Способ получения сшитых солей гиалуроновой кислоты

Изобретение относится к синтетической полимерной химии, а именно к способам получения сшитых солей гиалуроновой кислоты. Порошкообразную соль гиалуроновой кислоты с добавлением по крайней мере одного сшивающего агента предварительно гомогенизируют в смесителе при температуре от 20 до 50°С. Полученную однородную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига в механохимическом реакторе при температуре от 20 до 50°С, при этом давление находится в пределах от 5 до 1000 МПа. Изобретение позволяет получать целый ряд сшитых солей гиалуроновой кислоты в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды. Способ не требует больших энерго-, трудо- и водозатрат, позволяет использовать в качестве исходных реагентов самые разнообразные, в том числе водонерастворимые, соли гиалуроновой кислоты. 10 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к синтетической полимерной химии, а именно к способам получения сшитых солей гиалуроновой кислоты - природного полимера из класса полисахаридов. Сшитые соли гиалуроновой кислоты (ГК) применяются в различных областях медицины и в косметике, например в эстетической дерматологии и пластической хирургии.

Известен ряд способов получения сшитых солей ГК путем взаимодействия солей ГК с различными сшивающими агентами в органической и(или) водной среде. Так, например, известен способ получения сшитых солей ГК, включающий предварительную стадию частичного деацетилирования солей ГК и последующего сшивания с помощью альдегидов и изоцианатов в водной среде [патент США, US 7125860, опубл. в 2006 г.]. В другом известном способе соли ГК предварительно подвергают взаимодействию с хлорангидридом коричной кислоты в среде диметилформамида и последующую стадию сшивания осуществляют под действием УФ-облучения [патент США, US 5462976, опубл. в 1995 г.]. Недостатками этих способов являются двухстадийность химических процессов, высокая токсичность органических реагентов и растворителей, трудоемкая очистка конечных продуктов.

Известны способы получения сшитых солей ГК в одной химической стадии, например способ, включающий взаимодействие солей ГК с аминопроизводными бискарбодиимида и осаждение продуктов реакции с помощью этанола [патент США, US 6013679, опубл. в 2000 г., патент США, US 6537979, опубл. в 2003 г.], или способ получения сшитых солей ГК, включающий взаимодействие натриевой соли ГК с хлоридами железа, алюминия и хрома в водной среде [патент США, US 5532221, опубл. в 1996 г.], или способ получения сшитых солей ГК, включающий взаимодействие натриевой соли ГК с дивинилсульфоном в щелочной среде [патент США, US 4582865, опубл. в 1986 г.]. Недостатками вышеперечисленных одностадийных способов являются высокая токсичность сшивающих и прочих агентов, увеличение объемов реакционной системы и производственных помещений, а также большой расход воды.

Известны способы получения сшитых солей ГК с использованием малотоксичных сшивающих агентов. К таким агентам относятся диглицидиловые эфиры алкандиолов, которые в результате взаимодействия с гидроксильными или карбоксильными группами ГК превращаются в нетоксичные продукты реакции. Например, известен способ получения сшитых солей ГК, включающий взаимодействие натриевой соли ГК с диглицидиловыми эфирами алкандиолов в сильно щелочной или кислой среде с последующим выделением и очисткой целевых продуктов [патент США, US 4716154, опубл. в 1987 г.; патент США, US 4716224, опубл. в 1987 г.; патент США, US 4963666, опубл. в 1990 г.]. Этот метод имеет следующие недостатки: применение большого избытка реагентов, сложные приемы очистки и выделения целевых продуктов (диализ, отмывание избыточных реагентов и др.), многостадийность процесса, увеличение объемов реакционной системы и производственных помещений, большой расход энергии и воды.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения сшитых солей ГК, включающий стадию взаимодействия натриевой соли ГК с диглицидиловыми эфирами алкандиолов в кислой водной среде [патент США, US 4886787, опубл. в 1989 г.]. Этот метод не требует сложных приемов очистки и выделения целевых продуктов, однако имеет следующие недостатки: применение большого избытка сшивающих агентов, увеличение объемов реакционной системы и производственных помещений, большой расход воды, а также необходимость установки громоздких и дорогостоящих очистных сооружений, что связано с большими энерго-, материало- и трудозатратами. Кроме того, отсутствуют сведения о получении других сшитых солей ГК, кроме натриевой. Следует особо отметить, что в связи с тем, что взаимодействие исходных реагентов осуществляют в водной среде, данный метод не позволяет использовать в качестве исходных реагентов водонерастворимые соли ГК.

