Способ получения высокоокисленной целлюлозы и высокоокисленная целлюлоза "биоакцеллин"

 

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам получения высокоокисленной целлюлозы, которая может быть использована для извлечения особо токсичных веществ, например стронция, сурьмы, ртути, свинца, редкоземельных элементов. Описывается способ получения высокоокисленной целлюлозы, включающий двустадийное окисление целлюлозы последовательно йодсодержащим соединением и оксидами азота, промывку водой очищенной, спиртом этиловым и сушку, на первой стадии процесс проводят в 5-11%-ном растворе периодата натрия с рН 2,5-4,5 при 40-60°С с последующей промывкой водой очищенной и раствором серной кислоты, на второй стадии окисление проводят 15-30%-ным раствором оксидов азота в четыреххлористом углероде в течение 30-40 мин при температуре 2-10°С и давлении 0,2-2,0 ати, после чего полученный промежуточный продукт отделяют от раствора и выдерживают в течение 3-5 ч при температуре 25-40°С и давлении 3,2-5,0 ати. Технический результат - получение высокоокисленной целлюлозы, применяемой в качестве нетоксичного радиопротекторного, кровоостанавливающего, антимикробного и ранозаживляющего средств. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам получения высокоокисленной целлюлозы, которая может быть использована для извлечения особо токсичных веществ, например стронция, сурьмы, ртути, свинца, редкоземельных элементов.

Известен способ получения высокоокисленной целлюлозы последовательным окислением целлюлозы периодатом натрия и окислами азота. При этом получают карбоксицеллюлозу с содержанием карбоксильных групп до 50% (Авт. св. СССР N 451710, кл. МКИ⁶ C 08 B 15/04 1974 г.) Недостатком известного способа является длительность процесса и загрязненность конечного продукта соединениями азота.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, при котором окисление проводят в две стадии: на первой стадии окисление целлюлозы проводят смесью периодата натрия и периодата калия при весовом соотношении периодат натрия: периодат калия равном (10-15): 1, в среде 10-12%-ного раствора серной кислоты при pH 2,6-4,4 и температуре 50-55^oC, на второй стадии окисление проводят окислами азота при давлении 1,5-3,0 ати, после чего осуществляют промывку дистиллированной водой при вибрации с частотой 5-10 Гц с последующей сушкой в вакууме при температуре 80-90^oC. (Патент РФ N 2095369 кл. МКИ⁶ C 08 B 15/04 Б.И. N 31, 1997 г.).

К недостаткам прототипа относится большая продолжительность процесса и его высокая себестоимость.

Достигаемый технический результат заключается в сокращении длительности процесса, снижении его себестоимости, улучшении качества конечного продукта, за счет улучшения равномерности окисления.

Для достижения технического результата в способе получения высокоокисленной целлюлозы, включающем двухстадийное окисление целлюлозы последовательно йодсодержащим соединением и оксидами азота, промывку водой очищенной, спиртом этиловым и сушку, на первой стадии процесс проводят в 5-11%-ном растворе периодата натрия с pH 2,5-4,5 при 40-60^oC с последующей промывкой водой очищенной и раствором серной кислоты, на второй стадии окисление проводят 15-30%-ным раствором оксидов азота в четыреххлористом углероде в течение 30-40 мин при температуре 2-10^oC и давлении 0,2-2,0 ати, после чего полученный промежуточный продукт отделяют от раствора и выдерживают в течение 3-5 часов при температуре 25-40^oC и давлении 3,2-5,0 ати. При этом что на второй стадии окисление проводят 15-30%-ным раствором оксидов азота в 1,1,2,2-тетрахлорэтане, или в дихлорметане. В результате предлагаемого способа получается высокоокисленная целлюлоза, применяемая в качестве нетоксичного радиопротекторного, кровоостанавливающего, антимикробного и ранозаживляющего средства.

Сущность изобретения поясняется следующим образом.

На первой стадии исходную хлопковую целлюлозу (Ц) обрабатывают 5-11%-ным раствором периодата натрия с pH 2,5-4,5 при температуре 40-60^oC в течение 4-5 часов, что способствует специфичности ее окисления по OH-группам у C²- и C³-атомов элементарных звеньев с образованием альдегидных групп (АГ) и протеканию этого процесса без разложения окислителя с максимальной скоростью до содержания АГ - 32-34%.

