AGRIS - 

2021

Топтунов, Евгений Алексеевич | Севастьянова, Юлия Вениаминовна

В последнее время на волне увеличивающегося интереса к порошковым целлюлозным материалам проводится большое количество исследований по различным способам их получения. Основной интерес связан с новыми возможностями исследования свойств наноцеллюлозы. Однако для полного понимания вопроса необходимо иметь представление обо всех порошковых целлюлозных материалах и особенностях их получения.В настоящей работе представлен обзор существующих порошковых целлюлозных материалов, приведены их характеристики, а также описаны свойства, которыми отличаются такие материалы. Показано, что значительное влияние на свойства материала оказывает морфология его волокна, а также соотношение кристаллических и некристаллических (аморфных) областей целлюлозы. Обсуждены особенности получения порошковых целлюлозных материалов в зависимости от требуемых свойств, приведены результаты исследований в области механической, химической и ферментативной обработки целлюлозы. Описаны основные сферы применения различных порошковых целлюлозных материалов, а также описана текущая ситуация на рынке, приведены примеры как отечественных, так и зарубежных производителей. Обобщены сведения о порошковых целлюлозных материалах, приведена их классификация, согласующаяся с современными представлениями, описываемых в научных работах исследователей со всего мира. | Recently, due to the growing interest in powdered cellulosic materials, a large number of studies have been carried out on various methods of their preparation. The main interest is associated with new opportunities for research on nanocellulose. However, for a complete understanding, it is necessary to have information about all powdered cellulosic materials and the peculiarities of their preparation.This paper provides an overview of powdered cellulosic materials, presents their characteristics, and describes the properties of the materials. It is shown that the morphology of its fiber, as well as the ratio of crystalline and amorphous regions of cellulose, has a significant effect on the properties of the material. Peculiarities of obtaining powdered cellulose materials are discussed, depending on the required properties, and existing research in the field of mechanical, chemical and enzymatic processing of cellulose is presented. The main areas of application of various powdered cellulose materials are described, as well as the current situation on the market, examples of both domestic and foreign manufacturers are given. The information on powdered cellulose materials is generalized, their classification is given, which is consistent with the modern concepts described in the scientific works of researchers from all over the world.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2021

Кузнецов, Борис Николаевич | Гарынцева, Наталья Викторовна | Судакова, Ирина Геннадьевна | Скрипников, Андрей Михайлович | Пестунов, Андрей Владимирович

For the first time, it was proposed to fractionate the main components of birch wood into microcrystalline cellulose, xylose and enterosorbents by integrating heterogeneous catalytic processes of acid hydrolysis and peroxide delignification of wood biomass. The hydrolysis of wood hemicelluloses into xylose is carried out at a temperature of 150 °C in the presence of a solid acid catalyst Amberlyst 15. Then the lignocellulosic product undergoes peroxide delignification in a "formic acid – water" medium in the presence of a solid TiO2 catalyst to obtain microcrystalline cellulose (MCC) and soluble lignin. Under the determined optimal conditions (100 °С, Н2О2 – 7.2 wt.%, НСООН – 37.8 wt.%, LWR 15, time 4 h), the yield of MCC reaches 64.5 wt.% and of organosolvent lignin 11.5 wt% from the weight of prehydrolyzed wood. By the treatment of organosolvent lignin with a solution of 0.4% NaHCO3 or hot water the enterosorbents were obtained, whose sorption capacity for methylene blue (97.7 mg/g) and gelatin (236.7 mg/g) is significantly higher than that of the commercial enterosorbent Polyphepan (44 mg/g and 115 mg/g, respectively). The products of catalytic fractionation of birch wood are characterized by physicochemical (FTIR, XRD, SEM, GC) and chemical methods. | Впервые предложено осуществлять фракционирование основных компонентов древесины березы на микрокристаллическую целлюлозу, ксилозу и энтеросорбенты путем интеграции гетерогенно-каталитических процессов кислотного гидролиза и пероксидной делигнификации древесной биомассы. Гидролиз гемицеллюлоз древесины в ксилозу проводится при температуре 150 °С в присутствии твердого кислотного катализатора Amberlyst 15. Затем лигноцеллюлозный продукт гидролиза древесины подвергается пероксидной делигнификации в среде «муравьиная кислота – вода» в присутствии твердого катализатора TiO2 с получением микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) и растворимого органосольвентного лигнина. В установленных оптимальных условиях процесса (100 °С, Н2О2 – 7,2 мас.%, НСООН – 37,8 мас.%, гидромодуль 15, продолжительность 4 ч) выход МКЦ достигает 64,5 мас.% и органосольвентного лигнина 11,5 мас.% от массы предгидролизованной древесины. Путем обработки органосольвентного лигнина раствором 0,4% NaHCO3 или горячей водой получены энтеросорбенты, сорбционная способность которых по метиленовому синему (97,7 мг/г) и желатину (236,7 мг/г)  значительно выше, чем коммерческого энтеросорбента «Полифепан» (44 мг/г и 115 мг/г соответственно). Продукты каталитического фракционирования древесины березы охарактеризованы физико-химическими (ИКС, РФА, СЭМ, ГХ) и химическими методами.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2021

