Extrakční metody – maturitní otázka

chemie-léčiv

Otázka: Extrakční metody

Předmět: Chemie léčiv

Přidal(a): Anet D.

Difúze, difúzní operace, princip extrakce, možnosti urychlení extrakce

Difúze

Samovolné šíření látky v daném systému, její přenos z jednoho místa na jiné, bez makroskopického pohybu, jako je proudění
Difúze je obecnou transportní vlastností všech látek, poněvadž je důsledkem nepravidelného chaotického tepelného pohybu jednotlivých molekul, iontů a podobných stavebních částic látek
Způsobuje samovolné vzájemné mísení látek v systémech, jejichž složení je neuniformní, od místa k místu se lišící
Bez omezení se difúze projevuje v plynech, které jsou dokonale mísitelné, zatímco v kapalinách může být omezena malou rozpustností, ještě omezenější je difúze v tuhém prostředí, kde se pozoruje hlavně na styčných plochách tuhých látek, například na styku tablety s obalem z polymeru
Difúzi je třeba překonávat při mnoha procesech oddělování čistých látek z látkových směsí
Částečně nebo téměř úplně lze difúzi zabránit vlivem silového pole, tíží nebo odstředivou silou, srážkami s částicemi jiných složek směsí nebo použitím vhodných membrán
Zobecněním se může hovořit i o difúzi hrubě disperzních částic v suspenzích a dokonce i v prášcích při takových procesech mísení, kdy se uniformity směsi dosahuje sice makroskopickými, avšak chaotickými turbulentními pohyby těchto částic, podle toho se potom technologické procesy mísení mohou považovat za difúzní děje, které se řídí matematicky stejnými zákonitostmi jako difúze v plynech a kapalinách na molekulové úrovni

Difúzní operace

Jsou operace, při kterých dochází k převodu hmoty mezi dvěma fázemi prostřednictvím difúze, jsou často doprovázeny výměnou tepla
Dělení difúzních operací:
- Přechod pevná ↔ plynná – sublimace, desublimace, adsorpce, desorpce
- Přechod pevná ↔kapalná – krystalizace, rozpouštění, extrakce
- Přechod kapalná ↔ kapalná – extrakce
- Přechod kapalná ↔ plynná – destilace, rektifikace, sušení, absorpce, exsorpce

Destilace

Je metoda, která se používá k oddělení kapalin na základě rozdílných bodů varu (např. voda-100 ̊C a ethanol 78 ̊C)
Směs kapalin se zahřívá – vzniká pára, která obsahuje těkavější složku (složka která má nižší teplotu varu), páry se odděleně odvádí do chladiče a zkondenzují
Destilát- zkondenzované páry
Destilační zbytek- neodpařená část kapaliny, která je bohatší na méně těkavější látku
Jednoduchá destilace – jednorázové částečné odpaření kapaliny, spojené s kondenzací získaných par- neumožňuje účinné oddělení jednotlivých složek
Rektifikace – opakovaná jednoduchá destilace se zpětným tokem (reflux), rektifikace se provádí na destilačních kolonách

Absorpce

Je oddělování složky plynu rozpouštěním v kapalině
Absorbent- rozpouštědlo
Absorbendum- plynná složka která se rozpouští v rozpouštědle
Absorbát – plynná látka pohlcena v rozpouštědle
Inert- část plynu která se v rozpouštědle nerozpouští
Opakem je exsorpce

Adsorpce

Operace, při níž dochází k zachycování plynné nebo kapalné látky na povrch pevné látky využívá se např. při chromatografii
Adsorbent – pevná látka, na kterou zachycujeme , látka s velkým povrchem pórovitou strukturou (příkladem je aktivní uhlí nebo silikagel)
Absorbát – látka (plyn, kapalina) zachycena na povrchu absorbentu
Opakem je desorpce – uvolňování zachycených látek z povrchu absorbentu

Sublimace

Operace, při které se pevná látka mění v páry, ochlazením se páry mění přímo v pevnou látku (desublimace)
Slouží k oddělení tuhých látek od nečistot
Příklady látek – jód, naftalen

Krystalizace

Operace, při níž dochází k vylučování krystalků pevné látky z roztoku nebo taveniny
Krystalizace závisí na koncentraci látky v roztoku a na teplotě, kterou roztok má
Krystalizaci můžeme znázornit diagramem, který můžeme rozdělit do tří oblastí
Opakem krystalizace je rozpouštění

Extrakce

Operace, při které přechází část jedné látky do kapaliny
Provádí se tři typy extrakce: pevná látka – kapalina, kapalina – kapalina, nebo plyn- kapalina
Proces, při němž se z kapalné pevné nebo výjimečně plynné směsi látek oddělí rozpustná složka, tím že se uvede do styku s vhodným rozpouštědlem (extrahovadlo, extrakční činidlo) ve kterém se látka rozpouští lépe než ostatní složky směsi
Urychlení extrakce – ultrazvukové lázně, extrakce za varu – pod zpětným chladičem

Získávání substancí vyluhováním drog

extrace => výluh

Děje při extrakci

Bobtnání buněčných stěn
Rozpouštění obsahových látek v porušených buňkách drogy
Pronikání rozpouštědla do uzavřených buněk a rozpouštění obsahových látek
Difúze rozpuštěných látek buněčnou stěnou
Ustálení dle koncentračního spádu

Zařízení pro extrakci a lisy

Perkolátor
Soxhletův extraktor
Pákový lis
Vřetenový lis
Hydraulický lis
Šnekový lis

Extrakční rovnováhy, Nernstův rozdělovací zákon, trojúhelníkový diagram

Nernstův rozdělovací zákon

poměr koncentrací látky rozpuštěné látky ve dvou stýkajících se vzájemně nerozpustných látek, je za dané teploty konstantní.