Последующая промывка полученной диальдегидцеллюлозы (ДАЦ) последовательно водой очищенной, 0,5%-ным раствором кислоты серной и водой очищенной приводит к исчерпывающему удалению из нее периодат- и иодат-ионов, влияющих на повышение токсичности конечного продукта. Полученную ДАЦ высушивают, продувая воздухом с температурой 60-70^oC, до содержания остаточной влаги 8-12%.

На второй стадии ДАЦ в течение 40 минут обрабатывают 15-30%-ным раствором оксидов азота в четыреххлористом углероде (или 1,1, 2,2-тетрахлорэтане, или дихлорметане) при 2-10^oC. В результате этого она сорбирует такое количество оксидов азота, которое достаточно для последующего ее окисления до желаемой степени. Поэтому, закончив сорбционную обработку, сливают раствор окислителя, а дальнейшее окисление ДАЦ осуществляют только за счет сорбированных ею оксидов азота в течение 3-5 часов при в 25-40^oC и давлении 3,2-5,0 ати. При соблюдении указанных параметров достигается равномерность сорбции оксидов азота и специфичность последующего окисления ДАЦ до C²OOH- и C³OOH-группировок по всему ее объему с максимальной скоростью.

Образовавшийся в процессе окисления промежуточный продукт (высокоокисленная целлюлоза - оксиды азота) продувают сухим воздухом, затем промывают водой очищенной от связанных оксидов азота до достижения значения pH промывной воды 3,0-4,0. Последующая промывка продукта спиртом этиловым проводится с целью обезвоживания высокоокисленной целлюлозы и удаления из нее следов низкомолекулярных фракций, повышающих ее токсичность.

Промытую высокоокисленную целлюлозу высушивают при 40-50^oC и остаточном давлении 0,2-0,4 ати.

Конечный продукт - высокоокисленная целлюлоза является нетоксичным средством, обладающим радиопротекторными, кровеостанавливающими, антимикробными и ранозаживляющими свойствами.

Приведенные в формуле изобретения параметры выбраны на основании многочисленных экспериментов и являются оптимальными. Это подтверждается данными таблиц 1, 2, 3 и 4.

Способ осуществляют следующим образом: В стеклянный реактор загружают 5-11%-ный раствор периодата натрия с pH 2,5-4,5 и нагревают до 40-60^oC. Далее в реактор загружают исходную целлюлозу и выдерживают при указанных условиях 4-5 ч. После окончания окисления продукт промывают водой очищенной, 0,5%-ным водным раствором серной кислоты, снова водой очищенной и сушат воздухом, нагретым до 60-70^oC.

На второй стадии полученную диальдегидцеллюлозу (ДАЦ) загружают в реактор с окислителем - 15 - 30%-ным раствором оксидов азота в четыреххлористом углероде, или 1,1, 2,2 тетрахлорэтане, или дихлорметане и герметизируют его. Охлаждая реакционную массу до 2-10^oC, осуществляют сорбцию оксидов азота на ДАЦ в течение 30-40 мин, после чего сливают раствор окислителя. Последующее окисление осуществляют при 25-40^oC и давлении 3,2-5,0 ати в течение 3-5 ч. Полученную высокоокисленную целлюлозу продувают воздухом, промывают водой очищенной и спиртом этиловым, после чего сушат в вакууме при 40-50^oC до остаточной влажности не более 12%.

Пример 1. В реактор, снабженный рубашкой и обратным холодильником, загружают из мерника 9,0 л 10%-ного раствора периодата натрия и нагревают до 50^oC. Затем в раствор окислителя загружают 580 г целлюлозы хлопковой в виде бинтов медицинских размером 0,14х7,0 м, предварительно намотанных в мотки длиной 0,25-0,30 м, состоящие из 15-16 слоев, после чего реакционную массу выдерживают 5 ч, периодически перемешивая, при температуре 55^oC.

По окончании окисления сливают отработанный раствор окислителя, а полученную ДАЦ промывают водой очищенной, затем 0,5%-ным водным раствором кислоты серной и снова водой очищенной.

Сушку ДАЦ проводят в сушилке калориферного типа при температуре 60-70^oC до остаточной влажности 8-12%. Получает 600 г ДАЦ. Выход - 98% от массы загруженной целлюлозы в 100% исчислении.

