СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СШИТЫХ СОЛЕЙ ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ
METHOD FOR PREPARATION OF CURED HYALURONIC ACID SALTS

Изобретение относится к синтетической полимерной химии, а именно к способам получения сшитых солей гиалуроновой кислоты - природного полимера из класса полисахаридов. Сшитые соли гиалуроновой кислоты (ГК) применяются в различных областях медицины и в косметике, например в эстетической дерматологии и пластической хирургии.
Известен ряд способов получения сшитых солей ГК путем взаимодействия солей ГК с различными сшивающими агентами в органической и(или) водной среде. Так, например, известен способ получения сшитых солей ГК, включающий предварительную стадию частичного деацетилирования солей ГК и последующего сшивания с помощью альдегидов и изоцианатов в водной среде [патент США, US 7125860, опубл. в 2006 г.]. В другом известном способе соли ГК предварительно подвергают взаимодействию с хлорангидридом коричной кислоты в среде диметилформамида и последующую стадию сшивания осуществляют под действием УФ-облучения [патент США, US 5462976, опубл. в 1995 г.]. Недостатками этих способов являются двухстадийность химических процессов, высокая токсичность органических реагентов и растворителей, трудоемкая очистка конечных продуктов.
Известны способы получения сшитых солей ГК в одной химической стадии, например способ, включающий взаимодействие солей ГК с аминопроизводными бискарбодиимида и осаждение продуктов реакции с помощью этанола [патент США, US 6013679, опубл. в 2000 г., патент США, US 6537979, опубл. в 2003 г.], или способ получения сшитых солей ГК, включающий взаимодействие натриевой соли ГК с хлоридами железа, алюминия и хрома в водной среде [патент США, US 5532221, опубл. в 1996 г.], или способ получения сшитых солей ГК, включающий взаимодействие натриевой соли ГК с дивинилсульфоном в щелочной среде [патент США, US 4582865, опубл. в 1986 г.]. Недостатками вышеперечисленных одностадийных способов являются высокая токсичность сшивающих и прочих агентов, увеличение объемов реакционной системы и производственных помещений, а также большой расход воды.
Известны способы получения сшитых солей ГК с использованием малотоксичных сшивающих агентов. К таким агентам относятся диглицидиловые эфиры алкандиолов, которые в результате взаимодействия с гидроксильными или карбоксильными группами ГК превращаются в нетоксичные продукты реакции. Например, известен способ получения сшитых солей ГК, включающий взаимодействие натриевой соли ГК с диглицидиловыми эфирами алкандиолов в сильно щелочной или кислой среде с последующим выделением и очисткой целевых продуктов [патент США, US 4716154, опубл. в 1987 г.; патент США, US 4716224, опубл. в 1987 г.; патент США, US 4963666, опубл. в 1990 г.]. Этот метод имеет следующие недостатки: применение большого избытка реагентов, сложные приемы очистки и выделения целевых продуктов (диализ, отмывание избыточных реагентов и др.), многостадийность процесса, увеличение объемов реакционной системы и производственных помещений, большой расход энергии и воды.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения сшитых солей ГК, включающий стадию взаимодействия натриевой соли ГК с диглицидиловыми эфирами алкандиолов в кислой водной среде [патент США, US 4886787, опубл. в 1989 г.]. Этот метод не требует сложных приемов очистки и выделения целевых продуктов, однако имеет следующие недостатки: применение большого избытка сшивающих агентов, увеличение объемов реакционной системы и производственных помещений, большой расход воды, а также необходимость установки громоздких и дорогостоящих очистных сооружений, что связано с большими энерго-, материало- и трудозатратами. Кроме того, отсутствуют сведения о получении других сшитых солей ГК, кроме натриевой. Следует особо отметить, что в связи с тем, что взаимодействие исходных реагентов осуществляют в водной среде, данный метод не позволяет использовать в качестве исходных реагентов водонерастворимые соли ГК.
Задачей данного изобретения является создание экологически безопасного способа, позволяющего получать сшитые соли ГК в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, без больших энерго-, трудо- и водозатрат, при этом получать целевые продукты с количественным выходом, а также использовать в качестве исходных реагентов самые разнообразные, в том числе водонерастворимые, соли ГК.
Поставленная задача решается тем, что создан универсальный экологически безопасный способ получения сшитых солей ГК в отсутствии жидкой среды. Способ заключается в том, что порошкообразную соль ГК с добавками по крайней мере одного сшивающего агента предварительно гомогенизируют в смесителе при температуре от 20 до 50°С, затем полученную однородную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига в механохимическом реакторе при температуре от 20 до 50°С, при этом давление находится в пределах от 5 до 1000 МПа. В качестве соли ГК используют соль из ряда: аммониевая, литиевая, натриевая, калиевая, кальциевая, магниевая, бариевая, цинковая, алюминиевая, титановая, ванадиевая, хромовая, марганцевая, железная, никелевая, кобальтовая, медная, серебряная, золотая или смешанную соль ГК из вышеуказанного ряда, или гидросоль гиалуроновой кислоты. В качестве сшивающего агента используют по крайней мере один эфир из ряда: диглицидиловый эфир этиленгликоля, диглицидиловый эфир диэтиленгликоля (ДЭГ-1), диглицидиловый эфир триэтиленгликоля, диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля, диглицидиловый эфир пропиленгликоля, диглицидиловый эфир 1,4-бутандиола (ДЭБД), диглицидиловый эфир 1,6-гександиола.
