Способ получения карбоксилсодер-жащих производных хитозана

 

Союз Советских

Социвлистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< 802290

К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свид-ву(22) Заявлено 14.07.78 (21) 2644110/23-05 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 07.0281 Бюллетень МЯ 5

Дата опубликования описания 0702.81 (51)M. Кл 3

С 08 В 37/08

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

453) УДК 5 47. 995. .12(088.8) I ! !

T.À.Мрачковская, A.È.Ãàìçàçàäå и С.В.Рого кйй. =саю::.,(72) Авторы изобретения

Ордена Ленина институт элементоорганических соедннейийАН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОКСИЛСОДЕР;.ХАЩИХ

ПРОИЗВОДНЫХ ХИТОЗАНА

Изобретение относится к способу получения карбоксилсодержащих производных хитозана и может быть использовано в химической и пищевой промыш- 5 ленности, а также в медицине.

Известен способ, заключающийся в ацилировании аминогрупп хитозана ангидридами дикарбоновых кислот (1).

Реакцию ацилирования хитозана по это- 0 му способу осуществляют путем прибавления к водному раствору солей хитоэана поочередно и по частям, в неоколько приемов разбавленного раствора щелочи (для высвобождения аминогрупп хитозана и нейтрализации| образующихся в ходе реакции карбок» сильных групп) и ангидрида дикарбонофвой кислоты.

Основным недостатком такого способа является то, что реакция ацили- Ю рования протекает в гетерогенных условиях, так как добавление щелочи вызывает осаждение хитозана из раствора. При этом реакция ацилнрования резко,Ъамедляется и скорость побочной реакции гидролиза ангидрида дикарбоновой кислоты значительно превышает скорость основной реакции, что затрудняет количественное проведе-. ние реакции ацилирования (выход на ЗО стадии ацилирования колеблется между

70 и 87%).

Полученное карбоксилсодержащее ITpoизводное хитозана представляет собой композиционно неоднородный продукт, а точнее ramey продуктов, неоднородных по степени ацилирования и с неравномерным распределением вводимых карбоксильных групп. Поочередное добавление щелочи и закисляющего среду ангидрида приводит к резким перепадам значений рН, что также затрудняет получение композиционно однородного, воспроизводимого по своему составу стандартного продукта. Кроме того, многократное повторение процедуры попеременного добавления щелочи и ангидрида значительно удлиняет время реакции и усложняет технологический процесс, затрудняя его автоматизацию °

Целью изобретения является повышеwe степени ацилирования и однородности карбоксилсодержащих производных хитозана.

ПоСтавленная цель достигается тем, что хитозан ацилируют ангидридами дикарбоновых кислот в соотношении 0,51,0 моль ангидрида на 1 моль аминогрупп хитозана при рН 4,0-5,5 с после802290,дующей обработкой полученного полиамфолита ангидридами карбоновых кислот в соотношении 0,5-2,0 моль ангидрида на 1 моль аминогрупп хитоэана . при РН 7,5-10.

К раствору хитозана в кислом водном .буфере при энергичном перемешивании добавляют раствор ангидрида дикарббновой кислохи в органическом растворителе, хорошо смешиваемом с водой (например, с метанолом, диоксаном и т.п.).

Варьируя избыток ангидрида, можно получать полиамфолиты.с заданным соотношением амино- и карбокснльных групп, Так, при взаимодействии хитоэана с эквнмолекулярным количеством малеинового ангидрида удается получить полиамфолит с почти стехиометрическим соотношением кислотных и основных групп, содержание которых определяет-, ся потенциометрнческим титрованием.

Это делает возможным использование 2О подобного рода полиамфолитов в качестве амфотерных ионообменных смол.

Для получения полиамфолита, способного растворяться в щелочных средах, достаточно обработать хитозан ангидридом дикарбоновой кислоты в количестве 0,5 моль на 1 моль аминогрупп хитозана. В качестве кислой буферной среды для проведения реакции используют водный буфер со значением РН 30

4,0-5,5 например ацетатный буфер.

В некоторых случаях на стадии получения полиамфолита допустимо применение кислых водноорганических (например, водноспиртовых, воднодиоксановых и т.п.) гомогенных растBGpoB хитозана, однако продукты ацилировання хитозана в этих условиях дают нетекучие,упругие гели во всем объеме раствора, что крайне затрудняет дальнейшую модификацию или вы- 40 деление получаемых полнамфолитов.

В зависимости от способа выделения и строения полиамфолитов их можно получать в различных ионизированных фоРмах: в виде кислых солей с Раз. - 45 личными минеральными и органическими кислотами (хлоргидратов, фосфатов, ацетатов, формиатов и т.д.), в виде основных солей с различными минеральными и органическими основаниями щ (такими, например, как ЙаОН, КОН, аммиак, триэтиламин и т.п.), а также в форме внутренних солей.