K_{D =}(c_K)_A/(c_K)_B

(c_K)_A je koncentrace látky K v kapalině A
(c_K)_B je koncentrace látky K v kapalině B
K_D je Nernstův rozdělovací (distribuční) koeficient

Způsoby provedení extrakce (z pevné, kapalné fáze), vyluhovadla

Způsob extrakce

Klasifikace extrakčních metod

a) periodické – macerační metody
b) periodicko-kontinuální – perkolační metody

Macerační metody

1a) macerace jednostupňová (odvary, nálevy, tinktury)
1b) macerace vícestupňová (tekuté a suché extrakty a tinktury)
1c) vířivá extrakce (silné výtažky obsahových látek)
2a) digesce – vyluhování při t= 40-50 stupňů C
2b) infúze – vyluhování při klesající teplotě
3b) dekokce – vyluhování při t = 90 stupňů po dobu 30 min
4b) maceroinfuze – vyluhování při pokojové teplotě, pak zahřátí na 60-70 stupňů C

Perkolační metody:

Perkolace
V Soxhletově extraktoru

Extrakce nadkritickými plyny

Nadkritický stav = nad kritickou teplotou se chování plynu blíží chování kapaliny
Pro CO₂: Pc(CO₂) = 74*10⁵Pa, T_c(CO₂) = 31°C
→ získání termolabilních látek
→ bezkofeinová káva, kvalitní extrakty z chmele, odtučnění pankreatu při izolaci jejich enzymů
→ velmi drahá aparatura

Vyluhovadla:

Nejčastěji voda, ethanol
Poměr vyluhovadla a drogy daný mezinárodními standardy

Poměr = poměr hmotnosti vsádky drogy k hmotnosti získaného výluhu

Perkolace, Soxhletův extraktor

Perkolace

Vyluhování rozdrcených rostlin nebo jejich částí popř. jiných tuhých látek v pomalu většinou protiproudně protékajícím rozpouštědle či nosiči
Protiproudová extrakce, metoda, při které se provlhčená droga extrahuje kontinuálně přiváděným vyluhovadlem, může být realizována v perkolátoru za laboratorní teploty nebo Soxhletově extraktoru
V perkolátoru (Perkolace) se provlhčená droga nejprve na určitou dobu zalije vyluhovadlem a maceruje za laboratorní teploty, po uplynutí doby macerace se otevře výpustný kohout perkolátoru a výluh se nechá rovnoměrně vykapávat rychlostí cca 10-20 kapek za minutu, současně se kontinuálně přilévá vyluhovadlo
Získaný výluh se dále zpracovává tak, že se přebytečné vyluhovadlo odstraní, např. oddestilováním ve vakuové odparce (Sušení ve vakuové odparce), výsledný extrakt může být tekutý, hustý nebo suchý

Soxhletův extraktor

Laboratorní skleněná pomůcka vynalezená roku 1879 Franzem von Soxhletem
Původně byl vyvinut pro extrakci lipidů z pevného materiálu
Běžně je využíván pro extrakci z pevných látek, které jsou omezeně rozpustné v daném rozpouštědle
Umožňuje extrakci velkého množství materiálu s využitím malého objemu rozpouštědla, které je během procesu neustále recyklováno
Do střední části extraktoru se vkládá patrona z propustného materiálu, v které je obsažena výchozí pevná směs
K zábrusu na spodní části se připojí baňka s rozpouštědlem a k horní části zpětný chladič, rozpouštědlo se zahřeje k varu, v chladiči kondenzuje a kondenzát kape do patrony, kde probíhá extrakce, po dosažení úrovně přepadu dojde k přečerpání roztoku extrahované látky v rozpouštědle do destilační baňky, a celý cyklus se opakuje
Během každého cyklu se vyextrahuje část požadované látky z výchozí směsi, tato látka se postupně koncentruje v destilační baňce

Nadkritická fluidní extrakce – nadkritické tekutiny, výhody nadkr. oxidu uhličitého

Superkritická fluidní extrakce je proces separace jedné složky od ostatních použitím superkritické látky jako extrakčního rozpouštědla
Extrahuje se obvykle z pevného povrchu, ale může to být i z kapaliny

Superkritické kapaliny a jejich vlastnosti

Superkritické kapalina je definována jako sloučenina existující v jediném kondenzovaném stavu nad svým kritickým tlakem (P_c ) a kritickou teplotou (T_c) s vlastnostmi mezi plynem a kapalinou
Hustoty kapalné a plynné fáze se vyrovnají a rozdíly mezi nimi mizí
Superkritické kapaliny mají obecně hustotu blízkou kapalinám (→ využitelné jako kapalné rozpouštědlo) a viskozitu podobnou plynům (→ lépe proniká do porézních materiálů)
U superkritických kapalin se nesetkáme s povrchovým napětím a neexistuje žádné rozhraní mezi kapalnou a plynnou fází

Schopnost kapalin rozpouštět je silně závislá na jejím tlaku a teplotě
- Pro nižší tlaky: s teplotou klesá
- Pro vyšší tlaky: s teplotou stoupá

Výhody CO₂

Oxid uhličitý je nejpoužívanější superkritická kapalina, někdy modifikovaná přídavkem malého množství jiného rozpouštědla, např. ethanolu či methanolu
Extrakční podmínky pro CO2 jsou nad kritickou teplotu 31°C a kritický tlak 74 bar, přidáním modifikátoru se mohou tyto hodnoty změnit

Další podobné materiály na webu: