Крім зонної плавки для отримання високочистих лікарських речовин (стандартних зразків) може бути використаний метод спрямованої вакуумної сублімації. Він дає можливість очищення речовин в тих випадках, коли дистиляція, екстракція, ректифікація незастосовні. Метод дозволяє з високим виходом (70-90%) отримувати чисті речовини, в тому числі з тих, які розкладаються при температурі плавлення, легко окислюються, мають малу розчинність у звичайних розчинниках.

5.2 Встановлення фізичних властивостей і елементного складу

Після розділення і очищення встановлюють фізичні властивості індивідуальних речовин: температуру плавлення (розкладання), температуру кипіння, щільність, в'язкість і т.д.

Характеристикою індивідуальних речовин є такі константи, як показник заломлення, питоме обертання, УФ - та ІЧ-спектр. Зазначені властивості і константи не повинні змінюватися при повторному очищенні.

Визначення фізичних і фізико-хімічних констант виконується ідентично як при дослідженні нових органічних сполук, так і при виконанні фармацевтичного аналізу лікарських речовин.

Після отримання індивідуальної речовини, гомогенність якого підтверджена розглянутими вище методами, встановлюють його емпіричну формулу і молекулярну масу.

Для встановлення емпіричної формули проводять елементний аналіз, заснований на виявленні та кількісному визначенні вуглецю, водню, кисню, азоту та інших елементів в органічних сполуках.

Для одночасного виявлення в органічному поєднанні вуглецю, кисню, азоту у присутності сірки, галогенів (Hal) використовують реакцію розкладання з металевим натрієм. Елементи перетворюються в розчинні неорганічні речовини.

Кількісне визначення вуглецю і водню можна здійснити окисленням випробуваного з'єднання при підвищеній температурі (спалюванні) до утворення СО₂ і Н₂О. В якості окислювача використовують, наприклад, кисень в присутності каталізаторів. Утворені СО₂ і Н₂О вловлюють поглиначами, що зв'язують ці речовини. Аналіз завершують газометричним, гравіметричним або титриметричним методом. Для визначення азоту в основному використовують два хімічних методу. Один з них метод Дюма-Прегля, що полягає в розкладанні і газометричному визначенні азоту. Другий - метод Кьельдаля, широко застосовуваний у фармацевтичному аналізі азотовмісних лікарських речовин. Галогени і сірку можна після спалювання навішування речовини в струмі кисню визначати гравіметричним або титриметричним методом.

В даний час для кількісного визначення вуглецю, водню, азоту в органічних сполуках застосовують автоматичні аналізатори. В органічному аналізі вони використовуються для встановлення брутто-формули (підтвердження елементного складу) та кількісного визначення встановленого з'єднання в синтезованому речовині.

У сучасних мікроаналізаторах при елементному визначенні вуглецю і водню після спалювання проби в реакторі використовують газохроматографічне закінчення випробування. Це дозволяє зменшити масу проби до декількох міліграмів і скоротити тривалість аналізу до 30 с. Для визначення азоту і сірки застосовують реактори з колонками з міді, яка відновлює оксиди азоту або сірки. Подальший поділ здійснюють хроматографічно. Створені мікроаналізатори, що дозволяють проводити одночасне автоматичне визначення всіх чотирьох елементів (вуглецю, водню, азоту та сірки). Подальша автоматизація аналізу досягнута за рахунок використання електронних ваг і ЕОМ для запам'ятовування маси проби і обробки результатів хроматографічних даних.

Щоб встановити справжню брутто-формулу, потрібно визначити молекулярну масу.

Визначення молекулярної маси. В залежності від властивостей досліджуваної речовини для встановлення молекулярної маси користуються такими фізичними методами, як ебуліоскопічний, кріоскопічний, ізотермічний, дистиляційний, газометричний. Якщо досліджуване з'єднання являє собою кислоту або основу, то використовують також хімічні методи.

При ебуліоскопічному визначенні проводять вимірювання різниці температур кипіння чистого розчинника і розчину досліджуваної речовини в тому ж розчиннику.

Кріоскопічне визначення засноване на зміні температури плавлення розчинника, викликаному розчиненням в ньому досліджуваної речовини.

Більш широку область застосування має метод ізотермічної дистиляції. Він полягає у встановленні рівноваги молярних концентрацій двох речовин у сполучених посудинах перегонкою розчинника при певній температурі.

Газометричний метод придатний для визначення молекулярної маси у речовин, які не розкладаються при переході в пароподібний стан.

