віднести процес гідратації - приєднання води. При приєднанні до альдегідів молекули води утворюються гідрати (1,1-діоли):

Елімінування - процес, зворотний приєднанню. Він відбувається, наприклад, при утворенні ненасичених сполук:



До реакцій елімінування можна віднести дегідратацію (відщеплення води); декарбоксилювання (відщеплення діоксиду вуглецю):

декарбонілювання (відщеплення монооксиду вуглецю):

дегідрогалогенування (відщеплення галогеноводню); дегалогенування (відщеплення галогену) і т.д.

Реакції оксидування і амінування. Процеси введення в молекулу органічної сполуки окси - або аміногрупи називають відповідно оксилюванням і амінуванням. Ці реакції протікають за механізмом нуклеофільного заміщення.

Оксисполуки можуть бути отримані з хлорпохідних:

Залежно від структури і властивостей з'єднань можна різними способами перетворювати аміносполуки в оксисполуки (і навпаки) за загальною схемою:

Процес перетворення амінів в оксисполуки зазвичай виконують трьома способами: діазотування аміногрупи і наступним розкладанням діазосполуки: кислотним гідролізом аміну; дією на амін солей сірчистої кислоти.

Амінування галогеналканів RX здійснюють дією аміаку, первинних і вторинних амінів:

Реакції нітрозування, діазотування і перетворення діазосполук. Ця група реакцій широко застосовується для отримання проміжних продуктів синтезу лікарських речовин. Реакції нітрозування і діазотування відбуваються в кислому середовищі і являють собою процес електрофільного заміщення. Основною стадією діазотування є реакція нітрозуванія. Загальна схема реакції діазотування:

Встановлено, що процес цей багатостадійний. Послідовно відбувається спочатку реакція утворення азотистої кислоти, дисоціюють на іони:

У присутності соляної кислоти далі реакція йде так:

Активність утворюються катіонів значно вище, ніж у азотистої кислоти.

Первинні ароматичні аміни реагують з нітрозілхлорідом за схемою:

Вторинні ароматичні аміни утворюють в цих умовах N-нітрозосполуки:

які можуть ізомеризуватися в п-нітрозосполуки:

Третинні аміни відразу утворюють п-нітрозосполуки.

Діазосполуки досить реакційно здатні. Їх будова і властивості в розчинах залежать від pH середовища. Найбільш стійкі вони в сильнокислому середовищі, так як при цьому утворюються солі діазонію. Найменш стабільні розчини діазосполук при pH 8-10.

При розкладанні діазосполук залежно від умов виконання реакції може відбуватися процес заміщення діазоніевої групи гідроксилом, галогеном та іншими нуклеофільними радикалами. Ці реакції протікають з відщепленням азоту від катіона діазонію:

Реакції алкілування і ацилювання. Алкілування і ацилювання відбуваються по типу електрофільного заміщення. Розрізняють два типи алкілування (ацилювання). Один з них властивий вуглеводням (С-алкілування і С-ацилювання), інший - аміно- і оксисполукам.Алкілування і ацилювання вуглеводнів. Ароматичні сполуки алкілуючими галогеналканами або неграничними сполуками в надлишку алкілуємого бензолу або в безводному нітробензолі:

Алкілуючими агентами можуть також служити спирти та їх складні ефіри (з неорганічними і органічними кислотами).

Наявність у молекулі ароматичного сполуки замісників першого роду (-ОН, - СН₃, - NH₂ та ін.) Полегшує процес алкілування, наприклад:



Прикладом С-ацилювання є отримання саліцилової кислоти. Реакційна здатність ароматичного ядра фенолятів дозволяє отримувати оксикислоти взаємодією з діоксидом вуглецю (реакція Кольбе - Шмідта). Процес йде в автоклаві (180°С), діоксид вуглецю вводять під тиском. Реакція проходить тільки з безводним фенолятом натрію, так як в присутності води фенолят повністю дисоціює.

За сучасними уявленнями, процес карбоксилювання фенолята натрію йде через стадію утворення комплексу:

Алкілування і ацилювання аміно- і оксисполук. Ці реакції відбуваються за типом електрофільного заміщення атома водню в аміно- і оксисполукими.

