Гели и гелеобразователи

Содержание
Введение
Дисперсные системы. Гели
Классификация и свойства дисперсных систем
Дисперсность
Агрегатное состояние
Характер молекулярного взаимодействия
Структурированность
Топографические свойства
Гели
Гелеобразование
Составы гелей. Применение гелей в фармацевтике
Заключение
Использованная литература

По предложенной схеме формирование гелевой структуры происходит при участии низкополимерных форм кремнезема, находящихся в растворе, которые способствуют более быстрому формированию гелевой структуры (от нескольких суток до нескольких часов). Золи кремнезема, которые используются в современных технологиях, относятся к нанодисперсному состоянию кремнезема. Наиболее часто для получения геля кремниевой кислоты используются растворы силиката натрия. Гидролиз силиката натрия можно описать уравнением: Na2SiO3 + 3H2O = Н4SiO4 + 2NaOН,
или в ионном виде:
SiO32– + 3H2O = Н4SiO4 + 2OН–.
Выделившаяся в результате реакции гидролиза слабая кремниевая кислота H4SiO4 содержит четыре группы OH, способные к реакции поликонденсации с образованием связей Si–O–Si. Конденсация кремниевой кислоты проходит по уравнению:
(НO)3Si–OH + HO–Si(OH)3 = (HO)3Si–O–Si(OH)3 + Н2О.
По этому уравнению в конденсации участвует одна из четырех групп ОН. При участии других групп ОН проходит поликонденсация, и образуются полимерные кремниевые кислоты различной структуры: линейной, разветвленной, циклической, плоскостной, пространственной и смешанной.
Гели широко используются в производстве разнообразных косметических, лекарственных препаратов и продукции бытовой химии, для ухода за ногтями, средствах для бритья, для наращивания ногтей и т. п. а также для лабораторных исследований методом электрофореза и др.
Гелями могут заполняться анатомические импланты, которые применяют в пластической хирургии.
В фармацевтической промышленности гели получают путем суспендирования в воде порошка полимера, который по химической структуре кислотой с последующим добавлением небольшого количества нейтрализующего агента, в качестве которого используют карбонаты и гидрокарбонаты натрия, аммония, аммиак, триэтаноламин и пр. Процесс ведут при перемешивании массы со скоростью 300—500 об./мин., в ходе которого смесь загустевает и образуется гель.
Современные исследования показывают, что по сравнению с мазями, гели являются более перспективной лекарственной формой, Причиной этого является то, что гели имеют pH близкий к pH кожи, они не закупоривают поры кожи, быстро и равномерно распределяются. Кроме того в гели можно ввести гидрофильные лекарственные вещества, можно изготавливать суспензионные гели .
В настоящее время идёт активное изучение свойств гелевых полимеров на основе соединения Карбопол с целью внедрения в фармацевтическую практику мягких лекарственных форм на гелевой основе.
Гелеобразователи в фармации
Наиболее известными гелеобразователями в фармацевтической химии являются соединения карбоксиакриловые или карбоксивиниловые полимеры. Эти соединения получают синтетическим путем. Эти соединения пришли в дополнение к натуральным продуктам разнообразным производным водорослей и лишайников – альгинаты, агар-агар и др.
Кроме того в фармацевтической промышленности широко используют альгинаты [2]. Это полисахариды бурых морских водорослей родов Laminarua и Macrocystis. Альгиновые кислоты являются гетерополимером образованным двумя мономерами, которые являются остатками полиуроновых кислот в разных пропорциях, варьирующихся в зависимости от конкретного вида водорослей. Альгиновые кислоты (С6Н8О6)n – полисахариды, состоящие из связанных β-1,4-связями остатков D-маннуроновой кислоты (I рис.10 ) и гулуроновой кислоты (II, рис. 10), образующих длинные цепи, молекулярной длиной порядка 50000-200000 ангрем. Альгиновая кислота плохо растворима в холодной воде, но растворима в горячей и образует гели, которые являются сильными кислотами. Альгиновые кислоты благодаря уранозидным связям устойчивы к кислотному гидролизу, их используют поэтому для определения состава физикохимическими методами (анализ спектров ЯМР Н и 13С), который кроме соотношения позволяет рассчитать число возможных пар и троек мономеров в молекулах.
