Способ получения водорастворимых, физиологически совместимых сложных эфиров крахмала, сложный эфир крахмала

 

Способ получения водорастворимых физиологически совместимых сложных эфиров крахмала путем перевода крахмала в результате кислотного или энзимного гидролиза в частичный гидролизат со средним молекулярным весом M_w в области от 10000 до 500000 дальтон, этот гидролизат ацилируют в водном растворе ангидридом или галогенидом алифатической монокарбоновой кислоты с 2-4 атомами углерода или алифатической дикарбоновой кислоты с 3-6 атомами углерода, или их смесью и подщелачивающим средством до молярного замещения в области от 0,1 до 1,0 моль/моль. Из полученной таким образом реакционной смеси удаляют соли. Полученный таким образом сложный эфир крахмала очень хорошо подходит для клинических, особенно парентеральных, и диетических применений. 2 с. и 9 з.п. ф-лы.

Изобретение относиться к способу получения водорастворимых, физиологически совместимых сложных эфиров крахмала для клинических, особенно парентеральных, применений.

В случае растворов для внутривенного введения, например заменителя плазмы, для геморазбавления или в растворах для перитонеального диализа, а также для особого питания существует большая потребность в водорастворимых, биосовместимых полимерах. До сих пор для таких целей использовали, в частности, желатину, ее производные, декстран и гидроксиэтилкрахмал (сравни, например, ИS-A-3937821, DE-A-3313600; Chemie Lexikon 9-е изд. с. 919 и 1509).

В настоящее время для клинического применения, особенно для растворов заменителя плазмы, используют преимущественно полисахариды декстран и гидроксиэтилкрахмал. Существенным недостатком декстрана является то, что из-за наличия предварительно образованных антител могут протекать анафилактические реакции, которые делают применение этого вещества опасным или оно усложняется в результате вынужденной предварительной обработки нейтрализующими низкомолекулярными неполноценными антигенами. При кратковременном непосредственном применении гидроксиэтилкрахмала непосредственно побочные действия наблюдаются только редко; однако более длительное применение гидроксиэтилкрахмала из-за его накопления, особенно в ретикулоэндотелиальной ткани, сильно ограничивается. Гидроксиэтилкрахмал под действием аутогенных энзимов может расщепляться только медленно или неполно, так как этерификация затрудняет атаку аутогенными глюкозидазами. Хотя до сих пор с уверенностью еще не известно, препятствует ли это накопление функциональной способности ретикулоэндотелиальной системы, однако появление, например, зуда как побочного действия, который наблюдается при использовании гидроксиэтилкрахмала, связывают с этим накопление. Недавно предложено также использование сложных эфиров крахмала с низкими алифатическими моно- или дикарбоновыми кислотами, особенно ацетилкрахмала, преимущество которых, по сравнению с вышеназванными веществами, состоит прежде всего в отсутствии антигенности и полной выделяемости или метаболизме.

Полимер, пригодный для клинических, особенно парентеральных, применений наряду с хорошей растворимостью в воде, должен отвечать еще и следующим требованиям: раствор полимера при терапевтически используемых концентрациях должен обнаруживать вязкость не выше таковой для плазмы; вещество должно иметь соответствующую цель применения, подходящую продолжительность пребывания в организме и после парентерального применения полностью должно расщепляться. Это требование в случае ацильных крахмалов можно регулировать степенью этерификации, так как с возрастающим молярным замещением наступает замедленно расщепление под действием аутентичной α -амилазы; вещество не должно обладать токсичностью, пирогенностью или антигенностью.

Известные до сих пор сложные эфиры крахмала не отвечают всем или некоторым из этих требований.

Из US-A-2 362282 известен способ получения ацетилкрахмалов из гидролизата крахмала с низким значением декстрозного эквивалента (Д.Э.), которые предназначены для клеев. При этом одновременно производится деполимеризация и ацетилирование путем нагревания в высокопроцентной уксусной кислоте. Этот кислотный гидролиз трудно управляем и конечный продукт физиологически несовместим, среди прочего из-за незначительного молекулярного веса.

