RU2048474C1 - Method of sulfated chitosan preparing - Google Patents

Abstract

FIELD: biotechnology, bioactive compounds. SUBSTANCE: chitosan is treated with complex of chlorosulfonic acid and oleum with amide in amide solvent or dimethylsulfoxide in the presence of sodium or potassium nitrite. Molar ratio of nitrite and chitosan is 1:(0.001-1), temperature is from room to 50 C, time is 60 min, not above. Product is used for preparing bioactive compounds showing anticoagulating, antisclerotic and antiviral actions and shows increased capability for specific binding low density lipoproteins from the blood. EFFECT: improved method of sulfated chotosan preparing. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области модификации природных полимеров, а именно к способам получения сульфатированных производных хитозана. Изобретение может быть использовано для получения биологически активных соединений, обладающих антикоагулянтным, антисклеротическим и противовирусным действием, а также повышенной способностью специфично связывать липопротеины низкой плотности из крови. The invention relates to the field of modification of natural polymers, and in particular to methods for producing sulfated derivatives of chitosan. The invention can be used to obtain biologically active compounds with anticoagulant, antisclerotic and antiviral effects, as well as an increased ability to specifically bind low-density lipoproteins from the blood.

В известных способах получения сульфатированного хитозана [1-3] обладающего антикоагулянтным и антисклеротическим эффектами, используют, как правило, такие сульфатирующие агенты, как смесь двуокиси и трехокиси серы, хлорсульфоновая кислота, дымящая серная кислота (олеум), а также комплексы серного ангидрида или хлорсульфоновой кислоты с пиридином или диметилформамидом и т. п. При этом хитозан перед сульфатированием обычно активируют путем переосаждения и промывки различными безводными органическими растворителями (чаще всего, пиридином или диметилформамидом), затем в виде суспензии набухшего полимера в указанных растворителях вводят в контакт с сульфатирующим агентом. Причем реакция в начальный период протекает, как правило, в гетерогенных условиях, затем продукт модификации может перейти в раствор и процесс сульфатирования в этом случае будет продолжаться в гомогенной среде. In known methods for producing sulfated chitosan [1-3] having anticoagulant and antisclerotic effects, sulfating agents, such as a mixture of sulfur dioxide and trioxide, chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid (oleum), as well as sulfuric anhydride or chlorosulfonic complexes, are used, as a rule. acids with pyridine or dimethylformamide, etc. In this case, chitosan is usually activated before sulfation by reprecipitation and washing with various anhydrous organic solvents (most often, pyridino m or dimethylformamide), then in the form of a suspension of the swollen polymer in these solvents is contacted with a sulfating agent. Moreover, the reaction in the initial period proceeds, as a rule, under heterogeneous conditions, then the modification product can go into solution and the sulfation process in this case will continue in a homogeneous environment.

Недостатками описанных способов являются:
1. Необходимость предварительной активации хитозана, что связано с большими объемами осадителя (NaOH), многократной сменой растворителя с отжимом и фильтрованием, вследствие чего технологический процесс значительно усложняется.The disadvantages of the described methods are:
1. The need for pre-activation of chitosan, which is associated with large volumes of precipitant (NaOH), multiple solvent changes with extraction and filtering, as a result of which the process is much more complicated.

2. По-существу, гетерогенный характер реакции сульфатирования может приводить к получению продукта с неравномерным распределением замещенных групп, а следовательно, с невоспроизводимыми свойствами. 2. Essentially, the heterogeneous nature of the sulfation reaction can lead to a product with an uneven distribution of substituted groups, and therefore with irreproducible properties.

Известен также способ сульфатирования хитозана в гомогенных условиях, состоящий в том, что хитозан предварительно переводят в его соль в виде хлоргидрата, формиата, ацетата, перхлората, затем выделенную соль хитозана растворяют в формамиде при температуре не ниже 50^оС и подвергают сульфатированию хлорсульфоновой кислотой в пиридине или формамиде. Для получения низкомолекулярного целевого продукта предварительно полученную полимерную соль подвергают деградации водным раствором перекиси водорода при 70^оС в течение 2 ч и затем сульфатируют описанным способом либо проводят частичное снижение степени полимеризации конечного сульфатированного продукта путем гидролиза концентрированной соляной кислотой или 30%-ным раствором перекиси водорода [4]
Недостатками способа являются:
1. Необходимость предварительного получения растворимой в формамиде соли хитозана, что требует больших объемов и расхода осадителя (например, ацетона), дополнительных стадий промывки, фильтрования и сушки при выделении данной полимерной соли.It is also known sulphation of chitosan under homogeneous conditions consisting in that the chitosan is previously converted into its salt as the hydrochloride, formate, acetate, perchlorate, then the selected salt of chitosan was dissolved in formamide at a temperature of not lower than 50 ° ^C and subjected to sulphation of chlorosulfonic acid in pyridine or formamide. For low molecular weight desired product preformed polymer degradation salt is an aqueous solution of hydrogen peroxide at ⁷⁰ ° C for 2 hours and then sulfating the described method is carried out either partial reduction of the degree of polymerization of the final product by hydrolysis sulfated with concentrated hydrochloric acid or 30% aqueous hydrogen peroxide [4]
The disadvantages of the method are:
1. The need for preliminary obtaining formamide-soluble salts of chitosan, which requires large volumes and consumption of precipitant (for example, acetone), additional washing, filtering and drying steps during the isolation of this polymer salt.

2. Необходимость применения повышенной температуры для растворения соли хитозана в формамиде, что может вызывать разложение формамида (выделение СО₂), а также изменение при этом физико-химических свойств самой полимерной соли.2. The need to use an elevated temperature to dissolve chitosan salt in formamide, which can cause decomposition of formamide (emission of CO ₂ ), as well as a change in the physicochemical properties of the polymer salt itself.

3. Сложность контроля за степенью деградации при гидролизе сульфатированного продукта перекисью водорода или НСl при повышенных температурах, что может сопровождаться отщеплением сульфатных групп полимера, следовательно, снижением степени замещения сульфатированного продукта. 3. The difficulty of controlling the degree of degradation during the hydrolysis of the sulfated product with hydrogen peroxide or HCl at elevated temperatures, which may be accompanied by the elimination of sulfate groups of the polymer, therefore, a decrease in the degree of substitution of the sulfated product.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения сульфатированного хитозана с одновременной деполимеризацией [5] В этом способе хитозан обрабатывают смесью серной и 95%-ной хлорсульфоновой кислот при определенном их соотношении, температуре от -20 до -40^оС в течение времени от 5 мин до 2 ч. Целевой продукт выделяют известными способами, например, реакционную смесь смешивают с аполярным или апротонным растворителем, в котором целевой продукт нерастворим. Затем нейтрализуют и очищают диализом. Молекулярная масса полученного продукта зависит от времени реакции.The closest to the proposed method for producing a sulfated chitosan with simultaneous depolymerization [5] In this method, the chitosan is treated with a mixture of sulfuric acid and 95% chlorosulfonic acid at a certain ratio of them, a temperature of from -20 to ^-40 ° C for a time from 5 minutes to 2 hours. The target product is isolated by known methods, for example, the reaction mixture is mixed with an apolar or aprotic solvent in which the target product is insoluble. Then neutralized and purified by dialysis. The molecular weight of the resulting product depends on the reaction time.

Сложность способа для практического использования обусловлена отсутствием растворителя и необходимостью низких температур. The complexity of the method for practical use is due to the lack of solvent and the need for low temperatures.

Задачей изобретения является упрощение способа. The objective of the invention is to simplify the method.

Эта задача решается способом получения сульфатированного хитозана, включающим обработку хитозана сульфатирующим агентом, нейтрализацию реакционной смеси и выделение целевого продукта, в котором в качестве сульфатирующего агента используют комплекс хлорсульфоновой кислоты или олеума с амидом, и обработку осуществляют в aмидном растворителе или диметилсульфоксиде в присутствии нитрита натрия или калия, при молярном соотношении нитрита и хитозана, равном 1: 0,01-1, температуре от комнатной до 50^оС, в течение не более 60 мин.This problem is solved by a method for producing sulfated chitosan, including treating chitosan with a sulfating agent, neutralizing the reaction mixture and isolating the target product, in which a complex of chlorosulfonic acid or oleum with amide is used as a sulfating agent, and the treatment is carried out in an amide solvent or dimethyl sulfoxide in the presence of sodium nitrite or potassium nitrite in a molar ratio of chitosan and equal to 1: 0.01-1, from room temperature ^to 50 ° C for not more than 60 minutes.

