Модификация хитозана азотсодержащими функционально активными соединениями
Исследованы реакции модификации хитозана новыми азотсодержащими соединениями с полярными реакционноспособными функциональными группами. Методами ИК-спектроскопии и элементного анализа изучен функциональный состав синтезированных азотсодержащих соединений.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.01.2021 |
| Размер файла | 364,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МОДИФИКАЦИЯ ХИТОЗАНА АЗОТСОДЕРЖАЩИМИ ФУНКЦИОНАЛЬНО АКТИВНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
1 Мависакалян Валентина Межлумовна - кандидат биологических наук, научный сотрудник;
2 Ерицян Карен Межлумович - кандидат технических наук, научный сотрудник;
3 Ерицян Межлум Левонович - доктор химических наук, профессор, кафедра химии, биологии и методики их преподавания, факультет биологии, химии и географии,
Армянский педагогический университет им. Х. Абовяна, г. Ереван, Республика Армения
Аннотация
Исследованы реакции модификации хитозана (ХТЗ) новыми азотсодержащими соединениями с полярными реакционноспособными функциональными группами. Модификация ХТЗ осуществляется по двум механизмам: нуклеофильно-замещающему и электрофильно-присоединяющему (солеобразованию). В этих реакциях модификации участвует только NH2 - функциональная группа аминогликозидного звена ХТЗ. модификация хитозан азотсодержащий соединение
Методами ИК-спектроскопии и элементного анализа исследован функциональный состав как новых синтезированных азотсодержащих соединений, так и модифицированных ими производных ХТЗ.
Ключевые слова: модификация, хитозан, функциональность, реакционноспособность, нуклеофильность, электрофильность, замещения, аминогликозидное звено, полисахарид.
MODIFICATION OF CHITOSAN WITH NITROGEN CONTENT FUNCTIONAL ACTIVE COMPOUNDS Mavisakalyan V^.1, Yeritsyan Х.М.2, Yeritsyan M.L.3
1 Mavisakalyan Valentina Mezhlumovna - Candidate of Biological Sciences, Researcher;
2 Yeritsyan Karen Mezhlumovich - Candidate of Technical Sciences, Researcher;
3 Yeritsyan Mezhlum Levonovich - Doctor of Chemical Sciences, Professor, DEPARTMENT OF CHEMISTRY, BIOLOGY AND METHODS OF THEIR TEACHING, FACULTY OF BIOLOGY, CHEMISTRY AND GEOGRAPHY,
ARMENIAN PEDAGOGICAL UNIVERSITY NAMED AFTER H. ABOVYAN, YEREVAN, REPUBLIC OF ARMENIA
Abstract: the reactions of modification of Chitosan (CTS) with new nitrogen-containing compounds with polar reactive functional groups have been investigated. The modification of CTS is carried out by two twomechanisms: nucleophilic substitution and electrophilic attachment (salt formation). Only NH4, the functional group of aminoglycoside unit of Chitosan is involved in these reactions. The functional composition of both the new synthesized nitrogen-containing compounds and the derivates of CTS modified by them have been studied by IR spectroscopy and elemental analysis.
Keywords: modification, chitosan, functionality, reactivity, nucleophilicity, electrophilicity, substitution, aminoglycoside unit, polysaccharide.
О ХТЗ и его реакционноспособных производных, таких как биологически активные полимеры, в литературе имеется достаточно много информации, среди которой следует выделить работы авторов [1-4]. В этих работах, в частности, подчёркивается роль ХТЗ и его производных как высокоэффективных носителей лекарственных препаратов пролонгированного действия, таких как биоактивные вещества, обладающие иммуностимулирующими свойствами и применяемых в качестве добавок к пищевым продуктам и в кормах для животных. В связи с другой, не менее значимой областью применения ХТЗ и его производных, следует упомянуть работы авторов [5-7], в которых эти соединения рекомендуются к использованию в качестве основы при разработке сорбентов для очистки воды от микропримесей ионов тяжёлых металлов.
В данном сообщении приводятся результаты проведённых нами исследований синтеза новых азотсодержащих функционально активных соединений, которые использовались для получения производных ХТЗ, имеющих широкое прикладное значение. Не исключено, что синтезированные нами производные ХТЗ могут быть также использованы в качестве антиоксидантов в составе кормов для животных. С целью получения новых производных ХТЗ, были синтезированы следующие соединения, которые и были использованы для модификации ХТЗ.