GB-A-1 476 057 сообщает о применении смеси, содержащей производные крахмала, для изготовления таблеток для горла. В качестве производного крахмала при этом приведен также этерифицированный винилацетатом амилопектин, без указания способа получения, степени замещения и молекулярного веса. Для парентерального применения такой продукт непригоден.

Из US-A-3 639 389 известны прозрачные, растворимые, низкозамещенные сиропы крахмала, которые получены из гидролизатов крахмала с величиной Д.Э. менее 30. Даже из-за низкого молекулярного веса такие продукты уже не пригодны для парентеральных применений.

Для применения в продовольственных продуктах используется ацетилкрахмал высокой вязкости с содержанием ацетила максимально 2,5% соответствующим молярному замещению (МЗ) максимально 0,064 моль/моль. Такие продукты вследствие клейстерообразного состояния водных дисперсий и обусловленного низким молярным замещением быстрого расщепления не пригодны для клинических применений. Ацетилкрахмалы более низкой вязкости с низким молекулярным весом используются для шлихтования текстильных изделий и для проклейки бумаги; такие продукты из-за их низкого молярного замещения, неопределенного молекулярно-весового распределения и незначительной чистоты не пригодны, во всяком случае, для клинических применений (относительно уровня техники сравни, например, О.Б.Вурцбург, Модифицированные крахмалы, свойства и применение, CRC Press Jnc; Boca Raton, Флорида, 1986, с. 55-74).

Задачей настоящего изобретения является поэтому приготовление пригодных для клинических, особенно парентеральных, применений водорастворимых, физиологически совместимых сложных эфиров крахмала, которые лишены вышеуказанных недостатков, используемых до сих пор для таких применений продуктов, и которые особенно отвечают всем требованиям, предъявляемым полимерам для клинического, особенно парентерального применения. Эта задача решается с помощью настоящего изобретения.

Предметом изобретения является способ получения водорастворимых физиологически совместимых сложных эфиров крахмала, отличающийся тем, что крахмал путем кислотного или энзимного гидролиза переводят в частичный гидролизат со средним молекулярным весом M_w в области от 10000 до 500000 дальтон, этот частичный гидролизат ацилируют в водном растворе ангидридом или галогенидом алифатической монокарбоновой кислоты с 2-4 атомами углерода или алифатической дикарбоновой кислотой с 3-6 атомами углерода или их смесями и подщелачивающим средством до молярного замещения в области ль 0,1 до 1,0 и из полученной таким образом реакционной смеси удаляют соли.

В качестве крахмала, согласно изобретению, используется крахмал, который состоит из практически не содержащего амилозы амилопектина (содержание амилозы не более 1 мас.). Предпочтительными примерами для используемого, согласно изобретению, крахмала являются восковидные кукурузный, рисовый и сорговый крахмал.

Молекулярная структура амилопектина в значительной степени соответствует тактовой для аутогенного глюкогена, так что не следует ожидать никакой антигенности или токсичности. После отщепления ацильных групп, легко гидролизующихся под действием аутогенных энзимов, остаток молекулы практически не отличим от глюкогена и подлежит подобному обмену веществ.

В результате происходящего, согласно способу изобретения, частичного расщепления крахмала возможно довести вязкость предназначенных для терапевтических целей растворов до требуемой величины. Преимущественно гидролизуют крахмал до среднего молекулярного веса M_w в области от 40000 до 250000 дальтон.

Гидролиз может происходить известным образом путем кислотного или энзимного гидролиза. Для кислотного гидролиза используются преимущественно сильные минеральные кислоты, такие как соляная или серная кислота. В качестве энзима для энзимного гидролиза предпочтительна a -амилаза. Возможно также комбинировать кислотный гидролиз с энзимным, причем в любой последовательности.

Степень гидролиза может легко контролировать путем измерения вязкости разбавленной водой пробы с целью определения этим способом желаемого расщепления и окончания реакции гидролиза.

