第三篇 天然药用高分子材料及其衍生物
天然药用高分子
药用天然高分子摘要：随着材料科学的高速发展，人们对疾病的认识越来越深刻、明了，对天然药物的利用价值越来越看重，对药用天然高分子的研究也迎来了自己的高速发展的时期。
本文主要对药用天然高分子的种类、结构、性质以及利用情况、发展前景进行陈述关键字：药用天然高分子结构种类利用前景一、常见药用天然高分子简介1、药用天然高分子认识：药用高分子材料（polymers for pharmaceuticals）：具有生物相容性、经过安全评价且应用于药物制剂的一类高分子辅料，而药用天然高分子是指来源于自然界中的，在药品的生产和制造加工工程中使用的高分子材料的总称。
它包括作为药物制剂成分之一的药用辅料与高分子药物，以及与药物接触的包装储运高分子材料。
应用药物缓释技术，通过医用高分子材料包覆在药物表面，当然药物不是成块状的，而是很小的。
有高分子材料的保护，药物在短时间内不会被身体吸收，而是随血液流动到特定区域，当到达之后药物表面的高分子材料已经溶解到血液中，最终随体液排出。
而药物能够有针对性的治疗病患处而作为包装材料，应满足以下要求：（1）保证药品质量特性和成分的稳定；要根据药品及制剂的特性来选用不同的包装材料。
首先，药品包装材料必须具有安全、无毒、无污染等特性；其次，药品包装材料必须具有良好的物理化学和微生物方面的稳定性，在保质期内不会分解老化，不吸附药品，不与药品之间发生物质迁移或化学反应，不改变药物性能。
（2）适应流通中的各种要求；药品生产出后需要经过储存、运输等各个流通环节才能达到患者手中，每个环节的气候条件、流通周期、运输方式、装卸条件等各不相同甚至有很大的差异。
因此，药品的包装材料还要与流通环境相适应。
既要有一定的耐热性、耐寒性、阻隔性等物理性能，以满足流通区域中的温度、湿度变化的要求；又要有一定的耐撕裂、耐压、耐戳穿、防跌落等机械性能，以防止装卸、运输、堆码过程中的各种形式的破坏和损伤。
（3）具有一定的防伪功能和美观性；为防止假冒伪劣药品、保证药品的纯正，药品包装材料应具有一定的防伪能力，患者通过包装材料可以方便的辨别药品的真假。
药用高分子材料及其相关发展
药用高分子材料及其相关发展李彦松制药072 学号：050714214摘要随着材料科学的高速发展，高分子材料对药物制剂的研究和发展也起到非常重要的作用。
本文将着重介绍药用高分子材料与药物制剂的发展；药用高分子材料的安全性；我国药用高分子应用和研究开发现状；高分子辅料与缓控释系统发展的关系。
关键词药用高分子材料、生物相容性、辅料、高分子辅料、缓控释系统药用高分子材料学是高分子科学与生命科学等诸学科之间互相渗透的一个重要交叉领域。
药用高分子材料在现代药物制剂的研发、生产和应用中起着重要的作用，对开发提高药品质量和发展新型药物传输系统具有重要的意义。
1．药用高分子材料与药物制剂的发展药用高分子材料是指在药物制剂中应用、本身一般不具备药理和生理活性但能够赋予或改善药物制剂特定性能的各种高分子。
药用高分子材料在现代药物制剂研发及生产中起着重要作用，对提高药品质量和发展新型药物传输系统具有重要意义[1]。
表1列出了目前在药物制剂中常用的一部分药用高分子材料。
可以看出，作为药剂添加剂应用的高分子多种多样，它们可以是药品成形的助剂，也可以用于提高药物稳定性、溶解性、吸收和生物利用度等[2]。
表1 药物制剂常用的高分子材料正因为许多新的具有特殊性能的高分子材料的出现，诸如口服缓释和控释片剂、微丸剂、皮下埋植剂以及注射用靶向制剂等现代药物传输系统等才得以问世。
这些新型药物制剂改变了人们的用药方式和给药量，使疾病的治疗和预防更为有效[4]。
采用纤维素衍生物和丙烯酸树脂制备的不同药物的缓释及控释片剂和胶囊己经在临床治疗中广泛使用，一天需数次服药的许多普通制剂正在被一天二次或仅服一次的缓控释制剂取代，在减少服药次数的同时降低了血药浓度的波动性、减少了毒副作用而受到患者的欢迎。
原来需要每日注射一次的促黄体激素释放激素注射液，在制备成聚乳酸微球后一次皮下注射可将药效延长至3个月甚至6个月之久。
应用高分子材料作为多肤、蛋白质以及基因的转运载体已成为21世纪初的热点研究领域。
生物医用材料教案
《生物医用材料》教案第一章：绪论介绍生物医用，药用高分子材料的基本概念，发展状况，应用前景及本课程学习的内容。
