N-(2-карбоксиэтил)хитозан: синтез, свойства, применение тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

003060192

Пестов Александр Викторович

К-(2-КАРБОКСИЭТИЛ)ХИТОЗАН: СИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ

Специальность 02 00.03 — Органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

2 4 МАЙ 2007

Екатеринбург

2007

003060192

Работа выполнена в Институте органического синтеза им И Я Постовского Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель доктор химических наук, доцент

Ятлук Юрий Григорьевич

Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор

Бакулев Василий Алексеевич, УГТУ-УПИ, кафедра технологии органического синтеза, г Екатеринбург

кандидат химических наук, с н с Левов Александр Николаевич, Центр «Биоинженерия» РАН, г Москва

Ведущая организация Московский государственный университет

им М В Ломоносова, химический факультет, г Москва

Защита состоится 28 мая 2007 г в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 285 08 в Уральском государственном техническом университете по адресу 620002, Екатеринбург К-2, ул Мира 28, 3-й учебный корпус УГТУ-УПИ, аудитория Х-420

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу 620002, Екатеринбург К-2, ул Мира 28, Уральский государственный технический университет, ученому секретарю совета института, тел (343) 275-45-74

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ»

Автореферат разослан 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук с Поспелова Т А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Хитозан — полисахарид, строение которого практически идентично строению целлюлозы, однако вместо гидроксильной группы у второго атома углерода пиранозного цикла он содержит аминогруппу В отличие от целлюлозы и своего природного предшественника хитина, из которого его получают путем дезацетилирования, хитозан обладает существенно лучшей реакционной способностью Первичная аминогруппа - более сильный нуклеофил, чем гидроксильная, ее наличие обеспечивает полимеру способность растворяться в водных растворах кислот, поэтому в отличие от целлюлозы и хитина некоторые химические реакции с хитозаном можно проводить в гомогенных водных или водно-метанольных средах Сорбенты на основе хитозана используются для поглощения ионов большинства металлов Благодаря высокой биологической активности хитозана его использование в биологии и медицине привело к настоящему "хитозановому буму" В настоящее время существуют методы промышленного производства хитозана, он является вполне доступным и достаточно дешевым полимером, что создает прекрасные предпосылки для разработки новых видов сорбентов, биосовместимых и биобезопасных материалов на его основе

Одним из магистральных направлений модифицирования хитозана является карбоксиалкилирование Образующиеся в результате такой модификации производные аминокислот являются более сильными комплексообразователями, чем исходный хитозан Ковалентное модифицирование хитозана остатками карбоновых кислот придает молекуле амфолитный характер, обеспечивает растворимость субстратов в широком интервале рН, повышает адгезионные свойства полимера к различным поверхностям, в особенности, к поверхностям биологического происхождения, что позволяет использовать карбоксиалкилхитозаны в качестве компонентов клеев для медицинских целей Благодаря биологической активности карбоксиалкильных производных хитозана можно рассчитывать на их применение в различных областях жизнедеятельности человека

Широко известны карбоксиметильные производные хитозана, которые обладают антибактериальной, антифунгийной активностью, используются для ускорения восстановления живых тканей, в системах доставки лекарств

Карбоксиэтильные производные хитозана описаны в ограниченном количестве работ, наличие остатка р-аланина в совокупности с целлюлозоподобной матрицей открывает широкие перспективы для высокоселективного комплексообразования с

3

ионами переходных металлов I Хорошо известная биологическая активность производных р-аланина в сочетании с хитозановой основой позволяет рассчитывать на биологические аспекты применения указанных производных Таким образом, задача разработки методов синтеза и исследования свойств карбоксиэтилхитозанов является актуальной, поскольку их применение потенциально шире и перспективнее по сравнению с исходным хитозаном

Цель работы. Разработка методов синтеза М-(2-карбоксиэтил)хитозана на основе комплексного изучения1 активности хитозана в реакциях замещения и присоединения по Михаэлю, исследование биоактивных свойств продукта и его адсорбционной способности к ионам металлов для формирования на его основе материалов, имеющих полезное прикладное значение

Научная новизна.

• Впервые систематически изучено 2-карбоксиэтилирование хитозана с использованием реакций замещения и присоединения по Михаэлю, выявлены оптимальные реагенты и условия для проведения реакции в растворе

• Разработан принципиально новый подход осуществления полимераналогичных превращений хитозана (2-М-карбоксиэтилирования) на основе проведения реакций в геле, сформированном из доступных исходных реагентов

• Определены закономерности формирования различной надмолекулярной структуры (сшитой или линейной) в зависимости от используемого реагента и условий проведения реакции

• Обнаружены антимутагенные и фунгифильные свойства N-(2-карбоксиэтил)хитозана Предварительные исследования показали способность субстрата к ферментативному биоразрушению

• Установлены строение координационной сферы медных комплексов модельных М-2-карбоксиэтилированных алканоламинов и комплексующие свойства №(2-карбоксиэтил)хитозана, предложено строение преимущественно образующихся комплексов последнего в растворе и конденсированной фазе

• Показана высокая селективность сорбции М-(2-карбоксиэтил)хитозанов по отношению к ионам меди (II) в смеси ионов ряда Ирвинга-Уильямса в области низких концентраций

Практическая ценность! Предложен ранее не известный экспериментально удобный и технологичный метод получения полимера - М-(2-карбоксиэтил)хитозана -с использованием практически доступных реагентов методом «синтез в геле»,

который может быть внедрен в промышленное производство На основе продукта со сшитой структурой получен сорбционный материал, для которого установлены высокая емкость сорбции и селективность по отношению к ионам меди (II) при низкой концентрации соответствующего металла в растворе Это делает данный полимер перспективным для использования как в гидрометаллургических производствах, так и при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов Для водорастворимого в широкой области рН полимерного продукта с линейной структурой выявлены полезные биоактивные свойства, предварительные исследования показали биобезопасность полученного полимера Предложено формировать на его основе клеевые композиции для стоматологических целей, обладающие хорошей адгезией и защитными функциями по отношению к материалам съемных зубных протезов

Апробация и публикация работы. Основные результаты диссертации доложены на Международной конференции «The carbohydrate workshop» (Германия, Постов, 2003), XVI Уральской конференции по спектроскопии (Новоуральск, 2003), VII Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Санкт-Петербург - Репино, 2003), VII научной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2004), Международной конференции «Internation Symposium on Advances m Synthetic, Combinatorial and Medicinal Chemistry» (Москва, 2004), 7-м Международном семинаре «Scientific Advances in Chemistry Heterocycles, Catalysis and Polymers as Driving Force» (Екатеринбург, 2004), 6-й Международной конференции Европейского хитинового общества (Польша, Познань, 2004), IV Баховской конференции по радиационной химии (Москва, 2005), 7-м Азиатско-тихоокеанском симпозиуме по хитину и хитозану (Корея, Бузан, 2006), 8-й Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Казань, 2006), Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2006), Международном симпозиуме по молекулярной архитектуре полимеров «От структуры к функциональному контролю» (Венгрия, Будапешт, 2006), IV Национальной кристаллохимической конференции (Черноголовка, 2006), 10-й Международной конференции по хитину и хитозану (Франция, Монпелье, 2006), Международной конференции «Теоретические аспекты использования сорбционных и хроматографических процессов в металлургии и химической технологии» (Екатеринбур1, 2006) По материалам работы опубликованы 1 монография, 9 статей в российских и международных журналах, 4 статьи в сборниках, 1 патент и 13 тезисов докладов 1

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, пяти глав (обсуждение результатов), экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы, содержащего 165 наименований Диссертация изложена на 153 страницах, содержит 31 рисунок и 40 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Основные методы карбоксиалкилирования хитозана

В литературном обзоре рассмотрены основные методы получения карбоксиалкильных производных хитина и хитозана Обычно превращение осуществляется с использованием реакций замещения и приводит к N,0-производным, наиболее разработан синтез карбоксиметилхитозана или карбоксиметилхитина Другой метод - восстановительное карбоксиалкилирование, впервые осуществленное на хитозане классиком химии хитина Музарелли в 1982 г, дает Ы-производные

Анализ литературы показывает, что для следующего гомолога N-(2-карбоксиэтил)хитозана методы синтеза практически не развиты, мало исследованы свойства, имеющие прикладное значение Для его получения используют либо региоселективную реакцию взаимодействия хитозана с 3-галопропионовыми кислотами, либо реакцию присоединения по Михаэлю производных акриловой кислоты к хитозану Последний тип реакций имеет ряд существенных недостатков Несмотря на высокую реакционную способность нитрила или эфиров, присоединение все равно требует большого времени реакции Необходима дополнительная стадия омыления эфира или нитрила, которая также требует немалого времени и энергозатрат Общим недостатком всех методов является использование разбавленных растворов, в результате чего высокие степени замещения достигаются только при больших избытках 2-карбоксиэтилирующих реагентов или многократном повторении обработки Имеющиеся в литературе методики, как правило, не оптимизированы и выполнены преимущественно для сравнения реакционной способности использованных реагентов

Немногочислен и спектр исследованных свойств Ы-(2-карбоксиэтил)хитозана Изучение кислотно-основных свойств показало типичную полиамфолитную природу полимера Биодеградация активированным шламом указанного производного в 42 раза эффективнее, чем исходного хитозана М-(2-Карбоксиэтил)хитозан в концентрации до 6

16 мг/мл обладает гемосовместимостыо и проявляет слабую антикоагулянтную активность, сформированные на его основе гидрогели могут быть использованы для создания систем доставки лекарств

Таким образом, в результате анализа литературы нами констатировано противоречие между отсутствием приемлемых методов получения N-(2-карбоксиэтил)хитозана и практической потребностью промышленности и общества в новых экологически и биобезопасных материалах, обладающих полезным набором свойств прикладного значения Для устранения такого дисбаланса в работе комплексно исследована химическая активность хитозана в реакциях замещения и присоединения по Михаэлю в целях создания практически значимых методов получения Л-(2-карбоксиэтил)хитозана с различной молекулярной структурой Для поиска новых направлений применения данного полимера проведено изучение биоактивных свойств продукта и его адсорбционной способности к ионам переходных металлов

2.1Ч-2-Карбоксиэтилирование с использованием реакций замещения

В работе проведено исследование взаимодействия хитозана и 3-галопропионовых кислот (галоген - хлор, бром и иод) в водном метаноле, при этом охарактеризованы соотношение продуктов прямой и побочных реакций, кинетика образования акриловой кислоты и ионов галогена Строение образующегося продукта представлено ниже

НОНг^ 0 Н0 ЫНСОСНз

нооссн2сн2 СН2СН2СООН

НОН2С

Ьн2сн2соон

НОН2С

Схема 1

Его характеризовали соотношением структурных звеньев и степенью замещения (ББ), которая рассчитывается по уравнению В5=(М+213)/(Л+М+В), где А, М, Б определяются согласно структурной формуле по данным ПМР-спектров Для оценки состава Ы-(2-карбоксиэтил)хитозана также использовали данные элементного анализа Состав и соотношение низкомолекулярных продуктов реакции были определены на основе ПМР-спектров маточного раствора, выделенного после отделения полимера Кинетические закономерности были изучены с использованием аргентометрического титрования и броматометрии В результате исследований процесс превращений можно описать следующей схемой

он он он

хитозан

-НХ ....