В протекающей, согласно изобретению, стадии способа гидролитического расщепления частично гидролизованный крахмал ацилируется в водном растворе ангидридом или галогенидом алифатической монокарбоновой кислоты с 2-4 атомами углерода или алифатической дикарбоновой кислоты с 3-6 атомами углерода до полярного замещения в области от 1,1 до 1,0 моль/моль, причем предпочтительной является область от 0,3 до 1,7 моль/моль. Используемый для этого ангидрид или галогенид является производным алифатической монокарбоновой кислоты с 2-4 атомами углерода или алифатической дикарбоновой кислотой с 3-6 атомами углерода. Алифатическими монокарбоновыми кислотами являются, например, масляная, изомасляная, пропионовая и особенно уксусная кислоты. Используемые, согласно изобретению, алифатические дикарбоновые кислоты с 3-6 атомами углерода могут быть насыщенными или ненасыщенными; преимущественно это a,ω -дикарбоновые кислоты, например глутаровая, адипиновая и особенно янтарная и малеиновая кислоты. В качестве галогенидов предпочтительны хлориды, но, во всяком случае, хорошо подходят бромиды и иодиды. Особенно предпочтительно, согласно изобретению, работать с ацетилхлоридом и особенно антидридом уксусной кислоты.

Можно использовать и смесь из двух или более моно- или дикарбоновых кислот, согласно изобретению.

Ацилирование протекает в присутствии подщелачивающего средства, благодаря чему одновременно нейтрализуются образующиеся кислоты. В качестве подщелачивающего средства используют преимущественно гидроокиси, карбонаты или гидроксид натрия, гидроксид кальция и/или оксид магния.

Условия реакции алкилирования с помощью ангидрида или галогенида кислоты отвечают обычным для такого типа ацилирования условиям; реакция проводится преимущественно при интенсивном перемещении и комнатной температуре.

Удаление солей из полученной после ацилирования реакционной смеси проводят преимущественно посредством диализа, ультрафильтрации (диафильтрации) или ионным обменом. Могут быть также последовательно включены два или больше одинаковых или различных способа обессоливания.

В зависимости от предлагаемого использования сложного эфира крахмала, согласно изобретению, целесообразным может быть также наряду с солями удалять, по крайней мере, в значительной степени и другие низкомолекулярные составные части, такие как низкомолекулярные продукты расщепления исходного крахмала. Это можно проводить до и/или после стадии ацилирования путем, например, диализа и особенно ультрафильтрации (диафильтрации), причем в зависимости от предусмотренного применения могут быть выбраны в соответствующем пределом выведения. Целесообразно проводить удаление низкомолекулярных составных частей вместе с удалением солей после ацилирования. В зависимости от желаемой степени удаления могут быть последовательно включены две или более ступени очистки.

Полученная после гидролиза реакционная смесь (частичный гидролизат) и/или особенно полученная после удаления солей и в данном случае других низкомолекулярных составных частей реакционная смесь перед дальнейшей переработкой или применением преимущественно подвергается стерильному фильтрованию.

Полученный после удаления солей и в данном случае других низкомолекулярных составных частей раствор сложного эфира крахмала может быть непосредственно использован как таковой; для лучшего использования и сохранности раствор сложного эфира крахмала преимущественно переводят в сухой продукт. Эту операцию осуществляют, в частности, осторожным концентрированием раствора в вакууме и последующей сушкой в вакууме. Но возможно также раствор сложного эфира крахмала переводить с помощью лиофилизации с высушенный замораживанием продукт.

Благодаря своим свойствам, особенно хорошей растворимости в воде и физиологической совместимости, полученные по способу изобретения сложного эфира крахмала очень хорошо пригодны для клинических, особенно парентеральных, применений.

Сложные эфиры крахмала, согласно изобретению, особенно применяются для получения фармацевтических составов для перитонеального диализа, а также для получения заменителя плазмы крови (сравни немецкую заявку P 41 23 001.9 "Способный к метаболизму заменитель плазмы" и немецкую патентную заявку P 41 23 001.0 "Фармацевтический состав для перитонеального диализа" одних и тех же заявителей, в один и тот же день).

