CC BY
59
Химия растительного сырья. 2012. №4. С. 35-42.
УДК 541.64
СИНТЕЗ ХЛОРДЕЗОКСИЦЕЛЛЮЛОЗЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХЛОРИСТОГО СУЛЬФУРИЛА В СРЕДЕ ^^ДИМЕТИЛФОРМАМИДА
© М.А. Торлопов1, Д.В. Тарабукин2, Е.В. Удоратина1
1 Институт химии Коми научного центра УрО РАН, ул. Первомайская, 48,
Сыктывкар, Республика Коми, 167982 (Россия),
e-mail: torlopov-ma@chemi.komisc.ru
2Институт биологии Коми научного центра УрО РАН,
ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, Республика Коми, 167982 (Россия)
Предложен метод синтеза б-хлор-б-дезоксицеллюлозы действием хлористого сульфурила на целлюлозу в присутствии пиридина в среде ^^диметилформамида при 25 °С, Структура производного доказана методом ЯМР-спектроскопии, Полученная хлордезоксицеллюлоза обладает устойчивостью к процессам кислотного и ферментативного гидролиза, которая возрастает с увеличением степени замещения,
Ключевые слова: хлордезоксицеллюлоза, микрокристаллическая целлюлоза, модификация полисахаридов,
Работа выполнена при финансовой поддержке программы ОХНМРАН№3, проект 12-Т-3-1026. Введение
Галогендезоксипроизводные полисахаридов представляют интерес в качестве исходных соединений для получения новых материалов. Они могут быть использованы для разнообразных химических превращений, происходящих с участием атома галогена. В ряду галогендезоксипроизводных полисахаридов наиболее распространены хлордезоксипроизводные. Хотя в сравнении с бромидами, йодидами, а также този-латами в реакциях нуклеофильного замещения хлорпроизводные, как правило, менее активны, хлордезок-сиполисахариды доступны, устойчивы и при подборе соответствующих условий могут быть использованы в качестве промежуточного продукта при получении полисахаридов, содержащих амино-, тиольные [1, 2] и другие функциональные группы. В последнее время хлордезоксиполисахариды применяются для конъю-гирования с фрагментами лекарственных соединений [3, 4].
Большая часть разработанных методов синтеза хлордезоксиполисахаридов использована в химии целлюлозы - наиболее распространенного и востребованного растительного полисахарида. Синтез хлорде-зоксицеллюлозы может быть осуществлен несколькими путями, наиболее старые и известные из которых
~ ~ ' : заключаются в действии на полисахарид хлористого
ІорлоповМихаилАнатольевич - научный сотрудник
лаборатории химии растительных полимеров, кандидат тионила или оксохлорида фосфора в присутствии химическихнаук, тел,: (8212)-21-99-б1, пиридина [5]. Сегодня предпочтение отдается более
e-mail: torlopov-ma@chemi komisc ru эффективным методам синтеза, обеспечивающим, с
ТарабукинДмитрий Валерьянович - научный одной стороны, мягкие условия реакции для предот-
сотрудник, кандидат биологических наук, __ __
v1 ..........Д ., , вращения деструкции полимера, а с другой - позво-
тел,: (8212)-43-б8-28, e-mail: dvtarabukm@ib.komisc.ru
„ ляющим ввести атом хлора в заданное положение
Удоратина Ьлена Васильевна - заведующая
лабораториейхимиирастительных полимеров, элементарного звена и получить целевое соединение
старший научный сотрудник, кандидат химических с высоким выходом. Одним из главных условий вы-
нау^ тел.: (8212)-21-99-61, полнения этих требований является необходимость
e-mail: udoratina-ev@chemi.komisc.ru
* Автор, с которым следует вести переписку,
обеспечить протекание реакции в гомогенной среде. Таким требованиям удовлетворяет метод синтеза хлордезоксицеллюлозы действием трифенилфосфина в смеси с Ж-хлорсукцинимидом или тетрахлоридом углерода, в результате чего получают 6-хлор-6-дезоксицеллюлозу. В качестве реакционной среды для этого синтеза используют систему Ж,Ж-диметилацетамид - хлорид лития или, в самое последнее время, ионные жидкости, в которых целлюлоза хорошо растворима [6, 7]. Однако высокая стоимость реагентов и растворителей пока еще ограничивает их массовое внедрение для переработки полисахаридов. Более простые и менее затратные методы синтеза 6-хлор-6-дезоксиполисахаридов состоят в действии метансульфохлори-да или хлористого тионила на полисахарид в среде Ж,Ж-диметилформамида [3, 8, 9]. Эти методы требуют большого избытка хлорирующих реагентов, повышенной температуры и значительной продолжительности для полного завершения реакции.
Одним из наиболее мягких и эффективных методов синтеза хлордезоксипроизводных целлюлозы является действие хлористого сульфурила в присутствии пиридина в среде хлороформа [10]. Этот метод позволяет синтезировать хлордезоксипроизводные целлюлозы с высокой степенью замещения при комнатной температуре, несмотря на гетерогенные условия реакции. Действие хлористого сульфурила на целлюлозу сопровождается побочной реакцией этерификации с получением О-сульфатных групп, которые могут быть легко удалены обработкой разбавленными кислотами. В зависимости от соотношения реагентов синтезированы производные с различной степенью замещения, однако применение этого метода для синтеза региоселективно замещенных производных хлордезоксицеллюлозы требует подбора условий реакции. Позднее хлористый сульфурил был использован также для синтеза хлордезоксихитина в системе Ж,Ж-диметилацетамид - хлорид лития. В этих условиях на атом хлора может быть замещена только первичная спиртовая группа и получен 6-хлор-6-дезоксихитин [11]. Известно использование хлористого сульфурила для модификации лигноцеллюлозных материалов [12].
