Способ получения водорастворимых производных хитозана

 

Предложен способ получения ряда производных хитозана (соли, N-ацильные производные, хитозан с пониженной молекулярной массой) в гетерогенных средах. Процессы проводят, осуществляя набухание узкодисперсной (по размерам частиц) фракции хитозана в высокополярном растворителе в кислой среде с последующим добавлением, в случае необходимости, соответствующего реагента. Исключая стадию активирования хитозана, предлагаемый метод существенно упрощает процедуры получения и, в особенности, выделения производных хитозана, позволяет резко сократить количества применяемых растворителей и объем аппаратуры, а также решает проблему перевода хитозана в его водорастворимые формы. Приводятся примеры получения ацетата хитозана, N-сукциноилхитозана, а также гидрохлорида хитозана с пониженной молекулярной массой. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к способам солеобразования, частичной деструкции и N-ацилирования хитозана, а именно к проведению указанных процессов с узкодисперсным (по размерам частиц) хитозаном в гетерогенных средах при комнатной температуре в смеси с небольшими объемами высокополярных растворителей, что приводит к ряду водорастворимых производных хитозана, находящих широкое применение в медицинской, пищевой, косметической и других отраслях промышленности.

Для получения различных производных хитозана, в том числе его солей с различной молекулярной массой и N-ацильных производных, в качестве исходного объекта применяется либо разбавленный (1 1,5%) гомогенный водный раствор хитозана в разбавленных кислотах /1, 2/, либо кислотно-водная гетерогенная суспензия набухшего хитозана, многократно (в 3 20 раз) разбавленная органическим растворителем (спирты, кетоны и др.) /3, 4/, либо даже низкоконцентрированный водный раствор, дополнительно разбавленный метанолом /5/.

Практически реализация приведенных аналогов неизбежно приводит к необходимости использования громоздкого оборудования, очень низкому съему продукции с единицы объема аппаратуры, а также, в гетерогенном варианте, к плохой воспроизводимости процессов из-за высокой полидисперсности (по размерам частиц) исходного продажного хитозана.

Ближайшим известным решением аналогичной задачи является способ получения водорастворимых производных хитозана, включающий набухание хитозана в кислой среде и обработку химическим реагентом, выбранном из группы, включающей солеобразующий, деструктирующий и ацилирующий реагент, с последующим выделением водорастворимого производного хитозана /6/. Получение производных хитозана согласно известному способу предусматривает использование хитозана, предварительно подвергнутого активированию. Активирование хитозана производят следующим образом: вначале хитозан обрабатывают кислотной и происходит набухание хитозана, а затем основанием, при этом и кислоту, и основание добавляют к хитозану в суспендирующем средстве, в качестве которого используют либо водный раствор неорганической соли, такой как NaCl, Na₂SO₄, KCl, CaCl₂, (NH₄)₂SO₄ и др. либо органический растворитель, выбранный из группы, включающей спирты, эфиры, кетоны, ароматические углеводороды. Активирование осуществляют при 20 150^oC в течение 10 60 мин с последующим фильтрованием, промывкой и сушкой активированного хитозана. Активированный описанным выше способом хитозан используют для получения водорастворимых производных хитозана путем обработки последнего химическим реагентом.

К недостаткам известного способа следует отнести необходимость активирования хитозана, включающего многостадийность обработок хитозана.

С целью упрощения технологии получения производных хитозана предложен настоящий способ получения водорастворимых производных хитозана, предусматривающий использование хитозана, полученного из дезинтегрированного и просеянного панциря краба со средним размером частиц 0,7 1,6 мм и обработку химическим реагентом, выбранным из группы, включающей солеобразующий, дестрктирующий и ацилирующий реагент, в гетерогенных средах с предварительным набуханием хитозана в подкисленном высокополярном растворителе при массовом соотношении растворитель хитозан, равном 8 12 1, и с последующим выделением производных хитозана. Преимущественно в качестве растворителя используют воду, диметилсульфоксид, уксусную кислоту.

Отличительными признаками настоящего способа являются использование хитозана, полученного из дезинтегрированного и просеянного панциря краба с определенным размером частиц, обработку хитозана химическим реагентом в гетерогенных средах с предварительным набуханием хитозана в подкисленном высокополярном растворителе при определенном массовом соотношении растворителя и хитозана, предпочтительное использование в качестве растворителя воды, диметилсульфоксида, уксусной кислоты.