Нижеследующие примеры более детально поясняют изобретение. Если не указано иначе, выше- и нижеприведенные величины процентов относятся к мас. а части к мас. ч. Температурные данные приведены по шкале Цельсия.

Пример 1. Получение частичного гидролиза восковидного кукурузного крахмала (M_w примерно 200000).

4000 г Восковидного кукурузного крахмала с содержанием влаги 10,0% что соответствует 3600 г безводного крахмала, суспендировали в 12,5 кг обессоленной воды, затем добавляли 3,85 г дигидрата хлорида кальция и 1 г a -амилазы (Termamye 60 L; Fa. NOVO, Копенгаген) и при перемешивании быстро нагревали до 95^oC. C выдерживали до тех пор, пока проба, разбавленная водой до 20% не обнаруживала относительную вязкость 1,5 относительно воды при 20^oC. Расщепление прерывали добавлением соляной кислоты до значения pH 3,0; реакционную смесь после этого выдерживали еще 10 мин при 95^oC, в заключение охлаждали до комнатной температуры, доводили раствором гидроксида натрия до pH 5,5 и фильтровали через стерильные слои. Раствор расщепленного крахмала слегка желтоватого цвета, 15,6 кг, с содержанием сухого вещества 22,4% для удаления низкомолекулярных составных частей подвергали диафильтрации через ультрафильтрационную мембрану с пределом выведения 30000 дальтон, причем получали 10,2 кг 19,6% -ного раствора, содержавшего 2,0 кг расщепленного амилопектина. Аликвотную часть этого раствора использовали для нижеследующих примеров 2 и 3.

Пример 2. Получение ацетилкрахмала (M_w примерно 200000, МЗ примерно 0,35) К 826,5 г полученного по примеру 1 раствора расщепленного крахмала, содержащего 162 г сухого вещества (1 моль CH₆H₁₀O₅), при интенсивном перемешивании магнитной мешалкой в течение одного часа равномерно добавили 40,8 г (0,40 моль) ангидрида уксусной кислоты и одновременно путем контролирования pH добавляли 2н. раствор гидроксид натрия таким образом, чтобы значение pH поддерживалось в интервале 8,0-8,5. На это было израсходовано 225 мл (0,45 моль).

Полученный таким образом раствор диафильтровали через ультрафильтрационную мембрану (предел выведения 30000 дальтон) до электропроводности <1 микро С/см. После добавления 1,6 г активированного угля раствор фильтровали через стерильные слои, концентрировали в вакууме до густого сиропа и после этого сушили в вакуум-сушильном шкафу до хрупкой, белой, пористой массы. После размалывания выход составил 165,0 г. Было найдено молярное замещение 0,355 моль/моль. Вещество оказалось при испытании на кроликах, согласно Ph, Eur, непирогенным и переносилось животными без реакции.

Пример 3. Получение ацетилкрахмала (M_w примерно 200000, МЗ примерно 0,50) К 826,5 г полученного по примеру 1 раствора расщепленного крахмала, содержавшего 162 г сухого вещества (1 моль CH₆H₁₀O₅), при интенсивном перемешивании магнитной мешалкой в течение двух часов равномерно добавили 64,85 г (0,635 моль) уксусного ангидрида и одновременно путем контролирования pH добавили 2 раствор гидроксида натрия таким образом, чтобы значение pH поддерживалось в интервале 8,0-8,5. На это было израсходовано 500 мл (1,0 моль).

Полученный таким образом раствор диафильтровали через ультрафильтрационную мембрану (предел выведения 30000 дальтон) до электропроводности <1 микро С/см. После добавления 1,6 г активированного угля раствор фильтровали через стерильные слои, концентрировали в вакууме до густого сиропа и затем сушили в вакуум-сушильном шкафу до хрупкой, белой, пористой массы. После размывания выход составил 166,4 г. Было найдено молярное замещение 0,502 моль/моль Вещество оказалось при испытании на кроликах, согласно Ph. Eur непирогенным и переносимость животными без реакции.

