CC BY
14ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, Серия А, 1997, том 39, № 1, с. 83-89
УДК 541(127+64):547.458
КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КАРБОКСИМЕТИЛИРОВАНИЯ ДЕКСТРАНА И СТРОЕНИЕ ПРОДУКТА РЕАКЦИИ1
© 1997 г. Л. Б. Кренцель*, И. В. Ермаков*, В. В. Яшин*, А. И. Ребров*, А. Д. Литманович*, Н. А. Платэ*, F. Chaubet**, J. Champion**, J. Jozefonvicz**
* Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук
117912 Москва, Ленинский пр., 29 **Laboratoire de Recherches sur les Macromolecules CNRS-URA-502 Université Paris-Nord, av. J.-B. Clement, 93430 Villetaneuse, France Поступила в редакцию 14.01.96 г.
Принята в печать 05.03.96 г.
Методами УФ-спектроскопии и химического анализа изучена кинетика карбоксиметилирования дексграна до степени замещения СЗ ~ 0.8 замещенных групп ОН на звено. Строение продукта реакции исследовано методами 1D и 2D ЯМР *Н и ЯМР |3С. С самого начала реакции образуются три монозамещенных, а начиная с СЗ ~ 0.30-0.35 также три дизамещенных цикла. Коэффициенты скорости монозамещения групп ОН при углеродных атомах С2, СЗ и С4 уменьшаются в ряду k1>kA>ki. Монозамещение снижает на -50% реакционную способность группы ОН в ^-положении и на ~30% в у-положении. При СЗ > 0.3 коэффициенты скорости падают с конверсией. Выявленные с помощью совместного анализа кинетических данных и результатов ЯМР особенности протекания реакции интерпретированы с учетом таких типично полимерных эффектов, как эффект заряженного клубка и взаимодействие соседних циклов (образование межзвенных Н-связей).
Полимерные эффекты, обусловленные длин-ноцепочечной природой реагента, определяют как кинетику макромолекулярных реакций, так и распределение прореагировавших и непрореаги-ровавших звеньев в цепи образующихся продуктов. Количественное исследование взаимосвязи между кинетикой реакции и распределением звеньев - задача достаточно сложная. Немногочисленные работы в этой области выполнены на относительно простых модельных системах [1]. По-видимому, целесообразно использовать подходы теории макромолекулярных реакций для анализа
-°-сн2 -0^сн2
\ ОН \ ОН
. pk^- pkf"
он
он
он
D
СМ
реальных лабораторных методик и промышленных процессов, поскольку такого рода исследования позволяют получить информацию о первичной структуре продуктов реакции, необходимую для интерпретации поведения модифицированных полимеров. Это в полной мере относится к процессу модификации декстрана.
Модифицированный дексгран - карбоксиме-тил-дексгран-бензиламидо-сульфонат (СМОВв) содержит незамещенные глюкозидные звенья (О), циклы с метиленкарбоксильными (СМ), бензил амидными (В) и сульфогруппами (8).
0
1
СН2
I z
COONa
1 Работа выполнена при финансовой поддержке фонда ЮТА5 (фант 93-2276).
83
6*
CMDBS, который синтезируют путем последовательных полимераналогичных превращений декстрана (карбоксиметилирования, бензилами-дирования и сульфирования), является в сущности статистическим сополимером. Между тем CMDBS обладает некоторыми биологическими свойствами, в частности, существенной антикоа-гулянтной активностью [2]. Обнаружена также способность CMDBS и других статистических сополимеров к специфическому взаимодействию с такими биологическими объектами как белки, протеогликаны, нуклеиновые кислоты, гликоз-аминогликаны. Это явление может быть понято, если предположить, что за специфическое взаимодействие ответственны короткие последовательности звеньев в цепи сополимера [3]. Для поиска активных мест, ответственных за специфическое взаимодействие, необходима информация о строении Цепи CMDBS, которое ранее детально не изучалось.