является МН2 - группа аминогликозидного звена полисахарида. Реакции между ЫН аминогликозидного звена и вышеприведёнными соединениями протекают по двум механизмам: нуклеофильному замещению водорода в группе ЫН на соответствующий реагент и электрофильному присоединению соответствующего электрофила к ЫН аминогликозидного звена. Ниже приводятся реакции взаимодействия веществ (1-У)и аминогликозидного звена ХТЗ.
Соединения ^-^исследованы элементным анализом и ИК-спектроскопией. Эти данные приводятся в таб. 1.
Таблица 1. Составы и ИК-спектры соединений IV
|
Соединения |
Элементы в соединениях, % |
ИК-спектры, области поглощения функциональных групп,0 см 1 |
|||
|
с |
Н |
N |
|||
|
найд./выч. |
найд./выч. |
найд./выч. |
|||
|
I II III IV V |
58,4/58,25 53,6/53,73 38,4/38,3 57,3/57,14 48,2/48,35 |
12,4/12,62 7,6/7,46 4,4/4,25 11,4/11,56 10,1/9,96 |
13,5 13,5 9 6,8/6,96 14,8/14,89 9.6/9,52 15,5/15,38 |
1010(№7Н4-0Н),2885-2920 (-СН2-, СН3) 1718(-СН=СН-(СО)-), 1650(-СН=СН), 2895(-СН2-) 1425( >№70=^ ),1720(- COOR),1650(HC=CH-) 1015(№7Н2-ОН),1420( >№СО^<),2880(- СН2-СН3) 1645(>С=С<), 1720-1718((СО)-Я, - СН=СН-СООН) 2885-2920(-СН2 -СН3) |
В дальнейшем была проведена модификация ХТЗ соединениями (1-У). Концентрация азота в аминогликозидном звене, после модификации ХТЗ, определялась уравнением:
где: N - текущая концентрация азота в аминогликозидном звене ХТЗ после его модификации; 8,695-содержание азота в исходном аминогликозидном звене,Л/ - концентрация азота после 100% модификации аминогликозидного звена ХТЗ.
Ниже, в таб. 2, приводятся результаты модификации аминогликозидного звена ХТЗ.
Таблица 2. Динамика изменения содержания азота в аминогликозидном звене после его модификации соединениями ([-У)и ИК-спектры продуктов реакции
|
Соединения |
Время проведения модификации, мин. |
Содер.азота в амии- ногликозидном звене до и после её модификации |
Разность конц. азота после модификации аминогликозидного звена |
ИК-спектры мод. соединений и области их поглощения,С см'1 |
||
|
N0 (до мод.) |
N (посл е мод.) |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
VI VII VI * |
20,0 40.0 60.0 80,0 20,0 40.0 60.0 80,0 20,0 40.0 60.0 80,0 |
8,695 8,695 8,695 |
9,0 9,4 9,9 10.3 9.3 10,4 11,1 11,8 8,64 8,6 8,52 8,46 |
0,305 0,705 1,205 1,605 0,605 1,705 2,405 3,105 0,055 0,095 0,175 0,235 |
1330,1040(№С),2840-2930(-СН2-,- СНз), 3300-3250(И-Н),3400-3350(С- ОН). 1010(№Ш2-ОН), 1340(И-С),1420- 1410 (ИС(О)И),2920,2860(- СН2-,-СН3), 3460- 3360(С-ОН) 1180-1150(С-О-С),1330(И-С), 1655-1645(С=С),1230-1215(И +Нз ¦ О - - ), 1715(С(О)ОН),2920,2880(-СН2-,-СНз) 3130-3030( N + -Н),3400-3350(С- ОН) |
|
|
IX X |
20,0 40.0 60.0 80,0 20,0 40.0 60.0 80,0 |
8,695 8,695 |
8,8 9,1 9,3 9,5 8,74 8,95 9,12 9,22 |
0,105 0,405 0,605 0,805 0,045 0,255 0,425 0,525 |
1220-1210 (И +Н3 ¦ О ' - ),1210- 1240(С-О-С), 1310(И-С),1650- 1645(С=С),1420(ИС(О)С), 1715(-С(О)О'),3100(Н3И+-Н), 3450-3400(-ОН) 1230(И +Н3 ¦ О ' - ),1315(И-С), 1420-1410(ИС(О)С),1720(-С(О)О- ), 3100(Н3И+-Н),2910-2880(-СН2-,- СН3), 3400(-ОН) |
Количество азота в продуктах реакции между аминогликозидным звеном ХТЗ и соединением VIII, определена согласно [8]:
где: И-текущая концентрация азота в модифицированном аминогликозидном звене ХТЗ,А- разность концентрации азота до и после модификации аминогликозидного звена.
