Водорастворимые карбоксиметилазометиновые производные целлюлозы и способ их получения

 

Изобретение относится к новым биологически активным производным целлюлозы и способам получения производных целлюлозы. Водорастворимые карбоксиметилазометиновые производные целлюлозы (ВКАПЦ) с общей формулой элементарного звена С₆Н_8-xО_5-y-(NR)_y(CH₂COOH)_x, где х >0,13, у>0, х+у<3, получают взаимодействием оксицеллюлозы с содержанием окисленных групп не более 20%, с растворимым в воде или органических растворителях аминосоединением общей формулы NH₂-R, где R - остаток аминосоединения, выбранного из группы, включающей 5-амино-1,2,4-триазол, α-аминопиридин, аминобензол, α-аминоянтарную кислоту, до получения азометиновых производных и последующим карбоксиметилированием. Описывается также способ получения ВКАПЦ. Технический результат состоит в том, что способ позволяет получить водорастворимые биологически активные производные целлюлозы со степенью замещения по азометинам 5-6, а по карбоксиметилам около 14. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к новым производным целлюлозы и способам получения производных целлюлозы.

Известна 2,3-диазиндифенантролин-целлюлоза и способ ее получения, в основу которого положено окисление целлюлозы до диальдегидцеллюлозы, путем обработки порошковой целлюлозы периодатом натрия, с последующим взаимодействием диальдегидцеллюлозы с аминосоединением (5-амино-1,10-фенантролином) [BGN 24123, A, C 08 B 15/06, опубл. 10.01.78].

Известна 2,3-ди-(5-азино-1,3,4-триазол)-целлюлоза и способ ее получения [BG N 24468, A, C 08 B 15/06, опубл. 10.03.78].

В основу этого способа также положено взаимодействие диальдегидцеллюлозы с азотистыми гетероциклическими аминами. Диальдегидцеллюлозу получали периодатным окислением порошковой целлюлозы.

Основной целью получения указанных выше соединений является получение азотсодержащих производных целлюлозы, обладающих биологической активностью. Однако проявление биологически активных свойств данных соединений затруднено, так как они нерастворимы в воде и органических растворителях.

Задачей настоящего изобретения является расширение ряда производных целлюлозы, обладающих биологической активностью, а также получение водорастворимых биологически активных производных целлюлозы, для которых действие модифицирующих целлюлозу биологически активных соединений будет иметь более ярко выраженный характер.

Достигается это новыми водорастворимыми карбоксиметилазометиновыми производными целлюлозы (ВКАПЦ) и способом их получения на основе взаимодействия оксицеллюлозы с содержанием окисленных групп не более 20% с растворимым в воде или органических растворителях аминосоединением общей формулы NH₂-R, где R - остаток аминосоединения, выбранного из группы, включающей 5-амино-1,2,4-триазол, α - -аминопиридин, аминобензол, α - аминоянтарную кислоту, до получения азометиновых производных и последующим карбоксиметилированием путем обработки монохлоруксусной кислотой.

В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенные признаки изобретения Водорастворимые карбоксиметилазометиновые производные целлюлозы с общей формулой элементарного звена C₆H_8-xO_5-y(NR)_y(CH₂COOH)_x, где x>0,13, y>0, x+у<3, полученные взаимодействием оксицеллюлозы с содержанием окисленных групп не более 20% с растворимым в воде или органических растворителях аминосоединением общей формулы NN₂-R, где R - остаток аминосоединения, выбранного из группы, включающей: 5-амино-1,2,4-триазол, α -аминопиридин, аминобензол, α -аминоянтарную кислоту, до получения азометиновых производных и последующим карбоксиметилированием путем обработки монохлоруксусной кислотой.

Способ получения водорастворимых карбоксиметилазометиновых соединений состоит во взаимодействии оксицеллюлозы, с содержанием окисленных групп не более 20%, с аминосоединением при температуре 97-100^oC в течение 3 ч при соотношении 1 моль аминосоединения на 1 моль альдегидных групп целлюлозы с последующим карбоксиметилированием путем обработки монохлоруксусной кислотой.

