第三篇 天然药用高分子材料及其衍生物

YourcompanysloganChapter3天然药用高分子材料及其衍生物3.2多糖类天然药用高分子3.3蛋白质类天然药用高分子本章内容3.1概述Yourcompanyslogan3.1概述一天然药用高分子材料的定义自然界存在的可供药物制剂作辅料的高分子化合物衍生物：物理、化学、生物改性加工产物结构破坏分子切断重排氧化引入取代基植物、动物、藻类Yourcompanyslogan二天然药用高分子材料的分类1化学组成：多糖类、蛋白质类、其它2原料来源：淀粉、纤维素、甲壳素及其衍生物3加工制备：天然、生物发酵酶催化、衍生物Yourcompanyslogan三天然药用高分子的特点共性：无毒、应用安全、性能稳定、成膜性好、生物相容性好、价格低廉－传统制剂特殊：现代剂型和给药系统缓控释制剂、纳米药物制剂、靶向给药系统和透皮治疗系统Yourcompanyslogan3.2多糖类天然药用高分子关于多糖定义：多个单糖分子脱水、缩合苷键连接均多糖：一种糖基聚合而成－淀粉、纤维素、甲壳素中性多糖杂多糖：两种或两种以上糖基聚合而成－果胶、海藻酸酸性多糖特点：分子量大、无定性粉末或结晶，苷键可水解，无甜味，有旋光性，无变旋现象Yourcompanyslogan一淀粉1结构（1）直链淀粉－10％－20％－胶淀粉（2)支链淀粉－80％－90％－糖淀粉结构单元：D－吡喃型葡萄糖基YourcompanysloganＤ－葡萄糖以－１，４－苷键聚合而成的线性聚合物；平均聚合度为800－3000；相对分子质量约为128000－480000空间结构：分子内氢键作用链卷曲－右手螺旋形，6个葡萄糖形成一个螺旋直链淀粉在玉米、马铃薯等的淀粉中的含量约占２０－３０％。能溶于热水而不成糊状，相对分子质量比支链淀粉小。是在直链上有少数支链；每隔15个单元分支直链淀粉Yourcompanyslogan葡萄糖单位－１，４－苷键YourcompanysloganOOHOOHOHOOCH2OHCH2OH1441OHOOHOOCH2OHOH-1,4-苷键OOHOOHOHOOCH2OH141OHOOHOHOCH2OHOHCH2O6-1,6苷键-1,4-苷键直链淀粉的成键特征支链淀粉的成键特征Yourcompanyslogan结构特点：支链淀粉用麦芽糖酶催化水解，生成（＋）－麦芽糖，说明支链淀粉的结构与直链淀由粉是类似的，是－１，４－苷键聚合而成的。支链淀粉是由大约２０个Ｄ－葡萄糖单体用－１，４－苷键连结起来的许多短链组成的，短链连结处是用－１，６－苷键互相连结起来的。平均分子量：1×10－5×10支链淀粉78Yourcompanyslogan淀粉粒超大分子结构模型环层结构局部结晶网状结构骨架：支链分子包含分布：直链分子结晶区：25％－50％无定形区：其余Yourcompanyslogan2性质⑴一般物理性质白色结晶粉末，球状或多角形分散于水，pH＝5.5-6.5接触角＝80.5-85不溶于水、乙醇、乙醚，有一定的吸湿性－氢键自由水和结合水－不能被微生物利用结晶相和无定形相Yourcompanyslogan无定形相吸水膨胀－水化热含水16%-21%水化热为00－40℃吸水可逆膨胀，继续加热，微晶融化，溶胀，糊化60－80℃直－支脱离（离心分离）树枝状立体网络结构溶胀颗粒胶体淀粉脱水干燥粉碎冷水溶解热水不溶加热140－150℃－冷却凝胶结晶Yourcompanyslogan淀粉糊化定义：直－支不分离，过量水，60－80℃，颗粒可逆吸水膨胀，至某一温度时，整个颗粒突然大量膨化、破裂，晶体结构消失，变成粘稠的糊，停止搅拌立即下沉本质：水分子进入淀粉粒中，结晶相和无定形相的淀粉分子之间的氢键断裂，破坏了缔合状态，分散在水中成为亲水性胶体直链淀粉比例大，糊化困难糊化温度Yourcompanyslogan淀粉回生（老化、凝沉）－β淀粉0－4℃定义：淀粉糊或稀溶液在低温静置一定时间，变成不透明的凝胶或析出沉淀本质：温度降低，糊化淀粉分子运