Задачей данного изобретения является создание экологически безопасного способа, позволяющего получать сшитые соли ГК в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, без больших энерго-, трудо- и водозатрат, при этом получать целевые продукты с количественным выходом, а также использовать в качестве исходных реагентов самые разнообразные, в том числе водонерастворимые, соли ГК.

Поставленная задача решается тем, что создан универсальный экологически безопасный способ получения сшитых солей ГК в отсутствии жидкой среды. Способ заключается в том, что порошкообразную соль ГК с добавками по крайней мере одного сшивающего агента предварительно гомогенизируют в смесителе при температуре от 20 до 50°С, затем полученную однородную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига в механохимическом реакторе при температуре от 20 до 50°С, при этом давление находится в пределах от 5 до 1000 МПа. В качестве соли ГК используют соль из ряда: аммониевая, литиевая, натриевая, калиевая, кальциевая, магниевая, бариевая, цинковая, алюминиевая, титановая, ванадиевая, хромовая, марганцевая, железная, никелевая, кобальтовая, медная, серебряная, золотая или смешанную соль ГК из вышеуказанного ряда, или гидросоль гиалуроновой кислоты. В качестве сшивающего агента используют по крайней мере один эфир из ряда: диглицидиловый эфир этиленгликоля, диглицидиловый эфир диэтиленгликоля (ДЭГ-1), диглицидиловый эфир триэтиленгликоля, диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля, диглицидиловый эфир пропиленгликоля, диглицидиловый эфир 1,4-бутандиола (ДЭБД), диглицидиловый эфир 1,6-гександиола.

Мольное соотношение соль гиалуроновой кислоты к сшивающему агенту или к сумме сшивающих агентов составляет преимущественно от 500:1 до 10:1. Продолжительность воздействия давления и деформации сдвига составляет преимущественно от 0,1 до 10 минут. Гомогенизацию исходной смеси можно проводить в любом смесителе, предпочтительно в мельнице или в смесителе шнекового типа, например в двухшнековом экструдере. Воздействие давления и деформации сдвига осуществляют в механохимическом реакторе. В качестве реактора предпочтительно используют наковальни Бриджмена, при этом заданную величину деформации сдвига достигают путем изменения угла поворота нижней наковальни. Она находится преимущественно в пределах от 50 до 350 градусов. В качестве реактора можно использовать также аппарат шнекового типа, выбранный из ряда: двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с противоположно направленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с набором кулачков различного типа: транспортные, запирающие, перетирающие и т.д.

Решение поставленной задачи стало возможным благодаря тому, что процесс взаимодействия исходных реагентов осуществляют в отличие от известного способа не в растворе, а путем взаимодействия исходных реагентов в твердом порошкообразном состоянии при одновременном воздействии давления и деформации сдвига. Это позволило достигнуть нового технического результата, заключающегося в создании универсального экологически безопасного способа, позволяющего получать целый ряд сшитых солей ГК в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, с получением целевых продуктов с количественным выходом. Способ не требует больших энерго-, трудо- и водозатрат, позволяет использовать в качестве исходных реагентов самые разнообразные, в том числе водонерастворимые, соли ГК.

Количественный характер выхода целевых продуктов доказан с помощью ИК-Фурье спектрального анализа исходных реагентов и продуктов реакции. Установлено, что в спектрах целевых продуктов полностью отсутствуют характеристические полосы глицидиловых групп сшивающих агентов (750-950 и 1240-1260 см^-1) и присутствуют дополнительные полосы (1050-1150 см^-1), характерные для эфирных групп, появившихся в результате взаимодействия глицидиловых групп сшивающих агентов с гидроксильными группами солей ГК. Степень сшивания соответствует отношению количества молей сшивающего агента к количеству молей соли ГК. Степень набухания определялась по стандартной методике [Практикум по высокомолекулярным соединениям. - М.: Химия, 1985, с.111].

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. 160,0 мг (4·10^-4 моля) порошкообразной натриевой соли ГК и 2,8 мг (8·10^-6 моля) диглицидилового эфира диэтиленгликоля (ДЭГ-1) гомогенизируют в мельнице при 20°С в течение 10-15 мин. Затем порошкообразную смесь помещают на нижнюю наковальню Бриджмена (диаметр рабочей поверхности 3 см), накрывают верхней наковальней, наковальни ставят под пресс и подвергают давлению 1000 МПа при 20°С, при угле поворота нижней наковальни 250° в течение 1 мин. Далее снимают давление, вынимают наковальни из-под пресса. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 162,5 мг (99,8%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 10 мл/г.