Первой и предопределяющей строение конечного продукта" стадией синтеза CMDBS является карбоксиметилирование декстрана. В ходе реакции образуются различные моно- и дизамещенные циклы; более того, монозамещение влияет на реакционную способность остальных групп ОН в кольце; следовало ожидать также, что именно на этой стадии могут проявляться полимерные кинетические эффекты. Все факторы, естественно, должны отражаться на строении продукта - кар-боксиметилированного декстрана (CMD).
В настоящей работе исследована взаимосвязь между кинетикой карбоксиметилирования и строением продукта реакции. С этой целью контролировали общую кинетику замещения групп ОН в декстране и изучали методом ЯМР строение CMD,
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали декстран Т-10 (Мп = = 5490, Mw = 10200) фирмы "Pharmacia Fine Chemicals", монохлоруксуеную кислоту (ХУК) фирмы "Janssen Chimica".
Карбоксиметилирование декстрана проводили согласно работе [2]; методика была несколько изменена, чтобы реакция протекала в изотермических условиях. Охлажденный до 4°С водный раствор декстрана и NaOH быстро нагревали при интенсивном перемешивании до 20°С и вливали в него предварительно охлажденный до 4°С водный раствор ХУК. В течение 1 мин температура смеси вследствие теплоты нейтрализации достигала 50°С. Реакционный сосуд немедленно помещали в термостат при 50°С, и этот момент фиксировался как начало реакции. Общий объем смеси не превышал 8-10 мл. Исходная концентрация декстрана составляла 0.75 осново-моль/л (далее всюду моль/л).
Общую кинетику замещения групп ОН контролировали методом хим. анализа. Образцы СМО переводили в Н-форму и содержание групп СМ определяли титрованием ЫаОН. Кроме того, кинетику реакции при низких конверсиях СЗ < 0.4 (СЗ - число замещенных ОН-групп в расчете на одно звено) изучали методом УФ-спектроскопии (287 им). Общий расход ХУК определяли титрованием С1~ ионов Нё2(М03)2.
Спектры Ш ЯМР 13С регистрировали на спектрометре "Вгикег МБЬ-ЗОО" при 75.47 МГц с подавлением ядерного эффекта Оверхаузера. Использовали 10%-ные растворы в 020 при 20°С и 4,4-диметил-4-силапентансульфонат натрия (ДСС) как внутренний стандарт. Накопление сигнала осуществляли путем 30000-60000 сканирований спектра с периодом повторения 6 с; время накопления сигнала 0.62 с; 90°, С импульс 6.7 мкс.
Ю [Н и 20 гомо- и гетероядерные спектры записывали на спектрометре "Вгикег АМХ-400" при 50°С.
УФ-спектры снимали на спектрофотометре "8ресогс1 М-40".
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Данные ЯМР
Декстран. Отнесение сигналов в спектрах ЯМР 'Н и ЯМР 13С декстрана было сделано по результатам 'Н корреляционной спектроскопии и 20 гетероядерной корреляционной спектроскопии, а также по литературным данным [4—14]. Поскольку для анализа «роения СМО использовали данные именно спектров ЯМР 13С, на рис. 1 приведен для сравнения соответствующий спектр декстрана. Сигналы С атомов декстрана отнесены следующим образом (хим. сдвиги в низкое поле от ДСС, м. д.): С1 (98.9), С2 (72.5), СЗ (74.5), С4 (70.7), С5 (71.3), С6 (66.7).
он Т он
Малые пики при 100.4 и 100.7 м. д. соответствуют боковым а-1 —З-О-глюкозил-остаткам, соединенным с а-1 —- 6-О-глюкозил-звеньями основной цепи. Малые пики при 82.3 и 81.6 м. д. отнесены к ответвлениям от СЗ [15]. (Общая степень разветвления декстрана оценена по отношению площадей а-1 —► 3 и суммарного резонанса аномерных протонов в спектре ЯМР 'Н и равна -3%). Заметны также сигналы концевых групп в а-(93.3 м. д.) и р-(97.2 м. д.) конформациях.
