Способ получения органорастворимых производных хитозана Советский патент 1993 года по МПК C08B37/08 

Изобретение касается производных хитозана, а именно способа получения производных хитозана, характеризующихся тем, что они состоят из цепочки звеньев общих формул I:

СН7ОАС

J-°

la ,

А° J

Ь NHR2

где RI - С2 С1з-алкил или радикал 3-меток- си-4-оксифенил,

R2 и Яз - водород или ацетил, со средней молекулярной массой 15000- 16000 и содержанием звеньев общей формулы 1а 58-69%, а общей формулы 1в 42-31%, которые являются органически растворимыми и обладают свойством образования пленок и чувствительности к изменениям кислотности.

Целью изобретения является создание, на основе известных методов, новых производных хитозана, которые являются органически растворимыми и сохраняют свойство

00

ю со

00

VI

00

со

образовывать пленки, а также чувствительность к изменению кислотности.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения соединений общей формулы I, который заключается в том, что деацетилированный хитозан подвергают гидролизу более, чем на 80%, в среде 0,5н соляной кислоты при температуре 98°С в течение 18 часов при массовом соотношении деацетилированный хитозан: 0,5н соляная кислота, равном 1:26, затем полученный гидролизованный хитозан подвергают конденсации с альдегидом общей формулы RtCHO, где значения RI указаны выше, в водно-спиртовой среде при рН 4,5, температуре 20°С, в течение 18 часов при молярном соотношении альдегида к среднему сахаридному звену 30 с последующей этерификацией полученного продукта конденсации уксусным ангидридом при 20°С в течение 24 часов в среде безводного пиридина,

Пример 1.1- очищение хитозана.

Растворяют 40 г технического хитозана (производство) в 3 литрах 4%-го водного раствора уксусной кислоты (проценты объемные). Раствор фильтруют через сито с ячейкой 125 микрон. Хитозан выполняют путем добавления 25%-го водного раствора едкого натра до рН 9-11 и далее, путем фильтрации и промывки на сите дистиллированной водой, а затем абсолютным этанолом. Волокнистый осадок сжимают с тем, тобы удалить максимум растворителя, затем его разводят и 1 литре абсолютного эта- нола. Смесь, нагревают при 80°С в течение 2 часов. После фильтрации очищенный хитозан высушивают при пониженном давлении и 60°С. Таким образом получаем 35 г очищенного хитозана со следующими характе- ристиками:

-инфракрасный спектр (исходя из концентрата в смеси с KB г) с основными полосами поглощения 3400, 2900 и 1650

-средняя молекулярная масса: выше 500000.

Среднюю молекулярную массу определяют путем жидкой хроматографии высокой точности при использовании 5 столбиков длиной 50 см, заполненных гликофазой G/CPG (N.D.Pierce) с пористостью 3125 (2

а

столбика), 1902, 1038 и 547 А. Подвижная фаза представляет из себя буферный раствор из ацетата натрия 0,2 М и уксусной кислоты 0,33 м при рН 4,2. Подача составляет 1 см3/мин, а детектирование выполняется посредством рефрактометрии. Этанолом являются эталоны декстрана (производства SIGMA) с молекулярной массой от 506000 до

0 0

5 0 5 0

0

5

5

110000. - процент деацитилирования: 80% олигосахаридных циклов очищенного хитозана содержат одну первичную свободную аминную функцию.

Процент деацитилирования определяют следующим образом: образец хитоэана, измельченный в порошок (частицы примерно в 20 микрон), превращен в суспензию в смеси воды с диметилсульфоксидом (9:1 ПО объему), рН которой приведена к 11 путем добавления едкого натра 0.1. Потенциомет- рическое дозирование осуществлено соляной кислотой 0.1N.

Элементарный анализ:

,90 .76 ,52. 0% - 44.82

2- кислый гидролиз очищенного хитозана.

Разводят 25 г очищенного хитозана в 650 см соляной кислоты 0.5N. Раствор нагревают в масляной бане 98° в течение 18 часов. После охлаждения хитозан медленно осаждают путем добавления едкого натра 5N до тех пор. пока рН среды не достигнет 10. Образующиеся соли ликвидируют путем диализа. Очищенный хитозан отделяют фильтрацией или центрифугированием, промывается абсолютным этанолом и сушится при пониженном давлении при 60°С, Таким образом получают 21 г гидролизованного хитозана со следующими характеристиками:

-средняя молекулярная масса: около 13 000(определение при условиях, описанных выше с использованием 4 столбиков длиной 50 см,наполненных гликофазой G/CPG (N.D.Pierce) пористости 1902, 1038,

о

547 и 242 А и эталоны декстрана (производства Sigma) молекулярной массы от 110,000 до 9.000.