Для визначення молекулярної маси використовують також віскозиметри - найбільш простий і доступний метод, який поєднують з застосуванням ЕОМ для обробки результатів вимірювань. Осмометри - один з найбільш поширених методів, точність якого залежить від різних чинників, але насамперед від характеристик напівпроникних мембран. Прямим методом визначення молекулярної маси є вимірювання світлорозсіювання, можливості якого значно розширені за рахунок використання лазерного випромінювання. Абсолютним методом, який дозволяє проводити визначення молекулярної маси в широкому діапазоні від 300 до 1 млн., Є седиментаційний аналіз, що виконується на основі аналітичного ультрацентрифугування.

Для встановлення структури рідких органічних речовин визначають молярний об'єм, що є відношенням молярної маси до щільності рідини при температурі кипіння.

Адитивну величину для рідин представляє також властивість, звана парахор. Розраховують парахор за допомогою коефіцієнта поверхневого натягу рідини і щільності її парів. Відомі значення атомних парахор елементів (вуглецю, водню, азоту, кисню, фосфору, сірки, галогенів); парахор подвійного, потрійного зв'язку, а також парахор трьох-, чотирьох-, п'яти- і шестичленних циклів.

В останні роки замість елементного аналізу або в поєднанні з ним все ширше використовують методи ізотопного аналізу. Вони засновані на спалюванні суміші досліджуваної і міченої речовин. Мічена речовина містить важкий ізотоп аналізованого елементу. Практично для визначення в досліджуваному з'єднанні вуглецю, наприклад ¹³С або ¹⁴С, його перетворюють відповідно в ¹³СО₂ і ¹⁴СО_г спалюванням. Потім співвідношення ізотопів визначають методом ІЧ-спектроскопії, мас-спектрометрії та ін. Аналогічно поступають при визначенні водню і кисню.

Можна використовувати також радіоактивні ізотопи. Руйнування речовини проводять таким же чином, як і при використанні стабільних ізотопів, а радіоактивність встановлюють за допомогою лічильника Гейгера - Мюллера, іонізаційної камери або сцінтілляційних детекторів.

5.3 Методи, що застосовуються для встановлення хімічної структури

З'єднання, синтезоване або виділене з рослинної, а також з тваринної сировини, може або виявитися ідентичним описаним раніше речовинам, або бути невідомим за хімічною будовою. Тому дослідження починають з ідентифікації з'єднання, застосовуючи для цієї мети різні хімічні і фізико-хімічні методи. Зазвичай після вивчення фізичних констант, брутто-формули, молекулярної маси встановлюють наявність тих чи інших функціональних груп і зіставляють отримані дані з описаними сполуками, що мають аналогічні параметри. Якщо відповідного з'єднання не виявиться, то встановлюють структуру речовини.

Хімічні методи встановлення структури

Хімічні методи поки не втратили свого значення для встановлення хімічної структури органічних речовин. Негативні результати хімічних реакцій достовірно підтверджують відсутність тих чи інших функціональних груп. Крім того, точність хімічних методів цілком достатня для з'ясування числа однакових функціональних груп, що містяться в досліджуваному з'єднанні.

У функціональному аналізі використовують способи кількісного визначення рухомого водню в групах - ОН, - SH, - СООН, - SO₃H, - CОNHR, - NHR, - С=СН; способи визначення О-, S-, N- і С-алкільних груп; О- і N-ацильних груп. Крім того, хімічні методи дозволяють визначати подвійні зв'язки, карбонільні групи, а також карбонові кислоти, ангідриди, лактони та складні ефіри.

Для ідентифікації тих чи інших функціональних груп можуть бути використані й інші хімічні реакції (окислення-відновлення, нейтралізації, конденсації, приєднання, діазотування, ацетилювання, етерифікації та ін.).

Для встановлення хімічної структури велике значення має реакція гідролізу. Особливо широко нею користуються при дослідженні білків і поліпептидів, що утворюють при гідролізі амінокислоти. Реакцію гідролізу використовують для визначення хімічної будови речовин, що представляють собою складні ефіри, уретани, урєїди і т.д.

Таким чином, хімічні методи дають можливість здійснити ідентифікацію та кількісне визначення ряду функціональних груп в органічному поєднанні невідомої структури. Цим методам відводиться допоміжна роль у дослідженні хімічної структури органічних сполук.

Фізико-хімічні методи встановлення хімічної структури

Роль фізико-хімічних методів у встановленні хімічної структури безупинно зростає. Вони не тільки скорочують час, необхідний для проведення дослідження, а й дають порівняно з хімічними методами принципово нову інформацію про структуру і властивості досліджуваних сполук.

