Способ получения низкомолекулярного хитозана



Способ получения низкомолекулярного хитозана
Способ получения низкомолекулярного хитозана

 


Владельцы патента RU 2417088:

Общество с ограниченной ответственностью "Фармхим" (ООО "Фармхим") (RU)

Изобретение относится к области получения хитина и его производных, а именно к способам получения низкомолекулярного хитозана. Для получения низкомолекулярного хитозана готовят раствор высокомолекулярного хитозана в 1% водной уксусной кислоте. Добавляют к нему раствор пероксида водорода в количестве 0,5-1,5 мас.% к общей массе раствора в присутствии каталитических количеств оксида марганца (IV). Выдерживают при температуре 18-50°С в течение 30 мин. Добавляют по окончании времени реакции водный раствор аммиака, доводя рН реакционной смеси до 6,9-7,0. После выпадения осадка в реакционную массу прибавляют ацетон и выдерживают в течение 2 часов. Осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и ацетоном, сушат. Использование способа обеспечивает получение конечного продукта с меньшей степенью полидесперсности и композиционной неоднородности. 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области получения хитина и его производных, а именно к способам получения низкомолекулярного хитозана.

С целью получения гомологов с заданной степенью полимеризации используют различные способы физической или химической деструкции исходных высокомолекулярных гликанов. К первой группе способов относится деструкция под действием различных видов излучения высокой энергии. Изучена кинетика фрагментации хитозана под действием импульсов лазерного излучения; применены методы вискозиметрии и ВЭЖХ. Выход разрывов полимерных цепей возрастает с ростом ММ хитозана (фрагментация крупных молекул). Полидисперсность образующегося полимерного материала возрастает с увеличением длительности облучения. Насыщение растворов кислородом мало влияет на выход разрывов. Фрагментация хитозана определяется процессами фотопоглощения при минимальном влияния окисления (Патент РФ №2263681, МПК7 С08В 37/08, 2005).

Основной недостаток этих методов заключается в протекании побочных реакций окисления, декарбоксилирования, сопровождающихся дезаминированием, деструкцией пиранозных циклов структуры звеньев полимера. Деструкция гликозидных центров в кислой среде имеет также ряд недостатков, таких как сложность управления процессом, очистки образующихся низкомолекулярных полимергомологов.

Разработан способ получения водорастворимых гомологов хитозана, который включает обработку хитозана в кислых средах. В качестве кислой среды используют паровую дисперсию вода - кислота. Применяют пары водного раствора одноосновной кислоты, в качестве последней применяли HCl, НСООН, СН3СООН (Гизатулина Г.А. Деполимеризация хитина и хитозана при кислотном гидролизе/ Г.А.Гизатулина, В.Ю.Новиков, И.Н.Коновалова // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: Материалы Восьмой Международной конференции. // Казань, 12-17 июня 2006 г. - С.27).

Кислотная деполимеризация зависит от начальной степени деацетилирования хитина. Рост степени деацетилирования приводит к увеличению количества деацетилированных олигомеров, значительно более устойчивых в кислой среде, чем ацетилированные продукты; выход мономеров при этом снижается (ВЭЖХ продуктов гидролиза хитина и хитозана). Концентрация кислоты оказывает сильное действие на скорость гидролиза. Отмечено резкое падение ММ при рН 5 в сравнении с рН 7 (продолжительность гидролиза 30 мин) (Выделение и очистка высокоактивных фракций низкомолекулярного хитозана /П.А.Кузнецов и др. // Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов: Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых. // Щелково, 5-6 октября 2004 г. - С.124-128).

