Титанорганический глицерогидрогель и способ его получения
TITANIUMORGANIC GLYCEROGELAND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к области органической химии и фармацевтики, в частности к водно-глицериновому комплексу (2,3-диоксипропил)-ортотитаната гидрохлорида, и находит применение в медицине, косметике и ветеринарии в качестве противовоспалительного средства и проводника биологически активных веществ через кожу и слизистые оболочки.
3
8
3
2
Известен титанорганический цинксодержащий глицерогидрогель (Патент №2574579 МПК C07F 7/28, C07F 3/06, A61K 9/06, опубликованный 10.11.2015), включающий тетроглицерат титана, глицерин CHO, воду и хлористый цинк ZnCl при следующем соотношении компонентов: мас. %
Тетроглицерат титана
19,20-19,60
Глицерин C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>O<sub>3</sub>
36,55-37,10
Вода H<sub>2</sub>O
42,10-42,85
ZnCl<sub>2</sub>
1,31-1,41
Молекулярная масса
39924±500
Брутто-формула:
Недостатком известного титанорганического цинксодержащего глицерогидрогеля является ухудшение качества готового продукта при его хранении: происходит изменение структуры и внешнего вида геля - из полупрозрачного он становиться молочно белым, на поверхности образуется значительный слой жидкости, а его структура из гелеобразной превращается в кашеобразную, что вызывает быстрое снижение растворимости, и гель не выдерживает срок годности. Это связано с явлением синерезиса (старения и уплотнения геля), которое ускоряется в гелеобразных системах при введении в них ионов тяжелых металлов. В данном случае ионы цинка при содержание их более 0,14% приводят к быстрому старению известного глицерогидрогеля и снижению проводимости через кожу и слизистые и, соответственно, снижению эффективности готовой продукции на его основе.
Кроме того, присутствующий в составе геля цинк искажает результаты анализов при определении титана. В методике количественного определения титана в известном глицерогидрогеле применяют метод обратного комплексонометрического титрования с использованием сернокислого цинка. Цинк из глицерогидрогеля также определяется при  титровании и существенно искажает результат определения основного компонента геля тетраглицерата титана. Громоздкая брутто-формула известного глицерогидрогеля также способствует уменьшению проводниковой активности.
Технической задачей заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков и повышение эффективности титанорганического глицерогидрогеля и готовой продукции на его основе.
Техническим результатом является создание титанорганического медьсодержащего глицерогидрогеля с высокой растворимостью, увеличение срока его годности при сохранении чрескожной проводимости и качества.
2
Указанный технический результат достигается тем, что титанорганический глицерогидрогель, обладающий чрескожной проводимостью биологически активных веществ, включающий в себя тетроглицерат титана, глицерин и воду, согласно изобретению дополнительно содержит хлорид натрия NaCl и соляную кислоту, а в качестве гелеобразователя использована хлористая медь CuCl, приготовленная на 10% растворе соляной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Тетроглицерат титана
19,80-20,10
Глицерин C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>O<sub>3</sub>
42,40-42,85
Вода H<sub>2</sub>O
33,20-33,60
Хлорид натрия NaCl
1,42-1,56
Хлорид меди CuCl<sub>2</sub>
0,84-0,90
Соляная кислота HCl
1,60-1,68
Молекулярная масса глицерогидрогеля Мм равна 15529±200
Брутто-формула:
Титанорганический медьсодержащий глицерогидрогель относится к новому химическому соединению неустановленной структуры.
2
Это не чисто химическое соединение, а комплекс нескольких химических соединений, объединенных в пространственную структуру, в которой молекулы тетроглицерата титана распределены между молекулами глицерина, воды и хлорида натрия и соляной кислоты, затем из жидкого состояния скреплены в гелеобразное состояние с помощью молекул CuCl.
Тетроглицерат титана образуется в результате химической реакции (синтеза) между глицерином и тетрабутилортотитанатом, при которой выделяется бутиловый спирт. Часть глицерина взаимодействует с тетрабутилортотитанатом, а часть остается в свободном состоянии. Оставшийся свободный глицерин будет в дальнейшем средой для образования геля.
