Способ получения карбоксиметилового эфира хитозана

 

Изобретение относится к химии и технологии производных полисахаридов, конкретно к получению эфиров хитозана, и может быть использовано в медицине, пищевой и химической отраслях промышленности. Изобретение позволяет упростить процесс получения водорастворимого карбоксиметилового эфира хитозана (исключить стадии переосаждения, инклюдирования, блокирования аминогрупп и их деблокирования, сократить расход алкилирующего реагента, уксусной кислоты, едкого натра и др.). Хитозан обрабатывают монохлоруксусной кислотой в среде изопропанола при массовом соотношении хитозан: монохлоруксусная кислота: изопропанол 1:(0,6-1,1):(6-12) в течение 0,5-1,0 ч при 21-35°С, затем в реакционную смесь вводят 30-45%-ный водный раствор едкого натра при массовом соотношении монохлоруксусная кислота: едкий натр 1:(0,83-1,0) и обработку продолжают в течение 1,5-2,0 ч при 70-80°С. С целью повышения растворимости целевого продукта введение монохлоруксусной кислоты может быть осуществлено в два приема: сначала 0,3-0,6 мас.ч. на 1 мас.ч. хитозана, затем перед добавлением едкого натра - остальную часть. 2 табл.

С0103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д1) 4 С 08 В 37/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П-1НТ СССР (21) 4285976/31-05 (22) 17,07,87 (46) 07.11,89. Бюл, У 4.1

-(71) Московский текстильный институт им. А.Н. Косыгина (72) Л.С. Гальбрайх, Н.Н. Асташина, Д,Ю. Гладьппев, Г,А. Вихорева, Л.В. Иванникова и И.М, Ротенберг (53) 547.995,12(088,8) (56) Патент CILIA У 4619995, кл. С 08 В 37/08, опублик. 1986.

Авторское свидетельство СССР !! 325234, кл, С 08 В 37/08, 1970. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОКСИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА ХИТОЗАНА (57) Изобретение относится к химии и технологии производных полисахаридов, конкретно к получению эфиров хитозана, и может быть использовано в медицине, пищевой и химической отраслях промышленности. Изобретение позволяет упростить процесс поручения водорастворимого карбоксиметилового

Изобретение относится к химии и технологии производных полисахаридов, в частности к способам получения эфиров хитозана, содержащих карбоксильные и аминогруппы и являющихся щелоче- и кислоторастворимыми полиамфолитами, которые могут быть использованы в медицине, пищевой и химической промьппленностях.

Целью способа является упрощение процесса, сокращение расхода реагентов и повьппение растворимости целевого продукта, „„SU„„1520067 А 1

2 эфира хитоэана (исключить стадии переосаждения, инкпюдирования, блокирования аминогрупп и их деблокирования, сократить расход алкилирующего реагента, уксусной кислоты, едкого натра и др,). Хитоэан обрабатывают монохлоруксусной кислотой в среде изопропанола при массовом соотношении хитоэан: монохлоруксусная кислота. изопропанол 1:(0,6-1, 1):(6-12) в течение 0,5-1,0 ч при 21-35 С, затем в реакционную смесь вводят 30-45Х-ный водный раствор едкого натра при массовом соотношении монохлоруксусная кислота: едкий натр 1:(0,83-1,0) и обработку продолжают в течение 1,52,0 ч при 70-80 С. С целью повышения о

Ф у растворимости целевого продукта введение монохлоруксусной кислоты может быть осуществлено в два приема: сначала 0,3-0,6 мас,ч. на 1 мас.ч. хитозана, затем перед добавлением едкого натра — остальную часть. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Пример 1. К 1,0 мас,ч. хито- © зана (влажность 1ОХ)добавляют раст- © Bop 0,7 мас.ч. монохлоруксусной кис- 4 лоты (МХУК) в 6,0 мас.ч. изопропанола и смесь перемешивают в течение 1 ч при 21 С. Затем в реакционную среду добавляют 2,4 мас.ч. 337.-ного едкого натра и продолжают перемешивание в течение 1,5 ч при 80 С. По окончании продукт отфильтровывают, растворяют в 20 мл 0,1 N раствора HCl, и раствор диализуют для удаления неорганических примесей. По окончании диализа

1520067 выпавший в осадок продукт отфильтровывают, центрифугируют и высушивают. ,Полученный карбоксиметиловый эфир хитозана (КМХ) в виде внутренней соли анализируют на содержание ионного хлора и растворимость. Степень замещения (С.З) по.карбоксиметильным группам рассчитиуГают по количеству связываемого ими натрия в условиях об-10 ратного кислотно-основного кондуктометрического титрования с учетом связанного хлористого водорода.

