RU2269542C1 - Modified chitosan - Google Patents

Modified chitosan Download PDF

Info

Publication number
RU2269542C1
RU2269542C1 RU2004138090/04A RU2004138090A RU2269542C1 RU 2269542 C1 RU2269542 C1 RU 2269542C1 RU 2004138090/04 A RU2004138090/04 A RU 2004138090/04A RU 2004138090 A RU2004138090 A RU 2004138090A RU 2269542 C1 RU2269542 C1 RU 2269542C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chitosan
modified chitosan
modified
activity
solution
Prior art date
Application number
RU2004138090/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Михайлович Ефимов (RU)
Константин Михайлович Ефимов
Петр Александрович Гембицкий (RU)
Петр Александрович Гембицкий
Сергей Владимирович Мартыненко (RU)
Сергей Владимирович Мартыненко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Международный институт эколого-технологических проблем"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Международный институт эколого-технологических проблем" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Международный институт эколого-технологических проблем"
Priority to RU2004138090/04A priority Critical patent/RU2269542C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2269542C1 publication Critical patent/RU2269542C1/en

Links

Abstract

FIELD: organic chemistry of natural compounds, chemical technology, medicine.
SUBSTANCE: invention relates to the group of chitosan-containing compounds. Invention relates to synthesis of modified chitosan of the following structure:
Figure 00000003
wherein n = 150-1400. The modified chitosan possesses the bactericidal activity, in particular, antituberculosis activity.
EFFECT: valuable medicinal properties of modified chitosan.
1 tbl, 1 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к группе соединений, содержащих хитозан. Получаемый модифицированный хитозан может быть применен в медицине, косметологии, сельском хозяйстве, ветеринарии, пищевой и легкой промышленности.The invention relates to the field of chemical technology, namely to a group of compounds containing chitosan. The resulting modified chitosan can be used in medicine, cosmetology, agriculture, veterinary medicine, food and light industry.

Хитозан представляет собой физиологически активное соединение природного происхождения, широко использующееся в составе косметических средств и лекарственных препаратов. Его получают гидролизом хитина - основного компонента наружного скелета членистоногих:Chitosan is a physiologically active compound of natural origin, widely used in cosmetics and medicines. It is obtained by hydrolysis of chitin - the main component of the external skeleton of arthropods:

Figure 00000004
Figure 00000004

n=150-1400n = 150-1400

Хитин (от французского "chitine" и греческого "chitone", что означает "кожа", "оболочка") широко распространен в природе, он входит в состав клеточной стенки грибов и бактерий, где выполняет опорную и защитную функцию.Chitin (from the French "chitine" and Greek "chitone", which means "skin", "shell") is widespread in nature, it is part of the cell wall of fungi and bacteria, where it performs a supporting and protective function.

По химической структуре хитозан представляет собой высокомолекулярные полимеры (ММ~30000-260000 у.е.) из группы полисахаридов, построенные из остатков глюкозамина (ацетилглюкозамина), связанных между собой β(1→4) гликозидными связями. По своему строению, физико-химическим свойствам и биологической роли хитозан аналогичен целлюлозе растений.By its chemical structure, chitosan is a high molecular weight polymer (MM ~ 30000-260000 cu) from the group of polysaccharides built from glucosamine residues (acetylglucosamine) linked by β (1 → 4) glycosidic bonds. In its structure, physicochemical properties and biological role, chitosan is similar to plant cellulose.

В последнее время в разных областях медицины и косметологии появился повышенный интерес к использованию хитозана в качестве мягкого лечебного средства, обладающего слабым антисептическим эффектом. Особенно ценно то, что хитозан, будучи продуктом жизнедеятельности живых организмов, безвреден для человека.Recently, in various fields of medicine and cosmetology there has been an increased interest in the use of chitosan as a mild therapeutic agent with a weak antiseptic effect. It is especially valuable that chitosan, being a product of the vital activity of living organisms, is harmless to humans.

Известно эффективное антибактериальное средство - антибиотик стрептомицин, молекула которого представляет собой трициклический углевод, содержащий в одном из циклов две гуанидиновые группировки [Энциклопедия лекарств. 8-е изд., под ред. Ю.Ф.Крылова, М., "РЛС", 2001 г., стр.813].An effective antibacterial agent is known - the antibiotic streptomycin, the molecule of which is a tricyclic carbohydrate containing two guanidine groups in one of the cycles [Encyclopedia of drugs. 8th ed., Ed. Yu.F. Krylova, M., "Radar", 2001, p. 813].

