FR2857970A1 - Deacetylation of chitin or chitosan for production of material for use e.g. as a pharmaceutical excipient, involves heating with alkali solution, each heating stage being preceded by at least 6 freeze-thaw cycles under vacuum - Google Patents
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Abstract
Description
ii
PROCEDE DE PRODUCTION DE CHITOSANEPROCESS FOR PRODUCING CHITOSAN
DE HAUT POIDS MOLECULAIRE TOTALEMENT DESACETYLE HIGH TOTALLY DESACETYL MOLECULAR WEIGHT
La présente invention se rapporte au domaine des biopolymères, plus particulièrement à celui des chitosanes; elle porte sur un procédé de désacétylation hétérogène de la chitine et/ou du chitosane, basé sur un traitement thermo- mécano-chimique, afin d'obtenir du chitosane de haut poids moléculaire totalement désacétylé. The present invention relates to the field of biopolymers, more particularly to that of chitosans; it relates to a process of heterogeneous deacetylation of chitin and / or chitosan, based on a thermomechanical-chemical treatment, to obtain chitosan of high molecular weight totally deacetylated.
La chitine est, avec la cellulose, le polysaccharide le plus répandu dans la nature. La chitine est un copolymère constitué d'unités de répétition Dglucosamine et N-acétyl D-glucosamine liées 13,(1->4). Elle présente un degré d'acétylation (DA, qui représente le pourcentage en nombre, ou fraction molaire, des résidus N-acétyl glucosamine dans le polymère), généralement supérieur à 80%, ce qui lui confère la propriété d'être complètement insoluble en milieu aqueux. Chitin is, along with cellulose, the most common polysaccharide in nature. Chitin is a copolymer consisting of 13-linked Dglucosamine and N-acetyl D-glucosamine repeating units, (1-> 4). It has a degree of acetylation (DA, which represents the percentage in number, or mole fraction, of the N-acetyl glucosamine residues in the polymer), generally greater than 80%, which gives it the property of being completely insoluble in aqueous medium.
Industriellement, la chitine est extraite d'exosquelettes d'arthropodes tels que le homard, le crabe, la crevette (dans ce cas, il s'agit de la chitine c), ou de l'endosquelette de céphalopodes tels que le calamar (dans ce cas il s'agit de la chitine >). Industrially, chitin is extracted from exoskeletons of arthropods such as lobster, crab, shrimp (in this case, it is chitin c), or the endoskeleton of cephalopods such as squid (in which this case it is chitin>).
La chitine, semi-cristalline, est constituée d'un réseau de fibres organisées. La chitine existe principalement sous deux formes allotropiques: - la chitine ca, dont les chaînes polysaccharidiques sont disposées de façon antiparallèle entre plans de chaîne successifs, ce qui donne naissance à de nombreux ponts hydrogène, et, par conséquent, à une rigidité importante et une faible réactivité de la chitine cc vis à vis de la désacétylation; la chitine ac n'est pas soluble dans les solvants aqueux et ne gonfle que très faiblement en milieu aqueux; - la chitine À, dont les chaînes polysaccharidiques sont toutes parallèles entre elles; les ponts hydrogène y sont moins nombreux, ce qui confère à la chitine 3 une meilleure réactivité et hydrophilie: elle présente ainsi la capacité de gonfler fortement dans l'eau. Chitin, semi-crystalline, consists of a network of organized fibers. Chitin exists mainly in two allotropic forms: - chitin ca, whose polysaccharide chains are arranged antiparallel between successive chain planes, which gives rise to many hydrogen bridges, and, consequently, to a high rigidity and low reactivity of chitin cc with respect to deacetylation; chitin ac is not soluble in aqueous solvents and swells only very weakly in an aqueous medium; - chitin A, whose polysaccharide chains are all parallel to each other; Hydrogen bridges are less numerous, which gives chitin 3 a better reactivity and hydrophilicity: it thus has the capacity to swell strongly in water.
Le chitosane, dérivé désacétylé de la chitine, est un copolymère linéaire de D-glucosamine et N-acétyl D-glucosamine liés P,(1->4). Il est obtenu par désacétylation partielle de la chitine et présente la particularité, par définition, d'être soluble dans les acides dilués, ceci contrairement à la chitine. Cette propriété est acquise, lors d'une désacétylation hétérogène, pour un DA inférieur à 40 %. Chitosan, a deacetylated derivative of chitin, is a linear copolymer of β-linked D-glucosamine and N-acetyl D-glucosamine (1-> 4). It is obtained by partial deacetylation of chitin and has the characteristic, by definition, of being soluble in dilute acids, this in contrast to chitin. This property is acquired, during a heterogeneous deacetylation, for a DA less than 40%.