Пример 2. Процесс осуществляют аналогично примеру 1. Массовое со- 15 отношение хитозана, МХУК и изопропанола при активация 1,0:1,1:12,0, температура 23 С, продолжительность обработки 0,5 ч, Количество добавляемомо раствора NaOH при последующей обработке 2,3 мас,ч. Обработку продолжают в течение 2 ч при 75 С

Пример 3. Массовое соотношение хитозана, МХУК и изопропанола ,при активации 1,0:0,6: 10,0, темпера- 25 тура обработки 22 С, продолжительность 0,9 ч. Количество добавляемого

30 -ного раствора NaÎH при последующей обработке 1,8 мас,ч. Обработку продолжают 1,5 ч при 70 С.

Пример 4. Массовое соотношение хитоэана, ИХУК и изопропанола при активации 1,0:0,3:l0,0, температура обработки 22ьС, продолжительность

0,9 ч. Количество добавляемой МХУК при последующей обработке 0,3 мас.ч., 35

ЗО -ный раствор NaÎH добавляют в количестве 1,8 мас.ч. Продолжительность обработки 1,5 ч, температура 70ьС.

Пример 5. Процесс осуществ- 4 ляют аналогично примеру 4, но продолжительность 0,5 ч.

Пример б. Процесс осуществляют аналогично примеру 2, но введение МХУК проводят дробно, При актива- 45 ции массовое соотношение компонентов

1,0:0,6:6,0, продолжительность 0,6 ч.

Количество добавляемых при последующей обработке МХУК и NaÎH в виде

45%-ного раствора 0,5 мас,ч. и

3,2 мас,ч. соответственно, продолжительность обработки 2 0 че

Пример 7. Процесс осуществляют аналогично примеру 6, При активации массовое соотношение хитозана, МХУК и изопропанола 1,0:0,3:7,0, тем55 пература 35 С, продолжительность

0,5 ч. При последующей обработке до бавляют 0,7 мас,ч. МХУК и 2,7 мас.ч.

37 -ного раствора едкого натра. Продолжительность 2,0 ч, температура

70ь С, Пример 8. Процесс осуществляется аналогично примеру б. При активации массовое соотношение компонентов 1,0:О,З:6,0,температура 23 С, продолжительность 0,5 ч, При последующей обработке добавляют 0,7 мас,ч.

МХУК и 2,7 мас.ч. 37%-ного раствора

NaOH. Продолжительность 1,5 ч, температура 75 С.

Пример 9. Процесс осуществляют аналогично примеру 8, но после активации, осуществляемой по примеру 8, добавляют 0,7 мас,ч. и

2,2 мас.ч. 45 .-ного раствора NaOH, продолжительность обработки 2,0 ч.

Пример 10 (при запредельных значениях параметров), Процесс осуществляют аналогично примеру 6, Массовое соотношение компонентов при активации 1,0:0,3:6,0, температура 20 С, продолжительность обработки 0,3 ч, При последующей обработке добавляют

0,3 мас.ч. МХУК и 1,8 мас.ч. 30%-ного раствора NaOH, продолжительность об" работки 1,5 ч, температура 80 С.

Пример 11 (при запредельных значениях параметров). Процесс осуществляют аналогично примеру 1, Массовое соотношение хитозана, МХУК и изо-. пропанола при активации 1,0:1,2:12,0, температура.23ьС, продолжительность обработки 0,5 ч. Количество добавляемого 26 -ного раствора.NaOH при последующей обработке 4,2 мас.ч., продолжительность обработки пря 68 С

2,3 ч.

H p и м е р 12 (при запредельных значениях, параметров). Процесс осуществляют аналогично примеру 6. При активации соотношение компонентов

1,0:0,3:6,0, температура 10 С, продолжительность обработки 1,5 ч, При последующей обработке добавляют

0,3 мас.ч. МХУК, ЗОЕ-ный раствор едкого натра в количестве 1,8 мас,ч.