Гелеобразование альгиновых кислот объясняется ассоциацией блоков, построенных из гулуроновой кислоты с участием катиона.
Рис. 10 структурные формулы D-маннуроновой кислоты - I и гулуроновой кислоты – II.
Свойства гелей определяются числом и протяженностью блоков полигулуроновой кислоты. Предполагается, что эти структурные особенности находятся под метаболическим контролем.
Альгинаты натрия растворимы в воде и характериуются высокой вязкостью, альгинаты аммония, щелочно-земельных металоов (кальция) и тяжелых металлов в воде нерастворимы. Альгинаты в организме человека не перевариваются и выводятся через кишечник.
Технологический процесс получения альгинатов основан на щелочной экстракции разбавленными растворами соды или щелочей в виде хорошо растворимых натриевых или калиевых солей. При подкислении экстракта из раствора выделяют альгиновые кислоты, которые после очистки и концентрирования высушивают. Но кислоты имеют ограниченную стабильность и их, как правило, на завершающем этапе их переводят в различные солевые формы. Статус альгинатов наряду с альгиновой кислотой имеют пять солей (табл. 1)
Растворимость аольгинатов в воде зависит от природы катиона в мономерных остатках, формирующих молекулы. Натриевые и калиевые соли альгиновых кислот легко растворяются в воде с образованием высоковязких растворов. Соли с двухвалентными катионами образуют гели или нерастворимые альгинаты. Вязкость растворов альгинатов связана с длиной полимерной молекулы альгината, в связи с чем коммерческие препараты имеют, как правило, определенную молекулярную массу. В [] говорится, что вязкость растворов изменяется пропорционально концентрации добавки. При низких концентрациях повышение вязкости может быть достигнуто путем введения небольшого количества ионов кальция, которые, связывая молекулы, приводят фактически к повышению молекулярной массы и, как следствие, к повышению вязкости. Превышение дозировки ионов кальция может привести к гелеобразованию.
Исследования гелевой структуры в растворах альгинатов, показало, что этот процесс происходит в результате взаимодействия их молекул между собой с участием ионов бивалентного кальция, причем зонами ассоциации служат участки полигулуроновой кислоты. Это значит, что гелеобразующая способность и прочность гелей связаны с количеством и длиной зон кристалличности.
С химической точки зрения формирование геля при взаимодействии альгината с ионами кальция можно рассматривать как ионообменный процесс замены одновалентного катиона (натрия) в молекуле водорастворимой соли с образованием стыковых зон через катион двухвалентного металла [1].
Альгиновая кислота нерастворима в воде и в большинстве органических растворителей. Для альгиновой кислоты характерно, что 1 часть альгиновой кислоты адсорбирует 300 масс. частей воды, поэтому её применеяют как загуститель.
Таблица 1. Альгинаты
Е-номер Название
Природа катиона в мономерном остатке Е400
Е401
Е402
Е403
Е404
Е405 Альгиновая кислота
Альгинат натрия
Альгинат калия
Альгинат аммония
Альгинат кальция
Пропиленгликольальгинат (ПГА) Н
Nа
К
NН4
½ Са
—СН2—СН—СН3
  ОН
Альгиновая кислота нерастворима в воде и в большинстве органических растворителей. Для альгиновой кислоты характерно, что 1 часть альгиновой кислоты адсорбирует 300 масс. частей воды, поэтому её применеяют как загуститель.
Альгиновая кислота и альгинаты широко применяются в медицине и как пищевые добавки – загустители. Альгинаты калия и натрия в воде образуют коллоидные растворы, в отличие от нерастворимой альгиновой кислоты.
В стоматологии альгинат с добавками используется в качестве слепочной массы — для изготовления оттиска челюсти, с дальнейшей отливкой гипсовой модели. Для аналогичных целей применяют и силиконовые слепочные массы.
Гель совмещает в себе свойства твердого тела и жидкости, поэтому очень эффективен при аппликациях. Кроме того, благодаря образованию водных внутренних структур, гель позволяет включать в его состав химически несовместимые вещества, так как водная оболочка препятствует химической реакции между ними.