Пример применения.

Получение растворов заменителя плазмы.

В качестве сложного эфира крахмала использовали ацетилкрахмал, согласно изобретению, со средним молекулярным весом (M_w) примерно 200000 дальтон и степенью замещения 0,3 или 0,5. При этом получены следующие растворы заменителя плазмы.

1. Раствор ацетилкрахмала с концентрацией 3,6 и 10 мас. в физиологическом растворе поваренной соли (0,9 мас.).

2. Раствор ацетилкрахмала с концентрацией 6 мас. в 2,5%-ном глицериновом растворе (не содержащий электролита раствор заменителя плазмы).

Исследования по биологической разлагаемости.

Вышеприготовленные растворы ацетилкрахмала с концентрацией 3, 6 и 10 мас. ацетилкрахмала (степень замещения 0,3 или 0,5) в физиологическом растворе поваренной соли внутривенно вводили крысам (18 мл за 3 часа).

Вливания переносились очень хорошо и не было обнаружено никаких непосредственных побочных действий. Непосредственно после окончания вливаний в зависимости от дозы существовал уровень ацетилкрахмала в крови (от 6 25 мг/мл). Этот уровень в крови сравним с теми, которые получены при использовании растворов гидроксиэтилкрахмала (HES 200/0,5; M_w примерно 200000 дальтон, молярное замещение 0,5 моль). И через 3 часа после окончания вливания ацетилкрахмала еще обнаруживался в крови животных (от 1,0 до 10 мг/мл); эти количества во всяком случае соответствовали количествам, которые были получены с помощью растворов гидроксиэтилкрахмала (HES 200/0,5) в сравнимых условиях. Однако через 24 часа после окончания вливания у обработанных животных больше не обнаруживался ацетилкрахмал в крови.

Формула изобретения

1. Способ получения водорастворимых, физиологически совместимых сложных эфиров крахмала, включающий получением гидролизата крахмала путем обработки крахмала кислотой или энзимом с последующим ацилированием в водном растворе ангидридом карбоновой кислоты в присутствии щелочного агента, отличающийся тем, что в качестве ангидрида карбоновой кислоты используют ангидрид или галогенид алифатической монокарбоновой кислоты с 2 4 атомами углерода или алифатической дикарбоновой кислоты с 3 6 атомами углерода или их смесью, при этом ацилирование проводят до молярного замещения 0,1 1,0 моль/моль и из полученной реакционной смеси удаляют соли и перед и/или после ацилирования удаляют низкомолекулярные соединения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что крахмал состоит из практически не содержащего амилозы амилопектина.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве крахмала используют восковидный крахмал из кукурузы, риса или сорго.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что крахмал гидролизуют до средней мол. м. 40000 250000 дальтон.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что для энзимного гидролиза используют альфа-амилазу.

6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что ацилируют до молярного замещения 0,3 0,7 моль/моль.

7. Способ по пп.1 6, отличающийся тем, что в качестве ангидрида или галогенида монокарбоновой кислоты используют таковой из уксусной кислоты.

8. Способ по пп.1 7, отличающийся тем, что в качестве ангидрида или галогенида дикарбоновой кислоты используют таковой из янтарной или малеиновой кислоты.

9. Способ по пп.1 8, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента используют гидроксид натрия, карбонат натрия, гидроксид кальция или гидроксид магния.

10. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что удаление солей и/или низкомолекулярных соединений проводят диализом, ультрафильтрацией и/или ионным обменом.

11. Сложный эфир крахмала, представляющий собой ацетилкрахмал, который получают путем обработки крахмала кислотой или энзимом с последующим ацилированием в водном растворе в присутствии щелочного агента, ангидридом или галогенидом алифатической монокарбоновой кислоты с 2 4 атомами углерода или алифатической дикарбоновой кислоты с 3 6 атомами углерода или их смесью, при этом ацилирование проводят до молярного замещения 0,1 1,0 моль/моль и из полученной реакционной смеси удаляют соли и перед и/или после ацилирования удаляют низкомолекулярные соединения.