Способ получения пропаргиловых эфиров полисахарида арабиногалактана

Изобретение относится к способу получения пропаргиловых эфиров арабиногалактана на основе реакции пропаргилирования указанного природного полисахарида пропаргилбромидом. Проводят реакцию в двухфазной системе: водный раствор гидроксида калия - толуол при комнатной температуре в течение 3-11 ч с дальнейшим извлечением продукта ацетоном и выделением продукта из органического слоя. При этом выделение продуктов из органического слоя и очистку осуществляют осаждением в этиловый спирт. Изобретение позволяет получать неизвестные ранее пропаргиловые эфиры арабиногалактана путем реализации способа в мягких условиях. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области органической химии, в частности к разработке способа получения пропаргиловых эфиров арабиногалактана на основе реакции пропаргилирования указанного природного полисахарида пропаргилбромидом.

Широкий спектр биологической активности, богатая сырьевая база сделали арабиногалактан важным объектом современных исследований. С использованием арабиногалактана разрабатываются уникальные наноразмерные композиты [Пат. РФ 2260500 (2004), БИ 2005, №26, Трофимов Б.А. и др. ДАН. 2003. Т.293. №5. С.634-635], матрицы для иммобилизации фармакологических молекул (Groman E.V. et al. Bioconjugate Chem. 1994. Vol.5. №6. P.547-556. Presccott J.H. et al. Carbohydr. Research. 1995. Vol.30 №1. P.113-128), новые биолигандные системы (Грищенко Л.А. и др. ЖОХ. 2004. Т.74, вып.7. С.1213-1214). Актуальность химической модификации арабиногалактана возрастает с увеличением роли возобновляемого сырья в разработке новых ценных продуктов и материалов.

Введение в молекулу полисахарида арабиногалактана ацетиленовой группировки позволит значительно расширить его синтетический потенциал и возможность дальнейшей модификации за счет таких реакций как ацетилен-алленовая изомеризация, гомо- и кросс С-С сочетание, многокомпонентное сочетание терминальных алкинов и азидов, аминометилирование и т.д.

Предлагается способ получения ацетиленпроизводных арабиногалактана, а именно пропаргиловых эфиров общей формулы

где

R=CH₂C≡CH, H; m=8-12, n=60-70,

реакцией арабиногалактана с пропаргилбромидом в двухфазной системе: водный раствор KOH-толуол при комнатной температуре в течение 3-11 ч.

Преимущество данного способа заключается в том, что он реализуется в мягких условиях и позволяет получать неизвестные ранее пропаргиловые эфиры арабиногалактана.

Известен способ пропаргилирования крахмала [P.F.Tankam et al. Carbohydrate Research 342 (2007) 2049-2060], включающий его обработку димсил-литием (CH₃SOCH₂ ^-Li⁺) в сухом ДМСО в атмосфере азота, длительное (1.5-3 дня) перемешивание с пропаргилбромидом с последующим выделением продукта путем диализа и лиофильной сушки. Этот способ позволяет получить пропаргиловые эфиры крахмала со степенью замещения 0.1-2.2, однако является трудоемким, требует обезвоженных растворителей, предварительной стадии получения димсил-лития, но тем не менее не позволяет получить чистые продукты (выход, рассчитанный с учетом степени замещения, составляет 99-145%).

По второму более простому варианту (там же) пропаргилирование проводят в системе NaOH-ДМСО в течение 72 ч, достигая степени замещения 1.8.

Недостатками обоих способов являются:

длительность реакции (1.5-3 дня),

значительное загрязнение пропаргиловых эфиров крахмала продуктами побочных процессов.

Известен способ синтеза 3-O-пропаргиловых эфиров целлюлозы [Fenn D. et al. Reactive & Functional polymers 69 (2009) 347-3 52], включающий предварительную защиту 2,6-гидроксильных групп, реакцию с гидридом натрия в тетрагидрофуране, двухкратную обработку пропаргилбромидом в течение 96 ч с последующим снятием защитных групп. Недостатками способа являются многостадийность, большой избыток реагентов (гидрида натрия и пропаргилбромида), необходимость разрушения непрореагировавшего гидрида натрия, длительность процесса. Выход продукта не указан.

Известен способ пропаргилирования целлюлозы (Масаидова Г.С. и др. ВМС. 1966, №5, С.865-869), включающий получение тозилпроизводных и их взаимодействие с пропаргилатом натрия.

Недостатком данного способа являются:

- дополнительные стадии образования тозиловых эфиров и пропаргилата натрия,

- необходимость абсолютирования растворителя.

Более приемлемым является способ пропаргилирования щелочной целлюлозы (Масаидова Г.С. и др. ВМС. 1966, №5, С.865-869) в среде бензола. Реакцию осуществляют при 60°C в течение 24 ч с использованием 3-7 моль пропаргилбромида в расчете на элементарное звено макромолекулы и в присутствии 1.3 мольного избытка NaOH по отношению к пропаргилбромиду. Способ позволяет получить эфиры со степенью замещения 2.1, однако имеет ряд недостатков:

- использование бензола - канцерогенного вещества, требующего особых условий работы

- длительное время реакции.

Целью настоящего изобретения является разработка способа получения пропаргиловых эфиров полисахарида арабиногалактана.

Поставленная цель достигается тем, что реакцию арабиногалактана с пропаргилбромидом проводят в двухфазной системе: водный раствор KOH - толуол при комнатной температуре и непрерывном перемешивании в течение 3-11 ч. Для выделения продукта реакционную смесь обрабатывают ацетоном, отделяют ацетон-толуольный слой и высаживают его в этиловый спирт, выпавший осадок промывают водой, этанолом и высушивают.

Образование пропаргиловых эфиров отслеживают по изменению ИК спектров и данных элементного анализа полученных продуктов по сравнению с исходным арабиногалактаном. ИК спектры продуктов содержат полосы поглощения, характерные для ацетиленового фрагмента: 3290 (ν, ≡C-H), 2116 (ν, C≡C), 640 см^-1 (δ, C≡CH), и при высоких степенях пропаргилирования практически не содержат полосы поглощения гидроксильной группы при 3430 см^-1.

По данным элементного анализа в продуктах пропаргилирования арабиногалактана существенно (с 43 до 56-62%) возрастает содержание углерода. Это отвечает изменению состава моносахаридного звена от C₆H₁₀O₅ до C_10.1H_11.6O₅ - C₁₃H_14.7O₅ и было положено в основу расчета степени замещения гидроксильных групп арабиногалактана группировками пропаргиловых эфиров. Полученные пропаргиловые эфиры арабиногалактана содержат от 1.4 до 2.3 пропаргильных фрагментов на звено.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка удобного и эффективного (с максимальной степенью замещения 2.3) способа пропаргилирования арабиногалактана в мягких условиях (23°C) при использовании доступных реагентов.

Основными преимуществами заявляемого изобретения по сравнению с вышерассмотренными методами пропаргилирования полисахаридов являются мягкие условия, существенно меньшая продолжительность реакции (3-11 ч), одностадийность метода, возможность варьирования степени замещения в интервале 1.4-2.3 изменением соотношения реагентов, сравнительно легкий способ выделения и очистки целевого продукта.

Следующие примеры иллюстрируют изобретение.

Пример 1.

К раствору 0.5 г (3.1 ммоль) арабиногалактана в 1.2 мл воды добавляли 2.8 г (43.0 ммоль) гидроксида калия (KOH·0.5H₂O) и интенсивно перемешивали в течение 5 мин. Приливали раствор 3.0 г (25.2 ммоль) пропаргилбромида в 2.8 мл толуола и перемешивали при комнатной температуре в течение 11 ч. Добавляли 5 мл ацетона, 1 мл воды и смесь перемешивали 15 мин. Отделяли верхний ацетон-толуольный слой, нейтрализовали его пропусканием СО₂ и высаживали в 10-кратный объем этилового спирта. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой, этиловым спиртом и высушивали при пониженном давлении. Выход продукта 0.5 г. Найдено %: C 62.16, H 5.87, C₁₃H₁₄O₅. Исходное звено арабиногалактана C₆H₁₀O₅, следовательно, степень замещения, рассчитанная исходя из увеличения содержания углерода в продукте за счет введения пропаргильных фрагментов C₃H₂ (М. вес 38.048), равна (13-6):3≈2.3. Теоретический выход продукта, рассчитанный с учетом степени замещения, равен 0.77 г. Выход продукта 65%.

Пример 2.

К раствору 0.5 г (3.1 ммоль) арабиногалактана в 1.2 мл воды добавляли 2.8 г (43.0 ммоль) гидроксида калия (KOH·0.5H₂O) и интенсивно перемешивали в течение 5 мин. Приливали раствор 3.0 г (25.2 ммоль) пропаргилбромида в 2.8 мл толуола и перемешивали при комнатной температуре в течение 6 ч. Добавляли 5 мл ацетона, 1 мл воды и перемешивали 15 мин. Отделяли ацетон-толуольный слой, нейтрализовали его пропусканием CO₂, высаживали в 10-кратный объем этилового спирта. Осадок отфильтровывали, промывали водой, этиловым спиртом и высушивали при пониженном давлении. Выход продукта 0.53 г (74%), степень замещения 1.8. Найдено %: C 58.30; H 5.63; зола 1.68.

Пример 3.

К раствору 0.5 г (3.1 ммоль) арабиногалактана в 1.2 мл воды добавляли 2.8 г (43.0 ммоль) гидроксида калия (KOH·0.5H₂O) и интенсивно перемешивали в течение 5 мин. Приливали раствор 1.5 г (12.6 ммоль) пропаргилбромида в 1.4 мл толуола и перемешивали при комнатной температуре в течение 11 ч. Выделение и очистку продукта проводили так же, как описано в примерах 1, 2. Выход продукта 0.5 г (72%), степень замещения 1.7. Найдено %: C 59.12, H 5.38.

Пример 4.

К раствору 0.5 г (3.1 ммоль) арабиногалактана в 1.2 мл воды добавляли 2.8 г (43.0 ммоль) гидроксида калия (KOH·0.5H₂O) и интенсивно перемешивали в течение 5 мин. Приливали раствор 1.0 г (8.4 ммоль) пропаргилбромида в 1.4 мл толуола и перемешивали при комнатной температуре в течение 11 ч. Выделение и очистку продукта проводили так же, как описано в примерах 1, 2. Выход продукта 0.45 г (66%), степень замещения 1.5. Найдено %: C 57.95, H 5.67.

Пример 5.

К раствору 0.5 г (3.1 ммоль) арабиногалактана в 1.2 мл воды добавляли 1.6 г (24.6 ммоль) гидроксида калия (KOH·0.5H₂O) и интенсивно перемешивали в течение 5 мин. Приливали раствор 1.5 г (12.6 ммоль) пропаргилбромида в 1.4 мл толуола и перемешивали при комнатной температуре в течение 3 ч. Выделение и очистку продукта проводили так же, как описано в примерах 1, 2. Выход продукта 0.49 г (73%), степень замещения 1.4. Найдено, %: C 56.27; H 5.39; зола 1.25.

1. Способ получения пропаргиловых эфиров полисахарида арабиногалактана взаимодействием последнего с пропаргилбромидом в присутствии основания, отличающийся тем, что реакцию проводят в двухфазной системе: водный раствор гидроксида калия - толуол при комнатной температуре в течение 3-11 ч с дальнейшим извлечением продукта ацетоном и выделением продукта из органического слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделение продуктов из органического слоя и очистку осуществляют осаждением в этиловый спирт.

3. Пропаргиловые эфиры полисахарида арабиногалактана общей формулы:

где R=CH₂C=CH, H; m=8-12; n=60-70,
со степенью замещения 1,4-2,3, полученные по п.1.