第一节：高分子基本概念一、高分子的定义：高分子指的是分子量（相对分子质量）很大的一类化合物。
常称为高分子化合物或高聚物，由成百上千个原子组成的大分子结构。
（高分子、高聚物、聚合物之间异同）。
由小分子（一种或多种）通过共价健连接而成的链状或网状分子，低高之间无严格界限（具有特性即可）。
一般意义上分子量≥10000称为高分子化合物。
举例：H2C=CH2 ——→—— CH2 — CH2 ——n PE聚合通式：nA —→—— A ——n或：nA+nB—→—— A—B ——n介绍：结构单元与重复单元的概念，聚合度与分子量之间的关系。
二、高聚物的分类与命名1、按高聚物的化学结构分类，可将高聚物分成有机高聚物、元素有机高聚物、无机高聚物三类。
（1）有机高聚物碳链：主链上全为碳原子：烯烃类、二烯类杂链：除碳外，还有氧、氮、硫、磷等原子。
（2）元素有机高聚物：大分子主链中无碳原子。
主要为硅、硼、铝等原子组成，但侧基却含有有机机团：如：甲基、乙基、芳基等。
CH3例：聚二甲基硅氧烷：—— O ―si ——n 硅橡胶（3）无机高聚物：主侧链均无碳原子，石墨、金刚石。
另：介绍基体不同的复合材料概念。
2、按性能和用途分类：习惯名称、化学名称、商品名称：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等，根据配方和加工条件的不同，同一种材料可有不同的用途。
例：PVA－粘合剂、涂料、药膜；PA－塑料、纤维。
3、以结构为基础的系统命名法：（IUPAC国际纯化学和应用化学联合会），单体前冠“聚”字。
三、聚合反应：两类：不饱和乙烯类单体或环状化合物，自身加成聚合。
两个或两个以上官能团之间反应，缩聚而成。
共聚—共聚物、共缩聚。
1、加聚（自由基）链引发：I—→2R·链增长：R·—→M—→RM·,RM+M—→RMM·……链终止：RM﹏M·+RM﹏M· RM﹏MMM﹏RRM﹏M+RM﹏M链转移：RM﹏M·+AB—→RM﹏MA+B·I：引发剂：R：自由剂；AB链转移剂。
药用天然高分子材料
多糖及其衍生物
➢ 淀粉及其衍生物__淀粉
✓ 淀粉的结构与性质__淀粉的结构 • 一级结构：单体
a-D-吡喃葡萄糖
➢ 淀粉及其衍生物__淀粉
✓ 淀粉的结构与性质__淀粉的结构 • 一级结构：键接方式 I
还原端
n
- nH2O
酶
直链淀粉：由a-D-吡喃葡萄糖通过1,4-糖苷键连 接成的聚合物分子。直链淀粉含有一个还原端(半 缩醛)。
✓ 按照其化学组成和结构单元：
• 植物源； • 动物源； • 藻类等微生物源
✓ 按照加工制备方法来：
• 天然高分子； • 生物发酵或酶催化合成的高分子； • 天然高分子衍生物三大类
概述
➢ 天然药用高分子材料的特点：
✓ 基本性能：作为传统的填充辅料而言，天然药用高分子材料一般具有性能稳定、 成膜性好、价格低廉等特点；
➢ 淀粉及其衍生物__淀粉
✓ 淀粉的结构与性质__淀粉的结构
• 二级结构：支链淀粉
※ 聚合度约105-106，分子 量约数千万至上亿。呈 树枝状分支结构。主链 ，支链均成不同程度， 长短不一的螺旋。流体 力学半径仅为20-75 nm 左右，呈现高密度线团 构象。
➢ 淀粉及其衍生物__淀粉
✓ 淀粉的结构与性质__淀粉的结构 • 三级结构(聚集态结构)__淀粉粒
➢ 淀粉及其衍生物__淀粉
✓ 淀粉的结构与性质__淀粉的性质
• 一般物性
※ 淀粉的糊化：
* 糊化：在过量水中，淀粉加热至60～80℃时，颗粒可逆地吸水膨胀，至某一温 度时，颗粒突然大量膨化、破裂，晶体结构消失，最终变成粘稠的糊，这种现 象称为淀粉的糊化，发生糊化所需的温度称为糊化温度。
* 糊化过程的本质：糊化 的本质是高分子的溶胀 溶解现象——先溶胀后 溶解，加热破坏结晶。
药用天然高分子
热凝胶化和昙点
热凝胶化和昙点是水溶性非离子型纤维素衍生 物的重要特征，这种特征表现为为聚合物溶解 度不随温度升高而升高。将聚合物溶液加热， 当其高过低临界溶液温度时，聚合物能从溶液 中分离出来，此时称为昙点。
液晶的形成
（一）醋酸纤维素
结构与性质
–醋酸纤维素（CA）是部分乙酰化的纤维素，含乙 酰基（CH3CO）29%~48%。
a.具有良好的黏合性、可压性、促进崩解和溶出性能，且其崩 解作用不受崩解液PH的影响；
b.改善药物溶出作用，有利于生物利用度的提高；
c.改善成粒性能，加水后有适度黏着性，故适于流化床制料， 高速搅拌制粒，并有利于粒度均匀，成粒容易。