При встановленні хімічної структури органічних сполук важливі відомості можна отримати, вивчаючи взаємодію речовини з електромагнітним випромінюванням. Воно відбувається в широкому інтервалі частот від радіохвиль до г-випромінювання (довжини хвиль від 100 до 10^-11 см). Електромагнітне випромінювання є наслідком зміни енергії молекул,

Як правило, електромагнітне випромінювання характеризують хвильовими параметрами, які виражаються довжиною хвилі л (нм) або частотою коливання v (см^-1).

Електромагнітний спектр характеризується різними типами випромінювання. Для структурних досліджень найбільш широко використовують абсорбційні методи або методи, засновані на поглинанні випромінювання (спектроскопія в УФ-, видимій та ІЧ-областях, спектроскопія комбінаційного розсіювання); методи, засновані на використанні магнітного поля (ЯМР, ЕПР-, ЯКР-спектроскопія та мас-спектрометрія); методи, засновані на поглинанні і дифракції рентгенівського випромінювання.

Спектроскопія в УФ і видимій областях спектра. Метод заснований на використанні електронних спектрів і поглинанні в інтервалі 200-800 нм. Не поглинають у цій галузі алкани, спирти, ефіри й аміни аліфатичного ряду. В області 200-250 нм розташовується частина смуги поглинання алкілхлоридів, граничних карбонових кислот та їх похідних. В області вище 200 нм мають характерне поглинання ароматичні та аліфатичні сполуки, що містять зв'язані зв'язки і деякі галогенпохідні. Якщо УФ-спектр має одну або кілька смуг поглинання при довжині хвилі менше 300 нм, то з'єднання зазвичай містить дві або три сполучені зв'язки.

УФ-спектри залежно від наявності в молекулі тієї чи іншої функціональної групи розрізняються не тільки розташуванням довжини хвилі максимуму, а й інтенсивністю поглинання (величина коефіцієнта молярного поглинання). Найбільш інтенсивні смуги поглинання мають в області понад 200 нм з'єднання з сполученими зв'язками. В області 250-300 нм поглинають похідні бензолу. Найбільш низьку інтенсивність мають спектри поглинання сполук, які включають групи з р-переходами (С=О, С=S, NО₂, NО, N=N, С=N).

Крім спектрофотометрії у видимій (400-800 нм) та ультрафіолетової (200-400 нм) областях важливу інформацію для структурних досліджень може дати область вакуумної спектрофотометрії (100-200 нм).

При використанні УФ-спектроскопії для вивчення хімічної структури проводять порівняння спектрів досліджуваних сполук зі спектрами речовин, що мають встановлене будову. Порівнюють криві светопоглощения, зняті в області 200-800 нм. В якості модельних підбирають сполуки, що мають аналогічні хромофори і пов'язані системи. Особливо важливу інформацію можна отримати при встановленні хімічної структури з'єднань, що мають систему кратних зв'язків. Наприклад, в спектрах цис-з'єднань спостерігається більш довгохвильова і менш інтенсивна смуга поглинання, ніж у транс-з'єднань.

Більш складним є характер УФ-спектрів поглинання ароматичних систем. Бензол має дві основні смуги поглинання (близько 200 нм і в інтервалі 235-270 нм). Введення ауксохромних замісників призводить до Батохромний зрушенню обох смуг. Встановлено правила про вплив інших замісників на характер та інтенсивність поглинання ароматичних сполук.

Інфрачервона (ІЧ) спектроскопія. Поглинання інфрачервоного випромінювання (10^-4-10^-3 см) викликає зміни коливальних і обертальних станів молекули. Ці зміни знаходять відображення в ІЧ-спектрах.

ІЧ-спектроскопія забезпечує більш широку, ніж УФ-спектри, інформацію про наявність тих чи інших функціональних груп в молекулі, їхні зв'язки. Вона дає можливість судити про структуру речовини в цілому, а також про зміни, що відбуваються в молекулах при таких хімічних процесах, як розчинення, дисоціація, сольволіза та ін.

Поведінка багатоатомних молекул органічних сполук в ІЧ-спектрах характеризується головним чином поглинанням окремих груп, кожній з яких відповідають певні смуги поглинання. Інша частина молекули мало впливає на частоти поглинання. Тому різні за структурою речовини, що мають одні і ті ж функціональні групи, характеризуються наявністю однакових смуг поглинання. Такі смуги поглинання називають характеристичними або груповими.

Розрізняють також валентні коливання (обумовлені зміною довжини зв'язків) і деформаційні коливання (залежні від кута між зв'язками).