Le chitosane possède donc un nombre beaucoup plus important de groupes amine libres que la chitine. A l'état cristallin, le chitosane ne possède, de plus, qu'une seule variété allotropique. Chitosan therefore has a much larger number of free amine groups than chitin. In the crystalline state, chitosan has, moreover, only one allotropic variety.
Le chitosane est utilisé à l'échelle industrielle dans des domaines variés: traitement des déchets, transformation des aliments, cosmétologie, médecine, biotechnologie. Grâce à ses propriétés de biodégradabilité, biorésorbabilité, biocompatibilité et de non toxicité, il est utilisé largement dans de nombreuses applications pharmaceutiques: comme excipient dans des dispositifs pharmaceutiques conventionnels; comme système de libération contrôlée de médicaments; comme principe actif: hypocholestérolémiant, bactériostatique, cicatrisant des plaies. Chitosan is used on an industrial scale in various fields: waste treatment, food processing, cosmetology, medicine, biotechnology. Due to its biodegradability, bioabsorbability, biocompatibility and non-toxicity properties, it is widely used in many pharmaceutical applications: as an excipient in conventional pharmaceutical devices; as a controlled drug delivery system; as active principle: hypocholesterolemic, bacteriostatic, healing wounds.
L'efficacité des chitosanes est fonction de leur poids moléculaire et de leur degré d'acétylation, étant due plus particulièrement à la présence de groupes amine réactifs. The effectiveness of chitosan is a function of their molecular weight and degree of acetylation, being due more particularly to the presence of reactive amine groups.
Le chitosane utilisé dans l'industrie pharmaceutique doit être caractérisé d'une manière rigoureuse en termes de: qualité, propriétés intrinsèques (pureté, poids moléculaire, degré de désacétylation), forme physique. Chitosan used in the pharmaceutical industry must be characterized in a rigorous manner in terms of: quality, intrinsic properties (purity, molecular weight, degree of deacetylation), physical form.
Le poids moléculaire et le degré de désacétylation du chitosane pourront influencer un bon nombre de facteurs tels que sa solubilité en milieu aqueux, sa capacité de gonflement et sa vitesse de dégradation enzymatique. Ces paramètres influencent non seulement les propriétés physico-chimiques du chitosane, mais aussi: sa biodégradabilité, son activité immunologique et ses propriétés mécaniques ou rhéologiques. The molecular weight and degree of deacetylation of chitosan may influence a number of factors such as its aqueous solubility, swelling capacity, and rate of enzymatic degradation. These parameters influence not only the physico-chemical properties of chitosan, but also: its biodegradability, its immunological activity and its mechanical or rheological properties.
Dans le cas de nombreuses applications en pharmacie et en cosmétologie, un taux de désacétylation voisin de 100% est nécessaire. L'intérêt d'obtenir un chitosane totalement désacétylé se rapporte également à d'autres propriétés du chitosane, notamment à ses propriétés électrostatiques, qui sont à la base de nombreuses interactions. Aussi, I'utilisation du chitosane totalement désacétylé permet entre autre de préparer des séries homogènes de chitosane, de même distribution moléculaire; dans ce cas, le chitosane sera réacétylé à des degrés d'acétylation différents, rigoureusement caractérisés, ceci étant particulièrement utile et important dans les applications pharmaceutiques mais aussi dans de nombreuses autres applications. In the case of many applications in pharmacy and cosmetology, a deacetylation rate close to 100% is necessary. The interest of obtaining a totally deacetylated chitosan also relates to other properties of chitosan, in particular to its electrostatic properties, which are at the root of many interactions. Also, the use of totally deacetylated chitosan makes it possible, among other things, to prepare homogeneous series of chitosan, of the same molecular distribution; in this case, the chitosan will be reacetylated at different degrees of acetylation, rigorously characterized, this being particularly useful and important in pharmaceutical applications but also in many other applications.
