СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ АНТИОКСИДАНТОВ
METHOD OF PRODUCING SORBENT FOR EXTRACTION OF ANTIOXIDANT

Изобретение относится к способам получения сорбентов на основе комплекса переходных металлов для сорбционного концентрирования антиоксидантов.
Известен сорбент на основе производных циклодекстринов, ковалентно иммобилизованных на носителях, при этом в качестве хиральных селекторов используют пер-6-аминопроизводные α-, β- или Y-циклодекстрина либо их ацетилированные аналоги, и способ получения данного сорбента для разделения рацематов оптически активных соединений, включающий ковалентную иммобилизацию на носителе производных циклодекстрина, которую осуществляют путем последовательного взаимодействия аминированного носителя вначале с конденсирующим агентом, затем с реагентом из группы: пер-6-амино-α-циклодекстрин, пер-6-амино-β-циклодекстрин, пер-6-амино-Y-циклодекстрин, а затем с боргидридом металла (патент РФ 2203730, 7B01J 20/22, 20/30, B01D 15/08, 2003.05.10). Недостатком известного способа является сложность его осуществления вследствие многостадийности и использования нестабильных веществ, в частности боргидрида металла.
Известен сорбент с полимерным покрытием для сорбции макромолекул (патент GB 2357288, G01N 33/545, B01L 3/00, C08F 2/34, 2001.06.20).
В известном изобретении слой неполярного полимера использован для покрытия твердой поверхности, также для придания селективности используют введение энзимов, люминофоров, хромофоров и других веществ непосредственно в слой неполярного полимера, что не обеспечивает создание прочно закрепленного на твердой поверхности слоя стационарной фазы.
Известен способ получения композитного сорбента для разделения органических веществ (патент РФ 2314153, B01J 20/283, 20/286, 20/30, 2006.04.14), выбранный в качестве прототипа.
Способ, по которому получают данные сорбенты, включает обработку пористого носителя с поверхностно-гидроксильными группами раствором хлорида переходного металла, сушку, после чего обработкой органическим лигандом и высушиванием полученного сорбента при температуре на 10°C ниже температуры разложения соответствующего комплекса.
Способ не позволяет получить сорбенты, пригодные для экстракции антиоксидантов, поскольку в результате наличия непрореагировавших гидроксильных групп на поверхности материал обладает гидрофильными свойствами, в то время как антиоксиданты сорбируются преимущественно на гидрофобной поверхности. Другой особенностью поверхности для сорбции антиоксидантов является наличие кислородсодержащих групп, связанных с переходным металлом, и плоское строение посадочной площадки для молекул антиоксиданта.
Известный композитный сорбент обладает высокой селективностью и сорбционной способностью, но при работе в полярных растворителях (вода, этанол) не пригоден только для извлечения антиоксидантов из растворов.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения сорбента для селективного сорбционного концентрирования антиоксидантов.
Антиоксиданты составляют группу природных веществ, включающих: водорастворимые витамины (С, рутин, кверцитин, аскорутин);
жирорастворимые витамины (А, Р-каротин, Е, К); другие соединения - серосодержащие аминокислоты, глютатион, цистеин, метионин, цитохром С, флавоноиды, терпены, ликопены и другие вещества.
Поставленная задача решатся тем, что способ получения сорбента для хроматографии включает обработку кремнеземного пористого носителя, содержащего на поверхности гидроксильные группы, водным раствором хлорида металла, упаривание, сушку, обработку органическим реагентом в кислой среде при повышенной температуре, фильтрование, высушивание полученного сорбента при пониженном давлении при 40°С в роторном испарителе, но в отличие от прототипа в качестве органического реагента используют смесь фталевого ангидрида и мочевины, реакцию проводят в среде нитробензола при температуре 230-250°С.