Использование в качестве гелеобразователя раствора хлористой меди на 10% растворе соляной кислоты значительно уменьшает содержание ионов тяжелых металлов в геле, а именно Си - 0,01%- 0,02% вместо Zn - 0,14% - 0,18%; что позволяет остановить быстрый процесс старения и сохранить и растворимость, и качество геля в течение всего периода хранения.
Кроме того, использование в качестве гелеобразователя раствора хлористой меди на 10% растворе соляной кислоты позволяет уменьшить пространственную брутто формулу геля и, соответственно, увеличить проводниковую активность нового вещества.
К тому же антисептические свойства ионов меди усилили противовоспалительные и ранозаживляющие свойства геля, что подтверждается исследованиями на крысах.
Известен способ получения эфтидерма - водно-глицеринового комплекса (2,3-диоксипропил)-ортотитаната гидрохлорида (см. патент на изобретение №2400486, МПК C07F 7/28, A61K 31/28, дата публикации 27.06.2010), заключающийся в том, что смешивают глицерин с полученным промышленным способом бутилортотитанатом очищенным, отгоняют бутиловый спирт из смеси путем нагрева в вакууме при температуре (101±2)°C в течение 3-4 ч, добавляют при перемешивании растворы гидроокиси натрия и лимонной кислоты дли создания необходимой среды, затем соляную кислоту до получения pH от 4,5 до 5,6 при перемешивании охлаждают реакционную массу до температуры 40°C и сливают готовый продукт (гель).
Недостатком известного способа является то, что под действием света, допустимого в складских помещения, из геля, полученного данным способом, и продукции на его основе происходит выделение металлического титана, который не только окрашивает их в темно-серый цвет, но и существенно снижает эффективность готового продукта, а также повышает его стоимость, за счет необходимости создания особых условий хранения и применения специальной светонепроницаемой, более дорогой упаковки, например комбинированных (ламинатных) туб или светонепроницаемых флаконов.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения титанорганического цинксодержащего глицерогидрогеля (патент №2574579, МПК C07F 7/28, C07F 3/06, A61K 9/06, опубликованный 10.11.2015), включающий взаимодействие глицерина и очищенного бутилортотитаната при мольном соотношении 11,75:1 соответственно с последующей отгонкой бутанола из смеси при температуре от 98°С до 102°С в вакууме с остаточным давлением от минус 0,01 до минус 0,02 МПа, добавление расчетного количества раствора натрия гидроокиси с последующим определением содержания титана в реакционной массе, добавление расчетного количества очищенной воды, необходимого для разбавления реакционной массы, добавление 0,2%-ного раствора окиси цинка и 10%-ного раствора лимонной кислоты, при этом перемешивают реакционную массу в течение 15 минут после добавления каждого компонента. После чего отключают вакуум, охлаждают полученный полупродукт до температуры от 35°С до 40°С, добавляют 10%-ный раствор соляной кислоты до pH от 4,5 до 5,6, перемешивают в течение 30 минут, сливают в подготовленную тару, где выдерживают в течение 20-40 минут до образования гелеобразного готового продукта.
За счет введения в формулу титанорганического цинксодержащего глицерогидрогеля ионов цинка в некоторой степени был сокращен технологический процесс, уменьшено выделение металлического титана под действием света и повышена растворимость в воде готового продукта при сохранении проводниковой активности через кожу и слизистые оболочки.
Однако при хранении цинксодержащего геля, полученного известным способом, происходит изменение структуры и внешнего вида геля - из полупрозрачного он становиться молочно белым, на поверхности образуется значительный слой жидкости, а его структура из гелеобразной превращается в кашеобразную, что снижает его растворимость, то есть гель не выдерживает срок годности. Это связано с явлением синерезиса (старения геля), которое ускоряется в гелеобразных системах при введении в них ионов тяжелых металлов в значительных количествах, в данном случае содержание цинка более 0,14%.
Недостатком известного способа получения цинксодержащего глицерогидрогеля является также то, что присутствующий в составе реакционной массы цинк искажает результаты анализов при определении титана в процессе выполнения способа и затрудняет расчет необходимого для разведения количества воды. В методике количественного определения титана в реакционной массе применяют метод обратного комплексонометрического титрования с использованием сернокислого цинка.
Использование в синтезе известного способа безводного глицерина с мольным соотношением глицерина и очищенного бутилортотитаната 11,75:1 приводит к получению густой вязкой реакционной массы, что затрудняет процесс отгонки бутилового спирта и увеличивает время отгонки.
