PL194223B1 - Biologicznie czynny preparat krzemowy i sposób otrzymywania biologicznie czynnego preparatu krzemowego - Google Patents

Abstract

1. Biologicznie czynny preparat krzemowy, znamienny tym, że stanowi go roztwór wodny zawierający od 8,0 do 12,5% wagowych pochodnych kwasu ortokrzemowego o wzorze Si(OH)4-n[(OSin)n](OH)3n gdzie n=2 lub n=3, przy czym stosunek wagowy pochodnej kwasu ortokrzemowego gdzie n=2 do pochodnej gdzie n=3 wynosi od 1:3 do 1:2, oraz, od 30 do 40% wagowych chlorowodorku aminoalkoholu lub chlorku choliny i chlorek metalu alkalicznego. 2. Sposób otrzymywania biologicznie czynnego preparatu krzemowego stanowiącego roztwór wodny zawierający od 8,0 do 12,5% wagowych pochodnych kwasu ortokrzemowego o wzorze Si(OH)4-n[(OSin)n](OH)3n gdzie n=2 lub n=3,, przy czym stosunek wagowy pochodnej kwasu ortokrzemowego gdzie n=2 do pochodnej gdzie n=3 wynosi od 1:3 do 1:2, oraz od 30 do 40% wagowych chlorowodorku aminoalkoholu lub chlorku choliny i chlorek metalu alkalicznego, znamienny tym, że produkt reakcji czterochlorku krzemu lub jego alkilowej pochodnej z aminoalkoholem lub z chlorkiem choliny, uzyskany przez wprowadzenie roztworu aminoalkoholu lub chlorku choliny w rozpuszczalniku organicznym do roztworu czterochlorku krzemu lub jego alkilowej pochodnej w rozpuszczalniku organicznym, w temperaturze poniżej 10°C, przy stosunku molowym aminoalkoholu do związku krzemu wynoszącym od 4:1 do 2:1, poddaje się hydrolizie, przez zmieszanie mieszaniny reakcyjnej z wodą o temperaturze poniżej 15°C, przy stosunku fazy wodnej do organicznej wynoszącym co najmniej 0,5:1, a następnie oddzieloną od fazy organicznej fazę wodną doprowadza się do odczynu pH 1,2-2,5.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest biologicznie czynny preparat krzemowy będący pochodną kwasu ortokrzemowego o niskim stopniu spolimeryzowania oraz sposób otrzymywania tego preparatu.

Krzem należy do dwunastu najważniejszych składników organizmów żywych przy czym zawartość tego pierwiastka w poszczególnych organach jest bardzo zróżnicowana. Najwięcej krzemu zawierają: grasica, nadnercza, płuca, trzustka i śledziona.

W wielu schorzeniach obserwuje się ujemny bilans krzemowy organizmu. Niedobory te próbowano od dawna uzupełniać podając pacjentom preparaty zawierające krzem w postaci kwasu metakrzemowego jak i jego soli. Jednakże krzem zawarty w tych związkach jest jedynie w niewielkim stopniu przyswajany przez organizmy żywe.

Przeważająca ilość związków krzemoorganicznych jest słabo rozpuszczalna w wodzie. Nieliczne związki rozpuszczalne ulegają hydrolizie i dalej polikondensacji i utworzeniem produktów nieprzyswajalnych.

Duże zainteresowanie biologicznie czynnymi niskocząsteczkowymi związkami krzemoorganicznymi spowodowało rozwój badań nad otrzymywaniem oraz działaniem fizjologicznym związków krzemu.

Z polskiego opisu patentowego nr 100405 znany jest sposób wytwarzania chlorków i chlorowodorków tetrakis/trójalkiloamino/alkoksy/silanów na drodze reakcji chlorku lub chlorowodorku odpowiedniego trzecio- lub czwartorzędowego aminoalkoholu z czterochlorkiem krzemu w rozpuszczalnikach organicznych z następną ekstrakcją produktów reakcji wodą.

