Способ получения органорастворимых производных хитозана

 

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: деацетилированный 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (з )з С 08 В 37/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ сн,ой, 0

1а м=СНР, СН,ОАС сн,оАс

1Ь NHR2

1а й-CH>R1 (21) 4742531/04 (22) 29.11,89 (31) 8815675; 8815676 (32) 30.11,88 (33) FR (46) 23,06.93. Бюл.¹ 23 (71) Рон-Пуленк Санте (FR) (72) Кристин Франзони, Кристиан Ганье и

Югес Порт (FR) (56) Патент Франции ¹ 2582002, кл. С 08 В 37/08, 1986, Патент США № 4528283, кл. А 61 К7/48, С 08 В 37/08, 1985. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОРАСТВОРИМЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ХИТ03АНА (57) Использование: в качестве биологиче ски активных веществ для желудков животных в ветеринарии, Сущность изобретения: продукт органорастворимые производные хитозана, состоящие из цепочки звеньев

1аи16:

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

„„Я2 „„1823878A3 где Ri ацетил, Яз - Ср-С1з-алкил или радикал З-метокси-4-оксифенил, йз и R4 Н или ацетил, со средней молекулярной массой

15000-16000 и содержанием звеньев 1а 58—

69ф„1б 42-31 . Реагент 1: деацетилированный хитозан. Реагент 2: 0.5н HCI. Условие .реакции: 18 час, 98, массовое соотношение реагента 1 и реэгента 2 1:26. Реагент 3: альдегид общей формулы ЯзСНО. Условие реакции: водно-спиртовая среда, рН 4,5, 20 С, 18 ч, молярное соотношение альдегида к среднемусахаридномузвену30. Реагент4: уксусный ангидрид. Условия реакции: в среде безводного пиридина. 24 ч. 20 С. 3 табл. где R1 — Cz — С1з-алкил или радикал 3-метокси-4-оксифенил, R и Яз — водород или ацетил, со средней молекулярной массой 1500016000 и содержанием звеньев общей формулы 1а 58-.697ь, а общей формулы 1в

42-31ф. 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

1823878 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 гидролиэу более, чем на 807ь, 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 гидролиэованный хитозан подвергают конденсации с альдегидом общей формулы RlCHO, где значения Rq 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 зтерификацией 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 хитоэана (производство) в 3 литрах 4 Д-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 зтанолом. Волокнистый осадок сжимают с тем, Цтобы удалить максимум растворителя, затем его разводят в 1 литре абсолютного этанола. 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 хитоэана со следующими характеристиками: — инфракрасный спектр (исходя из концентрата в смеси с КВг) с основными полосами поглощения 3400, 2900 и 1650 см — средняя молекулярная масса; выше

500000.

Среднюю молекулярную массу определяют путем жидкой хроматографии высокой точности при использовании 5 столбиков длиной 50 см, заполненных гликофаэой

G/CPG (N.0.Pierce) с пористостью 3125 (2 а столбика), 1902, 1038 и 547 А. Подвижная фаза представляет иэ себя буферный раствор иэ ацетата натрия 0,2 М и уксусной кислоты 0,33 м при РН 4,2. Подача составляет 1 см /мин, а детектирование выполняется посредством рефрактометрии. Этанолом являются эталоны декстрана (производства

SIGMA) с молекулярной массой от 506000 до

110000. — процент деацитилирования: 80 (, олигосахаридных циклов очищенного хитоэана содержат одну первичную свободную . аминную функцию.

Процент деацитилирования определяют следующим образом: образец хитоэана, измельченный в порошок (частицы примерно в 20 микрон), превращен в суспенэию в смеси воды с диметилсульфоксидом (9:1 ПО

10 объему), рН которой приведена к 11 путем добавления едкого натра 0.1. Потенциометрическое доэирование осуществлено соляной кислотой 0,1М.

Элементарный анализ:

С7ь - 40,90 Н 6,76 N$ - 7,52, 0$ 44,82

2 — кислый гидролиз очищенного хитоэана.

Разводят 25 r очищенного хитоэана в

650 см соляной кислоты 0,5N. Раствор наз гревают 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 зтанолом и сушится при пониженном давлении при 60 С, Таким образом

30 получают 21 r гидролиэованного хитозана со следующими характеристиками: — средняя молекулярная масса: около

13 000 (определение при условиях, описанных выше с использованием 4 столбиков

З5 длиной 50 см,наполненных гликофазой

G/CPG (N.D.Pierce) пористости 1902, 1038, 0

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

40 до 9.000, Элементарный анализ:

С7, = 40,13 Н = 6,76 N = 7,72

О = 45,39

3 — Конденсация деканаля на гидроли45 зованном хитоэане;

Растворяют 1 г гидролиэованного хитозана в 20 см 10 (,-го водного раствора уксусной кислоты, РН доводят до 4,5 путем добавления раствора едкого натра 5N, да50 лее добавляют 40 см метанола и 23 см з деканаля. Реагирующую вязкую смесь выдерживают 18 часов при температуре около

20 С, Продукт конденсации выделяют в ацетоне в аппарате Sohie(в течение 5 часов.