Преимуществом заявленного изобретения является образование поверхностного гидрофобного слоя плоского фталоцианина меди за счет ковалентного закрепления в отличие от прототипа, в котором присутствие незащищенных от действия полярных растворителей участков поверхности с гидрофильными группами не позволяет реализовать сорбционное взаимодействие с антиоксидантами, требовательными к плоской гидрофобной поверхности.
В настоящем изобретении плоское строение комплекса обеспечивает доступность взаимодействия электронно-дефицитных групп антиоксидантов с неподеленными электронными парами азота фталоцианового комплекса. Наличие именно атомов азота позволяет реализовывать комплексообразование без разрушения антиоксидантов, что отличает предложенный сорбент от кислодородсодержащих хелатных комплексов
Создание композитных сорбентов на основе бидентатных комплексов металлов позволяет получать материал для селективного сорбционного концентрирования антиоксидантов, отличное от существующих сорбентов разделение осуществляется за счет слабых донорно-акцепторных взаимодействий, силу которых можно регулировать за счет природы и положения органических лигандов в комплексе.
В результате получены сорбент с термической устойчивостью до 400°С, возможностью работы в полярных растворителях (вода, этанол), удельной поверхностью и пористостью, определяемыми инертной основой и возможностью селективной сорбции антиоксидантов из жидких сред.
Способ осуществляют следующим образом. Для подготовки основы, содержащей гидроксильные группы в 150 мл разбавленной азотной кислоты, вносят 50 г исходной основы (силикагель, кременезем) и кипятят в течение 2 часов. После этого основу отфильтровывают и высушивают в течение 6 часов при температуре 200°С в сушильном шкафу. После такой подготовки на поверхности основы имеется максимальное число гидроксильных групп.
Для получения поверхностно-закрепленных хлоридов металлов синтез проводят в открытой системе. Открытая система необходима для получения надмолекулярного соединения точного состава, поскольку отсутствие термодинамического равновесия позволяет получить слой, характеристика которого определяется только свойствами основы (количеством гидроксильных групп). Состав продуктов синтеза при этом воспроизводится с необходимой точностью.
Для получения привитого хлорида меди навеску основы массой 50 г смешивают с водным раствором, содержащим 5 мас.% (от массы основы, т.е. 2,5 г) хлорида меди. Применение хлорида металла обусловлено тем, что продукт реакции с силанольными группами (хлороводород) легко удаляется из зоны реакции. Использование других солей не позволяет получить чистый продукт. Полученную смесь упаривают в роторном испарителе при пониженном давлении и скорости вращения 25 об/мин досуха. Полученный порошок высушивают при температуре 200°С в сушильном шкафу в течение 4 часов. Такой режим позволяет избежать образования силоксановых групп и удалить хлороводород, образующийся при реакции соединения хлорида металла и гидроксильных групп поверхности основы.
Для получения фталоцианина меди полученную основу с привитым хлоридом меди помещают в круглодонную колбу, добавляют 150 мл нитробензола, вносят в колбу 10 г фталевого ангидрида и 12 г мочевины и кипятят в течение 3 минут с обратным холодильником. Полученный продукт отфильтровывают, промывают этиловым спиртом порциями по 40 мл до отсутствия окраски удаляемой жидкости и высушивают при пониженном давлении и температуре 40°С в роторном испарителе. Допускается высушивание в потоке воздуха или инертного газа.
2
2
Выбор минеральных сорбентов в качестве объектов модифицирования обусловлен рядом их преимуществ перед органополимерными, в числе которых устойчивость к механическим, химическим и термическим воздействиям. Для создания сорбентов, содержащих бидентатные комплексы металлов, используют минеральные носители Силипор 075 и Хроматон N (0,200-0,250 мм, CEMAPOL Praha, Czechoslovakia). Хроматон N относится к классу диатомитовых носителей, термостабильность которых достаточно высока и находится в диапазоне 350-1000°С. Использование Хроматона N, обладающего слаборазвитой поверхностью (~1 мг), позволяет свести к минимуму физическую адсорбцию. Силипор 075 относится к широко распространенным силикагелям. Большая удельная поверхность 75-105 м/г позволяет получать сорбенты с большой сорбционной емкостью.
