药用天然高分子材料课件

第四章药用天然高分子材料

掌握作为药剂辅料的天然高分子材料及其衍生物的来源、制法、结构、规格、性质和用途。特点：无毒、应用安全、性能稳定、价格低廉4.1淀粉及其衍生物

4.1.1淀粉

绿色植物的须根和种子。直链淀粉α-1,4苷键α-1,6苷键

以D-吡喃环形葡萄糖为结构单元。由多糖分子组成

性质：P84主要用作片剂的稀释剂、崩解剂、粘合剂、助流剂。OHOHCH2OHOHOHD-吡喃环形葡萄糖淀粉改性系统

物理变性预糊化淀粉次氯酸氧化淀粉氧化淀粉过氧化氢氧化淀粉分解淀粉高碘酸氧化淀粉酸变性淀粉磷酸酯淀粉无机酸酯淀粉硫酸酯淀粉硝酸酯淀粉原淀粉淀粉酯甲酸酯淀粉

化学变性醋酸酯淀粉有机酸酯淀粉丙酸酯淀粉硬脂酸酯淀粉羟甲基淀粉羟烷基淀粉淀粉醚阳离子淀粉阴离子淀粉交联淀粉接枝共聚淀粉

酶变性4.1.2糊精

淀粉水解过程的中间产物总称为糊精。制备条件与不同规格糊精产品见表P86可用作片剂或胶囊剂的稀释剂，增粘剂。4.1.3预胶化淀粉

淀粉经物理或化学改性，有水存在下，淀粉粒全部或部分破坏的产物。有许多优良特点。P87

4.1.4羧甲基淀粉钠

α-葡萄糖的羧甲基醚，取代度为0.5。

广泛用作片剂和胶囊剂的崩解剂，崩解时间短。

4.2纤维素

定义：在不同的学科中“纤维素”这一名字有不同的含义。植物学用来命名植物细胞壁的主要组分(1847年，Payen)纤维工艺学上把纤维素理解为一种材料，可用某些化学方法从少数的植物中分离得到化学学科认为纤维素是由D-葡萄糖单元在β-位置键合在一起的高分子物质结晶学把纤维素定义为具有特殊晶胞的结晶物质α-纤维素：高分子量的组分β-纤维素：是溶于17.5%碱液，并在中和时能沉淀下来的部分γ-纤维素：在中和时仍然溶解的组分β-和γ-纤维的聚合度都很低(200)，并且是部分氧化的。来源：籽纤维(棉花)和许多植物的茎和叶(亚麻、苧麻和大麻)

重要性质：最丰富的天然有机物，但纤维素中的β-(1→4)键合的链基本上是刚性而且是直的，分子间彼此紧靠着排成一条线。能溶于氢氧化铜铵溶液，不溶入水和碱。1.化学反应性氧化、酯化、醚化、分子间形成氢键、吸水溶胀以及接枝共聚2.氢键的作用结晶区羟基都已形成氢键无定形区有少量游离羟基，可发生膨化作用。3.吸湿性吸水量随无定形区所占比例的增加而增加。4.溶胀性碱金属离子半径在碱液中能产生溶胀温度浓度5.机械降解特性外力作用，发生降解，聚合度下降6.可水解性酸水解降解碱水解(高温)4.2.1粉状纤维素(纤维素絮)

在木材-纸浆工业中，α-纤维素中包括纤维浆中的纤维素与抗碱的半纤维素。粉状纤维素的聚合度约为500，商品规格有很多种，(流动性和堆密度、颗粒、吸湿量)各各不同。

用作片剂的稀释剂，硬胶囊或散剂的填充剂。干性粘合剂、助悬剂、崩解剂、助流剂、食品添加剂4.3纤维素衍生物概述

4.3.1药用纤维素衍生物的化学类别P93-94，酯类：醋酸纤维素、CAP、CAB醚类：MC、EC、HPC、HEC、HPMC、CMCNa、CMCCa醚酯类：HPMCP、HPMCAS4.3.2化学结构类型与应用性质(一)取代基团性质：非极性疏水基团、强极性基团(二)被取代羟基比例：P95表4-2DS为1.27的甲基纤维素的确定(三)取代基的均匀度(四)链平均长度及衍生物的分子量分布显著影响药物的释放性能P96图4-9DS为1.27的甲基纤维素的确定单体上的取代基摩尔含量(%)所占DS的分数葡萄糖(无取代)160.006位取代2位取代3位取代11344720.473,6位取代2,6位取代2,3位取代2243150.622,3,6位取代60.184.3.3纤维素衍生物的反应性纤维素衍生物的羟基与一些带有功能基的化合物反应，通过共价键结合使结构稳定化或不溶化如甲醛等，形成缩醛甲氧基化合物，形成醚或次甲基环氧化烃类，形成聚醚

分子内交联4.3.4玻璃化温度

膨胀计(DM)差示扫描量热法(DSC)测定技术差热分析法(DTA)热机械分析法(TMA)P97表4-4一些纤维素衍生物的玻璃化转变温度对于结晶高聚物，利用DTA可测定熔点，根据熔融锋的面积可计算出实际的熔融热ΔHf，还可由下式算出结晶度X=ΔHf×

