СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ГЛУТАМАТА ХИТОЗАНА (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF PRODUCING CHITOSAN GLUTAMATE NANOPARTICLES

Изобретение относится к способам получения хитина и его производных, а именно к способам получения глутамата хитозана и его наночастиц.
В настоящее время все большее внимание исследователей обращено на создание наноразмерных полимерных материалов. В силу высокой удельной поверхности наночастиц эти вещества способны многократно увеличивать свою активность по сравнению с макроскопическими частицами и, более того, проявлять новые свойства. Как известно, хитозан и его производные проявляют широкий спектр практически ценных свойств, нашедших применение в химии, медицине, фармацевтике и других отраслях.
В литературе имеются сведения о получении глутамата хитозана с широким диапазоном молекулярных масс 5-2000 кДа. В патенте (патент Япония 58-75561, С08В 37/08, 1985) предложен способ получения глутамата хитозония, предусматривающий обработку водного раствора дезацетилированного некристаллического хитозана глутаминовой кислотой. Все стадии процесса получения глутамата хитозана протекают на первом этапе в гетерогенной среде с последующим растворением по мере образования солевой формы хитозана.
В соответствии с другим способом проводят взаимодействие набухшего в полярной среде хитозана с глутаминовой кислотой, предварительно растворенной в водно-ацетоновой смеси (патент США 4929722, кл. С08В 37/08, 1990). При этом реакция протекает в гетерогенной среде.
В патенте (патент РФ 2124524, кл. С08В 37/08, 1999), предложен способ получения глутамата хитозония, заключающийся в том, что подвергают взаимодействию набухший хитозан с мол. м. 5000-2000000 и степенью дезацетилирования 65-98% и водный раствор соли глутаминовой кислоты. Процесс взаимодействия протекает также в гетерогенных условиях при комнатной температуре. Извлечение глутамата хитозония заключается в фильтрации, промывке 50% водным спиртом и сушке.
Описанные выше способы получения глутаматов хитозана имеют ряд существенных недостатков. Так, проведение процесса в гетерогенных условиях приводит к значительной композиционной неоднородности полученных производных, т.к. в этом случае реакция протекает только на границе раздела фаз, при этом внутренние слои частиц хитозана остаются незатронутыми. Данные способы не предназначены для получения наноразмерных частиц глутаматов хитозана.
Задачей изобретения является разработка способа получения наночастиц глутамата хитозана.
Технический результат заключается в реализации поставленной задачи, а именно в получении наночастиц глутамата хитозана.
Данный способ предусматривает два варианта получения наночастиц глутамата хитозана.
По первому варианту технический результат достигается тем, что способ получения наночастиц глутамата хитозана включает взаимодействие хитозана с водным раствором глутаминовой кислоты при комнатной температуре и перемешивании, с последующим извлечением глутамата хитозана. Согласно изобретению используют хитозан средней молекулярной массы 3,9,30 кДа, который обрабатывают в течение 2 часов 0,005-0,1375% раствором глутаминовой кислоты при соотношении хитозан:глутаминовая кислота 1:0,864 при перемешивании со скоростью 200 об/мин, по окончании реакции прибавляют этанол и центрифугируют, твердый осадок фильтруют и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°C.
По второму варианту технический результат достигается тем, что способ получения наночастиц глутамата хитозана включает взаимодействие хитозана с водным раствором глутаминовой кислоты при перемешивании с последующим извлечением глутамата хитозана. Согласно изобретению используют хитозан средней молекулярной массы 3, 9, 30 кДа, который обрабатывают в течение 2 часов при температуре 70°C 0,005-0,1375% раствором глутаминовой кислоты при соотношении хитозан:глутаминовая кислота 1:0,864, по окончании реакции полученный раствор вакуумируют на роторном испарителе при 70-75°C (-0.8-0.9 атм), а затем при той же температуре в вакууме 0.5-1 мм рт.ст.
Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В круглодонную трехгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, помещают 0,1375 г (0,00094 моль) глутаминовой кислоты, добавляют 100 мл дистиллированной воды и растворяют при перемешивании при температуре 20°C. После растворения всего количества глутаминовой кислоты полученную массу фильтруют и снова помещают в реактор, затем прибавляют 0,17 г (0,102 масс.%) предварительно очищенного хитозана (средняя молекулярная масса 30 кДа) при перемешивании со скоростью 200 об/мин. Реакционную массу в этих условиях перемешивают в течение 2 часов. Размер частиц в водной дисперсии составляет по данным динамического светорассеяния ~35 нм. По окончании реакции прибавляют 75 мл этанола, центрифугируют. Твердый остаток фильтруют и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°C.