3
Свежеприготовленный сорбент засыпают в стеклянные хроматографические колонки и подвергают кондиционированию в потоке инертного газа-носителя гелия со скоростью 5 см/мин не менее четырех часов, повышая температуру от 50 до 260°С. Такой режим позволяет освободить поры сорбента от остатков растворителя.
Пример 1
Для выделения антиоксидантов использовали отходы хвои пихты сибирской. Полученную после перетирания массу однократно промывали горячей водой (1,5-2,0 литра) при температуре 50°С. Полученную после сушки массу (500 г) экстрагировали этилацетатом либо третбутилметиловым эфиром (1,0-1,5 литра). Полученные водный и этилацетатный экстракт раздельно пропускали через сорбент, что одновременно позволяет регенерировать растворитель. Для концентрирования использовали стальные патроны-концентраторы с загрузкой сорбента 9-10 г модифицированного фталоцианином меди силипора с размером частиц 0.20-0.25 мм. Сорбированные вещества смывали 100 мл 96% этанола, что одновременно позволяет регенерировать сорбент. Полученный этиловый концентрат антиоксидантов высушивали до вязкого или твердого состояния на роторном испарителе. Результаты приведены в таблице 1. Биологически активная сумма антиоксидантов проанализирован методома ВЭЖХ. Продукт характеризуется максимумом поглощения в УФ-спектре 237-238 нм. Для сравнения в таблице приведены данные жидкостной экстракции без использования водного экстракта и применения сорбента.
Пример 2
Для выделения антиоксидантов использовали сухой шрот облепихи. Шрот массой 100 г троекратно экстрагировали смесью воды и этилацетата порциями по 200 мл (соотношение 2:1), затем полученный объединенный экстракт пропускали через предложенный сорбент. Для концентрирования использовали стальные патроны-концентраторы с загрузкой сорбента 9-10 г, модифицированного фталоцианином меди хроматона с размером частиц 0.16-0.22 мм. Десорбцию проводили дважды 20 мл 96% этанола, после чего экстракт упаривали до вязкого состояния на роторном испарителе. В таблице 2 приведены результаты хромато-масс-спектрометрии экстракта антиоксидантов из шрота облепихи с использованием сорбента со слоем фталоцианина меди.
Преимуществами заявленного способа по сравнению с известными аналогами являются:
- увеличение количества целевого продукта, так как через сорбент пропускают водный экстракт, который является отходом производства в аналогичных способах;
- применение заявленного решения позволяет получить более активный продукт, поскольку отсутствует нагревание выше 50°С;
- возможность применения в качестве сырьевой базы отходов лесоперерабатывающего комплекса;
минимизация избежать потерь целевых компонентов на промежуточных стадиях очистки и снижение потребления органических растворителей.
