Спосіб одержання синтетичних аналогів природних фульвокислот

Реферат: UA 91512 U UA 91512 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до області органічної хімії і може бути використана у медицині, ветеринарії, сільському господарстві, паперовій, керамічній, дубильній промисловості, тощо. Перші спроби одержання синтетичних гумінових речовин (ГР) приписують німецьким дослідникам (Е. Вельте, В. Еллер, та ін.), які опублікували ряд робіт [1,2], присвячених реакціям окиснення гідрохінону, пірокатехіну, пірогалолу та n-бензохінону у лужних розчинах. У ході окиснення реакційна суміш спочатку набуває темно-червоного відтінку, а потім колір стає темнокоричневий, аж до чорного у залежності від використаної концентрації лугу і будови молекули вихідного фенолу. Найбільший вихід досягається при рН = 8-10. Недоліком цього методу є велика тривалість процесу (до 15 діб). Активна розробка методів одержання синтетичних ГР, дослідження їх фізіологічного впливу почалася із робіт R. Klocking та В. Helbig [3]. Синтетичні фульвокислоти вони одержували окисненням низькомолекулярних фенольних сполук натрій тетраоксойодатом при рН = 8,5. Утворені гуміноподібні полімери виділяли осадженням плюмбум (II) нітратом. Осад полімерів розчиняли у водному розчині натрій гідроксиду (рН = 8,5) і нагрівали з 8-гідроксихіноліном для осадження плюмбум(II) йонів, з наступним відділенням фільтруванням. Залишок 8гідроксихіноліну екстрагували хлороформом і бажаний полімерний матеріал осаджували з водного розчину додаванням різних комбінацій оцтової кислоти, етил ацетату, етанолу. Для синтезу гуміноподібних речовин використовували наступні вихідні речовини: аурин, ауринтрикарбоксильна кислота, кавова кислота, галова кислота, пірокатехін, гідрохінон, пірогалол, резорцинол, хлорогенна кислота, гомопротокатехова кислота, ферулова кислота, ванілінова кислота та ін. Недоліком цього способу є використання потенційно отруйного методу осадження, що супроводжується наступною складною процедурою відокремлення. Відомий спосіб одержання синтетичних фульвокислот [4] реакцією окиснення молекулярним киснем суміші пірокатехіну з амінокислотою чи дипептидом (гліцин, тригліцин) при 25 °C і тиску 0,9 бар в лужному середовищі (рН = 8). За таких умов процес окиснення тривав 5 днів. Послідовний діаліз одержаної суміші використовувався для відокремлення фульвокислот від гумінових кислот. Недоліком цього способу є невідповідність елементного складу одержаного матеріалу до природних фульвокислот. Зокрема одержані синтетичні продукти містили до 9 % Нітрогену, який у природних фульвокислотах становить до 3 % або взагалі відсутній. Відомий спосіб одержання синтетичних фульвокислот [5] реакцією автоокиснення 0,1 Μ галової кислоти в 0,1 Μ розчині Na2CO3 при рН = 8. Очистку одержаного темно-коричневого продукту проводили методом діалізу. Недоліком цього способу є велика тривалість процесу (37 днів). Автор винаходу [6] значно розширив коло вихідних сполук, які можуть використовуватися для одержання синтетичних ГР. Вихідні речовини містили одне бензенове кільце з шістьма замісниками R1-R6, причому принаймні один із замісників - гідроксильна група (-ОН) і один карбоксильна група, або принаймні дві гідроксильні групи. R1 R6 R2 R5 R3 R4 40 45 50 Спосіб полягає у гомофазному окисненні сполук фенольної природи натрій тетраоксойодатом при рН = 8-11 [6]. Було досліджено їх фізіологічну активність і показано, що більшості з них, як і природним ГР, притаманна чітко виражена бактеріостатична активність та здатність стимулювати регенеративні процеси у тканинах вищих організмів. Недоліком цього способу є застосування йодату, як окисника, що приводить до необхідності очистки від побічних продуктів окисно-відновної реакції і, як наслідок, з дорожчання процесу. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованої корисної моделі, вибраним нами за прототип, є спосіб одержання синтетичних фульватів у реакції окиснення пірокатехіну молекулярним киснем в умовах надлишку лугу при рН = 13 [7]. Недоліком цього способу як і всіх перелічених вище відомих способів є незначна відповідність будови та властивостей одержаного продукту до природних фульвокислот у зв'язку з використанням попередників, які в своєму складі містить крім ароматичного ядра лише карбоксильні групи та фенольні 1 UA 91512 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гідроксигрупи і не містять насичених фрагментів, спиртових гідроксилів, які завжди присутні у структурах природних ГР. Задачею способу, що заявляється, є одержання синтетичних аналогів природних фульвокислот, які за будовою та фізико-хімічними властивостями найбільш повно відтворюють властивості природних матеріалів. Поставлена задача вирішується тим, що у способі одержання синтетичних аналогів природних фульвокислот реакцією окиснення речовинипрекурсора молекулярним киснем в умовах надлишку лугу при рН = 13, згідно з корисною моделлю, як речовина-прекурсор використано природний барвник - гематоксилін. Вибір гематоксиліну як речовини-прекурсору обумовлено тим, що його молекула, поряд з фенольними ароматичними ядрами, містить також насичені атоми карбону та спиртову гідроксигрупу, які завжди присутні у молекулах фульвокислот (Фіг. 1). Це дозволяє отримати в результаті окиснення молекулярним киснем в лужному середовищі продукт, який найбільш повно відтворює будову та властивості природних фульвокислот. Молярне відношення [гематоксилін: луг] у заявленому способі повинно дорівнювати 1:8, а рН при цьому протягом всього синтезу залишається близьким до 13. Процес проводиться при кімнатній температурі і нормальному атмосферному тиску і завершується за цих умов протягом 12 годин. В ході окиснення забарвлення розчину змінювалося від чорнильно-фіолетового до темно-коричневого. Контроль за ходом процесу здійснювався волюмометрично за об'ємом спожитого у реакції кисню. Ознакою завершення реакції є зниження витрати кисню до рівня меншого за 0,01 моль О2 з розрахунку на 1 моль гематоксиліну за одну годину. Після завершення реакції окиснення реакційна суміш пропускається через катіонообмінну колонку, заповнену катіонітом КУ-2-8 у Ηформі. Одержаний на виході колонки продукт і являє собою синтетичні аналоги природних фульвокислот. Для видалення з одержаного розчину карбонатів його нагрівали на електричній плитці і випарювали до загального об'єму 100 мл. Одержаний розчин синтетичних фульвокислот має рН = 2,2. Розчинний у воді при будь-якому значенні рН. Відповідність будови та властивостей одержаного продукту до природних фульвокислот було підтверджено елементним аналізом, спектроскопією в ІЧ, УФ-та видимій областях спектра, а також методом електронного парамагнітного резонансу. Елементний аналіз одержаного продукту показав, що в ньому міститься 50,4 7 % карбону, 5,05 % гідрогену і 44,48 % оксигену. Одержані дані знаходяться в діапазоні значень вмісту цих елементів для природних фульвокислот [9]. Електронний спектр отриманих нами синтетичних фульвокислот (Фіг. 2) є типовим для природних фульвокислот [8] і має характер пологої, спадаючої в бік більших довжин хвиль, кривої, на якій немає максимумів чи мінімумів. В ІЧ спектрах одержаних аналогів синтетичних фульвокислот (Фіг. 3) виявлені інтенсивні -1 -1 смуги поглинання при довжинах хвиль 3600-3300 см (гідроксилвмісні сполуки), 2920 см , 1400-1 -1 -1 1440 см (метиленові ланцюги), 2850 см (метильні кінцеві групи), 1700-1712 см -1 -1 (карбонілвмісні сполуки), 1620-1610 см (бензоїдні структури), 1210 см (С-O зв'язки -1 карбоксильних і фенольних груп), 1025-1066 см (С-O зв'язки спиртових груп). Порівняльний аналіз ІЧ-спектрів синтетичних і природних фульвокислот [8] показав їх однотипність по функціональних групах, що свідчить про подібність їх хімічної структури. Наявність у одержаних синтетичних фульвокислотах вільнорадикальних центрів підтверджується методом електронного парамагнітного резонансу. В ЕПР спектрі одержаного продукту (Фіг. 4) виявлена вузька, відносно симетрична, синглетна лінія з напівшириною лінії 3,71 Гc і g-фактором рівним 2,0036. Одержані дані добре узгоджується з приведеними в літературі для природних фульвокислот [8]. Приклад Спосіб приготування синтетичних аналогів природних фульвокислот здійснювали наступним чином. Поліетиленову посудину з наважкою гематоксиліну (3,2 г) поміщали у колбу-реактор, в якій знаходилося 80 мл 1 Μ розчину NaOH та 20 мл дистильованої води. Систему продували чистим електролітично одержаним киснем. Після герметизації апаратури вмикали механічне струшування колби-реактора, що приводило до змішування реагентів, розчинення наважки гематоксиліну і початку процесу окиснення. Контроль за ходом процесу здійснювався волюмометрично. Процес вважали завершеним, коли споживання кисню знижувалося до рівня меншого за 0,01 моль О2 з розрахунку на 1 моль гематоксиліну за одну годину. Після цього одержану суміш синтетичних фульватів пропускали через колонку, заповнену катіонітом КУ-2-8 у Н-формі. Відбір елюату починали при появі коричневого забарвлення розчину, який витікає з колонки. Відбір елюату припиняли, як тільки його колір змінювався з темно-коричневого на 2 UA 91512 U 5 10 15 20 світло-червоний. Одержаний розчин випарювали на електричній плитці дозагального об'єму 100 мл. Джерела інформації: 1. Eller W. Studien über Huminsäuren. IV. Darstellung und Eigenschaften künstlicher und natürlicher Huminsäuren. // Liebigs Ann. Chem., 1923. - V.431. - Р. 133-161. 2. Welte E., Schatz M, Ziechmann W. Über Synthesehuminsäuren (Oxydationsmessungen). //Naturwissenschaften, 1910, 41, 213. 3. R. Klocking, B. Helbig, K.D. Thiel, T. Blumohr, P. Wutzler, M. Sprossig, and F. Schiller. Preparation, characterization and antiviral activity of phenolic polymers. 2. Antiviral activity of phenolic polymers. Pharmazie 1979, 34(5-6), 293-294. 4. Andreux, F., Golebiowska, D., Metche, M., 1980. Oxidative polymerization of O-diphenols in presence or absence of amino-acids. Topics on (catechol-glycocolle) and (catechol-diglycylglycine). General Assembly of Polyphenols Group Report, Logrono (Spain), Bulletin 9. - Р. 178-488. 5. D. Sławińska, К. Polewski, P. Rolewski, and J. Sławiński Synthesis and properties of model humic substances derived from gallic acid // Int. Agrophysics, 2007, 21, 199-208. 6 6. Pat. № 5945446 US, Int.Cl A61K31/35; A01N35/78. Process for Preparing Synthetic SoilExtract Materials and Medicaments Based Thereon / Richard J. Laub; Fil. D. 10.02.1997, Publ. D. 31.08.1999. 6 7. Пат. України № 78162, МПК С07С 37/00 / Спосіб одержання синтетичних фульватів / Галаган Р.Л.; Заявл. 02.12.2005, Опубл. 15.02.2007, Бюл. № 2. 8. Перминова И.В. Анализ, классификация и прогноз свойств гумусовых кислот // Диссертация на соиск. уч. степ. докт. хим. наук. - М.: МГУ., 2000. - 319 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб отримання синтетичних аналогів природних фульвокислот реакцією окиснення речовини-прекурсора молекулярним киснем в умовах надлишку лугу при рН = 13, який відрізняється тим, що як прекурсор використано природний барвник - гематоксилін. 3 UA 91512 U 4 UA 91512 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5