Пример 13 (при запредельных значениях параметров). Процесс осуществляют аналогично примеру 6. Массовое соотношение компонентов при активации 1,0:0,2:6,0, температура

35 С. Продолжительность обработки

0,5 ч, При последующей обработке добавляют 0,5 мас.ч. МХУК и 0,2 мас.ч.

25 -ного раствора МаОН, продолжитель" ность обработки 1,4 ч.

67 6 ния противоанионной или противокатионной водорастворимых форм продукта его обрабатывают 100 мас.ч. 0,1 N растворов соляной кислоты или едкого натра соответственно, Характеристика продукта приведена в табл.l.

1Пример 17 (по известному способу) . Осуществляется аналогично примеру 16, но вместо изопропанола используют смесь изопропанола и ксилола 1:1 (V/V) и Na-соли монохлоруксусной кислоты 6,4 мас,ч.

Изобретение позволяет упростить процесс получения КМХ за счет исключения стадий переосаждения, блокирования аминогруппы и их деблокирования, а также сократить расход алкилирующего реагента с 3,2-6,4 до 1,1 мас.ч. хитозана и реагентов (уксусная кислота, едкий катр, вода, салициловый альдвгид, спирт, изопропанол), используемых на исключенных стадиях.

Изобретение позволяет повысить растворимость целевого продукта при ступенчатом введении монохлоруксусной кислоты за счет повышения степени его

Пример 16 (по известному способу). Хитозан предварительно растворяют в 27-ном растворе уксусной кислоты, осаждают нейтрализацией раствора .едким натром, отмывают водой от солей и диспергируют в воде, замещения.

В табл. 2. приведены характеристики полученных образцов и данные по их сорбционной емкости.

Формула изобретения

5 15200

Пример 14 (с измененной последовательностью обработки алкилирующим реагентом и едким натром, для сравнения с примером 2). К 1 0 мас.ч. хитоэана добавляют 20 мас,ч. водного

43Х-ного раствора NaOH и смесь перемешивают 0,5 ч при 23 С. По окончании обработки хитозан отфильтровывают от

1 избытка едкого натра, чтобы обеспечить0 массовое соотношение хитоэан: едкий натр, равное 1:1, Затем к отжатому хитозану добавляют раствор 1,1 мас,ч.

МХУК в 12 мас.ч. изопропанола и пере мешивают в течение 2 ч при 75 С. Вы- 15 ,деление продукта по примеру

Пример )5 (с измененной последовательностью обработки). Обработку

:хитозана проводят 20 мас.ч. 207-кого водного раствора NaOH в течение 1 ч 20 о при 21 С. Отжимают хитозан до массового соотношения хитозан: едкий натр ,1:0,6. К отхатому хитозану добавляют . 0,6 мас.ч. МХУК в 6,0 мас.ч. изопропилового спирта, процесс продолжают 25 при 80 С в течение 1,5 ч.

К 1 мас.ч. (в расчете на сухое ! вещество) хитозана добавляют

0,65 мас,ч. салицилового альдегида и перемешивают при 23 С в течение

3 ч. По окончании осадок салицилиден" хитоэана (САХ) отфильтровывают, про- 10 мывают на фильтре водой (20,0 мас.ч.), спиртом (20,0 мас.ч.), ацетоном (20,0 мас.ч.) и иэопропанолом (20,0 мас.ч.). Затем САХ отжимают до

5-кратной брассы, 15

К l, l мас.ч, Na0H в 30 мас,ч. изопропанола добавляют отжатый САХ.и перемешивают при 80 С в течение 0,6 ч, затем добавляют 3, 2 мас.ч. Na-соли монохлоруксусной кислоты и продолжают перемешивать при 80 С в течение

2 ч. По окончании реакции продукт отфильтровывают и очищают от щелочных примесей диализом раствора или продо нейтральной реакции 55

Для удаления салицилиденовой saщиты полученный продукт растворяют в 40 мас,ч, 50 -ного раствора уксусной кислоты и альдегида. Для получе1. Способ получения карбоксиметилового эфира хитозана путем его алкилирования в присутствии едкого натра в среде изопропанола, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения процесса и сокращения расхода реагентов, в качестве алкилирующего реагента используют монохлоруксусную кислоту, при этом сначала осуществляют обработку хитозана монохлоруксусной кислотой в среде изопропанола при массовом соотношении хитозан: монохлоруксусная кислота: изопропанол, равном 1:0,6-1,1:6-12, в течение

