coolreferat.com.ua сторінка 1



Санкт-Петербурзький державний ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РОСЛИННИХ

ПОЛИМЕРОВ

ЗВІТ ПО ІНЖЕНЕРНОЇ ПРАКТИЦІ

Біоактивні похідні хітозану

ПЕРЕВІРИТИ: с.н.с., K.Х.H.

ЛЮДМИЛА ОЛЕКСАНДРІВНА Нудьга

Інститут високомолекулярних сполук Російської академії наук
ВИКОНАВ: СТ. ГР. 156

Єкімов ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ +2004

1 Вступ

1.1 Хтозна - природний полімер XXI століття

Унікальні властивості хітину і хітозану привертають увагу великої кількості фахівців самих різних спеціальностей. Роль полімерів в нашому житті є загальновизнаною, і всі області їх застосування в побуті, промисловому виробництві, науці, медицині, культурі важко навіть просто перерахувати. Якщо до XX століття людиною використовувалися полімери природного походження - крохмаль, целюлоза (дерево, бавовна, льон), природні поліаміди (шовк), природні полімерні смоли на основі ізопрену - каучук, гутаперча, то розвиток хімії органічного синтезу в XX столітті призвело до появи в різних областях діяльності людини величезного розмаїття полімерів синтетичного походження - пластмас, синтетичних волокон і т.п. Стався технологічний прорив не тільки кардинально змінив наше життя, але й породив масу проблем, пов'язаних з охороною здоров'я людини і захистом навколишнього середовища.

Тому закономірним є великий інтерес науки і промисловості до пошуку і використання полімерів природного походження, таких як хітин і хітозан. Ці полімери володіють рядом найцікавіших властивостей, високою біологічною активністю і сумісністю з тканинами людини, тварин і рослин, не забруднюють навколишнє середовище, оскільки повністю руйнуються ферментами мікроорганізмів, можуть широко застосовуватися у проведенні природоохоронних заходів.

В даний час відомо більше 70 напрямів використання хітину і хітозану в різних галузях промисловості, найбільш важливими з яких в усьому світі визнані:

медицина - як засіб боротьби з ожирінням, зв'язування і виведення з організму холестерину, профілактики та лікування серцево-судинних захворювань, виробництва хірургічних ниток, штучної шкіри, лікарських форм антисклеротичної, антикоагулянтної та антіартрозного дії, діагностики та лікування злоякісних пухлин і виразки шлунка;

харчова промисловість - як загусник і структуроутворювача для продуктів дієтичного харчування.



1.2 Історія створення та застосування хітозану

Полімери цієї групи зацікавили вчених-хіміків майже 200 років тому. Хітин був відкритий в 1811 році (H. Braconnot, A. Odier), а хітозан в 1859 році (С. Rouget), хоча свою нинішню назву отримав в 1894 році (F. Hoppe-Seyler). У першій половині XX століття до хітин і його похідним був проявлений заслужений інтерес, зокрема, до нього мали відношення трьох Нобелівських лауреата: Є. Fischer (1903) cінтезіровал глюкозамін, P. Karrer (1929) провів деградацію хітину за допомогою хітинази і, нарешті , WN Haworth (1939) встановив абсолютну конфігурацію глюкозаміна.

Біологічно активні властивості хітину і його похідного - хітозану - почали вивчатися в 1940-50 роках. У Радянському Союзі ці дослідження проводилися установами Міністерства оборони і мали закритий характер. Останнє було пов'язане зі здатністю хітозану ефективно пов'язувати радіоактивні ізотопи і важкі метали, тому хітозан досліджувався насамперед як ефективний радіопротектор і детоксикант, а також досліджувалися можливості застосування його для дезактивації об'єктів, піддавалися радіоактивному зараженню.