Уэйли , Андрей Кеннет | Понкратова, Анастасия Олеговна | Орлова, Анастасия Андреевна | Серебряков, Евгений Борисович | Селиванов, Станислав Иванович | Кривощеков, Сергей Владимирович | Белоусов, Михаил Валерьевич | Прокш, Петер | Лужанин , Владимир Геннадьевич

The C-glycoside embinin and its mono- and diacetate derivatives have immunotropic and cardiotonic activity, which makes the search for plants that contain them interesting. Embinin and its acetate derivatives were previously isolated only from some plants of the genus Iris, the habitat and growing conditions of which are very different from those of the genus Rubus. As a result of the study, the structure of seven C-glycosides, embinin derivatives, isolated from the leaves of Rubus chamaemorus L. (Rosaceae) was established. Using HR-ESI-MS, HPLC-MS, as well as one- and two-dimensional NMR spectroscopy, the structure of three substances isolated in individual form was established: embinin (1) and its diacetyl derivatives – 2''',3'''-diacetylembinin (5) and 3''',4'''-diacetylembinin (7). The method of stepwise hydrolysis of C-glycoside acetate residues proposed in this study, followed by HPLC analysis of the resulting hydrolysis products, made it possible to establish the structure of minor flavone C-glycosides contained in the leaves of Rubus chamaemorus L.: 2'''-acetylembinin (2), 3'''-acetylembinin (3), 4'''-acetylembinin (4) and 2''',4'''-diacetylembinin (6). All these compounds were found in the leaves of Rubus chamaemorus L. for the first time. The C-glycosides - embinin and its acetate derivatives are rare metabolites of higher plants, the presence of which is determined by the peculiarity of their physiology, and the biological activity determines the prospects for medical use. | С-гликозид эмбинина и его моно- и диацетатные производные обладают иммунотропной и кардиотонической активностью, что определяет перспективность поиска их растительных источников. Эмбинин и его ацетатные производные ранее выделялись только из некоторых растений рода Iris, ареал и условия произрастания которых сильно отличается от растений рода Rubus. В результате проведенного исследования установлена структура семи выделенных из листьев Rubus chamaemorus L. (Rosaceae) С-гликозидов – производных эмбинина (1). Методами HR-ESI-MS, ВЭЖХ-МС, а также одно- и двумерной ЯМР-спектроскопии установлена структура трех веществ выделенных в индивидуальном виде: эмбинин (1) и его диацетил производных – 2''',3'''-диацетилэмбинин (5) и 3''',4'''-диацетилэмбинин (7). Предложенный в данном исследовании метод ступенчатого гидролиза ацетатных остатков С-гликозидов с последующим ВЭЖХ-анализом образующихся продуктов гидролиза позволил установить структуру минорных С-гликозидов флавонов, содержащихся в листьях Rubus chamaemorus L.: 2'''-ацетилэмбинин (2), 3'''-ацетилэмбинин (3), 4'''-ацетилэмбинин (4) и 2''',4'''-диацетилэмбинин (6). Все указанные соединения обнаружены в листьях Rubus chamaemorus L. впервые. С-гликозиды – эмбинин и его ацетатные производные представляют собой редкие метаболиты высших растений, наличие которых определяется особенностью их физиологии, а биологическая активность обусловливает перспективность медицинского применения.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2021