Z polskiego opisu patentowego nr 52717 znany jest sposób wytwarzania wykazujących czynność biologiczną, rozpuszczalnych w wodzie, chlorowodorków estrów kwasu ortokrzemowego z alkilowanymi aminoalkoholami. Otrzymuje się je przez reakcję czterochlorku krzemu z aminoalkoholem prowadzoną w roztworze rozpuszczalnika organicznego, w temperaturze od -10°C do +60°C i następnie wysuszenie produktu.

W organizmach żywych nie stwierdzono jak dotąd występowania związków z wiązaniami krzemwęgiel i krzem-tlen-węgiel. Wiązanie Si-O-C jest niestabilne w roztworach wodnych o pH około 7. Z ostatnich badań wynika, że w organizmach żywych atom krzemu jest związany tylko z tlenem, czyli ma on postać pochodnej kwasu ortokrzemowego o różnym stopniu polimeryzacji. Tego typu związki występujące w organizmach żywych są stabilizowane przed niepożądaną polikondensacją przez różne biopolimery najczęściej polisacharydy dzięki utworzeniu sieci wiązań wodorowych.

Badania organizmów żywych wykazują, że systemy biologiczne mogą kontrolować stopień polimeryzacji amorficznej pochodnej kwasu ortokrzemowego stabilizując ją na przykład w postaci cząstek o rozmiarach poniżej 10 nm lub w warstwowych strukturach cylindrycznych chronionych przez warstwy polisacharydów lub protein. Jej rozpuszczalność w wodzie jest warunkiem transportu krzemu w organizmach żywych i jego metabolizmu.

Celem wynalazku było uzyskanie rozpuszczalnego, biologicznie czynnego preparatu krzemowego o strukturze odpowiadającej substancjom występującym w organizmach żywych.

Biologicznie czynny preparat krzemowy według wynalazku, jest roztworem wodnym zawierającym od 8,0 do 12,5% wagowych pochodnych kwasu ortokrzemowego o wzorze Si(OH)_4-n[(OSin)_n](OH)_3n gdzie n=2 lub n=3, przy czym stosunek molowy pochodnej kwasu ortokrzemowego gdzie n=2 do pochodnej gdzie n=3 wynosi od 1:3 do 1:2 oraz od 30 do 40% wagowych chlorowodorku aminoalkoholu lub chlorku choliny i chlorek metalu alkalicznego.

Sposób otrzymywania biologicznie czynnego preparatu krzemowego według wynalazku polega na hydrolizie produktu reakcji czterochlorku krzemu lub jego alkilowej pochodnej z aminoalkoholem lub z chlorkiem choliny. W pierwszym etapie procesu do roztworu czterochlorku krzemu lub jego alkilowej pochodnej w rozpuszczalniku organicznym wprowadza się w znany sposób, w temperaturze poniżej 10°C roztwór aminoalkoholu lub chlorku choliny w rozpuszczalniku organicznym przy czym stosunek molowy aminoalkoholu do związku krzemu wynosi od 4:1 do 2:1. Następnie mieszaninę reakcyjną poddaje się hydrolizie, przez zmieszanie jej z wodą o temperaturze poniżej 15°C,przy stosunku fazy wodnej do organicznej wynoszącym co najmniej 0,5:1. Po rozdzieleniu faz wodnej i organicznej otrzymuje się biologicznie czynny preparat krzemowy w postaci rozcieńczonego roztworu wodnego. Roztwór ten doprowadza się do odczynu pH do wartości 1,2 - 2,5 i korzystnie zatęża się pod obniżonym ciśnieniem.

Korzystne jest oczyszczenie roztworu przez zastosowanie węgla aktywnego, który łatwo odsącza się po zaadsorbowaniu zanieczyszczeń wraz z ewentualnie wytrąconymi osadami.

PL 194 223 B1

Proces polega przypuszczalnie na powstaniu w pierwszej fazie estru kwasu ortokrzemowego, który następnie hydrolizuje z utworzeniem niskospolimeryzowanych pochodnych kwasu ortokrzemowego. Obecny w roztworze chlorowodorek aminoalkoholu (lub chlorek choliny), wiąże powstający HCl i działa stabilizująco na produkt, nie dopuszczając do dalszej kondensacji prowadzącej do otrzymania produktów nierozpuszczalnych.