1чН //)\ N1

о

А

"О

/-НХ ^ ОН(Ка)

"ОЩЫв)^ Н2о1 о \\ Н2О Т 1

X С1, Вг, I \ ^"но^^^онска)

О

-НХ' (Ыа)НО'

Схема 2

Полученные данные представлены в табл 1

О

О'

О

ОН(Ыа)

О

ОН(Ыа)

Таблица 1

Характеристика продуктов реакции замещения (40°С)

Условия реакции Хитозан. ХСН2СН2СООН =1 5, 5 дней Хитозан ХСН2СН2СООН ИаНСОз =1 5 4 9, 2 5 дня

Галоген (X) С1 Вг I С1 Вг I

ББ 0 03 0 02 0 03 0 33 0 28 0 40

Алкилирование хитозана в кислой среде протекает в очень малой степени, что обусловлено ингибированием нуклеофильности азота процессом образования аммонийной соли 01с-Ш2 + НООССН2СН2Х 01с-ЫП3+ + "ООССН2СН2Х Конверсия 3-галопропионовых кислот - их участие в реакциях нуклеофильного замещения и отщепления - соответствует ряду Вг>1>С1 (конверсия 24>19>5% соответственно) Кинетические кривые выделения соответствующих анионов подтверждают наблюдаемый порядок реакционной способности 3-галопропионовых кислот, образуя ряд Вг~1»С1 Нарушение обычного порядка реакционной способности уходящих групп при нуклеофильном замещении (1>Вг>С1) связано с анхимерным содействием карбоксильной группы удалению брома

Снижение нуклеофильности атома азота аминогруппы благодаря образованию аммонийной соли не дает возможности получать высокие степени замещения Для освобождения хотя бы части аминогрупп требуется прибавление более сильного основания, чем остаток глюкозамина, которое нейтрализует часть кислоты и увеличивает долю непротонированного азота Использование системы 3-галопропионовая кислота - ЫаНС03 в водном метаноле приводит к десятикратному 8

увеличению ОБ (см табл 1), активность 3-галопропионовых кислот по конверсии изменяется в порядке 1>С1>Вг (99>87>80% соответственно) Данный ряд реакционной способности также не соответствует обычному порядку активности, так как отражает суммарный результат участия кислот в реакциях и нуклеофильного замещения, и отщепления под действием основания Кинетика выделения галогенид-ионов в начальный период реакции превращения 3-галопропионовых кислот показывает порядок активности Вг>1>С1 Когда часть галогеноводородных кислот уже выделилась и рН среды уменьшилась, то порядок соответствует последовательности 1>С1>Вг Расход 3-бромпропионовой кислоты в сумме побочных процессов гидролиза и дегидрогалогенирования настолько высок, что это ограничивает возможность эффективного алкилирования хитозана Действительно, в случае 3-бромпропионовой кислоты и в кислых, и в мягких щелочных условиях преобладающим процессом является гидролиз, в то время как при использовании 3-хлор- и 3-иодпропионовой кислот наблюдается увеличение относительных количеств акриловой кислоты, что подтверждено также изучением кинетики ее образования в данной реакции Последний побочный процесс способствует получению основного продукта

Так как рН среды оказывает значительное влияние на протекание реакции карбоксиэтилирования хитозана, ожидалось, что сила используемого основания должна влиять на эффективность процесса При сравнительном использовании карбонатов щелочных и щелочно-земельных металлов было установлено, что к наибольшему успеху приводит использование солей металлов, образованных гидроксидами умеренной силы (табл 2)

Таблица 2

Характеристика продуктов реакции замещения при использовании различных

неорганических оснований (60°С)

X С1 Вг I

м+ 1л+ и+ К+ кь Сз+ Ве2+ Мд Са Бг Ва п+

0 20 0 22 0 15 0 15 0 10 0 05 0 08 0 08 0 05 02 0 18 0 24

Для алкилирования хитозана 3-галопропионовыми кислотами впервые были использованы соли металлов - акцепторов галоида Ожидалось, что лучший результат будет достигнут при использовании соли серебра (I), применяемого в органическом синтезе в качестве традиционного акцептора галогена Однако результаты эксперимента демонстрируют (табл 3), что самая низкая степень алкилирования

наблюдается при использовании солей свинца, в то время как самая высокая - солей таллия (I) '

Таблица 3

Характеристика продуктов реакции замещения при использовании акцепторов галогена (20°С)

X С1 Вг I

мп+ РЬ Аё+ тг РЬ Аё+ ТГ РЬ А8+ Т1+

0 0 12 0 10 0 0 0 01 0 01 0 03 0 18

Показано, что применение органических оснований умеренной силы обеспечивает наибольшую БЭ, как и в случае неорганических оснований (табл 4) Несомненным преимуществом обладает триэтиламин как более дешевый и доступный реагент, обеспечивающий в то же время наибольшую степень замещения

Таблица 4

Характеристика продуктов реакции замещения при использовании органических оснований (60°С), Ру - пиридин, 2,6-Ьи - 2,6-лутидин, БтаРу - 4-Ы,Ы-диметиламинопиридин, ОаЬсп- 1,5-диазобицикло[4 3 0]нон-5-ен

Основание Ру" 2,6-Ьи ЭтаРу МезИ ЭаЬсп Ви4КОН

рКа 5 23 6 62 95 98 11 01 >13 Сильное

Б8 0 02 0 16 0 14 0 17 0 23 0 21 0 15

2-Карбоксиэтилирование при рН=14 также протекает, но продукт имеет низкую степень замещения (08=0 21 - 0 34) и содержит не только Ы-, но и О-замещенный полимер Использование ультразвука для ускорения гетерогенной при таких рН реакции к значительному повышению ВБ не приводит, но позволяет получать 2-карбоксиэтилхитозан (КЭХ) непосредственно из хитина В этом случае реакция гидролиза амидной связи предшествует реакции замещения

Общим недостатком рассмотренных процессов в растворе является низкая концентрация хитозана (1-1 5%), которая используется для проведения химического модифицирования хитозана во всех литературных источниках Мы предположили, что для 2-карбоксизтилирования хитозана возможно применение более концентрированных растворов хитозана (15-20%), которые представляют собой жесткие гели (студни) Используя установленные выше наиболее реакционно-способные системы, мы провели 2-карбоксиэтилирование хитозана в состоянии физического геля (табл 5) Реакционная смесь представляет собой гомогенный гель,

который не требует перемешивания в процессе синтеза, реакция осуществляется исключительно за счет диффузии низкомолекулярных реагентов в среде геля Реакция осуществляется в течение суток В растворах такие высокие величины П8 могут быть достигнуты только в течение 5 дней или более Наиболее удобно использовать наиболее дешевую хлорпропионовую кислоту и триэтиламин

Таблица 5

2-Карбоксиэтилирование хитозана 3-галопропионовыми кислотами в геле (60°С, 24 ч)

X С1 Вг I С1 Вг I С1

Основание - - - 1л2С03 1л2С03 1л2С03

0 26 0 35 0 37 0 83 1 00 1 02 0 96

Таким образом, результатами исследования 'Ы-2-карбоксиэтилирования 3-галопропионовыми кислотами являются во-первых, необходимость использования основания средней силы (карбонат лития или триэтиламин), обеспечивающего наибольшую степень >1-2-карбоксиэтилирования, во-вторых, разработка специфического метода полимеранапогичного превращения хитозана «синтезом в геле», обеспечивающего высокие степени замещения за более короткий промежуток < времени по сравнению с истинными растворами и с бблыиим выходом продукта при одинаковом загрузочном объеме

3.1Ч-2-Карбоксиэтилирование с использованием реакций присоединения

Наиболее реакционно-способным реагентом для 2-карбоксиэтилирования является пропиолактон благодаря наличию напряженного четырехчленного цикла Показано, что в водной суспензии свежеосажденный хитозан подвергается 2-карбоксиэтилированию, но степень Ы-присоединения низкая даже при трехкратном избытке пропиолактона (0й=0 31-0 34), О-присоединение не наблюдается Вероятно, основным направлением реакции является гидролиз Использование такого избытка дорогого и малоустойчивого реагента свидетельствует о нецелесообразности метода При увеличении соотношения пропиолактон хитозан степень присоединения практически не изменяется Вероятно, образовавшаяся на первых стадиях процесса кислота ускоряет его гидролиз, мешая, тем самым, протеканию основной реакции

Для восстановительного 2-карбоксиэтилирования был использован диэтилацеталь формилуксусной кислоты, процесс реализовали согласно схеме 3, при этом степени замещения невысокие (Б8=0 21)

2п, (ЕЮ)3СН ВгСН2СООЕ1-КЕЮ)2СНСН2СООЕ1 -

Схема 3

1 хитозан, НС1 СНг01^

2 ЫаВН X' ^

I мавн^ N но мисНгСНгСООМа

хт.птт 1 хитозан, НС1

> (ЕЮ)2СНСН2СОО^'а

2 КаВН4

Процесс, безусловно, представляет особый интерес, так как обеспечивает образование только продукта К-замещения, однако в изложенном виде превращение требует дальнейшего совершенствования в целях увеличения степени алкилирования

В ряде работ и патентов показано, что возможно непосредственное присоединение акриловой кислоты к аминам даже в воде благодаря равновесию между амином и аммонийной солью Хитозан - полиамин, также способен присоединяться к акриловой кислоте с образованием КЭХ При использовании 0 5-2% растворов даже при большом избытке акриловой кислоты обеспечивается низкая степень замещения (08=0 4) Сонирование реакционной смеси дополнительных преимуществ не дает Нейтрализация части акриловой кислоты карбонатами щелочных металлов как способ предотвращения дезактивации аминогрупп приводит к уменьшению степени замещения (08=0 33-0 37), что свидетельствует о значительно ббльшем снижении реакционной способности акриловой кислоты (фактически ее соли), чем увеличении нуклеофильности аминогруппы хитозана

Было предположено, что в условиях 2-карбоксиэтилирования акриловой кислотой можно также, как и в случае 3-галопропионовых кислот, использовать более концентрированные растворы хитозана - 20% (табл 6) В этом случае тоже образуются жесткие гели, но значительно легче и более воспроизводимо, так как дополнительное введение основания в отличие от 3-галопропионовых кислот не требуется

Сравнение степени замещения 1Ч-(2-карбоксиэтил)хитозана, полученного в системах разной концентрации, четко демонстрирует, что увеличение концентрации хитозана в 10 раз приводит к возрастанию степени замещения При этом следует отметить значительное сокращение времени реакции, снижение температуры процесса и повышение выхода продукта в расчете на единицу загружаемого объема, что создает реальные преимущества данного процесса в случае производства больших количеств КЭХ Кроме того, следует отметить практическое удобство проведения 12

модифицирования Способ позволяет, во-первых, использовать хитозан с большой молекулярной массой, поскольку образующийся гель не требует перемешивания, во-вторых, снижать расход растворителей в процессе как модифицирования, так и выделения продукта, следовательно, более эффективно использовать оборудование Таким образом, в условиях геля акриловая кислота является прекрасным селективно М-карбоксиэтилирующим электрофильным реагентом

Таблица б

Условия проведения реакции присоединения к хитозану «Сонат»

«синтезом в геле» и степень замещения выделенного продукта

Условия проведения реакции Характе >истика продукта

Соотношение акрил к-та хитозан Время, ч П8(т) ОЗ(ё)

Увеличение концентрации хитозана

2 (1%) 60 24 0 31 0 031

2(10%) 60 24 0 62 0 26 0 88

2 (20%) 60 24 0 52 0 44 0 96

2 (50%) 70 12 0 56 0 79 1 35

Увеличение избытка акриловой кислоты

2 50 24 0 50 0 46 0 96

3 50 24 0 48 0 58 1 06

4 50 24 0 41 0 60 1 11

Повышение температуры

2 50 12 0 49 02 0 69

2 70 12 0 63 0 49 1 12

2 90 12 0 66 0 68 1 34

Марка хитозана

2 (АШпсЬ 1о\у) 70 12 0 66 0 55 1 21

2 (АМпсЬ тес1шт) 70 12 0 62 0 58 1 20

2 (Сонат) 70 12 0 63 0 49 1 12

Для хитина, природного предшественника хитозана, гакже как и для целлюлозы - структурно подобного полисахарида, известна способность образовывать коллоиды в водных растворах галогенидов лития Но для хитозана, дезацетилированного производного хитина, таких данных в литературе нет Нами установлено, что хитозан также способен растворяться в концентрированных растворах галогенидов лития и магния В случае использования растворов 1л1 или при определенной концентрации хитозана образуются гели В результате использования таких систем для проведения реакции обнаружены новые закономерности Показано, что, используя раствор 1д1, можно практически нивелировать различие в реакционной способности акриловой кислоты и ее соли Для

