Способ получения сульфатированных производных арабиногалактана

Способ получения сульфатированных производных арабиногалактана

Реферат

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и касается получения сульфатированных биополимеров на основе арабиногалактана, обладающих антикоагулянтной и гиполипидемической активностью.

Известен способ получения сульфатированных производных арабиногалактана, выделенного из лиственницы сибирской, путем его взаимодействия с сульфатирующей смесью в присутствии свежеперегнанного диметилсульфоксида (ДМСО) в течение 30 минут при температуре 20°C с дальнейшей его нейтрализацией, упариванием и высаживанием в этиловый спирт. Сульфатирующая смесь представляет собой комплекс SO₃-диметилформамид, полученный путем перегонки газообразного триоксида серы (SO₃) из олеума в свежеперегнанный диметилформамид (ДМФА). Содержание SO₃ в ДМФА составляет не менее 18%. Количественный анализ полученных этим способом препаратов показал, что в зависимости от формы (кислотной или солевой) сульфатированного производного арабиногалактана степень замещения макромолекулы биополимера в пересчете на количественное содержание серы составляет 8,1-12,65% [RU 2319707, опубл.20.03.2008].

Способ технологически сложен. Так, операция получения серного ангидрида путем перегонки из олеума весьма трудоемка и требует большой осторожности при выполнении, т.к. олеум и серный ангидрид - крайне едкие и опасные вещества. Кроме того, серный ангидрид в процессе перегонки может превращаться в твердый полимер. К недостаткам этого способа следует отнести и длительный процесс очистки целевого продукта диализом.

Другой известный в литературе способ получения сульфатированного производного AG [Kamitakahara Н., Mikawa Y., Hori M., Tsujihata S., Minato K., Nakatsubo F. Syntheses, characterization, and biological activities of sulfated polysaccharides // 10th Int. Symp. on Wood Pulp Chem. Yokohama, Japan. 1999. Vol.2. P. 238-241] заключается в сульфатировании арабиногалактана комплексом SO₃-пиридин в присутствии диметилформамида при температуре 20°C в течение нескольких дней. Затем реакционную смесь нейтрализуют 2N гидроксидом натрия, очищают полученный продукт гельпроникающей хроматографией или диализом в течение нескольких дней.

К недостаткам способа следует отнести длительность процесса сульфатирования, а также трудоемкость и продолжительность процесса очистки целевого продукта.

Известен способ получения сульфата арабиногалактана [CN 01054420, опубл. 17.10.2007], заключающийся в сульфатировании арабиногалактана комплексом SO₃ - пиридин, который получают из хлорсульфоновой кислоты, в присутствии диметилформамида при температуре 65, 85, 95°C в течение 0,5-1,5 час.

К недостаткам этого способа следует отнести сложность приготовления сульфатирующего комплекса SO₃-пиридин, который получают из токсичной хлорсульфоновой кислоты и пиридина. Кроме того, недостаток способа в длительном процессе очистки конечного продукта диализом и невысоком содержании в нем серы.

Известен способ получения сульфатированного производного AG как в кислотной, так и в солевой формах [Chemical Abstracts 1968, vol.69, №11, 44182q]. В качестве сульфатирующих смесей используются комплексы SO₃-пиридин (1), SO₃-триэтиламин (2). При этом сульфатирование арабиногалактана первым комплексом (1) происходит в течение 3 часов при 70°C, а вторым комплекса (2) - в течение 3 часов при 50-55°C, затем 2 часа при 20°C.

Основными недостатками этого способа являются длительность процесса сульфатирования, использование очень токсичного комплекса триэтиламина, применение для очистки сульфатированного арабиногалактана диализа. Также при использовании указанных сульфатирующих смесей встает проблема устранения стойкого неприятного запаха конечных продуктов.

Известно использование сульфаминовой кислоты в качестве сульфатирующего агента. Сульфаминовая кислота при нагревании со спиртами образует соответствующие аммониевые соли:

ROH+HO₃SNH₂→ROSO₃NH₄.

Ограниченный интерес к ее применению в качестве сульфатирующего агента, в первую очередь, объясняется необходимостью проведения процесса при высоких температурах (часто порядка 150-200°C). Обычно ее используют тогда, когда другие сульфатирующие агенты не приводят к желаемому результату [Джилберт Э.Е. Сульфатирование органических соединений / Э.Е. Джилберт.- М.: Химия, 1969. - 414 с.]. Однако этот реагент легко доступен, интерес к его использованию очевиден.

