Спосіб одержання прищеплених кополімерів n-вініл-2-піролідону і хітозану

Спосіб одержання прищеплених кополімерів N-вініл-2-піролідону і хітозану прищепленою копо лімеризацією у водному розчині у присутності ініціатора, який відрізняється тим, що як ініціатор використовують третбутилпероксиметилмалеїнат формули CH3 Корисна модель стосується органічних високомолекулярних полісахаридів, хітину, його похідних, зокрема, одержання кополімерів N-вініл-2піролідону і хітозану і може бути використано для одержання гідрогелів для використання, зокрема, як носіїв біологічно-активних та лікарських речовин у фармації, медицині, ветеринарії, косметиці. Відомий спосіб одержання прищеплених кополімерів N-вініл-2-піролідону і хітозану радикальною прищепленою кополімеризацією у водному розчині у присутності оцтової кислоти за концентрації хітозану 2% та ініціювання дією ультразвуком [А.Е. Мочалова Синтез и свойства привитых, блоксополимеров и смесей гомополимеров Nвинилпирролидона и акриламида с хитозаном // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук.- Нижний Новгород. - 2006. -29 с.]. Він був використаний для одержання газо- та рідиннопроникних плівок та перев'язувальних матеріалів. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб одержання прищеплених кополімерів N-вініл-2піролідону і хітозану радикальною прищепленою кополімеризацією у водному розчині [Л.А. Нудьга, В.А. Петрова, Н.В. Клишевич, Л.С. Клишевич, Л.С. Литвинова, А.Ю. Бабенко, В.Н. Шелегедин Синтез привитых сополимеров N-винилпирролидона и хитозана и их микробиологическая устойчивость // Журнал прикладной химии. - 2002.- Вып. 10.-Т 75. - С. 1712-1716]. Як ініціатор був використаний пероксодисульфат амонію. Полімеризацію проводи ли за концентрації хітозану 1% у присутності оцтової кислоти. Однак під час кополімеризації відбувалась деструкція ланцюгів макромолекул хітозану під дією радикалів, що утворюються при гомолітичному розкладі пероксодисульфату амонію, що спричиняє зниження молекулярної маси хітозану і унеможливлює утворення тривимірної структури прищеплених кополімерів полі-N-вініл-2-піролідон-прхітозан. Одержані кополімери N-вініл-2-піролідону і хітозану були запропоновані як плівкові біоматеріали для ранозагоювання та як носії лікарських речовин. В основу корисної моделі поставлене завдання – створити спосіб одержання кополімерів Nвініл-2-піролідону і хітозану прищепленою кополімеризацією у водному розчині, в якому використання нового ініціатора забезпечило би відсутність деструкції ланцюгів макромолекул хітозану та утворення тривимірної структури прищепленого кополімеру. Поставлена задача вирішується тим, що у способі одержання прищеплених кополімерів Nвініл-2-піролідону і хітозану прищепленою кополімеризацією у водному розчині у присутності ініціатора, згідно з корисною моделлю, як ініціатор використовують трет-бутилпероксиметилмалеїнат формули HO CH CH O C C O OO CH2 C CH3 O CH3 (19) UA (11) 47886 (13) U . 