Карбоксиметнлированный декстран. На рис. 2 представлены спектры ЯМР 13С (75.47 МГц, с подавлением ядерного эффекта Оверхаузера) шести
образцов СМО разной степени превращения (всего изучали спектры восьми образцов СГуГО, полученных в условиях кинетических опытов).
У образцов низкой конверсии (рис. 2, спектры а, б, в) уменьшается интенсивность сигналов С1, С2 и СЗ (по сравнению с декстраном) и появляются сигналы при 99.6,96.7, 84.8,80.5,73,5,71.0,69.9 и 67.4 м. д. В соответствии с данными по спектрам ЯМР 13С модифицированного этилхлороформиа-том [9] или хлорацетилхлоридом [12] декстрана, а также модифицированной целлюлозы [16, 17] эти сигналы могут быть отнесены следующим образом: 80.9 м. д. к С2(2), т.е. сигнал С2, содержащего группу СМ (а-эффект); 96.7 м. д. к С 1(2) и 73.5 м. д. к С3(2), т.е. к атомам С, соседним с замещенным С2 ф-эффект). Аналогично отнесены сигналы 84.8 м. д. к С3(3); 99.6 м. д. предположительно к С 1(3) (у-эффект); 69,9 м. д. к С4(3); 80.5 м. д. к С4(4), последний перекрывается с сигналом 80.9 м. д., отнесенным к С2(2). Мы не смогли интерпретировать сигнал при 67.4 м. д.
С увеличением конверсии (рис. 2, спектры г, д, е) появляются и растут новые сигналы, которые отнесены следующим образом: 80.2 м. д. к С2(2, 4), т.е. сигнал С2 в 2,4-дизамещенном звене; 83.9 м. д. к С3(2, 3) и слабый сигнал 69.6 м, д. к С4(2, 3).
При конверсии СЗ > 0.3 появляются и растут два широких сигнала (рис. За) - 97.5 и 99.2 м. д., отнесенные соответственно к С1(2, 3) и С1(3,4).
В этом же диапазоне конверсии, наряду с ростом сигнала 83.9 м. д., наблюдается значительное уширение пика при 79-82 м. д. и изменение его формы (рис. 36). По результатам анализа данной области с помощью двумерного гетероядерного корреляционного эксперимента заключили, что этот пик помимо сигнала от С2(2) содержит перекрывающиеся сигналы от С4(4), С4(3,4), С2(2,3), С2(2, 4) и С4(2,4).
Область 66-75 м. д. для количественного анализа спектров нельзя было использовать вследствие сильного перекрывания сигналов незамещенных и модифицированных звеньев.
Таким образом, из данных ЯМР следует, что с самого начала реакции образуются все три моно-замещенных цикла, при СЗ ~ 0.30-0.35 заметно образование дизамещеннных циклов, а тризамещен-ные циклц в исследованном диапазоне конверсий (СЗ < 0.8) не образуются.
Однако вследствие сильного перекрывания сигналов установить состав образцов СМО непосредственно из спектров ЯМР не удалось. Эту задачу мы решали путем сопоставления результатов компьютерного анализа спектров ЯМР и данных по кинетике замещения групп ОН с расчетами по соответствующей кинетической схеме реакции.
I
-I_I_I_1—_I_I_1_
100 90 80 70 60 5, м. д.
Рис. 1. Спектр ЯМР |3С (75.47 МГц) декстрана в Б20 при 20°С.
Рис. 2. Спектры ЯМР 13С (75.47 МГц) СМБ в Р20 при 20°С. СЗ=0.10 (а), 0.17 (б), 0.23 (в), 0.44 (г), 0.65 (д) и 0.80 (е).
6 ____As . .. _______
.к
в Л
96 102 6, м. д.
(б)
л.
86
82
78 86 5, м. д.
82
78
Рис. 3. Область резонансов С1 (93-103 м. д.) (а) и С2 и СЗ (76-89 м. д.) (б) спектров ЯМР 13С (75.47 МГц) CMD, представленных на рис. 2.