动速度减慢，直－支平行排列，互相靠拢－氢键－混合三维网状微晶束，与水亲和力降低低浓度－沉淀高浓度－氢键作用，分子自动排序－致密三维网状凝胶体Yourcompanyslogan（2）水解反应酸催化水解（稀硝酸）：淀粉糊精低聚糖麦芽糖葡萄糖酶催化水解（αβ葡萄糖淀粉酶、脱支酶）种类类型作用部位水解产物α－淀粉酶内切型酶链内部α－1－4苷键麦芽、葡萄糖及糊精β－淀粉酶外切型酶链端相隔α－1－4苷键麦芽糖葡萄糖淀粉酶外切型酶链端α－1－4，6苷键β－葡萄糖脱支酶内切型酶支链α－1－6苷键－Yourcompanyslogan（3）显色原理：淀粉和糊精分子都具有螺旋结构，每6个葡萄糖基组成的螺旋内径与（I2.I-)直径大小匹配，当与碘试液作用时，（I2.I-)进入螺旋通道，形成有色包结物.螺旋结构长，包结的（I2.I-)多，颜色加深直链－兰色支链－紫红加热－螺旋圈伸展成线性－颜色褪去冷却－螺旋结构恢复－颜色重现Yourcompanyslogan2淀粉改性（1)糊化－可溶α－淀粉（2）预胶化－部分α化预胶化淀粉：可压性淀粉淀粉经化学或物理改性，在有水存在下，淀粉粒全部或部分破坏.部分直链淀粉和支链淀粉从淀粉粒中游离出来条件：强力压缩后解压或加热其水混悬液预胶化淀粉系无定形粉末，通常含5％游离态直链淀粉，15％游离态支链淀粉和80％非游离态淀粉，也可能含有处理过程中添加的少量表面活性剂等。Yourcompanyslogan预胶化淀粉将与淀粉相比预胶化淀粉弹性较小，与水亲和性好，容易在水中分散压缩性能、干燥粘合性、流动性和润滑性良好溶胀迅速适合用作片剂和胶囊剂的填充剂和崩解剂（3）水解－糊精制法：干燥状态下将淀粉水解－与无机酸共热兰糊精红糊精无色糊精Yourcompanyslogan３、环糊精用杆菌Bacilludmacenand发酵得环状淀粉，称环状糊精。环状糊精是６－１２个Ｄ－葡萄糖单体用－１，４－苷键连结成的环，有六、七、八聚体。可作为相转移催化剂及生产药物包合物。Yourcompanyslogan3淀粉及聚集态结构变化的淀粉在药物制剂中的应用用途：片剂的稀释剂、崩解剂、黏合剂、助流剂崩解剂（1）淀粉－不溶或微溶片剂缺点：可压缩性差，难以成型，需加适量糖粉或糊精混合增加黏性和硬度崩解机理:（1）淀粉直链分散于支链网孔中，支链遇水膨胀，直链脱离，促进淀粉崩解（2）非均相结构（晶区及无定形区）受力不平衡性（3）毛细吸水作用Yourcompanyslogan水溶性药物－崩解作用差原因：可溶性药物遇水产生浓度差，片剂外面的水不易通过溶液层面透入片剂内部致使内部淀粉无法吸水膨胀－吸湿膨胀只是引起片剂崩解的因素之一吸水辅料：制备中药干浸膏成分中药制剂解决稠膏干燥问题Yourcompanyslogan（2）预胶化淀粉特点：①流动性好，并有黏合作用，增加片剂硬度，减少脆碎度②可压性好，弹性复原率小，适用于全粉末压片；③具自我润滑作用，减少片剂从膜圈顶出的力量；④良好的崩解性质用途：①预胶化淀粉具有溶胀、变形复原作用－黏合、可压、促进崩解、和溶出；崩解作用不受崩解液pH影响；②改善药物溶出作用，有利于生物利用度的提高；③改善成粒性能－适度黏着，流化床制粒，高速搅拌制粒片剂黏合剂、崩解剂；片剂及胶囊剂稀释剂Yourcompanyslogan预胶化淀粉的制备工艺1在符合GMP要求的设备中，投入药用淀粉，加水混匀，控制反应釜温度在35℃以下，破坏淀粉颗粒结构，部分脱水至含水量10％－14％；2将42％淀粉的水混悬液加热至62－72℃，使淀粉粒破坏，间或加入凝胶化促进剂以及表面活性剂，以减少干燥时黏结，混悬液鼓形干燥器干燥，粉碎Yourcompanyslogan注意：硬脂酸镁（0.5%)润滑剂－软化效应α－淀粉－全部预胶化－只做黏合剂预胶化淀粉Γ淀粉淀粉加水高压改性（3）糊精片剂胶囊剂-稀释剂片剂－黏合剂－释放性能差，干扰主药含量测定口服液体制剂或混悬剂－增稠剂Yourcompanyslogan二淀粉衍生物羧甲基淀粉钠羟乙基淀粉交联淀粉Yourcompanyslogan1羧甲基淀粉钠是广泛应用的崩解剂，系淀粉的羧甲基醚，水性羧甲基的存在，使淀粉分子内及分子间氢键减弱．