3 47886 CH3 HO CH CH O C C O OO CH2 C CH3 O CH3 трет-бутилпероксиметилмалеїнат Це забезпечує відсутність деструкції ланцюгів макромолекул хітозану під час прищепленої радикальної кополімеризації, що не спричиняє зниження молекулярної маси хітозану, унаслідок чого утворюється тривимірна структура прищеплених кополімерів полі-N-вініл-2-тролідон-пр-хітозан. Такі прищеплені кополімери N-вінілпіролідону і хітозану тривимірної структури здатні у водному середовищі набухати і утворювати рН-залежні гідрогелі, які здатні абсорбувати низькомолекулярні та олігомерні речовини і у подальшому, при перенесенні їх у інше водне середовище, або при зміні рН середовища, здатні вивільняти ці речовини. Такі рНзалежні гідрогелі можуть бути використані як носії біологічно-активних та лікарських препаратів. Для одержання прищеплених кополімерів Nвініл-2-піролідону та хітозану (Хіт-ПВП) були використані: Хітозан (Хіт) (полі- -1,4-(2-дезокси-2-амінo-Dглюкоза) (Aldrich) середньої молекулярної маси зі ступенем дезацетилюванння 75%, який використовували без додаткової очистки. N-вініл-2-піролідон (ВП) (Aldrich) вміст основної речовини >99%, використовували без додаткової очистки. Трет-бутилпероксиметилмалеїнат (ПМ) синтезували за методикою [Соломко Н.Ю. Синтез пероксидних похідних хітозану для створення полімерних композиційних матеріалів. Дис. к.х.н./Львів.:2007.-159 с.] формули: CH3 HO CH C CH O C OO CH2 C CH3 CH3 O O Вміст активного кисню складав [О]=2,6%. Водний розчин Хіт одержували розчиненням 0,32г Хіт в присутності 0,042 0,082г ПМ у розрахованій кількості дистильованої води, підкисленої оцтовою кислотою, при перемішуванні за кімнатної температури. Концентрація Хіт у водних розчинах становила 1%. Синтез кополімерів Хіт-ПВП проводили за наступною методикою: необхідні кількості розчину Хіт, ПМ, ВП та дистильованої води, підкисленої оцтовою кислотою, завантажували у реактор та перемішували до повного розчинення Хіт, після чого через реакційну суміш при перемішуванні барботували аргон протягом 15 хвилин та щільно закривали реактор. Суміш термостатували за 333К на водяній бані протягом 5 годин. Конверсію мономеру ВП S, %, визначали гравіметрично за формулою: -1 -1 S=( cух- прСXіт0100 )/ прСВП0100 , де 4 пр - маса проби реакційної суміші, взятої для визначення конверсії, г; cух - маса проби реакційної суміші після сушіння за 333К і пониженого тиску до постійного значення, г; СXіт0 - концентрація початкова Хіт у реакційній суміші, %; СВП0 - концентрація початкова ВП у реакційній суміші, %. Кополімер, що утворювався у вигляді гідрогелю очищували від полі-N-вініл-2-піролідону та ВП екстракцією дистильованою водою з рН 5,5 за 298К протягом 48 годин та висушували до постійної маси. Очищування кополімерів Хіт-ПВП проводили за наступною методикою: після проведення кополімеризації реакційну суміш у вигляді гідрогелю екстрагували дистильованою водою з рН 5,5 за 298К протягом 48 годин та висушували кополімер Хіт-ПВП до постійної маси при кімнатній температурі. Склад отриманих кополімерів Хіт-ПВП визначали гравіметрично та підтверджували їх ширококутовими рентгенівськими дифрактограмами. Вміст фрагментів ПВП у складі кополімеру ХітПВП, ПВП %, визначали за формулою: ПВП=mр пр/mр, де mр - маса проби сухого кополімеру Хіт-ПВП, г; пр - ступінь прищеплення ланцюгів ПВП до Хіт, %, який визначали за формулою: -1 пр=( 'сух- 'прСХіт0100 )100/ 'сух, де 'сух - маса проби сухого кополімеру Хіт-ПВП (яку визначали після видалення не прищепленого ПВП та залишкового ВП екстрагуванням дистильованою водою з проби реакційної суміші масою 'пр та після її сушіння за 333К і пониженого тиску до постійного значення, г; 'пр - маса проби реакційної суміші, взятої для визначення ступеня прищеплення, г; СХіт0 - концентрація початкова Хіт у реакційній суміші, %. Вміст