Il existe plusieurs méthodes pour déterminer le degré de désacétylation du chitosane: - la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire RMN; - la titration potentiométrique linéaire (titration volumétrique); - la spectrophotométrie UV (ultra-violet) à partir de la dérivée première; - la spectroscopie IR (infra-rouge) à transformée de Fourrier; - le dichroisme circulaire; - l'analyse élémentaire; - la chromatographie en phase gazeuse. There are several methods for determining the degree of deacetylation of chitosan: NMR nuclear magnetic resonance spectroscopy; - linear potentiometric titration (volumetric titration); UV spectrophotometry (ultraviolet) from the first derivative; - IR (infrared) spectroscopy with Fourier transform; - circular dichroism; - elementary analysis; gas chromatography.
La précision des valeurs obtenues par ces différentes méthodes est, cependant, très variable (comme rapporté par plusieurs auteurs, par exemple T. A. Khan et al. dans J. Pharm. Pharmaceut Sci. 5(3) :205-212, 2002). A titre d'exemple, le seuil de détection de la méthode de mesure du degré de désacétylation est proche de 1% pour la spectroscopie IR, alors qu'il est inférieur à 0,1% dans le cas de la spectroscopie RMN du proton. The accuracy of the values obtained by these different methods is, however, highly variable (as reported by several authors, for example T.A. Khan et al., J. Pharm Pharmaceutical Sci., 5 (3): 205-212, 2002). By way of example, the detection threshold of the method of measuring the degree of deacetylation is close to 1% for IR spectroscopy, while it is less than 0.1% in the case of proton NMR spectroscopy.
De même, l'estimation du poids moléculaire moyen du chitosane dépend de la méthode de mesure utilisée. Le poids moléculaire moyen d'un polymère peut être mesuré par une des méthodes suivantes - la chromatographie d'exclusion stérique; - la viscosimétrie; - la photométrie de diffusion de la lumière laser à l'aide d'un détecteur laser mlultiangles. Similarly, the estimation of the average molecular weight of chitosan depends on the measurement method used. The average molecular weight of a polymer can be measured by one of the following methods - size exclusion chromatography; - viscometry; photometry of diffusion of the laser light by means of a laser detector multiculp.
Le chitosane de haut poids moléculaire présente des propriétés mécaniques et rhéologiques nouvelles: viscosité élevée, capacités améliorées de former des films, des fils ou des hydrogels physiques, utiles notamment pour les applications du chitosane en médecine et dans les biotechnologies. The high molecular weight chitosan has new mechanical and rheological properties: high viscosity, improved ability to form films, son or physical hydrogels, useful especially for applications of chitosan in medicine and in biotechnology.
La désacétylation de la chitine peut être réalisée à l'aide d'enzymes appelés chitine-désacétylases, avec de bons rendements. Cependant, cette méthode est limitée à l'échelle du laboratoire en raison du coût élevé des chitines-désacétylases et de leur faible productivité. De ce fait, la transformation de la chitine en chitosane par désacétylation chimique s'impose, grâce à son coût plus réduit et une mise en oeuvre plus simple. La désacétylation chimique de la chitine et/ou du chitosane a lieu au cours d'une réaction en milieu basique (par exemple, avec de la soude concentrée), dont la conséquence est la rupture de la liaison entre le groupe acétyl et le groupe amine lié à l'atome C-2. Une grande variété de techniques de désacétylation chimique a été testée, afin d'obtenir un degré élevé de désacétylation, avec une dégradation du polymère réduite au minimum. En effet, des conditions expérimentales trop agressives peuvent entraîner une forte dépolymérisation, au cours de laquelle la liaison glycosidique 3,(1->4) est rompue. Ces techniques font varier le nombre de traitements, la température du traitement, la durée du traitement, les étapes de lavage et séchage intercalées entre les étapes de traitement, I'utilisation de solvants organiques miscibles à l'eau comme milieu réactionnel, etc. Les conditions habituellement utilisées: solutions de soude à 35-60% (en poids), températures comprises entre 80 et 140 C, temps de traitement allant de trente minutes à plusieurs jours, atmosphère inerte ou présence de composants qui fixent l'oxygène, bien que permettant d'obtenir des degrés de désacétylation élevés, conduisent cependant à une altération importante de la structure macromoléculaire du chitosane. The deacetylation of chitin can be performed using enzymes called chitin-deacetylases, with good yields. However, this method is limited at the laboratory scale because of the high cost of chitin deacetylases and their low productivity. As a result, the conversion of chitin into chitosan by chemical deacetylation is necessary because of its lower cost and simpler implementation. The chemical deacetylation of chitin and / or chitosan takes place during a reaction in a basic medium (for example, with concentrated sodium hydroxide), the consequence of which is the rupture of the bond between the acetyl group and the amine group. linked to the C-2 atom. A wide variety of chemical deacetylation techniques have been tested to achieve a high degree of deacetylation with minimal polymer degradation. Indeed, too aggressive experimental conditions can lead to a strong depolymerization, during which the glycoside bond 3, (1-> 4) is broken. These techniques vary the number of treatments, the treatment temperature, the duration of the treatment, the washing and drying steps interposed between the treatment steps, the use of water-miscible organic solvents as the reaction medium, and the like. The conditions usually used: 35-60% sodium hydroxide solution (by weight), temperatures between 80 and 140 C, treatment time ranging from thirty minutes to several days, inert atmosphere or presence of oxygen binding components, although that allowing to obtain high degrees of deacetylation, however lead to a significant alteration of the macromolecular structure of chitosan.