Топтунов, Евгений Алексеевич | Севастьянова, Юлия Вениаминовна

Recently, due to the growing interest in powdered cellulosic materials, a large number of studies have been carried out on various methods of their preparation. The main interest is associated with new opportunities for research on nanocellulose. However, for a complete understanding, it is necessary to have information about all powdered cellulosic materials and the peculiarities of their preparation. This paper provides an overview of powdered cellulosic materials, presents their characteristics, and describes the properties of the materials. It is shown that the morphology of its fiber, as well as the ratio of crystalline and amorphous regions of cellulose, has a significant effect on the properties of the material. Peculiarities of obtaining powdered cellulose materials are discussed, depending on the required properties, and existing research in the field of mechanical, chemical and enzymatic processing of cellulose is presented. The main areas of application of various powdered cellulose materials are described, as well as the current situation on the market, examples of both domestic and foreign manufacturers are given. The information on powdered cellulose materials is generalized, their classification is given, which is consistent with the modern concepts described in the scientific works of researchers from all over the world. | В последнее время на волне увеличивающегося интереса к порошковым целлюлозным материалам проводится большое количество исследований по различным способам их получения. Основной интерес связан с новыми возможностями исследования свойств наноцеллюлозы. Однако для полного понимания вопроса необходимо иметь представление обо всех порошковых целлюлозных материалах и особенностях их получения. В настоящей работе представлен обзор существующих порошковых целлюлозных материалов, приведены их характеристики, а также описаны свойства, которыми отличаются такие материалы. Показано, что значительное влияние на свойства материала оказывает морфология его волокна, а также соотношение кристаллических и некристаллических (аморфных) областей целлюлозы. Обсуждены особенности получения порошковых целлюлозных материалов в зависимости от требуемых свойств, приведены результаты исследований в области механической, химической и ферментативной обработки целлюлозы. Описаны основные сферы применения различных порошковых целлюлозных материалов, а также описана текущая ситуация на рынке, приведены примеры как отечественных, так и зарубежных производителей. Обобщены сведения о порошковых целлюлозных материалах, приведена их классификация, согласующаяся с современными представлениями, описываемых в научных работах исследователей со всего мира.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2021

Кузнецов, Борис Николаевич | Гарынцева, Наталья Викторовна | Судакова, Ирина Геннадьевна | Скрипников, Андрей Михайлович | Пестунов, Андрей Владимирович

For the first time, it was proposed to fractionate the main components of birch wood into microcrystalline cellulose, xylose and enterosorbents by integrating heterogeneous catalytic processes of acid hydrolysis and peroxide delignification of wood biomass. The hydrolysis of wood hemicelluloses into xylose is carried out at a temperature of 150 °C in the presence of a solid acid catalyst Amberlyst 15. Then the lignocellulosic product undergoes peroxide delignification in a "formic acid – water" medium in the presence of a solid TiO2 catalyst to obtain microcrystalline cellulose (MCC) and soluble lignin. Under the determined optimal conditions (100 °С, Н2О2 – 7.2 wt.%, НСООН – 37.8 wt.%, LWR 15, time 4 h), the yield of MCC reaches 64.5 wt.% and of organosolvent lignin 11.5 wt% from the weight of prehydrolyzed wood. By the treatment of organosolvent lignin with a solution of 0.4% NaHCO3 or hot water the enterosorbents were obtained, whose sorption capacity for methylene blue (97.7 mg/g) and gelatin (236.7 mg/g) is significantly higher than that of the commercial enterosorbent Polyphepan (44 mg/g and 115 mg/g, respectively). The products of catalytic fractionation of birch wood are characterized by physicochemical (FTIR, XRD, SEM, GC) and chemical methods. | Впервые предложено осуществлять фракционирование основных компонентов древесины березы на микрокристаллическую целлюлозу, ксилозу и энтеросорбенты путем интеграции гетерогенно-каталитических процессов кислотного гидролиза и пероксидной делигнификации древесной биомассы. Гидролиз гемицеллюлоз древесины в ксилозу проводится при температуре 150 °С в присутствии твердого кислотного катализатора Amberlyst 15. Затем лигноцеллюлозный продукт гидролиза древесины подвергается пероксидной делигнификации в среде «муравьиная кислота – вода» в присутствии твердого катализатора TiO2 с получением микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) и растворимого органосольвентного лигнина. В установленных оптимальных условиях процесса (100 °С, Н2О2 – 7,2 мас.%, НСООН – 37,8 мас.%, гидромодуль 15, продолжительность 4 ч) выход МКЦ достигает 64,5 мас.% и органосольвентного лигнина 11,5 мас.% от массы предгидролизованной древесины. Путем обработки органосольвентного лигнина раствором 0,4% NaHCO3 или горячей водой получены энтеросорбенты, сорбционная способность которых по метиленовому синему (97,7 мг/г) и желатину (236,7 мг/г)  значительно выше, чем коммерческого энтеросорбента «Полифепан» (44 мг/г и 115 мг/г соответственно). Продукты каталитического фракционирования древесины березы охарактеризованы физико-химическими (ИКС, РФА, СЭМ, ГХ) и химическими методами.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2021