Достаточное распространение получил также способ ферментативного гидролиза хитозанов с использованием специфических хитинолитических ферментов, действие которых селективно направлено на деструкцию β-1,4 межзвеньевой связи. Этому способу свойственна сложность управления процесса, кроме того, образующиеся гомологи, предназначенные в качестве сырья фармако-химической технологии, требуют особых приемов для очистки от использованных биокатализаторов (Разделение хитоолигосахаридов методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и тонкослойной хроматографии / Fang Zi a.o. // Period. Ocean Univ. - 2005. - V.35, N 1. - P.113-115; Xia Wen-Shui. Успехи в области исследования и получения хитоолигосахаридов / Xia Wen-Shui, Wei Xin-Lja // J. Appl. Chem. - 2004. - V. 21, N 4. - P.332-337; Tsaih Min Lamg. Влияние удаления мелких фрагментов с помощью ультрафильтрации при ультразвуковой обработке на кинетику хитозана/ Tsaih Min Lamg, Tseng Lan Zang, Chen Rong Huei // Polim. Degrad. and Stab. - 2004. - V.86, N 1. -P. 25-32; патент РФ №2073016, МПК С08В 37/08, 1997).

Известен способ получения низкомолекулярного хитозана, растворимого в щелочных условиях, по которому хитозан растворяют в водном растворе кислоты с последующим добавлением к полученному раствору хитозана раствора щелочи, рН 7,0-8,0, после чего выпавший в осадок хитозан удаляют из раствора, а низкомолекулярный хитозан остается в растворе или лиофильно высушивается (заявка РФ №2008113410, С08В 37/08, 2009).

Известен способ получения низкомолекулярного хитозана кислотным гидролизом хитозана с помощью азотистой кислоты (Allan G.G., Ryan C.A. // Carbohydr. Res. 1995. V.277. N2. - P.257-272).

Однако в этом случае трудно получить целевой продукт с молекулярной массой ниже 20 кДа и процесс сопровождается частичным дезаминированием полисахарида и соответственно приводит к изменению его свойств.

Известен способ получения низкомолекулярного хитозана путем обработки водной суспензии 3 мас.% свежеосажденного хитозана при рН 6,9-7,5 перекисью водорода (пероксидом водорода), 0,1 мас.%, при 85°С в течение 32 мин, после фильтрации и трехкратной промывки активизируют в реакторе с дисковой мешалкой (патент РФ №2144040, МПК С08В 37/08, А61К 31/722, 1998).

Известен способ получения хитозана с СД 80-85% и требуемой величиной ММ путем обработки водной суспензии хитозана с исходной ММ 300-600 кДа перекисью водорода и способ получения деструктурированного хитозана ММ 80 кДа, СД 68-72% из свежепереосажденного хитозана (патент РФ №2215749, МПК С08В 37/08, А61К 31/722, 2003). К 5,5 мас.% суспензии, загруженной в эмалированный или стеклянный реактор и разбавленной деминерализованной водой до концентрации 3 мас.%, нагретой до температуре не выше 80°С, добавляют перекись водорода в расчете 0,15 мас.% от общего веса суспензии и при интенсивном перемешивании выдерживают в течение 25 мин, затем фильтруют, промывая холодной деминерализованной водой, и отжимают.

Данные способы получения низкомолекулярного хитозана реализуются в гетерогенных условиях, т.е. в условиях присутствия взвешенных частиц в растворе.

Технический результат заключается в проведении процесса получения низкомолекулярного хитозана в гомогенных условиях, т.е. в условиях отсутствия взвешенных частиц в растворе, что обеспечивает меньшую степень полидесперсности и композиционной неоднородности конечного продукта.

Технический результат достигается тем, что способ получения низкомолекулярного хитозана включает приготовление раствора высокомолекулярного хитозана в 1% водной уксусной кислоте, прибавление к нему раствора перекиси водорода в количестве 0,5-1,5 мас.% к общей массе раствора в присутствии каталитических количеств оксида марганца (IV), выдерживание при температуре 18-50°С в течение 30 мин, добавление по окончании времени реакции водного раствора аммиака, доводя рН реакционной смеси до 6,9-7,0, после выпадения осадка в реакционную массу прибавляют ацетон и выдерживают в течение 2 часов, осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и ацетоном, сушат.