В качестве ангидридов дикарбоновых кислот, используеьых для получения карбоксилсодержащих производных хитоэана, применяют ангидриды ненасыщенных дикарбоновых кислот на пример малеиновый, цитраконовый и т.п., а также ангидриды настенных дикарбоновых кислот, например янтар« . 49 ный, глутаровый, .аципиновый .

Последующее ацилирование полученных полиамфолитов ангидридами дикар. . боновых кислот проводят в гомогенных условиях в щелочной среде при 65 постоянных .значениях рН, взятых интервале 7,5-10. В качестве щелочной среды для .проведения. ацилирования используют, как правило, водные буферы (например, фосфатный, боратный и т.п.). Для последующего ацилирования полиамфолита ангидридами дикарбоновых кислот в щелочных гомогенных условиях можно довести

РН до требуемого значения путем добавления щелочи и проводить ацилирование, поддерживая заданное знаЧение рН автоматическим подщелачиванием среды с помощью РН-стата. Ангидрид дикарбоновой кислоты можно добавлять либо в виде раствора в инертном органическом растворителе, либо в твердом состоянии. Для количественного ацилировання всех аминогрупп полиамфолита вполне достаточно 1 моль ангидрида на 1 моль исходного хитоэана.

Для получения карбоксилсодержащих производных хитозана, обладающих поверхностно-активными свойствами, щелочерастворньые полиамфолнты обрабатывают s гомогенных условиях галогенангидридами нли ангидридами жирных карбоновых кислот с длинными углеводородными радикалами (например, каприновой, лауриновой и т.п.).

Ef p и м е р 1. К раствору 1,0 r хитоэана в 100 мл ацетатного буфера с РН 5, 5 при энергичном перемешивании добавляют раствор рассчитанного количества (1 моль на 1 моль аминогрупп хитозана) малеинового ангидрида в минимальном объеме абсолютного метанола. Через 15 мин реакционную массу выливают в метанол. Белый порошкообразный продукт проьывают метанолом, ацетоном, сушат в вакууме. Полученный полимер представляет собой полиамфолит, хорошо растворимый как в кислых так и в щелочных средах и не набухающий в воде. Его растворяют в 100 мл

0,1 н. МаОН и диализуют против 0,1н. яаОН в течение суток, затем раствор выпивают в этанол, выпавшую натриевую соль полиамфолита отфильтровывают, промывают метанолом, ацетоном, сушат в вакууме над молекулярными ситами.

Получают 1,2 г натриевой соли полиамфолита. По данным потенциометрического титрования проацилировано 48% всех свободных амииогрупп хитоэана.

П р н м е р 2. По методике, описанной в примере 1, получают натриевую соль полиамфолита. Отличие состоит лишь в том, что Реакцию проводят в ацетатном буфере с РН 4,0 и вместо малеинового ангидрида используют янтарный ангидрид. Степень превращения

45%. Пример 3. К раствору 1,0 г хитозана в смеси 20 мл 1,5 н. уксусной кислоты и 80 мп метанола (РН 5,5) при энергичном перемешивании добавляют раствор рассчитанного .количества,802290

„Найдено . %I С 52,0, Н 7,23; и 5,32, „Вычислено. Фс С 52,50, H 7,330, и 5,07.

lI р и м е р 10. По методике, Описанной в примере 9, получают карбокрилсодержащее производное хитозана.

Отличие состоит лишь в том, что вместо хлорангидрида каприновой кислоты используют ангидрид лауриновой кислоd5 ты, (1 моль на 1 моль аминогрупп: хито- нни добавляю т Раствор малеинового зана) глутарового..ангнцрида в мини- ангидрида (О 5 моль на 1 моль аминомальном объеме метанола. Через 1 ч групп хитозана) ана в минимальном объебят

Отуднеобраэный продукт реакции дро- ме абсолютного ме о метанола.Через 15 мин ят и суспендируют в ацетоне, затем РН реакционной сре полимер промывают на фильтре ацето- 5 8,5 добавлением 4 Й среды доводят до м н. аОН. К полуном, метанолом, ацетоном. Сушат в ченному раствору в ру при перемешивании вакууме над молекулярными ситами. добавляют раствор р малеинового анВысушенный полимер растворяют в 0,1н- гидрида (1 моль на 1

ИаОН и дналиэуют против О, 1 н. ЙаОН в хитозана) в миним моль аминогрупп минимальном объеме диок течение суток. Затем раствор выливают - .сана поцдерживая РН 8 5-9 0

10 р, -, путем, в этанол. Выпавшую натриевую соль . автоматического добавления 4 н. Кц0Й полиамфолита отфильтровывают, про- с помощью РН-стата. Через 1 ч раствор мывают метанолом, ацетоном. Сушат переносят в целлофановый мешочек и над молекулярными ситами. Степень диалиэуют против 0,1 í. ЙаОН в течение