值得注意的是，采用预胶化淀粉作为直接压片的干 燥黏合剂，应尽量不用或少用（用量不可超过0.5%） 硬脂酸镁为润滑剂，以免产生软化效应，影响片剂 的硬度。
四、羧甲基淀粉钠（CMS-Na）
1、来源与制法
又称为乙醇酸钠淀粉，为聚α-葡萄糖的羧甲基醚。 含钠量低于10%，取代度为0.5。系由淀粉在碱存在 下与一氯醋酸作用制得。
2、性质 CMS-Na能分散于水，不溶于其他有 机溶剂。具有较强的吸水性及吸水膨胀性，在 水中的体积能膨胀300倍。 3、应用
–醋酸纤维素与纤维素相比，耐热性提高，不易燃烧， 吸湿性变小，电绝缘性提高。
–醋酸纤维素或二醋酸纤维素比三醋酸纤维素更易溶 于有机溶剂。醋酸纤维素的乙酰基含量下降，亲水 性增加，水的渗透性增加，三醋酸纤维素含乙酰基 含量最高，熔点最高，限制了水的渗透。
应用：
–醋酸纤维素和二醋酸纤维素常供药用，缓释和控释 包衣材料多用后者。二醋酸纤维素不溶于水、乙醇、 碱溶液，溶于丙酮、氯仿、醋酸甲酯和二氧六环等 有机溶剂，溶液有良好的成膜性能。
纤维素及其衍生物
纤维素的基本性质
4、 溶胀性 纤维素的有限溶胀可分为结晶区间溶胀(液体只进到结晶区间的
无定形区，其X-射线衍射图不发生变化)和结晶区内溶胀(纤维素原 来的X-射线衍射图谱改变，而出现新的X-射线衍射图谱)。
纤维素的基本性质
5、降解 ①热降解：受热时或发生水解或氧化降解。 20-150℃ ，只进行纤维素的解吸； 150-240℃ ，产生葡萄糖基脱水； 240-400℃ ，断裂纤维素分子中的苷键和C-C键； 400℃时，芳构化和石墨化。
MCC具有吸湿性。
三、微晶纤维素
（二）性质 2、可压性：制剂工艺中常以硬 度衡量可压性。同一种原料在相 同压力下，粒径越小，接触面积 越大，可压性越大，片剂硬度越 高。MCC分子内存在氢键，受压 时氢键缔合，具有高度变形性， 可被压制成一定形状和坚实的压 缩物，极具可压性。
三、微晶纤维素
（二）性质 3、崩解性：MCC为多孔微细粉末，具有较大的比表面积，
由于聚合度很大，则分子间的氢键力非常大，可能大大超过C-O-C的主价 键力。一般来说，纤维素中结晶区内的羟基都已形成氢键，而在无定形 区，则有少量没有形成氢键的游离轻基，所以水分子可以进入无定形区， 与分子链上的游离羟基形成氢键，即在分子链间形成水桥，发生膨化作 用。
纤维素的基本性质
3、 吸湿性 由X-射线衍射的研究表明，纤维理，收集其中不溶解部分(称为α-纤维素），转鼓干燥，制 成片状，机械粉碎即得。
粉状纤维素的聚合度约为500，相对分之质量约为2.43×105。
（二）性质
粉状纤维素具有一定的可压性，最大压 紧压力为50MPa。
溶解性：在水、稀酸和大部分有机溶剂 中几乎不溶，在5%（W/V）的NaOH溶液中 微溶。
经历不同湿度的环境后，其平衡含水量的变化，存在滞后现象，即吸附时的 吸着量低于解吸时的吸着量。
生物质高分子材料与技术3篇
生物质高分子材料与技术第一篇：生物质高分子材料的定义和种类生物质是指来自生物体的有机物质，如植物、动物、微生物等。
而生物质高分子材料则是指由生物质作为原材料生产的高分子化合物，具有广泛的应用领域。
本文将对生物质高分子材料的种类和应用做一个简要介绍。
一、种类1. 生物质聚合物生物质聚合物是指整个生物体中的单体、单糖、多糖等生物大分子，如淀粉、纤维素、木质素、蛋白质、核酸等。
这些聚合物一般是以天然形式存在，并且具有高分子材料的性质：强度高、耐久性好、可降解性强等。
因此，在生物质高分子材料的开发中，生物质聚合物具有广泛的应用前景。
2. 生物质衍生物生物质衍生物是指由生物质作为原材料，经过各种化学处理、反应转化而形成的高分子材料。
常见的有木质素衍生物、纤维素衍生物、淀粉衍生物、蛋白衍生物等。
这些材料具有良好的可降解性和可再生性，并且生产成本较低，是一种具有开发前景的高分子材料。
3. 生物基复合材料生物基复合材料是指将生物质材料与其他高分子材料或非高分子材料组合而成的复合材料。
例如将天然纤维与聚合物复合制成的生物基复合材料，具有良好的机械强度和化学稳定性，因此在汽车、建筑等领域有着广泛的应用。
二、应用1. 生物质高分子材料在包装领域的应用生物质高分子材料具有良好的可降解性，因此在包装领域有着广泛的应用。
目前，一些食品包装材料、日用品包装材料已经开始采用生物质高分子材料，有利于减少人类对环境的影响。