Le demandeur a constaté que, de manière surprenante, il était possible d'obtenir du chitosane présentant un degré de désacétylation pratiquement de 100%, comme mesuré par RMN 'H et un poids moléculaire très élevé (supérieur à 4,5 x 105 g/mol), comme mesuré par chromatographie d'exclusion stérique, dans des conditions de traitement thermique plus douces: températures inférieures ou égales à 100 C, temps de cuisson compris de préférence entre 20 et 30 min, si chaque étape de cuisson était précédée de plusieurs cycles de congélation-décongélation, au cours desquels une suspension de chitine et/ou de chitosane dans une solution de soude concentrée était congelée, dégazée puis décongelée sous vide à température ambiante. The applicant has found that, surprisingly, it is possible to obtain chitosan having a degree of deacetylation of substantially 100%, as measured by 1 H NMR and a very high molecular weight (greater than 4.5 x 10 5 g / cm 2). mol), as measured by size exclusion chromatography, under milder heat treatment conditions: temperatures of less than or equal to 100 ° C., preferably between 20 and 30 minutes, if each cooking step was preceded by several freeze-thaw cycles, during which a suspension of chitin and / or chitosan in concentrated sodium hydroxide solution was frozen, degassed and then thawed under vacuum at room temperature.
L'invention concerne un procédé de désacétylation au moins partielle de la chitine et/ou du chitosane, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs étapes de cuisson, d'une suspension de chitine et/ou chitosane, dans une solution de soude concentrée, à une température inférieure ou égale à 100 C, pour une durée de préférence comprise entre 20 et 30 min, ladite cuisson étant réalisée dans un réacteur maintenu sous pression réduite et en l'absence de dioxygène, chaque étape de cuisson étant précédée par une succession d'au moins six cycles de gel-dégel, chacun de ces cycles comprenant les étapes suivantes: - a) immerger ledit réacteur dans un milieu réfrigérant jusqu'à congélation complète du milieu réactionnel - b) dégazer ledit réacteur, de façon à obtenir à l'intérieur une pression inférieure à la pression atmosphérique; - c) chauffer progressivement ledit réacteur jusqu'à décongélation complète de ladite suspension. The invention relates to a process for at least partial deacetylation of chitin and / or chitosan, characterized in that it comprises one or more cooking stages, a suspension of chitin and / or chitosan, in a sodium hydroxide solution. concentrated, at a temperature of less than or equal to 100 C, for a duration of preferably between 20 and 30 min, said firing being carried out in a reactor maintained under reduced pressure and in the absence of oxygen, each firing step being preceded by a succession of at least six freeze-thaw cycles, each of these cycles comprising the following steps: a) immersing said reactor in a cooling medium until complete freezing of the reaction medium - b) degassing said reactor, so as to to obtain inside a pressure lower than the atmospheric pressure; c) progressively heating said reactor until complete thawing of said suspension.
Le procédé de l'invention comprend également les étapes suivantes - une étape de neutralisation de la soude du milieu réactionnel jusqu'à l'obtention d'un pH de 8,5 environ; - une étape de lavage à l'eau déminéralisée consistant en plusieurs lavages entrecoupés de centrifugations; - une étape de lyophilisation après congélation. The method of the invention also comprises the following steps - a step of neutralization of the sodium hydroxide of the reaction medium until a pH of about 8.5 is reached; a washing step with demineralized water consisting of several washes interspersed with centrifugations; a freeze-drying step after freezing.