Особые свойства геля - одновременно твердого тела и жидкости, делают его средством нового поколения в стоматологии. Как твердое тело, гель обладает способностью задерживаться на зубах, обеспечивая обработку зубов лекарственным веществом. Как жидкость, гель эффективен при аппликационном воздействии и электрофорезе.
Особенно эффективен гель при его применении для реминерализации зубов при различных заболеваниях зубной эмали.
Карбопол – это целая группа соединений, которые представляют собой карбоксиакриловые или карбоксивиниловые полимеры [10,13]. Его получают синтетическим путем. В фармации карбопол играет роль гелеобразователя (рис.10) Он является основой для гелей и кремов-гелей. Имеет ряд преимуществ: с момента изъятия из заводского котла до расфасовки в тубу и в течении всего срока годности гель с карбополом не расслаиваться, не высыхает, не комкуется, не меняет цвет. (Для сравнения: гели с карбоксиметилцеллюлозой, которая применяется в тех же случаях, что и карбопол, при изменении температуры меняют консистенцию, что сказывается на их потребительских свойствах).
 
а в
Рис. 10 а - Схема Карбопола; в – геля полиакрилового
 
Заключение
Гели являются мягкими лекарственными средствами местного применения. Они могут выпускаться в виде одно-, двух- или многофазных дисперсны систем с жидкой дисперсионной средой. Реологические свойства гелей обусловлены присутствием гелеобразователей в относительно небольших концентрациях. Гели можно изготавливать на основах гидрофобной природы растворителя и на основе липофильного гелеобразователя, также изготавливают гидрофильные гели на основах, состоящих из воды, гидрофильного смешанного или неводного растворителя и гидрофильного гелеобразователя.
Гели обладают такими свойствами как пролонгированное действие действующих веществ, простота технологии использования, удобство, комфортность в применении. Водные внутренние структуры геля позволяет включать в его состав химически несовместимые вещества, что особенно важно в стоматологии, поскольку свойства гелей позволяет задерживаться на зубах как твердое тело, гели эффективны при аппликационном воздействии и электрофорезе, где они действуют как жидкости.
Благодаря способности гелей задерживаться на зубах, гели эффективны для аппликационного и электрофоретического введения различных компонентов, в том числе и биологически активных веществ, полученных из растительного сырья.
тема курсовой работы позволила изучить характеристику и свойства гелей как лекарственных форм, познакомиться с многообразными лекарственными препаратами в форме гелей, выяснить преимущества гелей с фармацевтике.
Использованная литература
1. Химическая энциклопедия. М. : Сов. энциклопедия. 1982.
2. Кройт Г.Р. Наука о коллоидах. М.: ИЛ, 1955. 540 с.
3. Зонтаг Г., Штренге К. Коагуляция и устойчивость дисперсных систем. Л.: Химия, 1973. 152 с.
4. Дерягин Б.В, Чураев Н.В, Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 398 с.
5. http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article1199
6. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. — М.: КомКнига, 2006. — 592 с.
7. http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/08_elektrodnye_protsessy_khimicheskaya_kinetika_i_diffuziya_kolloidnaya_khimiya/5021
8. Evans D., Wennerstrom H. The Colloidal Domain: Where Physics, Chemistry, Biology, and Technology Meet. 2nd ed. - N.Y.: Wiley, 1994.- 672 p.
IUPAC. Compendium of Chemical Terminology. 2nd ed. (the «Gold Book») / Compiled by A.D. McNaught, A. Wilkinson. — Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997. XML on-line corrected version: goldbook.iupac.org, 2006. Created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata. Updates compiled by A. Jenkins. Last update 07.09.2009.
9. Захарченко В. Н. Коллоидная химия: Учеб. для для медико-биолог. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1989.  238 с.
10.     Зимон А.Д., Лещенко А.Д. Коллоидная химия.– М.: Химия, 1995.– 326с.
11. Айлер Р. Химия кремнезема. М.: Химия. - 1982. – 286. – 540 с.
12. Приложение 1 к Отраслевому стандарту ОСТ 91500.05.001-00 «Стандарты качества лекарственных средств. Основные положения»
13. Carbopol and its Pharmaceutical Significance: A Review
22