Кинетический анализ
Кинетическая схема. Карбоксиметилирование декстрана (при СЗ < 0.8) формально может быть описано схемой
ХУК реагирует с ионизованными группами ОН декстрана. В условиях опытов равновесная степень ионизации декстрана мала (~0.1, оценка по измерениям рН), так что скорость изменения концентрации, например незамещенных циклов О, можно описать уравнением
еЮ/йг = ~{к2 + + к4)БАВ,
где А и В - текущие концентрации ХУК и ЫаОН, а величины ^ (/ = 2, 3,4) включают константу ионизационного равновесия
Эх-ОН + ОН" Эх-О" + Н20
Поскольку в опытах определяли титрованием С1~ ионов общий расход ХУК, значения АиВ легко рассчитываются. Поэтому удобно ввести приведенное время х = ^оАВеЬ, найти зависимость х
от г интегрированием кривой (АВ)-1 и перейти к системе уравнений (1)-(7)- В результате из анализа исключается побочная реакция и решение уравнений существенно упрощается. Таким образом, изменение концентраций различных структур при карбоксиметилировании декстрана описывается системой уравнений
<Ю/<1х = ~(к2 + кг + к4)й (1)
dC2/dx = k2D - (¿23 + кы)С2 dC3/dx = k3D-(kn + kH)C3 dC4/dx = k4D - (¿43 + k42)C4 dC2^/dx — k2^C2 + ¿32^3 d(224/dx ~ kuC2 *f k42C4 dC^/dx = кЪ4Сг + к4ЪС4
(2)
(3)
(4)
(5)
(6) (7)
где С¡ (i = 2, 3,4) и Су (i,j = 2, 3,4) обозначают соответствующие moho- и дизамещенные циклы, а k¡ (i = 2,3,4) и k¡j (1,7 = 2,3,4) - эффективные константы скорости; например, к24 обозначает константу скорости замещения у С4 в цикле, уже замещенном у С2.
В системе помимо основной реакции
Dx-OH + С1-СН2-СООН + 2NaOH —
— Dx-0-CH2-C00Na + NaCl + 2HzO,
где Dx-OH обозначает любое содержащее незамещенную группу ОН звено, протекает также побочная реакция
С1-СН2-СООН + 2NaOH — — HO-CH2-COONa + NaCl + HzO
Теперь, используя результаты ЯМР-спектро-скопии и данные по расходу групп ОН совместно с уравнениями (1)—(7), можно оценивать кинетические параметры и структуру СМО.
Карбоксиметилирование при низких конвер-сиях. Прежде всего рассмотрим область низких конверсий СЗ < 0.32, когда протекает только монозамещение. Для расчета замещения у С2 и СЗ использовали сигналы от С1(2), С3(3) и С1(3) -96.7,84.8 и 99.6 м. д. соответственно. Относительно плохо разрешенные сигналы от С2(2) и С4(4) (80.9 и 80.5 м. д.) однозначно разделяются с помощью компьютерного анализа. Содержание различных монозамещенных циклов (таблица) определяли по отношению площадей соответствующих пиков к суммарной площади сигналов от С1, которая не меняется с конверсией и может служить внутренним стандартом.
Согласие между величинами площадей сигналов от С 1(2) и С2(2), а также от С1(3) и С3(3)
Строение карбоксиметилированного дексграна по данным ЯМР
Число монозамещенных звеньев в расчете на 100 звеньев цепи
t, мин х, мин (моль/л)2 С -2 С -з с4 СЗ (данные УФ- и хим.анализа)
Cl (2) 96.7 м. д. С2(2) 80.9 м. д. С1(3) 99.6 м. д. С3(3) 84.8 м. д. С4(4) 80.5 м. д.
6 48 4.8 4.8 2.0 2.0 3.2 0.11
10 77 7.5 7.5 3.5 3.5 6.0 0.19
12 91 11 8.5 4.8 4.0 5.7 0.21
14 105 И 11 5.6 5.6 6.5 0.23
25 170 15 12 6.0 5.5 8.1 0.32
подтверждает, что в данном интервале СЗ диза-мещение заметно не протекает.