На второй стадии получения высокоокисленной целлюлозы в реактор загружают 600 г ДАЦ и 8 л 20%-ного раствора оксидов азота в четыреххлористом углероде, предварительно охлажденного до 4^oC. Затем реактор герметизируют и дают выдержку при указанной температуре в течение 40 минут. После этого сливают раствор окислителя из реактора в сборник, а дальнейшее окисление ДАЦ осуществляют сорбированными оксидами азота при 40^oC и давлении 3,5 ати в течение 4 ч.

По окончании окисления стравливают избыточное давление через систему нейтрализации оксидов азота, затем продувают реактор и высокоокисленную целлюлозу сжатым воздухом в течение 1 ч. Полученную высокоокисленную целлюлозу промывают водой очищенной до отсутствия следов азотной кислоты в промывной воде. Последнюю промывку осуществляют спиртом этиловым.

Промытую и хорошо отжатую массу высокоокисленной целлюлозы сушат в течение 3 ч при 40^oC и остаточном давлении 0,4 ати.

Высушенный продукт охлаждают до 25^oC, затем измельчают и просеивают. При этом получают 540 г порошкообразной высокоокисленной целлюлозы. Выход на стадии составляет 90%.

Общий выход высокоокисленной целлюлозы - 70-75%, считая на исходную целлюлозу в 100% исчислении. Содержание карбоксильных групп - 45-50%; потеря в массе при высушивании - 10%.

Высокоокисленная целлюлоза "БИОАКЦЕЛЛИН" гранулированный порошок белого цвета без запаха и кислого вкуса, практически нерастворимый в воде, спирте 95%, хлороформе, разведенной соляной кислоте; умеренно растворимый в 1%-ных растворах кали едкого и натра едкого с образованием небольшой опалесценции с содержанием карбоксильных групп 45-55%.

Полученная высокоокисленная целлюлоза "БИОАКЦЕЛЛИН" может быть использована в качестве катионообменника с высокой обменной способностью, устойчивого при работе в кислой среде. "БИОАКЦЕЛЛИН" хорошо поглощает радиоактивные нуклеиды и выводит их из организма. Эффективен "БИОАКЦЕЛЛИН" также при выведении из организма тяжелых металлов.

Оценка эффективности "БИОАКЦЕЛЛИНА" как антидотного средства в терапии и профилактике поражений радиоизотопами стронция проводилась амбулаторно на 27 практически здоровых добровольцах - мужчинах в возрасте 18-26 лет.

"БИОАКЦЕЛЛИН" применялся однократно по 10 г в сутки в виде диспергированного в 100 мл воды порошка с последующим заливанием 50-100 г воды.

"БИОАКЦЕЛЛИН" применялся: - с профилактической целью - за 4 часа до поступления, - с лечебной целью - одновременно с поступлением, - через час после поступления радиоактивного стронция.

Продолжительность лечения составляла 1 день.

В результате проведенных исследований получены данные, указывающие на отсутствии у "БИОАКЦЕЛЛИНА" токсичности, его высокую специфическую эффективность при поступлении в организм радиоактивного стронция.

"БИОАКЦЕЛЛИН" хорошо переносится, слабо и умеренно выраженные побочные явлении при приеме 10 г регистрировались всего у 33,3% испытуемых. "БИОАКЦЕЛЛИН" проявил высокую специфическую эффективность во всех испытанных вариантах. Предварительное применение "БИОАКЦЕЛЛИНА" за 4 часа до поступления стронция-85 снижало уровень резорбции изотопа в кишечнике до 2,3%, при одновременном введении "БИОАКЦЕЛЛИНА" изотопа - до 1,3%, назначение "БИОАКЦЕЛЛИНА" через час после поступления изотопа до 4,8% при уровне этого показателя в контроле 28,4%.

При этом защитный эффект составлял в первом варианте - 90,6% во втором - 95,4% и в третьем - 81,3%. Высокий защитный эффект "БИОАКЦЕЛЛИНА" в широком интервале времени превосходит имеющиеся и рекомендованные в настоящее время препараты (в т.ч. адсобар и альгинат).

Изучение эффективности "БИОАКЦЕЛЛИНА" по выведению продуктов деления урана проводилась на 400 половозрелых белых крысах-самцах. Для затравки животных использовались свежие продукты деления 19 часового, 6, 7, 10, 12, 20, и 30-суточного возрастов и выдержанные осколки деления 6,5 месячного возраста. В отдельных сериях применяли цезий - 13 7, цинк - 65, церий - 144 и таллий - 204.