Ахмедов, Олий Равшанович | Шомуротов, Шавкат Абдуганиевич | Тураев, Аббасхан Сабирханович

В статье представлены данные о синтезе и антимикробных свойствах гуанидинсодержащих производных карбоксиметилцеллюлозы с различными физико-химическими характеристиками. Исследованы закономерности реакции нуклеофильного замещения альдегидных групп модифицированной Na-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) с гуанидином в различных условиях. На основании полученных результатов выявлено, что предельное замещение реакционноактивных электрофильных групп нуклеофильным реагентом зависит от величины рН среды, молярного соотношения гуанидина и степени окисления эфира целлюлозы. Варьируя условиями реакции и количеством альдегидных групп в составе окисленной Na-КМЦ, получены азометиновые производные, отличающиеся содержанием азотсодержащих фрагментов в полимерной цепи. Проведено химическое восстановление лабильных азометиновых связей и синтезированы водорастворимые производные, содержащие прочные аминосвязанные гуанидиновые группы. В ходе проведенного исследования показано и обосновано влияние структурных показателей (степени замещения, количественного содержания гуанидина, значения рКα и природы противоиона) макромолекулярных систем на антибактериальные и противогрибковые свойства. Разработанный подход синтеза открывает перспективы для создания антимикробных производных с регулируемыми физико-химическими характеристиками и заданными биологически активными свойствами. | The article presents data on the synthesis and antimicrobial properties of guanidine-containing carboxymethylcellulose derivatives with different physical and chemical characteristics. The regularities of the reaction of nucleophilic substitution of aldehyde groups of modified Na-carboxymethylcellulose (Na-CMC) by guanidine under different conditions are studied. Based on the results obtained, it was found that the limit replacement of reactive electrophilic groups with nucleophilic reagent depends on the pH value of the medium, molar ratio of guanidine and the degree of oxidation of cellulose ester. By varying the reaction conditions and the number of aldehyde groups in the oxidized Na-CMC composition, the azometin derivatives differing in the content of nitrogen-containing fragments in the polymer chain were obtained. Chemical restoration of labile azomethine bonds was performed and water-soluble derivatives containing strong amino-bound guanidine groups were synthesized. The study shows and substantiates the influence of structural indices (degree of substitution, quantitative guanidine content, pKα values and nature of counterion) of macromolecular systems on antibacterial and antifungal properties. The developed approach of synthesis opens prospects for creation of antimicrobial derivatives with regulated physical and chemical characteristics and set biologically active properties.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2021

Ахмедов, Олий Равшанович | Шомуротов, Шавкат Абдуганиевич | Тураев, Аббасхан Сабирханович

В статье представлены данные о синтезе и антимикробных свойствах гуанидинсодержащих производных карбоксиметилцеллюлозы с различными физико-химическими характеристиками. Исследованы закономерности реакции нуклеофильного замещения альдегидных групп модифицированной Na-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) с гуанидином в различных условиях. На основании полученных результатов выявлено, что предельное замещение реакционноактивных электрофильных групп нуклеофильным реагентом зависит от величины рН среды, молярного соотношения гуанидина и степени окисления эфира целлюлозы. Варьируя условиями реакции и количеством альдегидных групп в составе окисленной Na-КМЦ, получены азометиновые производные, отличающиеся содержанием азотсодержащих фрагментов в полимерной цепи. Проведено химическое восстановление лабильных азометиновых связей и синтезированы водорастворимые производные, содержащие прочные аминосвязанные гуанидиновые группы. В ходе проведенного исследования показано и обосновано влияние структурных показателей (степени замещения, количественного содержания гуанидина, значения рКα и природы противоиона) макромолекулярных систем на антибактериальные и противогрибковые свойства. Разработанный подход синтеза открывает перспективы для создания антимикробных производных с регулируемыми физико-химическими характеристиками и заданными биологически активными свойствами. | The article presents data on the synthesis and antimicrobial properties of guanidine-containing carboxymethylcellulose derivatives with different physical and chemical characteristics. The regularities of the reaction of nucleophilic substitution of aldehyde groups of modified Na-carboxymethylcellulose (Na-CMC) by guanidine under different conditions are studied. Based on the results obtained, it was found that the limit replacement of reactive electrophilic groups with nucleophilic reagent depends on the pH value of the medium, molar ratio of guanidine and the degree of oxidation of cellulose ester. By varying the reaction conditions and the number of aldehyde groups in the oxidized Na-CMC composition, the azometin derivatives differing in the content of nitrogen-containing fragments in the polymer chain were obtained. Chemical restoration of labile azomethine bonds was performed and water-soluble derivatives containing strong amino-bound guanidine groups were synthesized. The study shows and substantiates the influence of structural indices (degree of substitution, quantitative guanidine content, pKα values and nature of counterion) of macromolecular systems on antibacterial and antifungal properties. The developed approach of synthesis opens prospects for creation of antimicrobial derivatives with regulated physical and chemical characteristics and set biologically active properties.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2021

