Из опыта работы. Исследовательская работа учащегося по химии "АНАЛИЗ АНТИБИОТИКОВ ПЕНИЦИЛЛИНОВОЙ ГРУППЫ"

Открытая Международная научно-исследовательская конференция молодых исследователей (старшеклассников и студентов)

"Образование. Наука. Профессия"

Секция: Естественнонаучная (химия, медицина, география)

«АНАЛИЗ АНТИБИОТИКОВ ПЕНИЦИЛЛИНОВОЙ ГРУППЫ»

Автор работы:

Крепкая Алеся Дмитриевна,

учащаяся 9 «Б» класса

ГУО «Средняя школа № 45 г. Могилёва»

Научный руководитель:

Михейченко Татьяна Владимировна,

учитель химии,

ГУО «Средняя школа № 45 г. Могилёва»

г. Самара, 2018 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 4

1.1 Антибиотики 4

1.2 Пенициллины 4

1.2.1 Классификация пенициллинов 5

1.3 Анализ пенициллинов 5

1.3.1 Определение пенициллинов с помощью солей меди 6

1.4 Выводы 7

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 8

2.1 Объекты анализа 8

2.2 Пробоподготовка 8

2.3 Определение среды растворов 9

2.4 Анализ антибиотиков с использованием раствора соли Cu²⁺ 9

2.5 Анализ амоксициллинов с использованием бумажного метода 12

2.6 Выводы 12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 14

ВВЕДЕНИЕ

В наши дни быстрыми темпами развивается фармацевтическая химия, которая модифицирует уже имеющиеся лекарственные формы, предлагает новые лекарства взамен старым. Постоянно растущий спрос и рынок лекарственных препаратов привели к такой серьезной проблеме как фальсификация лекарств. Недобросовестные производители часто заменяют дорогостоящий компонент дешевым аналогом или же просто бесполезным нейтральным веществом. Чем популярнее является препарат, тем больше риск купить бесполезную подделку в лучшем случае или же вовсе вредные для здоровья таблетки.

Достаточно большую группу поддельных лекарств составляют антибиотики из-за своей распространенности и достаточно высокой цены, в том числе и пенициллины. Пенициллины – наиболее распространенная группа антибиотиков. Они являются самыми первыми противомикробными веществами, а так же обладают такой важной особенностью как практически полная безвредность для организма человека. В связи с этим подделка именно пенициллинов является довольно заманчивой, а задача по проверке их на подлинность – актуальной.

Так, например, не редко в качестве замены действующего вещества используют тальк или мел, которые являются безвредными но и абсолютно бесполезными для человека. Точный анализ фармацевтических препаратов часто является достаточно трудоемким и длительным, требует сложного оборудования и опасных реактивов. В свою очередь методики экспресс-анализа не позволяют точно идентифицировать вещество, однако позволяют определить явное отличие анализируемого вещества от заявленного в препарате.

В качестве объекта исследования нами были выбраны антибиотики пенициллиновой группы, а предмета исследования – доступные и наиболее распространенные фармацевтические препараты, содержащие пенициллины.

В нашей работе была поставлена следующая цель: проверить на подлинность имеющиеся пенициллины по описанным методикам и выбрать наиболее оптимальный способ их качественной оценки для домашних условий.

Были поставлены следующие задачи:

- осуществить литературный поиск по теме;

- выбрать наиболее подходящие методики;

- проверить по этим методикам наиболее распространенные антибиотики пенициллиновой группы;

- оценить возможность использования подобранных методик в домашних условиях и выбрать оптимальную.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Антибиотики

Антибиотики – вещества природного или полусинтетического происхождения, подавляющие рост живых клеток, чаще всего прокариотических или простейших.

Огромное разнообразие антибиотиков и видов их воздействия на организм человека явилось причиной классифицирования и разделения антибиотиков на группы. По характеру воздействия на бактериальную клетку антибиотики можно разделить на две группы:

- бактериостатические (бактерии остаются живы, но не в состоянии размножаться),

- бактерицидные (бактерии погибают, а затем выводятся из организма)[5].

По спектру противомикробного действия антибиотики разделяют на следующиие группы:

1) Препараты, действующие преимущественно на грамположительные и грамотрицательные кокки (стафилококки, стрептококки, менингококки, гонококки), некоторые грамположительные микробы (коринебактерии, клостридии). К этим препаратам относятся бензилпенициллин, бициллины, феноксиметилпенициллин, пенициллиназоустойчивые пенициллины (оксациллин, метициллин), цефалоспорины 1-го поколения, макролиды, ванкомицин, линкомицин.