Структурная формула стрептомицина имеет следующий вид:The structural formula of streptomycin has the following form:

Figure 00000005
Figure 00000005

Стрептомицин по своей химической природе, как и хитозан, относится к аминогликозидам, является эффективным антибиотиком широкого спектра действия, активным в отношении микобактерий туберкулеза, возбудителей чумы, туляремии, бруцеллеза, дизентерии, стрепто-, гоно- и менингококков, вырабатывается лучистым грибом (рода Streptomyces).Streptomycin by its chemical nature, like chitosan, belongs to aminoglycosides, is an effective broad-spectrum antibiotic that is active against tuberculosis mycobacteria, plague pathogens, tularemia, brucellosis, dysentery, strepto-, gono- and meningococci, produced by a radiant fungus (of the genus Streptomyces )

Однако стрептомицин является достаточно токсичным и при длительном применении поражает слуховой нерв.However, streptomycin is quite toxic and with prolonged use affects the auditory nerve.

Наиболее близким к предлагаемому решению является препарат карбоксиметилхитозан, полученный реакцией хитозана с монохлоруксусной кислотой (Пат. РФ №2185387, кл. С 08 В 37/08, 2000 г.).Closest to the proposed solution is the carboxymethylchitosan preparation obtained by the reaction of chitosan with monochloracetic acid (Pat. RF No. 2185387, class 08 08 37/08, 2000).

К недостаткам известного препарата относится недостаточная бактерицидная активность и сложный метод получения.The disadvantages of the known drug include insufficient bactericidal activity and a complex method of obtaining.

Технической задачей данного изобретения является повышение бактерицидной активности препарата.The technical task of this invention is to increase the bactericidal activity of the drug.

Для решения технической задачи синтезирован модифицированный хитозан следующего строения:To solve the technical problem, a modified chitosan of the following structure was synthesized:

Figure 00000006
Figure 00000006

где n=150-1400where n = 150-1400

Поскольку полимерные формы лекарственных препаратов обычно являются предпочтительными вследствие усиления эффекта благодаря наличию множества активных группировок, расположенных на молекулярных расстояниях, меньшей токсичности, а также эффекту депонирования (более длительному терапевтическому эффекту) препарата, представлялось целесообразным осуществить гуанидирование аминных группировок хитозана, превратив их из малоактивных аминных в высокоэффективные гуанидиновые.Since the polymeric forms of drugs are usually preferred due to the enhancement of the effect due to the presence of many active groups located at molecular distances, lower toxicity, and also the deposition effect (longer therapeutic effect) of the drug, it seemed advisable to guanidize the amine groups of chitosan by converting them from low-active amine groups into highly effective guanidine.

Модифицированный хитозан получают следующим образом. В связи с невысокой термической стабильностью хитозана в качестве мягкого гуанидирующего средства был выбран карбодиимид (NH=C=NH) - таутомер мономерного цианамида (NH2CN).Modified chitosan is prepared as follows. Due to the low thermal stability of chitosan, carbodiimide (NH = C = NH), the tautomer of monomeric cyanamide (NH 2 CN), was chosen as a soft guanidizing agent.

В качестве исходного хитозанового сырья служили два коммерческих образца сукцината хитозана фирм ЗАО "Биопрогресс" и "Химмед", высушенные сублимационным методом. Их молекулярные массы составляют по данным ультрафильтрации (осмос на мембранах) 30000 и 26000; степени полимеризации соответственно n=150 и n=1400. Реакцию проводили с набухшим сукцинатом хитозана в растворе ацетонитрила, содержащем расчетное количество 50% водного карбодиимида:Two commercial samples of chitosan succinate from Bioprogress and Himmed, dried by sublimation, were used as the starting chitosan feed. According to ultrafiltration (osmosis on membranes), their molecular weights are 30,000 and 26,000; degree of polymerization, respectively, n = 150 and n = 1400. The reaction was carried out with swollen chitosan succinate in an acetonitrile solution containing a calculated amount of 50% aqueous carbodiimide:

Figure 00000007
Figure 00000007

где n=150-1400where n = 150-1400

Для завершения процесса реакционную смесь после 24-часовой выдержки при обычных условиях нагревали еще в течение 10 часов при 40°С. Модифицированный хитозан отличается от исходного более рыхлой структурой.To complete the process, the reaction mixture after 24 hours under normal conditions was heated for another 10 hours at 40 ° C. Modified chitosan differs from the original in a looser structure.