100%

/ΔHf(其中ΔHf是完全结晶的熔融热)氧化峰氧化峰空气氮气熔融吸热峰分解吸热峰ΔT

0100500℃低压聚乙烯在空气中和氮气中的差热曲线0100200T℃100200T℃嵌段共聚乙丙聚合物无规共聚乙丙聚合物49%丙烯51%丙烯

用于研究共聚物的结构ΔTΔT差示扫描量热法(DSC)温差的大小与热效应有关，还与试样的堆积紧密度、传热速度、热容量等有关，很难用热谱图中的峰面积作定量处理。DSC它所测量的是在程序升温或降温过程中，试样和参比物的温度始终保持相同的情况下，两者所需要的热量补偿的差别。实际测量的是装在试样和参比物托架下面两只电热器的热功率之差随时间的变化［dQ/dt∽t］，如果升温速度是恒定的，也就是热功率之差随温度的变化［dq/dt∽T］

ΔQ=∫dt

如果用已知热容的样品事先标定仪器常数，就可计算出ΔQ的绝对值。DSC能进行定量计算，尤其在测定结晶度，结晶动力学，反应动力学等方面比DTA更为有效。dQdt4.3.5溶度参数和表面能P98–99表4-5和表4-64.3.6配伍相容性聚合物之间或聚合物与增塑剂之间的相容性以Tg(DSC法，DTA法)或软化温度Ts(TMA法)来评估，两者相容，则混合物的Tg处在两者的Tg之间；部分相容，则可能有两个Tg。

Ts=Toe-KsNTs加增塑剂的软化温度N为增塑剂的摩尔分数

To纯聚合物软化温度Ks软化点下降系数4.3.7生物粘附性纤维素衍生物可用作生物或粘膜粘着剂。4.3.8热致凝胶化和昙点P1004.3.9液晶的形成4.4药用纤维素衍生物各论

4.4.1纤维素酯类

(一)醋酸纤维素纤维素的醋酸酯是在50℃用硫酸作cat，在冰醋酸或CH2Cl2溶液中，用醋酸酐来乙酰化而制造的。在温和的条件下，仅能得到完全乙酰化和未乙酰化分子的混合物。

在酯化之前，撕碎的纤维素用30-40%的醋酸溶胀2-3h，此时由于反应放热，温度升至50℃。在乙酰化中，伯羟基首先被硫酸酯化，然后硫酸酯转化成醋酸酯。此时仲乙酰基才开始转化。4.4.2纤维素醚类

纤维素醚是从碱纤维素制造的，因为碱能扩张纤维素的晶格，从而使纤维素的羟基易起反应。(一)羧甲基纤维素钠(CMCNa)、交联羧甲基纤维素钠(CCNa)和羧甲基纤维素钙(CMCCa)P105–106制法及应用(二)甲基纤维素MCP107(三)乙基纤维素ECP108–110(四)羟乙基纤维素HECP110–111(五)羟丙基纤维素(HPC)和低取代羟丙基纤维素(L-HPC)P111–112(六)羟丙甲纤维素HPMCP113–1144.4.3纤维素醚的酯类(一)羟丙甲纤维素酞酸酯HPMCPP114–115(二)醋酸羟丙基甲基纤维素琥珀酸酯HPMCASP116–117

4.5.3瓜尔豆胶

又称愈创树胶(guargum)瓜尔豆种子中提取的多糖胶质，是半乳甘露聚糖，主链是β-1,4苷键结合吡喃甘露糖，每间隔一个甘露糖有一个以α-1,6苷键相结合的α-D吡喃半乳糖。半乳糖与甘露糖之比为1:2。OHOHOHOHCH2OHD吡喃甘露糖CH2OHOHOHOHOHα-D-吡喃半乳糖性质：①易形成高粘度的触变性溶胶②有极强的溶胀保湿性③有较好增稠性应用：食品添加剂、粘合剂、崩解剂、增稠剂、保护胶体、乳剂的稳定剂4.5.4壳多糖和脱乙酰壳多糖

人们对甲壳素的认识经历了漫长的岁月。自1811年，法国学者HenliBrocronnat首次从蘑菇中分离提取到甲壳素，到1859年法国Rouget发现甲壳素能溶于有机酸，从此世界对甲壳素有了初步的认识。自上世纪60年代起有关甲壳素的研究变得十分活跃。1982年日本将甲壳素列入1982-1992十年开发计划。1984年日本拨款50亿美元委托13所大学用于交流开发甲壳素，1986年美国华盛顿大学科学家首先发现甲壳素是具有生理活性物质。这一发现为今后发展，开发甲壳素奠定了理论基础，特别引起了全世界的关注。甲壳素的由来和概念