Изучена деструкция высокомолекулярного хитозана H2O2 с целью получения полимергомологов со степенью полимеризации от 6 до 1000 аминоглюкозных единиц и сохранением СД более 90%.

На фиг.1 представлена зависимость молекулярной массы хитозана от концентрации Н2О2 (концентрация полимера 2 мас.%, 50°С, время реакции 30 мин).

На фиг.2 представлена зависимость молекулярной массы хитозана от температуры (концентрация полимера 2 мас.%, время реакции 30 мин, концентрация H2O2 1,5 мас.%).

В таблице 1 приведена зависимость молекулярной массы и выхода низкомолекулярного хитозана от концентрации H2O2 (70°С).

В таблице 2 приведена зависимость молекулярной массы хитозана от температуры (концентрация полимера 2 мас.%, время реакции 30 мин).

Важнейшим параметром, определяющим степень деструкции высокомолекулярного хитозана соответственно и молекулярную массу конечного продукта, является концентрация Н2О2 в реакционной среде. Исследования проводились при постоянной температуре 50°С. Из фиг.1 видно, что с увеличением концентрации пероксида водорода молекулярная масса снижается. Однако по мере повышения концентрации H2O2 происходит увеличение степени дисперсности целевого продукта, о чем свидетельствует расширение величин молекулярных масс полимеров в серии параллельно выполненных при одинаковых условиях опытов.

Изучение влияния температуры на глубину протекания деструции исследовали в интервале 20-70°С. Установлено, что более перспективным параметром, позволяющим в большей степени регулировать молекулярную массу образующихся полимергомологов, является температура. Как видно из фиг. 2, с ростом температуры при постоянстве остальных параметров реакции, молекулярная масса снижается. Причем величина молекулярной массы полимеров, полученных в серии параллельных опытов, изменяется в пределах 5-10%, что соответствует ошибке эксперимента.

Использование каталитических количеств оксида марганца (IV) позволяет существенно ускорить процесс окислительной деструкции β-1-4 гликозидных связей макромолекул хитозана за счет того, что в его присутствии активно идет разложение перекиси водорода и, как следствие, атомарный кислород, выделяющийся в процессе, обеспечивает более глубокую деструкцию при более низких температурах. Установлено, что в присутствии каталических количеств оксида марганца (IV) удается при температуре 18°С получать низкомолекулярные гомологи хитозана заданной молекулярной массы при прочих равных условиях, не используя нагревание до более высоких температур.

Наиболее надежным и удобным методом остановки процесса деполимеризации хитозана является физическое удаление H2O2: фазовое разделение, экстракция. Фазовое состояние продуктов гидролиза может быть различным (суспензия или раствор). Этот метод реализуется при получении гомологов хитозана со степенью полимеризации более 30.

Отличительной особенностью предложенного способа деструкции хитозана является использование водного раствора аммиака, который при окислении его остатками пероксида водорода превращается в экологически безопасный молекулярный азот, а пероксид разлагается до воды и молекулярного кислорода.

Деструкция высокомолекулярного хитозана.

Пример 1

Синтез хитозана с молекулярной массой 30 кДа

В трехгорлую колбу на 5 л, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, помещают 3 л 1,5 мас.% раствора хитозана в 1% водном растворе уксусной кислоты. Включают перемешивание и выдерживают в течение 10 минут при температуре окружающей среды (50°С). После этого с помощью капельной воронки прибавляют 46 мл 36,4% (0,5 мас.% к массе реакционной смеси) раствора перекиси водорода. Реакционную смесь выдерживают в течение 30 минут при неизменной температуре (18°С). По окончании в реакционную смесь приливают 120 мл водного раствора аммиака, сопровождающегося выпадением продукта в осадок. Для полного выделения продукта в реакционную смесь при перемешивании добавляют 300 мл ацетона и выдерживают в течение 2 часов. Осадок отфильтровывают через марлю на воронке Бюхнера с использованием водоструйного насоса, осадок промывают 500 мл дистиллированной воды, затем 200 мл ацетона. Осадок переносят в кристаллизатор тонким слоем и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°С двое суток. Полученный продукт представляет собой спекшуюся твердую массу коричневого цвета.