0,5-1,0 ч при 21-35 С, затем в реакционную смесь вводят 30-45Х-ный водный раствор едкого натра при массовом соотношении монохлоруксусная кислота :едкий натр, равном 1,0:0,83-1,0 и обработку продолжают в течение

1,5-2,0 ч при 70-80 С.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения растворимости целевого продукта, 1520067 хитозана, затем перед добавлением едкого натра добавляют остапьную часть монохлоруксусной кислоты.

Таблица введение монохлоруксусной.кислоты осуществляют в два приема, сначала вводят 0,3-0,6 мас.ч. на 1 мас.ч. растворимасть

Na-формы КМХ

Условия карбоксиметилироеания

Продол- Темпевитель- ратуность, ра, C

Вы хо д, г/г

Пример

С. 3. по карбоксиметнльУсловия активации хитоэана

Массовое соотношение

Массовое сосотнощение

ТемпеПродолкительность, хитозана ным группам ратура, С.хитозан:

:MXyK:èaîпропанол

МХУК:NaOH Хитоэан

:МХУК)

:Na0H в воде

I:1,2:12,0

1:0,3:6>О

1:0,2:6,0

Мерсериэация 432-ным раствором

ЯаОН !

5 2) Мерсериэация

432-ным раствором NaOH !

6 Переосащдение хитоэана н защита аминогрупп де)!ствием салицилового альдегида

I 0,92 1:I 2:1,1

1:0,83 1:0,6:0,5

I:0,83 1:0,5:0,5

X:ÌXÓÊ:NaOH:Hýîïðîпанол

I;I9l3li0:12,0

0,5

1>5

0,5

0,5

2,3

l,5

l,4

1,5

68

0,72

0,71

0,64

I,0О

11 23

l2 40

13 35

14 23

1:0,7:0,6:6,0

Хитоэан:МаМХУК:NaOH:

:иэопропанол:кснлол

I;3,2:l,l:30,0:0,00

I,О

70 0,80 Неполное 0,90

I,5

2,0

6,0

0,61

НеполноеТаблица2

К

Р хар. аминоС.3. по карбоксиMBтильным

Емкость по НС1, г-зкв/моль

Полимер-KNX групп (I=0,05 M) группам

Предлагаемый

0,90+0,05

0,90+0,05

8,7+0,1

8,4+0,1

0,97

0,73

Предлагае" мый с измененной последовательностью 1,0

Известный 1,0

8,6+0,1

8,4+0,1

0,90+0,05

0,90+0,05

Составитель А. Гамзазаде

Редактор H. Гунько Техред JI.Ñåðäþêîâà Корректор С. Черни ф»

Заказ 6720/27 Тираж 411 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101

21

7. 23

3 22

4 22

5 22

6 23

7 35

8 23

9 23

l O 20

1;0,7:6,0

1:I,I?:12,0

1:0,6: IO,O

1:0,3:10,0

1)0i3)30 О

1:0,6:6,0

1:0,3:7,0

I:0,3:6,0

1:0,3:6,0

I:0,3:6,O

1,0

0,5

0,9

0,9

0,5

0,6

0,5

0,5

0,5

0,3

1:0,86

1:0,91

1:0,83

1:0,85

1:0,85

1:0,91

1: 1,00

1:1,00

1:li00

I;O,83

1:0,7:0,6

I:),1:1,0

1:0,6:0,5

1:0,6:0,5

1:0,6:0,5

1)1,1;1,0

1: 1,0:1,0

1;1,0:1,0

1:1,0:1,0

1:0,6:0,5

1,5

2,0

1,5

l,5

1 5

2,0

2,0

l,5

2,0

l,5

0,97

1,20

0,73

0,93

0,91

I 70

0,75

0,85

0,97

0>85

100 1,15

100 1,00

100 l,6О

100 1,60

100 1,05

100 1,15

1 00 1, 30

l 00 l, l O

Неполное 1,00

90 1,00

Неполное 0,90

80 1,25

I00 0,80