Можна попередньо встановити тип функціональної групи по розташуванню характеристичних піків, розділивши ІЧ-спектр в діапазоні частот 3600-400 см^-1 на три області.

1. Діапазон частот 3600-2300 см^-1 відповідає валентним коливанням груп О-Н, N-Н, S-Н, Р-Н, С-Н.

2. В області частот 2300-1900 см^-1 спостерігаються валентні коливання потрійних зв'язків (С?С, C?N) і кумульованих подвійних зв'язків.

3. В інтервалі частот 1700-1400 см^-1 розташовані піки поглинання, що відносяться до валентних коливань подвійних зв'язків (С=С, С=О, C=N, N=О), а також деформаційні коливання N-Н.

Зазначені три області найбільш широко використовують для попереднього встановлення відповідності піку поглинання ІЧ-спектру тієї чи іншої функціональної групі.

В області менш 1400 см^-1 знаходяться інші смуги валентних, деформаційних, комбінаційних коливань, характерних для різних груп. У цій області спектри найбільш сильно розрізняються.

При використанні ІЧ-спектрів для структурних досліджень користуються емпірично встановленими правилами. Суть їх полягає в тому, що кожна атомна група характеризується поглинанням при певній довжині хвилі. Виходячи з цього, за ІЧ-спектру можна зробити висновок як про вуглецевому кістяку, так і про наявність в молекулі тих чи інших функціональних груп.

З достатньою впевненістю можна за характеристичними частотам ІЧ-спектрів зробити висновок про відсутність в досліджуваному з'єднанні відповідної групи. Робити висновок про наявність тієї чи іншої функціональної групи можна тільки в тому випадку, якщо в ІЧ-спектрі виявляються всі характеристичні для неї смуги. Крім того, слід паралельно підтвердити наявність цієї групи іншим хімічним або фізико-хімічним методом.

Спектри комбінаційного розсіювання (СКР). Сутність комбінаційного розсіювання світла полягає в наступному. Якщо речовина опромінена монохроматичним випромінюванням (не перебуває в смузі поглинання речовини), то відбувається збудження молекули на нестійкий рівень. При поверненні молекули в первинний стан можуть здійснюватися переходи на коливальні підрівні основного стану. Цей вид розсіювання називають комбінаційним. Різниця частот збудливого і розсіяного світла відповідає коливальним частотам даної молекули.

Спектри КР через розходження в природі з ІЧ-спектрами можуть дати додаткову інформацію. Наприклад, про смугах валентних коливань зв'язків С=С та С-С. Останні в ІЧ-спектрах мають дуже малу інтенсивність, а в спектрах КР дуже інтенсивні.

Методи, засновані на використанні магнітного поля. Поглинання випромінювання радіохвиль (більше 100 см) викликає зміну енергетичних станів спинив ядер і електронів, пов'язаних з їх енергетичними та магнітними властивостями. На цих процесах засновані такі методи, як спектроскопія ядерно-магнітного резонансу (ЯМР), протонно-магнітного резонансу (ПМР), електронного парамагнітного резонансу (ЕПР), ядерного квадрупольного резонансу (ЯКР).

ЯМР-спектроскопія. Метод дозволяє вивчати магнітні переходи ядер зі спіновими квантовими числами більше нуля. В основі методу ЯМР-спектроскопії лежить використання магнітних властивостей ядер. Крім маси і заряду ядро ??атома має ще одну характеристику - момент кількості руху, обумовлений його обертанням (спіном) навколо осі. Оскільки ядро ??заряджено, його спін призводить до кругового руху, тому ядро ??характеризується магнітним дипольним моментом, величину якого можна відповідним чином виміряти.

За допомогою приладів ЯМР-спектрометрів вимірюють різницю енергії, яка поглинається при переході ядра з нижнього енергетичного рівня на верхній або виділяється при зворотному переході. Цей процес називають резонансним поглинанням (резонансним сигналом). Так як кожне атомне ядро ??оточене електронами та іншими ядрами, то внутрішнє магнітне поле послаблюється різною мірою (залежно від структурних особливостей молекули). Тому резонансний сигнал залежить від хімічного оточення ядер і спостерігається при різних частотах в залежності від структурних особливостей молекули.