2. 生物质高分子材料在医疗领域的应用生物质高分子材料具有生物相容性好、可降解性好等特点，因此在医疗领域中有着广泛的应用。
例如生物质高分子材料可以用于制造可降解的赋形支架、骨修复材料等。
3. 生物质高分子材料在汽车领域的应用生物质高分子材料的机械强度和化学稳定性较高，因此在汽车领域有着广泛的应用。
例如，生物质高分子材料可以用于汽车内饰、外部零部件、制动系统等。
总之，随着对环境保护意识的不断增强，生物质高分子材料在各个领域的应用前景必然会越来越广泛，未来的发展前景一片大好。
药用天然高分子材料
老化作用的防止与利用
在生产上为了防止淀粉的老化作用，采用高温糊化，同时进行激烈搅拌，使淀粉分子充分分散，但必须严格控制加热时间及搅拌条件，使淀粉糊液保持一定的粘度。 淀粉发生凝沉作用，可使食品品质下降，但有时也可利用淀粉的凝沉作用制造各类制品，如我国粉丝的制造，就是利用含直链淀粉高的淀粉（如绿豆、豌豆等），通过糊化、凝沉、干燥等步骤制成。
(3) 有的药物具有不良臭味、苦涩味，甚至有些具有较强的刺激性，影响该制剂的应用，特别是对于儿童和老人，将其制成包合物可使不良臭味、苦味减轻或消除。
(4) 用-环糊精包合挥发油，可使其粉末化，制成散剂、颗粒剂、片剂、硬胶囊剂等剂型，不仅便于生产，而且可使剂量准确，利于保存和携带。
-1,6苷键
-1,4-苷键
支链淀粉
支链淀粉构象示意图
1.淀粉粒的比重约为1.5，不溶于冷水,但吸湿性很强——淀粉制造工业的理论基础 所谓水磨法，就是利用这一性质。先将原料打碎成糊 (若原料为玉米一类籽粒粮则必须先行浸泡，然后湿磨破坏组织，使其成糊)，除去蛋白质及其它杂质，再使淀粉在水中沉淀析出 2.直链淀粉溶于热水（60-80度），支链淀粉不可溶。（可用于分离二者）
（三）、淀粉的性质
3.淀粉的糊化
淀粉在水中经加热后出现膨润现象，继续加热，成为溶液状态，这种现象称为糊化，处于这种状态的淀粉称为-淀粉。
表2-5 几种谷物淀粉粒的糊化温度
淀粉种类
糊化温度范围（℃）
糊化开始温度（℃）
大米
58~61
58
小麦
65~67.5
65
玉米
64~72
64
高粱
69~75
69
二、糊精
(一) 来源与制法
淀粉
水解
药用高分子ppt
几种典型的功能性辅料应用情况
乳糖广泛用作片剂和胶囊剂的填充剂或稀释剂，有时也用
在冻干产品和婴儿实物配方中，乳糖也可作为粉末吸入剂 的稀释剂 微晶纤维素是一种纯化的、部分解聚的纤维素，是由多孔 微粒组成的晶体粉末。当使用浓度不同时，表现出不同的 功能。如：浓度为5％～20 用作抗黏剂；5 ～15 用作崩解 剂 滑石粉曾是广泛应用的口服固体制剂的润滑剂和稀释剂 聚山梨酯80是一种非离子型表面活性剂，在药物、食品中 广泛用作乳化剂、分散剂、增溶剂或稳定剂
如今我国药用制剂及辅料的发展状况
2009-2014年国内药用辅料总产 值 我国药用辅料质量标 准构成情况
药用辅料行业企业结构
第四节 安全性评价和质量管理。
药用辅料标准存在的问题 1 比其他国家药典收载率低 2 标准分类不细 3使用环节对辅料性质研究不足使用不科学， 处方合理性研究不足用量不当等。 4缺乏完善系统的管理体系和机制 5对药用辅料的生产供应环节缺乏有效监管 6对建立药用辅料标准体系不够重视
合成高分子药物的出现，不仅改进了 某些传统药物的不足之外，而且大大丰富 了药物的品种，为攻克那些严重威胁人类 健康的疾病提供了新的手段。因此以合成 高分子药物取代或补充传统的低分子药物， 已成为药物学发展的重要方向之一。
1.5药用高分子材料的定义 药用高分子的定义至今还不甚明确。 但药用高分子材料它是于20世纪90年代才 在我国建立起来的一门崭新的学科。随着 药物制剂理论和实践的飞速发展，多种新 型药用高分子材料也相继出现。近几年， 我国药用高分子材料的发展也取得了重大 的成就。
5淀粉也被用作新的药物传递系统的辅料，如鼻粘膜、口 腔和牙周等部位传递系统。 6.也用于局部用制剂。例如，因其吸收性被用于人用扑 粉中，作为软膏制剂中起到皮肤覆盖层的作用。
天然产物及其衍生物在药物开发中的作用
天然产物及其衍生物在药物开发中的作用天然产物和其衍生物一直被广泛应用于药物开发。
这些化合物往往具有天然产物的药理活性和结构意义，以及衍生物的更好的物理和化学性质。
