CC BY
33Работа поддержана программой «Наука» (код проекта 3.1344.2014) и частично грантом РФФИ 14-03-00743а.
ЛИТЕРАТУРА
1. Broxton T.J., Bunnett J.F. // J. Org. Chem. 1977. V. 42. N 4.
P. 643 - 649.
2. Pazo-Llorente R., Maskill H., Bravo-Diaz C., Gonzalez-Romero E. // Eur. J. Org. Chem. 2006. N 9. P. 2201 - 2209.
3. Wassmundt F.W., Kiesman W.F. // J. Org. Chem. 1997. V. 62. N 24. P. 8304 - 8308.
4. Zollinger H. In The Chemistry of amino, nitroso, nitro and related groups. Ed. Patai, S. Wiley & Sons: New York. 1996. Supplement F2. Part 1. 636 - 637 p.
5. Fieser L.F., Heyman H. // J. Am. Chem. Soc. 1942. V. 64. N 2. P. 376 - 382.
6. Hendrickson J. B. // J. Am. Chem. Soc. 1961. V. 83. N 5. P. 1251 - 1251.
7. Rutherford K.G., Redmond W.A. // J. Org. Chem. 1963. V. 28. N 2. P. 568 - 571.
8. Isbir A.A., Solak A.O. // Anal. Cnim. Acta. 2006. V. 573. P. 26-33.
9. Kariuki J.K., McDermott. // Langmuir. 2001. V. 17. P. 5947-5951.
10. Filimonov V.D., Postnikov P.S., Krasnokutskaya E.A., Lee Y.M., Hwang H.Y., Kim H. and Ki-Whan Chi. // Org. Lett. 2008. V. 10. N 18. P. 3961 - 3964.
11. Kutonova K.V., Trusova M.E., Postnikov P.S., Filimonov V.D., Parello J. // Synthesis. 2013. V. 45. N 19. P. 2706 -2710.
12. Lee Y.M., Moon M.E., Vajpayee V., Filimonov V.D., Chi
K.-W. // Tetrahedron. 2010. V. 66. N 37. P. 7418 - 7422.
13. Isbir A.A., Solak A.O. // Anal. Cnim. Acta. 2006. V. 573. P. 26-33.
14. Ермаков А.Е., Уймин М.А. // ЖФХ. 2009. Т. 83. 1338; Ermakov, А.Е., Uiymin M.A. // Zhurn. Fizich. Khim. 2009. V. 83. 1338 (in Russian).
15. Постников П.С., Трусова М.Е., Федущак Т.А., Уймин М.А., Ермаков А.Е., Филимонов В.Д. // Рос. нанотех-нологии. 2010. Т. 5. № 7. С. 15-16;
Postnikov P.S., Trusova M.E., Fedushchak T.A., Uiymin M.A., Ermakov A.E., Filimonov V.D. // Rossiyskie nanotekhnologii. 2010. V. 5. N 7. P. 15-16 (in Russian).
16. Слепченко Г.Б., Мартынюк О.А., Трусова М.Е. Постников П. С., Фам Кам Ньюнг, Филимонов В.Д. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75. Вып. 12. С. 11 - 14;
Slepchenko G.B., Martynyuk O.A., Trusova M.E., Postnikov P.S., Fam Kam Hyeng, Filimonov V.D. //
Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov. 2009. V. 75. N 12. P. 11 - 14 (in Russian).
17. Liu Y.C., McCreery R.L . // J. Am. Chem. Soc. 1995. V. 117. N 45. P. 11254 - 11259.
18. Anariba F. // Anal. Chem. 2003. V. 75. N 15. P. 3837 - 3844.
19. D'Amours M., Belanger D. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. N 20. P. 4811 - 4817.
20. Дерябина В.И. , Акользина Т.В. , Нохойжав Г. // Фундамент. исследов. 2013. Вып. 8-3. C. 590-594; Deryabina V.I., Akolzina T.V., Nokhoiyzhav G. // Fundamentalnye issledovaniya. 2013. N 8-3. P. 590-594 (in Russian).
Кафедра биотехнологии и органической химии
УДК 54.126+ 54.32
В.Н. Глотова, М.К. Заманова, Т.Н. Иженбина, В.Т. Новиков ОЧИСТКА ЛАКТИДА МЕТОДОМ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ
(Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
e-mail: glotovavn@gmail.com
Исследован процесс очистки лактида методом перекристаллизации из различных растворителей и с использованием адсорбентов. Содержание примесей в лактиде определяли методом ВЭЖХ и методом титрования по Фишеру. Показано, что использование адсорбентов существенно повышает чистоту получаемого лактида.
