СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИСАХАРИДОВ Советский патент 1997 года по МПК C08B31/12 C08B37/02 

Изобретение относится к получению новых модификаций полисахаридов, например крахмала и декстрана, которые могут найти применение в медицине, в парфюмерно-косметической, текстильной промышленности и других областях народного хозяйства.

Известен способ модификации крахмала путем его реакции с окисью этилена в щелочной среде. В результате модификации увеличивается водорастворимость крахмала и уменьшается его способность расщепляться под влиянием ферментов, что представляет интерес для практики, в частности для медицины.

Недостатком упомянутого метода является необходимость работы с окисью этилена под давлением, что связано с большими экспериментальными трудностями. Как известно, окись этилена обладает высокой токсичностью, будучи смешана с воздухом, а также в чистом состоянии при внезапно возбужденной полимеризации может сильно взрываться. Все это требует особых мер предосторожности, специального оборудования, методов контроля и делает процесс трудновыполнимым в технологическом аспекте.

Известен способ модификации полисахаридов обработкой целлюлозы эпоксипропилпирролидоном.

Известный способ является многостадийным и не позволяет получать водорастворимые модифицированные полисахариды, т.к.

1) не представляется возможным обработать крахмал или декстран щелочным раствором до определенного привеса, ввиду растворимости этого исходного материала в воде и способности к гелеобразованию;
2) нецелесообразно проводить процесс в ацетоновом растворе, т.к. при этом наступит высаждение исходного полимера, а возможно, и щелочи, взятой в большом количестве для создания тройного привеса. В результате процесс пойдет в гетерогенной среде, что имеет существенные недостатки трудность технологического оформления, неоднородность образующегося продукта по структуре (степень замещения, расположение заместителя и т.д.);
3) использование ацетона в процессе реакции, помимо указанного недостатка, повышает стоимость процесса.

С целью сокращения процесса и получения водорастворимых модифицированных полисахаридов, предложено обрабатывать крахмал или декстран эпоксисоединениями общей формулы
водных нейтральных или щелочных растворах при 20-100^oC. Способ осуществляют следующим образом.

К 5% -ному раствору полисахарида (м.в. 60000-150000), полученного деструкцией нативных препаратов действием радиации или химическим гидролизом, добавляют эпоксисоединение ("алкилирующее" вещество) и процесс проводят, как указано в примерах. Затем реакционную смесь нейтрализуют (если реакцию проводят в присутствии щелочи), образовавшийся продукт высаживают спиртом или лучше ацетоном и высушивают.

Полученные модификации растворимы в холодной и горячей воде. Не токсичны. Их строение подтверждено данными элементарного анализа, ИК-, ЯМР-спектров и некоторыми другими характеристиками.

Как показано на примере продукта взаимодействия амилопектинового крахмала и эпоксипропилпирролидона (ЭПП), молекулярный вес полимера в процессе реакции существенно не изменился (на основании гель-фильтрации на Биогеле А-5 полисахарида до и после модификации).

В результате кислотного гидролиза модифицированного полисахарида 1 н HCl (3 ч 100^oC) и последующего препаративного разделения на бумаге выделены обычная глюкоза и замещенная ("алкилированная") глюкоза в сравнимых весовых соотношениях. Был получен ацетат "алкилированной" глюкозы и на основании его ЯМР-спектра сделано заключение о том, что к одной молекуле глюкозы присоединились в среднем 2-4 "алкилирующих" звена (при этом, вероятно, соседние глюкозные единицы в полимере остаются свободными).

Ферментативный гидролиз эндо-ферментом 2-амилазой (pH 4,8; 30^oC) показал, что модифицированный полисахарид по сравнению с исходным расщепляется очень незначительно.

Структуру элементарного звена модифицированного крахмала можно представить в следующем общем виде, например:

Таким образом, впервые получены модификации крахмала, содержащие в заместителе лактамные циклы. Как известно, наличие лактамного цикла, в частности пятичленного, в обрамляющих группах полимеров привносит такие ценные для практики свойства как гидрофильность, комплексообразование и другие. Это позволяет использовать подобные полимеры в медицинской практике, в с/х, в текстильной, бумажной промышленности и других областях народного хозяйства.

Аналогично крахмалу в мягких условиях реагирует декстран с эпоксидами, имеющими в заместителе лактамный цикл. Как в том, так и в другом случае реакция легко контролируется, степень замещения регулируется изменением экспериментальных условий.

Предложенный способ позволяет получить новые водорастворимые полимеры. Можно полагать, что образующиеся модификации будут обладать комплексом интересных для практики свойств.

Пример 1. К 16 мл 5%-ного раствора амилопектинового крахмала, облученного γ-лучами Co⁶⁰ в атмосфере кислорода дозой 25,4• 10¹⁹/мл, добавляют 2,95 мл N-2,3-эпоксипропилпирролидона (уд.вес 1,1) и 0,5 мл 8м КОН и оставляют на 48 ч при 20^oC. Реакционную смесь нейтрализуют раствором HCl и продукт реакции высаживают ацетоном (10-кратным избытком), оставляют на сутки, ацетон сливают, продукт растворяют в минимальном количестве воды и повторно высаживают ацетоном, затем отфильтровывают и высушивают в вакууме при 40^oC.

Содержание N 4,1% Степень замещения: 0,7-0,8 (рассчитана на ЯМР-спектре).

Пример 2. К 8 мл 5%-ного облученного раствора амилопектинового крахмала добавляют 1,5 мл

и 0,3 мл 8 м КОН и оставляют на 24 ч при 20^oC. Продукт реакции нейтрализуют и дважды переосаждают ацетоном (как описано в примере 1) и затем лиофилизуют.

Содержание N 2,55% Степень замещения 0,27.

Пример 3. К 8 мл 5%-ного облученного раствора амилопективного крахмала добавляют 1,5 мл

и 0,3 КОН и оставляют на 25 ч при 20^oC. Продукт реакции нейтрализуют, дважды переосаждают ацетоном и затем лиофилизуют.

Содержание N 2,65% Степень замещения: 0,41.

Пример 4. К 16 мл 5%-ного облученного раствора амилопективного крахмала добавляют 2,95 мл N-2,3-эпоксипропилпирролидона и нагревают 6 ч при 60-70^oC в запаянной ампуле. Продукт реакции дважды переосаждают ацетоном и высушивают в вакууме.

Содержание N 0,54% Степень замещения 0,12.

Пример 5. К 16 мл 5%-ного раствора декстрана (м.в.7000) добавляют 2,95 мл N-2,3-эпоксипропилпирролидона и 0,3 мл 8 м KOH и оставляют на 24 ч при 20^oC. Продукт реакции нейтрализуют и дважды переосаждают ацетоном и высушивают в вакууме.

Содержание N 2,5% Степень замещения 0,37.

Способ модификации полисахаридов обработкой эпоксисоединениями, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и получения водорастворимых модифицированных соединений, в качестве полисахаридов используют крахмал или декстран и обработку проводят эпоксисоединениями общей формулы

где X = H, CH₃;
Z = - CH₂ -, (-CH₂-)_nO;
n = 1,2
в щелочной или нейтральной среде при 20 - 100^oС.

Способ модификации полисахаридов обработкой эпоксисоединениями, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и получения водорастворимых модифицированных соединений, в качестве полисахаридов используют крахмал или декстран и обработку проводят эпоксисоединениями общей формулы

где X H, CH₃;
Z CH₂ -, (-CH₂-)_nO;
n 1,2,
в щелочной или нейтральной среде при 20 100^oС.