Таким чином, ЯМР-спектроскопія заснована на поглинанні речовиною, поміщеним в сильне однорідне магнітне поле, енергії радіочастотного випромінювання. В ЯМР-спектрометрах вимірюють залежність інтенсивності сигналу від напруженості поля. Це дозволяє досліджувати просторове розташування ядер і з'ясовувати природу оточення атомів. Знімаючи ЯМР-спектр, встановлюють два основних параметри: характер спін-спінової зв'язку між ядрами і ЯМР-хімічний зсув (зміщення сигналу ядерного резонансу під впливом електронного оточення). Порівняння цих параметрів з відомим протонним сигналом різних типів з'єднань дає початкове уявлення про структуру з'єднання, оскільки дозволяє встановити, скільком протонам відповідає окремий сигнал. За допомогою ЯМР-спектроскопії можна визначити близько 135 природних ізотопних ядер (²Н, ¹³С, ¹⁴N, ¹⁷О, ³¹Р та ін.). Найчастіше вимірювання виконують на протонах.

Величина хімічного зсуву являє собою різницю між становищем сигналу стандартного речовини і досліджуваного з'єднання. Вона залежить від частоти накладеного електромагнітного поля і виражається в герцах (Гц). Як стандарт зазвичай використовують тетраметилсілан, хімічний зсув якого приймають за 0 Гц. Щоб висловити хімічний зсув у величинах, що не залежать від частоти накладеного поля, знайдене значення ділять на робочу частоту, В результаті отримують безрозмірну величину хімічного зсуву, що має порядок 10^-6 або млн^-1 (мільйонна частка).

ЯМР-спектр являє собою сукупність піків з різною шириною, площею та інтенсивністю сигналів. Велика відмінність ЯМР-спектрів обумовлено різницею хімічних зсувів сигналів, відмінностями в інтенсивності цих сигналів та їх розщепленням.

ЯМР-спектр є своєрідним відображенням числа ядер, порядку їх зв'язків і геометрії розташування ядер в молекулі досліджуваного з'єднання. За характером протонних сигналів можна зробити висновок про наявність в молекулі тих чи інших груп. Гострий сигнал називають сінглет, розщеплений надвоє сигнал - дублетом, сигнал, що складається з трьох ліній, - кодонів, з чотирьох - квадруплетом і т.д. На основі вимірювання сигналів і їх розщеплення можна зробити висновок про довжину зв'язків, кутах між зв'язками в молекулі, геометрії молекули, її електронегативності і т.д.

ЯМР-спектроскопія - один з найбільш тонких методів досліджень. Він дозволяє розрізняти орта-, мета- і пара-ізомери, вивчати кето-енольну рівновагу, трео- і еритро-форми і вирішувати інші питання структурного аналізу.

У структурному аналізі використовують спектри поглинання протонномагнітного резонансу (ПМР). Спектр протонного резонансу молекули органічної сполуки складається з багатьох сигналів. Він дозволяє розпізнавати типи водневих атомів в молекулі з невстановленою хімічною структурою, оскільки частота резонансу водню відрізняється не тільки в різних молекулах, але навіть в різних положеннях однієї і тієї ж молекули.

ПМР-спектроскопію використовують для встановлення хімічної структури насичених і ненасичених вуглеводнів, ароматичних та інших органічних сполук. Метод дозволяє досліджувати такі тонкі особливості хімічної будови, як різного типу ізомерії, таутомерні рівноваги і т.д.

Спектроскопія електронного парамагнітного резонансу (ЕПР). Метод дозволяє спостерігати поглинання електромагнітного випромінювання неспареними електронами молекули речовини під впливом сильного зовнішнього магнітного поля. ЕПР проявляють атоми або іони з незаповненими внутрішніми електронними оболонками (наприклад, іони перехідних металів); атоми і молекули з непарним числом електронів (Н, N, NO, NO₂ та ін.); вільні радикали з одним або декількома неспареними електронами. ЕПР-спектри дозволяють отримати інформацію про структуру радикала і його оточення. Метод застосуємо для дослідження речовин у всіх агрегатних станах.

Спектроскопія ядерного квадрупольного резонансу (ЯКР). Метод дозволяє отримувати поряд з ЯМР-спектроскопією інформацію про стан зв'язків, структурі кристалів. Він заснований на дослідженні переходів, що відбуваються між квадрупольними підрівнями, під впливом змінних високочастотних полів. Квадрупольні енергетичні підрівні утворюються у атомних ядер з ядерним спіном більше 2. Для цих ядер не характерно сферично-симетричний розподіл заряду, тому вони мають квадрупольний момент.