Для алкілування аміносполук користуються різними алкілуючими агентами. Найчастіше використовують галоген алкіл, особливо метилйодид (для метилування):

Алкілуючими агентами можуть також служити диметилсульфат або суміш формальдегіду і мурашиної кислоти.

Галогеналкіли широко використовують для одержання солей четвертинних амонієвих основ:

Реакція ацилювання амінів або введення ацильних залишків (форміл-, ацетил-, бензоіл-, алкоксікарбоніл-) відбувається за загальною схемою:

Особливо широко в хіміко-фармацевтичної промисловості Використовують реакцію ацетилювання ароматичних амінів. Її виконують зазвичай за допомогою оцтового ангідриду (оцтової кислоти):

Ацетилювання проводять для тимчасового захисту аміногрупи, зокрема перед виконанням процесів сульфування (сульфохлорування), нітрування та ін. Потім ацетильную групу видаляють гідролізом у лужному або в кислому середовищі:

З ацилюючих агентів ароматичного ряду використовують похідні бензойної кислоти. Ацилювання здійснюють за допомогою бензоїлхлориду С₆Н₅СОС1:

Алкілування оксигрупи в аліфатичних, ароматичних і гетероциклічних сполуках R-ОH відбувається за загальною схемою утворення простих ефірів:

Так отримують метокси-, етокси - та інші алкіл похідні. Цей процес можна здійснити, використовуючи не тільки оксипохідних, а й галогенвуглеводні:

Ацилювання оксигрупи, що міститься в структурі як аліфатичних, так і ароматичних сполук, здійснюють, використовуючи як ацилюючих агентів кислоти, ангідриди і хлорангидріди кислот. При ацилюванням кислотою виділяється воду пов'язують трихлоридом фосфору (III) РС1₃ або трихлоросидом фосфору (V) РОС1₃.

Процес ацетилювання спиртів і фенолів лежить в основі отримання складних ефірів оцтової кислоти:

Реакції етерифікації та гідролізу ефірів. Своєрідним різновидом хімічного процесу алкілування і ацилювання оксисполук є реакції отримання простих і складних ефірів.

Синтез простих ефірів здійснюють етерифікацією двох молекул спиртів у присутності водовіднімаючих засобів (концентрована сірчана кислота та ін.):

Вихідними продуктами синтезу простих ефірів можуть служити також спирти і галогеналкіли:

Складні ефіри отримують взаємодією спиртів з неорганічними кислотами:

Одним з найбільш поширених методів отримання складних ефірів є пряма етерифікація вільних кислот (алкоголіз карбонових кислот) спиртами або фенолами:

Процес є оборотним. Це відкриває широкі можливості для отримання проміжних продуктів синтезу з «закритої» окси - або карбоксигрупи. Після проведення необхідних перетворень в інших функціональних групах молекули речовина гідролізують.

Етерифікація прискорюється в присутності сильних кислот (сірчаної кислоти, безводного хлороводню, сульфокислот). Такі кислоти, як мурашина, щавлева, піровиноградна, реагують зі спиртами і без каталізаторів. Для етерифікації можуть бути використані також ангідриди і хлорангидріди кислот (за загальним принципом ацилювання оксигрупи):

За цим же принципом здійснюють синтез уретанів зі спиртів і карбомоїлхлорида:

Іноді (наприклад, у виробництві новокаїну) використовують реакцію переетерифікації. Остання являє собою процес перетворення одного складного ефіру в інший.

4.4 Реакції відновлення та окислення

Застосовувані в хіміко-фармацевтичної промисловості методи окислення і відновлення класифікують на хімічні, каталітичні, електролітичні, біохімічні та мікробіологічні.