13

продукта, полученного в растворе отмечается селективность монозамещения

(75%) при высокой степени замещения (08>1 2), что не наблюдается при использовании кислых гелей

При указанных выше достоинствах использования акриловой кислоты реакционная способность ее эфиров все-таки выше Мы использовали р-акрилоилоксипропионовую кислоту - димер акриловой кислоты

Н+ V5

2 сн2=сн-соон —н2с=сн-с

Т)СН2СН2СООН

обладающую такой же реакционной способностью как эфиры, но при этом в отличие от них неограниченно растворимой в воде и не обладающей высокой летучестью, что позволяет проводить химические реакции при достаточно большой температуре Действительно, при проведении 2-карбоксиэтилирования хитозана в геле использование р-акрилоилоксипропионовой кислоты позволяет достичь лучших результатов, чем при использовании акриловой кислоты (табл 7)

Таблица 7

Условия 2-карбоксиэтилирования хитозана Р-акрилоилоксипропионовой кислотой

и характеристика полученных продуктов (24 ч, 70°С)

Условия проведения реакции Характеристика продукта

Соотношение к-та хитозан Растворитель В8(ш) ОБ

1 20% гель в воде 0 65 0 39 1 04

2 20% гель в воде 071 0 58 1 29

2а 20% гель в воде 0 50 0 80 1 3

1 5% гель в 60% 1л1 0 21 0 021

2 5% гель в 60% Ы 0 36 0 0 36

1ь 5% гель в 60% Ы 0 66 0 0 66

2й 5% гель в 60% Ы 0 63 0 15 0 78

" Использовали 1 экв кислоты и 1 экв калиевой соли 6 Использовали литиевую соль

Таким образом, результатами исследования 2-карбоксиэтилирования акриловой кислотой и ее производными являются во-первых, необходимость использования Р-акрилоилоксипропионовой кислоты, которая обеспечивает наибольшую степень замещения, во-вторых, возможность модифицирования хитозана в некислых гелях (водные растворы 1л1 или М£12), что позволяет получить продукты с селективным монозамещением, в-третьих, проведение реакции в физическом геле, обеспечивающее высокие степени замещения за более короткий промежуток времени 14

по сравнению с истинными растворами и с ббльшим выходом продукта при одинаковом объеме загрузки

4. Молекулярная структура КЭХ

Состав полученных продуктов оценивали на основе данных элементного анализа Химическое строение Ы-(2-карбоксиэтил)хитозана было исследовано методом *Н ЯМР-спектроскопии С помощью специально адаптированной методики съемки спектров при 70°С удалось получить разрешенный спектр, провести отнесение сигналов, определить относительные количества звеньев различного строения и вычислить степень замещения Таким образом, показано, что полученный продукт представляет собой статистический сополимер (3-1>2-амино-2-дезоксиглюкопиранозы, р-В-2-ацетамидо-2-дезоксиглюкопиранозы, Р-В-2-(2-карбоксиэтил)амино-2-дезокси-глюкопиранозы и р-В-2-(2,2-дикарбоксиэтил)амино-2-дезоксиглюкопиранозы, которые соединяются между собой (1—>4) глюкозидными связями (схема 1) Все использованные нами реагенты для модифицирования хитозана дают возможность получить полимер с одинаковым химическим строением, но в зависимости от используемого реагента и от условий реакции получаются продукты с различной надмолекулярной структурой, которая является также важным показателем характеристики строения любого полимера

При использовании разработанных нами условий модифицирования в геле реакцией присоединения можно эффективно получить Ы-(2-карбоксиэтил)хитозан с высокой степенью замещения, имеющий небольшое количество мостиковых связей амидного характера (межмолекулярные сшивки), что строго доказано ИК-, 13С ЯМР спектроскопиями и гель-проникающей хроматографией Дальнейшая обработка такого КЭХ раствором щелочи и осаждение дают продукт, обладающий прекрасной растворимостью в воде

При сравнении двух использованных типов реакций следует заключить, что реакция присоединения, проводимая в системе двух реагентов («синтез в геле») создает возможность одностадийного формирования полимерного материала с привитыми функциональными группами и сшитой молекулярной структурой Этого не позволяет подход, использующий для полимераналогичных превращений разбавленные растворы При использовании реакций замещения и в растворе, и в геле образуется линейным несшитый продукт, степень полимеризации которого можно регулировать составом 3-гапопропионовой кислоты Образующийся из 315

иодпропионовой кислоты галогенид лития способствует расщеплению гликозидных связей, т е понижению молекулярной массы КЭХ При применение 3-хлорпропионовой кислоты такое явление не наблюдается ввиду меньшей активности хлорида лития Необходимость использования в реакциях замещения дополнительного реагента - основания ограничивает возможность применения этого типа реакций по сравнению с реакциями присоединения

Таким образом, при модифицировании хитозана 2-карбоксиэтильными группами нами выработана методология проведения полимераналогичного превращения, согласно которой существует тесная взаимосвязь мевду выбором реагента, условиями модифицирования и требуемыми свойствами нового полимерного материала, т е непосредственно областью его дальнейшего использования

5. Комплексующие и сорбционные свойства КЭХ

Литературные данные свидетельствуют, что благодаря наличию аминогруппы хитозан обладает очень хорошими сорбционными характеристиками к ионам большинства металлов Так как полимерная матрица не является хелатной, высокой емкости и селективности по отношению к какому-либо иону металла хитозан не проявляет Для увеличения последних характеристик в молекулу хитозана вводят функциональные группы, создающие возможность образования хелатного узла С этой точки зрения, КЭХ следует рассматривать как производное р-аланина, который, как известно, проявляет ббльшую селективность комплексообразования, чем его предшествующий гомолог - глицин Таким образом, сочетание координационной структуры полимерной матрицы и хелатной структуры аминокислоты может значительно улучшить характер комплексообразующих свойств хитозана

Исследование комплексообразования 2-карбоксиэтилхитозана с ионами никеля, меди и цинка (ряд Ирвинга-Уильямса) вискозиметрически показало, что при увеличении мольного отношения М2+ -МНСНгСНгСООН вязкость растворов уменьшается, порядок уменьшения вязкости соответствует ряду Си>2п>№ Из данных вискозиметрии следует, что комплексообразование между КЭХ и ионами переходных металлов имеет место, при этом образуется не менее одного, возможно, два комплекса Для количественной оценки комлексообразующих свойств КЭХ методом рН-потенциометрического титрования нами определены состав и устойчивость комплексных соединений с теми же ионами (табл 8) 16

Таблица 8

Логарифмы констант образования комплексов М(КЭХ)х (Ч=250С, ц=0 1 М К>ГОз)

Э8 Тип комплекса Си2+ гп2+

0 42 Р[М(КЭХ)2] 7 03±0 14 10 06±0 02 660±0 08

0 98 р[М(КЭХ)2] - 11 6±0 2 -

1 6 Р[М(КЭХ)] - 6 41±0 11 -

Сравнение констант образования комплексов меди(Н) для КЭХ с разной степенью замещения позволяет сделать вывод о том, что с увеличением ОБ от 0 42 к 1 0 устойчивость комплексов возрастает, при этом состав комплекса не меняется и соответствует М(КЭХ)2 Для подтверждения состава последнего было проведено спектрофотометрическое исследование системы Си2+-КЭХ (08=0 98) С увеличением степени замещения выше единицы состав комплекса изменяется до М(КЭХ) Такая зависимость обусловлена молекулярным строением КЭХ При степени замещения 0 42 в структуре макромолекулы имеются только остатки >1-замещенного р-аланина, которые одноосновны, поэтому состав комплексов М(КЭХ)2 При степени замещения 1 6 в молекуле КЭХ присутствуют и остатки И-замещснного р-аланина и замещенной иминодипропионовой кислоты в соотношении ~ 1 1 Иминодипропионовая кислота и ее Ы-производные двухосновны, поэтому состав комплекса М(КЭХ) Сравнение данных по комплексообразованию для КЭХ с соответствующими данными для соединений, имеющих структурно идентичные функциональные группы, показывает, что исследуемый полимер обладает более высокими комплексующими свойствами по сравнению с исходным хитозаном, благодаря образованию устойчивых шестичленных хелатных колец По сравнению с Р-аланином и иминодипропионовой кислотой КЭХ менее сильный комплексообразователь, что, по-видимому, обусловлено влиянием макромолекулярной природы лиганда на процесс комплексообразования

Для установления строения комплексов КЭХ методом РСА изучено пространственное строение медных комплексов низкомолекулярных соединений, имеющих сходные функциональные группы по сравнению со структурными звеньями КЭХ Непосредственно на самом КЭХ это не представляется возможным, поскольку нерегулярная полимерная природа лиганда не позволяет вырастить монокристаллы как исходного соединения, так и его комплексов В результате для медных комплексов

2-карбоксизтилированных алканоламинов было установлено координационной сферы (табл 9)

строение

Таблица 9

Характеристика молекулярного строения медных комплексов 2-карбоксиэтилированных алканоламинов

Лиганд Состав комплекса Характеристики строения

М-(2-гидроксиэтил)-р-аланин СиЬ2 Октаэдрическое окружение, фациальная конформация Ь

М-(2-гвдроксиэтил)-иминодипропионовая кислота (СиЬ)л Тригонально-бипирамидальное окружение

№(3-гилроксипропил)-р-аланин (Си2Ь2)„ Тетрагонально-пирамидальное окружение, меридиональная конформация Ь

М-(бис(гидроксиметил)-метил)-Р-аланин СиЬ2 Октаэдрическое окружение, меридиональная конформация Ь

Ы-(трис(гидроксиметил)-метил)-(3-аланин Си4Ь4 Октаэдрическое окружение, кубаноподобная структура

На основе изученной координационной сферы иона меди в модельных соединениях, имеющих структурно одинаковые группы с КЭХ, и ранее обсужденных данных по комплексообразованию (константы образования) можно предложить основные способы координации в комплексах Ы-(2-карбоксиэтил)хитозана (схема 3)

сн2он'

\OHjJj-0-

СН20]

>Н /-«"///,,

У-0'

ЩгО —^ СНаОН

Схема 3

Для комплекса состава Си(КЭХ)2 строение может быть охарактеризовано мостиковой моделью (схема За), которая подразумевает образование поперечных хелатных связей между структурными звеньями различных молекул КЭХ Для комплекса Си(КЭХ) более вероятной представляется подвесная модель (схема 36), поскольку при степени замещения больше 1 4 в составе молекулы находятся

преимущественно дизамещенные аминогруппы. Предложенные модели не являются

единственными реализуемыми в процессе комплексообразования N-(2-карбоксиэтил)хитозана с ионами меди Возможно, что, как и в исследованных модельных соединениях, образуются димерные и тетрамерные медьсодержащие структуры или смешанные разнолигандные комплексы

