Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Lektsii_OKhT_14.doc
Скачиваний:
1133
Добавлен:
15.03.2015
Размер:
5.45 Mб
Скачать

Министерство здравоохранения российской федерации

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ХИМИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра химической технологии лекарственных веществ и витаминов

ЛЕКЦИИ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

«ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»

для студентов факультета промышленной технологии лекарств

Направление подготовки - 240100.62 «Химическая технология»

Профиль подготовки «Химическая технология биологически активных веществ, химико-фармацевтических препаратов и косметических средств»

Квалификация (степень) выпускника - БАКАЛАВР

Объем дисциплины (час)

Виды занятий

Всего

5 Семестр, IIIкурс (18 недель)

Лекции

18

18

Практические занятия

36

36

Самостоятельная работа

54

54

Всего:

108

108

Контрольные мероприятия

Семестр

Экзамен

5

Санкт-Петербург

2014

Лекции по дисциплине «Общая химическая технология» составлены на основании рабочей программы по дисциплине«Общая химическая технология», обсуждены и одобрены на заседании кафедры химической технологии лекарственных веществ и витаминов.

Составитель лекций:

профессор кафедры ХТЛВ доктор фармацевтических наук профессор Иозеп А.А.

Рецензенты:

Профессор тонкого органического и микробиологического синтеза Санкт-Петербургского государственного технологического института доктор химических наук С.М.Рамш

Профессор Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров, доктор химических наук Ю.Г.Тришин

Профессор технологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий доктор техни­ческих наукВ.С. Колодязная

ВВЕДЕНИЕ

Фармацевтическая промышленность является одной из самых прибыльных и быстро развивающихся отраслей, с рентабельностью продаж на уровне 17 %. Общий объем мирового фармацевтического рынка в 2006 году оценивался в 640 млрд долл., в 2009 г – 808, а в 2014 г, по прогнозу IMS Health, он будет составлять более 1000 млрд долл. Даже в условиях экономического кризиса фармацевтическое производство в меньшей степени подвержено риску спада, чем другие. По данным экспертных организаций, объем мирового фармацевтического рынка с каждым годом растет примерно на 5-7% в год. Несмотря на мировой финансовый кризис, в 2009 г. объем мирового фармрынка вырос на 7%.

Более 70% выпускаемых субстанций получаются путем хими­ческого синтеза, поэтому имеется большая группа фирм, занимающихся лишь производством и поставкой промежуточных продуктов тонкого органического синтеза для получения активных лекарственных субстанций. В 1998 г. таких промежуточных соединений предлагалось уже около 10000.

В химической технологии лекарственных веществ достигнуты большие успехи. Появились новые препараты, новые методы синтеза химико-фармацевтических препаратов и антибиотиков, открыты новые закономерности между их строением и биологической активностью, раз­работаны методы анализа, позволяющие следить за ходом синтеза лекар­ственного вещества и управлять им таким образом, чтобы получить нуж­ный продукт с высоким выходом и необходимого качества.

Однако поиск новых препаратов не становится от этого менее широким или менее упорным. Во всех промышленно развитых странах ассигнования на научно-исследовательские работы растут как в абсолютном денежном выражении, так и в процентах к прибылям.

Фармацевтическая промышленность – одна из наиболее наукоёмких отраслей. Создание новых лекарственных средств требует больших затрат на научные исследования. На разработку каждого нового препарата необходимо в среднем до 400-500 млн. долл.. Срок проведения всех исследовательских работ, промышленного их внедрения и последующих клинических проверок составляет 10–15 лет. По ведущим химико-фармацевтическим фирмам численность людей, занятых в научных исследованиях составляет более 10% от общего числа работников фирмы. Значительно выросла также и стоимость исследо­ваний.

Поэтому научный и производственный потенциал крупных фирм очень велик. Например, в 2009 г 20 крупнейших фармацевтических и биотехнологических компаний группы BigPharma, (к ним относятся компании с объемом продаж свыше 3 млрд долл. и затратами на НИОКР свыше 500 млн долл.) имели объем продаж 497,5 млрд долл. (60% от мировых продаж медикаментов) и затраты на НИОКР 70,8 млрд долл.

В США и Японии, которые являются мировыми лидерами в области разработки и производства новых лекарственных средств, на организацию и проведе­ние НИР в этой области тратится ежегодно около 3% валового национального продукта.