Используя данные таблицы и уравнения (1)-(4) (при этом члены, содержащие константы дизаме-щения, были опущены; исходное значение D = = 0.75 моль/л), методами численной оптимизации [18] нашли следующие значения констант скорости монозамещения [/: х 103, л2/(моль2 мин)]: к2 = = 1.2, к3 = 0.5 и к4 = 0.8.
Таким образом, константы монозамещения образуют ряд кг>кА>къ. Заметим, что соотношение констант монозамещения в декстране зависит как от типа реакции, так и от условий эксперимента. Например, ранее Арранц и др. установили, что реакционная способность групп ОН дексграна уменьшается в ряду С2 > СЗ > С4 в реакции с хлорацетилхлоридом [12] и в ряду С2 > С4 > СЗ в реакции с этилхлороформиатом [9].
Карбоксиметилирование при высоких конвер-сиях. Поскольку для образцов CMD с СЗ > 0.32 перекрывающиеся сигналы разделить однозначно не удалось, в расчетах использовали суммарные площади сигналов С 1(2) + С 1(2, 4) при 96.7 м. д.; С1(3) + С1(3, 4) при 99.6 м. д.; С2(2) + С2(2, 3) + + С4(4) + 2С4(2, 4) + С4(3, 4) при 80-81.5 м. д.; С3(2, 3) + С3(3,4) при 83.9 м. д., а также С3(3) при 84.8 м. д. Варьируя к, и ку, по уравнениям (1)-(7) рассчитывали суммарные концентрации замещенных циклов в комбинациях, соответствующих составу этих суммарных площадей, а также концентрации незамещенных групп ОН.
Отрицательно заряженный монозамещенный цикл отталкивает ионы ОН" и С1СН2СОО~, что приводит к замедлению дизамещения - локальный электростатический эффект (вклад в замедление могут вносить также стерические факторы). Поэтому при варьировании константы ку всегда выбирали меньшими, чем соответствующие константы к,.
Для не зависящих от конверсии значений к, и ktJ описать данные ЯМР количественно не удалось. Но даже при относительно небольших отклонениях расчетных значений структурного состава
образцов СМО от данных ЯМР рассчитанная для того же набора констант кинетическая кривая расхода групп ОН резко расходится с экспериментом (рис. 4), начиная с %0~ 120.
Очевидно, на кинетику реакции, помимо локального электростатического эффекта, существенно влияют и другие факторы. Прежде всего, с накоплением групп СМ на цепи ионы ОН" и С1СН2СОО~ испытывают отталкивающее действие заряженного клубка как целого (в условиях опытов клубки не перекрываются). В результате уменьшается вероятность замещения у любой группы ОН декстрана. Кроме того, скорость нук-леофильного замещения галоида в хлорацетате натрия зависит (при неизменной ионной силе раствора) от ионного состава среды, в частности, от соотношения концентраций ионов С1", ОН" и С1СН2СОО~ [19], которое в ходе основной и побочной реакций непрерывно изменяется. Поэтому количественно описать кинетику карбоксиме-тилирования декстрана в столь сложной системе представляется возможным лишь в том случае, если коэффициенты скорости к, и ку при х > х0 выразить как некоторые убывающие функции х.
х, мин (моль/л)2
Рис. 4. Кинетика расхода групп ОН. Точки - данные хим. анализа; кривая I рассчитана по уравнениям (I )-(7) без учета изменения коэффициентов скорости с конверсией; кривая 2 — по уравнениям (1)-(8).
с, моль/л
г, мин (моль/л)2
Рис. 5. Изменение суммарных концентраций замещенных циклов: 1 - С2(2) + С2(2, 3) + С4(4) + + 2С4(2, 4) + С4(3, 4); 2 - С1(2) + С1(2, 4); 3 -С1(3) + С1(3, 4); 4 - С3(3); 5 - С3(2, 3) + С3(3, 4). Точки - данные ЯМР; кривые - расчет по уравнениям (1М8) для различных (а) и одинаковых (б) параметров уравнения (8).
