Андреева - Сибирский федеральный университет

УДК 54.05
СИНТЕЗ ГЛИЦИН-СОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФАТОВ
МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Андреева Д.А.1, Козлова С.А.2, Васильева Н.Ю.1,2
научный руководитель канд. хим. наук Левданский А.В.2
1
Сибирский федеральный университет,
2
Институт химии и химической технологии СО РАН
Производные аминокислот вызывают постоянный интерес благодаря своему
исключительно широкому спектру действия. Они входят в состав многих
лекарственных препаратов, предназначенных для лечения самых разнообразных
заболеваний. При этом, аминокислоты, как правило, не вызывают нежелательных
побочных эффектов и предназначены для больных, которым противопоказано
использование традиционных средств [1].
Аминокислота глицин в настоящее время находит широкое применение в
медицине. Препараты глицина способны уменьшать психоэмоциональное напряжение
и агрессивность, повышать социальную адаптацию, нормализовать сон и повышать
умственную работоспособность, уменьшать выраженность общемозговых расстройств
при ишемическом инсульте и снижать токсическое действие алкоголя [2].
Большой интерес представляют полимеры на основе полисахаридов и
аминокислот, в которых аминокислота присоединена к полимеру разными типами
связи. Это связано с тем, что химическая фиксация лекарственных субстанций на
полисахаридной матрице позволяет создавать препараты пролонгированного действия
с низкой токсичностью и необходимым балансом липофильно - гидрофильных свойств.
Полисахариды, в большинстве своем, нетоксичны, не вызывают аллергических
реакций, легко выводятся из организма и представляют интерес как группа
неспецифических транспортных макромолекул, способных обеспечить направленную
доставку действующего лекарственного вещества к биомишеням [1]. В частности
высокозамещенные сульфаты целлюлозы в виде натриевых солей растворимы в воде и
могут быть использованы для создания полимерных производных аминокислот.
В связи с этим целью настоящей работы являлся синтез соли сульфатированной
микрокристаллической целлюлозы с глицином.
Сульфаты МКЦ получали взаимодействием МКЦ с хлорсульфоновой кислотой в
диоксане при температуре 50 °C в течение 3 часов. Схема реакции сульфатирования
МКЦ и последующего выделения сульфата МКЦ в виде натриевой соли показана на
рисунке 1.
OH
O
HO
OH
O
HO
O
OH
O
ClSO3H - C4H8O2
O
OR1
OH
O
R2O
OSO3Na
O R2O
O
OR2
O
R1O
OSO3H
O R1O
O
OR2
O
O
OR1
NaOH
O
O
OR1
R1 = H, SO3H
R2 = H, SO3Na
OR2
Рисунок 1. Схема синтеза сульфатов МКЦ хлорсульфоновой кислотой в диоксане
1
Натриевая соль сульфатированной МКЦ является полианионом, способным к
образованию солей с аминокислотами. Поэтому для введения глицина в молекулу СЦ
использовали метод ионного обмена. Ионный обмен проводили в колонке, заполненной
ионообменной смолой – катионитом КУ-2-8 (рис. 2).
МКЦ–OSO3Na + RSO3–(NH3+CH2COOH) → МКЦ–ОSO3–(NH3+CH2COOH) + RSO3Na
Рисунок 2. Схема синтеза глицин содержащих сульфатов МКЦ
Выделение соли СЦ с глицином из водного раствора осуществляли испарением
ротационном испарителе или гладкой стеклянной подложке. В данной работе для
получения соли с глицином была использована полученная натриевая соль
сульфатированной МКЦ, с содержанием серы 13,3 % (СЗS 1,34).
Полученные соли сульфатов микрокристаллической целлюлозы с глицином
представляли собой хорошо растворимые в воде порошки, окрашенные в светлокоричневый цвет. Полноту обмена определяли по содержанию остаточного натрия. По
данным рентгеноспектрального анализа натрий в образцах соли СЦ с глицином
отсутствует, поэтому можно сделать вывод, что обмен натрия на глицин протекает
достаточно полно.
