Хімія для допитливих
Читальна зала
Гроссе Е. Вайсмантель X.
Хімія для допитливих. Основи хімії і цікаві досліди.
Глава 6. Продовження
Сучасні ліки все більше сприяють збереженню нашого здоров'я і продовженню життя.
Багато викликали раніше жах інфекційні захворювання тепер не так страшні завдяки наявності антибіотиків. Крім них, в розпорядженні лікарів сьогодні є тисячі інших препаратів для лікування і для запобігання захворюванням. В області фармацевтичної хімії і фармацевтичної промисловості успішно здійснюється кооперація між країнами соціалістичної співдружності. Виникає взаємовигідне розподіл праці, і спеціалізація кожної країни на певних видах ліків дозволяє домогтися більшої ефективності виробництва. Справді, серед ліків, які виписує нам лікар, ми нерідко виявляємо препарати, випущені в Польщі, Чехословаччині та Угорщині.
Зрозуміло, фармацевтичні підприємства в НДР теж вносять істотний внесок у виготовлення нових цінних лікарських засобів, все ширше забезпечуючи ними соціалістичні країни і багато інших держав, в тому числі країни, що розвиваються Африки та Латинської Америки.
Найбільший в НДР завод лікарських препаратів "Іенафарм" в м Ієна виріс на базі маленької лабораторії підприємства "Іенауер Гласверке Шотт". Свого часу ця лабораторія отримала завдання якомога швидше задовольнити нагальну потребу в пеніцилін і інших важливих лікарських препаратах і в найкоротший термін досягла значних успіхів, що призвело до її розширення. Тепер завод "Іенафарм" має в своєму розпорядженні великими і світлими, зручними для роботи новими будівлями і випускає майже 25% всієї продукції хіміко-фармацевтичної промисловості НДР.
Тут працюють для збереження нашого здоров'я 2500 осіб, з них більше половини - жінки. Вони випускають продукцію тільки відмінної якості.
Педантично акуратність, дотримання порядку і чистоти, ретельна перевірка якості препаратів, що випускаються є на таких підприємствах непорушними заповідями. У найважливіших цехах, де виготовляють антибактеріальні вакцини і сироватки, необхідно повністю виключити проникнення в повітря хвороботворних мікробів.
Тому сюди можна увійти тільки через бокс, в якому відвідувача зустрічають синюватий світ і різкий запах озону. Одяг кожного, що входить в цех, обов'язково піддається стерилізації під дією ультрафіолетових променів.
Виробництво найважливіших антибактеріальних препаратів - антибіотиків. наприклад пеніциліну і стрептоміцину, - здійснюється не синтетичним шляхом, хоча в наші дні для більшості подібних речовин такий шлях в принципі можливий.
На щастя, у хіміків є крихітні помічники, що дозволяють їм значно здешевити виробництво антибіотиків. У величезних резервуарах, які займають два поверхи великої будівлі, в поживних розчинах швидко ростуть цвілеві грибки Penicillium. У своєму нитковидному міцелії вони утворюють те чудове речовина, яке вже мільйони разів рятувало людям життя, - пеніцилін.
Родичів цих грибків ми легко зможемо побачити своїми очима, якщо надовго залишимо шматок вологого хліба в теплому місці. Цвілеві грибки грають також важливу роль при виготовленні деяких сортів сиру (рокфор і ін.).
Майже настільки ж важливий, як і пеніцилін, інший антибіотик - стрептоміцин, завдяки застосуванню якого набагато зменшилася небезпека запалення легенів, туберкульозу та інших важких захворювань. Він утворюється з променистих грибків, часто ростуть на лісовому грунті. Їм почасти зобов'язаний своїм виникненням знайомий нам пряний аромат лісу. На заводі ці грибки теж культивуються в величезних обсягах живильного середовища.
Завдання хіміків при виробництві цих антибіотиків різноманітні і складні - від підготовки поживних розчинів до надзвичайно важкого відділення чистих антибіотиків від міцелію. Крім того, виділені речовини потрібно ще точно дозувати і надати їм стійкість введенням відповідних добавок. Не випадково при виготовленні 1 кг стрептоміцину витрачається не менше 500 т розчинників і різних хімічних реактивів.
Поряд з антибіотиками хіміко-фармацевтичні заводи виробляють безліч інших лікарських речовин, випускаючи з кожним роком все нові і нові препарати. Бути може, настане день, коли вони озброять нас ефективними препаратами проти раку - найлютішого ворога людства, який поки ще не переможений.