Сопоставление констант ЭПР-спектров медных комплексов модельных низкомолекулярных соединений и КЭХ показывает, что окружение иона меди в комплексе с КЭХ наиболее близко к окружению в комплексе с Ы-(2-гидроксиэтил)-иминодипропионовой кислотой Такие данные свидетельствуют о том, что в конденсированной фазе преимущественно реализуется подвесная модель комплексообразования, в которой комплексы характеризуются сходными константами (&ь Аи), как и для комплексов состава 1 1 с иминодиацетатным лигандами Лиганд в этом случае является трехдентатным и, формируя два хелатных М,0-цикла, занимает три места в экваториальной плоскости медного комплекса

Таким образом, в зависимости от молекулярного строения КЭХ, а именно от степени замещения, сильно зависит характер комплексообразования и строение координационной сферы иона меди При использовании КЭХ в качестве сорбента данные характеристики будут непосредственно влиять на емкость и кинетику сорбции Для превращения полученных материалов в сорбенты было проведено дополнительное сшивание КЭХ химическими и физическими методами Данные по сорбции по отношению к ионам ряда Ирвинга - Уильямса представлены в табл 10

Таблица 10

Результаты сорбции ионов ряда Ирвинга - Уильямса сорбентами на основе КЭХ

ОБ Сшивающий агент Кол-во сорбированного иона, ммоль/г (% от 2)

Со N1» Си 2

02 Эпихлоргидрин 0 0 0 44(86) 0 07(14) 051

02 Глутаровый альдегид 0 05(15) 0 13(38) 0 16(47) 0 0 34

02 Электронный пучок 0 0 0 70(95) 0 04(5) 0 74

1 0 Электронный пучок 0 0 05(3) 1 33(88) 0 13(9) 1 51

Селективность извлечения ионов меди (II) из смеси четырех изовалентных ионов достигает 95% С повышением степени карбоксиэтилирования суммарная сорбционная емкость увеличивается и достигает 1 5—1 7 ммоль/г 0), так как

возрастает число хелатных групп При уменьшении рН и емкость, и селективность

сорбентов уменьшаются Сравнение характеристик сорбции для исходного хитозана (из литературных данных) с полученными характеристиками свидетельствует, что сорбционная емкость повышается более чем в 2 раза при большей селективности

Один из сорбентов (емкость 1 7 ммоль/г) в виде калиевой соли был использован для извлечения катионов металлов из морской воды (бассейн Черного моря вблизи г Новороссийска) Полученные данные демонстрируют, что в первую очередь концентрируются основные компоненты этого раствора - Na, Mg и Са Содержание калия в сорбенте уменьшается Содержание Al, Fe и Zn по отношению к раствору изменяется мало Очень важно, что содержание меди возрастает примерно в 35 раз (для сравнения содержание главного элемента натрия увеличивается в 55 раз) Это может превратить рассмотренный концентрирующий медь хелатный сорбент в «сорбент приморских стран» - стран, имеющих источники хитозана (криль, крабы) и неограниченное количество морской воды

Таким образом, на основании изученных комплексующих свойств КЭХ нами установлено, что из данного полимера возможно формирование высокоемких сорбентов ионов Зё-металлов, причем характеристики сорбции зависят от молекулярной структуры и способа сшивки Отличительной чертой данных сорбентов является высокая селективность сорбции ионов меди (II) в присутствии конкурентных ионов металлов

6. Биоактивные свойства КЭХ

Первоначально мы оценили биодеградируемость КЭХ распространенным ферментом - лизоцимом, который расщепляет Р-(1—>4)-гликозидные связи между глюкозаминовыми остатками, содержащими ацетамидные группы Уменьшение вязкости растворов от времени ферментативного гидролиза (рис 1), показывает, что КЭХ является вполне биодеградируемым полимером, хотя скорость гидролиза уменьшается с увеличением степени замещения - это обеспечивает экологическую безопасность его применения, в том числе и для медицинских целей, поскольку он не будет накапливаться ни в окружающей среде, ни в организме

При изучении антигенотоксичной активности КЭХ на экспериментальной модели - зеленом одноклеточном организме Euglena gracilis установлено, что все протестированные образцы КЭХ с разной DS оказывают значительное защитное (антимутагенное) действие от таких мутагенов, как офлоксацин и акридиновый оранжевый (АО) (рис 2) Эффективность действия КЭХ возрастает с повышением его 20

концентрации, при этом в случае офлоксацина защитное действие возрастало с увеличением 08, а в случае АО - уменьшалось

Время, мин

Рис 1 Зависимость вязкости растворов КЭХ с разной степенью замещения от времени ферментативного гидролиза, рН=5 3, 36°С

С, мкг/ил С, мкг/мл

Рис 2 Эффект КЭХ на генотоксичность офлоксацина (а) и акридин-оранжа (б) по отношению к Euglena gracilis

В отличие от широко известной противовирусной активности хитозана в растениях КЭХ в наших исследованиях не проявил заметной активности по отношению к вирусу табачной мозаики (ВТМ), хотя р-аланин, использованный как модельное соединение, уменьшал количество некрозов

Оценка влияния КЭХ на развитие септориоза пшеницы первоначально изучалось воздействием исследуемых субстратов на прорастание спор патогенного гриба Septoria nodorum Увеличение DS (рис 3) способствует прорастанию спор, при

этом дополнительные микроскопические наблюдений показали морфологические изменения структуры гифа. Такое неожиданное явление открывает перспективу к скринингу КЭХ в качестве ускорителя развития культурных грибов в биотехнологических процессах.

к ш

8

М- к_ Ж V.V.

ill ' 1'"' 1 s «л Щ

\0\ ■ m

ш II

^ У 1 йййй йй (•И

хнтомн КЭХ 0,47 КЭХ 0,91 Ь-алншцг

Рис. 3. Влияние различных субстратов па прорастание спор Septoria mdorum

В качестве конкретного прикладного использования ЮХ в медицинских целях мы применяли композиции на его основе для изготовления адгезивов для съемных зубных протезов. Как оказалось, клеевая композиция на основе КЭХ обеспечивает лучшие адгезивные свойства по сравнению с хитозаном. Использование глицериновых гелей хитозана или КЭХ обеспечивает защиту пациентов от токсического действия остаточного количества мономера (метилакрилага или метилметакрилата), всегда ирисутствующего в материале протеза. Дополнительным преимуществом КЭХ является его биодеструктируемость под действием не только лизоцима, но и й-амилазы, входящей в состав слюны, I (аооры ферментов, имеющихся в составе зубных паст, также вызываю! деструкцию КЭХ, что обеспечивает полную очистку зубного протеза от использованной клеящей композиции.

выводы

1 Комплексно изучено 2-карбоксиэтилирование хитозана с использованием реакций замещения и присоединения по Михаэлю, выявлены оптимальные реагенты и условия для проведения реакции в растворе Установлено, что в случае 3-галопропионовых кислот необходимо использовать 3-хлорпропионовую кислоту и основания умеренной силы, в случае реакций присоединения оптимальным реагентом является р-акрилоилоксипропионовая кислота

2 Разработан принципиально новый подход осуществления полимераналогичных превращений хитозана (К-2-карбоксиэтилирования) путем проведения реакций в геле, сформированном из доступных исходных реагентов

3 Установлено, что в зависимости от условий получения N-(2-карбоксиэтил)хитозана при одностадийном введении функциональных групп формируется различная надмолекулярная структура - сшитая или линейная, что позволяет использовать полученные полимеры для разных практических целей

4 Выявлено, что водорастворимый в широкой области рН N-(2-карбоксиэтил)хитозан с линейной структурой обладает антимутагенными и фунгифильными свойствами Предварительные исследования показали способность субстрата к биоразрушению

5 Предложены клеевые композиции для стоматологических целей на основе Ы-(2-карбоксиэтил)хитозана, обладающие защитными функциями в отношении мономерных компонентов съемных зубных протезов и необходимой адгезионной силой

6 Показана возможное 1ь создания специфического сорбционного материала, обладающего высокой емкостью сорбции и селективностью по отношению к ионам меди (II) На основании изучения координационных свойств модельных 2-карбоксиэтилированных алканоламинов и комплексующих свойств N-(2-карбоксиэтил)хитозана предложено строение преимущественно образующихся комплексов последне! о в растворе и конденсированной фазе

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

Монография.

1 Пестов А В , Ятлук Ю Г Карбоксилалкилированные производные хитина и хитозана Екатеринбург УрО РАН, 2007 102 с

Статьи-

2 Пестов А В , Журавлев Н А, Ятлук Ю Г «Синтез-в-геле» - новый метод получения карбоксиэтилхитозана//Журн прикл химии, 2007 №7 С 1170-1174

3 Пестов А В, Вировец А В, Подберезская Н В , Ятлук Ю. Г Синтез и кристаллическая структура нового кубаноподобного медного комплекса на основе N-карбоксиэтил-/ярис(гидроксиметил)аминометана // Коорд химия, 2007 №9 С 681— 686

4 Pestov А V , Peresypkma Е V, Virovets А V , Podberezskaya N V , Yatluk Y G , Skonk Y A Bis[N-(2-hydroxyethyl)-p-alamnato]copper(II) // Acta Crystallogr, 2005 V C61 (2005) m510-m512

5 Скорик Ю A, Пестов А В , Ятлук Ю Г Карбоксиэтилированный хитозан — селективный сорбент ионов переходных металлов // Вестник УГТУ-УПИ Сер хим , 2004 №7 С 53-55

6 Пестов А В, Скорик Ю А, Ятлук Ю Г Взаимодействие хитозана с р-галопропионовыми кислотами в присутствии катионов акцепторов галоида // Вестник УГТУ-УПИ Сер хим, 2004 №7 с 80-82

7 Пестов А В , Скорик Ю А, Ятлук Ю Г Закономерности алкилирования хитозана p-галопропионовыми кислотами в присутствии различных оснований // Вестник УГТУ-УПИ Сер хим, 2004 №7 С 93-98

8 Пузырев И С , Пестов А В , Ятлук Ю Г, Соковнин С Ю , Балезин М Е Синтез и свойства сорбентов на основе карбоксиалкилированных хитозанов, сшитых наносекундными пучками электронов // Сорбционные и хроматографические процессы, 2006 № 6, Ч 2 С 1017-1021

9 Пестов А В , Пузырев И.С , Ятлук Ю Г , Соковнин С Ю , Балезин М Е Новый хелатный сорбент на основе карбоксиэтилхитозана // Сорбционные и хроматографические процессы, 2006 №6, Ч 2 С 1012-1016

10 Пестов АВ, Скорик ЮА, Ятлук ЮГ Исследование карбоксиэтилирования хитина и хитозана акриловой и 3-бромпропионовой кислотами // Достижения в органической химии (Сб тр молодых ученых ИОС УрО РАН) Екатеринбург, 2003 С 120-124

11 Скорик ЮА, Коган Г, Крижкова Л, Ятлук ЮГ, Пестов А В Хемоселективное карбоксиэгилирование хитина и хитозана и антимутагенная активность 1^-(2-карбоксиэтил)хитозанов // Материалы VII Междунар конф «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана», СПб - Репино, 2003 С 46-50

12 Пестов АВ, Бондарь ЮА, Мирсаев ТД, Скорик ЮА, Ятлук ЮГ Стоматологические материалы на базе хитозана и карбоксиэтилхитозана // Материалы VIII Междунар конф «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» Казань, 2006 С 233-235

13 Пестов А В , Шумилина Д В , Приданников М В , Джавахия В Г, Ятлук Ю Г Исследование влияния карбоксиэтилхитозана на развитие вируса табачной мозаики и септориоза пшеницы // Материалы VIII Междунар конф «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» Казань, 2006 С 343—346

14 Пузырев И С , Пестов А В , Ятлук Ю Г Сшитые N-карбоксиэтилхитозаны -сорбция переходных металлов // Бутлеровские сообщения, 2006 № 1 С 41—45