Среди трудностей поиска новых лекарственных препаратов можно вы­делить следующие: а) для лечения многих заболевании найдены настолько высокоэффективные препараты, что синтезировать вещества, обладающие заметным преимуществом, очень трудно; б) подавляющее число современных лекарственных веществ и все витамины представ­ляют собой сложные органические вещества, поэтому они являются продуктами сложных многостадийных синтезов; в) поскольку четкая зависимость между строением и биологической актив­ностью вещества еще не сформулирована, для создания нового лекарственного препарата необходимо провести синтез и изучение многих (иногда нескольких тысяч) веществ с предполагаемой биологической активностью. Осложняют выпуск нового препарата и высокие требования по токсично­сти, тератогенности, стабильности при хранении, патентной чистоте, отсутствию микробной загрязненности и т. д.

Общий прогресс науки и техники открывает новые пути воздействия при лечении болезней. В частности, успехи диагностики открыли путь к созданию препаратов для профилактики и лечения заболеваний на самых ранних стадиях. С другой стороны, это потребовало создания новых диагностических средств (рентгеноконтрастные вещества и т. п.). Увеличение контингента лиц пожилого и престарелого возраста привело к необходи­мости поиска специальных, так называемых, щадящих средств лекарствен­ной терапии. Снижение детской смертности приводит к появлению зна­чительного числа детей с врожденными дефектами, которые требуют по­стоянной поддерживающей терапии и соответствующих лекарственных средств. В результате прогресса медицинских наук появилась потребность в лекарствах для лечения заболеваний, которые ранее считались не поддающимися химиотерапии (злокачественные новообразования, нервно-пси­хические заболевании и др.). Успехи науки привели также к необходимости создания специальных биологически активных препаратов — для человека в космосе, для работы в условиях радиации, для решения про­блемы пересадки органов и т. д.

Длительное применение лекарственных веществ вызывает появление устойчивых к их действию форм болезнетворных бактерий. Это требует создания новых лекарств с новым механизмом действия.

Постоянная миграция населения, развитие транспортных средств создали условия для чрезвычайно быстрого распространения инфекци­онных заболеваний по всему миру.

Постоянные стрессовые ситуации, загрязнение окружающей среды, другие факторы риска, неконтролируемое употребление лекарств (самолечение) также создают условия для возникновения психических, сердечно­сосудистых, раковых и ряда других заболеваний.

Кроме того, следует иметь в виду, что промышленность выпускает ле­карственные средства не только для удовлетворения потребностей здраво­охранения, но также и для сельского хозяйства (ветеринарные средства и кормовые добавки), и для пищевой промышленности (пищевые добавки, корригенты запаха и вкуса, подсластители и т. п.).

Некоторые особенности имеет и витаминная отрасль, ее продукция необходима для профилактики и лечения заболеваний. Витаминная про­дукция широко используется в сельском хозяйстве и пищевой промыш­ленности, в биотехнологии для питания продуцентов, в качестве исходно­го сырья для синтеза лекарственных веществ с новыми свойствами.

Таким образом, работа в области создания новых и улучшения техноло­гий имеющихся синтетических лекарственных средств проводится и бу­дет проводиться в очень широком масштабе, а для осуществления такой работы необходима целая армия специалистов, в совершенстве владеющих основными методами синтеза лекарственных соединений.

Быстрое обновление номенклатуры лекарственных средств, сравнительно небольшой объём и высокий материальный индекс производства дела­ют совершенно необходимым для каждого работника химико-фармацев­тической промышленности знание химических и физических свойств перерабатываемых веществ и физико-химические особенностей процес­са, так как только при этом условии возможно постоянное совершенство­вание существующих и освоение новых производств.

В части знания химических и физических свойств перерабатываемых веществ для химика-технолога наибольшее значение имеет понимание связи реакционной способности и строения перерабатываемых веществ, что позволяет ему предвидеть возможные направления реакции, а также решать вопрос о замене одного вида сырья другим.

Знание физико-химических особенностей процесса позволяют выбрать оптимальные условия его проведения, обеспечивающие максимальный выход и наилучшее качество готового продукта. В этой части особое значение имеет знание механизма, по которому осуществляется химическое превращение, и законов изменения скорости реакции, что в конечном итоге определяет степень превращения сырья в целевой продукт.

Химико-фармацевтическая промышленность в последние годы советской власти была мощным структурным элементом промышленности страны. Начиная с 1990 г. производство фармацевтических субстанций сократилось более чем на 95 %. Разрушена научная и экспериментальная база отрасли, утерян кадровый состав научных и инженерно-технических работников в области тонкого органического синтеза фармацевтических субстанций, витаминов и биотехнологии антибиотиков.