结晶性减小，轻微的交联结构降低了它的水溶性，从而在水中易分散并具溶胀性．吸水后体积可增加300倍。目前国内外均有商品出售。Yourcompanyslogan2羟乙基淀粉（1）用作冷冻时血红细胞的保护剂防止红细胞冷冻和溶解过程溶血；体内支链淀粉羟乙基化后，抵抗淀粉酶；（2）与二甲基亚砜复配作为骨髓的良好冷冻保护剂3交联淀粉（1）冷冻稳定性和冻融稳定性－交联化学键（2）膜强度提高，膨胀度热水溶解度降低－交联度（3）耐酸碱和剪切力－食品工业增稠剂Yourcompanyslogan（1）纤维素是杆物细胞壁的主要成分，构成杆物组织的基础。棉花含90%以上，亚麻含80%，木材的细胞含50%，其他竹子、芦苇、稻草、野草等都含有大量的纤维素。（2）特性：固体纤维状物质，不溶于水，不溶于有机溶剂，加热分解，不熔化。糖苷键对酸不稳定，对碱比较稳定。纤维素Yourcompanyslogan纤维素都是由Ｄ－葡萄糖单体缩聚而成的一个直链高分子，而且都是以－１，４－葡萄糖苷键的形式连结起来的。分子式：(C6H10O5)nn=10000OOHOOHOOOHOCH2OHCH2OHOHOOOH1441CH2OHOH纤维素的成键特征-1,4-苷键纤维素的结构Yourcompanyslogan从葡萄糖的开链结构可见，它既具有醛基，也有醇羟基，因此在分子内部可以形成环状的半缩醛CH2OHHOHOHHHOHHHOHO15OHCH2OHHOHOHHHOHHOHHOHO15HOHHHOOHHOHHCH2OH5HO1~63%~37%~0.02%D-Gulose半缩醛羟基（苷羟基）Yourcompanyslogan成环时，葡萄糖的羰基与C-5上的羟基经加成反应形成稳定的六元环。CH2OHHOHOHHOHHOHH156....HOHCHOOHHHOOHHOHHCH2OH123456HCHOOHHOHOHHOHHHOH2C156HCHOOHHOHOHHOHHHOH2C156CHOCH2OHHOHOHHOHHOHH561234Yourcompanyslogan成环后，原来的羰基碳原子（C-1）变成了手性碳原子，C-1上新形成的半缩醛羟基在空间的排布方式有两种可能。半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基（C-5上的羟基）在碳链同侧的叫做α型，在异侧的称为β型。α型和β型是非对映异构体。它们的不同点是C-1上的构型，因此又称为异头物（端基异构体）。Yourcompanysloganα-D-吡喃型葡萄糖β-D-吡喃型葡萄糖OHOHHOHHOHHOHCH2OHHOHOHOHHHOHHOHCH2OHHYourcompanyslogan1.环状结构糖的变旋现象CH2OHHOHOHHHOHHHOHO15OHH2O[α]=+112O[α]=52.6O时不再变化[α]CH2OHHOHOHHHOHHOHHOHO15Yourcompanyslogan环表示方法CH2OHHOHOHHHOHHHOHO15OHα-D-吡喃型葡萄糖Fischer投影式Haworth式（透视式）OOHHHHOHOHHHOHCH2OH412356Yourcompanyslogan化学反应性：氧化醚化酯化性质OOHOOHOOOHOCH2OHCH2OHOHOOOH1441CH2OHOH氢键的作用：分子内或分子间或与其他分子大于Ｃ－Ｏ－Ｃ主要价键力结晶区：形成氢键非结晶区：少量未形成，游离羟基水分子进入－水桥－膨化例：乙酰化－润胀处理，氢键破裂，游离出羟基Yourcompanyslogan吸湿：无定形区游离羟基与水易与极性水分子缔合形成氢键－吸水解吸：吸水后干燥的过程，失水量与相对湿度有关平衡含水量滞后现象：吸附时的吸着量低于解吸时的吸着量原因：干燥纤维素内部氢键未全部断开，游离羟基少平衡纤维素水不易挥发，氢键不