Uzyskany sposobem według wynalazku biologicznie czynny preparat krzemowy jest stabilnym, klarownym roztworem wodnym zawierającym od 55 do 70% wagowych suchej masy, w tym od 8,0 do 12,5% wagowych pochodnych kwasu ortokrzemowego stabilizowanych na niskim stopniu polimeryzacji. Roztwór ten jest bezbarwny, ma gęstość 1,1-1,2 g/cm³ i lepkość około 500 mPas.

Na podstawie badania lokalnego otoczenia atomów krzemu metodą NMR Si29, stwierdzono, że uzyskany preparat krzemowy wykazuje dwa charakterystyczne piki o przesunięciach chemicznych -101.67 ppm oraz -91.98 ppm.

Na podstawie badań krzemionki roślinnej i występującej w prymitywnych organizmach zwierzęcych poszczególnym przesunięciom przypisuje się następujące struktury:

Q2

Q3

Struktura

Si(OSiE)2(OH)8

Si(OSiE)3(OH)io

Przesunięcie chemiczne od -92.5 do -92.7 ppm od -101.1 do -102.4 ppm

Q₄ Si(OSin)₄(OH)i₂ nierozpuszczalna w H₂O od -109.8 do -113.7 ppm

Struktury Q2 i Q3 przedstawiono na rysunku.

Na podstawie wyników badań można więc stwierdzić, że biologicznie czynny preparat krzemowy według wynalazku zawiera jedynie struktury Q2 i Q3 przy całkowitym braku struktury Q4. Taki skład powoduje jego bardzo dobrą rozpuszczalność w wodzie i umożliwia jego stosowanie jako źródła biologicznie czynnego krzemu.

Preparat według wynalazku charakteryzuje się aktywnością biologiczną wyrażającą się wpływem na metabolizm glikolityczny komórek rakaoraz korzystnym wpływem na organizmy żywe.

Biologicznie czynny preparat krzemowy według wynalazku i sposób jego otrzymywania przedstawiono w przykładach.

Przykład I

Biologicznie czynny preparat krzemowy jest stabilnym bezbarwnym, klarownym wodnym roztworem mieszaniny pochodnych kwasu ortokrzemowego o niskim poziomie polimeryzacji, zawierającej 25,8% wagowych związku o strukturze Q2 i 74,2% związku o strukturze Q3, stabilizowanym chlorowodorkiem N,N-dietyloaminoetanolu.

₃

Roztwór ten ma gęstość 1,15 g/cm³ i lepkość 530 mPas. Zawiera on 67,6% wagowych suchej masy, w tym 1 0,1% wagowych pochodnych kwasu ortokrzemowego, 34,6% wagowych chlorowodorku N,N-dietyloaminoetanolu i 23% wagowych chlorku sodowego. Biologiczną czynność preparatu na metabolizm glikolityczny komórek sprawdzono na komórkach raka wysiękowego Ehrlicha pobranych od myszy, stwierdzając zmniejszenie produkcji mleczanu wraz z obniżeniem poziomu ATP w stosunku do zawiesiny komórek nie zawierających dodatku preparatu krzemowego. Efekt ten świadczy o zmniejszeniu aktywności glikolitycznej komórek nowotworowych a tym samych o zahamowaniu ich wzrostu.