在该领域的研究中，鉴定、分离、纯化、结构分析、合成和修改等技术应用的进步，为药物研发提供了更强有力的支持。
本文将讨论天然产物及其衍生物在药物开发中的作用。
一、天然产物的丰富性自然界中有着各种各样的生物，这些生物所产生的化合物存在着巨大的多样性。
所以，天然产物在药物开发中是不可替代的资源，从而成为了新药研究发现的基础。
例如，马来酸（paclitaxel）是从紫杉醇属的植物中提取出来的生物碱化合物，在肺癌、卵巢癌等肿瘤疾病治疗中具有出色的活性。
二、天然产物的高效筛选药物研发的第一步是药物筛选，也就是鉴定化合物的生物活性。
在天然产物筛选中，生物活性已经得到了充分验证，而且和人体内的生物分子更加相像。
因此，对于正在开发的新药，天然产物在公司内部化合物库中已经达到了最高的比例。
例如，许多抗癌药物，如顺铂、多柔比星和卡培他滨等，都是从天然产物中获得的。
三、天然产物的化学修饰由于天然产物的生物活性和药理作用，并不一定适用于对于身体的治疗，因此有必要进行化学修饰。
有了化学修饰，才能使药物更好地满足临床需求。
例如，伊立替康就是通过天然的双环四价铬离子接羟乙基磺酰带来的自发毒性的“通静脉给药”来改进之前的引物放射学改良治疗。
四、天然药物的改进天然药物的改进也是一个重要的方向，地生物天然产物具有疗效，而在地面上却因化学稳定度低、药代谢速度快等因素不易应用于药物研发。
但是通过一些处理措施，它们能够平衡这些风险，并成为一种能够展现出潜在药理学活动的一流药物。
例如，美托洛尔正是一种通过天然中有机物质改进而来的药物，是一种选择性白细胞多巴胺β受体拮抗剂。
五、天然药物的扩大化学数组除了天然产物和衍生物被广泛应用于药物发现和改进外，它们的衍生物也是一个重要的方向。
许多受欢迎的药物都是从天然产物中获得的，但是它们的不足之处也是可以通过人工合成来补充的。
天然药用高分子材料及其衍生物
显色 原理： 淀粉和糊精分子都具有螺旋结构，每6个葡萄糖基组成的 螺旋内径与（I2.I -)直径大小匹配，当与碘试液作用时， （I2.I-)进入螺旋通道，形成有色包结物. 螺旋结构长，包结的（I2.I-)多，颜色加深 直链－兰色 支链－紫红 加热－螺旋圈伸展成线性－颜色褪去 冷却－螺旋结构恢复－颜色重现
纤维素是杆物细胞壁的主要成分，构成杆物组织的基础。
纤维素都是由Ｄ－葡萄糖单体缩聚而成的一个直链高分子，而且都是以－１，４－葡萄糖苷键的形式连结起来的。 分子式：(C6H10O5)n n=10000
-1,4-苷键
纤维素的成键特征
纤维素的结构
~0.02%
~37%
~63%
半缩醛羟基（苷羟基）
是广泛应用的崩解剂，系淀粉的羧甲基醚，水性羧甲基的存在，使淀粉分子内及分子间氢键减弱．结晶性减小，轻微的交联结构降低了它的水溶性，从而在水中易分散并具溶胀性．吸水后体积可增加300倍。目前国内外均有商品出售。
2 羟乙基淀粉
（1 ）用作冷冻时血红细胞的保护剂
01
防止红细胞冷冻和溶解过程溶血；
02
体内支链淀粉羟乙基化后，抵抗淀粉酶；
硬脂酸镁（<0.5%)润滑剂－软化效应
02
α－淀粉－全部预胶化－只做黏合剂
03
预胶化淀粉
04
Γ淀粉
05
淀粉加水高压改性
06
糊精
07
片剂胶囊剂-稀释剂
08
片剂－黏合剂－释放性能差，干扰主药含量测定
09
口服液体制剂或混悬剂－增稠剂
10
二 淀粉衍生物
羧甲基淀粉钠
A
羟乙基淀粉
B
交联淀粉
C
1 羧甲基淀粉钠
药用高分子材料 第二版 姚日生
姚日生主编
制药工程专业
目
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
录
绪论 高分子材料的结构与性能 高分子材料在药物制剂中的应用原理 天然药用高分子材料及其衍生物 药用合成高分子 高分子药物 药品包装与贮运材料
第一章
绪
论
第一章 绪
论
药用高分子材料作为药用辅料和药物时，主要 用于提高药剂的稳定性、药物的生物利用度和 药效，改善药物的成型加工性能，改变给药途 经以开发新药、实现智能给药，同时大大促进 医药科学的发展。
H H C C H CH3
H H H H H H C C O C C O C C O H H H H H H
单体单元
monomer Units
聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元
高 分 子 基 本 概 念
Attention!
