3 курс / Фармакология / Технология_синтеза_и_биосинтеза_биологически_активных_веществ_Громова

53

Формулу молекулы уротропина можно представить, если поднять над плоскостью бумаги написанный в центре атом азота вместе с присоединенными к нему метиленовыми группами.

Технология

Формалин и 25%–ный раствор аммиака перемешивают при температуре 500С. Полученный слабощелочной раствор уротропина осуществляют активированным углем, фильтруют и выпаривают в вакууме до кашицеобразного состояния.

После кристаллизации при охлаждении уротропин отделяют центрифугированием и сушат при 30-350С. Дополнительную очистку проводят перекристаллизацией из спирта.

Наиболее чистый высокого качества гексаметилентетрамин получают газофазным методом. Для этого газофазную смесь формальдегида, аммиака, азота пропускают через горячий реактор. Образующаяся вода в виде пара вместе с азотом уносится из реактора, а уротропин оседает на дно реактора.

При нагревании уротропин может легко возгоняться с частичным разложением.

Контрольные вопросы для самостоятельной проверки

ТЕСТ № 1

1.При каких условиях получают формальдегид из метилового

спирта?

при наличии катализатора и температуре 300-4000С; наличии катализатора и температуре 600-7000С; отсутствии катализатора и температуре 600-7000С; отсутствии катализатора и тем температуре 300-4000С.

2.Какой катализатор используется для получения уксусной кислоты из ацетоальдегида?

сульфат ртути; ацетат марганца; фосфорная кислота; хлорид меди.

3.Какой катализатор применяется при прямой гидратации этилена? Zn-Cr-Cu;

Fe-Cr;

фосфорная кислота, нанесенная на глазурированный алюмосиликат; фосфорная кислота, нанесенная на пористый алюмосиликат.

4.Дочертить на технологической схеме аппараты, связывающие коммуникации, и указать направление движения сырья и продуктов

(рис.13).

54

Какие типовые аппараты применяются в данном процессе и какие общие принципы химической технологии использованы в нем?

Чем определяется выбор оптимальных температуры, давления и соотношения реагентов в этом процессе?

Рис.13

ТЕСТ № 2

1. Каковы условия прямой гидратации этилена?

температура 3000С, давление 8·106 Па (соотношение Н2О : С2Н4 = 0,6); температура 4000С, давление 5·106 Па (соотношение Н2О : С2Н4 = 2); температура 2500, давление 6·106 Па (соотношение Н2О : С2Н4 = 1); температура выше 4000С, давление 8·106 Па (соотношение Н2О : С2Н4 = 3).

2.Какие аппараты и в какой последовательности используются при производстве этилового спирта прямой гидратацией этилена? компрессор, ленточный транспортер, отстойник, гидролизный аппарат; конденсатор, дроссельный вентиль, нейтрализатор, сепаратор, ректификационная колонна; отпарная колонна, теплообменник, дроссельный вентиль, ректификационная колонна;

компрессор, теплообменник, трубчатая печь, гидратор, конденсатор, газоотделитель, сборник, отпарная колонна и ректификационная колонна.

3.Какой способ получения синтетического этилового спирта имеет наибольшее распространение в промышленности?

прямая гидратация этилена; сернокислотная гидратация этилена;

56

Указать оптимальные условия протекания процесса в каждом аппарате. Где применяется целевой продукт, получаемый в этом процессе?

Рис.15

ТЕСТ № 4

1. При каких условиях получается формальдегид из метана?

при температуре 3400С, давлении 106 атм, при мольном соотношении СН4 : О2 = 9 : 1, в присутствии катализатора; при температуре 300-4000С, давлении 1 атм, мольном соотношении

СН4: О2 = 1 : 1;

при температуре 600-9000С, давлении 40 атм, мольном соотношении СН4 : О2 = 2 : 1, при отсутствии катализатора; при отсутствии катализатора, при температуре 7000С, мольном соотношении СН4 : О2 = 4 : 2.

2. При каких условиях получают метилмеркаптан?

Где применяется целевой продукт, получаемый в этом процессе? температура 300-4000С, катализатор, давление, мольное соотношение Н2S :

СН3ОН = 1 : 2;

температура 3500С, катализатор, мольное соотношение Н2S:СН3ОН=1:1; температура 4000С, катализатор, мольное соотношение Н2S:СН3ОН=2:1; температура 3500С, катализатор, мольное соотношение Н2S:СН3ОН=1:2.

3. Какой технологический процесс изображен на рис.16? прямая гидратация этилена; сернокислотная гидратация этилена; гидролиз древесины серной кислотой; сульфитный.

57

Рис.16

4. Какой технологический процесс изображен на рис.17?

Дочертить недостающие коммуникации. Стрелками показать стадии и последовательность технологического процесса и подписать их.

Рис.17

ТЕСТ № 5

1.Какой способ получения уксусной кислоты наиболее распространен

впромышленности?

каталитическое окисление уксусного альдегида; окисление низших парафиновых углеводородов; при взаимодействии метилового спирта и окиси углерода; окисление этилового спирта.

58

2.Какие основные параметры поддерживаются в окислительной

колонне при синтезе уксусной кислоты и почему? температура 600С, давление 4 атм, катализатор;

температура 60-750С, давление 3-4 атм, катализатор, инертный газ; температура 750С, давление 3 атм, катализатор, соотношение

СН3СНО:О2=1:1; температура 500С, давление 4 атм, катализатор.

3.Какие способы синтеза галогенпроизводных биологически активных веществ распространены в промышленности?