Известен способ сульфатирования хлопковой целлюлозы, в котором в качестве сульфатирующего комплекса используют смесь сульфаминовой кислоты и мочевины в диметилформамиде. Реагенты смешивают при температуре около 80°C, добавляют хлопковую целлюлозу, высушивают при комнатной температуре и спекают в течение 5 минут при 150°C. Продукт реакции промывают проточной водой для удаления мочевины и непрореагировавшей сульфаминовой кислоты. Авторы не приводят степень сульфатирования целлюлозы и время высушивания реакционной смеси при комнатной температуре. Однако, поскольку диметилформамид является растворителем с высокой точкой кипения (153°C), высушивание протекает в течение не менее суток [Xu Huang, Wei-Dong Zhang, Preparation of Cellulose Sulphate and Evaluation of its Properties. Journal of Fiber Bioengineering and Informatics, Vol.3, No.l, 2010, p.32-39].

Недостатками способа являются: использование большого количества сульфатирующей смеси, длительность процесса и высокая температура, которые могут привести к деградации молекулы полисахарида. Кроме того, сульфатированные производные полисахарида могут быть загрязнены продуктами конкурирующих сульфатированию реакций, так как при высоких температурах диметилформамид не устойчив к действию сильных кислот и оснований, вступает в реакции алкоголиза и переацилирования с веществами, содержащими спиртовые гидроксильные группы.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения сульфатированных производных арабиногалактана, в котором арабиногалактан, выделенный из древесины лиственницы сибирской, предварительно подвергают механохимической обработке при соотношении массы арабиногалактана к объему пиридина, равном 1:10, в течение 10 мин. Затем готовят сульфатирующий комплекс серного ангидрида и пиридина (SO₃-C₅H₅N), добавляя хлорсульфоновую кислоту к пиридину при температуре 0-10°C. Полученную смесь медленно нагревают до 50°C и добавляют к этой смеси суспензию механоактивированного в пиридине арабиногалактана. Дальнейшее сульфатирование осуществляют в течение 40-60 минут при интенсивном перемешивании и температуре 50-55°C. Далее декантируют растворитель, а полученный вязкий продукт промывают несколько раз этанолом, затем переводят его в соль щелочного металла путем нейтрализации 6%-ным водным раствором гидроксида натрия (рН=7-8). Натриевую соль сульфатированного арабиногалактана выделяют из раствора высаживанием в этанол. Образовавшийся осадок - натриевую соль сульфатированного арабиногалактана - отфильтровывают, промывают на фильтре этанолом, высушивают в вакууме. В результате получают водорастворимый продукт, содержащий 8,5-12,0% (мас.) серы и 96-98% натриевой соли сульфатированного производного арабиногалактана [RU 2466143, опубл.10.11.2012].

Способ технологически сложен, так как требует стадии предварительной механоактивации арабиногалактана. Кроме того, приготовление сульфатирующего комплекса - серного ангидрида и пиридина (SO₃-C₅H₅N) - длительно и трудоемко. Так, добавление хлорсульфоновой кислоты к пиридину сопровождается выделением большого количества тепла, что требует интенсивного охлаждения для поддерживания необходимого температурного режима реакции. К недостаткам этого способа относится и использование весьма токсичного пиридина, что приводит к необходимости устранения стойкого неприятного запаха. Но особенно неудобна в использовании хлорсульфоновая кислота, т.к. она токсична и коррозионно-агрессивна. По степени воздействия на организм хлорсульфоновая кислота относится к веществам 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007 - 76. На воздухе кислота сильно дымит, с образованием во влажном воздухе тумана продуктов разложения - серной и соляной кислот, которые вызывают раздражение верхних дыхательных путей и слизистой оболочки глаз. Попадание же хлорсульфоновой кислоты на кожу вызывает тяжелые долго незаживающие ожоги.

Технический результат изобретения:

- расширение ассортимента сульфатирующих реагентов для арабиногалактана за счет применения сульфатируюшего комплекса - сульфаминовая кислота - мочевина в диоксане;

- упрощение способа за счет исключения стадии механоактивации арабиногалактана при сохранении эффективности способа, выхода и качества целевого продукта;

- улучшение экологичности способа за счет замены токсичных реагентов пиридина и хлорсульфоновой кислоты.

Технический результат достигается тем, что в способе получения сульфатированных производных арабиногалактана путем взаимодействия арабиногалактана с сульфатирующим комплексом в растворителе при непрерывном перемешивании и нагревании с последующим выделением продукта нейтрализацией и высаживанием в этиловый спирт, согласно изобретению, в качестве сульфатирующего агента используют комплекс сульфаминовая кислота - мочевина, полученный перемешиванием их эквимолярных количеств в диоксане, при этом сульфатирование арабиногалактана проводят при температуре 80-95°С, гидромодуле 1:10, в течение 2,5-3,5 часов при соотношении количеств арабиногалактана и сульфатирующего комплекса, равном 1:13±25 (пммоль).