ИК-спектроскопическое исследование полученного полимера (см. чертеж) свидетельствует о появлении в структуре модифицированного хитозана (кривая 1) значительного числа гуанидиновых группировок: интенсивные полосы

Figure 00000008
и
Figure 00000009
при ~3350 и 1600-1650 см-1. Для сравнения на чертеже приведен также спектр гуанидированного полиэтиленимина, содержащий гуанидиновые полосы (кривая 2). ИК-спектр исходного хитозана полос при 3350 и 1600 см-1 не содержит [хитин и хитозан]. Поскольку мы не располагали методом осмометрического определения молекулярных масс для определения молекулярной массы модифицированного хитозана был использован следующий прием. Навески исходного модифицированного хитозана растворяли в 2% уксусной кислоте и определяли их характеристические вязкости. Равенство полученных значений (ηисх=0,41 дл/л; ηмод=0,43 дл/л) свидетельствует о том, что в ходе реакции деструкция полимерной цепи хитозана не имела места. В свою очередь, небольшое возрастание молекулярной массы вследствие модификации, составляющее около 20%, также не на столько значительно, чтобы повлиять на характеристическую вязкость.An infrared spectroscopic study of the obtained polymer (see drawing) indicates the appearance of a significant number of guanidine groups in the structure of modified chitosan (curve 1): intense bands
Figure 00000008
and
Figure 00000009
at ~ 3350 and 1600-1650 cm -1 . For comparison, the figure also shows the spectrum of guanidized polyethylenimine containing guanidine bands (curve 2). The IR spectrum of the original chitosan bands at 3350 and 1600 cm -1 does not contain [chitin and chitosan]. Since we did not have the method of osmometric determination of molecular masses, the following technique was used to determine the molecular mass of the modified chitosan. Samples of the initial modified chitosan were dissolved in 2% acetic acid and their intrinsic viscosities were determined. The equality of the obtained values (η ref = 0.41 dl / l; η mode = 0.43 dl / l) indicates that during the reaction the destruction of the polymer chain of chitosan did not take place. In turn, a slight increase in molecular weight due to modification, amounting to about 20%, is also not so significant as to affect the intrinsic viscosity.

Появление гуанидиновых группировок в хитозане регистрируется также химическим анализом: колориметрия с эозином.The appearance of guanidine groups in chitosan is also recorded by chemical analysis: colorimetry with eosin.

Методом серийных разведении исследована антимикробная активность гуанидированного хитозана. Бактериостатическая активность на штамме синегнойной палочки составила 0,075%, бактерицидная 0,15%.The antimicrobial activity of guanidized chitosan was studied by serial dilution. Bacteriostatic activity on the strain of Pseudomonas aeruginosa was 0.075%, bactericidal 0.15%.

В связи с близостью гуанидированного хитозана к стрептомицину препарат был испытан также на противотуберкулезную активность. Здесь также отмечена повышенная эффективность, обусловленная полимерной природой препарата (по сравнению со стрептомицином) и по сравнению с немодифицированным хитозаном.Due to the proximity of guanidized chitosan to streptomycin, the drug was also tested for anti-tuberculosis activity. It also noted increased effectiveness due to the polymer nature of the drug (compared to streptomycin) and compared to unmodified chitosan.

Приводимые примеры иллюстрируют практическое осуществление синтеза гуанидированного хитозана.The examples given illustrate the practical implementation of the synthesis of guanidized chitosan.

Пример 1Example 1

Порцию 25 г (0,1 моля) сукцината хитозана (n=150) измельчали в кофейной мельнице в тонкий порошок желтоватого цвета и смешивали в колбе со 100 мл раствора ацетонитрила, содержащего 4,5 г (0,1 моля) карбодиимида. После набухания хитозана в растворе ацетонитрила в течение суток реакционную смесь для завершения реакции нагревали с периодическим перемешиванием при температуре 40°С. Модифицированный хитозан отделяли фильтрованием, затем его промывали 50 мл дистиллированной воды на фильтре и высушивали на воздухе.A portion of 25 g (0.1 mol) of chitosan succinate (n = 150) was ground in a coffee mill into a fine yellowish powder and mixed in a flask with a 100 ml solution of acetonitrile containing 4.5 g (0.1 mol) of carbodiimide. After swelling of chitosan in a solution of acetonitrile during the day, the reaction mixture was heated with periodic stirring at a temperature of 40 ° C to complete the reaction. The modified chitosan was separated by filtration, then it was washed with 50 ml of distilled water on a filter and dried in air.