Новий сплеск інтересу до похідних хітину і, зокрема, хітозану стався в 70-і роки, коли результати досліджень цих сполук почали з'являтися у відкритій пресі. Проведені у всьому світі дослідження показали унікальні сорбційні властивості хітозану. Виявилося відсутність вираженої субстратної специфічності цієї речовини, що означає приблизно однакову здатність зв'язувати як гідрофільні, так і гідрофобні сполуки. Крім того, у хітозану були виявлені іонообмінні хелатообразующіе і комплексоутворюючі властивості. У подальших дослідженнях була показана антибактеріальна, антивірусна і иммуностимулирующая активність. Комплексні форми хітозану також виявляють високі антиоксидантні властивості, що знайшло своє застосування в лікуванні захворювань шлунково-кишкового тракту, в лікуванні механічної та опікової травми.

Про великий інтерес до проблем вивчення цих біополімерів, технології їх отримання та використання свідчать восьмій міжнародних конференцій з хітин і хітозану, проведених за останні 27 років: США (1977), Японія (1982), Італія (1985), Норвегія (1988), США (1991), Польща (1994), Франція (1997)

У Росії за минулі роки хітин і хітозану були присвячені сьомій конференцій: Владивосток (1983), Мурманськ (1987), Москва (1991, 1995, 1999 і 2001), Санкт-Петербург 2 003, з яких дві останніх мали статус міжнародних. Навесні 2000 року було створено Російське хітиновий Суспільство, об'єднало понад 50 регіональних відділень.

Все це говорить про наростаючому інтерес до хітин і хітозану не тільки хіміків, а й фахівців самого різного профілю - медиків, біологів, мікробіологів і біотехнологів.
1.3 Хімічна будова і властивості хітину і хітозану

Хітин є головним компонентом панцирів ракоподібних і комах. За хімічною структурою він ставиться до полісахаридів, мономером хітину є N-ацетил-1,4 -? - D-глюкопіранозамін (рис. 1).



Рис. 1 Хімічна структура хітину.

При деацетилювання хітину виходить хітозан. За хімічною структурою хітозан є сополімером D-глюкозаміну і N-ацетил-D-глюкозаміну. Залежно від ефективності реакції деацетилювання виходять Хітозани з різним ступенем деацетилювання. Ступінь деацетилювання показує процентний вміст D-глюкозаміну в молекулі хітозану, тобто якщо мова йде про хітозаном зі ступенем деацетилювання 85%, то це означає, що в молекулі хітозану в середньому міститься 85% D- глюкозаміновий залишків і 15% N-ацетил-D-глюкозаміновий залишків.



Рис.2 Хімічна структура хітозану.

Хімічні властивості хітозану пов'язані з його хімічною структурою. Велика кількість вільних аміногруп в молекулі хітозану визначає його властивість зв'язувати іони водню і набувати надлишковий позитивний заряд, тому хітозан є прекрасним катионитом. Крім того, вільні аміногрупи визначають хелатообразующіе і комплексоутворюючі властивості хітозану. Хімічна структура хітозану показана на рис.2. Сказане пояснює здатність хітозану зв'язувати і міцно утримувати іони металів (зокрема радіоактивних ізотопів і токсичних елементів) за рахунок різноманітних хімічних і електростатичних взаємодій.

Велика кількість водневих зв'язків, які здатний утворити хітозан, визначають його здатність зв'язувати велику кількість органічних водорозчинних речовин, у тому числі бактеріальні токсини і токсини, що утворюються в товстому кишечнику в процесі травлення.

З іншого боку, велика кількість водневих зв'язків між молекулами хітозану призводить до його поганої розчинності у воді, оскільки зв'язки між молекулами хітозану міцніші, ніж між молекулами хітозану і молекулами води. Разом з тим, хітозан набухає і розчиняється в органічних кислотах - оцтової, лимонної, щавлевої, янтарної, причому при набуханні він здатний міцно утримувати у своїй структурі розчинник, а також розчинені і зважені в ньому речовини Хтозна також здатний зв'язувати граничні вуглеводні, жири та жиророзчинні з'єднання за рахунок гідрофобних взаємодій і сітчастої структури, що зближує його по сорбційним механізмам з циклодекстринами.