La présente invention concerne un procédé de désacétylation hétérogène de la chitine et/ou du chitosane, dans des conditions plus douces que celles connues dans l'art antérieur: températures de cuisson moins élevées, temps de cuisson plus courts, nombres réduits de cuissons successives comparé à un procédé classique sous atmosphère inerte et à pression ambiante (pour des températures et des durées de réaction équivalentes). The present invention relates to a process for the heterogeneous deacetylation of chitin and / or chitosan, in milder conditions than those known in the prior art: lower cooking temperatures, shorter cooking times, reduced numbers of successive cooking compared to a conventional process under inert atmosphere and at ambient pressure (for equivalent temperatures and reaction times).
Le procédé de désacétylation de la chitine et/ou du chitosane conformément à l'invention consiste en une ou plusieurs étapes de cuisson d'une suspension de chitine dans une solution de soude concentrée, chaque étape étant précédée d'une succession de cycles de gel-dégel de ladite suspension. The deacetylation process of chitin and / or chitosan according to the invention consists of one or more steps of cooking a suspension of chitin in a concentrated sodium hydroxide solution, each step being preceded by a succession of gel cycles. -degree said suspension.
Les différentes étapes du procédé vont être analysées en détail ci-après. Cycles de gel-dégel Une suspension de chitine finement divisée et/ou de chitosane dispersée dans une solution de soude à 50% en poids, constituant le milieu réactionnel, est placée dans un réacteur. Ce milieu réactionnel est donc hétérogène. Chaque cycle de gel-dégel comprend les étapes suivantes: - le réacteur fermé est plongé dans un milieu réfrigérant, par exemple de l'azote liquide, jusqu'à congélation complète dudit milieu réactionnel; - la pression à l'intérieur du réacteur est réduite au moyen d'une pompe qui évacue l'air présent à l'intérieur du réacteur; la pression finale à l'intérieur du réacteur est inférieure à la pression atmosphérique et elle le restera jusqu'à la fin de la réaction; - le milieu réactionnel est chauffé progressivement par immersion dudit réacteur dans de l'eau à température ambiante jusqu'à sa décongélation complète. The different steps of the process will be analyzed in detail below. Freeze-thaw Cycles A suspension of finely divided chitin and / or chitosan dispersed in a 50% by weight solution of sodium hydroxide, constituting the reaction medium, is placed in a reactor. This reaction medium is heterogeneous. Each freeze-thaw cycle comprises the following steps: the closed reactor is immersed in a cooling medium, for example liquid nitrogen, until complete freezing of said reaction medium; the pressure inside the reactor is reduced by means of a pump which discharges the air present inside the reactor; the final pressure inside the reactor is below atmospheric pressure and will remain so until the end of the reaction; - The reaction medium is gradually heated by immersion of said reactor in water at room temperature until complete thawing.
Le demandeur a constaté que, dans ces conditions, le réseau cristallin de la chitine est fortement modifié. Ce phénomène est d'autant plus marqué que le nombre de cycle est important. Un minimum de six cycles de geldégel est nécessaire et suffisant pour déstructurer le réseau cristallin de la chitine. Ce matériau amorphe devient ainsi plus sensible à l'action de la soude, au cours de l'étape de cuisson suivant le dernier cycle de gel-dégel. The plaintiff has found that under these conditions the crystal lattice of chitin is strongly modified. This phenomenon is all the more marked as the number of cycles is important. A minimum of six cycles of freeze is necessary and sufficient to destructure the crystal lattice of chitin. This amorphous material thus becomes more sensitive to the action of sodium hydroxide during the firing step following the last freeze-thaw cycle.