Реакції відновлення. Процес відновлення використовують для гідрування неграничних і ароматичних сполук, відновлення нітро- і нітрозосполук до аміносполук і т.д. Як відновлювачів найчастіше застосовують метали та їх солі. Існують різні способи відновлення, засновані на використанні натрію: із застосуванням амальгами натрію; натрію у поєднанні зі спиртом; розчину натрію в рідкому аміаку. В основі процесу відновлення амальгамою натрію лежить іонний механізм, що відбувається за схемою:

Відновлення цинком можна проводити як в кислому, так і в лужному середовищі. Роль відновлювача виконує в цьому процесі виділяється водень.

Поширений в промисловості спосіб відновлення залізом.

Все більш широке застосування знаходить каталітичний метод гідрування органічних сполук воднем в присутності каталізаторів. Метод відрізняється швидкістю і простотою виконання, високим ступенем чистоти одержуваних продуктів. Найбільш часто використовують платину, паладій, скелетний нікелевий каталізатор. При каталітичному гідруванні альдегідів утворюються первинні спирти, а кетонів - вторинні спирти:



Загальна схема каталітичного гідрування, наприклад нітросполук до відповідних амінів, дуже проста:

Аналогічно гідруються нітрозосполуки:

Гідруванням ароматичних сполук отримують аліциклічні:

В останні роки все ширше використовують електрокаталітичний метод гідрування. Переваги цього методу полягають у високій швидкості в порівнянні з хімічним гідруванням. Процес відновлення протікає на катодах, активованих каталізаторами гідрування. Електрокаталітичні методи використовуються для відновлення третинних ацетиленових спиртів до вінілових і граничних спиртів (синтез ізопрену, вітамінів), граничних ї ненасичених кетонів до спиртів або амінів (синтез вітамінів А, Е), для перетворення нітрілів в аміни (синтез папаверину). У синтезі алкалоїдів застосовують електрокаталітичні відновлення піридинового циклу, а при отриманні анестезину та інших первинних ароматичних амінів гідруються нітропохідні до амінів.

Реакції окислення. В якості окислювача зазвичай використовують кисень. Дуже дешевим його джерелом є повітря. Процес окислення в цьому випадку йде у присутності каталізатора. Окислювачами можуть служити також багаті киснем з'єднання: дихромат калію, діоксид марганцю, перманганат калію, пероксид водню, азотна кислота та ін.

Процес окислення можна представити у вигляді єдиної схеми, так як перебіг і результат реакції залежать в кожному окремому випадку від умов її проведення і природи реагентів.

Важливе значення процес окислення має для отримання кислот з відповідних ароматичних або гетероциклічних алкілпохідних за схемою:

В якості окислювача в даному випадку використовують дихромат калію або перманганат калію. Цей спосіб широко застосовують для отримання сполук, що містять в молекулі карбоксильну групу (бензойна, нікотинова, ізонікотинової кислоти та ін.).

Окислення аліфатичних спиртів веде до утворення альдегідів:

Альдегіди в свою чергу окислюються до кислот:

Цей процес може бути здійснений електрохімічним шляхом.

Сутність біохімічного окислення полягає у використанні ізольованих органів тварин. Так, наприклад, отримують 11-оксистероіди, пропускаючи через ізольовані наднирники або їх гомогенати розчин відповідного стероїду.

Для мікробіологічного окислення стероїдних сполук (наприклад, прогестерону в положенні 11) використовують мікроорганізми деяких видів Rhizopus. Такого типу окислення відрізняється від біохімічного порівняно більш простою технологією виділення, очищення і значним виходом (30-60%) кінцевого продукту.

5. Сучасні методи встановлення структури лікарських речовин

5.1 Методи розподілу і очистки

Одним з важливих етапів дослідження біологічно активних синтетичних або природних речовин є встановлення їх хімічної структури. Процес дослідження синтезованої або виділеної з рослинної (тваринної) сировини речовини включає кілька етапів.

Дослідження хімічної структури починають з отримання гомогенного зразка (високого ступеня чистоти). Очищення від домішок досягається шляхом поділу рідкої і твердої фаз, а також перегонкою, сублімацією (багаторазовою перекристалізацією речовини з різних розчинників). Широко використовують для розділення і очищення різні види хроматографії, електрофорез та іонофорез, протитечійний і полібуферний розподіл, метод зонної плавки.