2) Антибиотики широкого спектра действия, активные в отношении грамположительных и грамотрицательных палочек: хлорамфеникол, тетрациклины, аминогликозиды, полусинтетические пенициллины широкого спектра действия (ампициллин, азлоциллин и др.) и цефалоспорины 2-го поколения.

3) Антибиотики с преимущественной активностью в отношении грамотрицательных палочек (полимиксины, цефалоспорины 3-го поколения).

4) Противотуберкулезные антибиотики (стрептомицин, рифампицин, флоримицин).

5) Противогрибковые антибиотики (нистатин, леворин, гризеофульвин, амфотерицин В, кетоконазол, анкотил, дифлюкан) [8].

1.2 Пенициллины

Пенициллины являются первыми антимикробными препаратами, разработанными на основе продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Они относятся к обширному классу β-лактамных антибиотиков (β-лактамов), который включает также цефалоспорины, карбапенемы и монобактамы. Общим в структуре этих антибиотиков является четырехчленное β-лактамное кольцо. β-лактамы составляют основу современной химиотерапии, так как занимают ведущее или важное место в лечении большинства инфекций.

1.2.1 Классификация пенициллинов

а) Природные:

Бензилпенициллин (пенициллин), натриевая и калиевая соли

Бензилпенициллинпрокаин (новокаиновая соль пенициллина)

Бензатинбензилпенициллин

Феноксиметилпенициллин

б) Полусинтетические:

- изоксазолилпенициллины

Оксациллин

- аминопенициллины

Ампициллин

Амоксициллин

- карбоксипенициллины

Карбенициллин

Тикарциллин

- уреидопенициллины

Азлоциллин

Пиперациллин

Родоначальником пенициллинов (и вообще всех β-лактамов) является бензилпенициллин (пенициллин G, или просто пенициллин), применяющийся в клинической практике с начала 40-х годов. В настоящее время группа пенициллинов включает целый ряд препаратов, которые в зависимости от происхождения, химической структуры и антимикробной активности подразделяются на несколько подгрупп. Из природных пенициллинов в медицинской практике применяются бензилпенициллин и феноксиметилпенициллин. Другие препараты представляют собой полусинтетические соединения, получаемые в результате химической модификации различных природных антимикробных препаратов или промежуточных продуктов их биосинтеза [9, Приложение А].

1.3 Анализ пенициллинов

Подлинность препаратов пенициллинов подтверждают с помощью УФ – и ИК – спектрофотометрии, жидкостной хроматографии и капиллярного электрофореза [1]. Эти методы требуют сложного оборудования и высококвалифицированного персонала. Наиболее доступными являются методы «мокрой» химии. Существуют несколько реакций, с помощью которых можно определить отдельные антибиотики пенициллиновой группы.

Для испытания подлинности препаратов пенициллинов и их полусинтетических аналогов используют цветную реакцию основанную на разрыве β - лактамного цикла и образования медной соли гидроксамовой кислоты (осадок зелёного цвета).

В препаратах пенициллинов можно обнаружить органически связанную серу после превращения её в сульфид – ион сплавлением с едкими щелочами.

Поскольку соли бензилпенициллина очень слабо диссоциируют в растворах, для обнаружения ионов натрия или калия необходимо предварительно минерализовать препарат путём сжигания в тигле. Затем остаток растворяют в воде и фильтруют. Фильтрат испытывают на ион натрия или калия с помощью соответствующих реакций. Новокаиновую соль бензилпеициллина подвергают испытанию на первичные ароматические амины.

Препараты пенициллина отличаются друг от друга по различной окраске продуктов реакции с хромотроповой кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты. Ампициллин, благодаря наличию в молекуле остатка фениламиноуксусной кислоты, даёт положительную реакцию с нингидрином подобно аминокислотам, а при взаимодействии с реактивом Фелинга приобретает фиолетовое окрашивание [3, с.47].

1.3.1 Определение пенициллинов с помощью солей меди

Наиболее простыми и доступными на наш взгляд оказались методики с использованием солей меди, поскольку они не требуют сложного оборудования и дорогих реактивов.

Согласно методике готовится водный раствор соли меди с концентрацией иона Cu²⁺ 0,1 моль/л, который используется при проверке любых пенициллинов.

Растворы антибиотика готовятся следующим образом: в 25 мл дистиллированной воды растворяют навеску лекарственной формы, содержащую 0,5 г антибиотика. Раствор получается мутным из-за нерастворимых добавок. Полученный раствор выстаивается около 30 минут, а затем фильтруется. В результате получается прозрачный раствор антибиотика с концентрацией 0,045 – 0,055 моль/л [3, с.47].

Из строения пенициллинов следует различная среда полученных растворов, что может служить для первичной оценки состава препарата. Так таблетки феноксиметилпенициллина дают кислые растворы, препараты бензилпенициллина, карбенпенициллина, оксациллина, тригидратов ампициллина и амоксициллина – слабокислые, близкие к нейтральным , натриевая соль ампициллина и ампиокс –щелочные [3, Приложение А]

К раствору антибиотика приливается 10 мл раствора соли меди, перемешивается, делается вывод на основании таблицы 1.1.

Таблица 1.1 – Эффекты, наблюдаемые при добавлении раствора соли Cu²⁺к раствору антибиотика

Лекарственная форма, изготовитель	Наблюдаемые эффекты
Феноксиметилпенициллин. Таблетки. ОАО «Синтез», Курган, Россия	Образуется прозрачный бледно-голубой раствор, не изменяющийся с течением времени.
Оксациллина натриевая соль. Порошок для инъекций. ОАО «Биосинтез», Пенза, Россия	Сразу же образуется осадок светло-серого цвета с зеленоватым оттенком
Бензилпенициллина натриевая соль. Порошок для инъекций во флаконах. ОАО «Биосинтез», Пенза, Россия	Образуется раствор голубого цвета, из которого через 1 мин начинает выпадать зеленый осадок
Карбенициллинадинатриевая соль. Порошок для инъекций во флаконах. «Ферейн», Москва, Россия	Образуется раствор зеленого цвета, из которого через 1 мин выпадает зеленый осадок
Ампициллина тригидрат. Таблетки. «Мосхимфармпрепараты», Москва, Россия	Образуется прозрачный раствор голубого цвета, который через 2-5 мин приобретает светло-зеленую окраску. Через 30 мин начинает выпадать зеленый осадок
Ампициллина натриевая соль. Порошок для инъекций во флаконах. «Ферейн», Москва, Россия	Раствор мгновенно приобретает интенсивную сине-фиолетовую окраску. Через 8-10 мин окраска раствора переходит в темно-зеленую, а через 40-45 мин в желто-коричневую
«Ампиокс-натрий», смесь ампициллина натриевой соли и оксациллина натриевой соли в массовом соотношении 2:1.Порошок для инъекций во флаконах. «Ферейн», Москва, Россия	Сразу же образуется объемистый осадок темно-синего цвета, который через 3-5 минут меняет свой цвет на темно-зеленый
Амоксициллина тригидрат. Таблетки «Амосин». ОАО «Синтез», Курган, Россия; Капсулы. Hemofarm, Югославия;Порошок для приготовления суспензий. Hemofarm, Югославия	Образуется прозрачный раствор бледно-голубого цвета, который через 5-10 мин приобретает светло-зеленую окраску. Осадок не выпадает

Существует модификация этой методики, согласно которой используется фильтровальная бумага, пропитанная раствором соли меди, а не сам раствор [3, c. 47].

1.4 Выводы

Антибиотики пенициллиновой группы имеют незначительные отличия в своем строении, которые и служат для их определения. Методы анализа пенициллинов можно разделить на две группы: приборные методы и методы «мокрой» химии. Методы первой группы невозможно использовать в качестве доступных из-за необходимости сложного оборудования. Методики с использованием солей меди вполне могут подойти для быстрого анализа, поскольку они относительно просты и обладают достаточной информативностью.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Объекты анализа

Для анализа нами были найдены следующие фармацевтический препараты: Бензилпенициллин(раствор для инъекций – Фармцентр/синтез Россия (основное действующее вещество – бензилпенициллин)), Ампициллин-КМП (таблетки – Киевмедпрепараты/Украина (основное действующее вещество – ампициллина натриевая соль)), Ампиокс натрия (порошок – Брынцалов А./Россия (основное действующее вещество – ампициллин и оксациллин)).