В отличие от прототипа в предлагаемом способе в качестве сульфатирующего комплекса используют смесь сульфаминовая кислота-мочевина в диоксане, который готовят простым смешением реагентов. В отличие от прототипа сульфаминовая кислота менее агрессивна, чем хлорсульфоновая кислота, а растворитель диоксан менее токсичен, чем пиридин. Благодаря сульфатированию комплексом: сульфаминовая кислота - мочевина в диоксане появилась возможность отказаться от стадии предварительной механохимической обработки арабиногалактана в растворителе, при этом сохранив выход и качество целевого продукта. Способ осуществляют следующим образом.

К смеси сульфаминовой кислоты и мочевины в диоксане, нагретой до температуры 55°С при интенсивном перемешивании, добавляют арабиногалактан, выделенный из древесины лиственницы сибирской. Соотношение массы арабиногалактана к объему диоксана равно 1:10. Дальнейший процесс сульфатирования осуществляют при температуре 80-90°С в течение 2,5-3,5 часов. По окончании процесса сульфатирования растворитель декантируют, а образовавшийся вязкий остаток растворяют в небольшом количестве воды, нейтрализуют небольшим количеством водного раствора аммиака, затем выделяют путем высаживания в этиловый спирт. Выделившийся вязкий продукт промывают этанолом до образования твердого осадка. Осадок - сульфатированное производное арабиногалактана в виде аммонийной соли отфильтровывают и промывают на фильтре этиловым спиртом, высушивают в вакууме. В результате получают водорастворимый продукт, содержащий 8.8-12,2% (масс.) серы и 96,0-98,0% сульфатированного производного арабиногалактана.

Способ подтверждается конкретными примерами.

Пример 1. К смеси, состоящей из 25 мл диоксана 3,20 г (33,0 ммоль) сульфаминовой кислоты и 2,0 г (33,0 ммоль) мочевины, нагретой до температуры 55°С, при интенсивном перемешивании, добавляют 2,5 г арабиногалактана, выделенного из древесины лиственницы сибирской. Дальнейший процесс сульфатирования осуществляют при температуре 80°С в течение 2,5 часов. По окончании процесса сульфатирования растворитель декантируют, а полученный вязкий остаток растворяют в 20 мл воды и нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака, затем выделяют путем высаживания в 80 мл этилового спирта. Выделившийся вязкий продукт промывают 3 раза порциями этанола по 15 мл до образования твердого осадка. Осадок - сульфатированное производное арабиногалактана в виде аммонийной соли отфильтровывают и промывают на фильтре 10 мл этанола, высушивают в вакууме. В результате получают водорастворимый продукт, содержащий 8,8%(масс.) серы и 98,0% сульфатированного производного арабиногалактана.

Влияние условий реакции на характеристики сульфатирования арабиногалактана

ТаблицаВлияние условий реакции на характеристики сульфатирования арабиногалактана
Примеры№ п/п	Температура реакции, °C	Времяреакции,час	Соотношение Ar:ClSO3H:(NH2)2CO, г:ммоль:ммоль	Содержание серы, %	Содержание сульфатированного арабиногалактана %, масс.
1	80	2,5	1:13:13	8,8	98,0
2	80	2,5	1:17:17	9,1	97,5
3	85	2,5	1:17:17	9,6	97,4
4	90	3,0	1:13:13	11,8	97,1
5	90	3,0	1:17:17	12,2	97,0
6	90	3,5	1:25:25	12,0	96,0

Примеры 2-6. Аналогично примеру 1, отличие в количестве сульфатирующих реагентов, температуре и продолжительности реакции, которые приведены в таблице.

Таким образом, использование нового для арабиногалактана сульфатирующего комплекса: сульфаминовая кислота - мочевина в диоксане позволило упростить способ, сделать его удобным и экологичным, сохранив выход и качество целевого продукта.

Способ получения сульфатированных производных арабиногалактана путем взаимодействия арабиногалактана с сульфатирующим комплексом в присутствии растворителя при непрерывном перемешивании и нагревании с выделением продукта нейтрализацией и высаживанием в этиловый спирт, отличающийся тем, что в качестве сульфатирующего комплекса используют комплекс сульфаминовая кислота - мочевина, полученный перемешиванием их эквимолярных количеств в диоксане, при этом сульфатирование арабиногалактана проводят при температуре 80-95°C, гидромодуле 1:10, в течение 2,5-3,5 часов, при соотношении количеств арабиногалактана и сульфатирующего комплекса, равном 1:13÷25 (г:ммоль).