Гідрогелі метилкремнієвої кислоти “ентеросгель-супер” як адсорбенти середньо-молекулярних метаболітів та спосіб їх одержання

Винахід відноситься до синтезу нових хімічних сполук - поліметилсилоксанів, конкретно до синтезу гідрогелів метилкремнієвої кислоти, які можуть бути використані як адсорбенти у різних галузях техніки, зокрема, у медицині як ентеросорбенти для виведення з організму середньомолекулярних органічних токсичних метаболітів. На даний час для ентеросорбції використовуються вугільні сорбенти [1] і сорбенти на основі високодисперсних кремнеземів [2]. Однак вони мають істотні недоліки, невелику сорбційну активність і низьку селективність (вибіркову сорбцію) до середньомолекулярних токсичних метаболітів, які утворюються в організмі в процесі його життєдіяльності і, звичайно, видаляються органами виведення. Найбільш близькими по технічній сутності до нових сполук є гідрогелі метилкремнієвої кислоти, які утворюються як проміжні продукти при синтезі ксерогелів (поліметилсилоксанів) - адсорбентів, що мають пористу структуру [3]. Ксерогелі утворюються збезводненням гідрогелів, і їх пориста структура формується в процесі визрівання свіжоосадженого гелю за умови витримування його при температурі від 10 до 60°C на протязі 20 - 24 годин. До недоліків одержаних таким чином гідрогелів слід віднести невелику сорбційну ємність і недостатню селективність щодо середньомолекулярних токсичних метаболітів. В зв'язку з викладеним є необхідність у синтезі гідрогелів метилкремнієвої кислоти, що мають високу сорбційну ємність і селективність по відношенню до середньомолекулярних токсичних метаболітів (Ентеросгель-супер), і способу їх одержання. Рішення нової технічної задачі досягається шляхом синтезу гідрогелів мителкремнієвої кислоти складу де n = 44 - 49, які характеризуються сорбційною ємністю по відношенню до Конго червоного 3,3 - 4,6мг/г. Синтез таких сполук досягається тим, що проводять процес поліконденсації розчину метилсиліконату натрію (або калію) концентрації від 1,75 до 2,30моль/л шляхом додавання до нього розчину сильної кислоти (наприклад, HCl або H2SO4) до утворення гідрогелю, який витримують на протязі 30 - 90 хвилин (визрівання), подрібнюють, і потім активують дією розбавленого розчину сильної кислоти концентрації від 0,04 до 0,15гекв/л з послідуючою відмивкою водою до нейтральної реакції. Нижче приведені приклади синтезу конкретних сполук. Приклад 1 (по прототипу). До 50мл мителсиліконату калію концентрації 2,30моль/л додали розчин соляної кислоти до утворення однорідного опалесцируючого гелю. Температура процесу 25°C. Свіжоосаджений гель витримували на протязі 20 годин, після чого подрібнювали його на шматочки розміром не більше 10мм у поперечнику і відмивали його в протоці води до нейтральної реакції промивних вод (контролювали по фенолфталеїну). Після цього речовину віджали на фільтрі і перенесли в склянку з кришкою. Приклад 2. До 100мл метилсиліконату натрію концентрації 2,10моль/л додали розчин сірчаної кислоти до утворення гідрогелю. Температура процесу 25°C. Свіжоосаджений гель витримували на протязі 30 хвилин, подрібнення і відмивку проводили так, як у прикладі 1. Приклад 3. До 100мл метилсиліконату натрію концентрації 2,30моль/л додали розчин сірчаної кислоти до утворення гідрогелю. Температура процесу 10°C. Свіжоосаджений гель витримували 60 хвилин, подрібнення і відмивку проводили так, як у прикладі 1. Приклад 4. До 100мл метилсиліконату калію концентрації 1,90моль/л додали розчин сірчаної кислоти до утворення гідрогелю. Температура процесу 25°C. Одержаний гель витримували 30 хвилин, подрібнювали і діяли на нього розчином сірчаної кислоти концентрації 0,09г-екв/л в об'ємі, що дорівнював 3 - 4 - х кратному об'єму осадженого гелю. Після цього відмивку одержаної сполуки проводили так, як у прикладі 1. Приклад 5. Синтез проводили так, як у прикладі 4, використовуючи для гелеутворення сірчану кислоту. Концентрація метилсиліконату натрію 2,10моль/л, температура процесу 10°C. Витримування гідрогелю до подрібнення 60 хвилин, активацію цього проводили розчином сірчаної кислоти концентрації 0,12г-екв/л. Приклад 6. Синтез проводили так, як у прикладі 4, гелеутворення проводили з використанням метилсиліконату калію концентрації 2,30моль/л і соляної кислоти. Температура процесу 25°C. До подрібнення гідрогель витримували 45 хвилин, активацію цього проводили розчином соляної кислоти концентрації 0,15г-екв/л. Приклад 7. Синтез проводили так, як у прикладі 4. Гелеутворення здійснювали взаємодією метилсиліконату натрію концентрації 2,10моль/л і сірчаною кислотою при 25°C. Витримування до подрібнення проводили на протязі 90 хвилин, активацію - розчином сірчаної кислоти концентрації 0,12гекв/л. Приклад 8. Синтез проводили, як у прикладі 4. Для взаємодії були використані метилсиліконат натрію концентрації 2,30моль/л та сірчана кислота, процес здійснювали при 10°C. Витримування до подрібнення проводили на протязі 60 хвилин, активацію - розчином сірчаної кислоти концентрації 0,15г-екв/л. Приклад 9. Синтез проводили, як у