Патенты РФ:

15 Пат РФ 2307103 МКИ С08В37/08 Способ получения карбоксиэтилхитозана / Пестов АВ, Ятлук ЮГ Per № 2005136796 Заявл 25 11 2005 Опубл 16 01 07

Тезисы докладов:

16 Pestov А V , Skorik Y А, Yatluk YG, Kogan G A facile method for the preparation ofN-carboxyalkyl chitosan derivatives //Междунар конф «The carbohydrate workshop» Постов, 2003, P4

17 Пестов АВ, Корякова OB, Скорик ЮА, Ятлук ЮГ Исследование степени карбоксиэтилирования хитина и хитозана с помощью ИК-спектроскопии диффузного отражения // XVI Уральская конференция по спектроскопии Новоуральск, 2003 С 196-197

18 Пестов АВ, Скорик ЮА, Ятлук ЮГ Карбоксиэтилпроизводные глюкозамина // VII Науч школа-конференция по органической химии Екатеринбург, 2004 С 371

19 Pestov А V , Yatluk YG, Skorik YA, Barkov AY Carboxyethylation of chitosan by 3-halopropionic acids in the presence of halogenide acceptors // Internation Symposium on Advances in Synthetic, Combinatorial and Medicinal Chemistry Moscow, 2004 P16

20 Yatluk Y G, Skorik Y.A, Pestov A V Metal complexation and sorption properties of N-(2-carboxyethyl)chitosan // 7th International Seminar "Scientific Advances in Chemistry Heterocycles, Catalysis and Polymers as Driving Force" Ekaterinburg, 2004 P213-P214

21 Skorjk Y A , Akopova T A, Vladimirov L V , Pestov A V , Yatluk Y G Solid state reaction of chitosan with acrylamide // 6th International Conference of the European Chitin Society Poznan, 2004 P 69

22 Соковнин С Ю , Балезин М Е, Ятлук Ю Г, Пестов А В Сшитые наносекундными электронными пучками сорбенты на основе N-карбоксиэтилхигозана // IV Баховская конференция по радиационной химии М , 2005 С 117

23 Pestov А V, Yatluk YG, Skorik YA In-Gel Synthesis of N-(2-carboxyethyl)chitosan // Advances in Chitin Science and Technology Proc of 7th Asia-Pacific Chitm and Chitosan Symposium, Busan, 2006 P 90-91

24 Соковнин С Ю , Балезин М Е , Ятлук Ю Г , Пестов А В , Пузырев И С Адсорбционная технология очистки сточных вод гидрометаллургических комбинатов на основе карбоксиэтилхитозана // Междунар науч -техн конф «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» Екатеринбург, 2006 С 227

25 Pestov АV, Kogan G, Skorik YA, Yatluk YG, Pajtmka M In-gel carboxyethylation of chitosan and the molecular architecture of the products // Symposium on Polymer Architecture «From Structure to Functional control» Budapest, 2006 P 295

26 Пестов А В , Вировец А В , Пересыпкина E В , Подберезская Н В , Ятлук Ю Г Синтез и структура комплекса меди на основе N-карбоксиэтил-трис(гидроксиметил) аминометана // IV Национальная кристаллохимическая конференция Черноголовка, 2006 С 170-171

27 Pestov А V , Skorik Y А, Yatluk Y G In-gel carboxyethylation of chitosan by P-halopropiomc acids // 10th International Conference on Chitin and Chitosan Montpellie, 2006 P 76

28 Yatluk Y G , Pestov A V , Skorik Y A Novel unique reagent for preparation of carboxyethylchitosan - P-acryloyloxypropiomc acid // 10th International Conference on Chitm and Chitosan Montpellie, 2006 P 77

Подписано в печать 19 04 07 Формат 60x84/16 Уел печ л 1,6 Тираж! 00 экз Заказ № 102

Размножено с готового оригинал-макета в типографии "Уральский центр академического обслуживания" 620219, г Екатеринбург, ул Первомайская, 91

1. введение.

2. карбоксиалкилированныехитозаны: получение и свойства.

2.1. основные методы карбоксиалкилирования хитозана.

2.1.1. Карбоксиалкилировапие в реакциях нуклеофилыюго замещения.

2.1.2. Восстановительное карбоксиалкилировапие.

2.2. 1-карбоксиэтилхитозаи: получение и свойства.

2.3. 2-Кареоксиэтилхитозаи: получение и свойства.

2.3.1. Карбоксишилирование реакциями нуклеофилыюго замещения.

2.3.2. Карбоксишилирование реакциями нуклеофилыюго присоединения.

2.3.3. Свойства 2-карбоксютилхитозана.

3. обсуждение результатов.

3.1. n-2-карбоксиэтилирование с использованием реакций замещения.

3.1.1. N-2-Карбоксютилирование в кислых условиях.

3.1.2. N-2-Карбоксютилирование в присутствии неорганического основания.•.

3.1.3. N-2-Карбоксютилирование в присутствии органического основания.

3.1.4. N-2-Карбоксютилирование с использованием ультразвукового воздействия.

3.1.5. N-2-Карбоксютилирование методом «синтез в геле».

3.2. n-2-карбоксиэтилирование с использованием реакций присоединения.

3.2.1. N-2-Карбоксютилирование пропиолактоном.

3.2.2. Восстановительное N-2-карбоксютилирование.

3.2.3. N-2-Карбоксютилирование акриловой кислотой и ее солями.

3.2.4. N-2-Карбоксютилированиеp-акрилоилоксипропионовой кислотой.

3.3. МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА.

3.4. Комилексующие и сорбционные свойства.

3.4.1. Комплексообраювание №(2-карбоксиэтил)хитозана.

3.4.2. Строение координационной сферы медного комплекса.

-(2-карбокситил)хитозана.

3.4.3. Сорбционные материалы на основе 1Ч-(2-карбоксютил)хитозана.

3.5. биоактивные свойства.

3.5.1. Энзиматическая деструктируемость №(2-карбоксютил)хитозана.

3.5.2. Антигенотоксичная активность 1Ч-(2-карбоксютил)хитозана.

3.5.3. Активность №-(2-карбоксттил)хитозаиа по отношению. к вирусу табачной мозаики.

3.5.4. Активность К-(2-карбоксютил)хитозана по отношению. к патогенному грибу пшеницы - Septoria nodorum.

3.5.5. Стоматологические материалы на базе №(2-карбоксютил)хитозана.

4. экспериментальная часть.

4.1 использованные методы и оборудование.

4.2. характеристики использованных реагентов.

4.3. синтез исходных и вспомогательных реагентов.

4.3. Ы-2-КАРБОКСИЭТИЛИРОВА11ИЕ С ИСПОЛБЗОВА11ИЕМ РЕАКЦИЙ ЗАМЕЩЕ11ИЯ.

4.4. N-2-КАРБОКСИЭТИЛИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕАКЦИЙ ПРИСОЕДИНЕНИЯ.

4.5. синтез сорбентов.

4.6. AI1алитические методики.

4.7. ИССЛЕДОВА11ИЕ БИОАКТИВ11ых СВОЙСТВ Ы-(2-КАРБОКСИЭТИЛ)хитоза1 IA.

5. выводы.

Актуальность проблемы. Хитозан - полисахарид, строение которого практически идентично строению целлюлозы, однако вместо гидроксильной группы у второго атома углерода пирапозного цикла он содержит аминогруппу. В отличие от целлюлозы и своего природного предшественника хитина, из которого его получают путем дезацетилирования, хитозан обладает существенно лучшей реакционной способностью. Первичная аминогруппа обладает более сильными нуклеофильными свойствами, чем гидроксильная, ее наличие обеспечивает полимеру способность растворяться в водных растворах кислот, поэтому в отличие от целлюлозы и хитина, некоторые химические реакции с хитозаном можно проводить в гомогенных водных или водно-метанольных средах. Сорбенты на основе хитозана используются для поглощения ионов большинства металлов. Благодаря высокой биологической активности хитозана его использование в биологии и медицине привело к настоящему "хитозановому буму". В настоящее время существуют методы промышленного производства хитозана, он является вполне доступным и достаточно дешевым полимером, что создает прекрасные предпосылки для создания новых видов сорбентов, биосовместимых и биобезопасных материалов на его основе.

Одним из магистральных направлений модифицирования хитозана является карбоксиалкилирование. Образующиеся в результате такой модификации производные аминокислот являются более сильными комплексообразователями, чем исходный хитозан. Ковалентное модифицирование хитозана остатками карбоновых кислот придает молекуле амфолитный характер, обеспечивает растворимость субстратов в широком интервале рН, повышает адгезионные свойства полимера к различным поверхностям, в особенности, к поверхностям биологического происхождения, что позволяет использовать карбоксиалкилхитозаны в качестве компонентов клеев для медицинских целей. Биологическая активность карбоксиалкильных производных хитозана позволяет рассчитывать на их применение в различных областях жизнедеятельности человека.

Широко известны карбоксиметильные производные хитозана, которые обладают антибактериальной, антифунгийной активностью, используются для ускорения восстановления живых тканей, в системах доставки лекарств.

Карбоксиэтильные производные хитозана описаны в ограниченном количестве работ, наличие остатка Р-аланина в совокупности с целлюлозоподобной матрицей открывает широкие перспективы для высокоселективного комплексообразования с ионами переходных металлов. Хорошо известная биологическая активность производных р-аланина в сочетании с хитозановой основой позволяет рассчитывать на биологические аспекты применения указанных производных. Таким образом, задача разработки методов синтеза и исследования свойств карбоксиэтилхитозанов является актуальной, поскольку их применение потенциально шире и перспективнее по сравнению с исходным хитозаном.

Цель работы. Разработка методов синтеза Ы-(2-карбоксиэтил)хитозана на основе комплексного изучения активности хитозана в реакциях замещения и присоединения по Михаэлю, исследование биоактивных свойств продукта и его адсорбционной способности к ионам металлов для формирования на его основе материалов, имеющих полезное прикладное значение.

Научная новизна.

• Впервые комплексно изучено 2-карбоксиэтилирование хитозана с использованием реакций замещения и присоединения по Михаэлю, выявлены оптимальные реагенты и условия для проведения реакции в растворе.

• Разработан принципиально новый подход осуществления полимераналогичных превращений хитозана (2-Ы-карбоксиэтилирования) на основе проведения реакций в геле, сформированном из доступных исходных реагентов.

• Определены закономерности формирования различной надмолекулярной структуры (сшитой или линейной) в зависимости от используемого реагента и условий проведения реакции.

• Обнаружены антимутагенные и фунгифильные свойства N-(2-карбоксиэтил)хитозана. Предварительные исследования показали способность субстрата к ферментативному биоразрушению.

• Установлены строение координационной сферы медных комплексов модельных N-2-карбоксиэтилированных алканоламипов и комплексующие свойства Ы-(2-карбоксиэтил)хитозана, предложено строение преимущественно образующихся комплексов последнего в растворе и конденсированной фазе.

• Показана высокая селективность сорбции >1-(2-карбоксиэтил)хитозанов по отношению к ионам меди (II) в смеси ионов ряда Ирвинга-Уильямса в области низких концентраций.

Практическая ценность. Предложен ранее неизвестный экспериментально удобный и технологичный метод получения полимера - N-(2-карбоксиэтил)хитозана - с использованием практически доступных реагентов методом «синтез в геле», который может быть внедрен в промышленное производство. На основе продукта со сшитой структурой получен сорбционный материал, для которого установлены высокая емкость сорбции и селективность по отношению к ионам меди (II) при низкой концентрации соответствующего металла в растворе. Это делает данный полимер перспективным для использования, как в гидрометаллургических производствах, так и при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов. Для водорастворимого в широкой области рН полимерного продукта с линейной структурой выявлены полезные биоактивные свойства, предварительные исследования показали биобезопасность полученного полимера. Предложено формировать на его основе клеевые композиции для стоматологических целей, обладающие хорошей адгезией и защитными функциями по отношению к материалам съемных зубных протезов.