Полученный гуанидиновый модификат хитозана представляет собой объемный легкий порошок светло-желтого цвета, трудно растворимый в воде и несколько лучше в 2% растворе уксусной кислоты.The resulting guanidine chitosan modifier is a light yellow bulk powder, hardly soluble in water and slightly better in a 2% solution of acetic acid.

Пример 2Example 2

Порцию 25 г коммерческого сукцината хитозана (n=150) очищали переосаждением. С этой целью ее растворяли в 1,5 л 2% водного раствора уксусной кислоты. Полное растворение навески хитозана требует при периодическом перемешивании ~48 часов. Полученный гомогенный раствор ацетата хитозана декантировали от небольшого осадка, который может включать непрогидролизовавшийся хитин, а также белковые примеси. Прозрачный раствор прибавляли при интенсивном перемешивании к 2 л 15% водного раствора аммиака. Реакционную смесь оставляли на сутки и после этого осторожно декантировали верхний прозрачный раствор. К осадку, имеющему вид белой ваты, добавляли 1,5 л дистиллированной воды, тщательно перемешивали и снова оставляли на сутки. Операцию промывания и декантации повторяли трижды до полного исчезновения запаха амиака. После этого осадок основания хитозана обезвоживали на центрифуге и нейтрализовали добавлением по каплям 5 г ледяной уксусной кислоты, тщательным перемешиванием в ступке и подсушиванием на воздухе до постоянного веса. Выход 20 г.A portion of 25 g of commercial chitosan succinate (n = 150) was purified by reprecipitation. To this end, it was dissolved in 1.5 l of a 2% aqueous solution of acetic acid. Complete dissolution of a portion of chitosan requires ~ 48 hours with periodic stirring. The resulting homogeneous solution of chitosan acetate was decanted from a small precipitate, which may include unhydrolyzed chitin, as well as protein impurities. A clear solution was added with vigorous stirring to 2 L of a 15% aqueous ammonia solution. The reaction mixture was left for a day and after that the upper clear solution was carefully decanted. 1.5 l of distilled water was added to the precipitate, which was in the form of white cotton wool, mixed thoroughly and left again for a day. The washing and decanting operation was repeated three times until the smell of ammonia completely disappeared. After this, the precipitate of the chitosan base was dehydrated in a centrifuge and neutralized by dropwise adding 5 g of glacial acetic acid, thoroughly mixing in a mortar and drying in air to constant weight. Yield 20 g.

Полученный ацетат хитозана использовали в реакции с карбодиимидом по методике примера 1. Степень гуанидирования очищенного хитозана выше (75%), чем непереосажденного (60%), по данным колориметрического определения с эозином.The obtained chitosan acetate was used in the reaction with carbodiimide according to the procedure of Example 1. The degree of guanidation of purified chitosan is higher (75%) than the non-precipitated (60%), according to colorimetric determination with eosin.

Навески по 0,5 г модифицированного и исходного хитозана растворяли в 100 мл 2% водного раствора уксусной кислоты и измерили приведенную удельную вязкость полученных растворов. Близкие значения полученных вязкостей ηисх=0,4 и ηмод=0,3 свидетельствует об отсутствии деструкции цепи хитозана при гуанидировании.Samples of 0.5 g of modified and initial chitosan were dissolved in 100 ml of a 2% aqueous solution of acetic acid and the reduced specific viscosity of the obtained solutions was measured. Close values of the obtained viscosities η ref = 0.4 and η mode = 0.3 indicate the absence of destruction of the chitosan chain during guanidation.

Пример 3Example 3

Порцию 5 г коммерческого сукцината хитозана (n=1400) модифицировали обработкой 1 г карбодиимида в 20 мл ацетонитрила по методике примера 1. Модифицированный хитозан промывали на фильтре и высушивали до постоянного веса.A portion of 5 g of commercial chitosan succinate (n = 1400) was modified by treating 1 g of carbodiimide in 20 ml of acetonitrile according to the procedure of Example 1. The modified chitosan was washed on a filter and dried to constant weight.

Навески по 0,1 г модифицированного и исходного хитозана растворяли в 100 мл 2% водного раствора уксусной кислоты и измеряли приведенную удельную вязкость полученных растворов. Близкие значения полученных вязкостей ηисх=1,0 и ηмод=0,9 свидетельствует об отсутствии деструкции цепи хитозана при гуанидировании.Samples of 0.1 g of the modified and initial chitosan were dissolved in 100 ml of a 2% aqueous solution of acetic acid and the reduced specific viscosity of the obtained solutions was measured. Close values of the obtained viscosities η ref = 1.0 and η mod = 0.9 indicate the absence of destruction of the chitosan chain during guanidation.

