Способ получения тиокарбамоилхитозана
Владельцы патента RU 2355706:
Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Способ получения тиокарбамоилхитозана (ТКХ) осуществляют взаимодействием хитозана с раствором роданида аммония в органическом растворителе - тиомочевине при температуре 110-150°С и массовом соотношении хитозан:роданид аммония 100:90-440 с последующей экстракцией охлажденной реакционной массы водой и сушкой продукта. Способ позволяет получить ТКХ со степенью присоединения 0,31-1,12. 1 табл.
Изобретение относится к синтезу тиокарбамоильных производных полисахаридов, а именно к способу получения тиокарбамоилхитозана (ТКХ). Эти соединения находят применение как компоненты антибактериальных средств и как сорбенты тяжелых металлов.
Известен единственный способ получения ТКХ путем взаимодействия хитозана с 11% раствором роданида аммония в этаноле при нагревании смеси с обратным холодильником (температура ~80°С) и перемешивании в течение 12 часов при соотношении на 100 г хитозана 91 г роданида аммония. После сорбции ионов серебра продукт используют в качестве антимикробного средства (Carbohydr. Polym. 2005, 60, 33-38; CN1712417 A).
Недостатком этого способа получения ТКХ является использование спиртовых растворов при нагревании, что требует применения обратного холодильника, т.е. не только нагревательного, но и охлаждающего устройства. Хитозан в спирте не растворим, поэтому реакция протекает в гетерогенной системе при перемешивании - это позволяет получить ТКХ с содержанием серы не выше 0,6% (соответствует степени присоединения - 0,035).
Поскольку сорбционные свойства ТКХ по отношению к ионам серебра (или любым другим ионам тяжелых металлов), а значит и уникальные антимикробные свойства серебряных производных, обусловлены количеством введенных тиокарбамоильных групп (остатков тиомочевины), наиболее ценным следует считать целевой продукт - ТКХ с большей степенью присоединения.
Задача, решаемая изобретением, - упрощение способа получения ТКХ и повышение его качества.
Поставленная задача решается путем взаимодействия хитозана с раствором роданида аммония в тиомочевине (концентрация роданида аммония 32-68%) при соотношении на 100 г хитозана от 90 до 440 г роданида аммония при 110-150°С в течение 4-6 часов, экстракции охлажденной реакционной массы водой и последующей сушки продукта.
Использование в качестве органического растворителя тиомочевины не требует использования обратного холодильника. Образование хитозаном в предлагаемых условиях гомогенного геля позволяет проводить процесс без перемешивания при 110-150°С. Время процесса сокращается в 2-3 раза, степень присоединения тиокарбамоильных групп увеличивается в 9-32 раз (0,31-1,12) при том же или большем значении выхода целевого продукта, что позволяет более эффективно использовать оборудование и повышает ценность ТКХ для использования его в качестве сорбента.
При температурах ниже 110°С среда негомогенна, что замедляет скорость процесса, выше 150°С - заметно снижается выход продукта из-за процессов деструкции полимерной цепи. Проведение реакции в течение меньших промежутков времени (менее 4 часов) неэффективно, т.к. степень присоединения низкая (менее 0,3), большие промежутки времени (свыше 6 часов) не приводят к дальнейшему повышению степени присоединения.
Процесс проводят при нагревании в реакторе, затем продукт экстрагируют водой в аппарате Сокслета, сушат в сушильном шкафу на воздухе. Состав полученного ТКХ характеризуют содержанием S и N % из данных элементного анализа, наличием введенных тиокарбамоильных групп - ИК-спектроскопией с использованием приставки диффузного отражения.
Предлагаемое решение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Смесь 3,3 г (0,02 моль) хитозана, 10,5 г (0,135 моль) роданида аммония и 5 г (0,065 моль) тиомочевины нагревают до 130°С, выдерживают 10 мин до образования гелеобразной массы, затем нагревают при этой же температуре 6 ч и охлаждают. Полученный продукт подвергают холодной экстракции водой (в аппарате Сокслета) до отрицательной реакции на роданид ион (соли трехвалентного железа). Продукт сушат при 50°С до постоянного веса, выход - 3,8 г. Согласно данным элементного анализа содержание серы равно 12,11%, что соответствует степени присоединения - 1,12. В ИК спектре продукта имеется полоса поглощения 1620 см-1, характерная для связи S=C, и при 1404 см-1 - для S=C-N<.
Примеры 2-6
Методика последующих опытов соответствует примеру 1. Условия реакции и характеристики полученных продуктов представлены в таблице 1.
| Таблица 1. Условия получения и характеристики ТКХ. |
|||||||||
| № | хитозан, г | NH4SCN, г (%) | CS(NH2)2, г | масс. соотн. NH4SCN: хитозан | температура, °С | время, ч | выход*, г | S, % | **степень присоединения |
| прототип | 16,1 | 15,2 (11) | этанола 120 | 90:100 | ~80 | 12 | 1 | 0,6 | 0,035 |
| 1 | 3,3 | 10,5 (68) | 5 | 300:100 | 130 | 6 | 1,2 | 12,11 | 1,12 |
| 2 | 4,95 | 21,75 (68) | 10,35 | 440:100 | 110 | 5 | 1,1 | 7,87 | 0,56 |
| 3 | 5,94 | 12,42 (32) | 26,1 | 440:100 | 130 | 5 | 1,2 | 10,48 | 0,78 |
| 4 | 3,96 | 5,04 (68) | 2,4 | 130:100 | 130 | 4 | 1,1 | 9,26 | 0,75 |
| 5 | 2,48 | 1,58 (68) | 0,75 | 90:100 | 130 | 6 | 1 | 4,76 | 0,31 |
| 6 | 0,58 | 1,87 (50) | 1,87 | 320:100 | 150 | 4 | 1 | 13,76 | 0,45 |
| *Выход в расчете на 1 г загружаемого хитозана. ** Степень присоединения (DS) рассчитывали по формуле - DS=1/(nN/nS-1), где nN/nS - мольное соотношение между элементами, определенное из данных элементного анализа. |
Способ получения тиокарбамоилхитозана взаимодействием хитозана с раствором роданида аммония в органическом растворителе при нагревании, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют тиомочевину, реакцию ведут при температуре 110-150°С и массовом соотношении хитозан:роданид аммония 100:90-440 с последующей экстракцией охлажденной реакционной массы водой и сушкой продукта.
