СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СШИТЫХ СОЛЕЙ ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ В ВОДНОЙ СРЕДЕ
METHOD FOR PREPARATION OF CURED HYALURONIC ACID SALTS IN WATER MEDIUM

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, 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 в виде гидрогелей [патент США, US 4716154, опубл. в 1987 г.; патент США, US 4716224, опубл. в 1987 г.; патент США, US 4886787, опубл. в 1989 г.]. Этот метод имеет следующие недостатки: применение большого избытка реагентов, многостадийность процесса, большой расход энергии и воды.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения сшитых солей ГК, включающий стадию растворения натриевой соли ГК в водном растворе щелочи или кислоты, длительную (9-12 часов) стадию смешения с диглицидиловым эфиром алкандиола при постоянном встряхивании, стадию диализа в течение 24 часов и стадию удаления воды в течение двух дней при комнатной температуре [патент США, US 4963666, опубл. в 1990 г]. Этот метод имеет следующие недостатки: многостадийность и большая длительность процеса, включает сложные трудоемкие приемы, например, диализ, применение большого избытка сшивающих агентов; очень маленький масштаб производства целевых продуктов (меньше одного грамма за один цикл производства), для увеличения масштаба производства требуется весьма значительное увеличение объемов реакционных аппаратов 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.
Задачей данного изобретения является создание экологически безопасного способа, позволяющего получать сшитые соли ГК в одностадийном технологическом режиме в водной среде, не требующего добавления дополнительных реагентов и без больших энерго-, трудо- и водозатрат, но при этом получать целевые продукты с количественным выходом, а также использовать в качестве исходных реагентов самые разнообразные соли ГК, в том числе смесевые соли.
Поставленная задача решается тем, что создан принципиально новый способ получения сшитой соли гиалуроновой кислоты или ее сшитой смешаной соли, заключающийся в активации в насыщенном водном растворе соли гиалуроновой кислоты путем растворения в воде вместе с, по крайней мере, одним сшивающим агентом при мольном соотношении соли гиалуроновой кислоты к сшивающему агенту или к сумме сшивающих агентов от 500:1 до 1:1 и последующем химическом взаимодействии реагентов при температуре от 20 до 70°С в течение 0,5-2 часов, происходящем в процессе удалении воды из раствора в течение 2-8 часов.
В качестве соли гиалуроновой кислоты можно использовать соль из ряда: аммониевая, литиевая, натриевая, калиевая, магниевая, кальциевая, бариевая, цинковая, марганцевая, никелевая, кобальтовая, медная, серебряная, золотая, или смешанную соль гиалуроновой кислоты 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, диглицидиловый эфир триэтиленгликоля, диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля, диглицидиловый эфир пропиленгликоля, диглицидиловый эфир 1,4-бутандиола, диглицидиловый эфир 1,6-гександиола.
Удаление воды можно проводить в обычных условиях или в условиях пониженного давления или методом лиофильной сушки. При этом в условиях пониженного давления продолжительность сушки осуществляют предпочтительно в течение 2 часов, а методом лиофильной сушки - при минус 40°С в течение 2 часов.
Более подробно сущность процесса заключается в следующем: взаимодействие соли гиалуроновой кислоты и сшивающего агента происходит в процессе удаления воды из предварительно приготовленного водного раствора исходных реагентов - соли гиалуроновой кислоты и сшивающего агента. Экспериментальным путем показано, что мольное соотношение: соль гиалуроновой кислоты к сшивающему агенту или к сумме сшивающих агентов должно находиться в пределах, необходимых для достижения степени сшивания от 2 до 1000 сшивок на 1000 звеньев соли гиалуроновой кислоты соответственно, предпочтительно от 500:1 до 1:1. Водным раствором исходных реагентов является насыщенный раствор соли гиалуроновой кислоты. Предварительную подготовку водного раствора исходных реагентов проводят при перемешивании и при соотношении параметров температура - продолжительность, необходимом для полного растворения исходных реагентов, а именно: соотношение параметров температура - продолжительность находится в пределах от 20 до 70°С - от 2 до 0,5 часа соответственно, предпочтительно при 50°С в течение 1 часа. Удаление воды проводят при соотношении параметров температура -продолжительность, необходимом для завершения процесса сшивания, характеризующегося отсутствием исходных реагентов в целевом продукте. В зависимости от вида исходных реагентов и условий удаления воды соотношение параметров температура - продолжительность находится в пределах от 20 до 70°С - от 8 до 2 часов соответственно. Удаление воды можно проводить в условиях атмосферного или пониженного давления (вакуум) или методом лиофильной сушки. Удаление воды, в частности, в условиях атмосферного давления предпочтительно проводить при температуре 50°С в течение 4 часов.