В дальнейшем нами планируются публикации ряда работ, посвященных областям применения вышеперечисленных производных ХТЗ.
ИК-спектры соединений I-X сняты на спектрефотометре NikoletFTIRNexus. Элементный состав соединений определены атомноабсорбционным спектрофотометром марки AAS-3. Использован ХТЗ марки «пищевой», со средней молекулярной массой 140,0kDa, производства «Биопрогресс» Московской области, Щёлковского района. N-метилолмочевина и N,N -диметилолмочевина получены и идентифицированы согласно [9].
Использованы: 38% водный раствор формальдегида, малеиновый ангидрид марки «ЧДА», мочевина марки «ХЧА», диэтиламин марки «ЧДА».
Синтез соединения (I). В 50 мл реактор загружают 10 г (0,14 моль) диэтиламина,11,8 мл (0,15 моль)38% водный раствор формальдегид. При постоянном перемешивании, реакцию между указанными соединениями, проводят при температуре 25-30°С, в течение 25-30 минут. Затем, в условиях вакуума (10-15 мм рт.ст.), при температуре 45-50° С , отгоняют воду и полученную вязкую прозрачную субстанцию промывают хлороформом и диэтиловым эфиром, сушат в условиях вакуума (1,5-2 мм рт.ст.), при 70-75°С, до постоянной массы. Выход продукта составил 95%.
Синтез соединения (II). Реакция протекает между 5 гр (0,049 моль) соединения (I) и 4,8 гр (0,049 моль) малеинового ангидрида, в присутствии 7-8 мл метилэтилкетона, в условиях интенсивного растирания, в интервале температур 75-80°С, в течение 2,5-3 часов. Затем вязкую, с жёлтым оттенком субстанцию промывают сперва изопропиловым спиртом, а далее диэтиловым эфиром. Аморфную массу, размягчающуюся уже при температуре выше 48 , сушат в условиях вакуума (при 10-15 мм рт.ст.) при температуре 75-85 °С, до постоянной массы. Выход продукта составил 84%.
Синтез соединения (III). Реакцию между 4,5 гр (0,05 моль) монометилолмочевины и 4,5 гр (0,05 моль) малеинового ангидрида, в присутствием 10 мл диметил-формамида, с условиях интенсивного растирания, при температуре 80-85 проводят в течение 2,5 -3 часов. В процессе синтеза, реакционная масса окрашивается в бледно-коричневый цвет. После чего, в условиях вакуума (1,5-2 мм рт.ст.), при температуре 70-75 , отгоняют диметилформамид, а полученную вязкую массу неоднократно промывают сперва этиловым спиртом, а затем хлороформом. Аморфная масса жёлтого оттенка высушивается в условиях вакуума (1,5-2мм рт.ст.), при температуре 60-65 , до постоянной массы. Выход продукта составил 69%.
Синтез соединения (IV).В присутствии 7мл циклогексанона, при температуре 30-35 , смешивают 6 гр (0,05 моль) диметилолмочевины с 3,56 гр(0,05 моль) диэти- ламина, интенсивно растирая в течение 50-60 минут, при температуре 70-75°С.Из полученной прозрачной массы, в условиях вакуума( 2,5-3 мл рт.ст.), при температуре 65-70 , отгоняют циклогексанон, а оставшуюся вязкую массу промывают сперва этиловым спиртом, а затем хлороформом. Сушат в условиях вакуума (1,5-2 мм рт.ст.), при температуре 70-75 до постоянной массы. Аморфная масса начинает размягчаться при 57 °С. Выход продукта составил 71,5%.
Синтез соединения (У).В стальном реакторе, 5,25 гр (0,03 моль) соединения (IV) и 3 гр (0,033 моль) малеинового ангидрида интенсивно растирают в течение 50-55 минут, при температуре 80-85 . Полученную однородную высоковязкую массу промывают этиловым спиртом и ацетоном и сушат в условиях вакуума (1,5-2 мм рт.ст.), при температуре 80-85°С, до постоянной массы. Аморфная масса начинает размягчаться при температуре 67 ° С. Выход продукта составил 63.5%.