Проведение отгонки бутилового спирта из смеси при температуре до 102°С, которая выше температуры закипания воды, способствует отгонке воды вместе с бутиловым спиртом, что также ведет к получению более вязкой реакционной массы.
Проведение синтеза при практическом отсутствии воды приводит к необходимости определения титана в реакционной массе, к добавлению расчетного количества воды, перемешиванию густой массы после добавления каждого компонента, что увеличивает время технологического процесса и усложняет его.
Кроме того, использование в известном способе в качестве гелеобразователя 0,2% раствора окиси цинка и 10% раствора лимонной кислоты предполагает введение гелеобразователя в горячую массу, что более опасно и требует использования основного технологического оборудования, а следовательно, усложняет технологический процесс.
Технической задачей является устранение указанных недостатков, упрощение и удешевление способа получения титанорганического глицерогидрогеля и повышение его качества.
Техническим результатом является создание способа получения титанорганического медьсодержащего глицерогидрогеля, упрощение способа и повышение его экономичности.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения титанорганического глицерогидрогеля по п. 1, включающий взаимодействие при перемешивании глицерина ПК 94 и очищенного бутилортотитаната при мольном соотношении 12,5:1 с одновременном введением с основными компонентами 8% водного раствора гидроокиси натрия, последующую отгонку бутилового спирта из реакционной массы при температуре 95°С±1°С в вакууме при остаточном давлении от минус 0,02 до минус 0,05 МПа, отключение вакуума и охлаждение реакционной массы до 25°С-30°С, добавление при перемешивании гелеобразователя в виде 2-х % раствора хлористой меди, приготовленного на 10% растворе соляной кислоты до получения значений рН 4,5-6,0, перемешивание в течение 15 минут, выгрузку в тару до образования гелеобразного готового продукта.
Использование глицерина марки ПК 94 (глицерин косметический в соответствии с ГОСТ 6824-96) с содержание воды в нем 5-6%, в отличие от глицерина с содержанием воды не более 0,2%, используемого в прототипе, приводит к изменению мольного соотношения с тетрабутилортотитанатом до 12,5:1, а присутствие воды при синтезе ускоряет процесс отгонки бутилового спирта.
Также использование глицерина марки ПК 94 и изменение мольного соотношения позволяет вводить раствор гидроокиси натрия одновременно с загрузкой основных компонентов и объединить две стадии технологического процесса в одну и, соответственно, сократить время синтеза - в отличие от прототипа, где разделены стадия отгонки бутилового спирта и получения полупродукта и стадия добавления раствора гидроокиси натрия и получения готового продукта.
Введение в начале синтеза воды в составе глицерина и в составе 8% раствора гидроокиси натрия приводит к получению более пластичной и подвижной реакционной массы и наиболее полной и быстрой отгонке бутилового спирта.
В конечном итоге изменение марки глицерина с одновременным введением в синтез воды позволяет снизить температуру реакции со 102°C до 95°C и, соответственно, уменьшить время нагрева и расход э/э. Кроме того, использование более дешевого глицерина марки ПК 94 существенно сокращает расходы и повышает экономичность способа.
Использование в качестве гелеобразователя раствора хлористой меди в соляной кислоте значительно уменьшает содержание ионов тяжелых металлов в глицерогидрогеле, а именно Сu - 0,01%-0,02% вместо Zn - 0,14%-0,18% в прототипе, что позволяет остановить быстрый процесс старения и сохранить качество и растворимость геля, получаемого заявляемым способом, в течение всего периода хранения.
Кроме того, применение нового гелеобразователя - раствора хлористой меди в соляной кислоте (в отличие от прототипа, где используют громоздкую молекулу лимонной кислоты), позволяет снизить молекулярную массу и уменьшить пространственную брутто формулу медьсодержащего глицерогидрогеля и, соответственно, увеличить его проводниковую активность.
Исключение из способа лимонной кислоты и использование в качестве гелеобразователя ионов меди позволяет вводить его в охлажденную до температуры 25-30°C реакционную массу и получать гель не при нагревании, как в прототипе, а при комнатной температуре. Это значительно упрощает способ и дает возможность получать гель без повторного использования основного технологического оборудования.
