СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОПОЛИМЕРА НА ОСНОВЕ БЕТУЛИНА Российский патент 2023 года по МПК C08G63/197 C07J53/00 C08K3/22 C08K5/14 

Изобретение относится к области получения высокомолекулярных соединений, а именно к получению полиэфиров и может быть использовано для производства термопластичных композиционных материалов, полимерных материалов для сорбции газа, термопластов и реактопластов, а также биосовместимых многофункциональных биоматериалов и носителей для контролируемой доставки лекарств и их контролируемого высвобождения.

Бетулин - это пентациклический тритерпеновый спирт рода лупана, который получают посредством экстракции из коры белой березы. Березовая кора является крупнотоннажным отходом деревоперерабатывающей промышленности, что делает бетулин дешевым и доступным сырьем.

Основными сомономерами для получения сополимера на основе бетулина являются дикарбоновые кислоты, дихлориды карбоновых кислот, аллиламиды и др. Сополимеры на основе бетулина могут быть получены поликонденсацией и метатезисной полимеризацией с раскрытием цикла. Сополимеры на основе бетулина обладают жесткостью, термостабильностью, биологически активными свойствами, низкой токсичностью и могут найти широкое применение для создания новых биосовместимых многофункциональных полимерных материалов.

Известен способ получения сополимера на основе бетулина [M. Okadaa, K. Suzukia, Y. Mawataric, M. Tabata Biopolyester prepared using unsaturated betulin (betulinol) extracted from outer birch bark and dicarboxylic acid dichlorides and its thermal-induced crosslinking // European Polymer Journal. V. 113, 2019, P. 12-17], согласно которому сополимер получают поликонденсацией между бетулином и дихлоридами кислот.В качестве дихлоридов кислот используют сукцинилхлорид, адипоилхлорид, пимелоилхлорид, азелаоилхлорид, себакоилхлорид и додекандиоилхлорид. Реакцию проводят в среде азота при 25°С в течение 15 часов, в присутствии смеси пиридина, в тетрагидрофуране, как катализаторе. Осаждение сополимера проводят в этиловом спирте.

Полученные сополимеры характеризуются температурой стеклования от 115 до 165°С, молекулярной массой от 6200 до 23800. Максимальный выход сополимера (91%) получен при сополимеризации с себакоилхлоридом.

Известен способ получения сополимера на основе бетулина [N. Auclair, A. Kaboorani, B. Riedl, V. Landry Acrylated betulin as a comonomer for bio-based coatings. Part I: Characterization, photo-polymerization behavior and thermal stability // Industrial Crops and Products V. 76, 2015, P. 530-537], включающий получение сомономера на основе бетулина и акрилоилхлорида. Реакцию проводят в атмосфере азота при комнатной температуре с использованием пиридина в качестве катализатора и растворителя - тетрагидрофурана. Полученное вещество используют в качестве сомономера для получения биополимера на основе соевого масла.

Известен способ получения сополимера на основе бетулина [М.Н. Горбунова, Г.Ф. Крайнова, И.А. Толмачева, В.В. Гришко Синтез новых биологически активных полимерных биоконъюгантов на основе лупановых аллиламидов // Химия растительного сырья, 2014, №4, С.91-99], который включает получение бетулоновой кислоты из бетулина. Из продукта реакции получают аллиламиды бетулоновой и 2-гидроксиминобетулоновой кислот, которые используют в качестве сомономеров при сополимеризации с акрилонитрилом и N-винилпирролидоном. Сополимеризацию аллиламидов проводят в ампулах в атмосфере аргона при температуре 70-90°С в массе и в растворах метанола и хлороформа в присутствии динитрил азобисизомасляной кислоты (ДАК). Осаждение сополимера проводят в тетрагидрофуране. Очистку сополимера проводят трехкратным переосаждением из метанола в тетрагидрофуран.

Известен способ получения сополимера на основе бетулина [D. Niewolik, K. Krukiewicz, B. Bednarczyk-Cwynar, P. Ruszkowskic, K. Jaszcz Novel polymeric derivatives of betulin with anticancer activity // | RSC Adv., 2019, 9, Р. 20892-20900], включающий предварительный синтез дисукцинат бетулина из бетулина и янтарного ангидрида. Реакцию проводят в сухом пиридине. Продукт реакции используют в качестве мономера. Полидисукцинат бетулина получают поликонденсацией расплава дисукцината бетулина с использованием уксусного ангидрида.

Известен способ получения сополимера на основе бетулина и адипиновой кислоты [S. Curia, S. Dautle, B. Satterfield, K.Yorke et.all. Betulin-based thermoplastics and thermosets through sustainable and industrially viable approaches: new insights for the valorization of an underutilized resource // ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, P. 16371-16381]. Сополимеры на основе бетулина получют полиэтерефикацией с янтарной кислотой, или адипиновой кислотой, или 1,12-додекандиевой кислотой, или 1,18-октадекандиевой кислотой в среде аргона под низким остаточным давлением. В качестве катализатора используют оксид дибутилолова. Общее время реакции составляет 72 часа. После полимеризации полученный сополимер растворяют в дихлорметане, осаждают в метаноле, фильтруют и сушат. Выход реакции составил от 70 до 92%.