Растворы радиоактивных изотопов активностью 5-100 мккюри в 0,5 мл дистиллированной воды, подкисленных HCl до pH 3, вводились в желудок крыс с помощью полиэтиленового зонда. Полученные данные показывают, что "БИОАКЦЕЛЛИН" обладает высокой эффективностью в широком временном интервале. Высокий профилактический эффект "БИОАКЦЕЛЛИНА" определяется от 6 часов до введения и через час после введения свежих продуктов деления.

Также была изучена эффективность "БИОАКЦЕЛЛИНА" в профилактике и лечении интоксикации тяжелыми металлами, в частности марганцем и ртутью.

Использовались белые беспородные самки крыс массой 170-220 г. Изучение эффективности "БИОАКЦЕЛЛИНА" проведено в трех группах подопытных животных: 1 - пероральное поступление марганца - Mn⁵⁴, 2 - парентеральное поступление марганца, 3-интратрахеальное поступление марганца. "БИОАКЦЕЛЛИН" вводили одновременно с марганцем в количестве 100 мг на крысу. При пероральном введении марганца "БИОАКЦЕЛЛИН" увеличивает количество марганца, выводимого с калом. При внутрибрюшинном введении марганца обнаружили, что наиболее интенсивно выведение марганца происходит в первый сутки, затем выведение уменьшается. При интратрахеальном введении марганца "БИОАКЦЕЛЛИН" также эффективен, как и при введении марганца перорально.

"БИОАКЦЕЛЛИН" был испытан как профилактическое средство и как лечебное средство на группе рабочих ртутного комбината. Он применялся в различных дозировках с учетом степени интоксикации в виде порошка без применения симптоматических средств. Отмечено, что уже в первые дни у всех рабочих количество отделяемой с мочой ртути увеличилось в 11-140 раз и более. Этот эффект снижения ртути в организме происходит постоянно, несмотря на то, что рабочие находились в условиях высоких концентраций паров ртути в воздухе.

За время лечения все больные отмечали улучшение самочувствия: стихали головные боли, восстанавливался сон, аппетит, снижалась интенсивность болей в конечностях, уменьшались патологические изменения внутренних органов.

Особый интерес "БИОАКЦЕЛЛИН" представляет в качестве дренирующего, кровоостанавливающего и антимикробного средства.

"БИОАКЦЕЛЛИН" обладает бактерицидным эффектом в отношении Грам-отрицательных и Грам-положительных микроорганизмов, включая нефакультативных анаэробов.

"БИОАКЦЕЛЛИН" обладает также ранозаживляющим действием, способствуя более быстрому заживлению пораженной поверхности, улучшает структуру кожного рубца (предупреждает развитие келоидных рубцов, особенно при ожогах) При наружном применении "БИОАКЦЕЛЛИН" наносят в виде мелкодисперсного порошка на проницаемую подложку, накладывается на пораженную поверхность и фиксируется бинтом.

Прокладка с "БИОАКЦЕЛЛИНОМ" меняется ежедневно, а продолжительность заживления зависит от степени поражения поверхности кожи.

Формула изобретения

1. Способ получения высокоокисленной целлюлозы, включающий двухстадийное окисление целлюлозы последовательной обработкой йодсодержащим соединением и оксидами азота, промывку водой очищенной, спиртом этиловым и сушку, отличающийся тем, что на первой стадии обработку проводят 5 - 11%-ным раствором периодата натрия с pH 2,5 - 4,5 при температуре 40 - 60 ^oC с последующей промывкой водой очищенной и раствором серной кислоты и сушкой воздухом с температурой 60 - 70^oC, на второй стадии 15 - 30%-ным раствором оксидов азота в четыреххлористом углероде или дихлорметане или 1,1,2,2-тетрахлорэтане в течение 30 - 40 мин при температуре 2 - 10^oC и давлении 0,2 - 2,0 ати, с последующим отделением промежуточного продукта от раствора и выдерживанием его в течение 3 - 5 ч при температуре 25 - 40^oC и давлении 3,2 - 4,0 ати.

2. Высокоокисленная целлюлоза, полученная способом по п.1, в качестве нетоксичного радиопротекторного, кровоостанавливающего, антимикробного и разнозаживляющего средства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4