Аналогов ВКАПЦ в настоящее время не выявлено.

Схема получения водорстворимого карбоксиметилазометинового производного целлюлозы где x>0,13, так как это ограничение является условием водорастворимости получаемого соединения; y>0, x+y<3, R - остаток аминосоединения, выбранного из группы, включающей 5 - амино-1,2,4-триазол, α -аминопиридин, аминобензол, α -аминоянтарную кислоту.

Окисление гидроксильных групп целлюлозы до альдегидных проводят различными способами: озонированием [Демин В.А., Шерешовец В.В., Осипова Г.Я., Кабальнова Н. Н. Деполимеризация целлюлозы при озонировании // Журн. прикл. химии - 1993. - Т. 66, вып. 11. - С. 2562-2567], периодатным окислением до диальдегидцеллюлозы или окислением бихроматом, перманганатом калия, диоксидом азота и другими окислителями [Практические работы по химии древесины и целлюлозы / Оболенская А.В., Щеголев В.П., Аким Г.Л., Аким Э.Л., Коссович Н. Л., Емельянова И.З. - М.: Лесная промышленность. - 1965. - 412 c.].

Все перечисленные способы окисления целлюлозы приводят к получению оксицеллюлозы с содержанием не более 20% окисленных групп и это позволяет проводить карбоксиметилирование азометиновых производных.

Карбоксиметилирование проводят по известной методике [Практические работы по химии древесины и целлюлозы / Оболенская А.В., Щеголев В.П., Аким Г. Л., Аким Э.Л., Коссович Н.Л., Емельянова И.З. - М.: Лесная промышленность. - 1965. - 412 с. ] путем обработки монохлоруксусной кислотой азометинового производного целлюлозы. Характеристики полученных продуктов представлены в таблице.

Были проведены опыты по получению смешанных эфиров целлюлозы с иным порядком операций: взаимодействием аминосоединений с предварительно полученной карбоксиметилцеллюлозой. Однако полученные продукты имели крайне низкую степень замещения (СЗ) по азометинам (Табл., п.п.5 и 6).

ВКАПЦ получают следующим образом.

Порошковую целлюлозу производства Кайского ЦБК со степенью полимеризации 255-270 по вязкости в кадоксене обрабатывают бихроматом калия в кислой среде [Роговин З. А. , Гальбрайх Л.С. Химические превращения и модификация целлюлозы. М. : Химия. - 1979. - 206 с.]. Обработку целлюлозы проводят в 1%-ном водном растворе азотной кислоты при нагревании до 90-100^oC при интенсивном перемешивании в течении 1 ч. Бихромат калия берут из расчета 3 моль/моль целлюлозы. Полученный продукт отмывают на стеклянном фильтре дистиллированной водой, затем спиртом (этанолом), сушат при 50-60^oC и анализируют. Содержание карбонильных групп определяют методом конденсации с гидроксиламином [Практические работы по химии древесины и целлюлозы / Оболенская А.В., Щеголев В. П. , Аким Г.Л., Аким Э.Л., Коссович Н.Л., Емельянова И.З. - М.: Лесная промышленность. - 1965. - 412 с.].

Азометиновые производные целлюлозы получают следующим образом. В раствор аминосоединения при нагревании до 97-100^oC добавляют порошкообразный препарат окисленной целлюлозы в соотношении 1 моль аминосоединения на 1 моль альдегидных (карбонильных) групп. Процесс проводят при нагревании и интенсивном перемешивании в течение 3 ч. Идентификацию структуры конечных продуктов и степени замещения по азометинам проводят по данным ИК-спектроскопии и элементного анализа.

Карбоксиметилирование проводят путем обработки монохлоруксусной кислотой. Степень замещения по карбоксиметильным группам определяют на основании данных функционального анализа COOH-групп по методу Вильсона.

