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); Dq — плотность водно-спиртового раствора, крепость которого q об.%; Dp — 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.