Химия и химические технологии/4.Химико-фармацевтическое производство

К.х.н. Котова Н.В., к.х.н. Глазова Н.В.

ГОУ ВПО Санкт-Петербургская государственная

химико-фармацевтическая академия, Россия

Исследование и оптимизация процессов сорбции и десорбции эритромицина на различных ионитах

В настоящее время при лечении воспалительных заболеваний в качестве эффективной альтернативы пенициллинам и цефалоспоринам все шире применяются макролидные антибиотики. Особый интерес представляет эритромицин (антибиотик с широким антибактериальным спектром действия и чрезвычайно низкой токсичностью), так как на его основе получают новые полусинтетические антибиотики с улучшенными физико-химическими и биологическими свойствами - азитромицин (ZitromaxR), кларитромицин (KlacidR) и рокситромицин (RulideR) [1,2].

       В настоящее время эритромицин получают методом многостадийной экстракции с использованием большого количества токсичных органических растворителей, что экологически небезопасно и экономически невыгодно. Поэтому существует необходимость создания эффективного технологического метода выделения и очистки антибиотика из нативного раствора, каким является сорбционный метод.

         Процесс сорбции эритромицина изучался на различных сорбентах, а именно, на сверхсшитых изопористых сорбентах фирмы «Пьюролайт» (стиросорбы)  С-106, С-150, С-160 [3] и макропористом сульфокатионите КУ-23, для которых были подобраны оптимальные условия проведения процесса.

Ранее показано [4], что процесс сорбции эритромицина на  катионите С-106 проходит с большей избирательностью чем на других сорбентах, о чем свидетельствует высокий коэффициент распределения. Кроме того, эффективный коэффициент диффузии на   катионите  С-106 на два порядка выше, чем на катионитах С-150, С-160, КУ-23 и составляет 1,1∙10-11 м2/с, что говорит о сравнительно высокой скорости диффузионного процесса. Поэтому в данной работе был выбран катионит С-106.

       Эффективность ионообменных процессов выделения и очистки, связанная с возможностью получения высокоочищенных концентрированных элюатов, зависит от оптимальных условий проведения динамического процесса: скорости пропускания  раствора через колонку, оптимального зернения сорбента, высоты насыпного слоя сорбента.

Исследования проводились на модельных и нативных растворах, полученных в лабораторных условия.

В процессе работы были подобраны оптимальные условия проведения динамического процесса сорбции-десорбции эритромицина на катионите С-106:

Процесс сорбции:                                        Процесс десорбции:

Wрабочая= 0,7 – 0,8 мл/мин                          Wрабочая= 0,3 – 0,4 мл/мин

dсорбента= 160-300 мкм                                 dсорбента= 160-300 мкм

Размер колонки  H*D=(3,14*1,3)*10-2 м.

Модельный раствор эритромицина с активностью 1200 Ед/мл, рН = 6.0 пропускался через колонку со скоростью 0,7-0,8 мл/мин с подачей раствора сверху вниз. Активность эритромицина определялась калориметрическим методом.

По полученным экспериментальным данным рассчитывали емкость сорбции эритромицина в динамических условиях и выход на стадии сорбции.

По окончании процесса сорбции проводилась промывка сорбента очищенной водой для вытеснения раствора эритромицина из колонки и десорбция антибиотика. При работе с нативными растворами сорбент  дополнительно промывался 1% раствором триполифосфата  для удаления ионов кальция. Подача элюентов осуществлялась со скоростью в 0,3-0,4 мл/мин. с подачей раствора сверху вниз. В полученных фракциях элюата определялась активность эритромицина и рассчитывался выход на стадии десорбции.

Процесс десорбции изучался с использованием различных элюентов: боратного буферного раствора (рН = 12,0), 70% изопропилового спита , 90% изопропилового спирта. На рис. 1 представлена выходная кривая сорбции и десорбции эритромицина из модельного раствора с катионита С-106 с использованием различных элюентов.