Пример 2. 160,0 мг (4·10^-4 моля) порошкообразной натриевой соли ГК и 1,7 мг (8·10^-6 моля) диглицидилового эфира 1,4-бутандиола (ДЭБД) гомогенизируют в мельнице при 20°С в течение 10-15 мин. Затем порошкообразную смесь помещают на нижнюю наковальню Бриджмена (диаметр рабочей поверхности 3 см), накрывают верхней наковальней, наковальни ставят под пресс и подвергают давлению 1000 МПа при 20°С, при угле поворота нижней наковальни 200° в течение 50 сек. Далее снимают давление, вынимают наковальни из-под пресса. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 8 мл/г.

Пример 3. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него ДЭГ-1 берут в количестве 14 мг (4·10^-5 моля). Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 174 мг (100%), степень сшивания составляет 100 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 3 мл/г.

Пример 4. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-кальциевая соль при мольном соотношении натрий:кальций = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 7 мл/г.

Пример 5. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-алюминиевая соль при мольном соотношении натрий:алюминий = 5:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 162,5 мг (99,8%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 8 мл/г.

Пример 6. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-цинковая соль при мольном соотношении натрий:цинк = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 7 мл/г.

Пример 7. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-медная соль при мольном соотношении натрий:медь = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,4 мг (99,8%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 7 мл/г.

Пример 8. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-кобальтовая соль при мольном соотношении натрий:кобальт = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 7 мл/г.

Пример 9. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-серебряная соль при мольном соотношении натрий:серебро = 1:1. Угол поворота нижней наковальни составляет 50 градусов, а время воздействия 0,1 мин. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,3 мг (99,7%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 8 мл/г.

Пример 10. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-титановая соль при мольном соотношении натрий:титан = 4:1. Угол поворота нижней наковальни составляет 350 градусов а время воздействия - 1,4 мин. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 6 мл/г.

Пример 11. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-золотая соль при мольном соотношении натрий:золото = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 6 мл/г.

Пример 12. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него в качестве сшивающего агента дополнительно взято 1,7 мг (8·10^-6 моля) ДЭБД. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 164,5 мг (100%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 6 мл/г.

Пример 13. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него ДЭГ-1 берут в количестве 0,26 мг (8-10^-7 моля). Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 160,3 мг (100%), степень сшивания составляет 2 сшивки на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 25 мл/г.

Пример 14. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята гидро-натриевая соль при мольном соотношении натрий:водород = 1:1. Выход сшитой гидро-соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 5 мл/г.

Пример 15. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК и 2,1 г (0,01 моля) (ДЭБД) гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 50°С в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 50°С и давлении 5 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 399 г (99,8%), степень сшивания составляет 10 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 11 мл/г.

1. Способ получения сшитой соли гиалуроновой кислоты или ее сшитой смешаной соли в отсутствии жидкой среды, заключающийся в том, что порошкообразную соль гиалуроновой кислоты вместе с по крайней мере одним сшивающим агентом предварительно гомогенизируют в смесителе при температуре от 20 до 50°С, затем полученную однородную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига в механохимическом реакторе при температуре от 20 до 50°С, при этом давление находится в пределах от 5 до 1000 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли гиалуроновой кислоты используют соль из ряда: аммониевая, литиевая, натриевая, калиевая, кальциевая, магниевая, бариевая, цинковая, алюминиевая, титановая, ванадиевая, хромовая, марганцевая, железная, никелевая, кобальтовая, медная, серебряная, золотая, или смешанную соль гиалуроновой кислоты из вышеуказанного ряда или гидросоль гиалуроновой кислоты.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве сшивающего агента используют по крайней мере один эфир из ряда: диглицидиловый эфир этиленгликоля, диглицидиловый эфир диэтиленгликоля, диглицидиловый эфир триэтиленгликоля, диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля, диглицидиловый эфир пропиленгликоля, диглицидиловый эфир 1,4-бутандиола, диглицидиловый эфир 1,6-гександиола.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что мольное соотношение: соль гиалуроновой кислоты к сшивающему агенту или к сумме сшивающих агентов составляет от 500:1 до 10:1.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что продолжительность воздействия давления и деформации сдвига составляет от 0,1 до 10 мин.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что смесителем является мельница или смеситель шнекового типа, например, двухшнековый экструдер.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что механохимическим реактором являются наковальни Бриджмена или аппарат шнекового типа.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве реактора используют наковальни Бриджмена, при этом деформацию сдвига осуществляют путем изменения угла поворота нижней наковальни.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что угол поворота наковальни Бриджмена находится в пределах от 50 до 350°.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве реактора используют аппарат шнекового типа.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что аппарат выбран из ряда: двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с противоположно направленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с набором кулачков различного типа, например, транспортные, запирающие, перетирающие.