Уэйли , Андрей Кеннет | Понкратова, Анастасия Олеговна | Орлова, Анастасия Андреевна | Серебряков, Евгений Борисович | Селиванов, Станислав Иванович | Кривощеков, Сергей Владимирович | Белоусов, Михаил Валерьевич | Прокш, Петер | Лужанин , Владимир Геннадьевич

С-гликозид эмбинина и его моно- и диацетатные производные обладают иммунотропной и кардиотонической активностью, что определяет перспективность поиска их растительных источников. Эмбинин и его ацетатные производные ранее выделялись только из некоторых растений рода Iris, ареал и условия произрастания которых сильно отличается от растений рода Rubus. В результате проведенного исследования установлена структура семи выделенных из листьев Rubus chamaemorus L. (Rosaceae) С-гликозидов – производных эмбинина (1). Методами HR-ESI-MS, ВЭЖХ-МС, а также одно- и двумерной ЯМР-спектроскопии установлена структура трех веществ выделенных в индивидуальном виде: эмбинин (1) и его диацетил производных – 2''',3'''-диацетилэмбинин (5) и 3''',4'''-диацетилэмбинин (7). Предложенный в данном исследовании метод ступенчатого гидролиза ацетатных остатков С-гликозидов с последующим ВЭЖХ-анализом образующихся продуктов гидролиза позволил установить структуру минорных С-гликозидов флавонов, содержащихся в листьях Rubus chamaemorus L.: 2'''-ацетилэмбинин (2), 3'''-ацетилэмбинин (3), 4'''-ацетилэмбинин (4) и 2''',4'''-диацетилэмбинин (6). Все указанные соединения обнаружены в листьях Rubus chamaemorus L. впервые. С-гликозиды – эмбинин и его ацетатные производные представляют собой редкие метаболиты высших растений, наличие которых определяется особенностью их физиологии, а биологическая активность обусловливает перспективность медицинского применения. | The C-glycoside embinin and its mono- and diacetate derivatives have immunotropic and cardiotonic activity, which makes the search for plants that contain them interesting. Embinin and its acetate derivatives were previously isolated only from some plants of the genus Iris, the habitat and growing conditions of which are very different from those of the genus Rubus. As a result of the study, the structure of seven C-glycosides, embinin derivatives, isolated from the leaves of Rubus chamaemorus L. (Rosaceae) was established. Using HR-ESI-MS, HPLC-MS, as well as one- and two-dimensional NMR spectroscopy, the structure of three substances isolated in individual form was established: embinin (1) and its diacetyl derivatives – 2''',3'''-diacetylembinin (5) and 3''',4'''-diacetylembinin (7). The method of stepwise hydrolysis of C-glycoside acetate residues proposed in this study, followed by HPLC analysis of the resulting hydrolysis products, made it possible to establish the structure of minor flavone C-glycosides contained in the leaves of Rubus chamaemorus L.: 2'''-acetylembinin (2), 3'''-acetylembinin (3), 4'''-acetylembinin (4) and 2''',4'''-diacetylembinin (6). All these compounds were found in the leaves of Rubus chamaemorus L. for the first time. The C-glycosides - embinin and its acetate derivatives are rare metabolites of higher plants, the presence of which is determined by the peculiarity of their physiology, and the biological activity determines the prospects for medical use.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation