Этиловый спирт

В фармацевтической промышленности применяется этиловый спирт ^С₂Н₅ОН), получаемый путем сбраживания крахмалсодержащего сырья — в основном картофеля и зерна.

Сброженное сусло, называемое бражкой, содержит 8—10% спирта¹. Путем перегонки из нее получается спирт-сырец, содержащий до 88% спирта. В спирте-сырце всегда содержатся летучие органические кисло­ты (преимущественно уксусная, молочная, масляная), сивушные масла

¹ Здесь и далее имеются в виду объемные.проценты.

Рис. 81. Схема ректификационной установ­ки.

I _ бункер; * 2 — теплообменник; 3 — укрепляю­щая колонка; 4 — исчерпывающая колонка; о — кипятильник; 6 — дефлегматор; 7 — распредели­тельный стакан; 8 — холодильник; 9 — вентиль, регулирующий отбор дистиллята; 10 — приемник.

(высшие спирты, одного с этиловым спиртом гомологического ряда — пропиловый, изобутиловый, изоами-ловый и др.). эфиры (уксусно-эти-ловый, масляно-этиловый и др.) и альдегиды (уксусный альдегид и др.). Общее содержание всех этих примесей в спирте-сырце достигает 0,3—0,4%. Эти примеси ухудшают вкусовые качества спирта, придают ему неприятный запах и главное вредны для человеческого организма. В связи с этим спирт-сырец подвергается многократной перегонке, называемой ректификацией, в результате которой содержание приме­сей уменьшается примерно в 300 раз. В процессе ректификации одно­временно происходит укрепление спирта до 95—96%. Ректификация производится в специальных аппаратах — ректификационных колон­ках, работающих по принципу противотока (рис. 81). Суть ректифика­ции заключается в том, что с первыми погонами удаляются головные, т. е. легко кипящие примеси (кислоты, эфиры и альдегиды). После этого часть конденсата отводят обратно в аппарат, причем таким об­разом, чтобы стекающий конденсат (флегма) находился в контакте с парами спирта, способствуя тем самым их укреплению. Что касается сивушных масел, то они как кипящие при более высокой температуре, чем этиловый спирт, остаются в хвостовых примесях.

Качество спирта — ректификата регламентируется ГФХ и ГОСТ 5962-51.

Спирт как растворитель и экстрагент

1. Спирт является хорошим растворителем многих алкалоидов, гли-
козидов, эфирных масел, смол и других веществ, которые а воде раст­
воряются в незначительных количествах.

2. Спирт значительно труднее, чем вода, проникает через стенки кле­
ток. Отнимая воду у белков и слизистых веществ, спирт может пре­
вращать их в осадки, закупоривающие поры клеток и, таким образом,
ухудшает диффузию. Чем ниже концентрация спирта, тем легче он
проникает внутрь клеток.

3. Чем крепче спирт, тем менее возможны гидролитические процес­
сы. Спирт инактивирует ферменты.

4. Спирт является бактерицидной средой. В извлечениях, содержа­
щих не менее 20% спирта, не развиваются ни микроорганизмы, ни пле­
сени.

5. Спирт фармакологически неиндифферентен. Он оказывает как
местное, так и общее действие, что необходимо учитывать как произ­
водстве извлечений.

6. Спирт достаточно летуч и спиртовые извлечения легко сгущаются
до густых жидкостей и порошкообразных веществ. Для обеспечения
сохранности термолабильных веществ выпаривание и сушка проводят­
ся под вакуумом.

7. Спирт огнеопасен, потому при работе с ним должны соблюдаться
установленные требования противопожарной безопасности.

8. Спирт является лимитированным продуктом, отпускаемым фар­
мацевтическим производством в установленном порядке. Однако по
стоимости — это вполне доступный экстрагент. Итак, спирт — экстра-
гент с еще более широким диапазоном, чем вода, причем его извлекаю­
щие способности зависят от его концентрации.

Крепость спирта. Крепостью водно-спиртового раствора — этилового спирта называется процентное содержание безводного (абсолютного) спирта в данном растворе. Крепость спирта может быть выражена в весовых процентах (в процентах по массе), показывающих весовое содержание безводного спирта в граммах в 100 г раствора, или в объ­емных процентах, показывающих объемное содержание безводного спирта в миллилитрах на 100 мл раствора.

Поскольку объем водно-спиртового раствора изменяется в зависимо­сти от температуры, крепость его в объемных процентах относят к 20° С, называемым нормальной температурой. Объемный процент спир­та равнозначен градусу спирта. Обозначение крепости спирта в граду­сах было принято в старых отечественных фармакопеях.

Перевод объемных процентов (q) в весовые (р) производят по фор­муле:

Рут

а перевод весовых процентов (р) в объемные (q) — по формуле:

^ч~^и D₁₀₀'

где £>юо— плотность безводного спирта (0,78927); D_q — плотность вод­но-спиртового раствора, крепость которого q об.%; D_p — плотность водно-спиртового раствора, крепость которого р вес.%.