Изобретение позволяет воспроизводимо, в мягких условиях, без применения специального оборудования и с использованием минимальных объемов растворителей превращать хитозан в его соли, осуществлять его частичную деструкцию с понижением молекулярной массы, а также получать N-ацильныепроизводные хитозана за счет того, что в качестве исходного вещества во всех процессах используется хитозан, полученный из узкодисперсной фракции размолотого и просеянного панциря краба (средний диаметр частиц 0.7 1,6 мм), причем предварительно проводят набухание хитозановых частиц в минимально возможном количестве подкисленного высокополярного растворителя (вода, диметилсульфоксид, уксусная кислота) с последующим добавлением требуемого реагента и проведения процессов солеобразования, частичной деструкции или N-ацилирования при комнатной температуре.

Во всех случаях продукт реакции остается в нерастворенном состоянии, легко отфильтровывается, при необходимости промывается соответствующим растворителем и затем сушится. Таким образом, полностью исключаются многостадийные обработки, связанные с активированием хитозана. Согласно настоящему способу для превращения в производные больших количеств хитозана не требуется объемных реакторов. Изобретение позволяет получать в день килограммы различных производных хитозана (для данных классов веществ это промышленные количества) даже в лабораторном оборудовании прежде всего за счет уменьшения объема смесей хитозан-растворитель-реагент более чем на порядок по сравнению с объемами, использующимися в аналогах, проводят процессы при массовом соотношении растворитель хитозан 8 12 1 вместо 100 250 1.

Кроме того, за счет применения узкодисперсных (по размерам частиц) фракций хитозана гетерогенный характер процессов оказывает положительное влияние на воспроизводимость результатов. Так, ¹³C-ЯМР-спектр гидрохлорида низкомолекулярного хитозана, полученного предлагаемым в изобретении способом (см. пример 2) идентичен спектру аналогичного гидрохлорида, полученного в растворе, что свидетельствует о достижении в гетерогенном варианте той же степени протонирования (солеобразования), что и в гомогенной системе.

Изобретение позволяет экономически эффективно решить острую проблему промышленного выпуска хитозана в его различных водорастворимых формах, в которых его использование в косметике, пищевой промышленности и медицине наиболее предпочтительно.

Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение Пример 1. К 100 г хитозана (здесь и далее размер частиц 0,7 1,6 мм) приливают 0,88 л уксусной кислоты, перемешивают 1 час, добавляют 80 мл воды (массовое соотношение растворитель хитозан 10 1) и оставляют при комнатной температуре на 72 часа. Осадок отфильтровывают, сушат и получают 130 г уксуснокислой соли хитозана, полностью растворимой в воде.

Пример 2. К 100 г хитозана (M_w 500000 800000) прибавляют 650 мл 2М раствора соляной кислоты, перемешивают 1 час, добавляют 150 мл 2М раствора нитрита натрия (массовое соотношение растворитель хитозан 8 1), перемешивают 15 мин, добавляют 0,5 л спирта, осадок отфильтровывают, промывают небольшим количеством спирта, сушат и получают 110 г водорастворимого гидрохлорида хитозана с M_w 25000 30000.

Пример 3. 100 г хитозана суспендируют при перемешивании в 1,17 л диметилсульфоксида в течение 15 мин, прибавляют 1 мл трифторуксусной кислоты (массовое соотношение растворитель хитозан 12 1), перемешивают 2 часа, вводят 100 г янтарного ангидрида, перемешивают 2 часа и оставляют на 24 часа при комнатной температуре. Добавляют раствор 150 г гидроксида калия в 1,2 л 50% -ного водного спирта, перемешивают 2 часа, осадок отфильтровывают, промывают спиртом, сушат и получают 150 г калиевой соли N-сукциноилхитозана, полностью растворимой в воде с образованием раствора, имеющего pH 8,7.

Формула изобретения

1. Способ получения водорастворимых производных хитозана, включающий набухание хитозана в кислой среде и обработку химическим реагентом, выбранным из группы, включающей солеобразующий, деструктирующий и ацилирующий реагент, с последующим выделением производных хитозана, отличающийся тем, что используют хитозан, полученный из дезинтегрированного и просеянного панциря краба со средним размером частиц 0,7 1,6 мм, обработку химическим реагентом проводят в гетерогенных средах с предварительным набуханием хитозана в подкисленном высокополярном растворителе при массовом соотношении растворитель хитозан 8 12 1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют воду, диметилсульфоксид, уксусную кислоту.