Мольное соотношение соль гиалуроновой кислоты к сшивающему агенту или к сумме сшивающих агентов составляет преимущественно от 500:1 до 10:1. Продолжительность воздействия давления и деформации сдвига составляет преимущественно от 0,1 до 10 минут. Гомогенизацию исходной смеси можно проводить в любом смесителе, предпочтительно в мельнице или в смесителе шнекового типа, например в двухшнековом экструдере. Воздействие давления и деформации сдвига осуществляют в механохимическом реакторе. В качестве реактора предпочтительно используют наковальни Бриджмена, при этом заданную величину деформации сдвига достигают путем изменения угла поворота нижней наковальни. Она находится преимущественно в пределах от 50 до 350 градусов. В качестве реактора можно использовать также аппарат шнекового типа, выбранный из ряда: двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с противоположно направленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с набором кулачков различного типа: транспортные, запирающие, перетирающие и т.д.
Решение поставленной задачи стало возможным благодаря тому, что процесс взаимодействия исходных реагентов осуществляют в отличие от известного способа не в растворе, а путем взаимодействия исходных реагентов в твердом порошкообразном состоянии при одновременном воздействии давления и деформации сдвига. Это позволило достигнуть нового технического результата, заключающегося в создании универсального экологически безопасного способа, позволяющего получать целый ряд сшитых солей ГК в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, с получением целевых продуктов с количественным выходом. Способ не требует больших энерго-, трудо- и водозатрат, позволяет использовать в качестве исходных реагентов самые разнообразные, в том числе водонерастворимые, соли ГК.
-1
-1
Количественный характер выхода целевых продуктов доказан с помощью ИК-Фурье спектрального анализа исходных реагентов и продуктов реакции. Установлено, что в спектрах целевых продуктов полностью отсутствуют характеристические полосы глицидиловых групп сшивающих агентов (750-950 и 1240-1260 см) и присутствуют дополнительные полосы (1050-1150 см), характерные для эфирных групп, появившихся в результате взаимодействия глицидиловых групп сшивающих агентов с гидроксильными группами солей ГК. Степень сшивания соответствует отношению количества молей сшивающего агента к количеству молей соли ГК. Степень набухания определялась по стандартной методике [Практикум по высокомолекулярным соединениям. - М.: Химия, 1985, с.111].
Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.
-4
-6
Пример 1. 160,0 мг (4·10 моля) порошкообразной натриевой соли ГК и 2,8 мг (8·10 моля) диглицидилового эфира диэтиленгликоля (ДЭГ-1) гомогенизируют в мельнице при 20°С в течение 10-15 мин. Затем порошкообразную смесь помещают на нижнюю наковальню Бриджмена (диаметр рабочей поверхности 3 см), накрывают верхней наковальней, наковальни ставят под пресс и подвергают давлению 1000 МПа при 20°С, при угле поворота нижней наковальни 250° в течение 1 мин. Далее снимают давление, вынимают наковальни из-под пресса. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 162,5 мг (99,8%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 10 мл/г.
-4
-6
Пример 2. 160,0 мг (4·10 моля) порошкообразной натриевой соли ГК и 1,7 мг (8·10 моля) диглицидилового эфира 1,4-бутандиола (ДЭБД) гомогенизируют в мельнице при 20°С в течение 10-15 мин. Затем порошкообразную смесь помещают на нижнюю наковальню Бриджмена (диаметр рабочей поверхности 3 см), накрывают верхней наковальней, наковальни ставят под пресс и подвергают давлению 1000 МПа при 20°С, при угле поворота нижней наковальни 200° в течение 50 сек. Далее снимают давление, вынимают наковальни из-под пресса. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 8 мл/г.
-5
Пример 3. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него ДЭГ-1 берут в количестве 14 мг (4·10 моля). Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 174 мг (100%), степень сшивания составляет 100 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 3 мл/г.
Пример 4. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-кальциевая соль при мольном соотношении натрий:кальций = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 7 мл/г.
Пример 5. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-алюминиевая соль при мольном соотношении натрий:алюминий = 5:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 162,5 мг (99,8%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 8 мл/г.
Пример 6. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-цинковая соль при мольном соотношении натрий:цинк = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 7 мл/г.
Пример 7. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-медная соль при мольном соотношении натрий:медь = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,4 мг (99,8%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 7 мл/г.
Пример 8. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-кобальтовая соль при мольном соотношении натрий:кобальт = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 7 мл/г.
Пример 9. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-серебряная соль при мольном соотношении натрий:серебро = 1:1. Угол поворота нижней наковальни составляет 50 градусов, а время воздействия 0,1 мин. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,3 мг (99,7%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 8 мл/г.
Пример 10. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-титановая соль при мольном соотношении натрий:титан = 4:1. Угол поворота нижней наковальни составляет 350 градусов а время воздействия - 1,4 мин. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 6 мл/г.
Пример 11. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-золотая соль при мольном соотношении натрий:золото = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 6 мл/г.
-6
Пример 12. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него в качестве сшивающего агента дополнительно взято 1,7 мг (8·10 моля) ДЭБД. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 164,5 мг (100%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 6 мл/г.
-7
Пример 13. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него ДЭГ-1 берут в количестве 0,26 мг (8-10 моля). Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 160,3 мг (100%), степень сшивания составляет 2 сшивки на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 25 мл/г.
Пример 14. Выполнен аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята гидро-натриевая соль при мольном соотношении натрий:водород = 1:1. Выход сшитой гидро-соли ГК составляет 161,5 мг (99,9%), степень сшивания составляет 20 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 5 мл/г.
Пример 15. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК и 2,1 г (0,01 моля) (ДЭБД) гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 50°С в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 50°С и давлении 5 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 399 г (99,8%), степень сшивания составляет 10 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 11 мл/г.