Так же нами было найдено пять различных препаратов с основным действующим веществом – амоксициллин, что позволило нам провести сравнение результатов анализа на амоксициллин по выбранной методике. Анализируемые растворы были получены из: Амоксил-КМП (Киевмедпрепарат, Украина), Амоксикар (Фармакар/Израиль) (кроме амоксициллина присутствует клавулоновая кислота), Амоклав-1000 (Фармлэнд/Беларусь), Амоксициллин (Фармлэнд/Беларусь), Оспамокс (Сандоз/Австрия).

2.2 Пробоподготовка

Согласно литературным данным, антибиотики в твердых лекарственных формах плохо растворимы в воде из-за присутствия в них специальных добавок. Перед анализом все твердые препараты были дополнительно измельчены в фарфоровых ступках. Из них были получены растворы путем добавления 25мл дистиллированной воды к порошкам, выстаивания полученных смесей в течении 30 минут для лучшего растворения и фильтрации через бумажный фильтр (рисунок 2.1).

1

2

3

4

5

6

7

8

Рисунок 2.1 – Фильтраты анализируемых препаратов

На рисунке слева-направо представлены растворы: 1 – Бензилпенициллин, 2 – Ампициллин-КМП, 3 – Ампиокс натрия, 4 – АмоксилКМП, 5 – Амоксикар, 6 –Оспамокс, 7 – Амоксициллин, 8 – Амоклав.

Растворы получились прозрачные и бесцветные за исключением раствора амоклава, который имел желтый цвет, раствора амоксила и оспамокса, которые имели некоторое количество взвеси препарата. Возможно цвет амоклава обусловлен присутствием клавулоновой кислоты. Следует отметить, что исходная лекарственная форма имела желтоватый цвет.

2.3 Определение среды растворов

С помощью универсальной индикаторной бумаги нами была определена среда полученных растворов.

Раствор препаратов Бензилпенициллин, Амоксил-КМП, Амоксикар, Оспамокс, Амоксициллин имели близкую к нейтральной реакцию среды, Ампициллин-КМП и Ампиокс натрия – щелочную, что полностью согласуется с литературными данными [3, с.47].

Амоклав имеет почти нейтральную реакцию среды.

2.4 Анализ антибиотиков с использованием раствора соли Cu²⁺

Для анализа нами был приготовлен раствор CuCl₂ c концентрацией ионов меди равной 0,1 моль/л.

К каждому анализируемому раствору мы прилили по 10 мл раствора CuCl₂.

Раствор препарата бензилпенициллина приобрел голубую окраску, через несколько минут в растворе образовалось небольшое количество сине-зеленого осадка (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 –Бензилпенициллин сразу после соединения растворов (слева) и через 10 минут справа

Раствор ампициллина натриевой соли сразу приобрел насыщенную синюю окраску, со временем окраска менялась к коричневому цвету через темно-зеленый. Образуется осадок (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 –Ампициллин натриевая соль сразу после соединения растворов (слева) и через 10 минут справа

В раствор ампиокса натрия образовалось много осадка густо-синего цвета, который достаточно быстро перешел в зеленый (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 –Ампиокса натрия сразу после соединения растворов (слева) и через 60 минут справа

Растворы препаратов, содержащих амоксициллин (Амоксил КМП, Амоксикар, Оспамокс, Амоксициллин) после добавления раствора меди приобрели бледно –голубую окраску (рисунок 2.5), переходящую в бирюзовый. Выпадения осадка не наблюдалось (рисунок 2.6).

1

2

3

4

Рисунок 2.5 –Растворы препаратов, содержащих амоксициллин сразу после соединения растворов

На рисунке слева-направо представлены растворы: 1 – АмоксилКМП, 2 – Амоксикар, 3 – Оспамокс, 4 – Амоксициллин.

1

2

3

4

Рисунок 2.6 –Растворы препаратов, содержащих амоксициллин через 10 минут

На рисунке слева-направо представлены растворы: 1 – АмоксилКМП, 2 – Амоксикар, 3 – Оспамокс, 4 – Амоксициллин.

Препарат Амоклав выбивается из выборки, так как при добавлении к нему реагента происходит выпадение зеленоватого осадка (рисунок 2.7).Это можно объяснить присутствием в нем клавулоновой кислоты.

Рисунок 2.7 –Амоклав после соединения растворов

Дополнительно к растворам амоксициллина добавили немного щелочи для придания нужной среды и при добавлении раствора соли меди в них произошло образование сине-фиолетового соединения, которое затем перешло в коричневый осадок (рисунок 2.8). Подобный эффект согласуется с литературными источниками [3, с.48].