Пример 2

Синтез хитозана с молекулярной массой 30 кДа

В трехгорлую колбу на 5 л, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой помещают 3 л 1,5 мас.% раствора хитозана в 1% водном растворе уксусной кислоты. Включают перемешивание и выдерживают в течение 10 минут при температуре окружающей среды (18°С). После этого с помощью капельной воронки прибавляют 46 мл 36,4% (0,5 мас.% к массе реакционной смеси) раствора перекиси водорода. Затем прибавляют 0,0005 г (1,6·10-5 мас.% по отношению к общей массе раствора) оксида марганца (IV). Реакционную смесь выдерживают в течение 30 минут при неизменной температуре (18-20°С). По окончании в реакционную смесь приливают 120 мл водного раствора аммиака, сопровождающегося выпадением продукта в осадок. Для полного выделения продукта в реакционную смесь при перемешивании добавляют 300 мл ацетона и выдерживают в течение 2 часов. Осадок отфильтровывают через марлю на воронке Бюхнера с использованием водоструйного насоса, осадок промывают 500 мл дистиллированной воды, затем 200 мл ацетона. Осадок переносят в кристаллизатор тонким слоем и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°С двое суток. Полученный продукт представляет собой спекшуюся твердую массу коричневого цвета.

Пример 3

Синтез хитозана с молекулярной массой 9 кДа

В трехгорлую колбу на 5 л, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, помещают 3 л 1,5 мас.% раствора хитозана в 1% водном растворе уксусной кислоты. Включают перемешивание и выдерживают в течение 10 минут при температуре окружающей среды (50°С). После этого с помощью капельной воронки прибавляют 94 мл 36,4% (1,0 мас.% к массе реакционной смеси) раствора перекиси водорода. Реакционную смесь выдерживают в течение 30 минут при неизменной температуре (18°С). По окончании в реакционную смесь приливают 135 мл водного раствора аммиака, сопровождающегося выпадением продукта в осадок. Для полного выделения продукта в реакционную смесь при перемешивании добавляют 300 мл ацетона и выдерживают в течение 2 часов. Осадок отфильтровывают через марлю на воронке Бюхнера с использованием водоструйного насоса, осадок промывают 500 мл дистиллированной воды, затем 200 мл ацетона. Осадок переносят в кристаллизатор тонким слоем и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°С двое суток. Полученный продукт представляет собой спекшуюся твердую массу коричневого цвета.

Пример 4

Синтез хитозана с молекулярной массой 9 кДа

В трехгорлую колбу на 5 л, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой помещают 3 л 1,5 мас.% раствора хитозана в 1% водном растворе уксусной кислоты. Включают перемешивание и выдерживают в течение 10 минут при температуре окружающей среды (18°С). После этого с помощью капельной воронки прибавляют 94 мл 36,4% (1,0 мас.% к массе реакционной смеси) раствора перекиси водорода. Затем прибавляют 0,0005 г (1,6·10-5 мас.% по отношению к общей массе раствора) оксида марганца (IV). Реакционную смесь выдерживают в течение 30 минут при неизменной температуре (18°С). По окончании в реакционную смесь приливают 135 мл водного раствора аммиака, сопровождающегося выпадением продукта в осадок. Для полного выделения продукта в реакционную смесь при перемешивании добавляют 300 мл ацетона и выдерживают в течение 2 часов. Осадок отфильтровывают через марлю на воронке Бюхнера с использованием водоструйного насоса, осадок промывают 500 мл дистиллированной воды, затем 200 мл ацетона. Осадок переносят в кристаллизатор тонким слоем и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°С двое суток. Полученный продукт представляет собой спекшуюся твердую массу коричневого цвета.

