Химическое строение диальдегиддекстранов – полимеров-носителей в медицинских композициях для замещения костной ткани

3. Серенко О.А., Баженов С.Л., Крючков А.Н., Авинкин B.C., Будницкий Ю.М. Резинопласты - новый класс дисперсно-наполненных композиционных материалов // Химическая промышленность. 2003. №7. С.34-39.

4. Баженов С.Л., Серенко О.А., Дубникова И.Л., академик. Берлин Ал.Ал. Критерий появления ромбовидных (diamond) пор в дисперсно-наполненных полимерах. //Докл. РАН. 2003. Т.393. №3. С.336-340

5. Контарева Т. А., Гончарук Г. П., Серенко О. А. Влияние температуры на механические свойства высоконаполненных композитов на основе полиэтилена высокой плотности и частиц резины (резинопла-стов).//Материаловедение. 2010. № 10. С.27-33

6. Крыжановский В.К., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д.. Крыжановская Ю.В. Технические свойства полимерных материалов. Санкт-Петербург: Профессия, 2007. 240 с.

7. Scaffaro R, Tzankova Dintcheva N., Nocilla M.A., La Mantia F.P. Formulation, characterization and optimization of the processing condition of blends of recycled polyethylene and ground tyre rubber: Mechanical and rheological analysis.// Polymer Degradation and Stability. 2005. V. 90. P. 281-287

8. Colom X., Carrillo F., Canavate J.Composites reinforced with reused tyres: Surface oxidant treatment to improve the interfacial compatibility. // Composites: Part A. 2007. V. 38. P. 44 -50

9.Асеева P.M., Заиков Г.Е. Горение полимерных материалов. М.: Наука, 1981.280 с.

УДК 541.64:547.458.82

А.А. Долгова, П.П. Чапала, И. С. Круппа, В.И.Гумникова, В.А. Дятлов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ДИАЛЬДЕГИДДЕКСТРАНОВ - ПОЛИМЕРОВ-НОСИТЕЛЕЙ В МЕДИЦИНСКИХ КОМПОЗИЦИЯХ ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ

Методами ЯМР 13С, Фурье ИК-спектроскопии и ГПХ исследованы строение и мо-лекулярно-массовые характеристики диальдегиддекстранов, полученных периодатным окислением декстрана в различных условиях. Обнаружено, что окисленные звенья диальдегиддекстранов замкнуты в циклические полуацетали и не содержат свободных альдегидных групп. Существование циклических структур обнаружено как в растворах диальдегиддекст-рана в D2O и DMSO-d6, так и в твердом состоянии. По данным ГПХ не выявлено образования межмолекулярных сшивок и показано, что периодатное окисление приводит к незначительному уменьшению молекулярной массы.

It has been studied by NMR 13C, FTIR and GPC the chemical structure and molecular mass distribution of dialdehyddextrans, obtained by different methods. It is found that oxidated units of dialdehyddextrans are closed into rings by semiacetal intramolecular bonds. The structure has been registered both in solid state and in D2O and DMSO-d6 solutions. The polymer did not contain carbonile (aldehyde) groups. Controlled periodate oxidation didn't influence molecular weight distribution of polymer and it is not resulted more less tangible cross-linking or destruction of the main chain.

Полисахариды - широко распространенная группа полимеров, применяемых в качестве носителей для различных классов лекарственных веществ. Присоединение ФАВ как правило требует предварительной функ-ционализации полимера-носителя. Одним из наиболее распространенных способов функционализации является периодатное окисление. Метод применяется для полисахаридов, имеющих в составе звена вицинальные гидро-ксильные группы. К таким носителям относится декстран [1].

Диальдегиддекстран, полученный на его основе, обладает комплексом уникальных свойств, которые предопределили его широкое использование в качестве носителя, пригодного как для внутривенного введения, так и для создания имплантатов вплоть до третьего класса риска. Чаще всего диальдегиддекстран применяют для присоединения веществ, имеющих в своей структуре первичную аминогруппу, включая белки и физиологически активные пептиды. Химическое строение и свойства окисленного звена предопределяют дальнейшее поведение носителя после введения в организм, в частности не исключено, что диальдегиддекстран не является инертным носителем и способен образовывать ковалентные химические соединения с белками крови [2].