On peut donc caractériser les transformations subies par la chitine et/ou le chitosane au cours des cycles de gel-dégel comme étant dues à une action thermo-mécanique sur leur réseau cristallin. Cuisson La cuisson du milieu réactionnel se fait par étapes, chaque étape ou réaction de cuisson étant précédée d'une succession de cycles de gel-dégel (au minimum six), comme décrit plus haut. La réaction de cuisson a lieu à une température inférieure ou égale à 100 C, de préférence comprise entre 80 et 100 C. La durée d'une réaction de cuisson est de préférence comprise entre 20 et 30 min. Sans l'ouvrir, le réacteur est placé dans un bain d'huile chauffé à la température de cuisson désirée. La réaction de cuisson a lieu à une pression réduite et à une concentration en dioxygène faible. Ceci est particulièrement important, car, dans ces conditions de cuisson, le dioxygène intervient dans le mécanisme réactionnel ayant alors pour conséquence l'hydrolyse et la dégradation du polymère. Pendant toute la durée de la cuisson, le réacteur se trouve sous agitation. We can therefore characterize the transformations undergone by chitin and / or chitosan during the freeze-thaw cycles as being due to a thermomechanical action on their crystal lattice. Cooking The cooking of the reaction medium is done in stages, each step or cooking reaction being preceded by a succession of freeze-thaw cycles (at least six), as described above. The firing reaction takes place at a temperature of less than or equal to 100 ° C., preferably of between 80 ° C. and 100 ° C. The duration of a firing reaction is preferably between 20 and 30 min. Without opening it, the reactor is placed in an oil bath heated to the desired cooking temperature. The baking reaction takes place at a reduced pressure and at a low oxygen concentration. This is particularly important because, under these cooking conditions, oxygen is involved in the reaction mechanism, which results in the hydrolysis and degradation of the polymer. During the entire duration of the cooking, the reactor is under agitation.
Au cours de la deuxième étape de cuisson et sous l'action de la soude, on passe de la structure cristalline de la chitine à la structure cristalline du chitosane, plus stable; c'est donc une action thermo- chimique qui s'exerce sur la chitine et/ou le chitosane pendant la réaction de désacétylation. During the second firing stage and under the action of sodium hydroxide, the crystalline structure of chitin is changed to the crystalline structure of chitosan, which is more stable; it is therefore a thermochemical action which is exerted on chitin and / or chitosan during the deacetylation reaction.
En partant de la chitine ca on obtient, après la première réaction de cuisson, une chitine recristallisée présentant une structure cristalline différente de celle de la chitine ca et proche de la structure cristalline de la chitine 3. Cette technique de désacétylation de la chitine permet donc d'effacer les différences de réactivité qui existent entre la chitine ca et la chitine 3 vis à vis de la désacétylation en améliorant fortement l'efficacité de la réaction en ce qui concerne la chitine c. Ceci est très avantageux, compte tenu des propriétés plus intéressantes de la chitine P3, notamment sa capacité de gonfler dans l'eau, utile dans des applications galéniques et pour les dispositifs médicaux à base de chitine. Starting from the chitin ca, after the first cooking reaction, a recrystallized chitin having a crystalline structure different from that of the chitin ca and close to the crystal structure of the chitin 3 is obtained. This chitin deacetylation technique thus allows to erase the differences in reactivity that exist between chitin-ca and chitin-3 with respect to deacetylation by greatly improving the reaction efficiency with respect to chitin c. This is very advantageous, given the more interesting properties of chitin P3, including its ability to swell in water, useful in galenic applications and for medical devices based on chitin.
Le chitosane totalement désacétylé obtenu selon ce procédé n'est pas complètement amorphe, car il recristallise partiellement à la fin de la cuisson et lors de son isolement. The totally deacetylated chitosan obtained according to this process is not completely amorphous because it recrystallizes partially at the end of cooking and during its isolation.
A la fin de la dernière étape de cuisson, le réacteur est immergé dans l'azote liquide, afin d'abaisser la température du milieu réactionnel à température ambiante, puis il est ouvert. At the end of the last baking step, the reactor is immersed in liquid nitrogen, in order to lower the temperature of the reaction medium to room temperature, and then it is opened.
Le procédé de désacétylation de la chitine et/ou du chitosane de l'invention comprend, en plus des étapes décrites ci-dessus, des étapes supplémentaires de neutralisation, lavage et de lyophilisation. Neutralisation Le produit final obtenu par le procédé de désacétylation décrit est soumis à une étape de neutralisation visant à réduire la concentration en soude dans le milieu réactionnel après son refroidissement en fin de réaction. The method of deacetylation of chitin and / or chitosan of the invention comprises, in addition to the steps described above, additional steps of neutralization, washing and lyophilization. Neutralization The final product obtained by the described deacetylation process is subjected to a neutralization step aimed at reducing the concentration of sodium hydroxide in the reaction medium after its cooling at the end of the reaction.
Ceci est réalisé à l'aide d'une solution d'acide chlorhydrique de faible concentration (0,5 M). Le pH final à la fin de cette étape de lavage doit être proche de 8,5 pour éviter la solubilisation de l'échantillon. This is done using a solution of low concentration hydrochloric acid (0.5 M). The final pH at the end of this washing step should be close to 8.5 to avoid solubilization of the sample.