фрагментів Хіт у складі кополімеру ХітПВП Хіт, %, визначали за формулою: Хіт=100- ПВП Ширококутові рентгенівські дифрактограмами кополімерів Хіт-ПВП одержували методом ширококутового розсіювання рентгенівських променів з використанням рентгенівського дифрактометра ДРОН-4-07 і порівнювали з дифрактограмами Хіт та гомополімеру ПВП (Фіг.). З рисунку видно, що структура кополімерів Хіт-ПВП (крива 2) відрізняється від структури Хіт (крива 1), яка є аморфнокристалічною (з основними дифракційними максимумами: мультиплетним 2 m =9,5 , та дискретного типу 2 m=17,2 , 19,8 , 21,8 ) та гомополімеру ПВП (крива 3), яка є аморфною (з дифракційними максимумами аморфного типу 2 m =10,6 та 20,9 ). У дифрактограмі кополімеру Хіт-ПВП спостерігається один дифракційний максимум дифузійного типу з 2 m =18,0 , що свідчить про малу здатність кристалізуватись у порівнянні з Хіт, що свідчить про утворення кополімеру Хіт-ПВП нової структури. Набухання кополімерів Хіт-ПВП у водному середовищі досліджували за допомогою приладу 5 Догадкіна за відомою методикою [Лаврова И.С. Практикум по коллоидной химии. - М: Высшая школа. - 1983. -216 с.]. Рівноважне набухання кополімерів Хіт-ПМ р, г води/г кополімеру обчислювали за рівнянням p=(W E-W D)/W D, де WD та W E - вага зразка кополімеру Хіт-ПВП у сухому і максимально набухшому (рівноважному) станах відповідно, г. Абсорбцію барвника родаміну G зразком гідрогелю визначали у розчині родаміну G у бензолі, у який поміщали зразок гідрогелю, одержаного при набуханні сухого кополімеру Хіт-ПВП у водному середовищі з рН 4,0. Абсорбцію барвника родаміну G гідрогелем р, г родаміну G /г кополімеру Хіт-ПВП з розчинів бензолу обчислювали за рівнянням: Р=(С0-Сі) б/100тр,де С0 та Сi - концентрація родаміну G у розчині бензолу початкова та після абсорбції, відповідно, %; - об'єм розчину родаміну G у бензолі, мл; 3 б - густина розчинника (бензолу), г/см ; mр - маса сухого кополімеру Хіт-ПВП у зразку гідрогелю, одержаного при набуханні кополімеру Хіт-ПВП у водному середовищі з рН 4,0, г. Десорбцію барвника родаміну G зі зразків гідрогелю визначали у водному середовищі з рН 4,0, у яке поміщали зразок гідрогелю після абсорбції родаміну G у розчині бензолу і витримували за температури 293К протягом 24 годин. Десорбцію барвника родаміну G р, г родаміну G /г кополімеру Хіт-ПВП обчислювали за рівнянням: p=Civ/100mр, де Сi - концентрація родаміну G у водному розчині після його десорбції зі зразка гідрогелю кополімеру Хіт-ПВП, %; v - об'єм водного розчину, у який відбувається десорбція родаміну G зі зразка гідрогелю кополімеру Хіт-ПВП; mр - маса сухого кополімеру Хіт-ПВП у зразку гідрогелю із адсорбованим родаміном G. Визначення концентрації барвника родаміну G у його розчинах у бензолі та водному середовищі проводили за допомогою колориметрії за калібрувальною кривою залежності оптичної густини від концентрації родаміну G у розчині бензолу або води з використанням світлофільтру з X 535 нм [Нейман Р.Э., Вережников В.Н., Кирдеева А.П. и др. Практикум по коллоидной химии латексов и 47886 6 поверхностно-активных веществ. М: Высшая школа, 1972.]