Доля звеньев
Рис. 6. Изменение структуры CMD с конверсией -расчет по уравнениям (1М8). 1 - С2, 2 - С4,3 -с1'4~ с24.5 - С23, б - С34.
Поиск исходного набора коэффициентов скорости и их зависимости от % при 1>%ц осуществляли в диалоге с компьютером. Были найдены следующие исходные значения ¿, и ки [к х 103, л2/(моль2 мин)]:
¿2 кг ¿4 ¿23 ¿24 кП *34 к42 кИ
1.2 0.50 0.80 0.25 0.56 0.60 0.40 0.84 0.25
Экспериментальные и расчетные данные хорошо согласуются между собой (рис. 4 и 5), если уменьшение коэффициентов скорости при х > т0 задавать сигмоидальными функциями
f(x) = x +-у---, (8)
где х, у, z, А - параметры, причем Дт0) = 1.
Заметим, что изменение всех коэффициентов скорости не удается описать функцией (8) при одних и тех же параметрах х и у. Расчетные значения концентраций С3, С3 + С34 и С23 + С34 оказываются заниженными по сравнению с данными ЯМР (рис. 56) при удовлетворительном согласии расчетов ц экспериментом для остальных структур. Очевидно, коэффициенты скорости моно- и дизамещения в положение 3 уменьшаются с конверсией медленнее, чем при замещении в положения 2 и 4. Это различие можно интерпретировать, если учесть взаимодействие между циклами: ионизованная группа СМ образует Н-связь с группой ОН соседнего цикла, тем самым понижая вероятность ее карбоксиметилирования. Естественно допустить, что "срединное" положение группы ОН у СЗ менее благоприятно для такого взаимодействия, чем у С2 и С4.
Итак, монозамещение снижает на ~50% реакционную способность группы ОН в Р-положении (ср. ¿2 и ¿32) и на -30% в у-положении (ср. к2 и ¿42). До значений СЗ - 0.3 (т ~ 120) как данные ЯМР, так и расход групп ОН описываются исходными и не зависящими от т значениями коэффициентов скорости; по-видимому, замедляющее действие заряженного клубка и межзвенного Н-связывания в этом диапазоне конверсий компенсируется изменением ионного состава среды. Начиная с т ~ 120, изменение ¿3, ¿^ и ¿43 описывается сигмоидой (8) с параметрами * = 0.45 и у = 0.93, г = 153.76, Л = 199.19, а изменение остальных коэффициентов скорости -сигмоидой с теми же значениями параметров z и Л, но при х — 0.0271, у = 1.7955.
Как видно из рис. 4 и 5, расчеты с использованием уравнений (1М7) и зависимости (8) удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными и по кинетике карбоксиметилирования и по строению продукта реакции.
На рис. 6 представлен расчет изменения структуры CMD с конверсией - в исследованном диапазоне СЗ. Эти данные можно использовать для интерпретации свойств карбоксиметилированного декстрана и продуктов его последующей модификации.
Таким образом, методология исследования мак-ромолекулярных реакций [1] оказалась весьма эффективной в изучении достаточно сложно протекающей реакции карбоксиметилирования декстрана.
Именно совместный анализ кинетических данных и ЯМР спектров позволил впервые описать изменение индивидуальных коэффициентов скорости моно- и дизамещения групп ОН декстрана с конверсией, что дало возможность рассчитать изменение строения CMD в ходе реакции. Выявленные особенности протекания реакции могут быть объяснены наличием таких типично полимерных эффектов, как эффект заряженного клубка и взаимодействие соседних циклов (образование меж-звенных Н-связей). Полученные результаты необходимы для интерпретации свойств CMD и продуктов его последующих химических превращений.