Мас-спектроскопія. Це один з найбільш перспективних методів, який дозволяє визначати масу іонів, іонізованих молекул або фрагментів молекул по відхиленню в магнітних і електричних полях або по кінетичної енергії. Іонізація молекули органічної сполуки відбувається в результаті хімічної реакції між молекулами і електронами. Іонізацію найчастіше здійснюють дією пучка електронів. При цьому молекула втрачає електрон і утворює позитивний іон-радикал або захоплює електрон і утворює негативний аніон-радикал. Для вивчення хімічної структури органічних речовин частіше використовується мас-спектрометрія позитивних іонів. Утворився позитивний іон-радикал називають молекулярним іоном. При достатньої енергії електронного пучка відбувається подальший розпад молекулярного іона з утворенням позитивних іонів і радикалів фрагментації (іони-радикали і нейтральні молекули). Отже, при іонізації молекули утворюється велика кількість осколкових іонів. Поява піку молекулярного іона в спектрі спостерігається при енергії електронів, відповідної потенціалу іонізації досліджуваного з'єднання (зазвичай ця енергія становить 8-15 еВ). При енергії електронів близько 70 еВ відбувається не тільки утворення молекулярного іона, але і фрагментація. Інтенсивність піку в мас-спектрі пропорційна числу утворилися іонів даного виду. При структурних дослідженнях знаходять кореляцію мас-спектра (що складається з ліній різних фрагментів) з будовою молекул, введених в джерело іонів.

Мас-спектрометрія дозволяє визначати молекулярну масу досліджуваного з'єднання, його брутто-формулу і хімічну структуру молекули.

Інформацію про склад досліджуваного з'єднання отримують виходячи з величин масових чисел, інтенсивності піків молекулярного іона і ізотопних піків.

Вивчаючи піки фрагментних іонів, встановлюють структуру сполуки. Імовірність розриву зв'язку в молекулярному іоні і, отже, інтенсивність піку залежать від енергії зв'язків. Розрив одинарних зв'язків відбувається легше, ніж кратних; зв'язку С-С розриваються легше, ніж зв'язку С-Н, і т.д. Фрагментація деяких сполук призводить до утворення таких нейтральних молекул, як Н₂О, СО, СО₂, NH₃, H₂S, R-ОН та ін. Відносна інтенсивність піку відповідного фрагментного іона залежить від його власної стійкості і стабільності утворився одночасно з ним радикала або нейтральною молекули. Склад і масові числа характеристичних іонів дозволяють встановити приналежність досліджуваного з'єднання до певного класу. Фрагменти з великими масовими числами, що утворюються при первинних процесах розпаду молекулярного іона, дають важливу інформацію про хімічному будову.

Можливу структурну формулу будують, використовуючи каталоги мас-спектрів. Перевагою мас-спектрометрії є широка інформативність і дуже висока чутливість. Для отримання мас-спектра досить мікрограмових і навіть нанограмових кількостей речовини. Це дозволяє використовувати метод для визначення речовин в біологічних середовищах, а також поєднувати мас - спектрометрії з різними видами хроматографії.

При поглинанні або дифракції рентгенівського випромінювання (10^-8-10^-6 см) відбувається зміна енергетичного стану внутрішніх електронів атома. Цей процес лежить в основі рентгенівської абсорбційної спектроскопії і рентгенівського дифракційного аналізу.

Рентгенівська абсорбційна спектроскопія. Метод заснований на видаленні електронів з внутрішніх орбіталей атомів. Його використовують для визначення важких атомів у матриці з легких атомів.

Рентгенівський дифракційний аналіз. Цей метод дозволяє з високою точністю аналізувати кристалічні речовини. Він заснований на здатності атомів індивідуальних хімічних речовин при рентгенівському опроміненні утворювати характерні спектральні піки дифракції. На фотопластинках, знятих у різних проекціях, отримують фотографію дифракційної картини, яка представлена ??у вигляді найдрібніших темних крапок. Інтенсивність почорніння вимірюють мікрофотометри. В результаті отримують карти, що складаються з ряду контурних ліній, за якими визначають положення атомів в молекулі і молекул в кристалі.

Дифракція рентгенівського випромінювання дозволила зробити висновок про хімічну структуру таких складних природних сполук, як молекули інсуліну, гемоглобіну, дезоксирибонуклеїнової кислоти та ін.

5.4 Встановлення хімічної структури речовини

Висновок про хімічному будову речовини робиться на основі комплексного використання даних, отриманих декількома методами. Такий підхід забезпечує більшу достовірність результатів досліджень.

Для встановлення молекулярної формули використовують елементний і ізотопний аналіз і різні методи визначення молекулярної маси: фізичні (ебуліоскопія, кріоскопія, газометр, ізотермічна дистиляція) або фізико-хімічні (мас-спектрометрія, дифракція рентгенівського випромінювання).