. Суть корисної моделі пояснюється прикладами. Приклад 1 Синтез кополімеру Хіт-ПВП 0,32г Хіт та 0,042г ПМ поміщали у реактор з 27,6мл дистильованої води, підкисленої оцтовою кислотою і перемішували до повного розчинення Хіт, Після цього у реактор при перемішуванні додавали 4,0мл (4,18г) N-вініл-2-піролідону та проводили синтез кополімеру Хіт-ПВП за вищенаведеною методикою. Очищування кополімеру Хіт-ПВП Реакційну суміш у вигляді гідрогелю екстрагували дистильованою водою з рН 5,5 протягом 48 годин, після чого зразок висушували до постійної маси при кімнатній температурі. Визначення ступеня рівноважного набухання Наважку висушеного кополімеру Хіт-ПВП поміщали у прилад Догадкіна та визначали величину рівноважного набухання у водному середовищі з рН 4 (що представляє собою дистильовану воду, підкислену хлоридною кислотою), яка становить 43,7г води / г сухого кополімеру Хіт-ПВП та з рН 5, яка становить 32,4г води / г сухого кополімеру ХітПВП (таблиця), що свідчить про утворення рНзалежної тривимірної структури кополімеру ХітПВП під час його синтезу за ініціювання ПМ. Визначення абсорбції р родаміну G гідрогелем Зразок гідрогелю зі ступенем рівноважного набухання 32,4г води/г сухого кополімеру Хіт-ПВП поміщали у розчин родаміну G у бензолі на термін 24 години. Концентрацію родаміну G у бензолі визначали колориметрично та обчислювали величину абсорбції родаміну G гідрогелем p, яка становила 10,0 10-3г/г кополімеру Хіт-ПВП. Визначення десорбції p родаміну G гідрогелем Зразок гідрогелю з сорбованим родаміном G поміщали у водне середовище з рН 4,0 і витримували за температури 293К протягом 24 годин. Концентрацію родаміну G у водному середовищі визначали колориметрично та обчислювали величину десорбції родаміну G зі зразка гідрогелю p, г родаміну G /г кополімеру Хіт-ПВП, яка становила 4,0 10-3г/г кополімеру Хіт-ПВП, що становить 40,0% від кількості сорбованого родаміну G. 7 47886 8 Таблиця Умови синтезу кополімерів Хіт-ПВП та їх властивості № прикладу Хіт ВП ініціатор Хіт ПВП при рН 4,0 Вміст ланцюгів Хіт та ПВП у складі кополімерів ХітПВП, % Рівноважна ступінь набухання кополімеру Хіт-ПВП, г води / г сухого кополімеру Хіт-ПВП р, Абсорбція ( р) і десорбція ( р) родаміну G гідрогелем 3 10 , г родаміну G /г кополімеру Хіт-ПВП Приклад 2. Синтез кополімеру Хіт-ПВП за ініціювання амоній пероксодисульфатом (ПСА): 0,32 г Хіт та 0,021 г ПСА поміщали у реактор з 25,6мл дистильованої води та 2мл 0,5 Н оцтової кислоти і перемішували до повного розчинення Хіт, Після цього у реактор при перемішуванні додавали 4,0мл Nвініл-2-піролідону та проводили синтез кополімеру Хіт-ПВП за вищенаведеною методикою. Реакційну суміш у вигляді розчину висушували до постійної маси при кімнатній температурі та з метою видалення не прищепленого полі-N-вініл-2піролідону та ВП проводили екстракцію дистильо Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 43,7 при рН 5,0 Початкова концентрація реагентів, % 1 1,0 13,0 0,13 ПМ 34 66 32,4 р р 10,0 4,0 2 1,0 13,0 0,07 ПСА 40 60 гідрогель не утворюється гідрогель не утворюється ваною водою з рН 5,5 за 298К протягом 48 годин та висушували кополімер Хіт-ПВП до постійної маси. Наважку висушеного кополімеру Хіт-ПВП поміщали у прилад Догадкіна та за вищенаведеною методикою досліджували набухання у водному середовищі з рН 4. Встановлено, що по досягненню ступені набухання 60,0г води / г сухого кополімеру Хіт-ПВП відбувається розчинення кополімеру, що свідчить про відсутність утворення під час синтезу кополімеру тривимірної структури, що зумовлене деструкцією ланцюгів Хіт під дією пероксодисульфату амонію. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601