Введение к работе
Актуальность работы. Водорастворимые витамины, такие как рутин, никотиновая, аскорбиновая и фолиевая кислоты являются одними из важнейших биологически активных веществ (БАВ), играющих ключевую роль в процессах окислительного метаболизма. Они незаменимы для нормального функционирования организма и находят все более широкое применение при производстве новых лекарственных средств и пищевых добавок. Именно стадия извлечения и очистки витаминов из растворов фармацевтической, пищевой и медицинской промышленности в значительной степени определяет чистоту, а, следовательно, качество и цену получаемых препаратов.
Для выделения, разделения и определения витаминов наиболее широко применяются хроматография и электрофорез. Базовая технология разделения витаминов основана на применении полимерных сорбентов. Однако сорбционный способ выделения витаминов иногда бывает малоэффективным в случае разделения крупных органических молекул, что связано с медленной диффузией веществ в зерне сорбента и возможным химическим взаимодействием между адсорбтивом и сорбентом, что затрудняет процесс регенерации. Кроме того, при определении малых количеств витаминов в производственных растворах часто необходима стадия их экспрессного концентрирования. В таких случаях, альтернативой является использование экстракции, как более быстрого процесса.
К настоящему времени разработаны способы экстракционного разделения и концентрирования аминокислот и некоторых витаминов, в частности никотиновой и аскорбиновой кислот с применением в качестве экстрагентов спиртов и сложных эфиров. Однако данных по экстракционному извлечению таких важных для нормальной жизнедеятельности организма витаминов как рутин и фолиевая кислота органическими растворителями практически нет.
Применение в качестве экстрагентов водорастворимых полимеров поли- N- амидного ряда, обладающих малой токсичностью является одним из перспективных направлений жидкостной экстракции. Известна высокая экстракционная эффективность водорастворимых полимеров по отношению к металлам и аминокислотам, однако, в отношении водорастворимых витаминов такие сведения отсутствуют.
Автор выражает искреннюю благодарность за ценные замечания и помощь в выполнении работы доктору химических наук Мокшиной Н.Я.
Цель работы - создание эффективных экстракционных систем на основе органических растворителей и водорастворимых полимеров для разделения и концентрирования рутина, фолиевой, аскорбиновой и никотиновой кислот и разработка способов их спектро фотометрического определения в многокомпонентных смесях.
В ходе работы решались следующие задачи:
Установление закономерностей экстракции рутина и фолиевой кислоты в системах «спирт-водно-солевой раствор», «сложный эфир-водно-солевой раствор»; создание экстракционных систем на основе смесей органических растворителей для их извлечения.
Определение количественных характеристик процесса экстракции (коэффициентов распределения, степени извлечения) аскорбиновой, фолиевой, никотиновой кислот и рутина в системе водорастворимый полимер - водно-солевой раствор.
Выявление механизма взаимодействия водорастворимых витаминов с синтетическими водорастворимыми полимерами ряда поли-N-винил амидов.
Разработка спектрофотометрического способа раздельного определения и экстракционного разделения индивидуальных витаминов в многокомпонентных смесях.
Научная новизна. Рассчитаны экстракционные характеристики (коэффициенты распределения и степень извлечения) рутина и фолиевой кислоты в системах водно-солевой раствор - спирты (сложные эфиры). Предложены экстракционные системы для их извлечения. Выявлен синергетический эффект при экстракции рутина бинарными смесями органических растворителей, приводящий к повышению степени его извлечения.
Показано, что по экстракционной селективности синтетические водорастворимые полимеры по отношению к никотиновой, аскорбиновой, фолиевой кислот и рутину располагаются в ряд: поли-М-винилпирролидон (ПВП) > поли-М-винилкапролактам (ПВКЛ) > поли-М-винил-М-метилацетамид (ПВМА). Определены характеристики процессов экстракции витаминов (коэффициент распределения вещества D и степень извлечения R) при различных значениях рН, типах высаливателей и соотношениях фаз.
С использованием методов ИК-спектроскопии и компьютерного моделирования предложен механизм взаимодействия в водных растворах водорастворимых витаминов (никотиновая, аскорбиновая, фолиевая кислоты, рутин) с полимерами ряда поли-М-виниламидов. Показано, что высокая эффективность данных экстракционных систем может быть
обусловлена образованием ассоциатов за счет водородных связей между полимером и витамином.
Показано, что применение поли-М-винилкапролактама позволяет проводить безреагентную реэкстракцию витаминов за счет первоначального образования полимерного осадка, содержащего витамин и последующего его растворения.
Предложены экстракционные системы на основе водорастворимых полимеров ряда поли-М-виниламидов для разделения двухкомпонентных смесей витаминов с использованием поли-М-винилпирролидона и поли-N-винилацетамида и трехкомпонентных смесей с применением в качестве экстрагентаполи-М-винилкапролактама.
Практическая значимость работы. Разработаны эффективные экстракционные системы на основе водорастворимых полимеров: ПВП -водно-солевой раствор для извлечения и разделения никотиновой и аскорбиновой кислот и ПВКЛ - водно-солевой раствор фолиевой кислоты и рутина.
Разработаны способы спектрофотометрического определения с
применением уравнений Фирордта и дифференциально-
спектрофотометрический способ определения никотиновой, аскорбиновой, фолиевой кислот и рутина в бинарных и тройных смесях. Погрешность определения в бинарных смесях не превышает 7% и в тройных смесях не превышает 10%. Новизна предлагаемых решений подтверждена 2 патентами РФ.
Положения, выносимые на защиту:
Коэффициент распределения и степень извлечения водорастворимых витаминов в системах «органические растворители-водно-солевые растворы витаминов» и «полимеры ряда поли-М-виниламидов - водно-солевые растворы витаминов» определяются значениями рН, типами высаливателей и соотношением фаз.
Комплексы в системах «водорастворимый полимер-водно - солевой раствор витамина» образуются за счет водородных связей между полимером и витамином при участии молекул воды.
Способы спектрофотометрического определения никотиновой,
аскорбиновой, фолиевой кислот и рутина в бинарных и тройных смесях с
применением уравнений Фирордта и дифференциально-
спектрофотометрического способа.
Способ экстракционного разделения тройных смесей водорастворимых витаминов, заключающийся в извлечении витаминов поли-М-винилкапролактамом с их последующей термической реэкстракцией.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, из них 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК и 6 тезисов докладов на международных и российских научных конференциях.
Апробация. Основные результаты работы доложены на
конференциях: III и IV Международных конференциях «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2005, 2010); III Международном симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (Краснодар, 2005); III Международной конференции по химии и технологии ХТ07 (Москва, 2007); 4-ой Всероссийской научно-методической конференции «Пути и формы совершенствования фармацевтического образования» (Воронеж. 2010).
Объем и структура диссертации. Работа изложена на ПО страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы, включающего 147 наименований, и приложения; содержит 34 рисунка и 34 таблицы.