5. ВЫВОДЫ

1. Комплексно изучено 2-карбоксиэтилирование хитозана с использованием реакций замещения и присоединения по Михаэлю, выявлены оптимальные реагенты и условия для проведения реакции в растворе. Установлено, что в случае 3-галопропионовых кислот необходимо использовать 3-хлорпропионовую кислоту и основания умеренной силы, в случае реакций присоединения оптимальным реагентом является Р-акрилоилоксипропионовая кислота.

2. Разработан принципиально новый подход осуществления полимераналогичных превращений хитозана (N-2-карбоксиэтилирования) путем проведения реакций в геле, сформированном из доступных исходных реагентов.

3. Установлено, что в зависимости от условий получения 2-карбоксиэтилхитозана при одностадийном введении функциональных групп формируется различная надмолекулярная структура: сшитая или линейная, что позволяет использовать полученные полимеры для разных практических целей.

4. Выявлено, что водорастворимый в широкой области рН 2-карбоксиэтил хитозан с линейной структурой обладает антимутагенными, антиокислительпые и фунгифильными свойствами. Предварительные исследования показали способность субстрата к биоразрушению.

5. Предложены клеевые композиции для стоматологических целей на основе 2-карбоксиэтилхитозана, обладающие защитными функциями в отношении мономерных компонентов съемных зубных протезов и необходимой адгезионной силой.

6. Показана возможность создания специфического сорбционного материала, обладающего высокой емкостью сорбции и селективностью по отношению к ионам меди (II). На основании изучения координационных свойств модельных 2-карбоксиэтилированных алканоламинов и комплексующих свойств 2-карбоксиэтилхитозана предложено строение преимущественно образующихся комплексов последнего в растворе и конденсированной фазе.

1. Muzzarelli R.A.A. Carboxymethylated chitins and chitosans. // Carbohydr. Polym., V. 8(1988). P. 1-21.

2. Ravi Kumar M. N. V., Muzzarelli R.A.A., Muzzarelli C., Sashiwa H., Domb A.J. Chitosan Chemistry and Pharmaceutical Perspectives. // Chem. Rev., V. 104 (2004). P.6017-6084.

3. Crini G. Recent developments in polysaccharide-based materials used as adsorbents in wastewater treatment. // Prog. Polym. Sci., V. 30 (2005). P. 38-70.

4. Плиско E.A., Нудьга Л.А., Данилов C.H. Хитин и его химические превращения. // Успехи химии, Т. 46 (1977), №8. С. 1470-1487.

5. Нудьга Л.А. Производные хитина и хитозана и их свойства. В кн. Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение. / Под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В .П. Варламова. М.: Наука, 2002. - С. 141-177.

6. Okimasu S., Senju R. II. The molecular form and the degree of polymerization of glycol chitin from the viewpoint of the viscosity of its aqueous solution. // J. Agric. Chem. Soc. Japan, V. 23 (1950). P. 437-441.

7. Данилов C.H., Плиско E.A. Изучение хитина. IV. Получение и свойства карбоксиметилхитина. //Журн.общ. химии, Т. 31 (1961), №2. С. 469^73.

8. Rinaudo М., Pham Le Dung, Milas M. A new and simple method of synthesis of carboxymethylchitosans. // Proceedings of the 5th International Conference on Chitin and Chitosan. Princeton, 1991 (Publ. 1992). P. 516-525.

9. Han S.-M., Ahn B.-J., Kim Y.-W., Kim Y.-B., Yu К.-Л., Lee S.-J. The Novel Synthesis of Carboxymethyl-chitin by a New Process. // J. Korean Chem. Soc., V. 45 (2001), №4. P. 334-340.

10. Wan A.C.A., Khor E., Wong J.M., Hastings G.W. Promotion of calcification on carboxymethylchitin discs. //Biomaterials, V. 17 (1996). P. 1529-1534.

11. Tokura S., Nishi N., Tsutsumu A., Somorin O. Studies on chitin. VIII. Some properties of water soluble chitin derivatives. // Polym. J., V. 15 (1983), №6. P. 485489.

12. Hultin E. Carboxymethyl Chitin, a New Substance Suitable for the Determination of Chitinase Activity. //Acta Chem. Scand., V. 9 (1955), №1. P. 192-193.

13. Trujillo R. Preparation of carboxymethylchitin. // Carbohydr. Res., V. 7 (1968), №4. P. 483^185.

14. Пат. 4619995 США; Chem. Abstr., V. 106(1987), P. 104137y.

15. Xie W., Xu P., Wang W., Liu Q. Preparation of Water-Soluble Chitosan Derivatives and Their Antibacterial Activity. // J. Appl. Polym. Sci., V. 85 (2002). P. 1357-1361.

16. Guan Y., Liu X., Fu Q., Li Z., Yao K. Effects of N,0-dicarboxymethyl chitosan on phase behavior and morphological structure of chitosan/viscose rayon blends. // Carbohydr. Polym., V. 36 (1998). P. 61-66.

17. Chen X.-G., Park H.-J. Chemical characteristics of O-carboxymethyl chitosans related to the preparation conditions. // Carbohydr. Polym., V. 53 (2003). P. 355-359.

18. Пат. 1666459 СССР; Chem. Abstr., V. 116(1992), P.216693q.

19. Tokura S., Yoshida J., Nishi N., Hiraoki T. Studies on chitin. VI, Preparation and properties of alkyl-chitin fibers. // Polym. J., V. 14 (1982), №4. P. 527-536.

20. Пат. 2185387 РФ; Chem. Abstr., V. 138 (2003), P. 273220m.

21. Пат. 2044741 РФ; Chem. Abstr., V. 124 (1996), P. 320036d.

22. Пат. 1329095 Китай; Chem. Abstr., V. 138 (2003), P. 57728r.

23. Chen X.-G., Wang Z., Liu W.-S., Park H.-J. The effect of carboxymethyl-chitosan on proliferation and collagen secretion of normal and keloid skin fibroblasts. // Biomaterials, V. 23 (2002). P. 4609^1614.

24. Li Z., Zhuang X.P., Liu X.F., Guan Y.L., Yao K.D. Study on antibacterial O-carboxymethylated chitosan/cellulose blend film from LiCl/ N,N-dimethylacetamide solution. // Polymer, V. 43 (2002). P. 1541-1547.

25. Wu Y.G., Chan W. L., Szeto Y.S. Preparation of O-Carboxymethyl Chitosans and Their Effect on Color Yield of Acid Dyes on Silk. // J. Appl. Polym. Sci., V. 90 (2003). P. 2500-2502.

26. Park J.V., Park D.M., Park K.K. Characterization and metal ion binding properties of carboxymethylchitosan. // Polymer (Korea), V. 10 (1986), №6. P. 641-645.

27. Somorin О., Nishi N., Tokura S. Preparation and some properties of water soluble chitin derivatives. // Proceedings of the 2th International Conference on Chitin and Chitosan, Tottori, 1982. P. 45-56.

28. Kim Y.-B., Lim J.-S., Kang S.-J., Han S.-M. A Gruide for Productive Processes of CM-chitin Preparation.// Proceedings of the International Conference on Chitin and Chitosan, "Chitin and Chitosan in Life Science". Tokyo, 2001. P. 501-506.

29. Пат. 13512A1 Европа; Chem. Abstr., V. 93 (1980), P. 188090b.

30. Tokura S., Nishimura S., Nishi N. Studies on chitin. IX. Specific binding of calcium ions by carboxymethyl-chitin. // Polym. J., V. 15 (1983), №8. P. 597-602.

31. Hijerde R.J.M., Varum K.M., Tokura S., Smidsrod O. Chemical composition of O-(carboxymethyl)-chitins in relation to lysozyme degradation rates. // Carbohydr. Polym., V.34 (1997), №3. P. 131-139.

32. Chen L., Du Y., Wu H., Xiao L. Relationship Between Molecular Structure and Moisture-Retention Ability of Carboxymethyl Chitin and Chitosan. // J. Appl. Polym. Sci., V, 83 (2002). P. 1233-1241.

33. Miva A., Ishibe A., Nakano M., Yamahira Т., Itai S., Jinno S., Kawahara H. Development of Novel Chitosan Derivatives as Micellar Carriers of Taxol. //Pharm. Res., V. 15 (1998). P. 1844-1850.

34. Пат. 1666459 СССР; Chem. Abstr., V. 116 (1992), P. 216693q.

35. Ge H.-C., Luo D.-K. Preparation of carbooxymethyl chitosan in aqueous solution under microwave irradiation. // Carbohydr. Res., V. 340 (2005). P. 1351-1356.

36. Cravotto G., Tagliapietra S., Robaldo В., Trotta M. Chemical modification of chitosan under high-intensity ultrasound. // Ultrason. Sonochem., V. 12 (2005). P. 9598.

37. Акопова T.A., Роговина C.3., Вихорева Г.А., Зеленецкий С.Р. Получение карбоксиметиловых эфиров хтитна и хитозана в условиях пластического течения. // Высокомол. соединения, сер. Б, Т. 37 (1995), №10. С. 1797-1801.

38. Chen L., Du Z. T.Y.Synthesis and рН sensitivity of carboxymethyl chitosan-based polyampholyte hydrogels for protein carrier matrices. // Biomaterials, V. 25 (2004). P. 3725-3732.

39. Li Z., Zhuang X., Liu X., Guan Y., Yao K. Rheological Study on 0-Carboxymethylated Chitosan/Cellulose Polyblends from LiCl /N,N-Dimethylacetamide Solution. //J. Appl. Polym. Sci., V. 88 (2003). P. 1719-1725

40. Zhang L., Guo J., Peng X., Jin Y. Preparation and Release Behavior of Carboxymelhylated Chitosan/Alginate Microspheres Encapsulating Bovine Serum Albumin.// J. Appl. Polym. Sci., V. 92 (2004). P. 878-882.

41. Liu X. F., Guan Y.L., Yang D. Z., Li Z., Yao K.D. Antibacterial Action of Chitosan and Carboxymethylated Chitosan. // J. Appl. Polym. Sci., V. 79 (2001). P. 13241335.

42. Xie W., Xu P., Liu Q. Antioxidant Activity of Water-Soluble Chitosan Derivatives. // Bioorg. Med. Chem. Lett., V. 11 (2001). P. 1699-1701.

43. Lee Y., Shin E.M., Noh S.T. Pervaporation separation of water-ethanol through modified chitosan membranes. II. Carboxymethyl, carboxyethyl, cyanoethyl and amidoxime chitosan membranes. // Angew. Makromol. Chem., V. 192 (1991). P.169-181.

44. Sun Т., Xu P., Liu Q., Xue J., Xie W. Graft copolymerization of methacrylic acid onto carboxymethyl chitosan. // Eur. Polym. J., V. 39 (2003). P. 189-192.

45. Kittur F.S., Prashanth K.V. H., Sankar K.U., Tharanathan R.N. Charactherization of chitin, chitosan and their carboxymethyl derivatives by differential scanning calorimetry. // Carbohydr. Polym., V. 49 (2002). P. 185-193.

46. Li Z., Liu X., Zhuang X., Guan Y., Yao K. Manufacture and Properties of Chitosan/TV, OCarboxymethylated Chitosan/Viscose Rayon Antibacterial Fibers. // J. Appl. Polym. Sci., V. 84 (2002). P. 2049-2059.

47. Пат. 2185387 РФ; Chem. Abstr., V. 138 (2003), P. 273220m.

