Гидрогели метилкремневой кислоты как адсорбенты среднемолекулярных метаболитов и способ их получения

 

Изобретение относится к синтезу новых химических соединений - полиметилсилоксанов (гидрогелей метилкремниевой кислоты), которые могут быть использованы в качестве адсорбентов в различных областях техники, в частности в медицине как энтеросорбенты для выведения из организма среднемолекулярных органических токсических метаболитов. Новые соединения синтезированы в связи с необходимостью получения сорбентов с повышенной сорбционной емкостью и селективностью к среднемолекулярным органическим метаболитам. Решение новой технической задачи достигается получением гидрогелей метилкремниевой кислоты состава {(CH₃SiO_1,5)·nH₂O} ∞, где n = 44 - 49, характеризующихся сорбционной емкостью по Конго-красному 3,3 - 4,6 мг/г. Синтез таких соединений достигается тем, что проводят процесс поликонденсации раствора метилсиликоната натрия (или калия) концентрации 1,75 - 2,30 моль/л путем прибавления к нему раствора сильной кислоты до образования гидрогеля, который после выдерживания в течение 30 - 90 мин (созревание) измельчают и затем активируют действием разбавленного раствора сильной кислоты концентрации 0,04 - 0,15 г·экв/л с последующей отмывкой водой до нейтральной реакции. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к синтезу новых химических соединений - полиметилсилоксанов, конкретно к синтезу гидрогелей метилкремниевой кислоты, которые могут быть использованы в качестве адсорбентов в различных областях техники, в частности к медицине как энтеросорбенты для выведения из организма среднемолекулярных органических токсических метаболитов.

Для энтеросорбции в настоящее время используются минеральные угольные сорбенты [1] и сорбенты на основе высокодисперсных кремнеземов (SiO₂) [2]. Однако они обладают существенными недостатками: небольшой сорбционной активностью и низкой селективностью (избирательной сорбцией) к среднемолекулярным токсическим метаболитам, которые образуются в организме в процессе его жизнедеятельности и обычно удаляются органами выведения.

Наиболее близкими по технической сущности к новым соединениям являются гидрогели метилкремниевой кислоты, которые образуются в качестве промежуточных продуктов при синтезе ксерогелей (полиметилсилоксанов) - адсорбентов, обладающих пористой структурой [3]. Ксерогели получаются обезвоживанием гидрогелей, и их пористая структура формируется в процессе созревания свежеосажденного геля при его выдерживании при температуре от 10 до 60^oC в речение 20-24 часов.

К недостаткам полученных таким образом гидрогелей следует отнести небольшую сорбционную емкость и недостаточную селективность к среднемолекулярным токсическим метаболитам.

В связи с изложенным существует необходимость в синтезе гидрогелей метилкремниевой кислоты, обладающих высокой сорбционной емкостью и селективностью по отношению к среднемолекулярным токсическим метаболитам (Энтеросгель-супер), и способу их получения.

Решение новой технической задачи достигается получением гидрогелей метилкремниевой кислоты состава {(CH₃SiO_1,5)·nH₂O} ∞ где n = 44 - 49, характеризующихся сорбционной емкостью по Конго-красному 3,3-4,6 мг/г.

Синтез таких соединений достигается тем, что проводят процесс поликонденсации раствора метилсиликоната натрия (или калия) концентрации от 1,75 до 2,30 моль/л путем прибавления к нему раствора сильной кислоты (например, HCl или H₂SO₄) до образования гидрогеля, который после выдерживания в течение 30-90 мин (созревание) измельчают и затем активируют действием разбавленного раствора сильной кислоты концентрации от 0,04 до 0,15 г · экв/л с последующей отмывкой водой до нейтральной реакции.

Ниже приводятся примеры синтеза конкретных соединений.

Пример 1 (по прототипу). К 50 мл метилсиликоната калия концентрации 2,30 моль/л прибавили раствор соляной кислоты до образования однородного опалесцирующего геля. Температура процесса 25^oC. Свежеосажденный гель выдерживали в течение 20 часов, после чего разламывали его на кусочки размером не более 10 мм в поперечнике и отмывали его в протоке воды до нейтральной реакции промывных вод (контролировали по фенолфталеину). После этого вещество отжали на фильтре и перенесли в сосуд с крышкой.

Пример 2. К 100 мл метилсиликоната натрия концентрации 2,10 моль/л прибавили раствор серной кислоты до образования гидрогеля. Температура процесса 25^oC. Свежеосажденный гель выдерживали в течение 30 мин, разламывание и отмывку проводили аналогично примеру 1.

Пример 3. К 100 мл метилсиликоната натрия концентрации 2,30 моль/л прибавили раствор серной кислоты до образования гидрогеля. Температура процесса 10^oC. Свежеосажденный гель выдерживали 60 мин, разламывание и отмывку проводили аналогично примеру 1.

Пример 4. В 100 мл метилсиликоната калия концентрации 1,90 моль/ч прибавили раствор серной кислоты до образования гидрогеля. Температура процесса 25^oC. Полученный гель выдерживали 30 мин, разламывали и действовали на него раствором серной кислоты концентрации 0,09 г · экв/л в объеме, равном 3 - 4 кратному объему осажденного геля. После этого отмывку полученного вещества проводили аналогично примеру 1.

Пример 5. Синтез проводили аналогично примеру 4, используя для гелеобразования соляную кислоту. Концентрация метилсиликоната натрия 2,10 моль/л, температура процесса 10^oC. Выдерживание гидрогеля до разламывания 60 мин, активацию геля проводили серной кислотой концентрации 0,12 г · экв/л.