Lavages Une succession de lavages suit, ce qui a pour but d'éliminer les sels formés (acétate de sodium relargué lors de la désacétylation, et chlorure de sodium produit lors de la neutralisation). Ces lavages sont réalisés à l'aide d'eau distillée contenant de l'ammoniac, ceci afin de remonter le pH de l'eau de lavage à 8,5. Chaque lavage dure un minimum de 30 minutes et est suivi d'une centrifugation destinée à récupérer le produit désacétylé. Lyophilisation Le produit final présent dans une solution de pH 8,5 est soumis à une lyophilisation. On obtient ainsi du chitosane totalement désacétylé. Washing A succession of washes follows, which aims to eliminate the salts formed (sodium acetate released during the deacetylation, and sodium chloride produced during the neutralization). These washes are carried out using distilled water containing ammonia, in order to raise the pH of the washing water to 8.5. Each wash lasts a minimum of 30 minutes and is followed by centrifugation to recover the deacetylated product. Lyophilization The final product present in a solution of pH 8.5 is subjected to lyophilization. This gives totally deacetylated chitosan.
Le procédé de désacétylation de la chitine et/ou du chitosane selon l'invention peut être arrêté après une ou plusieurs étapes de cuisson. The deacetylation process of chitin and / or chitosan according to the invention can be stopped after one or more cooking steps.
Comme mentionné plus haut, en partant de la chitine c on obtient à la fin de la première réaction de cuisson un produit dont la structure ressemble à celle de la chitine P. Soumis aux étapes de neutralisation, lavage et de lyophilisation, ce produit se présente sous forme d'une éponge qui gonfle dans l'eau (alors que la matière première, la chitine ca, ne gonfle pas dans l'eau). Ceci permet donc de transformer la chitine c, qui se prête moins à des applications pharmaceutiques ou de biotechnologie, en une structure beaucoup plus ouverte et facilement destructurable ressemblant en ceci à la chitine P, qui possède des propriétés plus intéressantes, notamment la capacité de gonfler dans l'eau. As mentioned above, starting from the chitin c is obtained at the end of the first baking reaction a product whose structure resembles that of chitin P. Subject to neutralization steps, washing and lyophilization, this product is presented in the form of a sponge that swells in water (while the raw material, chitin ca, does not swell in water). This makes it possible to transform chitin c, which is less amenable to pharmaceutical or biotechnological applications, into a much more open and easily destructurable structure resembling chitin P, which has more interesting properties, especially the ability to swell. in water.
Si, par contre, on souhaite obtenir un chitosane totalement désacétylé, on poursuit les réactions de cuisson selon le procédé décrit. Cinq étapes de cuisson sont nécessaires pour désacétyler complètement la chitine a ou la chitine P. Dans ce cas, l'étape de lyophilisation sera effectuée à la fin du procédé, permettant d'obtenir un chitosane totalement désacétylé. If, on the other hand, it is desired to obtain a totally deacetylated chitosan, the cooking reactions are continued according to the method described. Five stages of cooking are necessary to completely deacetylate chitin a or chitin P. In this case, the lyophilization step will be carried out at the end of the process, to obtain a totally deacetylated chitosan.
La technique de désacétylation de la chitine et/ou du chitosane de l'invention permet d'obtenir un chitosane avec un degré de désacétylation très élevé, pratiquement égal à 100%, comme mesuré par RMN 1H (quand l'échantillon peut être solubilisé dans D20), selon la technique décrite, par exemple, par Hirai, A, Odani, H. et Nakajima, A. dans Determination of degree of deacetylation of chitosan by 1H NMR spectroscopy Polym. Bull. 1991, 26, 87-94. Le seuil de détection de cette technique est en effet inférieur à celui de la méthode IR, par exemple, ce qui rend plus fiable le résultat obtenu dans le cadre de la présente invention. The technique of deacetylation of chitin and / or chitosan of the invention makes it possible to obtain a chitosan with a very high degree of deacetylation, practically equal to 100%, as measured by 1 H NMR (when the sample can be solubilized in D20), according to the technique described, for example, by Hirai, A, Odani, H. and Nakajima, A. in Determination of degree of deacetylation of chitosan by 1H NMR spectroscopy Polym. Bull. 1991, 26, 87-94. The detection threshold of this technique is indeed lower than that of the IR method, for example, which makes the result obtained in the context of the present invention more reliable.