Розщеплення хітину і хітозану до N-ацетил-D-глюкозаміну і D-глюкозаміну відбувається під дією мікробних ферментів - хітинази і хітобіаз, тому вони повністю біологічно разрушаеми і не забруднюють навколишнє середовище.

Таким чином, хітозан є універсальним сорбентом, здатним зв'язувати величезний спектр речовин органічної і неорганічної природи, що визначає найширші можливості його застосування в житті людини.

Незважаючи на величезну літературу про зв'язок сорбційних властивостей хітозану з його хімічною структурою, не можна сказати, що дослідження в галузі хімії хітину / хітозану близькі до завершення. Постійно відкриваються нові властивості цієї речовини, зокрема, виявлена ​​біологічна активність ще не отримала належного пояснення з погляду хімічної структури. Наявні дані, що характер біологічної активності хітозану залежить від його молекулярної ваги і ступеня деацетилювання, потребу в подальшій перевірці та вивченні. Цей огляд є тим більш актуальним, що з'ясування зв'язку хімічної будови і біологічної активності дозволить створювати речовини, що зберігають відомі властивості хітозану і володіють новими корисними якостями.

2. Біоактивні похідні хітозану

2.1 Противобактериальное дію четвертинних амонієвих солей хітозану

Похідні з'єднання хітозану, такі як N, N, N-тремтіли хітозан, NN-пропіл-N, N-диметил хітозан і N-фурфуріл-N, N-диметил хітозан були отримані при використанні в якості вихідного продукту хітозану зі ступенем деацетилювання 96% і наступними молекулярними масами - 2,14 • 10 5, 1,9 × 10 4, 7,8 · 10 3. Аміногрупи хітозану реагують з альдегідами, утворюючи проміжне з'єднання - підстава Шиффа. Четвертинні солі хітозану були отримані при реакції основи Шиффа з йодистим метилом. На ступінь перетворення в четвертинний з'єднання і водорастворимость получившегося похідного впливала молекулярна маса вихідного зразка хітозану. [1]

Хоча хітину в природі багато, він має обмежене застосування через його недостатню розчинності і реакційної здатності. Хтозна розчином оцтової кислоти та інших органічних розчинниках. [2] Хтозна має деяким бактерицидною і фунгіцидною дією. Однак хітозан показує свою біологічну активність тільки в кислому середовищі, так як він погано розчиняється при pH вище 6,5. Таким чином, водорозчинні похідні хітозану, які розчиняються в кислоті, можуть мати гарні шанси бути впровадженими в медичну практику як антибактеріальні засоби.

Четвертинні амонієві солі хітозану були досліджені на предмет збільшення розчинності. Опублікована інформація про синтез N-діметілхітозана та отриманні N-тріметілхітозана йодиду з формальдегідом та боргідридом натрію. Тріметілхітозан йодид амонію був також отриманий реакцією нізкоацетілірованного хітозану з йодистим метилом і гідроксидом натрію при контрольованих умовах. N-алкіл хітозан був приготований введенням алкильной групи в амінниє групи хітозану (M v 7,25 · 5 жовтня) через підставу Шиффа. Для отримання четвертинної аммониевой солі хітозану, яка розчиняється у воді, була проведена реакція похідних N-алкіл хітозану з йодистим метилом (рис. 3). Антибактеріальну дію даного похідного хітозану посилювалося зі збільшенням довжини ланцюга алкільного заступника.



Рис.3 Синтез N-тріметілхітозана йодиду
Було досліджено вплив молекулярної маси на антибактеріальну і фунгіцидну активність.При виявленні противобактериального дії четвертинного похідного хітозану проти Escherichia coli визначали мінімальну інгібуючу концентрацію (МІК) і мінімальну бактерицидну концентрацію (МБК) у воді, 0,25% і 0,5% середовищі оцтової кислоти. Результати показують, що антибактеріальна активність проти Escherichia coli пов'язана з молекулярною масою. Антибактеріальна активність четвертинних амонієвих солей хітозану в середовищі оцтової кислоти більш виражена, ніж у воді. Їх противобактериальное дію тим більш виражене, чим вище концентрація оцтової кислоти. Так само було знайдено - бактерицидну дію похідного сильніше, ніж хітозану. [1]