48. Rinaudo M., Pham Le Dung, Milas M. Substituent distribution on O, N-carboxymethylchitosans by !H and ,3C n.m.r. // Int. J. Biol. Macromol., V. 14 (1992). P. 122-128.

49. Гладышев Д.Ю., Базт М.Р., Вихорева Г.А., Гальбрайх J1.C., Овсепян A.M., Лавут Е.Э., Панов В.П. Строение и фракционный состав карбоксиметилового эфира хитозана. //Высокомол. соединения, сер. Б, Т. 32 (1990), №7. С. 503-505.

50. Baumann Н., Faust V. Concepts for improved regioselective placement of 0-sulfo, N-sulfo, jV-acetyl, and N-carboxymethyl groups in chitosan derivatives. // Carbohydr. Res., V. 331(2001). P. 43-57.

51. Tokura S., Tamura H. Chitin and its Derivatives as Biomedical Materials. // Adv. Chitin Sci., V. 3 (1999). (Eds. R.H. Chen, H.C. Chen). P 55-71.

52. Chen L.Y., Du Y. Aggregation Behavior of 3,6-O-Carboxymethylated Chitin in Aqueous Solutions. //J. Appl. Polym. Sci., V. 86 (2002). P. 1838-1843.

53. Kurita K. Preparation and Evaluation of Novel Type of Chitin Derivatives. // Adv. Chitin Sci., V. 2 (1998).(Eds. A.Domard, G.A.F. Roberts, K.M. Varum). P. 320-327.

54. Hackman R.H., Goldberg M. Light-Scattering and Infrared-Spectrophotometric Studies Of Chitin and Chitin Derivatives. // Carbohydr. Res., V. 38 (1974). P. 35^15.

55. Пат. 897929 Европа; Chem. Abstr., V. 128 (1998), P. 14297a.

56. Пат. W09706782; Chem. Abstr., V. 126 (1997), P. 242892e.

57. Pestov A.V., Skorik Y.A., Yatluk Y.G., Kogan G. A facile method for the preparation of N-carboxyalkyl chitosan derivatives. // Proceedings of the International Conference "The carbohydrate workshop", Gustow, 2003, P4.

58. Baba Y., Yamashita Т., Kawano Y., Uchida Y. Antifungal activity of aqueous soluble chitosan derivatives on Fusarium and Verticillium. II J. Chem. Soc. Japan, V.l (1996). P.48-53.

59. Kim C.H., Choi K.S. Synthesis and properties of carboxyalkyl chitosan derivatives. // J. Ind. Eng. Chem., V. 4 (1998), №1. P. 19-25.

60. Muzzarelli R.A.A., Tanfani Т., Emanuelli M., Mariotti S. N-(carboxymethylidene)chitosans and N-(carboxymethyl)chitosans: novel chelating polyampholytes obtained from chitosan glyoxylate. // Carbohydr. Res., V. 107 (1982), №2. P. 199-214.

61. Pham Le Dung, Milas M., Rinaudo M., Desbrieres J. Water soluble derivaties obtained by controlled chemical modifications of chitosan. // Carbohydr. Polym., V. 24 (1994), №5. P. 209-214.

62. Muzzarelli R.A.A., Ramos V., Stanic V., Dubini В., Mattioli-Belmonte M., Tosie G., Giardino R. Osteogenesis promoted by calcium phosphate ЛУУ-dicarboxymethyl chitosan. // Carbohydr. Polym., V. 36 (1998). P. 267-276.

63. Colo G.Di., Zambito Y., Burgalassi S., Nardini I., Saettone M.F. Effect of chitosan and of N-carboxymethylchitosan on intraocular penetration of topically applied ofloxacin. // Int. J. Pharm., V. 273 (2004). P. 37^4.

64. Muzzarelli R.A.A., Ilari P.L., Petrarulo M.Solubility and structure of N-carboxymethylchitosan. // Int. J. Biol. Macromol., V. 16 (1994). P. 177-180.

65. Muzzarelli R.A.A., Muzzarelli C., Tarsi R., Miliani M., Gabbanelli F., Cartolari M. Fungistatic Activity of Modified Chitosans against Saprolegnia parasitica. // Biomacromol., V. 2 (2001). P. 165-169.

66. Muzzarelli R.A.A. Amphoteric derivatives of chitosan and their biological significance. // Proceedings of the 4th International Conference on Chitin and Chitosan. Trondheim, 1988. (Pub. 1989). P. 87-99.

67. Muzzarelli R., Weckx M., Filippini O., Lough C. Characteristic properties of N-Carboxybutyl chitosan. // Carbohydr. Polym., V. 11 (1989), №4, P. 307-320.

68. Rinardo M., Desbrieres J., Le Dung P., Thuy Binh P., Dong N.T. NMR investigation of chitosan derivatives formed by the reaction of chitosan with levulinic acid. // Carbohydr. Polym., V. 46 (2001). P. 339-348.

69. Muzzarelli R.A.A., Ilari P., Tomasetti M. Preparation and characteristic properties of 5-methyl pyrrolidinone chitosan. // Carbohydr. Polym., V. 20 (1993). P. 99-105.

70. Santos K.S.C.R., Silva H.S.R.C., Ferreira E.I., Bruns R.E. 32 Factorial design and response surface analysis optimization of iV-carboxybutylchitosan synthesis. // Carbohydr. Polym., V. 59 (2005), №1. P. 37^2.

71. Hirano S., Kondo Y., Inui H., Hirano F., Nagamura K., Yoshizumi T. Muraminan (polymuramic acid) and related compounds derived from chitosan. // Carbohyd. Polym., V.31 (1996). P. 29-33.

72. Shigemasa Y., Ishida A., Sashiwa H., Saimoto H., Okamoto Y., Minami S., Matsuhashi A. Synthesis of a new chitin derivative, (l-carboxyethyl)chitosan. // Chem. Lett., 1995. P. 623-624.

73. Ragoussis V., Leondiadis L., Livaniou E., Evangelatos G.P. A simpl approach to the1 I ^synthesis of muramic acid and isomuramic acid: H and С NMR characterization. // Carbohydr. Res., V. 297 (1997). P. 289-295.

74. Matsushima Y., Park J.T. Stereospecific Synthesis of 2-Amino-3-0-(D-l'-carboxyethyl)-2-deoxy-glucose (Muramic Acid) and Related Compounds. // J. Org. Chem., V. 27 (1962). P. 3581-3583.

75. Muzzarelli R., Zattoni A. Glutamat glucan and aminogluconate glucan, new chelating polyampholytes obtained from chitosan. // Int. J. Biol. Macromol., V. 8 (1986). P. 137.

76. Chiessi E., Palleschi A., Paradossi G., Venanzi M., Pispisa B. Conformational features and chelating ability of branched-chain chitosan derivatives. // J. Chem. Res. (M), 1991. P. 2426-2454.

77. Paradossi G., Chiessi E., Venanzi M., Pispisa B. Branched-chain analogues of linear polysaccharides: a spectroscopic and conformational investigation of chitosan derivatives. // Int. J. Biol. Macromol., V. 14 (1992). P.73-80.

78. Chiessi E., Paradossi G., Venanzi M., Pispisa B. Association complexes between Fe (III) or Cu(II) ions and chitosan derivatives. A thermodynamic and spectroscopic investigation. //Int. J. Biol. Macromol., V. 15 (1993). P. 145-151.

79. Chiessi E., Paradossi G., Venanzi M., Pispisa B. Copper Complexes Immobilized to chitosan. // J. Inorg. Biochem., V. 46 (1992). P. 109-118.

80. Chiessi E., Pispisa B. Polymer-supported catalysis: oxidation of catecholamines by Fe (III) and Си (II) complexes immobilized to chitosan. // J. Mol. Catal., V. 87 (1994). P.177-193.

81. Skorik Y.A., Gomes C.A.R., Vasconcelos Т. M. S.D., Yatluk Y.G. N -(2-Carboxyethyl)ehitosans: regioselective synthesis, characterisation and protolytic equilibria. // Carbohyd. Res., V. 338 (2003). P. 271-276.

82. Sashiwa H., Yamamori N., Ichinose Y., Sunamoto J., Aiba S. Chemical Modification of Chitosan, 17a, Michael Reaction of Chitosan with Acrylic Acid in Water. // Macromol. Biosci., V. 3 (2003), №5. P. 231-233.

83. Mincheva R., Manolova N., Paneva D., Rashkov I. Preparation of polyelectrolyte-containing nanofibers by electrospinning in the presence of a non-ionogenic water-soluble polymer. // J. Bioactive Compatible Polym., V. 20 (2005). P. 419^135.

84. Mincheva R., Manolova N., Paneva D., Rashkov I. Novel polyelectrolyte complexes between N-carboxyethylchitosan and synthetic polyelectrolytes. // Eur. Polym. J., V. 42 (2006). P. 858-868.

85. Пат. 2002308901 Япония; Chem. Abstr., V. 137 (2002), P. 312633z.

86. Пат. W00030658; Chem. Abstr., V. 133 (2000), P. 22418j.

87. Sashiwa H., Shigemasa Y., Roy R. Novel N-Alkylation of Chitosan via Michael Type Reaction. // Chem. Lett., 2000. P. 862-863.

88. Aoi K., Seki Т., Okada M., Sato H., Mizutani S., Ohtani H., Tsuge S., Shiogai Y. Synthesis of a novel TV-selective ester functionalized chitin derivative and water-soluble carboxyethylchitin. // Macromol. Chem. Phys., V. 201 (2000). P. 1701-1708.

89. Tokura S., Nishi N., Nishimura S., Ikeuchi Y. Studies on chitin. X. Cyanoethylation of chitin. // Polym. J., V. 15 (1983). P. 553-556.

90. Нудьга JI.A., Плиско E.A., Данилов C.H. // Журн. общ. химии, Т. 45 (1975), №5. С.1145-1149.

91. Dong Y., Yuan Q., Wu Y., Wang M. Studies on the Effect of Substitution Degree on the Liquid Crystalline Behavior of Cyanoethyl Chitosan. // J. Appl. Polym. Sci., V. 76 (2000). P. 2057-2061.

92. Lobaki E., Sicsic S., Le Goffic F. Modification chimique du chitosane avec la 8-gluconolactone, la P-propiolactone et la glycidol. // Eur. Polym. J., V. 25 (1989), JV«4. P.379-384.

93. Sashiwa H., Yamamori N., Ichinose Y., Sunamoto J., Aiba S. Michael Reaction of Chitosan with Various Acryl Reagents in Water. // Biomacromol., V. 4 (2003), №5. P.1250-1254.

94. Sashiwa H., Shigemasa Y., Roy R. Chemical modification of chitosan 11: chitosan-dendrimer hybrid as a tree like molecule. // Carbohydr. Polym., V. 49 (2002). P. 195-205.

95. Sashiwa H., Yajima H,, Aiba S.-i. Synthesis of a Chitosan-Dendrimer Hybrid and Its Biodegradation. // Biomacromol., V. 4 (2003). P. 1244-1249.

96. Erlenmeyer E. Ann., 191 (1878) 281-283

97. Маргулис M.A. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях): Учеб. пособие для хим. и хим. технол. спец. вузов. - М.: Высш. шк. -1984.-272 с.

98. К. Kurita Controlled functionalization chitosan of the polysaccharide chitin. // Prog. Polym. Sci., V. 26 (2001). P. 1921-1971.

99. Gresham T.L., Jansen J.E., Shaver F.W., Gregory J.T., Beears W.L. p-Propiolactone. V. Reaction with Alcohols. // J. Am. Chem. Soc., V. 70 (1948). P. 1004-1006.