Учет спирта ведут в объемных единицах. Объем спирта и водно-спиртовых растворов выражается в литрах (или декалитрах при оп­товом отпуске) при нормальной температуре. По объему водно-спир­тового раствора при данной температуре и его крепости можно опре­делить объем находящегося в растворе безводного спирта. Например, если спирта в бочке при 20 °С содержится 200 л, а крепость при этой температуре 95,5%, то, следовательно, в данном объеме находится безводного спирта:

200-95,5

—шо—=^{191 л}-

Крепость спирта определяют при помощи спиртомеров — стек­лянного и металлического. На фармацевтическом производстве опре­деление крепости спирта обычио производят стеклянным спиртомером, который представляет собой прибор типа ареометра.

На практике измерение крепости спирта производится большей частью в растворах, имеющих температуру выше или ниже 20 °С. В таких случаях для определения содержания этилового спирта в водно-спиртовых растворах при 20 °С применяют специальные табли­цы, составленные Комитетом стандартов, мер и измерительных прибо­ров при Совете Министров СССР.

Содержание спирта в водно-спиртовом растворе можно определить и рефрактометрически, так как этиловый спирт преломляет лучи света сильнее воды, а величина угла преломления света водно-спиртовым раствором зависит от содержания в нем этилового спирта. В равной степени содержание этилового спирта в его растворах можно опреде­лить и по величине поверхностного натяжения.

Крепость данного водно-спиртового раствора может быть также лег­ко установлена, если известна его плотность. В приложениях к ГФХ приведена таблица, показывающая соотношение между плотностью, а также весовыми (по массе) и объемными процентами водно-спиртовых растворов¹. При смешивании спирта с водой выделяется тепло и тем­пература смеси при этом повышается. Количество выделяемого тепла зависит от соотношения между спиртом и водой и температуры сме­шиваемых жидкостей. Теплота, выделяемая при получении 1 кг водно-спиртовой смеси, называется теплотой смешения. Наибольшая теплота смешения наблюдается при получении 30 вес.% спирта. С понижением и повышением содержания спирта теплота смешения уменьшается. По мере повышения температуры смешиваемых жидкостей теплота сме­шения также уменьшается.

Наряду с выделением тепла при смешении спирта с водой наблюда­ется явление контракции, заключающееся в уменьшении объема смеси против арифметической суммы исходных жидкостей. Например, при смешении 50 л спирта и 50 л воды получается не 100 л смеси, а только 96,4 л. Степень сжатия водно-спиртовых смесей зависит от со­отношения спирта и воды. Максимум сжатия наблюдается у водно-спиртовой смеси, имеющей крепость 54—56%. Так, чтобы получить 100 л 54 об.% спирта, необходимо взять 54 л спирта и 49,679 л воды. Контракция 3,679 л. Вследствие этой особенности этилового спирта разведение и укрепле­ние его растворов требует каждый раз выполнения предварительных расчетов необходимых количеств спирта и воды для получения водно-спиртовых раство­ров заданной крепости. В целях облег­чения этих расчетов и предупреждения возможных ошибок разработан ряд спра­вочных таблиц для разведения и укреп­ления водно-спиртовых растворов спир­та. Три такие таблицы имеются в при­ложениях к ГФХ. В практической рабо­те пользуются также несложными фор­мулами, позволяющими разбавлять спирт в объемных и весовых процентах, а также получить спирт заданной сред­ней крепости из имеющегося крепкого и разведенного спирта (см. Методиче­ские указания для студентов любого фармвуза).

Рис. 82. Мерник для спирта. Объяснение в тексте.

Отмеривание и хранение спирта. Объ­ем спирта определяется мерниками. Мер­ник (рис. 82) представляет собой уста­новленный вертикально цилиндрический сосуд с выпуклым днищем. Он имеет патрубки 1 и 2 с кранами для набора и

¹ Автором первых таких алкоголеметрических таблиц был Д. И. Менделеев.

спуска спирта. Труба для наполнения спускается до днища мерника. В стенке мерника установлены смотровые стекла 3, на рамках которых нанесены деления. Рядом со стеклами имеются краны 4 для отбора проб. На крышке мерника есть стекло 5 для освещения мерника внут­ри, воздушник 6 и люк 7. Обычная емкость небольших мерников 50—ЮОдкл.

Так как объем спирта в мернике меняется при изменении темпера­туры, то при определении в нем количества безводного спирта необхо­димо учитывать температуру водно-спиртовой смеси. При этом исполь­зуются таблицы, разработанные Комитетом стандартов, мер и измери­тельных приборов, в которых приведены соответствующие множите­ли. Например, в мернике находится 50 дкл спирта, крепость которого при 20°С равна 95%. Температура спирта в мернике 12°С. По соот­ветствующей таблице находим множитель 0,958, умножаем его на 50-и получаем 47,9 дкл. Таким образом устанавливаем, что в мернике со­держится 47,9 дкл абсолютного спирта.