Степени замещения полученных эфиров целлюлозы приведены в таблице.

Пример 1 В трехгорлой круглодонной колбе, снабженной термометром, механической мешалкой и обратным холодильником, растворяют в расчетном количестве воды при температуре 60-70^oC навеску 5-амино- 1,2,4-триазола. Раствор нагревают до 97-100^oC и прибавляют к нему порошкообразный препарат МКЦ из расчета 1 моль альдегидных (CHO-) групп целлюлозы на 1 моль 5-амино-1,2,4-триазола.

Колбу помещают в кипящую водяную баню и проводят выдержку реакционной массы при интенсивном перемешивании в течение 3 ч. По окончании выдержки образовавшийся продукт отфильтровывают через матерчатый фильтр на воронке Бюхнера от горячего раствора, не вступившего во взаимодействие с МКЦ 5-амино-1,2,4-триазола, и многократно промывают в стакане при перемешивании теплой (50-60^oC) водой до отсутствия в ней следов 5-амино-1,2,4-триазола. Полученный продукт сушат при температуре 102-104^oC до постоянного веса и анализируют.

К навеске 5 г синтезированной 5-амино-1,2,4-триазолцеллюлозы в 100 мл изопропилового спирта при перемешивании постепенно в течение 30 мин добавляют 15 мл 30%-ного водного раствора едкого натра при комнатной температуре. Затем смесь интенсивно перемешивают еще 1 ч, затем постепенно в течение 30 мин добавляют 6 г монохлоруксусной кислоты. Полученную смесь выдерживают 3,5 часа при температуре 50-55^oC. Жидкость декантируют, а производное целлюлозы перемешивают со 100 мл 70%-ного метилового спирта. Затем жидкость вторично декантируют, продукт промывают на стеклянном фильтре абсолютным метиловым спиртом, сушат при температуре 45-50^oC и анализируют (Табл., п.1).

Получение ВКАПЦ по п. п. 2-4 таблицы отличается только используемым аминосоединением.

Снижение степени замещения (СЗ) по азометинам после проведения реакции карбоксиметилирования объясняется частичным гидролизом азометинов при нагревании в кислой среде. Нагревание при температуре до 100^oC приводит к полному гидролизу оснований Шиффа, однако относительно мягкие условия проведения карбоксиметилирования (температура 50-55^oC) приводят только к частичному гидролизу азометинов.

Как следует из представленных в таблице данных, последовательное проведение реакций конденсации аминосоединений с карбонильными группами целлюлозы позволяет получить водорастворимые производные целлюлозы со степенью замещения по азометинам 5-6, а по карбоксиметилам около 14. Известно, что карбоксиметилцеллюлоза, имеющая СЗ>10-13 (т.е. более 0,1-0,13 карбоксиметильной группы на одно элементарное звено) является водорастворимым веществом. Растворимость полученных ВКАПЦ проверяют фильтрацией их 0,1%-ного раствора через стеклянный фильтр N 1. Нерастворимая фракция составила 0,5-1% от веса синтезированных соединений.

Формула изобретения

1. Водорастворимые карбоксиметилазометиновые производные целлюлозы с общей формулой элементарного звена С₆Н_8-хО_5-y-(NR)_y(СН₂СООН)_х, где х>0,13, y>0, х+y<3, NН₂-R, где R - остаток аминосоединения, выбранного из группы, включающей 5-амино-1,2,4-триазол, α-аминопиридин, аминобензол, α-аминоянтарную кислоту,
до получения азометиновых производных и последующим карбоксиметилированием путем обработки монохлоруксусной кислотой.

2. Способ получения соединений по п.1 взаимодействием оксицеллюлозы с содержанием окисленных групп не более 20%, с аминосоединением при температуре 97 - 100^oC в течение 3 ч при соотношении 1 моль аминосоединения на 1 моль альдегидных групп целлюлозы и последующим карбоксиметилированием путем обработки монохлоруксусной кислотой.

РИСУНКИ

Рисунок 1