В отличие от известного способа процесс взаимодействия соли и сшивающего агента проводят путем испарения воды из предварительно подготовленного насыщенного водного раствора исходных реагентов, без добавления каких-либо дополнительных реагентов, в том числе без катализирующих процесс добавок, поскольку соли ГК сами являются катализаторами взаимодействия их со сшивающими агентами диглицидиловыми эфирами алкандиолов. При этом целесообразным является довести процесс сшивания до полного завершения, то есть до количественного выхода целевого продукта. Благодаря новым существенным признакам, в сочетании с некоторыми из известных, то есть благодаря новым условям осуществления процесса сшивания солей, достигнут новый технический результат, заключающийся в создании простого универсального экологически безопасного способа, позволяющего получать целый ряд сшитых солей ГК в одностадийном технологическом режиме с получением целевых продуктов с количественным выходом. Способ не требует больших энерго-, трудо- и водозатрат, позволяет использовать в качестве исходных реагентов самые разнообразные соли ГК, в том числе смешанные соли.
-1
-1
Мониторинг протекания процесса до его завершения проводился с помощью ИК-Фурье спектрального анализа исходных реагентов и продуктов реакции. Таким образом, определили соотношение параметров температура -продолжительность, при которых получают количественный выход целевых продуктов. 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.
-3
Пример 1. 40 г (0,1 моля) порошкообразной натриевой соли ГК и 1,36 г (4·10 моля) диглицидилового эфира диэтиленгликоля (ДЭГ-1) растворяют до получения насыщенного раствора соли в 100 мл дистиллированной воды при перемешивании при 50°С в течение 1 часа, затем из полученного вязкого раствора удаляют воду путем испарения при 50°С в течение 4 часов. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 41,32 г (99,9%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 4 мл/г.
-3
Пример 2. 40 г (0,1 моля) порошкообразной натриевой соли ГК и 0,84 г (4·10 моля) диглицидилового эфира 1,4-бутандиола (ДЭБД) растворяют до получения насыщенного раствора соли в 120 мл дистиллированной воды при перемешивании при 50°С в течение 1 часа, затем из полученного вязкого раствора удаляют воду при 50°С в течение 4 часов. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 40,8 г (99,9%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 3,2 мл/г.
Пример 3. Выполняют аналогично примеру 1, однако в отличие от него ДЭГ-1 берут в количестве 34 г (0,1 моля). Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 74 г (100%), степень сшивания составляет 1000 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 1 мл/г.
Пример 4. Выполняют аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-кальциевая соль при мольном соотношении натрий: кальций = 4:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 40,84 г (100%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 3 мл/г.
Пример 5. Выполняют аналогично примеру 1, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-магниевая соль при мольном соотношении натрий: магний = 4:1, а растворение исходных реагентов и удаление воды проводят при 20°С. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 41,36 г (100%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 3,9 мл/г.
Пример 6. Выполняют аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-цинковая соль при мольном соотношении натрий: цинк = 4:1, а растворение исходных реагентов и удаление воды проводят при 70°С. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 40,76 г (99,8%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 3 мл/г.
Пример 7. Выполняют аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-медная соль при мольном соотношении натрий: медь = 4:1, а удаление воды проводят в вакууме. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 40,75 г (99,8%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 2,8 мл/г.
Пример 8. Выполняют аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-кобальтовая соль при мольном соотношении натрий: кобальт = 4:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 40,8 г (99,9%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 2,9 мл/г.
Пример 9. Выполняют аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-серебряная соль при мольном соотношении натрий: серебро = 1:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 40,72 г (99,7%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 2,7 мл/г.
Пример 10. Выполняют аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-калиевая-марганцевая соль при мольном соотношении натрий: калий: марганец = 2:2:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 40,8 г (99,9%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 3 мл/г.
Пример 11. Выполняют аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята смешанная натриевая-золотая соль при мольном соотношении натрий: золото = 4:1. Выход сшитой смешанной соли ГК составляет 40,8 г (99,9%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 2,8 мл/г.
-3
Пример 12. Выполняют аналогично примеру 1, однако в отличие от него в качестве сшивающего агента дополнительно взято 0,84 г (4·10 моля) ДЭБД. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 42,2 г (100%), степень сшивания составляет 80 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 3,5 мл/г.
-4
Пример 13. Выполняют аналогично примеру 1, однако в отличие от него ДЭГ-1 берут в количестве 0,068 г (2·10 моля). Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 40,07 г (100%), степень сшивания составляет 2 сшивки на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 25 мл/г.
Пример 14. Выполняют аналогично примеру 2, однако в отличие от него вместо натриевой соли ГК взята гидронатриевая соль при мольном соотношении натрий: водород = 1:1. Выход сшитой гидросоли ГК составляет 40,8 г (99,9%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 2,4 мл/г.
Пример 15. Выполняют аналогично примеру 2, однако в отличие от него воду удаляют методом лиофильной сушки при -40°С. Выход сшитой натриевой соли ГК составляет 40,84 г (100%), степень сшивания составляет 40 сшивок на 1000 звеньев соли ГК, степень набухания в воде достигает 3,4 мл/г.