П и м е

15 суток. Получают 1,7 г натриевой соли р и м е р 4. К раствору 1,0 г карбоксилсодержащего производного хитозана в 100 мл ацетатного буфера хитоэана. Количественное ацилировас РН 5,0 при энергичном перемешива- ние всех аминогрупп хитозана подтвернии добавляют раствор рассчитанного ждено кондуктометрическнм титрованием. количества (1 моль на 1 моль аминогрупп хитозана) малеинового ангидри- 20 натриевой соли полиамфолита, полуда в минимальном количестве абсолют- ченной по Методике, описанной в приного метанола. Через 10 мин реак- .мере 1, в 100 мл фосфатного буфера ционную массу выливают в метанол. с РН 7,5 при энергичном перемешиваБелый порошкосбразный продукт промы- нии добавляют рассчитанное количество вают метанолом, ацетоном, сушат в 5 (1 моль на 1 моль аминогрупп полиамвакууме. Затем полученный полиам- фолита) малеинового ангидрида, растфолит растворяют в 100 мл боратного вор нного в минимальном объеме диокбуфера с РН 9,0 и к раствору при сана. Раствор перемешивают в течение энергичном перемешивании добавляют 1 ч, затем пеРеносят его в целлоф— ма еиновый ангидрид (1 моль на 1 моль З0 новый мешочек н диализуют протир 0,1н. л целл ааминогрупп исходного хитоэана), раст-, ИаОН в течение сУток. Из полученноворенный в минимальном объеме метано- го раствора полимер высаживают в эта1 ла. Раствор перемешивают в течение нол отФильтРовывают и промывают метач, затем переносят его в целлофановый иолом, ацетоном. Сушат в вак мешочек и а и диализуют в течение суток молекулярными ситами. Полученная нап тив 0 1 н. Й ро, н. аОН. Иэ полученного триевая соль карбокснлсодержащего

35 раствора полимер высаживают в этанол, производного хитозана по своим физикоотфильтровывают и промывают метанолом, химическим свойствам идентична продукацетоном. Сушат в вакууме. Получают ту, описанному в примере 4.

1,6 г натриевой соли карбокснлсодержащего производного хитоэана. Полу- 4Q ченное соединение растворяется в во- натриевой соли полиамфолита, полученде и щелочах, не растворимо в кисло- ной по метОДике, описанной в приметах. Количественное ацилирование всех ре 2, в 20 мл боратного буфера с РН амииогрупп хитоэана подтверждено кон- 9,0 ДобавлЯют при перемешнвании Растдуктометрическим титрованнем. 45 вор хлорангиДРиДа .капрнновой кислоты.

rl p H M e р 5 Ilo методике QIIH (2 мОль на 1 мОль aMHHorpyIIII исхОдсанной в примере 4, получают натри- ного хитозана) в минимальном объеме евую соль карбокснлсодержащего про- Диоксана. РеакЦнонную массУ церемешиизводного хитозана. Отличие состоит вают в течение б ч, поддерживая РН лишь в том, что в реакцию с хитоза.- 50 9-10 пУтем автоматического добавлениЯ ном вводят янтарный ангидрид. Коли- 4 н. ЙаОН с помощью РН-стата. Полимер чественное ацилирование всех амино- высаживают в метанол, проживают мегрупп хитоэана подтверждено кон- танолом, ацетоном, эфиром, сушат в дуктометрнческим титрованием. вакууме. Получают 0,26 г полимера.

ll p и м е р 6. По ме одике опи° 5 санной в примере 4, получают натриевую соль карбоксилсодержащего производного хитозана- Отличие состоит лишь в том,что вместо ацетатного буфера используют малеатный буфер с РН 5,4.

Полученный продукт по своим фиэикомеханическим свойствам идентичен продукту, описанному в примере 4.

Пример 7. К раствору 1 0 г хитозана в 100 мп ацетатного буфера с РН 5,0 при энергичном перемешива

802290

Формула изобретения

Составитель T.Ìàðòèíñêàÿ

Редактор З.Бородкина Техред Н, Ковалева Корректор, Г. Решетник

Заказ 10502/28 Тираж 541

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4,, Найдено . Ъ: С 53,91, Н 7,48, И 4,51. ,, Вычислено. Ъ С 54,40, Н 7,62,,. и 4,70.

Предлагаемый способ дает возможность получать композиционно однородные карбоксилсодержащие производные хитозана с высокой степенью ацилирования °

Использование щелочерастворимого полиамфолита позволяет расширить круг )Q реакций по аминогруппе хитозана, проводимых в гомогенной среде.

При этом синтез модификатов хитозана основывается на использовании легкодоступных и недорогих реагентов при их небольшом избытке. Предлагаемый метод прост и удобен в технологическом отношении.

Способ получения карбоксилсодержащих производных хитозана ацилированием последнего ангидридами дикарбоновых кислот, отличающийся тем, что, с целью повышения степени ацилирования и однородности целевого продукта, ацилирование проводят 0,51,0 моль ангидрида на 1 моль аминогрупп хитозана при рН 4,0-5,5 с последующей обработкой полученного полиамфолита 0,5-2,0 моль ангидрида на

1 моль аминогрупп хитозана при рН

7,5-10.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиз

1. Заявка Франции Р 2137684, кл. С 08 В, опублик. 1965.