55 После сушки при уменьшенном давлении и

350С получают 1,48 г продукта конденсации деканал — хитозан со следующими характеристиками: — инфракрасный спектр (определяется иэ концентрата в смеси с KBr): основные

1823878

ОСОСН3

СН2-ОСОСН3

55 полосы поглощения 3450. 2930 и 2860 см

- l.

° — процент фиксации деканаля: 60 — 65 4.

Определение осуществлено после вос- 5 становления аминной связи боргидридом натрия в среде этанол-вода (1:1 по обьему).

Процент вторичных аминных образований определяют потенциометрическим дозированием продукта, растворяемого в среде ук- 10 сусная кислота-этанол (2:1 по обьему) путем титрования хлорной кислотой 0,1N.

4 — Ацетилирование продукта конденсации деканал-хитозан.

Растворяют 1 г продукта конденсации 15 деканал-хитозан в 25 см безводного пиридина. Добавляют 5 см уксусного ангидрида. Смесь выдерживают 24 часа при температуре около 20 С, После испарения пиридина остаток дважды помещают в толу- 20 ол и, далее, суспензируют в пентане. Суспенэию фильтруют и промывают три раза раствором едкого натра и прополаскивается дистиллированной водой до нейтральности. После перемещения в емкость продукт 25 высушивают путем разделения воды и ацетона.

Полученный продукт очищают центрифугированием при 16 000 об/мин после растворения в 50 см ацетона. После испарения 30 всплывших частей полученный остаток промывают на стеклянном фильтре М 3 этиловым эфиром.

Получают 1.075 г продукта по основной формуле (i) образованной цепью звеньев: 35

2 3 9 о

М=СН вЂ” CH2-CH2 — (СН2) -СН2-СН> 45

Характеристики которой следующие: процент фиксации альдегида: 60 — 65$ процент ацетиламина: от 20 до 35-40$. инфракрасный спектр {определение исходя из концентрата в смеси с КВг): основные полосы поглощения 3400, 2920-2830, 1750 — 1230, 1680, 1640, 1540 см

Спектр магнитного резонанса С (90

МГц — дейтеризованный хлороформ — перемещение в частях на миллион): 170 (СО в ацетиле) — 169 (CH=N) — 102 (С-1) — 72,73 и

75,5 (С-2, С-З, С-4 и С-5) — 62,5 (С-6) — 31,8 (СН2 в 2 ) — 29,4 ((CH2)g в альдегидной цепи) — 25 (СНз в СНзСО) — 22;6 (СНг в 9 ) — 20,8 (CHz в 3) — 14,0 (СНз в 10), Элементарный анализ:

С = 61,00, Н (, - 8.17 N$ 3,28

О (- 2755, 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 А801), столбик В 30 см (Р1 геля о о

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 выполз няют при помощи рефрактометрии. Используют эталоны из полистирола с Mw от 100 до

4 10, Продукт растворим в ацетоне (30-407 по весу), в этэноле (15 по весу), в дихлорметане (10 по eecy).

5 — Использование для формирования пленки.

Растворяют 40 г полученного ранее хитозана, в 100 мл смеси этанол-дихлоро-1.2 этан (50/50 по весу). Добавляют 5ь 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.

Пример ы 2-6. Пользуясь. как в примере 1, исходным 1 r гидролизованного хитозана и при использовании различных

1823878

N=CH

6 осн

0Н сн;ососн

NH сосн характеристики которого следующие: процент фиксации альдегида: 60-65 ; процент ацетиламина: от 20 до 35-40 (,; инфракрасный спектр (определен исходя из концентрата в смеси с КВг): основные полосы поглощения 3400, 2945-2873, 1745—

1227, 1691, 1647 и 1602-1507 см

Спектр ядерного магнитного резонанса

С (90 МГц — дейтериэованный хлороформ — перемещение в частях на миллион); 170,1 (СО в ацетиле) — 152 (С-5 ) — 151,8 (С-4 )—

135,3 (С-2) — 124,6 (С-7) — 123.4 (С-6) — 111,0 (С-3 ) — 102 2 (С-1) — 75,9...72.4 (С-2, С-З, С-4 и С-5) — 62.5 (С-6) — 56,1 (СНз-О)

Пример 8, Согласно технике "покрытия распылением" в резервуаре, оснащенном системой WURSTER, обволакивают 350 г метионина, предварительно гранулированного на 98 ь в виде сферических частиц со алифатических альдегидов. получают результаты, представленные в табл.1.