Элементарный анализ:

С% 40,13 Н% 6,76 N% 7.72 0% 45.39

3- Конденсация деканаля на гидроли- зованном хитозане;

Растворяют 1 г гидролизованного хитозана в 20 см3 10%-го водного раствора уксусной кислоты, рН доводят до 4,5 путем добавления раствора едкого натра 5N, далее добавляют 40 см3 метанола и 23 см3 деканаля. Реагирующую вязкую смесь выдерживают 18 часов при температуре около 20°С. Продукт конденсации выделяют в ацетоне в аппарате Soxhlei в течение 5 часов, После сушки при уменьшенном давлении и 35°С получают 1,48 г продукта конденсации деканал - хитозан со следующими характеристиками:

-инфракрасный спектр (определяется из концентрата в смеси с KBr)- основные

-1

полосы поглощения 3450. 2930 и 2860 см ; - процент фиксации деканаля: 60-65%

Определение осуществлено после вое- становления аминной связи боргидридом натрия в среде этанол-вода (1:1 по объему). Процент вторичных аминных образований определяют потенциометрическим дозированием продукта, растворяемого в среде ук- сусная кислота-этанол (2:1 по объему) путем титрования хлорной кислотой 0.1N.

4 - Ацетилирование продукта конденсации деканал-хитозан.

Растворяют 1 г продукта конденсации деканал-хитозан в 25 см безводного пиридина. Добавляют 5 см3 уксусного ангидрида. Смесь выдерживают 24 часа при температуре около 20°С. После испарения пиридина остаток дважды помещают в толу- ол и. далее, суспензируют в пентане. Суспензию фильтруют и промывают три раза раствором едкого натра и прополаскивается дистиллированной водой до нейтральности. После перемещения в емкость продукт высушивают путем разделения воды и ацетона.

Полученный продукт очищают центрифугированием при 16 000 об/мин после растворения в 50 см3 ацетона. После испарения всплывших частей полученный остаток промывают на стеклянном фильтре № 3 этиловым эфиром.

Получают 1,075 г продукта по основной формуле (1), образованной цепью звеньев:

СН2-ОСОСН3 -О

КСОСНэ

Л (X

11 21 З191 ю1

N CH-CH2-CH2-(CH2-)s-CHrCH3 45

СН,-ОСОСН3

г-°

jtcocH o,

NH

(н

1C

СОСН3

Характеристики которой следующие: процент фиксации альдегида: 60-65% процент ацетиламина от 20 до 35-40%.

5 10

1520 253035

40

45

50

55

инфракрасный спектр (определение исходя из концентрата в смеси с KB г): основные полосы поглощения 3400, 2920-2830, 1750-1230, 1680, 1640, 1540см 1.

Спектр магнитного резонанса 13С (90 МГц - дейтеризовэнный хлороформ - перемещение в частях на миллион): 170 (СО в ацетиле) - 169 () - 102 (С-1) - 72.73 и 75,5 (С-2. С-3, С-4 и С-5) - 62,5 (С-6) - 31,8 (СН2 в 2) - 29,4 (СН2)5 в альдегидной цепи - 25 (СНз в СНзСО) - 22,6 (СН2 в 91) - 20,8 (СН2ВЗ)- 14,0 (СНз в 10).

Элементарный анализ:

С% 61,00. .17 N% - 3,28 0% 27,55.

Мол.м. Mw 15300 с числом полидисперсности 7,14,

Молекулярную массу Mw определяют путем фильтрации геля при использовании о столбиков в ряду: предварительный столо

бик длиной 5 см (PL геля 100 А), столбик в 50 см (Shodex A801), столбик В 30 см (PL геля оо

106 А), столбик в 6С см (PL геля 100 А) и два смешанных столбика по 60 см (PL геля). Хроматографию осуществляют в дихлорметане с подачей 1,5 см /мин. Детектирование выполняют при помощи рефрактометрии. Используют эталоны из полистирола с Mw от 100 до 4-Ю6.

Продукт растворим в ацетоне (30-40% по весу), в этаноле (15% по весу), в дихлорметане (10% по весу).

5 - Использование для формирования пленки.

Растворяют 40 г полученного ранее хи- тозана, в 100 мл смеси этанол-дихлоро-1,2 этан (50/50 по весу). Добавляют 5% по весу к предыдущему раствору триацетата глицерина (пищевой пластификатор).

Полученный раствор выливают на полиэтиленовую пластину. Растворителю дают возможность испариться в обычных условиях. Получают пленку толщиной 50-120 микрон. Выделяют 8 образцов 6. Их подвергают растяжению в 1 мм/мн в аппарате INSTROM. Измеряются следующие характеристики:

модуль упругости: 230-50 МПа;

разрывная сила: 1,8-0,8Н;

разрывное напряжение: 6,3-1,8 МПа;

разрывное удлинение: 4,7-2%.