Диальдегиддекстраны получают гомофазным окислением декстрана периодатом натрия в водном растворе, либо гетерофазным окислением при пропускании раствора полисахарида через анионообменную смолу в IO4-форме. Гомофазное окисление предпочтительно для лабораторных условий. Оно позволяет легко контролировать степень окисления, изменяя соотношение реагентов. Гетерофазный метод чаще применим в заводских условиях, поскольку позволяет избежать стадии очистки продукта от солей и остаточных количеств периодата.

Составное повторяющееся звено декстрана (I) имеет три вициналь-ных гидроксила в ангидроглюкозном звене (АГЗ). В зависимости от соотношения декстран - периодат окисление может протекать в две стадии с образованием продуктов трех типов: II, III и IV (рис. 1):

6

,CH2

и

4 )-O

/о

/К7,4' /

»O V

\ }

Рис. 1. Периодатное окисление декстрана На первой стадии расходуется один моль периодата, при этом происходит окисление с разрывом связи С(3)-С(4) или С(2)-С(3) ангидроглюкоз-ного звена и образованием звеньев II и III соответственно. На второй стадии

O

6

5

+ HCOOH

n

H

n

происходит окисление образовавшегося диальдегидного звена с разрывом С(2)-С(3) в продукте II или С(3)-С(4) в продукте III соответственно с выделением муравьиной кислоты и образованием звена IV. Скорость реакции второй стадии окисления примерно равна первой, поэтому в образовавшемся полисахариде могут одновременно присутствовать все три типа звеньев.

Исследование скорости расходования периодата в реакции окисления указывает на то, что за 1.5-2 часа при комнатной температуре и молярном соотношении АГЗ:Ю4- =1:2 процесс практически завершается.

Исследование молекулярно-массовых характеристик полученных ди-альдегиддекстранов показывает, что степень окисления (уок) мало зависит от исходной молекулярной массы полимера и определяется только соотношением периодат : декстран (рис. 2), при этом для полимеров, содержащих менее 20 мол. % окисленных звеньев (уок<20) кривые ММР практически не отличаются от исходных, независимо от молекулярной массы.

Рис. 2. Влияние молекулярной массы исходного декстрана на степень окисления пе-

риодатом натрия в водной среде

В ИК спектре полностью окисленного диальдегиддекстрана, снятого из твердого высушенного образца, обнаруживается характеристическая полоса поглощения карбонпла альдегидной группы 1637 см"1 (рис.3).

Рис. 3. ИК-спектр диальдегиддекстрана (1) - со степенью окисления 13 %, (2) - 100%

13

В спектрах ЯМР С диальдегиддекстрана, снятых из раствора в ДМСО-ёб и Б20, не обнаружены сигналы углеродов карбонильных групп в окисленных звеньях (рис. 4).

л

ч,

сн.

"к^Й Он | О

ОН

/

5 у 6

« 1„»д

Рис. 4. ЯМР 13С спектр полностью окисленного декстрана уок=100 (1) - в 020, (2) - в

ДМСО-^

Как в растворе, так и в твердом состоянии окисленные звенья существуют в виде циклических полуацеталей (отсутствуют сигналы углеродов карбонильных групп в области 200 м.д.) (рис. 5).

Рис. 5. ЯМР С твердотельный спектр полностью окисленного декстрана уок=100

Теоретически возможно образование полуацетальных связей альдегидных групп окисленных декстранов с гидроксильными группами соседних молекул декстрана, однако такие взаимодействия должны приводить к образованию межмолекулярных сшивок и резкому увеличению молекулярной массы. Отсутствие существенных изменений ММР диальдегиддекстрана по сравнению с исходным декстраном в основном указывает на отсутствие сшивок такого типа (рис. 6).

г ? 1 5 s 7

Рис. 6. Кривые ГПХ образцов ДАД со степенью окисления 15

Библиографические ссылки

1. Вирник А.Д., Хомяков К.П., Скокова И.Ф.. Декстран и его производные// Успехи химии, т. XLIV, 1975 г., выпуск 7. С. 1280-1286.

2. Миронов С.П., Гинцбург А.Л., Еськин H.A., В.Г. Лунин В.Г., Гаврюшен-ко Н.С., Карягина A.C., Зайцев В.В. Экспериментальная оценка остеоиндук-тивности рекомбинантного костного морфогенетического белка (rhBMP-2) отечественного производства, фиксированного на биокомпозиционном материале или костном матриксе // Вестник травматологии и ортопедии им. H.H. Приорова. 2010. №4. С.38-43.