Противотуберкулезная активность гуанидированного хитозанаThe anti-tuberculosis activity of guanidized chitosan ПрепаратA drug Доза, %Dose% Время действияTime of action 30 мин30 minutes 1 час1 hour 24 часа24 hours Сукцинат гуанидированного хитозанаGuanidized Chitosan Succinate 0,50.5 ++ -- -- 0,250.25 ++ ++ -- Ацетат гуанидированного хитозанаGuanidized Chitosan Acetate 0,50.5 -- -- -- 0,250.25 ++ -- -- СтрептомицинStreptomycin 1,01,0 ++ -- -- 0,50.5 ++ ++ -- Немодифицированный хитозан Unmodified chitosan 2,02.0 ++ ++ -- (сукцинат)(succinate) 1,01,0 ++ ++ ++

Claims (1)

Модифицированный хитозан следующего строения:Modified chitosan of the following structure:
Figure 00000010
Figure 00000010
где n=150-1400.where n = 150-1400.
RU2004138090/04A 2004-12-27 2004-12-27 Modified chitosan RU2269542C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004138090/04A RU2269542C1 (en) 2004-12-27 2004-12-27 Modified chitosan

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004138090/04A RU2269542C1 (en) 2004-12-27 2004-12-27 Modified chitosan

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2269542C1 true RU2269542C1 (en) 2006-02-10

Family

ID=36049954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004138090/04A RU2269542C1 (en) 2004-12-27 2004-12-27 Modified chitosan

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2269542C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2561062C2 (en) * 2013-12-17 2015-08-20 Константин Сергеевич Назаров Application of chitosan derivative for selective delivery of medications and biologically active complexes
RU2605266C2 (en) * 2010-05-04 2016-12-20 Вискогель АБ Chitosan composition

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2605266C2 (en) * 2010-05-04 2016-12-20 Вискогель АБ Chitosan composition
RU2561062C2 (en) * 2013-12-17 2015-08-20 Константин Сергеевич Назаров Application of chitosan derivative for selective delivery of medications and biologically active complexes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1483299B1 (en) Cell wall derivatives from biomass and preparation thereof
US20200181292A1 (en) Novel water-soluble natural polysaccharide antibacterial material and preparation method thereof
EP0271551B1 (en) Acid decrystallization of higly cristalline chitosan or partially deacylated chitin
CN109485747B (en) Water-soluble chitosan antibacterial derivative and preparation method thereof
Savin et al. Antioxidant, cytotoxic and antimicrobial activity of chitosan preparations extracted from Ganoderma lucidum mushroom
CN106995502B (en) Bifunctional group modified chitosan derivative and preparation method thereof
WO2020108495A1 (en) Beta-glucan solid dispersion and preparation method therefor
Omer et al. Preparation of Isatin/chitosan schiff base as novel antibacterial biomaterials
CN107344971A (en) A kind of poly- ε-lysine modified chitosan and preparation method thereof
CN109517091A (en) The preparation method and applications of guanidinated chitosan
CN101139404A (en) Method for preparing chitosan lactate
US20200262937A1 (en) High molecular weight chitosan, process for obtaining and uses thereof
RU2269542C1 (en) Modified chitosan
CN109553786A (en) A kind of vanillic aldehyde crosslinking chitosan oligosaccharide list guanidine hydrochloride and its microwave synthesis method
CN115181195B (en) Quaternary ammonium salt derivative of chitosan oligosaccharide containing quinoline group, preparation method and application
JPH05178751A (en) Preparation of polymer having activity to hematopoietic system
EP4071180A1 (en) Polycationic polysaccharide and application thereof
KR100441270B1 (en) The Method for Preparation of Water Soluble Free Amine Chitosan
CN1289533C (en) Method for preparaing water-soluble free amine chitosan
CN1775815A (en) 2-chitose-salicylic acid graft compound and its preparing method
CN112694546B (en) Amphiphilic chitosan derivative and preparation method thereof
KR100229288B1 (en) Water soluble polysaccharide which has anticancer activity, and preparation method thereof
JP5646164B2 (en) Branched chitosan derivative
JPH02107601A (en) Novel chitosan compound, production thereof and use as humectant
Mohammed et al. Preparation and Bioactivity Applications of Novel Chitosan Derivatives

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091228