Недостатками всех перечисленных способов получения сополимеров на основе бетулина является использование токсичных катализаторов, растворителей, проведение полимеризации в условиях низкого остаточного давления, многостадийность процесса и высокая температура процесса.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ получения сополимера на основе бетулина [RU 2167892 C1, МПК C08G 63/197 (2000.01), C08G 63/16 (2000.01), опубл. 27.05.2001]. Сополимер синтезируют путем поликонденсации бетулина с дикарбоновой кислотой, в качестве которой используют или пимелиновую, или азелиновую, или себациновую кислоту при мольном соотношении бетулина и кислоты как 1:(1,01-1,04). Процесс проводят в инертной среде или под вакуумом при температуре 256-260°С в течение 22-24 часов.

Недостатком прототипа является высокая температура процесса.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание способа получения сополимера на основе бетулина, позволяющего снизить температуру процесса.

Предложенный способ получения сополимера на основе бетулина, также как в прототипе, включает поликонденсацию бетулина с дикарбоновой кислотой в инертной среде при постоянном перемешивании в течение 24 часов.

Согласно изобретению, смешивают бетулин или с дикарбоновой кислотой, или с оксикарбоновой кислотой, или с производной оксикарбоновой кислоты в мольном соотношении 1:2, добавляют γ-Al₂O₃ и третбутилгидропероксид в массовом соотношении 1:1, поликонденсацию ведут в среде аргона при температуре 180°С и остаточном давлении 600 мбар. Реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, растворяют в хлороформе и осаждают в н-гексане, осадок отделяют от маточного раствора путем фильтрации. Отфильтрованную массу сушат при температуре 45°С и остаточном давлении 30 мбар.

В качестве дикарбоновой кислоты используют адипиновую кислоту.

В качестве оксикарбоновой кислоты используют или молочную, или гликолевую кислоту.

В качестве производной оксикарбоновой кислоты используют или лактид, или гликолид, или бутиллактат.

Использование предложенной каталитической системы в сополимеризации бетулина или дикарбоновой кислотой, или оксикарбоновой кислотой, или производной оксикарбоновой кислоты, приводит к выходу сополимера 89-98% со среднечисловой молекулярной массой 500-6700 Да. Смесь катализатора γ-Al₂O₃ и инициатора третбутилгидропероксида в массовом соотношении 1:1 приводит к снижению температуры синтеза.

Достигаемый технический результат выражается в снижение температуры синтеза, использовании безопасного для здоровья и окружающей среды катализатора, а также в получении новых сополимеров, которые могут быть использованы для создания биосовместимых многофункциональных материалов.

Пример 1. Сополимеризация бетулина и бутиллактата под действием γ-Al₂O₃.

В круглодонную колбу, оборудованную обратным холодильником, помещали реакционную массу, представляющую собой смесь бетулина и бутиллактата, как сомономера, в мольном соотношении 1:2, в количестве 3,32 г.В качестве катализатора реакции поликонденсации использовали γ-Al₂O₃ удельной поверхностью 200 - 300 м²/г, полученный путем обжига при 600°С, в течении 3 часов, из бемита компании «Sasol» (Hamburg, Germany). Концентрации катализатора составляла 0,1 мас.%. Колбу помести в масляную баню. Реакцию проводили в инертной атмосфере аргона при постоянном перемешивании магнитной мешалкой, при температуре масляной бани 180°С и остаточном давлении 600 мбар. По истечении 24 часов реакцию прекратили, после охлаждения реакционной массы до комнатной температуры ее растворили в хлороформе и для выделения чистого полимера переосаждали в н-гексане. После разделения раствора и осажденного полимера путем фильтрации, последний сушили в вакуум-сушильном шкафе при температуре 45°С и остаточном давлении 30 мбар в течение 10 часов. Выход сополимера составлял 93%. Молекулярную массу полученного полимера оценивали методом гель-проникающей хроматографии. Среднечисловая молекулярная масса полученного сополимера составила 5600 Да, индекс полидисперсности составлял 1,1. Методом дифференциально сканирующей калориметрии были определены температуры стеклования и плавления, которые составили 57,9°С и 185,4°С, соответственно.

