Brevet FR2701711A1 — publié le 19940826

Chitosane fortement dés acétylé et procédé d'obtention La présente invention concerne la réaction de Ndésacétylation d'une chitine déjà partiellement Ndésacétylée, pour conduire à un chitosane présentant, à la fois, un degré d'acétylation très faible et une viscosité intrinsèque élevée. Par rapport à la chitine qui est un polysaccharide insoluble dans la plupart des solvants organiques ou inorganiques, le chitosane, son dérivé partiellement ou totalement N-désacétylé, qui est non toxique, chélatant, biodégradable et biocompatible, soluble dans liteau acidifiée, trouve de nombreuses applications dans les domaines biomédicaux, pharmaceutiques, cosmétologiques, biotechnologiques, de l'agriculture et du traitement des eaux. Ainsi, l'art antérieur fournit un certain nombre de documents décrivant des procédés de N-désacétylation de ch-itine non désacétylée ou partiellement désacétylée. Dans la présente description, on entend par chitosane, les formes partiellement ou quasi-totalement Ndésacétylées de la chitine, solubles en milieu aqueux. Parmi les documents de l'art antérieur, la publication des travaux de A. DOMARD et M. RINAUDO, dans Int. J. Biol. Macromol (1983) 5, 49-52, décrit un procédé de N-désacétylation de chitine partiellement désacétylée. Selon ce procédé - on dissout le chitosane sous la forme acétate dans de l'eau puis on ajoute du diméthylsulfoxyde, (eau/DMSO, 16/80, V/V) - on ajoute goutte à goutte une solution de soude dont la concentration est de 2g de soude dans 2 ml H2O - on ajoute du thiophènol (1,6 ml) - on chauffe le mélange réactionnel à 100 C pendant une heure. Après une série de lavages et filtrations, le chitosane est recueilli et analysé. Pour obtenir un meilleur rendement de Ndésacétylation, la réaction doit être répétée. Les caractéristiques de la chitine partiellement désacétylée de départ et du chitosane obtenu, à savoir leur degré d'acétylation (DA) et leur viscosité intrinsèque [#], ainsi que le nombre de réactions effectuées, sont rassemblés dans le Tableau 1 suivant. TABLEAU 1 Chitine partiellement Nombre N-désacétylée Chitosane obtenu de départ de DA [v] * réactions DA [71] * ml/g ml/g 1 1 515 8 650 2 0 414 1 4 700 20 1000 2 1 450 3 0 370 * Solvant : AcOH 0,2 M/AcONa 0,1 M Comme le montre clairement ce tableau, plus le procédé de désacétylation est répété, plus le taux de désacétylation (déterminé par infrarouge) est élevé, mais en même temps plus la viscosité intrinsèque et donc la masse moléculaire du chitosane obtenu sont faibles. Les procédés de N-désacétylation existant actuellement ne permettent pas d'obtenir des chitosanes présentant à la fois un degré d'acétylation très faible et une viscosité intrinsèque ou masse moléculaire élevée, en une seule opération. La présente invention se propose de résoudre ce problème en apportant - un chitosane à la fois fortement désacétylé et peu dégradé, - un procédé pour préparer un tel chitosane, consistant essentiellement à effectuer la réaction de désacétylation, en une seule opération, en milieu aqueux avec une solution de soude faiblement concentrée. Le premier objet de l'invention est un chitosahe fortement désacétylé présentant un degré d'acétylation qui, lorsqu'il est déterminé par RMN du proton dans le solvant D2O/CD3COOD, selon la méthode décrite dans M. Rinaudo, P. le Dung, C. Gey, M. Milas, Int. J. Biol Macromol., 14, 122-128 (1992) est au plus égal à 5 %, et présentant aussi, une viscosité intrinsèque qui lorsqu'elle est déterminée dans le solvant AcOH 0,1N/ClNa 0,2N à 250C selon la méthode décrite dans G.A.F. Roberts, J.G. DOMSZY, Int. J. Biol. Macromol. 4 374-377 (1982) est au moins égale à 750 ml/g. Le chitosane de l'invention présente préférentiellement une viscosité intrinsèque [71] comprise entre 750 et 900 ml/g. Un autre objet de l'invention est un procédé pour obtenir un chitosane fortement désacétylé à partir d'une chitine partiellement désacétylée, cette dernière présentant un degré d'acétylation inférieur à 60%, qui consiste - à dissoudre ladite chitine dans un solvant dit solvant réactionnel, - à additionner une solution de soude à ladite chitine dissoute, - à chauffer le mélange réactionnel obtenu, la concentration de ladite solution de soude étant comprise entre 5 et 10% (P/V) et le solvant réactionnel consistant en de l'eau acidifiée, à l'exclusion de tout solvant organique. De préférence, la concentration de ladite solution de soude est de 5t. Selon une mise en oeuvre préférentielle du procédé, le solvant réactionnel est un mélange d'eau et d'acide acétique, l'acide acétique étant présent en quantité stoechiométrique par rapport à la chitine à désacétyler. Le mélange réactionnel peut en outre comprendre un réducteur notamment choisi parmi le borohydrure de sodium (0,1 g/g de chitosane), le thiophénol (1 ml/g de