Модификация ХТЗ соединениями (VI-X). В нержавеющий стальной реактор помещают 5 гр ХТЗ, содержащего 47% аминогликозидных звеньев, и затем постепенно (прокапыванием) добавляют смесь 15 мл дистиллированной воды и 0.1мл 0,5 N раствора HCL. Массу растирают до получения однородной консистенции. Далее в реактор постепенно вводят соединение VI, или одно из следующих: VII, VIII, IX, X, в количествах, эквимольных аминогликозидным звеньям ХТЗ. Смеси, в интервале температур 65-85°С и в течение временных интервалов, указанных в таб. 2, интенсивно растирают до получения однородной массы. Далее неоднократно промывают спиртом, эфиром и сушат в условиях вакуума (1,5-2 мм рт.ст.), при температуре 70-75 °С, до постоянной массы.
Список литературы /References
1. Варламов В.А., Ильина А.В., Шагдарова Б.Ц., Луньков А.П., Мысякина И.С. Хитин / Хитозан и его производные: фундаментальные и прикладные аспекты. Успехи биологической химии. Т. 60, 2020. С. 317-368.
2. Шагдарова Б.Ц., Ильина А.В., Варламов В.П. Антибактериальная активность алкилированных и ацилированных производных низкомолекулярных хитозана. Прикладная бохимия и микробиология, 2016. 52. С. 237-241.
3. Попова Э.В., Домнина Н.С. , Коваленко Н.М., Борисова Е.А., Колесников Л.Е., Тютерев С.Л. Биологическая активность хитозана с разной молекулярной массой. Вестник защиты растений, 2017. 3 (93), 28-33.
4. Варламов В.П., Мысянина И.С. Хитозан в биологии, микробиологии, медицине и сельском хозяйстве. Микробиология,2018, 87. С. 595-598.
5. Хавпаев М.А., Акопова Т.А., Киреев В.В. Синтез и свойства алкилированных производных хитозана, содержащих ненасыщенные заместители различного строения. Успехи в химии химической технологии. Том XXXI, 2017. № 11. С. 129-131.
6. Ерицян М.Л., Петросян Г.С., Карамян Р.А., Ерицян Л.Н., Арустамян А.М. Кинетические закономерности прививки функционально активных мономеров на хитозане. Журнал физической химии. Химическая кинетика и катализ, 2019. Т. 93. № 4. С. 516-520.
7. Ерицян М.Л., Петросян Г.С., Карамян Р.А., Арустамян А.М. Кинетические закономерности полимераналогичных превращений на хитозане. Докл. АН РА, 2019. № 119. 1. С. 79-85.
8. Кучина К.А., Долгопятова Н.В., Новиков В.Ю., Сагойдасный В.А., Морозов А.Н.Инструментальные методы определения степени деацетилирования хитина. Вестник МГТУ, 2012. Т. 15. № 1. С. 107-113.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Уникальные свойства хитина и хитозана. Метод монодисперсной технологии получения гранул хитозана. Осуществление сушки отделенных гранул методом сублимации. Способ получения модифицированной хитозановой эмульсии. Характеристика образцов хитозана.
отчет по практике [25,5 K], добавлен 24.02.2009Описание свойств хитозана, воздействие на макромолекулу различных химических реагентов. Виды химических реакций в которые она вступает: гидролиз, окисление. Способы получения эфиров, привитых сополимеров хитозана, взаимодействие с его основаниями.
курсовая работа [36,8 K], добавлен 13.12.2010Ацилхлориды являются реакционноспособными ацильными соединениями и для их получения требуются особые реагенты - хлорангидриды неорганических кислот. Реакции нуклеофильного замещения ацилхлоридов и восстановление хлорангидридов карбоновых кислот.
реферат [118,5 K], добавлен 03.02.2009История исследований в области хитина и хитозана, их общая характеристика, особенности строения и свойства, сферы практического применения на современном этапе. Способы переработки сточных вод производства хитозана, их типы и применяемые материалы.
контрольная работа [39,1 K], добавлен 13.11.2011Основные направления взаимодействия тетрацианоэтилена с карбонильными соединениями. Алифатические и жирноароматические кетоны и тионы в реакциях. Контроль полноты протекания реакций и чистоты синтезированных соединений методом тонкослойной хроматографии.
дипломная работа [1004,9 K], добавлен 07.02.2013Модификация природных цеолитов нерастворимыми комплексами и органическими соединениями. Реакции ионного обмена на цеолитах. Определение статической обменной емкости сильнокислого катионита, сорбционной способности ионов при различной кислотности.