Пример 7, Растворяют 1 г гидролизованного хитоэана в 20 см 107ь-ого водноз го раствора уксусной кислоты, рН среды доводят до 4,5 путем добавления уаствора едкого натра 5N. Добавляют 10 см метанола, затем раствор 18 г гидрокси-4-метокси3-бенэалдегида в 30 см 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-метокси-3-бензалдегида с гидролизованным хитозаном, который ацетилирован в условиях, описанных в примере 1.

После очищения получают 0,990 г продукта по основной формуле(1). образованного соединением в ряд звеньев формулы средним диаметром 0.63...0,80 мм, посредством раствора следующего состава: стеариновая кислота (точка плавления = 68-69"С, 5 число кислоты 194-198) 88 г модифицированный хитозан по примеру 1 22г дихлорметан 500 см эта нол 500 см

10 Раствор при температуре 28 С распыляется 60 мин.

Получается 449 г гранул, состоящих на757(, из метионина, Пример 9, По примеру 8 обволакива15 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.

20 Раствор при 29 С распыляют 1 ч 34 мин.

Получают 448 r гранул, состоящих на

707ь иэ хлоргидрата лизина.

Чтобы выявить чувствительность обволакивающих композиций к изменениям рН, 25 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 ак30 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.

35 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

40 показать эффективность обволакивающих композиций на следующем тесте:

Образцы гранул с оболочкой (около 0,5 г) помещают в нейлоновые пакеты с ячейкой

300х300 микрон. Пакеты помещают в рубец

45 фистулованной овцы на 6,15 и 24 часа. Пакеты вынимают и промывают. Количество активного вещества, находящегося в пакете, определяется известными методами, Полученные результаты сведены в табл.3.

50 Полученный хитоэан имеет среднюю мол.м.

10 000-110 000, особенно 10 000-25 000.

Модифицированный хитоэан применим; как составляющее в косметическом про55 иэводстве как комплексообраэующий с тяжелыми металлами агент с формированием нерастворимого комплекса; для производства пленок, нитей, волокон. оболочек;

1823878

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

П роду кты хита за на согласно настоя щеФ му 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 (1b), на которых Rz представляет собой алкил-радикал, содержащий 2 — 13 атомов углерода, и, s особенности, 6-9 атомов углерода, коэффициент фиксации альдегида составляет 5565 (по отношению к олигосахаридным мономерам хитозана, R) представляет собой ацетил-радикал; одна часть радикалов

R 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 r измельченного необогащенного. сырого продукта ацетилирования в 100 r растворителя при измерении количества растворившегося продукта.

Продукты хитоэана согласно изобретению особенно необходимы для изготовления композиций для обволакивания пищевых добавок 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, ва время их прохода через рубец, энзимное разрушение этих веществ, чему благоприятствует временной интервал (от нескольких часов до многих дней) и кислотность (ат 5 да 6), В результате разложенное активное вещество теряет главную часть своей эффективности, когда ано попадает в сычуг и кишечник жива ного, 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 эа относительно короткий промежуток времени (от нескольких минут до нескольких часов).

5 Новые продукты хитоэана согласно нэстоящему изобретению могут быть использованы как рН-чувствительные вещества в композициях для обволакивания пищевых добавок или биологически активных ве10 ществ, предназначенных для жвачных животных. В частности, новые органически растворимые продукты хитозана могут преимущественно заменить, полностью или частично, синтвтические рН-чувствительные

15 вещества, такие как основные сополимеры, как сополимеры стирала с винилпиридинвми, которые обычно используют в композициях такого типа.

Продукты хитоэана, согласно изобрете20 нию, которые получены из натуральных продуктов. приемлемы для употребления в пищу, гидролитически разлагаются в организме на вещества, нетоксичные для животных, что является существенным

25 практическим их достоинствам.

Формула изобретения

Способ получения органорастворимых производных хитоэана. характеризующихся

30 тем, чта ани состоят из цепочки звеньев общих формул 1а и lb:

СН,ОАС

О (С1 М=CH R1 СН20АС

40

tb мнр

45 где Ri — Cz — С э-алкил или группа 3-метокси4-гидроксифенил;

Rz и йз — водород или ацетил, со средней мол.м. 15000-16000 и с содержанием звеньев формулы 1а 58-69 и с содер50 жанием звеньев формулы 1Ь 42-31ь, о т ли ч а ю шийся тем, что деацетилированный хитазан гидролизуют более чем на 80 ) в среде 0,5н соляной кислоты при 98ОС в течение 18 ч при малярном соотношении деаце55 тилированный хитозан: 0,5н соляная кислота, равном 1:26, затем- полученный гидрализованный хитоэан подвергают конденсации с альдегидом общей формулы

R1CHO, в которой значения R> указаны выше. в водноспиртовой среде при рН 4,5, 12

1823878

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Составитель Н. Нарышкова

Техред М.Моргентал Корректор Н. Гунько

Редактор

Заказ 2192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. ул.Гагарина. 101 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.