Хімічні методи дозволяють якісно і кількісно визначити рухливий водень, наявність подвійних зв'язків і ряду функціональних груп. Ці результати потім підтверджують ІЧ-спектроскопією, що дозволяє зробити більш об'єктивний висновок про наявність (або відсутність) тих чи інших функціональних груп. УФ-спектроскопія дає можливість встановити тип хромофора (якщо в молекулі є ненасичені зв'язку), підтвердити наявність цис-, транс- і інших видів ізомерії. Характер та інтенсивність УФ-спектрів поглинання дають інформацію про те, до якого класу належить досліджуване з'єднання.

На основі дослідження ЯМР, ЕПР-, ЯКР-, мас-спектрів і результатів рентгенівського дифракційного аналізу можна підтвердити наявність взаємного зв'язку функціональних груп і атомів в молекулі. Спектр ЯМР дозволяє встановити розподіл в молекулі атомів водню, а вивчення фрагментації в мас-спектрі - визначити положення гетероатомов і наявність атомних груп, які втратили фрагмент.

Хімічну структуру можна вважати встановленою, якщо визначені вид, число атомів і з'єднують їх хімічних зв'язків, а також доведено просторове розташування атомних груп в молекулі (встановлена ??конфігурація і конформація молекули). Підтвердженням встановленої структури є зустрічний хімічний синтез досліджуваного з'єднання, яке піддають потім порівняльній оцінці за допомогою тих же методів.

Висновки

Пошук нових лікарських засобів і речовин реалізується спільними зусиллями різних галузей науки, де провідну роль відіграють фахівці в таких галузях як: хімія, фармакологія, фармація.

Нові лікарські засоби повинні впливати на організм доцільно і точно з мінімальними побічними ефектами. В кінці 19 століття Пауль Ерліх (1854-1915 рр.) Був першим хто почав цілеспрямований пошук.

Джерела отримання лікарських речовин і засобів:

· Лікарські засоби неорганічної природи отримують з мінералів, руд, води мінеральних джерел, озер, морів і т.д.

· Лікарські засоби органічної природи отримують з вихідної сировини: нафти, газу, кам'яного вугілля, горючого сланцю, деревини і продуктів її переробки.

· Рослинна сировина служить для отримання алкалоїдів, вітамінів, глікозидів.

· Тварина сировина служить для отримання гормонів, ферментів, препаратів на основі тваринної сировини.

В середині 19 ст. з'явився хімічний синтез.

На початку 20 ст. з'являється імунологічний спосіб отримання лікарських засобів у вигляді антимікробних та антитоксичних сироваток і вакцин, а також отримані перші антибіотики (назва була введено в 1942 році Зельманом Ваксманом)

Починаючи з 1980-х років отримують комплексні та індивідуальні препарати за допомогою генної інженерії та біотехнології.

В даний час основними напрямками для пошуку та отримання нових лікарських засобів і речовин є:

· Емпіричне вивчення (дослідне) видів фармакологічної активності різноманітних речовин, одержуваних хімічним шляхом. Тут в основі лежить так званий, метод «проб і помилок», тобто фармаколог бере існуючі речовини, після чого за допомогою фармакологічних методик встановлює їх приналежність до певної фармакологічної групи, після чого вибираються самі активні речовини і визначаться ступінь фармакологічної токсичності та активності для них у порівнянні з нині існуючими лікарськими засобами, що використовуються в якості стандарту. В іноземних книгах цей шлях відбору фармакологічних речовин називається Скринінг (відсів, відбір).

· Направлене вишукування лікарських речовин. Ключовий момент тут полягає у відборі сполук з одним встановленим видом фармакологічної активності. Величезний плюс цього методу в значно швидкому відборі фармакологічно активних речовин, але при це суттєвий мінус в тому, що пропадає можливість виявити інші вельми важливі види фармакологічної активності. Найчастіше цей метод називають обмеженим скринінгом.

· Модифікація структури існуючих лікарських засобів. В сучасний час цей метод займає лідируючі позиції. Хіміки-синтетики замінюють в існуючих з'єднаннях один радикал іншим, наприклад етиловий - пропиловим або метиловим і в зворотній послідовності, впроваджують до складу первинної молекули інші хімічні елементи або здійснюють інші модифікації. Даний метод дозволяє збільшувати активність лікарських препаратів, зробити його дія найбільш виборчим, і що немало важливо значно знизити, або зовсім прибрати побічні дії препарату.