Більшість ліків має короткі і милозвучні назви. Однак ці назви зазвичай нічого не говорять нам про хімічну природу містяться в них активних речовин. Якщо ще раз уважно оглянути коробочку з ліками або прочитати вкладену в неї інструкцію, то іноді можна виявити написане дрібним шрифтом точне хімічне назва препарату. Серед цих назв часто зустрічаються настільки складні і довгі, що нам навряд чи вдасться їх розшифрувати або хоча б вимовити без запинки. Однак саме ці назви точно розкривають фахівця будова активних речовин. Дійсно, лікарські речовини здебільшого мають дуже складне хімічну будову, і їх виготовлення вимагає численних трудомістких операцій. При цьому активна складова частина молекули нерідко має дуже просту будову, але часто її доводиться приєднувати до інших груп. Ці другорядні групи, на перший погляд взагалі не потрібні, так чи інакше покращують лікарський дію активного фрагмента: наприклад, вони можуть зменшити небажаний побічний ефект ліків, поліпшити його смак, а головне - сприяти тому, щоб активний компонент вивільнявся тільки в тих органах тіла, де він і повинен діяти.
Щоб отримати уявлення про лікарські речовини, синтезуємо ангідрометіленлімоннокіслий гексаметилентетрамин - препарат, який застосовується як антисептик для сечовивідних шляхів. Для цього знадобляться 25 мл 35% -ного формаліну (Обережно - отрута!), Тобто водного розчину формальдегіду (формальдегіду). 10 мл 25% -ного водного аміаку, 25 г тонко подрібненої лимонної кислоти, 10 мл коццентрірованной соляної кислоти, 100 мл денатурату і 3 г активного вугілля.
Як показує складну назву препарату, він утворюється в результаті з'єднання двох складових частин - гексаметилентетрамина і ангідрометіленлімонной кислоти. Тому спочатку нам потрібно отримати обидва ці проміжних продукту.
У Гексаметілентетрамін шість метиленових грудп СН2 пов'язані з чотирма тривалентними атомами азоту таким чином, що виникає система кілець, що утворюють тетраедр, Щоб його отримати, наллємо 12,5 мл формаліну в маленьку (близько 100 мл) колбу Ерленмейера і ретельно охолодити її холодною водою. Поступово, малими порціями, додамо 15 мл аміаку. Потім закриємо колбу пробкою і залишимо її на 2 години в холодній воді. Після цього Доллємо ще 2,5 мл аміаку, витримаємо а протягом 24 годин і вилити розчин в плоску тарілку або фарфорову чашку. Тарілку поставимо в теплому місці - поблизу від батареї центрального опалення або печі - і витримаємо тривалий час, щоб рідина, випарувалася. Утворений кристалічний осад вишкребіть шпателем, помістимо в чисту суху колбу Ерленмейера і розчинний приблизно в 60 мл спирту при нагріванні на водяній бані. До розчину додамо 1 г активного вугілля, злегка упарити його на водяній бані і залишимо остигати. При цьому кристалізується чистий гексаметилентетрамин. Отфильтруем його і зважимо. Вихід при ретельному виконанні досвіду повинен становити близько 80%, тобто 5-6 м Ангідрометіленлімонная кислота
як підказує хіміку її назву, утворюється з лимонної кислоти в результаті приєднання до неї метиленової групи і відщеплення водню. Щоб здійснити таке перетворення, ми повинні подіяти на лимонну кислоту формальдегіду в присутності соляної кислоти. Остання прискорює реакцію, тобто служить каталізатором.
Оскільки реакція супроводжується виділенням їдких парів, проведемо її на відкритому повітрі або в витяжній шафі. Поставимо на водяну баню порцелянову чашку діаметром 8- 10 см і помістимо в неї 25 г лимонної кислоти, 10 мл формаліну (40% -ного розчину формальдегіду) і 10 мл чистої концентрованої соляної кислоти.
Тепер нагріємо суміш при одночасному перемішуванні контролюючи температуру водяної бані термометром. Вона повинна становити 80-85 0С і ні в якому разі не підніматися вище.
Коли через півгодини або менше на поверхні суміші утворюється шар дрібних кристаликів, продовжимо нагрівання ще 15 хвилин і поставимо чашку в баню з льодом або снігом (а в крайньому випадку - з холодною водою) для швидкого охолодження.
Утворюється густа каша з кристалів - її потрібно відфільтрувати, найкраще на воронці Бюхнера.
Для очищення віджатий осад, який представляє собою ангідрометіленлімонную кислоту, знімають з фільтра, зважують у вологому стані, а потім поміщають в колбу Ерленмейера і розчиняють не більше ніж в 1,5-кратному кількості гарячої дистильованої води.
До гарячого розчину додають активоване вугілля і як можна швидше фільтрують його через складчастий фільтр, причому воронку з фільтром попередньо підігрівають. Фільтрат залишають для кристалізації при сильному охолодженні, найкраще в лазні з льодом.
Через кілька годин випадає ангідрометіленлімонная кислота здебільшого у вигляді абсолютно безбарвних кристалів, які треба відфільтрувати звичайним чином або краще з відсмоктуванням і висушити на фільтрувальної папері при помірному нагріванні. Вихід при ретельному виконанні досвіду становить 10 м
Отримавши обидва проміжних продукту, ми тим самим здійснили найважчу частину синтезу. Тепер, щоб отримати самі ліки, залишилося лише змішати обидві речовини, але обов'язково в розчиненому стані і при нагріванні. У двох хімічних склянках (на 100 і 250 мл відповідно) розчинний 5 г ангідрометіленлімонной кислоти в 20 мл спирту і 3,5 г гексаметилентетрамина в 30 мл спирту.