Le procédé décrit permet également d'obtenir un chitosane dont le haut poids moléculaire atteint des valeurs supérieures à 4,5 x 105 g.moli-, comme mesuré par chromatographie d'exclusion stérique selon la méthode décrite par C. Schatz et al. dans Typical physicochemical behaviors of chitosan in aqueous solution Biomacromolecules, 2003, 4(3): 641-648, qui fait état de la variation du dn/dC selon le degré d'acétylation. The method described also makes it possible to obtain a chitosan whose high molecular weight reaches values greater than 4.5 × 10 5 g / mol, as measured by steric exclusion chromatography according to the method described by C. Schatz et al. in Biophysromolecules, 2003, 4 (3): 641-648, which reports the variation in dn / dC depending on the degree of acetylation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de l'exemple de réalisation suivant qui l'illustre à titre non limitatif. The invention will be better understood on reading the following example embodiment which illustrates it by way of non-limiting example.
Préparation de chitosane de haut poids moléculaire totalement désacétylé a) Désacétylation de la chitine Cycles de gel-dégel La chitine (0,45 g), finement divisée, est introduite dans un réacteur muni d'un bec de dégazage (semblable à un tube de Schlenk). La soude (NaOH 50% (w/v)) est ensuite ajoutée, à température ambiante. Le réacteur est ensuite fermé et immergé dans l'azote liquide jusqu'à solidification complète de la solution de soude/chitine. Grâce au bec de dégazage, on relie le réacteur à une pompe à palette et on tire sous pression réduite (temps de dégazage: 1 min). La pression à l'intérieur du réacteur devient ainsi inférieure à la pression atmosphérique et de l'ordre de 0.01 millibar et elle le restera jusqu'à la fin de la réaction. Le réacteur est ensuite immergé dans l'eau à température ambiante jusqu'au dégel total. Preparation of fully desacetylated high molecular weight chitosan a) Deacetylation of chitin Freeze-thaw cycles Chitin (0.45 g), finely divided, is introduced into a reactor equipped with a degassing nozzle (similar to a tube of Schlenk). The sodium hydroxide (50% NaOH (w / v)) is then added at room temperature. The reactor is then closed and immersed in liquid nitrogen until complete solidification of the soda / chitin solution. With the degassing nozzle, the reactor is connected to a vane pump and pulled under reduced pressure (degassing time: 1 min). The pressure inside the reactor thus becomes less than atmospheric pressure and of the order of 0.01 millibar and will remain so until the end of the reaction. The reactor is then immersed in water at room temperature until the thaw is complete.
Pour un deuxième cycle, on immerge le réacteur dans l'azote liquide comme décrit ci-dessus. For a second cycle, the reactor is immersed in liquid nitrogen as described above.
Cuisson Après plusieurs cycles de gel-dégel (minimum six), on procède à la première étape de cuisson. Sans rouvrir le réacteur, on le place dans un bain d'huile chauffé à la température désirée et on agite pendant le temps souhaité. Cooking After several freeze-thaw cycles (minimum six), the first cooking step is carried out. Without reopening the reactor, it is placed in an oil bath heated to the desired temperature and stirred for the desired time.
b) Neutralisation, lavages Pour arrêter la cuisson, le réacteur est immergé dans de l'azote liquide. Le réacteur est ensuite ouvert et le produit final qui s'y trouve est récupéré. La soude encore présente est neutralisée par une solution d'acide chlorhydrique 0,5 M. Ensuite, le produit final est lavé à l'eau déminéralisée dont le pH a été ajusté à 8, 5 grâce à de l'ammoniac jusqu'à retrouver la conductivité de l'eau déminéralisée (étapes de lavages alternant avec des centrifugations). c) Lyophilisation Le produit lavé puis congelé est enfin lyophilisé. il b) Neutralization, washing To stop cooking, the reactor is immersed in liquid nitrogen. The reactor is then opened and the final product therein is recovered. The sodium hydroxide still present is neutralized with a 0.5M hydrochloric acid solution. The final product is then washed with demineralized water, the pH of which has been adjusted to 8.5 with ammonia until it is recovered. the conductivity of the demineralised water (washing steps alternating with centrifugation). c) Lyophilization The washed and frozen product is finally lyophilized. he
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