При проверке под электронным микроскопом не видны ни пористость, ни трещины в пленке без пластификатора, тем более в пленке с пластификатором.

Примеры 2-6. Пользуясь, как в примере 1, исходным 1 г гидролизованного хитозана и при использовании различных

алифатических альдегидов, получают результаты, представленные в табл.1.

Пример 7. Растворяют 1 г гидроли- зованного хитозана в 20 см3 10%-ого водного раствора уксусной кислоты, рН среды доводят до 4,5 путем добавления раствора едкого натра 5N. Добавляют 10 см метанола, затем раствор 18 г гидрокси -метокси- 3-бензалдегида в 30 см3 метанола. Свежую реагирующую смесь выдерживают 18 часов при температуре около 20°С. Образовавшийся осадок извлекают в ацетоне в аппарате SOXHLET в течение 5 часов. После сушки при пониженном давлении и 35°С получают 1.65 г продукта конденсации гидрокси-4-ме- токси-З бензалдегида с гидролизованным хи- тозаном, который ацетилирован в условиях, описанных в примере 1.

После очищения получают 0,990 г продукта по основной формуле (I), образованного соединением в ряд звеньев формулы

L--О

ICOCHs/I O

I2

6 V r°CH3 3

OH

13

.СОСг-Ц

характеристики которого следующие:

процент фиксации альдегида: 60-65%;

процент ацетиламина: от 20 до 35-40%;

инфракрасный спектр (определен исходя из концентрата в смеси с KB г): основные полосы поглощения 3400. 2945-2873. 1745- 1227, 1691, 1647 и 1602-1507 см 1.

Спектр ядерного магнитного резонанса С (90 МГц - дейтеризованный хлороформ - перемещение в частях на миллион): 170,1 (СО в ацетиле) - 152 (С-51) - 151.8 (С-41) - 135,3 (С-2)- 124,6(С-7)- 123.4 (С-6) - 111,0 (С-31) - 102,2 (С-1) - 75.9...72.4 (С-2, С-3, С-4 и С-5) - 62.5 (С-6) - 56,1 (СНз-0)

Пример 8. Согласно технике покрытия распылением в резервуаре, оснащенном системой WURSTER, обволакивают 350 г метионина, предварительно гранулированного на 98% в виде сферических частиц со

средним диаметром 0.63...0,80 мм, посредством раствора следующего состава: стеариновая кислота (точка плавления 68-69°С, число кислоты 194-198)88 г

модифицированный хито- зан по примеру 122 г

дихлорметан500 см3

этанол500 см3

0 Раствор при температуре 28°С распыляется 60 мин.

Получается 449 г гранул, состоящих на75% из метионина.

Пример 9. По примеру 8 обволакива- 5 ют 350 г хлоргидрата лизина, предварительно гранулированного в форме сферических частиц со средним диаметром 0,8 мм, посредством раствора с составом, который идентичен описанному в примере 8. 0 Раствор при 29°С распыляют 1 ч 34 мин. Получают 448 г гранул, состоящих на 70% из хлоргидрата лизина.

Чтобы выявить чувствительность обволакивающих композиций к изменениям рН, 5 используют тесты, которые позволяют измерить освобождаемость активного вещества в зависимости от времени при различных значениях рН, а именно, при рН 6 и рН 2.

Например, снижение растворимости ак- 0 тивного вещества, представленного в гранулах с оболочкой, проверяют путем выдерживания в определенных условиях известного количества гранул в буферной среде с постоянной рН и температурой 40°С. 5 Сравнивают ход освобождения образцов при различной величине рН и, в особенности, при рН 6 и рН 2.

Результаты, полученные для гранул по примерам 8 и 9, сведены в табл.2. Можно 0 показать эффективность обволакивающих композиций на следующем тесте:

Образцы гранул с оболочкой (около 0.5 г) помещают в нейлоновые пакеты с ячейкой 300x300 микрон. Пакеты помещают в рубец 5 фистулованной овцы на6,15и24 часа. Пакеты вынимают и промывают. Количество активного вещества, находящегося в пакете, определяется известными методами. Полученные результаты сведены в табл.3. 0 Полученный хитозан имеет среднюю мол.м. 10 000-110 000. особенно 10 000-25 000.

Модифицированный хитозан применим:

как составляющее в косметическом про- 5 изводстве;

как комплексообразующий с тяжелыми металлами агент с формированием нерастворимого комплекса:

для производства пленок, нитей, волокон, оболочек;

для обволакивания пищевых добавок или биологических активных веществ, предназначенных для питания жвачных животных.