Пример 5

Синтез хитозана с молекулярной массой 3 кДа

В четырехгорлую колбу на 5 л, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, термометром, помещают 3 л 1,5 мас.% раствора хитозана в 1% водном растворе уксусной кислоты. Включают перемешивание и нагревают смесь до температуры 50°С. После этого с помощью капельной воронки прибавляют 130 мл 36,4% (1,5 мас.% к массе реакционной смеси) раствора перекиси водорода. Реакционную смесь выдерживают в течение 30 минут при температуре 50°С. По окончании в реакционную смесь приливают 150 мл водного раствора аммиака, сопровождающегося выпадением продукта в осадок. Для полного выделения продукта в реакционную смесь при перемешивании добавляют 300 мл ацетона и выдерживают в течение 2 часов. Полученную реакционную массу оставляют на сутки для отстаивания, верхний жидкий слой декантируют. В полученную гелеобразную массу приливают 200 мл ацетона и после перемешивания дают отстояться в течение 5 часов. После выделения твердой массы жидкую фазу отделяют декантацией. Полученный продукт представляет собой густую гелеобразную массу белого цвета.

Таблица 1
Способ получения низкомолекулярного хитозана
СД хитозана, % Конц. Н2O2 в системе, % Выход, % ММ, кДа
1 90 5.7 72 1.0
2 90 5.1 73 1.0
3 90 4.7 78 1.0
4 90 4.2 78 1.0
5 90 4.1 75 1.2
6 90 2.0 80 1.4
7 90 1.5 81 1.6
8 90 1.3 84 1.7
9 90 1.1 82 1.8
10 90 1.0 79 2.0
11 90 0.9 84 1.8
12 90 0.8 85 2.0
13 90 0.7 81 1.9
14 90 0.6 86 2.3
15 90 0.5 85 2.5
16 90 0.4 77 3.0
17 90 0.3 83 3.6
18 90 0.25 85 5.0
19 90 0.2 87 6.0
20 90 0.15 87 18.0
21 90 0.1 85 20.0
22 90 0.05 83 27.0
Таблица 2
Способ получения низкомолекулярного хитозана
СД хитозана, % Конц. Н2O2 в системе, % Выход, % ММ, кДа
1 90 5.7 72 1.0
2 90 5.1 73 1.0
3 90 4.7 78 1.0
4 90 4.2 78 1.0
5 90 4.1 75 1.2
6 90 2.0 80 1.4
7 90 1.5 81 1.6
8 90 1.3 84 1.7
9 90 1.1 82 1.8
10 90 1.0 79 2.0
11 90 0.9 84 1.8
12 90 0.8 85 2.0
13 90 0.7 81 1.9
14 90 0.6 86 2.3
15 90 0.5 85 2.5
16 90 0.4 77 3.0
17 90 0.3 83 3.6
18 90 0.25 85 5.0
19 90 0.2 87 6.0
20 90 0.15 87 18.0
21 90 0.1 85 20.0
22 90 0.05 83 27.0

Способ получения низкомолекулярного хитозана, включающий приготовление раствора высокомолекулярного хитозана в 1%-ной водной уксусной кислоте, прибавление к нему раствора пероксида водорода в количестве 0,5-1,5 мас.% к общей массе раствора в присутствии каталитических количеств оксида марганца (IV), выдерживание при температуре 18-50°С в течение 30 мин, добавление по окончании времени реакции водного раствора аммиака, доводя рН реакционной смеси до 6,9-7,0, после выпадения осадка в реакционную массу прибавляют ацетон и выдерживают в течение 2 ч, осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и ацетоном, сушат.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к синтетической полимерной химии. .

Изобретение относится к новой группе химико-фармацевтических биоконъюгатов, которая может быть получена путем непрямого синтеза при помощи молекулярного спейсера между гиалуроновой кислотой и/или ее производными и лекарственными средствами с противоопухолевой активностью, принадлежащими разным группам, способу их получения.
Изобретение относится к области растениеводства и может быть использовано в сельском, лесном и плодовом хозяйствах для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Изобретение относится к способу получения хитинсодержащего композита, обладающего сорбционной активностью. .

