До конца XIX века аптекари создавали лекарства вручную из доступных ингредиентов: по рецепту врача смешивали высушенные или переведенные в раствор органические вещества и минералы. В XX веке препараты начали выпускать массово, а нефть стала основным сырьем для лекарств. В лаборатории Регионального инжинирингового центра АФС «Технопарка Санкт-Петербурга» выясним, как получают сырье для обезболивающих и какова роль энергетических компаний в создании технологий для этого процесса.
В составе нефти около тысячи химических соединений. На этапе ее первичной переработки отделяется бензиновая фракция, из молекул которой с помощью каталитического риформинга — удаления из углеводородов части атомов водорода в присутствии катализатора — получают замкнутые в кольцо молекулы ароматических соединений: бензол, толуол и ксилол.
Бензол, толуол и ксилол — простые органические соединения. Из них, как из блоков игрушечного конструктора, можно выстраивать сложные органические молекулы. Этот процесс называется химическим синтезом. Из толуола получают обезболивающее — ибупрофен, успокоительное — корвалол — и янтарную кислоту, которая содержится в большинстве таблеток от интоксикации и выводит из организма ядовитые вещества. Еще один ценный продукт синтеза — бензонат натрия (C6H5-COONa): противомикробное средство, а также безопасный для человека консервант и усилитель цвета, который добавляют в колбасы, соусы и детское питание.
Химический синтез может состоять из 6–7 этапов присоединения частей молекул, и для каждого нужно подбирать катализаторы и условия процесса: температуру, давление, скорость подачи исходных реагентов. Некоторые реакции синтеза идут с выделением тепла, их называют экзотермическими. При проведении реакции в больших емкостях или реакторах из-за недостаточно интенсивного перемешивания части смеси реагентов могут нагреваться, что с высокой долей вероятности приводит к образованию нежелательных побочных продуктов. Поэтому синтез стараются проводить в микрореакторах — герметичных устройствах небольшого размера, внутри которых при определенной температуре, давлении и с нужной для тщательного перемешивания скоростью циркулирует исходное вещество.
Михаил Покровский
руководитель химической лаборатории
В нашей лаборатории есть микрореакторы цилиндрической и пластинчатой формы. В первом мы проводим только одну стадию синтеза. Пластинчатый состоит из нескольких блоков — в таком реакторе можно реализовать многостадийные процессы.
«В результате химического синтеза мы получаем раствор, содержащий сырье для будущих лекарств. Его концентрация — около 10–15%. После очистки от примесей и сушки из литра раствора получается около 70 граммов сырья. Производительность пластинчатого реактора может достигать 40 литров жидкости в час, цилиндрического — один литр в час. Дозировки действующего вещества в таблетках и капсулах невелики — это десятые доли грамма. Это значит, что сырья, произведенного в одной лаборатории, как наша, может хватить, чтобы покрыть потребности целого мегаполиса в лекарствах определенного типа», — поделился руководитель лаборатории.
Чтобы изготовить хорошее лекарство, исследователи решают уравнение с тремя неизвестными, ищут баланс между целебным эффектом и безопасностью, а затем подбирают удобную форму выпуска. Сначала проводят три фазы клинических испытаний. Первая — исследования на здоровых добровольцах, подтверждается безопасность препарата. Вторая фаза — ограниченная выборка пациентов с симптомами, подтверждается терапевтический эффект. Третья — расширенные исследования. Лишь после этого компания сможет получить разрешение на массовое производство и доступ в аптеки, подобрать форму выпуска.
Для мгновенного целебного эффекта лекарство изготавливают в виде жидкости для инъекций: так действующее вещество сразу попадает в кровь. Однако ставить уколы может только медсестра, а многие препараты требуют особых условий хранения, и это не всегда удобно. Если срочности нет, можно принять таблетку — это любимая форма выпуска и для фармацевтов, и для потребителей: таблетки долго хранятся (в ящике из-под обуви или сумке), быстро растворяются в желудке и действуют почти сразу. Минус в том, что кислотная среда желудка разрушает и само лекарство, а потому дозу активного вещества увеличивают. Снижена она в капсулах: их оболочки легко выдерживают кислотную среду и растворяются только в кишечнике, но ждать целебный эффект приходится дольше.
Захар Голант
представитель фармацевтической отрасли
Сегодня около 75–85% лекарств выпускают в виде таблеток и капсул: они долго хранятся благодаря консервантам, у которых есть побочные эффекты.
«Содержание консервантов начинают постепенно снижать в случаях, когда нужен только терапевтический эффект: в педиатрии и, например, при гормональной заместительной терапии», — пояснил Захар Голант.
Чтобы снизить затраты на логистику и обеспечить страну отечественной продукцией, нефтяные компании вместе с научными партнерами исследуют тонкий многостадийный процесс химического синтеза и учатся получать из добытой в России нефти сырье для будущих лекарств.
Максим Попов
исследователь «Газпром нефти»
Сейчас большинство таблеток и капсул в нашей стране делают из сырья, произведенного в Индии и Китае из российской нефти.
«В 2023 году на Новоорловской площадке Особой экономической зоны «Санкт-Петербург» откроется лабораторно-пилотный комплекс «Газпром нефти». Он поможет найти, разработать и испытать новые технологии нефтепереработки. Здесь ученые смогут создавать новые способы получения сырья для лекарств и с помощью пилотных установок масштабировать и тестировать эти технологии перед промышленным внедрением», — рассказал Максим Попов.
Из простых углеводородов, выделяемых из нефти, путем сложного многостадийного химического синтеза можно получить более 10 различных видов сырья для капсул и таблеток. В дальнейшем его планируют поставлять фармацевтическим компаниям, которые будут производить действенные и безопасные лекарства.