chitosane) et leurs mélanges, de manière à encore limiter la dégradation du chitosane. Le réducteur est de préférence NaBH4. Préférentiellement, le mélange réactionnel est chauffé pendant au moins 3 heures à une température de 1000C. Les avantages et caractéristiques de l'invention sont à présent mis en évidence dans les essais 1 à 7 suivants. Les essais 1 à 6 correspondent à la désacétylation, en une étape selon le procédé de l'invention, d'une chitine commercialisée par FLUKA sous la référence CHITINE FLUKA HIGH Mw qui présente les caractéristiques suivantes - DA déterminé par RMN 1H = 11% - [71] = 1020 ml/g soit Mv = 1500000 déduite de l'équation de Roberts à partir de [#], selon laquelle [X] = 1,81 x 10-3 M0t93 (ml/g). Chaque essai correspond à des conditions opératoires différentes. Ces conditions opératoires et les caractéristiques du chitosane obtenu sont rassemblées dans le Tableau 2 suivant. TABLEAU 2 Essais Milieu de réaction DA (%) [#]ml/g Mv Réactif Chitine Temps de IR RMN 1H Equation de % p/v réaction (heures) a) b) c) Roberts d) 1 NaOH 5% aq. 2,5 5 0 4,8 600 863.020 2 NaOH 10% 2,5 5 0 2 470 663.870 aq. 3 NaOH 5% aq. 2,5 5 0 3 # 1 710 1.034.370 thiophénol 4 NaOH 5% aq. 1,25 5 0 3 # 1 820 1.207.630 NaBH4 NaOH 5% aq. 5 thiophénol + 1,25 5 0 3 # 1 940 1.398.620 NaBH4 6 NaOH 5% aq. 1,25 3 0 3 # 1 975 1.454.780 NaBH4 a) la spectroscopie infrarouge est beaucoup moins sensible que la RMN pour déterminer le degré d'acétylation b) les degrés d'acétylation sont déterminés en solution dans D2O/CD3COOD c) les viscosités intrinsèques [#] sont déterminées dans le solvant AcOH 0,1N/C1Na 0,2N à 25 C d) réaction à 100 C L'essai 7 compare les caractéristiques physicochimiques et mécaniques d'un chitosane obtenu selon l'invention, dans les conditions de l'essai 6, et présentant un DA de 2% et une [X] de 1145 ml/g dans le solvant AcOH 0,3N/AcONa 0,1 N, avec celles d'un chitosane commercialisé par ABER et présentant un DA au plus égal à 2% et une [71] de 1005 ml/g dans le même solvant. La figure, donnant une partie des résultats de l'essai 7, représente la courbe des viscosités du chitosane obtenu selon l'invention dans les conditions énoncées ci-dessus (courbe 1) et du chitosane commercialisé par ABER (courbe 2), en fonction de leur concentration, dans le solvant NaOAc 0,lN/AcOH 0,3N. On a préparé des films qui ont été stabilisés à 65 RH (humidité relative) puis, par un essai de traction on a déterminé leur module élastique. On obtient - pour le chitosane de l'invention, E = 2,35 109 Pa, - pour le chitosane ABER, E = 1,70 109 Pa. Concernant la viscosité, on déduit de la figure que pour avoir une viscosité spécifique de 100, il faut 8,5 g/l de chitosane de l'invention et 13,0 g/l de chitosane ABER, pour avoir une viscosité spécifique de 200, il faut 10,5 g/l de chitosane de l'invention et 16 g/l de chitosane ABER, etc... Ainsi, dans une de ses applications en tant qu'épaississant, le chitosane de l'invention est beaucoup plus avantageux car à concentration égale il épaissit beaucoup plus. Concernant les propriétés mécaniques, la comparaison des modules élastiques montre que celles du chitosane de l'invention sont meilleures. On a également constaté qu'elles sont plus reproductibles avec ledit chitosane. REVENDICATIONS 1/ Chitosane fortement désacétylé, présentant un degré d'acétylation, déterminé par RMN du proton dans le solvant D20/CD3COOD, au plus égal à 5%, caractérisé en ce qu'il présente aussi, une viscosité intrinsèque [X], déterminée dans le solvant AcOH 0,1N/ClNa 0,2N à 250C, au moins égale à 750 ml/g. 2/ Chitosane selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une viscosité intrinsèque [n] comprise entre 750 et 900 ml/g. 3/ Procédé pour obtenir un chitosane fortement désacétylé, a partir d'une chitine partiellement désacétylée présentant un degré d'acétylation inférieur à 60%, consistant - à dissoudre ladite chitine dans un solvant dit solvant réactionnel, - à additionner une solution de soude à ladite chitine dissoute, - à chauffer le mélange réactionnel obtenu, caractérisé en ce que la concentration de ladite solution de soude est comprise entre 5 et 10% (P/V) et le solvant réactionnel est de l'eau acidifiée, à l'exclusion de tout solvant organique. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la concentration de ladite solution de soude est de 5%. 5/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le solvant réactionnel est un mélange d'eau et d'acide acétique, ce dernier étant en quantité stoechiométrique par rapport à ladite chitine à désacétyler. 6/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mélange réactionnel comprend en outre un réducteur notamment choisi parmi le NaBH4, le thiophénol et leurs mélanges. 7/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mélange réactionnel est chauffé pendant au moins 3 heures à 100 C.