Изобретение относится к области органических соединений, а именно к новому N-2-(2-пиридил)этилхитозану и способу его получения. .

Изобретение относится к аддуктам додекагидро-клозо-додекабората хитозания с хлорной кислотой или перхлоратом аммония состава (C6O4H9NH3)2 B12H12×nMClO4 где n - целое число, равное 1÷8, а М - Н+, NH4 +, которые могут найти применение в качестве энергоемких компонентов различных составов, например пиротехнических.

Изобретение относится к производному гиалуроновой кислоты, где нестероидное противовоспалительное лекарственное средство связано с гиалуроновой кислотой посредством ковалентной связи, которое содержит частичную структуру дисахаридной единицы гиалуроновой кислоты, к которой присоединено противовоспалительное лекарственное средство, представленное следующей ниже формулой (I): где Y-CO- представляет собой один остаток дисахаридной единицы гиалуроновой кислоты; R2 представляет собой остаток нестероидного противовоспалительного лекарственного средства, представленного группой Z-CO- или атомом водорода, при условии, что все R2 не являются атомом водорода; -NH-R1-(-O-)n представляет собой спейсерный остаток в соединении-спейсере, представленном формулой H 2N-R1-(OH)n, имеющем гидроксильные группы в количестве n; R1 представляет собой линейную или разветвленную углеводородную группу, содержащую от 2 до 12 атомов углерода, которая может иметь заместитель; -СО-NН- представляет собой амидную связь карбоксильной группы гиалуроновой кислоты в качестве составляющей сахарид гиалуроновой кислоты с аминогруппой соединения-спейсера; -O-СО- представляет собой сложноэфирную связь гидроксильной группы соединения-спейсера с карбоксильной группой в остатке нестероидного противовоспалительного лекарственного средства и n равно целому числу от 1 до 3, где производное гиалуроновой кислоты имеет степень замещения нестероидным противовоспалительным лекарственным средством от 5 до 50% мол.
Изобретение относится к синтетической полимерной химии, а именно к способам получения новых, модифицированных витаминами сшитых солей гиалуроновой кислоты (ГК) - природного полимера из класса полисахаридов.
Изобретение относится к синтетической полимерной химии, а именно к способам получения сшитых солей гиалуроновой кислоты (ГК), модифицированных фолиевой кислотой, - природного полимера из класса полисахаридов.
Изобретение относится к синтетической полимерной химии, а именно к способам получения сшитых солей модифицированной ретинолом гиалуроновой кислоты (ГК) - природного полимера из класса полисахаридов.

Изобретение относится к области медицины и касается композиционных материалов для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. .
Изобретение относится к медицине и медицинской промышленности, а именно к технологии лекарственных средств, и представляет собой противовирусное средство в виде геля, содержащее интерферон человеческий лейкоцитарный, основу, консервант нипагин, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит физиологический раствор, а в качестве основы хитозана сукцинат, при определенном соотношении компонентов в 1 мл смеси.

Изобретение относится к области животноводства. .
Изобретение относится к медицине, а именно к терапевтической стоматологии, стоматологии детского возраста, микробиологии, и может быть использовано для местного лечения и профилактики воспалительных заболеваний пародонта.
Изобретение относится к фармацевтической композиции для перорального введения в периоды между приемами пищи для абсорбции соединений фосфора из жидкостей кишечного тракта, особенно из слюны.
Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и касается лечения невуса конъюнктивы глаза. .
Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству и гинекологии. .
Изобретение относится к области медицины и касается препаратов, применяемых для профилактики и лечения нарушений физиологической и репаративной регенерации костной ткани и суставного хряща.
Изобретение относится к области медицины и касается препаратов, применяемых для профилактики и лечения нарушений физиологической и репаративной регенерации костной ткани и суставного хряща.
Изобретение относится к производству биологически активных добавок (БАД) к пище для профилактики йодной недостаточности. .

Изобретение относится к рыбоперерабатывающей промышленности. .
Наверх