Способ получения хитозана

 

Изобретение относится к химии полисахаридов, в частности к получению хитозанов, которые могут найти применение в качестве исходного материала в производстве промышленных материалов, препаратов медицинского и косметического назначения. Сущность: предлагаемый способ предусматривает предварительное смешивание хитина и этиленгликоля в отношении 1 : (2 - 3) и выдерживании в течение 10 - 14 ч при комнатной температуре и затем при перемешивании добавляемой 10^-3-2·10^-2 частей боргидрида натрия и 1,2 - 1,7 частей щелочи, нагревают 3 - 5 ч при 110 - 115°С, выливают в холодную воду, осадок хитозана промывают на фильтре и сушат.

Изобретение относится к химии полисахаридов, в частности к методам получения хитозана из хитина.

Хитин - один из наиболее распространенных структурных полисахаридов животных и низших организмов. Он присутствует в организме членистоногих, моллюсков, червей, в грибах, низших растениях. Традиционным источником хитина являются панцири ракообразных. Производные хитина находят широкое практическое использование. В первую очередь это относится к хитозану - продукту N-дезацетилирования хитина, который является исходным материалом в производстве промышленных материалов, препаратов медицинского и косметического назначения.

Получение хитозана из хитина описано во многих работах. Практически все методы получения хитозана основаны на щелочном омылении хитина. Реакция сопровождается значительной деградацией полимерной цепи полисахарида, вероятней всего по механизму "пилинга", то есть последовательного отщепления моносахаридных остатков с восстанавливающего конца. Для подавления "пилинга" омыление проводят в присутствии боргидрида натрия, восстанавливающего свободную полуацетальную группировку полисахарида. В работе (1) предлагается способ получения хитозана, заключающийся в нагревании хитина с 40% -ным едким натром в присутствии 1% боргидрида натрия в водной среде. Недостатком способа является большой расход щелочи. Промышленное использование этого способа потребует дополнительных мер при создании экологически чистых технологий, и проблема здесь тем более, чем больший расход щелочи. Таким образом, снижение расхода щелочи при производстве хитозана является актуальной задачей.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения хитозана (2) путем дезацетилирования хитина при 120^оС в безводной среде, состоящей из КОН - 50% , 96%-ного этанола - 25% и этиленгликоля - 25%. Отношение массы взятого хитина к объему дезацетилирующей смеси составляет 1:10. Степень дезацетилирования зависит от продолжительности реакции. Поскольку в данном способе не приняты меры против "пилинга", высокая степень дезацетилирования обязательно сопровождается высокой степенью деградации полимерной цепи полисахарида, что приводит к снижению вязкости его растворов. Вторым недостатком этого способа является большой расход щелочи. Третьим недостатком является сравнительно низкий выход целевого продукта.

Цель изобретения - увеличение выхода хитозана и уменьшение расхода реагентов, прежде всего щелочи и растворителей.

Поставленная цель достигается тем, что хитин и этиленгликоль смешивают в соотношении 1:(2-8) по массе и оставляют на 10-14 ч для набухания. Затем к смеси добавляют при перемешивании 10^-3 - 2˙ 10^-2 части боргидрида натрия и 1,2-1,7 части щелочи, например NaOH, нагревают в течение 3-5 ч при 100-115^оС. Смесь выливают в холодную воду, осадок хитозана промывают на фильтре водой и сушат. Выход целевого продукта составляет 85-90%.

В данной методике существенным является предварительное набухание хитина в этиленгликоле, приводящее к разрушению его кристаллической структуры и повышению реакционноспособности в реакции дезацетилирования.

П р и м е р 1. В колбе, снабженной мешалкой, термометром и обратным холодильником, смешивают 10 г размолотого хитина из панцырей тихоокеанских крабов и 20 мл этиленгликоля. Оставляют хитин в растворителе для набухания на 10 ч при комнатной температуре. Затем при перемешивании добавляют порциями 0,2 г боргидрида натрия и 15 г NaOH, поддерживая температуру разогревающей смеси 100-110^оС. Смесь выдерживают в течение 4 ч при 110^оС. Затем горячую массу выливают в 500 мл холодной воды, перемешивают. В колбу заливают 50 мл холодной воды и перемешивают до превращения оставшейся плотной массы в рыхлый осадок, который присоединяют к основной порции хитозана. Осадок хитозана переносят на фильтр, промывают водой до нейтральной реакции и сушат на воздухе. Получают 8,8 г воздушно-сухого хитозана (содержащего 10% влаги). Степень дезацетилирования α = 0,45. Выход реакции с учетом степени дезацетилирования 89%.

П р и м е р 2. Реакцию проводят аналогично примеру 1. Смесь хитина и этиленгликоля (10 г и 25 г соответственно) оставляют для набухания в течение 10 ч. Затем добавляют 0,01 г боргидрида натрия и 17 г NaOH. После растворения щелочи смесь выдерживают в течение 3 ч при 115^оС. Получают 8,4 г воздушно-сухого хитозана. Выход 84% ( α = 0,45).

П р и м е р 3. Реакцию проводят аналогично примеру 1. Смесь хитина и этиленгликоля (10 г и 30 г соответственно) оставляют для набухания в течение 12 ч, затем добавляют 0,1 г боргидрида натрия и 1,2 г NaOH. Смесь выдерживают в течение 5 ч при 100^оС. Получают 8,8 г воздушно-сухого хитозана со степенью дезацетилирования α = 0,25. Выход 85%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить хитозан с заданными характеристиками, с высоким выходом, существенно экономя реагенты.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХИТОЗАНА путем дезацетилирования хитина при нагревании в среде, содержащей этиленгликоль и щелочь, отличающийся тем, что хитин смешивают с этиленгликолем в соотношении 1 : (2 - 3) по массе, выдерживают 10 - 14 ч, а затем при перемешивании добавляют 10^-3 - 2 · 10^-2 частей боргидрида натрия и 1,2 - 1,7 частей щелочи, нагревают 3-5 ч при 100 - 115^oС, смесь выливают в холодную воду, осадок хитозана промывают на фильтре и сушат.