对于聚烯烃类采用加成聚合的高分子单体单元与单体 的结构是一致的，仅电子排布不同 对于缩聚，开环聚合或者在聚合中存在异构化反应的 高分子单体单元与单体的结构不一致
高 分 子 反 应的 影 响 因 素
静电荷与位阻 结晶结构 溶解度或溶胀度 其他因素
高 分 子 反 应 类 型
一般的有机反应 高分子的表面反应 高分子的降解反应及络合反应
药 用 高 分 子 的 由 来 与 发 展
我国是医药文明古国，中草药用于治疗生物体疾 病的历史十分悠久，天然药用高分子的使用要比西方 国家早得多。东汉张仲景（公元142～219）在《伤寒 论》和《金匮要略》中记载的栓剂、洗剂、软膏剂、 糖浆剂及脏器制剂等十余种制剂中，首次记载了采用 动物胶汁、炼蜜和淀粉糊等天然高分子为多种制剂的 赋形剂，并且至今仍然沿用。
2药用天然高分子材料
⑥水解性 a．酸水解 与淀粉(特别是直链淀粉)分子中苷键(α-1,4-苷键)在酸性条件下 水解相比，纤维素分子中苷键要稳定的多。后者需要在浓酸(常用 浓硫酸或浓盐酸)催化或较高温度条件下，才能与水作用，形成相 应的降解产物。其机理可能是纤维素分子构象(见下图)中，前一 个吡喃葡萄糖基的1位氧(具孤对电子)与后一个吡喃葡萄糖基4位 羟基氢形成分子内氢键缔合，使苷键原子处于相对封闭状态，结 果在水解时氢质子不易接近苷键氧原子，需要破坏这部分氢键即 在更为激烈的条件才能使纤维素的β-1,4-苷键开裂。
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(2)性质 ①化学反应性 纤维素分子中每个葡萄糖单元均有3个醇羟基，纤维素分子中 存在的大量羟基对纤维素的性质有决定性的影响，它们可以发生 氧化、醚化、酯化反应，分子间氢键，吸水润胀，接枝共聚等。 羟基的反应活性与其羟基类型有关。以酯化为例，伯醇羟基的反 应速度最快。 ②氢键的作用 纤维素大分子中存在大量的羟基，它们可以在纤维素分子内 或分子间形成缔合氢键，也可以与其他分子(如溶剂水及其他极 性物质 )形成氢键。一般来说，纤维素中结晶区内的羟基都已经 形成氢键，而在无定形区，则有少量没有形成氢键的游离羟基， 所以水分子可以进入无定形区，与分子链上的游离羟基形成氢键 ，发生膨化作用。当分子中纤维素氢键的破裂和重新生成时，对 纤维素物料的性质如吸湿性、溶解度以及反应能力等都有影响。
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(2)纤维素的物理结构改性 ①纤维素的物理结构改性与粉状纤维素 将植物纤维材料纤维浆，用17.5%NaOH(或24%KOH)溶液在 20℃处理，不溶解的部分(称α-纤维素)中包括纤维浆中的纤维素 与抗碱的半纤维素，用转鼓式干燥器制成片状，再经机械粉碎 即得粉状纤维素，又称纤维素絮。 粉状纤维素呈白色，无臭，无味，具有纤维素的通性，不同细 度的粉末的流动性和堆密度不一，国外有多种商品规格，其大小 从35-300μm不等，或呈粒状，在相对湿度为60%时，平衡吸湿量 大都在10%以下，特细的规格，吸湿量较大。粉状纤维素的聚合 度约为500，相对分子质量约为2.43×105，不含木素、鞣酸和树 脂等杂质。 粉状纤维素(powdered cellulose)美国、英国、欧洲及日本定形区，链分子中的羟基只是部分的形成氢键， 还有部分是游离的，这部分游离的羟基，易与极性水分子形成氢 键缔合，产生吸湿(水)作用。纤维素吸水后干燥的失水过程，称 为解吸。纤维素吸水后再干燥的失水量，与环境的相对湿度有关， 纤维素在经历不同湿度的环境后，其平衡含水量的变化存在滞后 现象。即吸附时的吸着量低于解吸时的吸着量，如下图所示。
辅料的性质及使用
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------辅料的性质及使用辅料的性质及使用药用天然高分子材料第一部分淀粉及其衍生物一淀粉 starch （一）来源主要为玉米淀粉（二）化学结构葡萄糖聚合物，分为直链淀粉amylose 和支链淀粉 amylopectin 两类。
在各种淀粉中，直链淀粉约占20％～25％，支链淀粉约占75％～85％。
（三）性质玉米淀粉为白色晶状粉末，无臭。
不溶于水、乙醇、乙醚等。
吸湿性很强。
常温常压下，淀粉有一定的平衡水分，谷类淀粉为 10～12％，薯类淀粉为 17～18％，用做填充剂、稀释剂和崩解剂的淀粉宜用平衡水分小的玉米淀粉和小麦淀粉。
糊化 gelatinazation 淀粉形成均匀糊状溶液的现象。
糊化后的淀粉浆脱水干燥，可得易分散于凉水的无定形粉末，即可溶性淀粉。
玉米淀粉的糊化温度：62～72 度，马铃薯淀粉的糊化温度：56～66 度。
直链淀粉比例大时，难糊化。
老化 retrogradation 淀粉凝胶经长期放置，会变成不透1 / 3明甚至发生沉淀现象。
最适宜温度 2～4 度。
gt;60 度或lt;20 度，都不会发生老化。
含水量在 30～60％，最易老化。
直链淀粉遇碘液显蓝色或紫红色。
玉米淀粉的一些物理参数：2％的水混合物液 pH 值为 5.5～6.5，堆密度为 0.462g/ml，实密度为 0.658g/ml，比表面积为 0.60~0.75m2/g；粒经在2～32m，流动性不良，流动速度为 10.8~11.7g/s。
（四）应用片剂的稀释剂、崩解剂、粘合剂、助流剂。
崩解剂 3～15％，粘合剂 5～25％。
淀粉浆（玉米淀粉），常用浓度 8％-15％，完全糊化的温度是 77 度。
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2 羟乙基淀粉