В последние годы в России начали осознавать, что отсутствие отечественной химфармпромышленности угрожает национальной безопасности. Это привело к появлению ряда постановлений, направленных на возрождение Российской промышленности по производству лекарственных субстанций, а в июле 2009 г. правительство приняло «Стратегию развития фармацевтической промышленности Российской Федерации на период до 2020 года». В документе отмечается, что ключевым элементом для реализации планируемых проектов является наличие подготовленных кадров и соответствующей научно-исследовательской инфраструктуры. На сегодня, по экспертным оценкам, имеется не более 10 % кадрового ресурса необходимой квалификации, в связи с чем, встает первоочередная задача подготовки и переподготовки кадров для запуска «инновационного цикла» в фармотрасли РФ.

Представляемое вашему вниманию учебное пособие предназначено для подготовки высококвалифицированных специалистов для предприятий по выпуску синтетических лекарственных субстанций и витаминов.

Вводная лекция

  1. Атом углерода, его особенности, валентные состояния

Органическая химия – химия атома углерода. Число соединений на уго основе (органических соединений) в десятки раз больше, чем неорганических, что может быть объяснено только особенностями атома углерода:

а) он находится в середине шкалы электроотрицательностии второго периода, поэтому ему невыгодно отдавать свои и принимать чужие электроны и приобретать положительный или отрицательный заряд;

б) он имеет особенное строение валентной электронной оболочки в возбужденном состоянии– нет электронных пар и свободных орбиталей (есть еще только один атом с подобным строением – водород, вероятно, поэтому углерод с водородом образует столь много соединений - углеводородов).

Состояние электронного облака атома углерода

- в невозбужденном состоянии электронная формула имеет вид:

С – 1s22s22p2или 1s22s22px12py12pz0

В графическом виде:

- в возбужденном состоянии:

*С – 1s22s12p3или 1s22s12px12py12pz1

В виде ячеек:

- Форма s- иp– орбиталей

Атомная орбиталь- область пространства, где с наибольшей вероятностью можно обнаружить электрон, с соответствующими квантовыми числами.

Относительные размерыатомных орбиталей увеличиваются по мере возрастания их энергий (главное квантовое число-n), аих форма и ориентацияв пространстве определяется – квантовыми числамиlиm. Электроны на орбиталях характеризуются спиновым квантовым числом. На каждой орбитали могут находиться не более 2 электронов с противоположными спинами.

При образовании связей с другими атомами электронная оболочка атома углерода преобразуетсятак, чтобы образовались наиболее прочные связи, а, следовательно, выделилось как можно больше энергии, и система приобретала наибольшую устойчивость.

Энергия, затраченная на изменение электронной оболочки атома, затем компенсируется за счет образования более прочных связей.

Различают 3 типа преобразования электронной оболочки (гибридизации) углерода, в зависимости от числа атомов, с которыми он образует связи.

Виды гибридизации атома углерода:

sp3 – Гибридизация (валентное состояние)– углерод образует связи с 4 соседними атомами (тетраэдрическая гибридизация):

Электронная формула sp3– гибридного атома углерода:

*С –1s22(sp3)4 в виде ячеек.

В гибридизации участвуют одна s- и триp-орбитали, которые суммируются и образуют четыреsp3 – гибридных орбитали, направленные к углам правильного тетраэдра.

Валентный угол между гибридными орбиталями ~109°.

Стереохимическая формула атома углерода:

sp2 – Гибридизация (валентное состояние)– атом образует связи с тремя соседними атомами (тригональная гибридизация):

Электронная формула sp2– гибридного атома углерода:

*С –1s22(sp2)32p1 в виде ячеек

В гибридизации участвуют одна s- и двеp-орбитали, которые суммируются и образуют триsp2 – гибридных орбитали, расположенные в одной плоскости. Оставшаясяp-орбиталь расположена перпендикулярно этой плоскости.

Валентный угол между гибридными орбиталями ~120°.

Стереохимическая формула sp2– гибридного атома углерода:

sp – Гибридизация (валентное состояние) – атом образует связи с 2 соседними атомами (линейная гибридизация):

Электронная формула sp– гибридного атома углерода:

*С –1s22(sp)22p2в виде ячеек

Валентный угол между гибридными орбиталями ~180°.

Стереохимическая формула:

Во всех видах гибридизации участвует s-орбиталь, т.к. она имеет минимум энергии.

Перестройка электронного облака позволяет образовывать максимально прочные связи и минимальное взаимодействие атомов в образующейся молекуле. При этом гибридные орбитали могут быть не идентичные, а валентные углы – разные,например СН2Cl2 и СCl4

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]