Хтозна з молекулярною масою в межах от10000 до 100000 може бути корисний для обмеження зростання бактерій. Хтозна кальмара з молекулярною масою 220000 проявляє найбільшу противобактериальной активність. Хтозна з середньою молекулярною масою +9300 ефективний для обмеження зростання Escherichia coli, в той час як хітозан з молекулярною масою 2 200 прискорював зростання чисельності бактерій. [1]

У вітчизняній літературі є інформація про синтез четвертинних амонієвих сполук хітозану із застосуванням органічних підстав, і дослідження, присвячені властивостям отриманих сполук Для синтезу застосовувалися перегнані сухі метил-і етіліодід. Иодистоводородную кислоту, що утворюється під час реакції, пов'язували органічними основами: пиридином, 2,4-лутідіном, 2,4,6-коллідіном і триетиламіном. Отримане з'єднання виділяли з реакційної суміші фільтруванням, відмивали метанолом, сушили.

Було встановлено, що рК а хітозану 6.30. Був зроблений висновок, що підвищення ступеня N-алкілування буде спостерігатися при використанні основ з рК а> 6.30. Досліди показали, що найбільш глибоко реакція іде у присутності триетиламіну, рК а якого набагато вище, ніж у хітозану. Встановлено, що N-тріметіл- і N-тріетілхітозани є поліелектролітами і їх основність збільшується із зростанням ступеня заміщення. [4]
2.2 Лікування ран із застосуванням N-карбоксібутіл хітозану

У хворих, які перенесли відновну хірургію, донорські ділянки лікувалися м'якими прокладками N-карбоксібутілхітозана. При порівнянні з контрольними донорськими ділянками була виявлена ​​краща васкуляризація і відсутність запальних клітин на шкірному рівні. Застосування N-карбоксібутілхітозана призводило до формування регулярно організованою шкірної тканини і зменшувало аномальне загоєння. [2]

Одна з переваг N-карбоксібутіл хітозану при загоєнні ран - забезпечення гелеподібної шару при контакті з раневими рідинами. Даний шар забезпечує чудовий захист нещодавно сформованих тканин від механічних пошкоджень. Зовнішня поверхня прокладки приймала вид кірки і забезпечувала захист проти вторинних інфекцій зважаючи бактерицидності полімеру. Протягом періоду загоєння форма рани зберігалася, хоча її розмір зменшувався швидко і без ускладнень, на противагу контрольним групам. У контрольних групах форма рани була незабаром втрачена після традиційного лікування. [2]

У ранніх стадіях відновлення тканини N-карбоксібутіл хітозан сприяє формуванню вільної сполучної тканини, а не великих і щільних волоконних зв'язок, полегшуючи тим самим дифузію. Сполучна тканина регулярно і належним чином структурована, без значних рубців і володіє хорошою функціональністю тобто міцністю при розтягуванні. При утворенні епітелію тривимірна решітка є дуже важливою складовою. N-карбоксібутіл забезпечує таку грати і можливо модулює освіту епітелію.

Таким чином N-карбоксібутіл хітозан може класифікуватися як новий тип біологічно активних перев'язувальних засобів.

3. Бібліографія

  1. Zhichen Jia, Dondfeng shen, Weiliang Xu // Synthesis and antibacterial activities of quaternary ammonium salt of chitosan // Carbohydrate research 2001, p. 1-6.

  2. Graziella Biagini, Aldo Bertani etc // Wound managment with N-carboxybutil chitosan // Biomaterials 1991, Vol. 12, April, p. 281-285.

  3. Hioshi Sashiwa, Norioki Kawasaki etc // Chemical modifications of chitosan. Part 15 // Carbohydrate research +2003.

  4. Л. А. Нудьга, Є. А. Плиско, С. Н. Данилов // N-алкілування хітозану // Журнал загальної хімії 1973, том XLIII, с. 2756-2760.

5. Internet


Зміст