Способ получения сульфатированного хитозана

Способ получения сульфатированного хитозана

Реферат

 

Использование: для получения биологически активных соединений, обладающих антикоагулянтным, антисклеротическим и противирусным действием, повышенной способностью специфично связывать липопротеины низкой плотности из крови. Сущность изобретения: хитозан обрабатывают комплексом хлорсульфоновой кислоты или олеума с амидом в амидном растворителе или диметилсульфоксиде, в присутствии нитрита натрия или калия. Молярное соотношение нитрита и хитозана 1 0,001 1, температура от комнатной до 50°С, время не более 60 мин. 1 табл.

Изобретение относится к области модификации природных полимеров, а именно к способам получения сульфатированных производных хитозана. Изобретение может быть использовано для получения биологически активных соединений, обладающих антикоагулянтным, антисклеротическим и противовирусным действием, а также повышенной способностью специфично связывать липопротеины низкой плотности из крови.

В известных способах получения сульфатированного хитозана [1-3] обладающего антикоагулянтным и антисклеротическим эффектами, используют, как правило, такие сульфатирующие агенты, как смесь двуокиси и трехокиси серы, хлорсульфоновая кислота, дымящая серная кислота (олеум), а также комплексы серного ангидрида или хлорсульфоновой кислоты с пиридином или диметилформамидом и т. п. При этом хитозан перед сульфатированием обычно активируют путем переосаждения и промывки различными безводными органическими растворителями (чаще всего, пиридином или диметилформамидом), затем в виде суспензии набухшего полимера в указанных растворителях вводят в контакт с сульфатирующим агентом. Причем реакция в начальный период протекает, как правило, в гетерогенных условиях, затем продукт модификации может перейти в раствор и процесс сульфатирования в этом случае будет продолжаться в гомогенной среде.

Недостатками описанных способов являются: 1. Необходимость предварительной активации хитозана, что связано с большими объемами осадителя (NaOH), многократной сменой растворителя с отжимом и фильтрованием, вследствие чего технологический процесс значительно усложняется.

2. По-существу, гетерогенный характер реакции сульфатирования может приводить к получению продукта с неравномерным распределением замещенных групп, а следовательно, с невоспроизводимыми свойствами.

Известен также способ сульфатирования хитозана в гомогенных условиях, состоящий в том, что хитозан предварительно переводят в его соль в виде хлоргидрата, формиата, ацетата, перхлората, затем выделенную соль хитозана растворяют в формамиде при температуре не ниже 50^оС и подвергают сульфатированию хлорсульфоновой кислотой в пиридине или формамиде. Для получения низкомолекулярного целевого продукта предварительно полученную полимерную соль подвергают деградации водным раствором перекиси водорода при 70^оС в течение 2 ч и затем сульфатируют описанным способом либо проводят частичное снижение степени полимеризации конечного сульфатированного продукта путем гидролиза концентрированной соляной кислотой или 30%-ным раствором перекиси водорода [4] Недостатками способа являются: 1. Необходимость предварительного получения растворимой в формамиде соли хитозана, что требует больших объемов и расхода осадителя (например, ацетона), дополнительных стадий промывки, фильтрования и сушки при выделении данной полимерной соли.

2. Необходимость применения повышенной температуры для растворения соли хитозана в формамиде, что может вызывать разложение формамида (выделение СО₂), а также изменение при этом физико-химических свойств самой полимерной соли.

3. Сложность контроля за степенью деградации при гидролизе сульфатированного продукта перекисью водорода или НСl при повышенных температурах, что может сопровождаться отщеплением сульфатных групп полимера, следовательно, снижением степени замещения сульфатированного продукта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения сульфатированного хитозана с одновременной деполимеризацией [5] В этом способе хитозан обрабатывают смесью серной и 95%-ной хлорсульфоновой кислот при определенном их соотношении, температуре от -20 до -40^оС в течение времени от 5 мин до 2 ч. Целевой продукт выделяют известными способами, например, реакционную смесь смешивают с аполярным или апротонным растворителем, в котором целевой продукт нерастворим. Затем нейтрализуют и очищают диализом. Молекулярная масса полученного продукта зависит от времени реакции.

Сложность способа для практического использования обусловлена отсутствием растворителя и необходимостью низких температур.

Задачей изобретения является упрощение способа.