Пример 2. Сополимеризация бетулина и бутиллактата под действием γ-Al₂O₃ и третбутилгидропероксида

Реакцию проводили аналогично примеру 1. Но в качестве инициатора процесса полимеризации использовали третбутилгидропероксид, в концентрации, эквивалентной γ-Al₂O₃, то есть 0,1 мас.%. В результате был получен сополимер с выходом 92%, со среднечисловой молекулярной массой 6700 Да, индекс полидисперсности составлял 1. Температуры стеклования и плавления составили 125,8°С и 242,5°С, соответственно. Пример 3. Сополимеризация бетулина и адипиновой кислоты под действием γ-Al₂O₃ и третбутилгидропероксида.

Реакцию проводили при условиях аналогичных примеру 2. В качестве дикарбоновой кислоты использовали адипиновую кислоту. В результате был получен сополимер с выходом 92%, со среднечисловой молекулярной массой 1600 Да, индекс полидисперсности составлял 1,2. Данный сополимер представляет собой пастообразную массу бежевого цвета.

Пример 4. Сополимеризация бетулина и молочной кислоты под действием γ-Al₂O₃ и третбутилгидропероксида.

Реакцию проводили при условиях аналогичных примеру 2. В качестве оксикарбоновой кислоты использовали молочную кислоту. В результате был получен сополимер с выходом 94%, со среднечисловой молекулярной массой 500 Да, индекс полидисперсности составлял 1. Данный сополимер представляет собой пастообразную массу темно-бежевого цвета.

Пример 5. Сополимеризация бетулина и лактида под действием γ-Al₂O₃ и третбутилгидропероксида.

Реакцию проводили при условиях аналогичных примеру 2. В качестве производного оксикарбоновой кислоты использовали лактид. В результате был получен сополимер с выходом 98%, со среднечисловой молекулярной массой 1600 Да, индекс полидисперсности составлял 1,9. Данный сополимер представляет собой пастообразную массу бурого цвета.

Пример 6. Сополимеризация бетулина и гликолида под действием γ-Al₂O₃ и третбутилгидропероксида.

Реакцию проводили при условиях аналогичных примеру 2. В качестве производного оксикарбоновой кислоты использовали гликолид. В результате был получен сополимер с выходом 97%, со среднечисловой молекулярной массой 1300 Да, индекс полидисперсности составлял 2,2. Данный сополимер представляет собой пастообразную массу бурого цвета.

Пример 7. Сополимеризация бетулина и гликолевой кислоты под действием γ-Al₂O₃ и третбутилгидропероксида.

Реакцию проводили при условиях, аналогичных примеру 2. В качестве производной оксикарбоновой кислоты использовали гликолевую кислоту. В результате был получен сополимер с выходом 89%, со среднечисловой молекулярной массой 550 Да, индекс полидисперсности составлял 2,2. Данный сополимер представляет собой пастообразную массу бурого цвета.

Изобретение относится к области получения высокомолекулярных соединений, а именно к получению полиэфиров, и может быть использовано для производства термопластичных композиционных материалов, полимерных материалов для сорбции газа, термопластов и реактопластов, а также биосовместимых многофункциональных биоматериалов и носителей для контролируемой доставки лекарств и их контролируемого высвобождения. Способ получения сополимера на основе бетулина включает поликонденсацию бетулина с дикарбоновой кислотой в инертной среде при постоянном перемешивании в течение 24 ч. Бетулин смешивают или с дикарбоновой кислотой, или с оксикарбоновой кислотой, или с производной оксикарбоновой кислоты в мольном соотношении 1:2. Добавляют гамма-Al₂O₃ и третбутилгидропероксид в массовом соотношении 1:1. Поликонденсацию ведут в среде аргона при температуре 180°С и остаточном давлении 600 мбар. Реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, растворяют в хлороформе и осаждают в н-гексане. Осадок отделяют от маточного раствора путем фильтрации. Отфильтрованную массу сушат при температуре 45°С и остаточном давлении 30 мбар. Технический результат – снижение температуры синтеза, использование безопасного для здоровья и окружающей среды катализатора. 3 з.п. ф-лы, 7 пр.

1. Способ получения сополимера на основе бетулина, включающий поликонденсацию бетулина с дикарбоновой кислотой в инертной среде при постоянном перемешивании в течение 24 ч, отличающийся тем, что смешивают бетулин или с дикарбоновой кислотой, или с оксикарбоновой кислотой, или с производной оксикарбоновой кислоты в мольном соотношении 1:2, добавляют гамма-Al₂O₃ и третбутилгидропероксид в массовом соотношении 1:1, поликонденсацию ведут в среде аргона при температуре 180°С и остаточном давлении 600 мбар, реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, растворяют в хлороформе и осаждают в н-гексане, осадок отделяют от маточного раствора путем фильтрации, отфильтрованную массу сушат при температуре 45°С и остаточном давлении 30 мбар.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дикарбоновой кислоты используют адипиновую кислоту.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оксикарбоновой кислоты используют или молочную, или гликолевую кислоту.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве производной оксикарбоновой кислоты используют или лактид, или гликолид, или бутиллактат.