Пример 6. Синтез проводили аналогично примеру 4, процесс гелеобразования проводили с использованием метилсиликоната калия концентрации 2,30 моль/л и соляной кислоты. Температура процесса 25^oC. До разламывания гидрогель выдерживали 45 мин, активацию его проводили раствором соляной кислоты концентрации 0,15 г · экв/л.

Пример 7. Синтез проводили аналогично примеру 4. Гелеобразование осуществляли взаимодействием метилсиликоната натрия концентрации 2,10 моль/л и серной кислоты при 25^oC. Выдерживание до разламывания проводили в течение 90 мин, активацию - раствором серной кислоты концентрации 0,12 г · экв/л.

Пример 8. Синтез проводили аналогично примеру 4. Для взаимодействия взяты метилсиликонат натрия концентрации 2,30 моль/л и серную кислоту, процесс проводили при 10^oC. Выдерживание до разламывания проводили в течение 60 мин, активацию - раствором серной кислоты концентрации 0,15 г · экв/л.

Пример 9. Синтез проводили аналогично примеру 4. Гелеобразование осуществляли взаимодействием метилсиликоната натрия концентрации 1,75 моль/л серной кислотой при 35^oC. Выдерживали гидрогель до разламывания 60 мин, активацию проводили раствором серной кислоты концентрации 0,04 г · экв/л.

Полученные таким образом соединения анализировали на содержание воды, кремния, углерода и водорода. Воду определяли вакуумной сушкой при 100 - 120^oC, кремний весовым методом в виде SiO₂, углерод и водород на CHN-анализаторе фирмы "Карло-Эрба" (Италия). Адсорбционную активность гидрогелей A определяли как способность сорбировать краситель Конго-красный из водного раствора. Для определения использовали растворы Конго-красного концентрации 0,001 моль/л. Навеску гидрогеля m, г, вводили в раствор Конго-красного, взятый в количестве V, мл, и перемешивали в течение 2 часов. После этого раствор центрифугировали и определяли спектрофотометрически ( λ = 498 нм, СФ-20 (ЛОМО)) концентрацию Конго-красного в надосадочной жидкости. Расчет A проводили по формуле: , где C_o им C_p - исходная и равновесная концентрации Конго-красного.

Результаты измерений приведены в таблице. Из приведенных данных следует, что, если после процесса созревания образовавшегося в процессе поликонденсации гидрогеля и разламывания его проводить активацию действием разбавленной соляной кислоты или серной кислоты, получаются соединения с сорбционной активностью A до 4,6 мг/г, что практически в 2 раза выше, чем по прототипу, и на 40 - 50% выше, чем у гелей, полученных без соответствующей кислотной активации.

После обнаружения эффекта активации гидрогелей действием разбавленной кислоты с целью оптимизации условий их получения была изучена зависимость адсорбционной активности по Конго-красному (A) гидрогелей метилкремниевой кислоты от температуры и времени созревания без активации и при активации разбавленным раствором серной кислоты. Результаты приведены на фиг. 1. Полученные данные показывают, что наиболее оптимальными условиями синтеза новых соединений являются: время созревания гидрогеля до момента разламывания и последующей кислотной активации составляет от 30 до 90 мин; температура проведения процесса поликонденсации от 10 до 35^oC (при температуре ниже 10^oC сильно замедляется процесс гелеобразования и при этом не достигается заметного увеличения активности получаемых веществ, а выше 35^oC скорость процесса возрастает настолько, что практически нивелируется результат активации гидрогелей).

Новые соединения обладают высокой сорбционной активностью и селективностью к среднемолекулярным токсическим метаболитам, которые образуются при заболеваниях печени, почек, желудочно-кишечного тракта, и могут быть использованы в качестве энтеросорбентов для удаления этих токсинов из организма.

На фиг. 2 приведены данные по изучению сорбционной емкости (A_m) новых соединений по отношению к ряду токсических метаболитов и тестовым соединениям - красителям. A_m определяли идентично описанному выше методу для Конго-красного. Как следует из приведенных данных новые соединения по сравнению с известными обладают повышенной сорбционной емкостью по отношению к среднемолекулярным (молекулярная масса от 70 до 1000) органическим метаболитам.

Новые соединения имеют гелевидную консистенцию, при хранении в герметической упаковке сохраняют свои свойства длительное время (срок хранения практически не ограничен), удобны для фасовки, легко стерилизуются и, в связи с этим, возможна быстрая организация их промышленного выпуска.

Формула изобретения

1. Гидрогели метилкремневой кислоты (энтеросгель-супер) - общей формулы {(CH₃SiO_1,5)·nH₂O} ∞, где n = 44 - 49,
как адсорбенты среднемолекулярных метаболитов.

2. Способ получения гидрогелей метилкремневой кислоты по п.1, включающий процесс поликонденсации раствора метилсиликоната натрия или калия концентрации 1,75 - 2,30 моль/л путем прибавления к нему раствора сильной кислоты до образования гидрогеля, который после выдерживания в течение 30 - 90 мин разламывают и активируют действием разбавленного раствора сильной кислоты концентрации 0,04 - 0,15 моль/л с последующей отмывкой водой до нейтральной реакции.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве сильной кислоты используют соляную или серную кислоту.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 13-2002

(73) Патентообладатель:
ЗАО "СИЛМА" (RU)

Договор № 13971 зарегистрирован 31.01.2002

Извещение опубликовано: 10.05.2002        

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 34-2003

(73) Патентообладатель:
ООО "ТНК СИЛМА" (RU)

Договор № 17446 зарегистрирован 01.10.2003

Извещение опубликовано: 10.12.2003        

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Общество с ограниченной ответственностью "ТНК СИЛМА"

(73) Патентообладатель:
Общество с ограниченной ответственностью "ЭСФАРМ"

Договор № РД0008883 зарегистрирован 16.05.2006

Извещение опубликовано: 10.07.2006        БИ: 19/2006

---