Предложенный в настоящей работе подход можно использовать в исследованиях химической модификации не только декстрана, но и других полисахаридов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. PlatéN.A.,Litmanovich A.D., Noah O.V. Macromolecu-lar Reactions. Chichester: Wiley, 1995.
2. Mauzac M., Jozefonvicz J. // Biomaterials. 1984. V. 5. P. 301.
3. Jozefonvicz J..JozefowiczM.il J. Biomater. Sei., Polym, Ed. 1990. V. 1. № 3. P. 147.
4. Seymour F.R., Knapp R.D., Bishop S.H. // Carbohydr. Res. 1976. V. 51. P. 179.
5. Seymour F.R., Knapp R.D., Bishop S.H., Jeanes A. II Carbohydr. Res. 1979. V. 68. P. 123.
6. Seymour F.R., Knapp R.D., Bishop S.H. // Carbohydr, Res. 1979. V. 74. P.77.
7. Seymour F.R., Knapp R.D.F. // Carbohydr. Res. 1980. V.91.P. 105.
8. Davis H.M., Boyko WJ., Edwards J.R. // Carbohydr. Res. 1986. V. 152. P. 69.
.9. Arranz F., Roman J.S., Sanchez-Chaves M. I I Macro-molecules. 1987. V. 20. № 4. P. 801.
10. Arranz F., Sanchez-Chaves M., Ramirez J.C, II Angew. Makromol. Chem. 1992. B. 194. S. 78.
11. Ramirez J.C., Sanchez-Chaves M., Arranz F. // Angew. Makromol. Chem. 1993. B. 206. S. 77.
12. Ramirez J.C., Sanchez-Chaves M„ Arranz F. I I Polymer. 1994. V. 35. № 12. P. 2651.
13. Meyer T.S., Lamberts B.L., Egan R.S. I I Carbohydr. Res. 1979. V. 66. P. 33.
14. Cheethman N.W.H., Fialabeer E„ Walker G.J. И Carbohydr. Polymers. 1991. V. 14. P. 149.
15. ho H., Schuerch С. II J. Am. Chem. Soc. 1979. V. 101. № 19. P. 5797.
16. Kimura K., Shigemara Т., Kubo M„ Maru Y. // Makro-mol. Chem. 1985. B. 186. № 1. p. 61.
17. Perfondry A., Perlin A.S. I/ Carbohydr. Res. 1977. V.57. P. 39.
18. Bunday B.D. Basic Optimization methods. London: Edward Arnold (Publishers) Limited, 1984.
19. Сергеев E.B., Радъко С.И. II Кинетика и катализ. 1971. Т. 12. №4. С. 877.
Kinetic Features of the Carboxymethylation of Dextran and the Structure of the Reaction Product
L. B. Krentsel'*, I. V. Ermakov*, V. V. Yashin*, A. I. Rebrov*, A. D. Litmanovich*, N. A. Platé*, F. Chaubet**, J. Champion**, and J. Josefonvicz**
*Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences, Leninskiipr. 29, Moscow, 117912 Russia **Laboratoire de Recherches sur les Macromolecules CNRS-URA-502 Université Paris-Nord, av. J.-B. Clement, 93430 Villetaneuse, France
Abstract—The kinetics of carboxymethylation of dextran to a degree of substitution DS - 0.8 substituted OH groups per repeat unit was studied using UV spectroscopy and chemical analysis. The structure of the reaction product was examined with ID and 2D 'H NMR and 13C NMR. From the very start of the reaction, three mono-substituted rings are identified; beginning from DS - 0.30-0.35, three disubstituted rings are also detected. The rate coefficients for monosubstitution of the OH groups at C2, C3, and C4 decrease in the order k2> k4> k2. Monosubstitution reduces by -50% the reactivity of the OH group in the (i-position and by ~30% the reactivity of the OH group in the y-position. At DS > 0.3, the rate coefficient decrease with conversion. The specific features of the reaction that were interpreted in terms of typically polymeric effects, such as the charged coil effect and the interaction between the neighboring rings (formation of H-bonds between the units).