прикладі 4. Гелеутворення здійснювали взаємодією метилсиліконату концентрації 1,75моль/л і сірчаної кислоти при 35°C. Витримували гідрогель до подрібнення 60 хвилин, активацію проводили розчином сірчаної кислоти концентрації 0,04г-екв/л. Синтезовані таким чином сполуки ідентифікували шляхом проведення хімічного аналізу на вміст води, кремнію, вуглецю та водню. Воду визначали вакуумною сушкою при 100 - 120°C кремній-ваговим методом у вигляді SiO2, вуглець та водень на CHN-аналізаторі фірми "Карло-Ерба" (Італія). Адсорбційну активність гідрогелів A визначали як здатність сорбувати барвник Конго-червоний з водного розчину. Для проведення аналізу використовували розчини Конго-червоного концентрації 0,001моль/л. Наважку гідрогелю m, г вводили в розчин Конго-червоного, взятого в кількості v, мл і перемішували на протязі 3 - х годин. Після цього розчин центрифугували і визначали спектрофотометрично (l = 498нм, СФ-20 (ЛОМО)) концентрацію Конго-червоного у надосадковій рідині. Розрахунок A проводили за формулою де C0 та Cр - вихідна та рівноважна концентрації Конго-червоного. Результати вимірювань наведені в таблиці. З наведених даних слідує, що, якщо після, процесу визрівання одержаного в процесі поліконденсації гідрогелю і подрібнення його проводити активацію дією розбавленої соляної або сірчаної кислоти, утворюються сполуки з сорбційною активністю у 2 рази вище, ніж по прототипу, і на 40 - 50% вище, ніж у гелів, одержаних без відповідної кислотної активації. Після знаходження ефекту активації гідрогелів дією розбавленої кислоти з метою оптимізації умов їх синтезу була вивчена залежність адсорбційної активності по Конго-червоному (A) гідрогелів метилкремнієвої кислоти від температури і часу визрівання без активації та при активації розбавленим розчином сірчаної кислоти. Результати наведені на фіг.1. Одержані дані показують, що найбільш оптимальними умовами синтезу нових сполук є: час визрівання гідрогелю до моменту подрібнення з послідовною кислотною активацією складає від 30 до 90 хвилин; температура проведення процесу поліконденсації від 10 до 35°C (при температурі нижче 10°C дуже уповільнюється процес гелеутворення, і при цьому не досягається помітного підвищення активності одержуваних речовин, а вище 35°C швидкість процесу зростає настільки, що практично нівелюється результат активації гідрогелів. Нові сполуки мають високу сорбційну активність і селективність до середньомолекулярних токсичних метаболітів, які утворюються при захворюваннях печінки, нирок, шлунково-кишкового тракту і можуть бути використані як ентеросорбенти для видалення цих токсинів з організму. На фіг.2 наведені дані по вивченню сорбційної ємності (Am) нових сполук по відношенню до ряду токсичних метаболітів і тестовим сполукам-барвникам. Am визначали ідентично описаному вище методу для Конго-червоного. Як слідує з наведених даних, нові сполуки у порівнянні з відомими мають збільшену сорбційну ємність по відношенню до середньомолекулярних (молекулярна маса від 70 до 1000) органічних метаболітів. З даними хімічного аналізу добре узгоджується їх ІЧ-спектри (фіг.3) і дані термічного аналізу (фіг.4). В ІЧ-спектрі дегідрованого до постійної ваги зразка препарату ЄС, який після цього відповідає формулі CH3SiO1,5, виділяються дві основні групи характеристичних смуг поглинання. Перша з них зв'язана з коливанням залишкових поверхневих груп OH- (3832 - 3614; 2361 - 2337; 1888 - 1621см-1) і CH3-груп по зв'язках C-H (2968 - 2909см-1 - валентні коливання; 1556 - 1476см-1 - деформаційні коливання). Друга (1200 сукупність смуг поглинання відповідає валентним і деформаційним коливанням по зв'язках 920см-1 і, відповідно, 582 - 400см-1), а також коливанням (1016см-1 - деформаційні і 1900 - 692см-1 валентні коливання). На термоаналітичних кривих, що подані на фіг.4, фіксується ступінчастий характер процесу дегідратації (крива ДТА) препарату ЄС, який протікає, щонайменше, в чотири етапи, у температурному інтервалі 20 160°C при швидкості нагрівання 10°/хв, наприклад, зразок №6 з таблиці масою 0,2г. При цьому сумарна втрата маси, яка фіксується на кривій ТГ, становить 0,18г або 92,7%, що відповідає вмісту 47 молекул води у складі даного зразка. Таким чином наведені результати також підтверджують склад і будову гідрогелів метилкремнієвої кислоти, що заявляється, які вміщують 44 - 49 молей води. Нові сполуки мають гелевидну консистенцію, при зберіганні в герметичній упаковці (термін зберігання практично не обмежений), зручні для фасовки, легко стерилізуються і, в зв'язку з цим, можливо швидко організувати їх промисловий випуск. Джерела інформації 1. Бутылин Ю.П., Стрелко В.В. и др. Тезисы III конф. УССР "Новые средства и сферы клинического применения сорбционной детоксикации организма". - Днепропетровск, 1985. - С.243 - 245. 2. Неймарк И.Е. Синтетические минеральные адсорбенты и носители катализаторов. - К.: Наук. думка, 1982. - С.216. 3. Самодумова И.М. Синтез и исследование смешанных адсорбентов - цеолит - полиорганосилоксанов: Дис. ... канд. хим. наук. - К., 1973. - С.35 - 37.