Поділ рідкої і твердої фаз, заснований на розходженні маси частинок, можна здійснити декантацією, фільтруванням і центрифугуванням. Останнє відрізняється найбільшою швидкістю і повнотою поділу під дією відцентрової сили, що виникає в результаті швидкого обертання.

Перегонка - спосіб, застосовуваний для очищення досить летючих і нерозкладающихся рідких і низкоплавких твердих речовин. Термолабільні речовини переганяють при зниженому тиску. Зниження тиску вдвічі зменшує температуру кипіння, приблизно на 15°С. Достатня ступінь поділу досягається в тому випадку, якщо температури кипіння компонентів суміші розрізняються на 80-90°С.

Високий ефект поділу досягається фракційною перегонкою, здійснюваною в спеціальних колонах за принципом протитечії. Метод заснований на відділенні складу рідини від складу утвореної з неї пари. Відігнана фракція збагачується більш летючими, а невідігнана - менш летючими компонентами.

Перегонкою з водяною парою поділяють речовини, киплячі при досить високих температурах даний спосіб заснований на фізичному законі, відповідно до якого тиск пари над сумішшю рідин дорівнює сумі парціальних тисків компонентів. Тому температура кипіння суміші нижче температури кипіння самого легкозакипаючого компонента

Сублімація (сублімація) заснована на властивості деяких речовин при нагріванні переходити в газоподібний стан минаючи фазу плавлення. При охолодженні пари знову перетворюються на тверду фазу. Нестабільні речовини возгоняють у вакуумі.

При проведенні перекристалізації використовують розходження розчинності випробуваної речовини і вміщених в ній домішок. Інший спосіб перекристалізації заснований на залежності розчинності речовини і домішок від температури. Високий ступінь очищення досягається в тому випадку, коли розчинність речовини при нагріванні поліпшується, а домішки в тому ж розчиннику або дуже мало розчиняються (навіть при нагріванні) або розчиняються краще, ніж очищувана речовина.

Хроматографічні методи - найбільш широко вживані методи очищення і розділення сумішей природних речовин, у тому числі близьких за хімічною структурою.

Методи хроматографічного аналізу засновані на розподілі суміші речовин між рухомою і стаціонарною фазами до встановлення стану рівноваги. Розподіл відбувається внаслідок відмінності в розчинності або адсорбційної здатності компонента суміші. Для розділення і очищення речовин можуть бути застосовані різні види хроматографії.

Одним з найбільш перспективних методів очищення і концентрування біологічно активних речовин є ультрафільтрація. За допомогою цього методу розчини, які містять вітаміни, ферменти, можуть бути очищені і сконцентровані швидше і якісніше, ніж при використанні таких технологічних прийомів, як випарювання, виморожування, сублімаційний або розпилювальна сушка, осадження органічними розчинниками або солями і т.д. До того ж застосування цих прийомів може привести до зміни структури або фізико-хімічних властивостей біологічно активних сполук.

Зонна плавка, або зонна перекристалізація, - один з методів, що дозволяють досягти високого ступеня очищення речовини. Остання досягається за рахунок різного розподілу речовин між дотичними твердої і рідкої фазами. Домішки, що містяться в розплаві, переміщуються, і одночасно відбувається кристалізація чистої речовини. Техніка виконання полягає в тому, що речовину поміщають в спеціальну форму, яку зі швидкістю 0,5-0,001 см/год пропускають через вузьку нагріту зону. При цьому відбувається поступове переміщення розплаву від одного кінця форми до іншого. Метод може бути застосований лише до лікарських препаратів з низькою летючість і високою термостабильностью, тобто не розкладається при температурі плавлення і не мінливих при нагріванні. Зонну плавку нерідко поєднують з кріометричним методом. Він заснований на встановленні зміни температури кристалізації в залежності від сумарної кількості домішок (будь-якої хімічної природи). Метод дозволяє визначати дуже невелику кількість домішок в широкому інтервалі температур (від -150 до +200°С) і може бути використаний для оцінки ступеня очищення.