СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТИОКАРБАМОИЛХИТОЗАНА
METHOD OF THIOCARBAMOYLCHITOSAN OBTAINMENT

Изобретение относится к синтезу тиокарбамоильных производных полисахаридов, а именно к способу получения тиокарбамоилхитозана (ТКХ). Эти соединения находят применение как компоненты антибактериальных средств и как сорбенты тяжелых металлов.
Известен единственный способ получения ТКХ путем взаимодействия хитозана с 11% раствором роданида аммония в этаноле при нагревании смеси с обратным холодильником (температура ~80°С) и перемешивании в течение 12 часов при соотношении на 100 г хитозана 91 г роданида аммония. После сорбции ионов серебра продукт используют в качестве антимикробного средства (Carbohydr. Polym. 2005, 60, 33-38; CN1712417 A).
Недостатком этого способа получения ТКХ является использование спиртовых растворов при нагревании, что требует применения обратного холодильника, т.е. не только нагревательного, но и охлаждающего устройства. Хитозан в спирте не растворим, поэтому реакция протекает в гетерогенной системе при перемешивании - это позволяет получить ТКХ с содержанием серы не выше 0,6% (соответствует степени присоединения - 0,035).
Поскольку сорбционные свойства ТКХ по отношению к ионам серебра (или любым другим ионам тяжелых металлов), а значит и уникальные антимикробные свойства серебряных производных, обусловлены количеством введенных тиокарбамоильных групп (остатков тиомочевины), наиболее ценным следует считать целевой продукт - ТКХ с большей степенью присоединения.
Задача, решаемая изобретением, - упрощение способа получения ТКХ и повышение его качества.
Поставленная задача решается путем взаимодействия хитозана с раствором роданида аммония в тиомочевине (концентрация роданида аммония 32-68%) при соотношении на 100 г хитозана от 90 до 440 г роданида аммония при 110-150°С в течение 4-6 часов, экстракции охлажденной реакционной массы водой и последующей сушки продукта.
Использование в качестве органического растворителя тиомочевины не требует использования обратного холодильника. Образование хитозаном в предлагаемых условиях гомогенного геля позволяет проводить процесс без перемешивания при 110-150°С. Время процесса сокращается в 2-3 раза, степень присоединения тиокарбамоильных групп увеличивается в 9-32 раз (0,31-1,12) при том же или большем значении выхода целевого продукта, что позволяет более эффективно использовать оборудование и повышает ценность ТКХ для использования его в качестве сорбента.
При температурах ниже 110°С среда негомогенна, что замедляет скорость процесса, выше 150°С - заметно снижается выход продукта из-за процессов деструкции полимерной цепи. Проведение реакции в течение меньших промежутков времени (менее 4 часов) неэффективно, т.к. степень присоединения низкая (менее 0,3), большие промежутки времени (свыше 6 часов) не приводят к дальнейшему повышению степени присоединения.
Процесс проводят при нагревании в реакторе, затем продукт экстрагируют водой в аппарате Сокслета, сушат в сушильном шкафу на воздухе. Состав полученного ТКХ характеризуют содержанием S и N % из данных элементного анализа, наличием введенных тиокарбамоильных групп - ИК-спектроскопией с использованием приставки диффузного отражения.
Предлагаемое решение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
-1
-1
Смесь 3,3 г (0,02 моль) хитозана, 10,5 г (0,135 моль) роданида аммония и 5 г (0,065 моль) тиомочевины нагревают до 130°С, выдерживают 10 мин до образования гелеобразной массы, затем нагревают при этой же температуре 6 ч и охлаждают. Полученный продукт подвергают холодной экстракции водой (в аппарате Сокслета) до отрицательной реакции на роданид ион (соли трехвалентного железа). Продукт сушат при 50°С до постоянного веса, выход - 3,8 г. Согласно данным элементного анализа содержание серы равно 12,11%, что соответствует степени присоединения - 1,12. В ИК спектре продукта имеется полоса поглощения 1620 см, характерная для связи S=C, и при 1404 см - для S=C-N<.
Примеры 2-6
Методика последующих опытов соответствует примеру 1. Условия реакции и характеристики полученных продуктов представлены в таблице 1.
Таблица 1.Условия получения и характеристики ТКХ.
№
хитозан, г
NH<sub>4</sub>SCN, г (%)
CS(NH<sub>2</sub>)<sub>2</sub>, г
масс. соотн. NH<sub>4</sub>SCN: хитозан
температура, °С
время, ч
выход*, г
S, %
**степень присоединения
прототип
16,1
15,2 (11)
этанола 120
90:100
~80
12
1
0,6
0,035
1
3,3
10,5 (68)
5
300:100
130
6
1,2
12,11
1,12
2
4,95
21,75 (68)
10,35
440:100
110
5
1,1
7,87
0,56
3
5,94
12,42 (32)
26,1
440:100
130
5
1,2
10,48
0,78
4
3,96
5,04 (68)
2,4
130:100
130
4
1,1
9,26
0,75
5
2,48
1,58 (68)
0,75
90:100
130
6
1
4,76
0,31
6
0,58
1,87 (50)
1,87
320:100
150
4
1
13,76
0,45
*Выход в расчете на 1 г загружаемого хитозана.** Степень присоединения (DS) рассчитывали по формуле - DS=1/(n<sub>N</sub>/n<sub>S</sub>-1), где n<sub>N</sub>/n<sub>S</sub> - мольное соотношение между элементами, определенное из данных элементного анализа.