способ получения карбоксиметилового эфира хитозана

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОКСИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА ХИТОЗАНА, включающий обработку хитина едким натром и монохлоруксусной кислотой (ее солью), отличающийся тем, что обработку осуществляют при воздействии сдвиговых напряжений 0,3-3,0 Н/мм², давлении 0,2-50 МПа и молярном соотношении хитин:едкий натр: монохлоруксусная кислота (ее соль) 1:2,6-8,4:2,3-4 соответственно при 60-200^oС, причем монохлоруксусную кислоту (ее соль) вводят в твердом виде или в виде раствора в изопропиловом спирте при модуле не более 1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку хитина едким натром и монохлоруксусной кислотой проводят одновременно при 80-120^oС.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что хитин сначала обрабатывают едким натром при 80-200^oС, затем вводят монохлоруксусную кислоту (ее соль) и продолжают обработку при 60-120^oС.

4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что используют Na-соль монохлоруксусной кислоты при молярном соотношении хитин: едкий натр Na-соль монохлоруксусной кислоты 1:2,6-4,4:2,3-4,0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии и технологии производных полисахаридов, а именно к способам получения эфиров хитозана, которые могут быть использованы в медицине, пищевой, косметической, фармацевтической и химической промышленности.

Известен способ получения избирательно-0-замещенного карбоксиметилхитозана (КМХ) [1] основанный на 0-алкилировании хитозана Nа-солью монохлоруксусной кислоты в присутствии едкого натра в среде органического растворителя после переосаждения хитозана и защиты аминогрупп действием салицилового альдегида.

Недостатками указанного способа являются большой расход алкилирующего агента, а также сложность, длительность процесса и дополнительный расход реагентов из-за необходимости проведения предварительного переосаждения хитозана, блокирования аминогрупп, инклюдирования полимера и удаления блокирующих группировок после карбоксиметилирования.

Синтез неизбирательно замещенного N,O-карбоксиметилхитозана осуществляется по более простой схеме, при этом полученный полимер не уступает избирательно 0- или N-замещенному КМХ по практически важным свойствам. Для получения неизбирательно-N, О-замещенных карбоксиметиловых эфиров хитозана известен способ, согласно которому хитозан диспеpгируют в жидкой среде, содержащей органический растворитель, мерсеризуют раствором едкого натра из расчета 3-8 моль NаОН на моль глюкозамина и затем карбоксиметилируют монохлоруксусной кислотой, взятой в количестве 2-4 моль на моль глюкозамина [2]

Недостатками этого метода являются многостадийность и длительность процесса, необходимость утилизации избытка щелочного раствора алкирующего агента.

Известен также способ получения карбоксиметилового эфира хитозана непосредственно из хитина, заключающийся в первоначальном диспергировании хитина в концентрированном водном растворе едкого натра и замораживании реакционной массы до до -3--30^оС [3] Замороженную таким образом смесь подвергают карбоксиметилированию монохлоруксусной кислотой путем диспергирования замороженной смеси в органический растворитель, содержащий указанную кислоту. Этерификация идет по ОН-группам. Выделенный карбоксиметилированный хитин подвергают деацетилированию путем обработки его водной щелочью высокой концентрации в течение 0,1-48 ч при 65-150^оС.

Цель изобретения интенсифицировать и упростить процесс, а также обеспечить его экологическую чистоту.

Это достигается тем, что в способе получения карбоксиметилового эфира хитозана, включающем обработку хитина едким натром и монохлоруксусной кислотой (ее солью), обработку осуществляют при воздействии сдвиговых напpяжений 0,3-3 Н/мм², давлении 0,2-50 МПа и мольном соотношении хитин:едкий натр:монохлоруксусная кислота (ее моль), равном 1:(2,6-8,4):(2,3-4), при 60-200^оС, причем монохлоруксусную кислоту (ее соль) вводят в твердом виде или в виде раствора в изопропиловом спирте при модуле не более 1. Обработку хитина едким натром и монохлоруксусной кислотой можно проводить одновременно при 80-120^оС. Можно также сначала хитин обрабатывать едким натром при 80-200^оС, а затем вводить монохлоруксусную кислоту (или ее соль) и продолжать обработку при 60-120^оС.

Предпочтительно используют Nа-соль монохлоруксусной кислоты при мольном соотношении хитин: едкий натр Na-соль монохлоруксусной кислоты 1:(2,6-4,4): (2,3-4,0).

Способ осуществляется следующим образом.

Хитин, щелочь и монохлоруксусную кислоту или ее соль в различных соотношениях последовательно или одновременно подают в двухшнековый экструдер, где при прохождении реакционной массы по длине экструдера она подвергается одновременному воздействию сдвиговых напряжений и давления при различных температурах. Время прохождения составляет 5 мин.

Проведение процесса по предлагаемому способу позволяет существенно сократить длительность процесса и осуществить его на оборудовании непрерывного действия. Практически полное исключение использования растворителей позволяет избежать стадии отжима и регенерации избытка щелочного раствора алкирующего реагента, что делает процесс экологически чистым.

П р и м е р 1. 50 г хитина краба в виде чешуек и 47 г едкого натра подают в двухшнековый экструдер при температуре 200^оС, сдвиговом напряжении 0,3 Н/мм² и давлении 0,2 МПа. На выходе получают порошкообразный щелочный хитозан, к которому добавляют 53 г твердой монохлоруксусной кислоты (МХУК), и вновь подвергают воздействию сдвиговых деформаций при температуре 100^оС. Мольное соотношение хитин: едкий натр: (МХУК) равно 1:4,8:2,3. Полученный продукт растворяют в воде (50 мл на 1 г исходного полисахарида) и очищают от неорганических примесей ультрафильтрацией на полных волокнах. Очищенный полимер выделяют одним из принятых способов, в частности лиофилизацией. Степень замещения по карбоксиметильным группам рассчитывают по содержанию карбоксильных групп. Молекулярную массу рассчитывают по характеристической вязкости раствора КМХ в 0,2 м NаСl при 25^оС. Получают 58 г КМХ со степенью замещения 1,4 и ММ 10 кД.

П р и м е р 2. 50 г хитина, 47 г едкого натра и 53 г твердой монохлоруксусной кислоты (хитин:NaOH МХУК 1:4,8:2,3) подают в экструдер при температуре 80^оС, сдвиговом напряжении 3,0 Н/мм² и давлении 50 МПа. Получают 53 г КМХ со степенью замещения 0,5 и ММ 50 кД. Очистку, выделение и характеристику продуктов в примерах 2-4 осуществляют аналогично примеру 1.

П р и м е р 3. 50 г хитина, 84 г едкого натра и 66 г монохлоруксусной кислоты (хитин NaOH МХУК 1 8,4 2,9), растворенной в 50 мл изопропилового спирта (модуль= 1), подают в двухшнековый экструдер при температуре 120^оС, сдвиговом напряжении 1,0 Н/мм² и давлении 20 МПа. Получают 60 г КМХ со степенью замещения 1,6 и ММ 100 кД.

П р и м е р 4. 50 г хитина, 43 г едкого натра и 114 г натриевой соли монохлоруксусной кислоты (хитин NаОН МХУК 1 4,44,0), подают в двухшнековый экструдер при температуре 120^оС, сдвиговом напряжении 2,0 Н/мм² и давлении 30 МПа. По- лучают 52 г КМХ со степенью замещения 0,7 и ММ 80 кД.

П р и м е р 5. 50 г хитина, 26 г едкого натра и 66 г натриевой соли монохлоруксусной кислоты (мольное соотношение реагентов 1:2,6:2,3) подают в экструдер и обрабатывают при температуре 80^оС, сдвиговом напряжении 3,0 Н/мм² и давлении 50 МПа. Получают 34 г КМХ со степенью замещения 0,5 и ММ 42 кД.

П р и м е р 6. 50 г хитина и 84 г едкого натра подают в экструдер и обрабатывают при температуре 80^оС, сдвиговом напряжении 0,5 Н/мм² и давлении 10 МПа. К полученной смеси добавляют 93 г монохлоруксусной кислоты (мольное соотношение реагентов 1:8,4:4,0), растворенной в 30 мл изопропилового спирта (модуль равен 0,7), затем проводят обработку смеси в экструдере при температуре 60^оС. После очистки получают 59 г КМХ со степенью замещения 1,4 и ММ 90 Кд.

П р и м е р 7. 50 г хитина и 26 г едкого натра подают в экструдер и обрабатывают при температуре 180^оС, сдвиговом напряжении 3,0 Н/мм² и давлении 50 МПа. Затем добавляют 53 г твердой монохлоруксусной кислоты (мольное соотношение реагентов 1: 2,6:2,3) и проводят повторную обработку в экструдере при температуре 120^оС. Получают 50 г КМХ со степенью замещения 0,6 и ММ 47 кД.