Пример 2. В круглодонную трехгорлую колбу емкостью 500 мл, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, помещают 0,65 г (0,0044 моль) глутаминовой кислоты, добавляют 500 мл дистиллированной воды и растворяют при перемешивании при температуре 20°C. После растворения всего количества глутаминовой кислоты полученную массу фильтруют и снова помещают в реактор, затем прибавляют 1,0 г (1,1 масс.%) предварительно очищенного хитозана (средняя молекулярная масса 30 кДа) при перемешивании со скоростью 200 об/мин. Реакционную массу в этих условиях перемешивают в течение 2 часов. Размер частиц в водной дисперсии составлял по данным динамического светорассеяния ~35 нм. По окончании реакции прибавляют 150 мл этанола, центрифугируют. Твердый остаток фильтруют и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°C.
Пример 3. В круглодонную трехгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, помещают 0,0864.г (0,00059 моль) глутаминовой кислоты, добавляют 170 мл дистиллированной воды и растворяют при перемешивании при температуре 20°C. После растворения всего количества глутаминовой кислоты полученную массу фильтруют и снова помещают в реактор, затем прибавляют 0,1 г (0,06 масс.%) предварительно очищенного хитозана (средняя молекулярная масса 30 кДа) при перемешивании со скоростью 200 об/мин. Реакционную массу в этих условиях перемешивают в течение 2 часов. Размер частиц в водной дисперсии составлял по данным динамического светорассеяния ~109 нм. По окончании реакции прибавляют 75 мл этанола,, центрифугируют. Твердый остаток фильтруют и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°C.
Пример 4. В круглодонную трехгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, помещают 0,0864 г (0,00059 моль) глутаминовой кислоты, добавляют 100 мл дистиллированной воды и растворяют при перемешивании при температуре 70°C. После растворения всего количества глутаминовой кислоты в реактор прибавляют 0,1 г (0,1 масс.%) предварительно очищенного хитозана (средняя молекулярная масса 30 к Да). Реакционную массу перемешивают при 70°C в течение 2 часов. По окончании термостатирования образуется гомогенная, окрашенная в желтый цвет масса в виде подвижного прозрачного раствора. Размер частиц в водной дисперсии составляет по данным динамического светорассеяния ~85 нм. Полученный раствор вакуумируют на роторном испарителе при 70-75°C (-0.8-0.9 атм), а затем при той же температуре в вакууме 0.5-1 мм рт.ст. Остаток после вакуумирования - твердый порошок бежевого цвета, растворимый в нейтральных водных средах. Выход составляет 0.18 г (93%) глутамата хитозана.
Пример 5. В круглодонную трехгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, помещают 0,0864 г (0,00059 моль) глутаминовой кислоты, добавляют 100 мл дистиллированной воды и растворяют при перемешивании при температуре 70°C. После растворения всего количества глутаминовой кислоты в реактор прибавляют 0,1 г (0,1 масс.%) предварительно очищенного хитозана (средняя молекулярная масса 9 кДа). Реакционную массу перемешивают при 70°C в течение 2 часов. По окончании термостатирования образуется гомогенная, окрашенная в желтый цвет масса в виде подвижного прозрачного раствора. Размер частиц в водной дисперсии составляет по данным динамического светорассеяния ~78 нм. Полученный раствор вакуумируют на роторном испарителе при 70-75°C (-0.8-0.9 атм), а затем при той же температуре в вакууме 0.5-1 мм рт.ст. Остаток после вакуумирования - твердый порошок бежевого цвета, растворимый в нейтральных водных средах. Выход составляет 0.175 г (90%) глутамата хитозана.
Пример 6. В круглодонную трехгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, помещают 0,0864 г (0,00059 моль) глутаминовой кислоты, добавляют 100 мл дистиллированной воды и растворяют при перемешивании при температуре 70°C. После растворения всего количества глутаминовой кислоты в реактор прибавляют 0,1 г (0,1 масс.%) предварительно очищенного хитозана (средняя молекулярная масса 3 кДа). Реакционную массу перемешивают при 70°C в течение 2 часов. По окончании термостатирования образуется гомогенная, окрашенная в желтый цвет масса в виде подвижного прозрачного раствора. Размер частиц в водной дисперсии составляет по данным динамического светорассеяния ~57 нм. Полученный раствор вакуумируют на роторном испарителе при 70-75°C (-0.8-0.9 атм), а затем при той же температуре в вакууме 0.5-1 мм рт.ст. Остаток после вакуумирования - твердый порошок бежевого цвета, растворимый в нейтральных водных средах. Выход составляет 0.17 г (89%) глутамата хитозана.
Распределение частиц глутаматов хитозана по размерам представлено на гистограмме (Фиг.1). Из представленной гистограммы видно, что раствор глутамата хитозана представляет собой систему с узким распределением частиц по размерам, с гидродинамическим радиусом от 40 до 100 нм. Средний размер частиц глутаматов хитозана определяется методом кумулянтного анализа и составляет 78 нм.
Исследование водного раствора глутамата хитозана с целью определения размеров частиц глутаматов хитозана проводилось на модульном спектрометре динамического и статического рассеяния света Photocor Complex при использовании программы DynalLS.