Для розчинення обидва склянки одночасно нагріємо на водяній бані приблизно до 80 ° С. Потім гарячий розчин ангідрометіленлімонной кислоти швидко вилити в велику склянку з розчином гексаметилентетрамина. При цьому будемо якомога енергійніше перемішувати суміш скляною паличкою. Лікарський препарат випадає повністю у вигляді білого осаду, який можна виділити фільтруванням.
Препарат майже не розчиняється як у воді, так і в спирті і не має смаку і запаху. При дії препарату зволожена синя лакмусовий папірець червоніє, так як в лимонній кислоті залишилися ще вільні кислотні групи. В пробірку помістимо пробу порошку - на кінчику скальпеля, - додамо трохи розчину їдкого натру і злегка нагріємо. За різкого запаху формальдегіду ми зауважимо, що препарат піддається розщепленню. На цьому і засноване його застосування. В сечовивідних шляхах препарат отщепляет формальдегід і в результаті виявляє антисептичні властивості. Крім того, що вивільняється лимонна кислота очищає сечу. Зрозуміло, ми не станемо брати виготовлений нами препарат, так як через недостатню чистоти використаних вихідних речовин він цілком може містити домішки (іноді навіть отруйні!).
Активною складовою частиною нашого препарату є формальдегід (формальдегід) - речовина дуже простої будови. Однак, внаслідок неприємного запаху і смаку його не можна приймати як ліки.
Гексаметілентетрамін (уротропін), хоча він не має запаху і має слідкувати-гіркий смак, теж не годиться в якості антисептика для сечовивідних шляхів, так як при дії розбавлених кислот він легко відщеплює формальдегід. (Давайте доведемо це дослідним шляхом!)
Прийнятий в якості ліків гексаметилентетрамин розщеплюється вже в шлунку соляною кислотою шлункового соку, а що виникає при цьому формальдегід приєднується до містяться в шлунку білків і в результаті передчасно втрачає свою активність. Тому гексаметилентетрамин шляхом з'єднання з ангідрометіленлімонной кислотою переводять в нерозчинну форму, яка розкладається лише безпосередньо в сечових шляхах. Сам гексаметилентетрамин, а також його інші, розчинні у воді похідні, часто вживаються як зовнішній засіб для дезінфекції, а також проти підвищеної пітливості.
Кожен з нас застудився. Якщо температура піднімалася, лікар нерідко прописував таблетки ацетилсаліцилової кислоти (аспірину). Незабаром після прийому таких пігулок, що мають солодкуватий, терпкий смак, температура тіла помітно знижувалася і різко посилювалося виділення поту.
Це один з найважливіших лікарських препаратів, який відмінно допомагав ще нашим бабусям і дідусям. Недарма його аптечне назва - аспірин - всім відомо. Ацетилсаліцилова кислота, що належить до числа найстаріших синтетичних лікарських речовин, за обсягом виробництва до сих пір займає перше місце серед ліків. За своєю хімічною природою вона є похідним саліцилової кислоти, з якої варто познайомитися ближче.
Саліцилової кислоти відповідає наступна формула: В сусідніх положеннях бензольного кільця у неї знаходяться група ОН, як у фенолу, і група СООН - як у бензойної кислоти. Саліцилова кислота широко поширена в природі. Її похідні - здебільшого такі, в яких вона пов'язана із залишком глюкози, - містяться, наприклад, в листі верби, від латинської назви якої - Salix - походить назва саліцилової кислоти, а також в ефірних маслах з різних рослин, що мешкають за межами НДР.
Спочатку саліцилову кислоту отримували з витяжок листя верби або з масла американського барвінку, але ще в 1873 р німецький хімік Кольбе відкрив простий спосіб її синтезу, який досі в великих масштабах використовується в промисловості. За цим методом саліцилову кислоту отримують з фенолу, натрієву сіль якого обробляють діоксидом вуглецю. Спочатку кількість саліцилової кислоти, отриманої таким чином, вимірювалося кілограмами.
Однак незабаром, коли її стали застосовувати для консервування, а також в медицині (разом з деякими її похідними) в якості жарознижуючих і протиревматичних засобів, попит різко збільшився. Уже в 1878 р вироблено 25 000 кг саліцилової кислоти і в усьому світі тоді навряд чи існувала хоча б одна велика аптека, в якій не було б випущеної в Німеччині саліцилової кислоти.
Таким чином, саліцилова кислота стала родоначальницею першої групи синтетичних лікарських препаратів і з її виробництва почалося взагалі розвиток фармацевтичної промисловості.
Читальний зал кунсткамери: що тут є?