有人说：“从没有一种物质象甲壳素一样被如此广泛的研究和应用。”也有人说：“二十一世纪多糖的研究最有希望的是甲壳素。”那么甲壳素是什么东西，他对人类和社会真的那么大的作用吗？甲壳素是一种多糖类生物高分子，在自然界中广泛存在于低等生物菌类，藻类的细胞，节支动物虾、蟹、昆虫的外壳，软体动物（如鱿鱼、乌贼）的内壳和软骨，高等植物的细胞壁等，甲壳素每年生命合成资源可达２０００亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，是人类取之不竭的生物资源。壳多糖(chitin)又称甲壳素、几丁质。N-乙酰-氨基葡萄糖以β-1,4苷键结合而成的一种氨基多糖。CH2OHOORORCH2OHNHCOCH3NHCOCH3On

甲壳素是一种天然高分子聚合物，属于氨基多糖，学名为[（1．4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖]，单体之间以β（1-4）糖苷键连接，分子量一般在106左右，理论含氮量6.9%。甲壳素有α，β，γ三种晶型，其中α-甲壳素存在最丰富，也最稳定。由于大分子之间极强的氢键作用，导致其一般不溶于水，化学性质非常稳定，因而应用有限，通常称其为几丁质。自然界中甲壳素大多是与各不溶于水的无机盐及蛋白质紧密结合在一起。人们为了获取甲壳素，往往将甲壳动物的外壳通过酸碱处理，脱去钙盐和蛋白质，得到上述几丁质后，再用强碱在加热条件下脱去分子中的乙酰基就可以转化为可溶性的壳聚糖，通常称为甲壳素。因为甲壳素的化学结构与植物中广泛存在的纤维素结构非常相似，故又称为动物纤维素。应用：①片剂的稀释剂，以改善药物的生物利用度及压片的流动性、崩解性和可压性。②植入剂的载体，在体内具有可降解性。③控释制剂的赋形剂和控释膜材料。④微囊和微球的囊材。⑤抗癌药物的复合物。⑥外科手术缝合线。具有减肥，吸脂肪，降血脂，促进伤口愈合等作用。4.5.5西黄蓍胶(tragacanth)为豆科植物西黄蓍胶树的树胶。

水解可产生L-阿糖、L-

岩藻糖、D-木糖、半乳糖和半乳糖醛酸。含有少量的纤维素、淀粉、蛋白质等，分子量约为840,000。

用作口服制剂，食品中乳化剂和助悬剂。乳膏、凝膏和乳剂。

4.5.6黄原胶又称苫苷胶、汉生胶或黄单孢菌多糖。

是甘蓝黑腐病黄单胞菌发酵产生的一种细菌胞外多糖。黄原胶是由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、乙酸、丙酮酸等非凝胶的多糖重复结构组成的。每两重复结构单元中，其分子主链系由β-D-吡喃葡萄糖通过1→4键连接而成的。每两个葡萄糖单元都在一个C-3上连接有一个三糖侧链。侧链是由两个甘露糖和一个葡萄糖醛酸所组成的，其中末端β-D-吡喃甘露糖残基与β-D-葡萄糖醛酸残基以1→4键连接。比葡萄糖醛酸又和另一个末端为甘露糖，按1→2方式连接。连接主链的甘露糖上的C-6有一个乙酰基，此外，甘露糖的末端的C-4、C-5上又连有一个丙酮酸。P125具有优良特性，广泛用作食品添加剂，或石油、农业的增稠剂、悬浮剂与胶凝剂。①低浓度下有高粘度②高的假塑性，随着剪切速率增大，其水溶液的粘度呈可逆性下降③在广泛的盐浓度、pH与温度下，表现出异常的稳定性。所以在水溶性高分子中具有许多优越的性能。作为亲水性骨架缓释片材料具有重要作用。(P127)4.5.7透明质酸hyaluronicacid

1934年已为Meger和Palwer发现

，但长期以来均认为它是在结缔组织中起充填和支架作用的多糖，但近年来它的功能又有新的发现。

当组织中浓度高于1mg/ml时，就产生分子折叠，形成连续的三维网络。产生各种生理直接效应。即①产生流体阻力从0.1mg/ml升高到10mg/ml时，阻力会增大1000倍。②维持胶体渗透压，帮助维持体内水平衡和体内环境的稳定。③排阻效应，可以影响生物高分子的溶解度、空间构型、化学平衡与系统的渗透压。④分子滤过效应，可以阻止病原播放或扩散。⑤边缘对流效应。由于透明质酸的作用使密度呈逆转状态，因而介导某些分泌性物质(如胶元纤维)的沉积。其结构以β-1,4葡萄糖醛酸和β-1,3乙酰氨基葡萄糖结合的双糖重复单元所构成的粘多糖。

P128

4.5.8琼脂(agar)

从海产红藻中生产的高分子物。早期用麒麟菜属植物，以后扩展使用石花菜、鸡毛菜和紫菜等。琼脂的结构是半乳聚糖。其可能的结构单元：A:B:OHOHOHOHOHCH2OSO3OMeOMeCH2O琼脂主要用于食品工业，以制作果冻、果酱，也可以用于炼乳、冰淇淋或奶酪。

在医学与生物学上可作培养基(载体)。用作缓释制剂辅料。4.5.9海藻酸钠(sodiumalginate)

褐藻胶(alginicacid)是亲水性的天然聚合物。在我国为海藻多糖产品中的主要品种。褐藻胶系指褐藻酸与其盐类的统称。是直链型(1→