курсовая работа [123,4 K], добавлен 15.10.2012Фенолы, реакции по гидроксильной группе. Замещение в кольцо. Нитрование. Сульфирование. Галогенирование. Реакция Кольбе. Конденсация с карбонилсожержащими соединениями. Перегруппировка Кляйзена. Аллилвиниловый эфир 4-Пентеналь. Перициклические реакции.
реферат [167,1 K], добавлен 04.02.2009Хемосорбционное модифицирование минералов. Свойства глинистых пород. Методика модификации бентонитовой глины месторождения "Герпегеж". Физико-химические способы исследования синтезированных соединений. Определение сорбционных характеристик бентонина.
курсовая работа [9,2 M], добавлен 27.10.2010История и становление химии витамина В12. Строение кобаламинов, их биологические функции и химические модификации. Реакции, с участием центрального атома кобальта. Модификации фрагмента рибозы в молекуле кобаламина. Очистка производных кобаламинов.
реферат [981,5 K], добавлен 29.10.2016Общая характеристика ртути, свойства соединений, ее получение и применение. Отравление ртутью и ее соединениями. Тиоцианат (роданид) ртути: история получения, характерные реакции и воздействие на живые организмы. Практическое получение тиоцианата ртути.
курсовая работа [78,6 K], добавлен 28.05.2009Изучение реакций циклических ангидридов с соединениями, содержащими аминогруппу. Осуществление синтеза веществ на основе аддуктов реакции Дильса-Альдера. Получение имидокислоты на основе циклопентадиена с малеиновым ангидридом и аминомасляной кислоты.
контрольная работа [163,7 K], добавлен 04.02.2013Синтез сульфамидных препаратов нового типа полученных реакцией циклоприсоединения по Дильсу-Альдеру. Определение строения и состава полученных соединений методами спектрофотометрии инфракрасного диапазона и спектроскопии ядерного магнитного резонанса.
дипломная работа [7,1 M], добавлен 03.10.2014Металлоорганические соединения. Щелочные металлы первой подгруппы. Органические соединения лития, способы получения, химические свойства. Взаимодействие алкиллития с карбонильными соединениями. Элементы второй группы. Магнийорганические соединения.
реферат [99,3 K], добавлен 03.12.2008Общие сведения о гетерополисоединениях. Экспериментальный синтез капролактамовых гетерополисоединений, условия их получения. Изучение структурных особенностей соединений методами рентгеноструктурного анализа, масс-спектрометрии, ИК- и ЯМР-спектроскопии.
дипломная работа [501,6 K], добавлен 05.07.2017Общие положения и закономерности катализа. Особенности и значение гомогенного, кислотного и основного катализа. Гомогенно-каталитические реакции, катализируемые комплексными соединениями. Специфика применения ферментативного и гетерогенного катализа.
реферат [51,3 K], добавлен 08.06.2011Механизм и субстраты реакции Даффа. Хроматографическое исследование синтезированных соединений. Получение метилфеофорбида (а), выделение метилового эфира 13(2)-гидроксифеофорбида (а) в ходе реакции Даффа. Анализ полученных результатов превращений.
курсовая работа [362,4 K], добавлен 04.07.2011Производные пантоевой кислоты. Соли 4 (5Н) – оксазолония, их синтез и свойства. Методы синтеза и очистки исходных соединений, анализа и идентификации синтезированных соединений. Порядок проведения экспериментов и исследование полученных результатов.
дипломная работа [237,2 K], добавлен 28.01.2014Порядок образования мицелл при отсутствии взаимодействий между молекулами ПАВ, находящимися в смеси. Свойства данных мицелл и их молярный состав. Зависимость критической концентрации мицеллообразования от состава композиции ПАВ. Правила смешивания ПАВ.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 04.09.2009Хиназолины и основные методы их синтеза. Химические свойства хиназолинов и их производных. Общие синтетические подходы для получения 4-оксохиназолинов. Взаимодействие антраниловой кислоты с изоцианатами. Процесс получения новых производных хиназолина.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 23.07.2015Получение поликарбосиланов с применением высокого давления из демитилдихлорсилана (натриевый синтез по реакции Вюртца) и из додекаметилциклогексасилана, полученного с использованием металлического лития. Пути и способы модификации поликарбосилана.
реферат [1,6 M], добавлен 17.04.2016
