СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТИОКАРБАМОИЛХИТОЗАНА Российский патент 2009 года по МПК C08B37/08 

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/(n_N/n_S-1), где n_N/n_S - мольное соотношение между элементами, определенное из данных элементного анализа.

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.

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.