（1 ）用作冷冻时血红细胞的保护剂 防止红细胞冷冻和溶解过程溶血； 体内支链淀粉羟乙基化后，抵抗淀粉酶；
（2 ）与二甲基亚砜复配作为骨髓的良好冷冻保护剂
3 交联淀粉
（1）冷冻稳定性和冻融稳定性－交联化学键 （2）膜强度提高，膨胀度热水溶解度降低－交联度 （3）耐酸碱和剪切力－食品工业增稠剂
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一 淀粉 1 结构 （1） 直链淀粉－10％－20％－胶淀粉 （2 ) 支链淀粉－80％－90％－糖淀粉 结构单元： D－吡喃型葡萄糖基
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直链淀粉
Ｄ－葡萄糖以 －１，４－苷键聚合而成的线性聚合物； 平均聚合度为800－3000；相对分子质量 约为128000－480000 空间结构：
加热140－150 ℃ －冷却
热水不溶
结 晶
凝胶
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淀粉糊化
定义：
直－支不分离，过量水，60－80℃，颗粒可逆吸水膨胀，至 某一温度时，整个颗粒突然大量膨化、破裂，晶体结构消 失，变成粘稠的糊，停止搅拌立即下沉
本质： 糊化温度
水分子进入淀粉粒中，结晶相和无定形相的淀粉分子之间的 氢键断裂，破坏了缔合状态，分散在水中成为亲水性胶体 直链淀粉比例大，糊化困难
３、环糊精
用杆菌Bacillud macenand 发酵得环状淀粉，称环状糊 精。环状糊精是６－１２个Ｄ－葡萄糖单体用 －１， ４－苷键连结成的环，有六、七、八聚体。 可作为相转移催化剂及生产药物包合物。
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3 淀粉及聚集态结构变化的淀粉在药物 制剂中的应用
用途：片剂的稀释剂、崩解剂、黏合剂、助流剂 崩解剂 （1）淀粉－不溶或微溶片剂 缺点：可压缩性差，难以成型，需加适量糖粉或糊精混 合增加黏性和硬度 崩解机理: （1）淀粉直链分散于支链网孔中，支链遇水膨胀，直 链脱离，促进淀粉崩解 （2）非均相结构（晶区及无定形区）受力不平衡性 （3）毛细吸水作用
CH2OH O HO
O
1
OH O
4
CH2OH
O
OH
1 4
HO
-1,4-苷键
CH2OH
O HO
O
OH O
直链 淀粉 的成 键特 征
O
1
CH2OH
支链 淀粉 的成 键特 征
HO HO CH2OH O HO
-1,6苷键
O
1
OH O
6 4
OH O
CH2
O
OH O
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HO
植物、动物、藻类
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二
天然药用高分子材料的分类
1 化学组成：多糖类、蛋白质类、其它 2 原料来源：淀粉、纤维素、甲壳素及其衍生 物
3 加工制备：天然、生物发酵酶催化、衍生物
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三 天然药用高分子的特点
共性：无毒、应用安全、性能稳定、成膜性好、 生物相容性好、价格低廉－传统制剂 特殊：现代剂型和给药系统 缓控释制剂、纳米药物制剂、靶向给药 系 统和透皮治疗系统
水解产物
麦芽、葡萄糖及糊精 麦芽糖 β－葡萄糖 －
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（3）显色
原理： 淀粉和糊精分子都具有螺旋结构，每6个葡萄糖基组成的 螺旋内径与（I2.I -)直径大小匹配，当与碘试液作用时， （I2.I-)进入螺旋通道，形成有色包结物. 螺旋结构长，包结的（I2.I-)多，颜色加深 直链－兰色 支链－紫红 加热－螺旋圈伸展成线性－颜色褪去 冷却－螺旋结构恢复－颜色重现
Y胶化淀粉将与淀粉相比
预胶化淀粉弹性较小，与水亲和性好，容易在水中分散 压缩性能、干燥粘合性、流动性和润滑性良好 溶胀迅速
适合用作片剂和胶囊剂的填充剂和崩解剂
（3）水解－糊精 制法：干燥状态下将淀粉水解－与无机酸共热 兰糊精 红糊精 无色糊精
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分子内氢键作用链卷曲－右手螺旋形，6个葡萄糖形成一个螺旋
直链淀粉在玉米、马铃薯等的淀粉中的含量约占２０－３０％。
能溶于热水而不成糊状，相对分子质量比支链淀 粉小。是在 直链上有少数支链；每隔15个单元分支
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葡萄糖单位
－１，４－苷键
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O 1 H HO H H 5 H OH H OH OH CH2OH
~0.02%
D-Gulose
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成环时，葡萄糖的羰基与C-5上的羟基经加成反应 形成稳定的六元环。
H HO H H 1 CHO 2 OH 3 H 4 OH 5 OH 6 CH2OH
H H OHH 1 6 5 HOH2C CHO OHOHH OH
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3.2 多糖类天然药用高分子