Эта задача решается способом получения сульфатированного хитозана, включающим обработку хитозана сульфатирующим агентом, нейтрализацию реакционной смеси и выделение целевого продукта, в котором в качестве сульфатирующего агента используют комплекс хлорсульфоновой кислоты или олеума с амидом, и обработку осуществляют в aмидном растворителе или диметилсульфоксиде в присутствии нитрита натрия или калия, при молярном соотношении нитрита и хитозана, равном 1: 0,01-1, температуре от комнатной до 50^оС, в течение не более 60 мин.

Присутствие натриевой или калиевой соли азотистой кислоты способствует, во-первых, растворению хитозана в указанных растворителях при комнатной температуре без предварительного перевода его в какую-либо форму или активированное состояние, во-вторых, вызывает частичную деградацию гликозидных связей полимера и, следовательно, его молекулярной массы или вязкости раствора, степень падения которых зависит от количества добавленной соли. Последнее обстоятельство имеет важное значение для регулирования молекулярной массы целевого продукта, так как молекулярная масса сульфатированных продуктов в известной мере определяют область их применения.

Впервые в предлагаемом способе деградации хитозана нитритом натрия или калия осуществляется в безводной среде, причем процесс может регулироваться изменением молярного соотношения нитрита натрия или калия и хитозана. Варьирование соотношения в пределах (1:1)-(1:0,001) объясняется тем, что нижняя граница соответствует минимальному количеству соли, необходимому для растворения хитозана. Верхний предел соответствует эквимолярному соотношению, при котором происходит разрыв всех гликозидных связей и, следовательно, увеличение концентрации соли не целесообразно. Кроме того, заметное снижение вязкости растворов хитозана в присутствии даже небольшого количества соли (1/100-200 часть от массы полимера) позволяет получить таким способом более концентрированные растворы хитозана для сульфатирования и тем самым увеличить выход конечного продукта за одну загрузку, т. е. повысить производительность процесса.

Общая методика получения сульфатированного хитозана.

Приготовление сульфатирующего комплекса.

К 30 мл диметилформамида (ДМФА) или формамида (ФА) при перемешивании и охлаждении (0-5^оС) прикапывают 4,5 мл хлорсульфоновой кислоты (ХСК) или 7 мл 30% -ного олеума, затем охлаждение прекращают и реакционную смесь продолжают перемешивать для повышения температуры смеси до окружающей среды (25^оС).

Приготовление раствора хитозана.

К 10 мл ФА или диметилсульфоксида (ДМСО) добавляют рассчитанное количество хитозана для получения раствора соответствующей концентрации и заданное количество нитрита натрия или калия в заявляемых пределах молярного соотношения нитрита натрия или калия и хитозана (основ. мол. звена) (1:1)-(1: 0,001). Например, для приготовления 10%-ного раствора хитозана со степенью деацетилирования (СД) 90% берут 1 г полимера (мол. м. звена 161 х 0,9 203 х 0,1 165,2) и 0,021 г нитрита натрия, что соответствует молярному отношению 0,05. После внесения рассчитанных количеств компонентов полученную суспензию перемешивают до полного растворения полимера.

Сульфатирование хитозана.

К сульфатирующему комплексу, приготовленному по описанной методике, прибавляют при перемешивании 10 мл раствора хитозана, приготовленного как описано выше, и реакцию ведут в течение 10-60 мин при комнатной температуре или при 50^оС. По окончании реакции реакционную смесь (раствор) нейтрализуют 4 н. водным раствором едкого натрия или калия до рН 7, высаживают в 5-кратный избыток (по объему) метанола, полученный осадок собирают и растворяют в воде, раствор полимера диализуют против воды или фильтруют через колонку с сефадексом С-10, далее фильтрат упаривают и высаживают в 5-кратный избыток (по объему) этанола, осадок переносят на фильтр, промывают этанолом, ацетоном и сушат вначале в эксикаторе при 10 мм рт. ст. затем при 1 мм рт. ст. и 60^оС.

Условия и результаты конкретных примеров выполнения способа приведены в таблице.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТИРОВАННОГО ХИТОЗАНА, включающий обработку хитозана сульфатирующим агентом, нейтрализацию реакционной смеси и выделение целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве сульфатирующего агента используют комплекс хлорсульфоновой кислоты или олеума с амидом и обработку осуществляют в амидном растворителе или в диметилсульфоксиде в присутствии нитрита натрия или калия при молярном соотношении нитрита хитозан, 1 0,001 1, температуре от комнатной до 50^oС в течение не более 60 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1