Мерники одновременно могут быть хранилищем спирта, необходимо­го для текущей потребности предприятия. Большие количества рпирта хранятся в специальном спиртохранилище, которое находится вне цеха. Спирт огнеопасен: температура вспышки 12,2°С, взрывоопасная кон­центрация 3,28—18,95%, давление паров при 20°С 5865,2 Н/м² (44 мм рт. ст.).

Другие растворители и экстрагенты

Метиловый, или древесный, спирт (СН₃ОН). В настоящее время по­лучается синтетически. Прозрачная бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим этиловый спирт. Смешивается с водой во всех отношениях. Сильный яд: прием внутрь 10 мл вызывает атрофию зри­тельного нерва; дозы 15—20 мл смертельны. К работе с метиловым спиртом допускаются лишь после специального инструктажа о его вредности и мерах безопасности. Хранят в опломбированной таре.

Изопропиловый спирт [СН₃.СН(ОН).СН₃]. Получается синтетиче­ски. Бесцветная жидкость, образует с водой постоянно кипящую.смесь, содержащую 12,3% воды. Относительная плотность 0,785. Температу­ра кипения 82°С. Ядовит.

Глицерин (СН₂ОН.СНОН.СН₂ОН). Применяемый в фармацевтиче­ском производстве и в аптеках глицерин должен быть прозрачным, бес­цветным, без запаха или лишь с очень слабым своеобразным запахом и нейтральной реакцией. Смешивается с водой и спиртом во всех от­ношениях; почти нерастворим в эфире, нерастворим в жирных маслах, гигроскопичен.

Глицерин вследствие высокой вязкости как самостоятельный экстра-гент не используется. Входит в состав извлекающих смесей при про­изводстве некоторых настоек и экстрактов, когда отсутствует выпа­ривание.

Ацетон (СН₃СО.СНз). Бесцветная жидкость с характерным запахом. Относительная плотность 0,798. Температура кипения 56,2 °С. Смеши­вается во всех отношениях с водой и органическими растворителями.

Уксусная кислота (СНзСООН). Используются безводная кислота и водные растворы уксусной кислоты. Безводная кислота при темпе­ратуре ниже 16,6 °С застывает в кристаллы, похожие на лед («ледя­ная» уксусная кислота). Смешивается (помимо воды) во всех отноше­ниях со спиртом, эфиром, хлороформом, бензолом и другими органи­ческими растворителями.

Этиловый эфир (С2Н5ОС2Н5). Как растворитель и экстрагент дол­жен выдерживать требования фармакопейной статьи «Aether medicina-

lis». Эфир растворим в 12 частях воды, смешивается во всех соотно­шениях со спиртом, хлороформом, петролейным эфиром, жирными и эфирными маслами.

Эфиру как экстрагенту свойственны все недостатки спирта, причем в значительно большей степени. Однако вследствие своих избиратель­ных свойств этиловый эфир находит применение при производстве не­которых настоек и экстрактов с оставлением его в препарате или пол­ным удалением.

Бензины (сложные смеси легких углеводородов). Представляют со­бой узкие низкокипящие фракции прямой перегонки нефти. Одним из важных его свойств является скорость улетучивания. У бензина, применяемого для экстракции, начальная температура кипения 70 °С. Содержание ароматических углеводородов допускается не выше 4%. Очень огнеопасен, особенно бензин типа петролейного эфира.

Хлороформ (СНС1₃). Применяется хлороформ, выдерживающий тре­бования фармакопейной статьи «Chloroformium». Относительная плот­ность 1,474—1,483. Температура кипения 59,5—62 °С. Смешивается в» всех отношениях со спиртом, эфиром, бензином, жирными и эфирными маслами. Труднорастворим в воде (1: 200), не смешивается с глицери­ном.

Дихлорэтан (СН₂С1-СН₂С1). Бесцветная жидкость с запахом, напо­минающим хлороформ. Относительная плотность 1,257. Температура кипения 83,5 ^СС. Смешивается со спиртом и эфиром, жирами, мине­ральными маслами, смолами. Дихлорэтан малоогнеопасен (температу­ра воспламенения 21,1 ^СС). При вдыхании паров вызывает отравление.

Хлористый метилен (СНгСЬ). Сравнительно новый для фармацевти­ческого производства растворитель и экстрагент. Жидкость с высокой относительной плотностью (р = 3,33) и низкой температурой кипения, близкой к этиловому и петролейному эфиру (41 °С).

Четыреххлористый углевод (СС1₄). Бесцветная жидкость. Относи­тельная плотность 1,601. Температура кипения 76,7 °С. Неогнеопасен.

Масла растительные. Должны быть холодного прессования, хорошо отстоявшиеся, желтоватого цвета. Чаще всего применяется персико­вое, миндальное и подсолнечное масла.

Жирные масла смешиваются с эфиром, хлороформом, бензином, эфирными и минеральными маслами. Не смешиваются со спиртом (кро­ме касторового) и водой. Прогоркают, что влечет за собой повышение кислотного числа. Жирные масла — экстрагенты с избирательной спо­собностью.