· Цілеспрямований синтез. Суть методу в тому, що спочатку ведеться пошук речовин з наперед заданими фармакологічними параметрами. Синтез нових структур з очікуваною активністю практично завжди все ведеться в тому класі хімічних сполук, де вже існують речовини, що мають вплив на дану тканину або орган. Якщо вдається знайти таку структуру, яка за формою, розміром, конформації, електронно-протонним властивостям і ряду інших фізико-хімічних параметрів буде збігатися з живою структурою, яка підлягає регулюванню.

· Синтез антиметаболітів - антагоністів тих речовин, які беруть участь у життєдіяльності організму (вітаміни, ферменти, трансмітери, гормони).

· Синтез стереоізомерів - фармакологічна активність грунтується не тільки на розмірах і формах молекул, а більшою мірою - їх стереометрії, так як може змінюватися не тільки фармакологічна активність, але і токсичність.

· Біотехнологія - один з найважливіших напрямків отримання лікарських засобів з мікроорганізмів, тканин тварин і рослин. В результаті розробляються комплексні препарати.

· Генетична інженерія (генна інженерія) - встановлює методи і прийоми, а також технології одержання рекомбінантних ДНК і РНК, виділення генів з організму (клітин). Можливості генної інженерії необмежені, так як вона здатна пересаджувати гени.

· Створення комбінованих препаратів. Ефективний спосіб пошуку нових лікарських засобів. В комбіновані засоби включають лікарські речовини, які надають дію на етіологію хвороби і основні ланки патогенезу, при тому вони взаємно підсилюють дію. Комбіновані препарати найчастіше створюються на основі включення речовин, що усувають побічні дії основної речовини.

Після фармацевтичних випробувань препарат проходить клінічні випробування. Виробляється дослідна заводська партія ліків, розробляється технологічний регламент. Якщо препарат більш активний і менш токсичний, ніж всі попередники, то починається заводське виробництво і препарат заноситься до реєстру лікарських засобів, після чого потрібно займатися його просуванням на ринок.

Список використаної літератури

1. Фармацевтична хімія. Підручник для студентів вищ. фармац. начальних закладів і фарм. фак. вищих мед. навчальних закладів III-IV рівня акредитації / За заг. ред. П.О. Безуглого. - Вінниця: Нова книга, 2008. - 560 с.

2. Арзамасцев А.П. Фармакопейний анализ - М.: Медицина, 1971.

3. Беликов В.Г. Фармацевтическая химия. В 2 частях. Часть 1. Общая фармацевтическая химия: Учеб. для фармац. ин-тов и фак. мед. ин-тов. - М.: Висш. шк., 1993. - 432 с.

4. Глущенко Н.Н. Фармацевтическая химия: Учебник для студ. сред. проф. учеб. заведений / Н.Н. Глущенко, Т.В. Плетенева, В.А. Попков; Под ред. Т.В. Плетеневой. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 384 с.

5. Драго Р. Физические методи в химии - М.: Мир, 1981

6. Кольтгоф И.М., Стенгер В.А. Объемний анализ В 2 томах - М.: Государственное научно-техническое издательство химической литератури, 1950

7. Коренман И.М. Фотометрический анализ - М.: Химия, 1970

8. Коростелев П. П, Фотометрический и комплексометрический анализ в металлургии - М.: Металлургия, 1984, 272 с.

9. Логинова Н.В., Полозов Г.И. Введение в фармацевтическую химию: Учеб. пособие - Мн.: БГУ, 2003. - 250 с.

10. Мелентьева Г.А., Антонова Л.А. Фармацевтическая химия. - М.: Медицина, 1985. - 480 с.

11. Мискнджьян С.П. Кравченюк Л.П. Полярография лекарственних препаратов. - К.: Вища школа, 1976. 232 с

12. Фармацевтическая химия: Учеб. пособие / Под ред. Л.П. Арзамасцева. - М.: ГЕОТАР-МЕД, 2004. - 640 с.

13. Фармацевтический анализ лекарственних средств / Под общей редакцией В.А. Шаповаловой - Харьков: ИМП «Рубикон», 1995

14. Фармацевтичний аналіз: Навч. посіб. для студ. вищ. фармац. навч. закл. III-IV рівнів акредитації/П.О. Безуглий, В.О. Грудько, С.Г. Леонова та ін.; За ред. П.О. Безуглого, - X.: Вид-во НФАУ; Золоті сторінки, 2001. - 240 с.

15. Халецкий A.M. Фармацевтическая химия - Ленинград: Медицина, 1966

16. Ешворт М.Р. Титриметрические методи анализа органических соединений кн. 1,2 - М.: Химия, 1972

Размещено на Allbest.ru