Preparat ten otrzymano w następujący sposób:

Do reaktora wprowadzono 1200 ml chlorku etylenu i 114,9 ml (1 mol) czterochlorku krzemu. Mieszaninę oziębiono do temperatury 3°C, po czym, przy ciągłym mieszaniu, wprowadzano z wkraplacza roztwór zawierający 408,8 ml (3 mole) N,N-dietyloaminoetanolu i 315,4 ml chlorku etylenu. Po zakończeniu dozowania surowców całość mieszano jeszcze w tych warunkach przez 15 minut. Następnie zawartość reaktora przelano do pojemnika zawierającego 2,0 kg wody z lodem o temperaturze 4°C i mieszano. Całość pozostawiono do rozwarstwienia się fazy wodnej i fazy organicznej. Do oddzielonej frakcji wodnej dodano 10% wodny roztwór NaHCO3 w takiej ilości aby jej odczyn pH wyniósł 2. Następnie preparat zatężano odprowadzając wodę na wyparce cienkowarstwowej w temperaturze 50°C, pod obniżonym ciśnieniem 4000 Pa do momentu zmętnienia zawartości kolby. Zatężony wodny roztwór preparatu krzemowego odbarwiono mieszając go z 10 gramami węgla aktywnego. Po czym roztwór odfiltrowano oddzielając węgiel aktywny i wytrącony osad.

PL 194 223B1

Przykład II

Biologicznie czynny preparat krzemowy stanowi bezbarwny, klarowny roztwór wodny mieszaniny pochodnych kwasu ortokrzemowego zawierającej 26,3% wagowych związku o strukturze Q2 i 73,7% związku o strukturze Q3, stabilizowany chlorowodorkiem aminopropanolu. Jego gęstość wynosi 1,12 g/cm³, lepkość 505 mPas. Zawartość suchej masy wynosi 65% wagowych, w tym zawartość pochodnych kwasu ortokrzemowego 8,2% wagowych, chlorowodorku aminopropanolu 35,8% wagowych, chlorku sodowego 21% wagowych. Biologiczną czynność preparatu sprawdzono na 240 przepiórkach z czego 120 sztuk stanowiło stado kontrolne a następnym 120 nioskom dodawano do wody pitnej preparat krzemoorganiczny. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że jaja ptaków doświadczalnych miały w skorupach 10 razy więcej krzemu niż jaja ptaków kontrolnych. Uszkodzenie skorup w grupie doświadczalnej były wyraźnie niższe, a znacznie wyższa była ich wytrzymałość na zgniecenia.

Preparat ten otrzymano w następujący sposób:

Do reaktora wprowadzono 2645 g chloroformu i 150 g (1 mol) metylotrichlorosilanu. Po oziębieniu jego zawartości do temperatury 7-8°C, przy ciągłym mieszaniu powoli wprowadzano 300 g (4 mole) aminopropanolu rozpuszczonego w 925 g chloroformu. Całość mieszano w tej temperaturze jeszcze przez 10 minut. Następnie przeprowadzono hydrolizę, mieszając frakcję chloroformową preparatu z4,5 kg wody o temperaturze 14°C. Po wymieszaniu, roztwór pozostawiono do oddzielenia się fazy wodnej od chloroformowej. Fazę wodną preparatu zneutralizowano za pomocą 10% roztworu wodnego NaOH do odczynu pH 1,3, po czym poddano ją zatężaniu przez oddestylowanie wody pod obniżonym ciśnieniem 2500 Pa i w temperaturze 40°C, do momentu zmętnienia roztworu. Wodny roztwór preparatu krzemowego odbarwiono mieszając go z 25 gramami węgla aktywnego a następnie węgiel wraz z wytrąconym osadem oddzielono na sączku.

Przykład III

Biologicznie czynny preparat krzemowy jest stabilnym bezbarwnym, klarownym wodnym roztworem mieszaniny pochodnych kwasu ortokrzemowego zawierającej 33% wagowych związku o strukturze Q2 i 67% wagowych związku o strukturze Q3, stabilizowanym chlorkiem choliny. Gęstość preparatu wynosi 1,17 g/cm³, lepkość 525 mPas. Zawartość suchej masy wynosi 61,6% wagowych, w tym pochodnych kwasu ortokrzemowego 10,5% wagowych, chlorku choliny 30% wagowych i chlorku sodowego 21,1% wagowych. Biologiczną czynność preparatu sprawdzono na 200 szczurach, którym wywoływano owrzodzenia ściany żołądka. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że podawany szczurom preparat krzemowy hamuje występowanie owrzodzeń i krwawienia żołądka.