Одним из условий десорбции эритромицина является подавление ионизации молекул антибиотика. Эритромицин является слабым основанием, и его ионизация подавляется при рН>8,8. В этой области рН  происходит  разрушение ионных связей эритромицина с сорбентом и вытеснение его из колонки в виде недиссоциированного основания. Поэтому  в качестве элюента был выбран  буферный боратный раствор с рН 12,0.

         Как показал эксперимент, при десорбции эритромицина боратным буферным раствором с макропористого сорбента С-106 выход составил всего 8,2%. Вероятно, десорбция эритромицина буферным раствором идет плохо по причине его низкой растворимости в водных растворителях.

Далее в качестве элюента использовалась система, представляющая собой гомогенный однофазный элюент, состоящий из боратного водного буферного раствора и смешивающегося с ним без образования эмульсии органического растворителя (по данным предшествующих исследований оптимальным растворителем является изопропиловый спирт) – изопропилового спирта различной концентрации. Экспериментальные данные представлены в таблице 1.

Результаты исследований показали, что  десорбция эритромицина  с карбоксильного катионита С-106 наиболее эффективно осуществляется  90%  раствором изопропилового спирта с рН =10,0. Выход на стадии десорбции сопоставим для модельных и нативных растворах и составил 98%, 96% соответственно (табл.2).

 

Рисунок 1. Выходная кривая сорбции и десорбции эритромицина из модельного раствора на катионите С-106 с использованием различных элюентов.

1 – очищенная вода; 2 – боратный буферный раствор (рН=12); 3 – 70 % изопропиловый спирт; 4 – 90 % изопропиловый спирт

 

 

 

 

Таблица 1.

 

Эффективность использования различных элюэнтов в процессе десорбции эритромицина из модельных и нативных растворов.

№

Элюент

Выход эритромицина при десорбции с катионита  С-106, %

Модельный раствор

Нативный раствор

1

Боратный буферный раствор (рН=12,0)

8,2

7,5

2

70% Изопропиловый спирт

43

40

3

90% Изопропиловый спирт

98

96

 

Таблица 2.

Выход эритромицина на стадиях сорбции и десорбции со сверхсшитого катионита С-106.

Выход

Макропористый сорбент С-106

Модельный раствор

Нативный раствор

Выход эритромицина в процессе сорбции, ,%

76,0

73,0

Выход эритромицина в процессе десорбции, ,%

98

96

Общий выход, ,%

74,5

70,8

Таким образом, на основании всех полученных результатов  показано, что сверхсшитый катионит С-106 фирмы Пьюролайт является наиболее оптимальным сорбентом для получения высокоочищенных концентрированных элюатов эритромицина.

 

 

Литература

1.     Козлов, Р.С. Антимикробная резистентность Streptococcus pneumoniae в России в 1999 – 2005 гг.: Результаты многоцентровых исследований ПеГАС-I и ПеГАС-II./ Козлов Р.С., Сивая О.В., Шпынев К.В. и др.// Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. – 2006. - №8(1). – С.33 – 47.

2.     Садыкин, Ю.О. Кетолиды – производные эритромицина с активностью против макролидорезистентных бактерий/ Садыкин Ю.О., Иванов В.П., Салова Т.В. // Антибиотики и химиотерапия. – 2000. – Т.45. № 2. – С. 3-4.

3.     Белякова, Л. Д. Адсорбционные и хроматографические свойства полимерных сорбентов типа «Стиросорб» / Белякова Л. Д., Василевская О. В., Цюрупа М. П., Даванков В. А.// ЖФХ. - 1995. - Т.69. №4. - С. 696-700.

4.     Котова, Н.В. Получение высокоочищенных элюатов эритромицина на различных сорбентах / Н.В. Котова // Вестник Российской военно-медицинской академии. Приложение (часть II). – СПб, 2009. – I (25). – С. 661.