Ключевые слова: молочная кислота, лактид, полилактид
Лактид (дилактид) - циклический димер молочной кислоты (МК) - является основным сырьем для получения полилактида (полимолочной кислоты, ПЛ), а также незаменим в производстве сополимеров МК, которые относятся к группе биорезорбируемых полимеров. В последние годы использование биорезорбируемых полимеров на основе лактида в медицине осуществляется по следующим направлениям: шовные нити, эн-
допротезы в хирургии; искусственные ткани и органы в трансплантологии; травматология и ортопедия: различные шурупы, стержни и шины; в фармакологии - как основа для обеспечения пролонгированного усвоения медикаментов, принимаемых орально, парентерально (подкожные, внутримышечные инъекции), либо аппликационно в форме имплантатов, микросфер, либо наносфер [1].
Полученный из олигомера МК лактид-сы-
рец, как правило, содержит МК и олигомеры, препятствующие получению ПЛ с высокой молекулярной массой, которая нужна для изготовления медицинских изделий. Поэтому стадия очистки лактида-сырца - необходимый этап для дальнейшего использования лактида в качестве мономера для ПЛ. Очистку лактида-сырца от примесей можно осуществить экстракцией [2], дистилляцией [4], кристаллизацией расплава [3], перекристаллизацией из растворов. Перекристаллизацию лактида обычно рекомендуют проводить из этил-ацетата (ЭА), но из-за высокой растворимости лактида в ЭА при перекристаллизации наблюдаются большие потери основного вещества [5].
Поэтому представляет практический интерес изучить влияние различных растворителей и адсорбентов на выход и чистоту лактида после первой стадии перекристаллизации лактида-сырца.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе были использованы 80%-я L-МК (производитель PURAC), этилацетат (ЭА) классификации «х.ч.» (не менее 99,7% масс.), бутилаце-тат (БА) классификации «ч» (не менее 98,5% масс.), дихлорбензол (ДХБ) классификации «ч» (99% масс.), силикагель классификация КСМГ, активированный уголь марки «КМ».
Анализ лактида на содержание примесей (МК и остатки растворителя) проводился методом обращенно-фазной ВЭЖХ на хроматографе YoungLin Clarity YL9100, оснащенном колонкой Tracer 120 ODS-A С18 (250х4,6)мм с размером частиц 5 мкм и УФ-детектором. Хроматограммы регистрировали при длине волны поглощаемого света 210 нм, с температурой термостата колонки 25 °С. В качестве подвижной фазы использовали систему ацетонитрил - буферный раствор (0,1% H3PO4 в воде). Элюирование проб проводили в градиентном режиме со скоростью 1,5 мл/мин. Объем раствора пробы, вводимой в хроматограф -20 мкл. Качественную идентификацию анализируемых соединений проводили по временам удерживания, установленным по стандартному раствору. Количественный анализ растворителей и МК проводили методом абсолютной градуировки по предварительно построенным градуировоч-ным графикам по каждому из анализируемых веществ. Содержание воды в растворителях и образцах лактида определяли методом титрования по Фишеру на приборе 870 KF Titrino plus metrohm в интервале от нескольких частей на миллион до 100%. Контроль чистоты лактида также осуществляли по температуре плавления на приборе Melting point M 560.
Для изучения процесса перекристаллизации готовили девять растворов, в каждый из которых вносили равное количество растворителя и лактида-сырца с температурой плавления 72 °С в соотношении 1:2 (масс.), а также при необходимости адсорбенты (активированный уголь или сили-кагель), причем, силикагель сушили перед использованием при температуре выше 250 °С, а активированный уголь - при 60...70 °С в вакууме. Затем проводили процесс перекристаллизации. Полученные осадки лактида сушили до постоянной массы в вакуум-сушильном шкафу и проводили запланированные анализы.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Лактид-сырец, получаемый из олигомера МК, может содержать в качестве примесей молочную кислоту, олигомеры МК и другие соединения. Наиболее быстрым и менее энергоемким способом очистки лактида в лабораторных условиях является перекристаллизация. Выбор растворителей в данной работе основывался на литературных данных по растворимости лактида [5]. Для оценки влияния растворителей и адсорбентов на чистоту очищаемого лактида определяли температуру плавления образцов и полученные данные представлены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики процесса перекристаллизации лактида из этилацетата, бутилацетата и дихлорбензола Table 1. Parameters of lactide process recrystallization
Состав растворителя t °С 1пл лакт? ^ ю, %
ЭА+силикагель 94,5 45
ЭА+уголь 91,1 43
этилацетат 90,7 39
БА+силикагель 94,2 70
БА+уголь 94,4 70
бутилацетат 85,9 51
ДХБ+силикагель 92,3 86
ДХБ+уголь 94,7 79,23
дихлорбензол 86,6 96,28
ю, % - выход лактида после 1 стадии перекристаллизации Note: tm лакт. - lactide melting temperature, 0С; ю, % - lactide yield after first step of recrystallization
Необходимо отметить, если судить по температуре плавления лактида, что использование силикагеля и активированного угля при перекристаллизации ощутимо способствует очистке лактида-сырца, а максимальный выход лактида наблюдается при использовании БА и ДХБ. В зависимости от вида примесей в лактиде-сырце прирост массы адсорбентов составляет: силикагеля до 150%, активированного угля до 260%.