100. Gresham T.L., Jansen J.E., Shaver F.W., Gregory J.T., Beears W.L. 0-Propiolaetone. XI. Reaction with Ammonia and Amines. // J. Am. Chem. Soc., V. 73 (1951). P. 3168-3171.

101. Салов B.H., Зильберман B.H., Краснов B.JI. Взаимодействие акриловой кислоты с аминами в водных растворах. // Изв. ВУЗов. Химия и хим. техн., Т. 28 (1985), №8. С. 21-25.

102. Головяшкина Л.Ф., Гривцова Л.Н. Реакции акриловой кислоты с ароматическими аминами. // Узб. хим. журнал, 1971, № 5. С. 79-82.

103. Tan C.Y.K., Wainman D., Weaver D.F. N-, a-, and P-substituted 3-aminopropionic acids: design, syntheses and antiseizure activities. // Bioorg. Med. Chem., V. 11 (2003). P. 113-121.

104. Y. Gao, K.-H. Lee, M. Oshima, S. Motomizu Adsorption behavior of metal ions on cross-linked chitosan and the determination of oxoanions after pretreatment with a chitosan column. // Anal. Sci., V. 16 (2000). P. 1303-1308.

105. Varma A.J., Deshpande S.V., Kennedy J.F. Metal complexation by chitosan and its derivatives: a review. // Carbohydr. Polym., V. 55 (2004). P. 77-93.

106. Дятлова H. M., Темкина В. Я., Колпакова И. Д. Комплексоны. М.: Химия. -970.-416 с.

107. Sorlier P., Denuzie' re A., Viton С., Domard A. Relation between the Degree of Acetylation and the Electrostatic Properties of Chitin and Chitosan. // Biomacromol., V. 2 (2001). P.765-772.

108. Park J.W., Choi K.H. Acid-base equilibria and related properties of chitosan. // Bull. Kor. Chem. Soc., V.4 (1984), №2. P. 68-72.

109. Park J.W., Park W. Mechanism of metal ion binding to chitosan in solution. Cooperative inter- and intramolecular chelation. // Bull. Kor. Chem. Soc., V.5 (1984), №3.P. 108-112.

110. Guo Z.C., Han L., Ни В., Li S.N. Spectra characteristics of the complexes of glucosamine and carboxymethyl glucosamine with ferrum(II), zinc(II), cobalt(II) and copper(II). // Spectr. Spectral Anal., V. 22 (2002), № 6. P. 963-966.

111. Rhazi M., Desbrieres J., Tolaimate A, Rinaudo M., Vottero P., Alagui A. Contribution to the study of the complexation of copper by chitosan and oligomers. // Polymer, V. 43 (2002), № 4. P. 1267-1276.

112. Sovago I., Kiss Т., Gergely A. Critical survey of the stability constants of complexes of aliphatic amino acids. // Pure Appl. Chem., V. 65 (1993), № 5. P. 1029— 1080.

113. Скорик Ю. А., Неудачина Jl. К., Вшивков А. А. Корреляционный анализ кислотно-основных и комплексообразующих свойств ^№ди(2-карбоксиэтил)-анилинов. // Журн. общ. химии, Т. 69 (1999), № 2. С. 285-301 .

114. Skorik Y. A., Gomes С. A. R., Podberezskaya N.V., Romanenko G.V., Pinto L.F., Yatluk Y.G. Complexation Models of N-(2-Carboxyethyl)chitosans with Copper(II) Ions. // Biomacromol., V. 6 (2005). P. 189-195.

115. Молочников Л.С., Радионов Б.К. Комплексообразование ионов меди (И) с мономерными оксиаминами, эпокси- и этиленаминовыми олигомерами. // Журн. физ. химии, Т. 69 (1995), № 5. С. 849-854.

116. Ngah W.S.W., Endud C.S., Mayanar R. Removal of copper(II) ions from aqueous solution onto chitosan and cross-linked chitosan beads. // React. Funct. Polym., V. 50 (2002). P. 181-190.

117. Zhao L., Mimoto H., Nagasawa N., Yoshii F., Kume T. Radiation synthesis and characteristic of the hydrogels based on carboxymethylated chitin derivatives. // Carbohydr. Polym., V. 51 (2003). P. 169-175.

118. Ершов Б.Г. Радиационно-химическая деструкция целлюлозы и других полисахаридов. // Успехи химии, Т. 67 (1998), № 4. С. 353-375.

119. Wasikiewicz J.M., Yoshii F., Nagasawa N., Wach R.A., Mitomo H. Degradation of chitosan and sodium alginate by gamma radiation, sonochemical and ultraviolet methods. // Radiat. Phys. Chem., V. 73 (2005). P. 287-295.

120. Cuer R.G., Lilchoj E.B. N-carboxymethylchitosan: algistatic and aldicidal properties. // Biotechnol. Tech., V. 4 (1990), № 4. P. 275-280.

121. Ramesh H.P., Viswanatha S., Tharanathan R.N. Safety evaluation of formulations containing carboxymethyl derivatives of starch and chitosan in albino rats. // Carbohydr. Polym., V. 58 (2004), № 4. P. 435-441.

122. Osuji G.O., Cuero R.G. Regulation of Ammonium Ion Salvage and Enhancement of the Storage Protein Contents of Corn, Sweet Potato, and Yam Tuber by N-( Carboxymethyl)chitosan Application. // J. Agric. Food Chem., V. 40 (1992). P. 724734.

123. Notsu S., Saito N., Kosaki H., Inui H., Hirano S. Stimulation of phenylalanine ammonia-lyase activity and lignification in rice callus treated with chitin, chitosan and their derivatives. // Biosci. Biotech. Biochem., V. 58 (1994), № 3. P. 552-553.

124. Hirano S., Yamamoto Т., Hayashi M., Nishida Т., Inui H. Chitinase activity in seeds coated with chitosan derivatives. // Agric. Biol. Chem., V. 54 (1990), № 10. P. 2719-2720.

125. Cuero R.G., Osuji G.O., Washington A. N-Carboxymethychitosan inhibition of aflatoxin production: role of zinc. // Biotech. Lett., V. 13 (1991), № 6. P. 441^144.

126. Yusof N.L.B.M., Lim L.Y., Khor E. Preparation and characterization of chitin beads a wound dressing precursor. // J. Biomed. Mater. Res., V.54 (2001). P. 59-68.

127. Tokura S., Tamura H. O-Carboxymethylchitin Concentration in Granulocytes during Bone Repair. // Biomacromol., V. 2 (2001). P. 417-421.

128. Elson C., Davies D., Hauschka P., Zaharian В., Drohan W. Biocompatibilitv of N,0-carboxymethylchitosan. // Chitin World. (Eds. Z.S. Karnicki, M.M. Brzeski, P.J. Bykowski, A. Wojtasz-Pajak). Bremerhaven, 1994. P.321-327.

129. Ильина A.B., Варламов В.П. Энзимология синтеза и деградации хитина и хитозана. В кн. Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение. / Под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова. М.: Наука, 2002. - С. 79-111.

130. Yalpani М., Pantaleone D. An examination of the unusual susceptibilities of aminoglycans to enzymatic hydrolysis. // Carbohydr.Res., V. 256 (1994). P. 159-175.

131. Pantaleone D., Yalpani M., Scollar M. Unusual susceptibility of chitosan to enzymic hydrolysis. // Carbohydr.Res., V. 237 (1992). P. 325-332.

132. Muzzarelli R.A.A., Xia W., Tomasetti M., Ilari P. Depolymerization of chitosan and substituted chitosans with the aid of a wheat germ lipase preparation. // Enz.Microb.Technol., V. 17 (1995). P. 541-545.

133. Hutadilok N., Mochimasu Т., Hisamori H., Hayashi K., Tachibana H., Ishii Т., Hirano S. The effect of N-substitution on the hydrolysis of chitosan by an endo-chitosanase. // Carbohydr.Res., V. 268 (1995). P. 143-149.

134. Ohe T. Analysis antigenotoxiti of capacity chitosan. // Sci. Total. Environ., V. 181 (1996). P. 1-5.

135. Krizkova L., Horniak L., Slavikova., Ebringer L. Influencing oflocsacin and acridic orange on a unicellular organism Euglena gracilis. // Folia Microbiol., V. 41 (1996). P. 329-332.

136. Krizkova L., Nagy M., Polonyi J., Ebringer L. Genotoxic operating oflocsacin and acridic orange on DNA of Euglena gracilis. // Mutation Res., V. 416 (1998). P. 85-92.

137. Чирков C.H. Противовирусная активность хитозана. // Прикл. Биохим. Микробиол., Т. 38 (2002), № 1. Р. 5-13.

138. Грушко Я. М. Вредные органические соединения в промышленных сточных водах. Справочник. JI.: Химия, - 1982. - 215 с.

139. Материаловедение в стоматологии. / Под ред. А. И. Рыбакова. М.: Медицина, - 1984. - 424 с.

140. Мирсаев Т.Д., Жолудев С.Е., Ятлук Ю.Г. Сравнительная оценка адгезивных свойств различных клеев для съемных зубных протезов. // Уральский стоматологический журнал, 2002, №1. С. 40^12.

141. Власова И.В., Кузьмин Г.В., Блинникова А.Д. Спектрофотометрическое определение метилметакрилата как способ контроля качества стоматологических изделий. // Вестник Омского университета, 1999, № 1. С. 3334.

142. Koppang R., Berg Е., Dahm S., Real С., Floysstrand F. A method for testing denture adhesives. //J. Prosthetic Dentistry, V.73 (1995), №5. P. 486^191.

143. Zhao X., Kato K., Fukumoto Y., Nakamae K. Synthesis of bioadhesive hydrogels from chitin derivatives. // Int. J. Adhes. Adhes. V.21 (2001). P. 227-232.

144. Sheldrick G.M. SAD ABS, Program for empirical X-ray absorption correction, Bruker-Nonius, 1990-2004.

145. Sheldrick G.M. SHELX-97 Release 97-2. University of Goettingen, Germany, 1998.

146. Н. Д. Черонис, Т. С. Ма Микро- и полумикрометоды органического функционального анализа.-М.: Химия. 1973.-487 с.

147. Gans P., Sabatini A., Vacca A. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1985, № 6. P. 1195158. Israel M., Zoll E.C., Muhamad N., Modest E.I. Synthesis and Antitumor

148. Evaluation of the Presumed Cytotoxic Metabolites of Spermine and N,N'-bis(3-aminopropyl)nonan-I,9-diamine. // J. Med. Chem., V. 16 (1973), №1. P. 1-5.

149. Пат. СССР № 438639, МКИ C07C 53/32. Способ получения р-хлорпропионовой кислоты./ Шаров В.Г., Колядюк Б.Г. № 1852683/23-4. Заявл. 28.11.72. Опубл.05.08.74. Приоритет 28.11.72.

150. Синтезы органических препаратов. Сборник 2. М.: Изд-во иностр. лит-ры. - 1949.-655 с.

151. Справочник химика, том II. -Д.: Химия. 1971.- 1168 с.

152. Методы химии углеводов. / Под ред. Кочеткова Н.К. М.: Мир. - 1967. - 170 с.

153. Пат. США № 4152513. МКИ С07Н15/02. Preparation of alkyl glycosides of amino sugars. / Austin P. R., Reed G. A. US 19770802424. Заявл. 01.06.77. 0публ.05.01.79. Приоритет 01.06.77.

154. Шерлин C.M., Берлин А.Я., Серебренникова T.A., Рабинович Ф.Е. Конденсация и полимеризация а,р-ненасыщенных альдегидов и кислот. III. Полимеризация акролеина и акриловой кислоты и сроение их димеров. // Журн. общей химии, Т. 8 (1938), № 1. С. 22-34.