Preparat ten otrzymano w następujący sposób:

Do reaktora wprowadzono 2080 ml chlorku etylenu i 118,2 ml (1 mol) merylotrichlorosilanu. Po oziębieniu jego zawartości do temperatury 4-5°C, przy ciągłym mieszaniu powoli wprowadzano 278 g (2 mole) chlorku choliny rozpuszczonego w 740 ml chlorku etylenu. Całość mieszano w tej temperaturze jeszcze przez 5 minut. Następnie przeprowadzono hydrolizę, wprowadzając do reaktora z frakcją organiczną preparatu 4,0 kg wody o temperaturze 9°C. Po wymieszaniu, roztwór pozostawiono do oddzielenia się fazy wodnej od organicznej. Fazę wodną preparatu zneutralizowano za pomocą 10% roztworu wodnego Na2CO3 do odczynu pH 1,8, po czym poddano ją zatężaniu przez oddestylowanie wody pod obniżonym ciśnieniem 3500 Pa, w temperaturze 45°C do momentu zmętnienia roztworu. Wodny roztwór preparatu krzemowego odbarwiono mieszając go 20 gramami węgla aktywnego a następnie węgiel wraz z wytrąconym osadem oddzielono na sączku.

Na podstawie przeprowadzonych badań metodą NMR Si²⁹ we wszystkich preparatach otrzymanych według przykładów I-III stwierdzono obecność pochodnych kwasu ortokrzemowego w postaci struktury Q2 i Q3, przy czym stosunek molowy Q2 do Q3 wynosi od 1:3 do 1:2, przy całkowitym braku nierozpuszczalnej struktury Q4.

Claims (4)

1. Biologicznie czynny preparat krzemowy, znamienny tym, że stanowi go roztwór wodny zawierający od 8,0 do 12,5% wagowych pochodnych kwasu ortokrzemowego o wzorze Si(OH)_4-n[(OSie)_n](OH)_3n gdzien=2 lub n=3, przy czym stosunek wagowy pochodnej kwasu ortokrzemowego gdzie n=2 do pochodnej gdzie n=3 wynosi od 1:3 do 1:2, oraz, od30 do 40% wagowych chlorowodorku aminoalkoholu lub chlorku choliny i chlorek metalu alkalicznego.

2. Sposób otrzymywania biologicznie czynnego preparatu krzemowego stanowiącego roztwór wodny zawierający od 8,0 do 12,5% wagowych pochodnych kwasu ortokrzemowego o wzorze Si(OH)_4-n[(OSie)_n](OH)_3n gdzie n=2 lub n=3, przy czym stosunek wagowy pochodnej kwasu ortokrzemowego gdzie n=2 do pochodnej gdzie n=3wynosi od 1:3 do 1:2,oraz od 30 do 40% wagowych chlorowodorku aminoalkoholu lub chlorku choliny i chlorek metalu alkalicznego, znamienny tym, że produkt reakcji czterochlorku krzemu lub jego alkilowej pochodnej z aminoalkoholem lub z chlorkiem choliny, uzyskany przez wprowadzenie roztworu aminoalkoholu lub chlorku choliny w rozpuszczalniku organicznym do roztworu czterochlorku krzemu lub jegoalkilowej pochodnej w rozpuszczalniku organicznym, w temperaturze poniżej 10°C, przy stosunku molowym aminoalkoholu do związku krzemu wynoszącym od 4:1 do 2:1, poddaje się hydrolizie, przez zmieszanie mieszaniny reakcyjnej z wodą o temperaturze poniżej 15°C, przy stosunku fazy wodnej do organicznej wynoszącym co najmniej 0,5:1, a następnie oddzielonąod fazy organicznej fazę wodną doprowadza się do odczynu pH1,2-2,5.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że fazę wodną zatęża się przez odpędzeniewody pod obniżonym ciśnieniem.

4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że uzyskany produkt oczyszcza się przezdodanie węgla aktywnego i następnie odsączenie.