прямое термическое хлорирование непредельных углеводородов; хлорирование кислородсодержащих соединений; каталитическое хлорирование углеводородов методом присоединения; конденсационным методом.

4.Какой технологический процесс изображен на рис.18?

Дочертить недостающие коммуникации. Стрелками показать стадии и последовательность технологического процесса и подписать их.

Рис.18

Ответы

59

Глава 3. Теоретические основы биосинтеза биологически активных веществ

3.1. Технологические особенности биосинтеза БАВ

Воснове технологии биосинтеза БАВ главными компонентами являются биообъекты: вирус, гриб, растительные или животные клетки, биомолекулы, обладающие различными физиологическими свойствами.

Основная задача технологии биосинтеза БАВ – преобразование природного сырья или отходов с помощью биологического объекта (микроорганизмов, изолированных клеток, ферментов, клеточных органелл), поддержание и активизация путей обмена клеток, ведущих к накоплению БАВ в целевом продукте при заметном подавлении других реакций обмена у культивируемого организма, а также получение клеток или их составных частей (преимущественно ферментов) для направленного изменения сложных молекул.

Взависимости от биообъекта, используемого в технологическом процессе биосинтеза БАВ, эти процессы можно классифицировать согласно рис.19.

БИОТЕХНОЛОГИЯ

Микробиотехнология Фитобиотехнология Зообиотехнология

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

в отраслях народного хозяйства промышленности:

Рис.19. Классификация биотехнологических процессов

3.1.1. Принципы микробиологического синтеза БАВ основываются на принадлежности биообъектов к надцарствам живых существ (акариот, прокариот, эукариот); функциональной активности биообъекта (биосинтез, биотрансформация), (табл.2); возможности вычленения отдельных этапов из биотехнологических схем производства в виде самостоятельных процессов (подготовка питательных сред и оборудования, ферментация, стерилизация сред и оборудования).

60

Таблица 2. Процессы в промышленной микробиологии

Преимущества микробиотехнологии: простота организации генома; легкая приспосабливаемость (лабильность) к среде обитания в естественных и искусственных условиях; достаточно высокие скорости протекания ферментативных реакций при низких температурах (20-60оС) и нарастания клеточной массы; возможность использования недефицитного, дешевого сырья (отходы промышленности, сточные воды).

К недостаткам технологии микробного синтеза БАВ можно отнести: многокомпонентность питательных сред; необходимость стерилизации питательных сред, оборудования и коммуникаций для удаления или разрушения контаминантов при сохранении качества среды, а также трудности в управлении процессом биосинтеза и автоматизации. Это связано с процессами саморегуляции биообъектов (включая способность к мутации), которые могут привести к непредвиденному изменению биотехнологического процесса. При размножении и развитии происходит постоянное изменение отдельных параметров, и в каждый момент времени клетки функционируют в иных условиях. В связи с этим при управлении технологическим процессом биосинтеза БАВ следует учитывать

61

индивидуальные особенности «поведенческих реакций» биообъекта в конкретных условиях культивирования, а именно: чувствительность биообъектов к воздействию физико-механических факторов при перемешивании, а также знание химической природы синтезируемого БАВ, характера биохимических процессов, осуществляемых биообъектами, специфику наследственных свойств данного вида.

3.1.2. Основные технологические показатели биосинтеза БАВ

Для нормального роста, размножения биообъекта в процессе биосинтеза БАВ необходимо поддерживать оптимальные условия его культивирования. При нарушении оптимальных условий нарушается обмен веществ, прекращается или ограничивается рост и размножение культуры, снижается выход и качество целевого продукта.

Параметры контроля процесса культивирования, относящиеся к основным технологическим показателям биосинтеза БАВ:

температура; рНсреды;

количество биомассы клеток; скорость потребления источников питания;

количество растворенного кислорода (в случае аэробных биообъектов); количество образующегося метаболита.

3.1.3. Основные технологические стадии микробиологического синтеза БАВ (рис. 20):

предферментация (подготовительные работы); ферментация (накопление и выделение целевого продукта).

Предферментация включает подготовительные стадии до биосинтеза: 1) приготовление и подготовка среды; 2) получение и подготовка посевного материала; 3) выбор и подготовка оборудования.

Основная стадия в подготовке оборудования, питательных сред, посевного материала заключается в стерилизации. Стерилизации подлежат пеногасители, жидкие добавки, коммуникации, датчики. Необходимость стерилизации вызвана тем, что микроорганизмы-контаминанты не только могут подавить функциональное развитие биообъекта в силу конкуренции и антиобиоза, но и дезорганизовать какую-либо ткань или среду выращивания. Некоторые из них способны продуцировать токсичные вещества, которые могут попасть в целевой продукт.

В производственных условиях источниками микроорганизмовконтаминантов могут быть почва, вода, окружающий воздух, люди. Наличие в воздухе частиц пыли или капелек влаги создают благоприятную среду для жизнедеятельности микроорганизмов.

Рис.20. Примерная обобщенная схема биотехнологических процессов

По степени загрязненности воздуха микробами и механическими частицами в расчете на 1м3 производственного помещения, в которых изготавливаются лекарственные препараты, делятся на четыре класса чистоты (табл.3) [8].

Таблица 3. Оценка степени чистоты воздуха производственных помещений

Защита биотехнологических процессов от микробов-контаминантов осуществляется с помощью фильтров.

В лабораторных условиях стерилизацию питательных сред и других объектов осуществляют в автоклавах паром (t = 120-1220C) под давлением не менее 0,3 МПа (3 кГс/см2) или холодным способом. Наиболее универсальный метод – использование влажного тепла.