关于多糖 定义：多个单糖分子脱水、缩合苷键连接 均多糖：一种糖基聚合而成－淀粉、纤维素、甲壳素 中性多糖 杂多糖：两种或两种以上糖基聚合而成－果胶、海藻酸 酸性多糖 特点：分子量大、无定性粉末或结晶，苷键可水解，无 甜味，有旋光性，无变旋现象
纤维素的成键特征
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从葡萄糖的开链 结构可见，它既 具有醛基，也有 醇羟基，因此在 分子内部可以形 成环状的半缩醛
~37%
H 1 H HO H H
5
半缩醛羟基 （苷羟基）
OH OH OH O H OH CH2OH HO HO H HO H H
5 1
~63%
H OH O H OH CH2OH
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注意： 硬脂酸镁（<0.5%)润滑剂－软化效应 α－淀粉－全部预胶化－只做黏合剂 预胶化淀粉 Γ淀粉 淀粉加水高压改性 （3）糊精 片剂胶囊剂-稀释剂 片剂－黏合剂－释放性能差，干扰主药含量测定 口服液体制剂或混悬剂－增稠剂
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6 HOH2C
H H OH H 5 OHOHH OH
1 CHO
H 5 H 4 OH OH H
6 CH2OH H 2 OH CHO 1
H OH
6 CH 2OH .. 5 OH .. H H H OH 1 H OH
O
OH 3
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成环后，原来的羰基碳原子（C-1）变成了手性碳 原子，C-1上新形成的半缩醛羟基在空间的排布方 式有两种可能。
OH H
α-D-吡喃型葡萄糖
β-D-吡喃型葡萄糖
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1.环状结构糖的变旋现象
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纤维素的结构
纤维素都是由Ｄ－葡萄糖单体缩聚而成的一个直链高分子，
而且都是以－１，４－葡萄糖苷键的形式连结起来的。
分子式：(C6H10O5)n
n=10000
CH2OH O HO
O
O OH
1
HO
4
OH
1
4
CH2OH
CH2OH
O
O HO
O
O OH
-1,4-苷键
7 8
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淀粉粒超大分子结构模型
环层结构 局部结晶网状结构 骨架：支链分子 包含分布：直链分子 结晶区：25％－50％ 无定形区：其余
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2
性质
⑴ 一般物理性质
白色结晶粉末，球状或多角形 分散于水，pH＝5.5-6.5 接触角＝80.5-85
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2
淀粉改性
（1) 糊化－可溶α－淀粉 （2）预胶化－部分α化 预胶化淀粉：可压性淀粉 淀粉经化学或物理改性，在有水存在下，淀粉粒全部或 部分破坏.部分直链淀粉和支链淀粉从淀粉粒中游离出来 条件：强力压缩后解压或加热其水混悬液 预胶化淀粉系无定形粉末，通常含5％游离态直链淀粉， 15％游离态支链淀粉和80％非游离态淀粉，也可能含有 处理过程中添加的少量表面活性剂等。
半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基（C-5上的羟基） 在碳链同侧的叫做α型，在异侧的称为β型。
α型和β型是非对映异构体。它们的不同点是C-1 上的构型，因此又称为异头物（端基异构体）。
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H OH
CH2OH O H H OH H OH
H OH
H OH
CH2OH O H H OH H OH
不溶于水、乙醇、乙醚，有一定的吸湿性－氢键
自由水和结合水－不能被微生物利用 结晶相和无定形相
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无定形相吸水膨胀－水化热 含水16%-21% 水化热为0 0－40℃吸水可逆膨胀，继续加热，微晶融化，溶胀，糊化 60－80℃直－支脱离（离心分离）
树枝状立体网 络结构 溶胀颗粒 脱水干燥粉碎 冷水溶解 胶体淀粉
Chapter 3 天然药用高分子材料及其衍生物
3.1 概述
本 章 内 容
3.2 多糖类天然药用高分子
3.3 蛋白质类天然药用高分子
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3.1 概述
一 天然药用高分子材料的定义 自然界存在的可供药物制剂作辅料的高分子化合 物 衍生物：物理、化学、生物改性加工产物
结 构 破 坏 分子 切断 重排 氧化 引入 取代 基
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预胶化淀粉的制备工艺
1 在符合GMP要求的设备中，投入药用淀粉，加 水混匀，控制反应釜温度在35℃以下，破坏淀粉颗 粒结构，部分脱水至含水量10％－14％； 2 将42％淀粉的水混悬液加热至62－72℃，使淀 粉粒破坏，间或加入凝胶化促进剂以及表面活性剂， 以减少干燥时黏结，混悬液鼓形干燥器干燥，粉碎