Таким образом, введение 8% раствора натрия гидроокиси одновременно с основными компонентами, использование в качестве гелеобразователя 2% раствора хлористой меди, приготовленной на 10% растворе соляной кислоты, уменьшение температуры нагрева реакционной массы до 95°C упрощает способ, сокращает время его выполнения до 7-8 часов, а именно за одну рабочую смену, и значительно снижая расходы и повышая экономичность способа.
Лабораторно-промышленным способом было получено пять партий титанорганического медьсодержащего глицерогидрогеля (химическое название: водно-глицериновый комплекс (2,3-диоксипропил) - ортотитаната гидрохлорида с хлоридом меди, условно названого «Интрадерм») от 5,00 до 10,00 кг в каждой. Физико-химические характеристики Интрадерма, представлены в таблице 1.
Данные результатов анализов 5 партий титанорганического медьсодержащего глицерогидрогеля, представленные в таблице, подтверждают хорошую воспроизводимость предлагаемого способа.
Растворимость: 2,5% раствор глицерогидрогеля после перемешивания в течение 1 часа на магнитной мешалке растворяется полностью не более чем за 8 часов.
Данные по изучению растворимости цинксодержащего глицерогидрогеля, представленные в таблице, наглядно подтверждают резкое снижение растворимости уже после двух месяцев хранения и полное отсутствие растворимости к окончанию срока годности.
Данные по изучению растворимости медьсодержащего глицерогидрогеля, представленные в таблице, подтверждают сохранение растворимости в течение всего периода хранения.
Таким образом, за счет введения в формулу титанорганического глицерогидрогеля ионов меди в концентрации не более 0,02% удалось остановить быстрый процесс старения геля и сохранить внешний вид и растворимость геля на протяжении всего срока годности.
Пример 1. Определение чрескожной проводимости титанорганического медьсодержащего глицерогидрогеля (предполагаемое торговое название Интрадерм)
Исследование чрескожной проводимости проводили в полярографической ячейке, герметично разделенной на равные части кожей новорожденных крыс, которая по проводниковым свойствам соответствует коже человека. Обе части ячейки заполняли 0,89%-ным раствором хлорида натрия (физраствор). Затем в часть ячейки №2, обращенную к эпидермису кожи, вносили различные биологически активные вещества до получения 1%-ного раствора и погружали в нее серебряный электрод сравнения. В другую часть ячейки №1 устанавливали платиновый рабочий электрод и включали полярографическую ячейку. Появление «пика» исследуемого вещества на полярограмме соответствовало времени его появления в ячейке №1. Чрескожную проводимость выражали в минутах. После каждого определения обе части ячейки тщательно промывали физраствором. Сравнение проводили с физраствором (контрольный раствор), с 20%-ным раствором димексида и 20%-ным раствором Эфтидерма, полученным согласно патенту РФ №2574579. В таблице приведены средние результаты но 10 исследованиям
Все приведенные в таблице величины вычислены с доверительной вероятностью, равной 95%.
Результаты, представленные в таблице, подтверждают, что снижение молекулярной массы и уменьшение пространственной брутто формулы титанорганического медьсодержащего глицерогидрогеля за счет использования нового гелеобразователя, позволяют увеличить чрескожную проводимость геля и, соответственно, сократить время проникновения биологически активных веществ через кожу и слизистые человека. Это повышает эффективность косметической продукции, в которой используют новое вещество.
Пример 2.
Способ получения титанорганического медьсодержащего глицерогидрогеля, условно названного «Интрадерм», характеризуемого брутто-формулой:
включает в себя взаимодействие при перемешивании глицерина ПК 94 и очищенного тетрабутилортотитаната при мольном соотношении 12,5:1(98:29) кг соответственно, с одновременным введением с основными компонентами 29,0 кг 8% водного раствора гидроокиси натрия и последующей отгонкой бутилового спирта из реакционной массы при температуре от 95°С±1°С в вакууме при остаточном давление от (минус 0,02 до минус 0,05) МПа. После отключения вакуума и охлаждения до (25-30)°С и при включенной мешалке добавляют гелеобразователь - 2% раствор хлорида меди на 10% соляной кислоте от 9,5 до 9,8 кг до получения значений рН 4,5-6,0; перемешивают в течение 15 минут и производят выгрузку из реактора в подготовленную тару, где в течение 6-8 часов происходит образование гелеобразного готового продукта.