Содержание азота и серы в солях сульфатированной МКЦ с глицином
определяли методом элементного анализа. Результаты определения содержания азота и
серы в образцах глицин содержащих сульфатов МКЦ приведены в таблице 1.
Таблица 1. Некоторые характеристики получаемых глицин содержащих
сульфатов микрокристаллической целлюлозы
№ образца
Содержание азота, %
Содержание серы, %
1
3,2
12,3
2
3,4
12,2
Структура МКЦ и её сульфатированных производных исследована методом ИКспектроскопии (рис. 3).
В ИК-спектрах солей сульфатированных образцов МКЦ присутствуют полосы
поглощения в области 800-806 см-1 (SO) и 1210-1250 см-1 (SO2), которые подтверждают
введение сульфатной группы в структуру целлюлозы. Интенсивная полоса в области
3400-3500 см-1 присущая OH группам наблюдается в исходной МКЦ, однако в
натриевой соли сульфатированного образца её интенсивность снижается за счет
замещения на сульфатные группы.
ИК-спектр соли сульфатированной МКЦ с глицином отличается от спектра
натриевой соли. Полосы поглощения в области 3432-2976 см-1, соответствующие
валентным колебаниям O–H и C–H связей уширяются за счет наложения полос
поглощения валентных колебаний N–H связей в катионе аммония. Кроме того, в его
спектре, в отличие от натриевой соли, имеется интенсивная полоса поглощения при
1512 см-1, соответствующая колебаниям N–H связей катиона аммония.
По сравнению с ИК-спектром исходного глицина, в ИК-спектре соли
сульфатированной МКЦ с глицином в области 1756 см-1 появляется интенсивная
полоса поглощения недиссоциированной карбоксильной группы (–COOH), а
интенсивность полос поглощения в областях 503 см-1 ρ(–COO–), 608 см-1 ω(–COO–), 697
см-1 δ(–COO–), 1412 см-1 υs(–COO–), 1611 см-1 υas(–COO–) относящихся к колебаниям
карбоксилат-аниона значительно снижается.
2
Рисунок 3. ИК-спектры: исходной МКЦ (1), натриевой соли сульфатированной МКЦ
(2), глицина (3) и соли сульфатированной МКЦ с глицином (4)
Результаты исследований методом ИК-спектроскопии образцов МКЦ, а также
продуктов сульфатирования МКЦ хлорсульфоновой кислотой в диоксане, совпадают с
данными приведенными в работах [3,4,5]. Авторы работы [5] сульфатировали
хлопковую МКЦ производства АО «Полиэкс» хлорсульфоновой кислотой в пиридине.
В работе [4] сульфатировали МКЦ (источник получения МКЦ не указан)
хлорсульфоновой кислотой в диметилформамиде.
Выводы
1. Впервые методом ионного обмена осуществлен синтез соли
сульфатированной микрокристаллической целлюлозы с глицином. По данным
элементного анализа содержание азота в сульфатированной МКЦ составило 3,2-3,4 %.
2. Строение синтезированной соли сульфатированной МКЦ с глицином
подтверждено методом ИК-спектроскопии.
Литература
1. Красникова А.В. Синтез и исследование полисахарид-аминокислотных
конъюгатов: дис. канд. хим. наук. СПб. 2004. – 171 с.
2. Машковский М.Д. Лекарственные средства. Пособие для врачей. М.: ООО
«Новая волна», 2002. Т. 2. 608 с.
3. Петропавловский Г.А. Гидрофильные частично замещенные эфиры
целлюлозы и их модификация путем химического сшивания. Л.: Наука, 1988. 298 с.
4. Wang Z.M., Li L., Zheng B.S., Normakhamatov N., Guo S.Y. Preparation and
anticoagulation activity of sodium cellulose sulfate // Int. J. Biol. Macromol. 2007. Vol. 41,
№ 4. P. 376–382.
5. Торлопов М.А., Демин В.А. Сульфатированные и карбоксиметилированные
производные микрокристаллической целлюлозы // Химия растительного сырья. 2007.
№ 3. С. 55-61.
3