Р
исунок 2.8 –Анализ в щелочной среде амоксикара (слева) и амоксициллина справа

2.5 Анализ амоксициллинов с использованием бумажного метода

Поскольку амоксициллин является наиболее дорогим препаратом пенициллиновой группы – его подделывают чаще. В качестве замены используют бензилпенициллин. В таком случае достаточно отличить амоксициллин от бензилпенициллина.

Мы пропитали фильтровальную бумагу раствором соли Cu²⁺ для анализа на амоксициллин.

На фильтровальную бумагу нанесли по одной капле бензилпенициллина и препаратов содержащих амоксициллин.

Капля амоксициллина явных признаков реакции не проявляет, капля бензилпенициллина на бумаге превратилась в сине-зеленое пятно (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 –Амоксициллин (слева) и бензилпениллин (справа) на фильтровальной бумаге

2.6 Выводы

В ходе эксперимента нами были проверены на соответствие заявленному четыре вида различных пенициллинов: препараты содержащие бензилпенициллин, ампициллин, ампиокс натрия и пять препаратов, содержащих амоксициллин. Результаты эксперимента полностью согласовываются с ожидаемыми, фальсификатов найдено не было. Препарат, содержащий клавулоновую кислоту вместе с амоксициллином отличается по проявляемым признакам реакции от препаратов содержащих только амоксициллин.

Методика определения пенициллинов, основанная на образовании различных по цвету и растворимости соединений с солью Cu²⁺является довольно простой и удобной в использовании. Использование фильтровальной бумаги, пропитанной этим раствором, значительно упрощает анализ. Бумажный метод является не таким информативным, однако для преследуемых целей его чаще всего будет достаточно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время достаточно широко распространены фальсификаты лекарств. Антибиотики – одна из самых востребованных групп фармацевтических препаратов, а пенициллины занимаю практически первое место по популярности из-за своих особых свойств. В связи с этим подделка именно пенициллинов является довольно заманчивой, а задача по проверке их на подлинность – актуальной.

Антибиотики пенициллиновой группы имеют незначительные отличия в своем строении, которые и служат для их определения. Методы анализа пенициллинов разнообразны, однако большинство методик часто требуют сложного оборудования, для быстрого анализа подходят методики с использованием раствора соли Cu²⁺. Они относительно просты и обладают достаточной информативностью.

Научно-практические задачи, поставленные для достижения цели работы, выполнены полностью.

В ходе выполнения работы были получены следующие выводы:

1. Определение пенициллинов в лекарствах можно проводить без использования сложного оборудования.

2. Бумажный способ анализа, несмотря на относительно невысокую информативность, пригоден для использования в домашних условиях.

В дальнейшем работа по усовершенствованию бумажного метода будет продолжена. Требуется контрольная проверка, как качественная, так и количественная, лекарственных средств на пенициллины в химических лабораториях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. MedicNow[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.medicnow.ru/mgos-69-1.html , Дата доступа 10.11.15

2. ExtraMedicina. Специальная фармацевтическая химия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.extramedicine.ru/tuns-675-66.html , Дата доступа 10.11.15

3. Алексеев В.Г., Лапшин С.В. Проверка пенициллинов // Научно-популярный журнал. Химия и жизнь – XXI век, №5, 2008

4. Белоусова Ю.Б., Козлова С.Н., Страчунского Л.С. Практическое руководство по антиинфекционной химиотерапии. Смоленск. Изд. НИИАХ СГМА, 2007, с.427

5. Википедия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Антибиотики ,Дата доступа 05.11.15

6. Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках. М., Изд. Наука, 2004, с.528.

7. Козлов С.Н., Страчунский Л.С. Современная антимикробная химиотерапия. Руководство для врачей. М., Изд. Боргес, 2001, с.432

8. Краткая медицинская энциклопедия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.golkom.ru/kme/01/1-94-1-1.htm/ , Дата доступа 05.11.15

9. Практическое руководство по антиинфекционной химиотерапии. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.antibiotic.ru/ab/013-22.shtml , Дата доступа 05.11.15

10. Справочник по антибиотикам. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.medkursor.ru/biblioteka/75/ , Дата доступа 10.11.15

11. ТамазянаГ.С. Эккстракционно-фотометрическое определение микрограммовых количеств бензилпенициллина (натриевая соль) основным красителем тиазинового ряда тионином. Вестник Хирургии Армении. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.medlib.am/articles/Geokchyan%20eks.pdf , Дата доступа 10.11.15.