ил лакт
Также представляло интерес определить содержание МК и растворителя в очищенном лак-тиде методом ВЭЖХ (табл. 2).
Таблица 2
Содержание примесей в перекристаллизованном лактиде
Данные ВЭЖХ свидетельствуют, что использование в этом процессе БА с силикагелем приводит к минимальной концентрации МК в лак-тиде. Кроме того, БА легче удаляется при сушке из кристаллов лактида в вакууме.
Необходимо отметить, что при одновременной сушке в сушильном шкафу образцов лак-тида, полученных из различных растворителей, наблюдается перенос и адсорбция паров растворителей. Например, при одновременной сушке образцов ДХБ обнаруживается в образцах, очищенных из ЭА и БА.
В товарных растворителях имеется в качестве примеси вода, содержание которой регламентировано [6]. Содержание же воды в лактиде для синтеза ПЛ большой молекулярной массы должно
быть минимально. В используемых растворителях различных партий содержание воды составляет: ЭА до 0,17 %; БА до 0,23 %. А остаточное содержание воды в осушенном в вакууме лактиде, перекристаллизованном из этих растворителей, равно 0,0088...0,0091 %.
ВЫВОДЫ
Применение адсорбентов (силикагеля и активированного угля) значительно снижает потери лактида при перекристаллизации из БА и ДХБ, а также уменьшает число стадий перекристаллизации за счет хорошей адсорбции олигомеров и МК. Степень чистоты лактида после первой стадии перекристаллизации выше при использовании силикагеля в качестве адсорбента и бутилацетата, как растворителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Марычев С.Н., Калинин Б. А. Полимеры в медицине. Владимир: ВГУ. 2001. 68 с.;
Marychev S.N., Kalinin B.A. Polymers in medicine. Vladimir: VGU. 2001. 68 р. (in Russian).
2. Ding Hai-bing, Wang Ying-zhi. // Juzhi gongye. Polyester Ind. 2010. V. 23. N 2. P. 1-3.
3. Zhang Tao, Shi Jian-ming, Zhang Shao-jun, Jiang Shou-ying // Huaxue gongcheng. Chem. Eng. (China). 2010. V. 38. N 12. P. 22-25.
4. Han Ning, Wang Peng, Zhang Ying-min, Shi Shu-jie // Guocheng gongcheng xuebao. Chin. J. Process Eng. 2007. V. 7. N 2. P. 306-309.
5. Иженбина Т.Н., Глотова В.Н., Яркова А.В. // Сб. науч. трудов X Междунар. конф. студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». Томск: Изд-во ТПУ. 2013. С. 318-320;
Izhenbina T.N., Glotova V.N., Yarkova A.V. // Collection of scientific works of X Int. Conference of students and young scientists Prospects of development of fundamental science. Tomsk: TPU. 2013. P. 318-320 (in Russian).
6. ГОСТ 22300-76 Реактивы. Эфиры этиловый и бутиловый уксусной кислоты. Технические условия;
State Standard 22300-76. Reagents. Ethyl and Butyl Esters of Acetic Acid.Technical requirements. (in Russian).
Table 2. Impurities content in recrystallized lactide
Состав растворителя Содержание примесей, % масс.
МК Растворитель
ЭА 2,29±0,05 0,200±0,003
ЭА + силикагель 1,53±0,03 0,110±0,002
ЭА + активированный уголь 1,93±0,04 0,260±0,004
БА 1,04±0,03 не обнаруж.
БА +силикагель 0,55±0,01 не обнаруж.
БА + активированный уголь 1,37±0,03 не обнаруж.
ДХБ 2,76±0,05 2,02±0,02
ДХБ + силикагель 3,55±0,07 0,190±0,009
ДХБ + активированный уголь 1,27±0,03 0,120±0,001
Кафедра технологии органических веществ и полимерных материалов