Таблица 1 - Выход суммы антиоксидантов и сопутствующих веществ экстративным и сорбционным способом
Вид сырья
Экстрагент
Выход, %
Выход на предложенном сорбенте, %
Свежая хвоя
Этилацетат
4,8
6,4
Лежалая хвоя
Третбутилметиловый эфир
5,5
6,9
Свежая хвоя
Этилацетат
2,8
3,4
Лежалая хвоя
Третбутилметиловый эфир
2,5
3,0
Таблица 2 - Результаты хромато-масс-спектрометрии экстракта антиоксидантов из шрота облепихи с использованием сорбента со слоем фталоцианина меди
№
t, мин
Соединение
Количество(%)
1
6.41
Бензойная кислота
0,33
2
6.68
Пирокатехин (1,2-диоксибензол)
4,61
3
6.94
4-винилфенол
5,47
4
7.20
5-оксиметилфурфурол
3,99
5
7.63
Салигенин (2-гидроксибензиловый спирт)
1,17
6
8.065
4-винил-2-метоксифенол
2,09
7
8.53
Изоэвгенол (2-метокси-4-(2-пропенил)фенол (транс)
0,53
8
8.97
3,4-дигидробензопиранон-2
0,03
9
9,46
Эвгенол (2-метокси-4-(1-пропенил)фенол
0,27
10
9.59
Изоэвгенол (2-метокси-4-(2 -пропенил)фенол(цис)
0,06
11
10.00
Ацетованнилон (3-метокси-4-гидрокси-1-ацетобензол)
0,02
12
10.70
Реозмин, малиновый кетон (4-(4-гидроксифенил)бутанон-2
0,16
13
10.95
Мегастигматриенон-2 (цис)
0,06
14
11.30
Мегастигматриенон-2 (транс)
0,06
15
11.42
Мегастигматриенон-4
0,10
16
12.61
Тетрадекановая кислота (миристиновая)
0,36
17
12.86
Лолиолид (5, 6, 7, 7а-тетрагидро-6-гидрокси-4, 4, 7а-триметил-бензофуранон-2)
0,81
18
13.28
Неофитадиен (2, 6, 10-триметил-14 -этилен-14-пентадецен) (цис)
2,19
19
13.33
6, 10, 14-триметилпентадеканон-2
0,14
20
13.49
Фитол (3, 7, 11, 15-тетраметил - 2 -гексадецен-1-ол) (цис)
0,77
21
13.65
Неофитадиен (транс)
0,95
22
13.714
Бензилсалицилат
0,21
23
13.83
Нонадекан
0,07
24
14.43
Гексадекановая (пальмитиновая) кислота
9,54
25
14.605
Этиловый эфир гексадекановой кислоты
0,48
26
15.355
Нонадецен-1
0,07
27
15.46
Генэйкозан (С21)
0,07
28
15.55
Фитол (3, 7, 11, 15-тетраметил-гексадецен-2-ол-1 (транс)
1,16
29
15.81
9, 12-октадекадиеновая кислота (линолевая)
11,12
30
15.94
Этиллинолеат (этиловый эфир линолевой кислоты)
0,15
31
15.99
Октадекановая (стеариновая) кислота
0,97
32
16.175
Этилоктадеканоат
0,06
33
16.23
Докозан
0,08
34
16.96
Трикозан
0,21
35
17.44
Эйкозановая (арахиновая) кислота
0,52
36
17.66
Тетракозан
0,08
37
17.72
Трифенилфосфат
0,01
38
18.306
Октадецен-1
2,48
39
18.34
Пентакозан
0,08
40
18.45
2-гидрокси-1-(гидроксиметил)этиловый эфир гексадекановой кислоты
0,80
41
18.565
Диизооктилфталат
1,86
42
18.80
Докозановая кислота
0,75
43
19.62
Гептакозан
2,33
44
19.77
3-гидроксипрегнан-20-он
1,39
45
19.99
α-прегнан-3, 20-дион
3,80
46
20.07
Генэйкозановая кислота
0,28
47
20.254
β-прегнан-3, 20-дион
0,31
48
20.32
2, 6, 10, 15, 19, 23-гексаметил-2, 6, 10, 14, 18, 22-тетракозагексаен
0,19
49
20,72
Гинолютон (прегнен-4-дион-3,20)
1,11
51
21.00
Гептакозанон-2
0,07
52
22.045
β-токоферол416
0,19
53
22.74
Витамин Е (альфа-токоферол)
0,79
54
23.04
С 16 кислоты СН-спирт (воск)
0,03
55
23.17
Витамин Е-ацетат
1,27
56
24.15
Стероид ММ 444
0,33
57
24.96
Стигмастен-5-ол-3, клионастерин
8,57
58
25.11
Стигмаста-5,24(28)диен-3-ол (фукостерин)
0,29
69
26.02
Цикло(9,19)ланостен-24-ол-3 (циклоартенол)
0,07
60
26.74
Стигмастен-4-он-3
0,11
61
26.89
24-метилен-9,19-цикло-ланостан-3-он
0,18