Продукты хитозана согласно настоящему изобретению имеют свойство быть растворимыми в обычных органических растворителях, таких, как ацетон, этанол или метилхлорид. Особый интерес представляют продукты хитозана, образующие цепь звеньев основных формул(1а)и(1Ь), на которых R2 представляет собой алкил-ради- кал, содержащий 2-13 атомов углерода, и, в особенности, 6-9 атомов углерода, коэффициент фиксации альдегида составляет 55- 65% по отношению к олигосахаридным мономерам хитозана, RI представляет собой ацетил-радикал; одна часть радикалов R/J представляет собой атом водорода, а другая - ацетил-радикал.

Например, органическая растворимость, которая соответствует органически растворимой фракции в необогащенном продукте, полученном из реакции образования полимерной цепи, может быть определена путем помещения 10 г измельченного необогащенного, сырого продукта ацетили- рования в 100 г растворителя при измерении количества растворившегося продукта.

Продукты хитозана согласно изобретению особенно необходимы для изготовления композиций для обаолакивания пищевых добасок или биологически активных веществ, предназначенных, главным образом, жвачным животным, и которые стабильны в среде с рН 5,5 и которые позволяют освободить пищевую добавку или биологически активное вещество в среде с рН 3,5.

При назначении жвачным животным некоторых биологически активных веществ (медикаменты, витамины, аминокислоты) происходит, во время их прохода через рубец, энзимное разрушение этих веществ, чему благоприятствует временной интервал (от нескольких часов до многих дней) и кислотность (от 5 до 6), В результате разложенное активное вещество теряет главную часть своей эффективности, когда оно попадает в сычуг и кишечник животного.

Таким образом, важно иметь возможность защитить эти биологически активные вещества устойчивыми к разложению микроорганизмами оболочками, которые позволяют освобождать биологически активные вещества в той части пищеварительного тракта, в частности в сычуге, где рН ниже или равно 3,5. Тогда как время действия защиты в рубце должно быть относительно большим (от нескольких часов до многих дней), освобождение биологически активного вещества в сычуге должно осуществляться за относительно короткий промежуток времени (от нескольких минут до нескольких часов).

Новые продукты хитоэана согласно настоящему изобретению могут быть использованы как рН-чувствительные вещества в композициях для обволакивания пищевых добавок или биологически активных веществ, предназначенных для жвачных животных. В частности, новые органически растворимые продукты хитозана могут преимущественно заменить, полностью или частично, синтетические рН-чувствительные

вещества, такие как основные сополимеры, как сополимеры стирола с винилпиридина- ми, которые обычно используют в композициях такого типа.

Продукты хитозана, согласно изобретению, которые получены из натуральных продуктов, приемлемы для употребления в пищу, гидролитически разлагаются в организме на вещества, нетоксичные для животных, что является существенным

практическим их достоинством.

Формула изобретения Способ получения органорастворимых

производных хитозана. характеризующихся тем, что они состоят из цепочки звеньев

общих формул 1а и 1Ь:

СН2ОАС

1О

N/OR3 УХ

.. СН2ОАс

О--

OR-. У4 О.

la

lb NHR2

где RI - Сг-С1з-алкил или группа 3-метокси- 4-гидроксифенил;

R2 и R3 - водород или ацетил, со средней мол.м. 15000-16000 и с содержанием звеньев формулы 1а 58-69% и с содержанием звеньев формулы 1Ь 42-31 %, отличающийся тем, что деацетилированный хитозан гидролизуют более чем на 80% в среде 0,5н соляной кислоты при 98°С в течение 18ч при молярном соотношении деацетилированный хитозан: 0,5н соляная кислота, равном 1:26, затем полученный гидролизованный хитозан подвергают конденсации с альдегидом общей формулы RiCHO, в которой значения Rt указаны выше, в водноспиртовой среде при рН 4.5,

температуре 20°С в течение 18 ч при молярном соотношении альдегида к среднему сахаридному звену, равном 30, затем

этерифицируют полученный продукт конденсации уксусным ангидридом при 20°С в течение 24 ч в среде безводного пиридина.

Использование: в качестве биологически активных веществ для желудков животных в ветеринарии. Сущность изобретения: продукт органорастворимые производные хитозана, состоящие из цепочки звеньев 1а и 16: CH2ORi h- ° Г la где Ri ацетил, R2 С2-Сп-алкил или радикал З-метокси-4-оксифенил, Ra и R Н или ацетил, со средней молекулярной массой 15000-16000 и содержанием звеньев 1а 58- 69%, 1642-31%. Реагент 1: деацетилирован- ный хитозан. Реагент 2: 0,5н HCI. Условие .реакции: 18 час, 98°. массовое соотношение реагента 1 и реагента 2 1:26. Реагент 3: альдегид общей формулы R2CHO. Условие реакции: водно-спиртовая среда, рН 4,5, 20°С, 18 ч. молярное соотношение альдегида к среднему сахарид ному звену 30. Реагент 4: уксусный ангидрид. Условия реакции: в среде безводного пиридина. 24 ч. 20°С. 3 табл.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3