Присутствие натриевой или калиевой соли азотистой кислоты способствует, во-первых, растворению хитозана в указанных растворителях при комнатной температуре без предварительного перевода его в какую-либо форму или активированное состояние, во-вторых, вызывает частичную деградацию гликозидных связей полимера и, следовательно, его молекулярной массы или вязкости раствора, степень падения которых зависит от количества добавленной соли. Последнее обстоятельство имеет важное значение для регулирования молекулярной массы целевого продукта, так как молекулярная масса сульфатированных продуктов в известной мере определяют область их применения. The presence of the sodium or potassium salt of nitrous acid promotes, firstly, the dissolution of chitosan in these solvents at room temperature without first converting it to any form or activated state, and secondly, it causes partial degradation of the glycosidic bonds of the polymer and, therefore, its molecular the mass or viscosity of the solution, the degree of fall of which depends on the amount of salt added. The latter circumstance is important for regulating the molecular weight of the target product, since the molecular weight of sulfated products to a certain extent determine their scope.

Впервые в предлагаемом способе деградации хитозана нитритом натрия или калия осуществляется в безводной среде, причем процесс может регулироваться изменением молярного соотношения нитрита натрия или калия и хитозана. Варьирование соотношения в пределах (1:1)-(1:0,001) объясняется тем, что нижняя граница соответствует минимальному количеству соли, необходимому для растворения хитозана. Верхний предел соответствует эквимолярному соотношению, при котором происходит разрыв всех гликозидных связей и, следовательно, увеличение концентрации соли не целесообразно. Кроме того, заметное снижение вязкости растворов хитозана в присутствии даже небольшого количества соли (1/100-200 часть от массы полимера) позволяет получить таким способом более концентрированные растворы хитозана для сульфатирования и тем самым увеличить выход конечного продукта за одну загрузку, т. е. повысить производительность процесса. For the first time in the proposed method, the degradation of chitosan by sodium or potassium nitrite is carried out in an anhydrous medium, and the process can be controlled by changing the molar ratio of sodium or potassium nitrite and chitosan. Varying the ratio in the range of (1: 1) - (1: 0.001) is explained by the fact that the lower boundary corresponds to the minimum amount of salt needed to dissolve chitosan. The upper limit corresponds to the equimolar ratio at which all glycosidic bonds break and, therefore, an increase in salt concentration is not advisable. In addition, a noticeable decrease in the viscosity of chitosan solutions in the presence of even a small amount of salt (1 / 100-200 part by weight of the polymer) makes it possible to obtain more concentrated chitosan solutions for sulfation in this way and thereby increase the yield of the final product in one load, i.e. improve process performance.

Общая методика получения сульфатированного хитозана. General method for producing sulfated chitosan.

Приготовление сульфатирующего комплекса. Preparation of sulfating complex.

К 30 мл диметилформамида (ДМФА) или формамида (ФА) при перемешивании и охлаждении (0-5^оС) прикапывают 4,5 мл хлорсульфоновой кислоты (ХСК) или 7 мл 30% -ного олеума, затем охлаждение прекращают и реакционную смесь продолжают перемешивать для повышения температуры смеси до окружающей среды (25^оС).To 30 ml of dimethylformamide (DMF) or the formamide (FA) with stirring and cooling ^(0-5 ° C) was added dropwise 4.5 ml of chlorosulfonic acid (HSC) and 7 ml of 30% strength oleum and then cooling was stopped and the reaction mixture was continued to stir to increase the temperature of the mixture to ambient (25 ^about C).

Приготовление раствора хитозана. Preparation of chitosan solution.

К 10 мл ФА или диметилсульфоксида (ДМСО) добавляют рассчитанное количество хитозана для получения раствора соответствующей концентрации и заданное количество нитрита натрия или калия в заявляемых пределах молярного соотношения нитрита натрия или калия и хитозана (основ. мол. звена) (1:1)-(1: 0,001). Например, для приготовления 10%-ного раствора хитозана со степенью деацетилирования (СД) 90% берут 1 г полимера (мол. м. звена 161 х 0,9 203 х 0,1 165,2) и 0,021 г нитрита натрия, что соответствует молярному отношению 0,05. После внесения рассчитанных количеств компонентов полученную суспензию перемешивают до полного растворения полимера. To 10 ml of FA or dimethyl sulfoxide (DMSO) add the calculated amount of chitosan to obtain a solution of the appropriate concentration and a predetermined amount of sodium or potassium nitrite in the claimed range of the molar ratio of sodium or potassium nitride and chitosan (basic mol. Unit) (1: 1) - ( 1: 0.001). For example, to prepare a 10% solution of chitosan with a degree of deacetylation (DM) of 90%, take 1 g of polymer (mol. M unit 161 x 0.9 203 x 0.1 165.2) and 0.021 g of sodium nitrite, which corresponds to a molar ratio of 0.05. After making the calculated amounts of the components, the resulting suspension is stirred until the polymer is completely dissolved.

Сульфатирование хитозана. Sulfation of chitosan.

К сульфатирующему комплексу, приготовленному по описанной методике, прибавляют при перемешивании 10 мл раствора хитозана, приготовленного как описано выше, и реакцию ведут в течение 10-60 мин при комнатной температуре или при 50^оС. По окончании реакции реакционную смесь (раствор) нейтрализуют 4 н. водным раствором едкого натрия или калия до рН 7, высаживают в 5-кратный избыток (по объему) метанола, полученный осадок собирают и растворяют в воде, раствор полимера диализуют против воды или фильтруют через колонку с сефадексом С-10, далее фильтрат упаривают и высаживают в 5-кратный избыток (по объему) этанола, осадок переносят на фильтр, промывают этанолом, ацетоном и сушат вначале в эксикаторе при 10 мм рт. ст. затем при 1 мм рт. ст. и 60^оС.By sulphating complex prepared by the method described, is added with stirring 10 ml of chitosan solution prepared as described above and reacted for 10-60 min at room temperature or at 50 ° ^C. After reaction, the reaction mixture (solution) was neutralized with 4 n with an aqueous solution of sodium or potassium hydroxide to pH 7, precipitated in a 5-fold excess (by volume) of methanol, the resulting precipitate was collected and dissolved in water, the polymer solution was dialyzed against water or filtered through a Sephadex C-10 column, then the filtrate was evaporated and precipitated in a 5-fold excess (by volume) of ethanol, the precipitate is transferred to a filter, washed with ethanol, acetone and first dried in a desiccator at 10 mm Hg. Art. then at 1 mmHg. Art. and 60 ^about C.

Условия и результаты конкретных примеров выполнения способа приведены в таблице. The conditions and results of specific examples of the method are shown in the table.

Claims (1)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТИРОВАННОГО ХИТОЗАНА, включающий обработку хитозана сульфатирующим агентом, нейтрализацию реакционной смеси и выделение целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве сульфатирующего агента используют комплекс хлорсульфоновой кислоты или олеума с амидом и обработку осуществляют в амидном растворителе или в диметилсульфоксиде в присутствии нитрита натрия или калия при молярном соотношении нитрита хитозан, 1 0,001 1, температуре от комнатной до 50^oС в течение не более 60 мин.METHOD FOR PRODUCING SULPHATED CHITOSAN, comprising treating chitosan with a sulfating agent, neutralizing the reaction mixture and isolating the target product, characterized in that a complex of chlorosulfonic acid or oleum with an amide is used as a sulfating agent and the treatment is carried out in an amide solvent or in dimethyl sulfoxide or potassium nitride in the presence of nitride when the molar ratio of nitrite chitosan, 1 0.001 1, temperature from room temperature to 50 ^o C for no more than 60 minutes

Images