Целью данной работы являлось исследование действия хлористого сульфурила на целлюлозу в среде Ж,Ж-диметилформамида при различных условиях, как в присутствии органических оснований или солей лития, так и без них. Предложен новый практически применимый метод синтеза региоселективно замещенной хлордезоксицеллюлозы с высоким выходом в мягких условиях, изучены некоторые свойства полученной хлордезоксицеллюлозы, влияющие на процессы ее использования, переработки и утилизации.
Экспериментальная часть
Методы анализа. Спектры ЯМР 13С записаны на приборе «Вгикег Ауапсе II 300» (рабочая частота 75 МГц) в БМ8О-4?, ОМ§О-й?б/иС1 (концентрация соли 5% масс.). ИК-спектры образцов записаны на спектрометре «Рге8%е-21» (Shimadzu) в таблетках КВг в области 700-4000 см-1. Определение хлора и серы в производных целлюлозы осуществляли по методу [13] с титриметрическим окончанием. Количественное определение ацетатных групп в полисахаридах проводили по методу [14]. Время истечения растворов находили с помощью вискозиметра Оствальда, диаметр капилляра - 0,73 мм, при 25±0,1 °С. Значения приведенной вязкости (^пр) рассчитывали, используя выражение ^пр = "Луд/С, где %д=(тгт0)/т0); С - концентрация полимера, г/дл; т0 - время истечения чистого растворителя, с; ъ - время истечения раствора полимера, с.
Ферментативный гидролиз МКЦ и ее хлорпроизводных проводили при 50 °С в 10 см3 0,02 М ацетатного буфера (pH 4,7) в закрытых бюксах. Источником целлюлаз служил ферментный препарат отечественного производства («Сиббиофарм») «Целлолюкс-Р» (целлюлазная активность 2000 ед/г). Масса навески для гидролиза - 100 мг. Эффективность ферментативного гидролиза оценивали по динамике накопления восстанавливающих сахаров (ВС) в реакционной смеси. Содержание ВС определяли по методу Шомоди-Нельсона [15].
Материалы. Микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ, получена кислотным гидролизом хлопкового волокна) со средней степенью полимеризации 220 (определение по вязкости в кадоксене), степенью кристалличности 0,86 (РФА). МКЦ перед использованием сушили в вакууме при 103 °С. Пиридин, ДМФА, диметилацетамид, 1,4-диоксан, хлороформ перед использованием осушали и перегоняли согласно [16]. Хлористый литий предварительно сушили 12 ч в вакууме при 110 °С. Хлористый сульфурил (Sigma-АШпсК) использовали без дополнительной очистки.
Методы синтеза
1. Обработка МКЦ хлористым сульфурилом в среде хлороформа. 500 мг МКЦ (3,1 ммоль) вносили в смесь 5 см3 хлороформа и пиридина (6 или 10 экв. пиридина на ангидроглюкозную единицу - АГЕ) и оставляли на 12 ч при 25 °С. В полученную гетерогенную смесь при охлаждении и перемешивании вносили по каплям в течение 15-20 мин 1,25 или 2,09 г (3 или 5 экв. АГЕ) хлористого сульфурила. После этого температуру повышали до 25 °С и оставляли реакционную смесь при перемешивании на 6 ч. Для выделения и очистки полисахарида гетерогенную смесь отфильтровывали, осадок промывали последовательно хлороформом, этиловым спиртом, водой и переносили его в раствор концентрированного водного аммиака в этаноле (1 : 5 об. дол.), где выдерживали сутки при 25 °С. Затем осадок отделяли, промывали последовательно водой до нейтральной реакции, этанолом и сушили в вакууме.
2. ОбработкуМКЦхлористым сульфурилом в среде диоксана проводили аналогично методу 1.
3. Обработка МКЦхлористым сульфурилом в среде ДМФА. 500 мг МКЦ (3,1 ммоль) суспендировали в 10 см3 ДМФА и оставляли на 12 ч при 25 °С. К полученной гетерогенной смеси при охлаждении и перемешивании вносили по каплям в течение 15-20 мин хлористый сульфурил. По окончании прибавления хлорирующего агента целлюлоза сильно набухала, но не растворялась. После этого температуру изменяли, оставляя реакционную смесь при перемешивании на заданное время. Для выделения и очистки полисахарида реакционную смесь переносили в ледяную воду и нейтрализовали №2С03 по фенолфталеину. Полисахарид очищали методом диализа, осаждали прибавлением этанола, отделяя осадок центрифугированием. После этого осадок промывали этанолом и сушили в вакууме при 60 °С.
4. Обработка МКЦ хлористым сульфурилом в среде ДМФА в присутствии ЬіЄЇ. 500 мг МКЦ (3,1 ммоль) вносили в 10 см3 раствора хлорида лития в ДМФА и оставляли на 12 ч при 25 °С. К полученной гетерогенной смеси с частично набухшим полимером при охлаждении и перемешивании вносили по каплям в течение 15-20 мин хлористый сульфурил. После этого температуру изменяли, оставляя реакционную смесь при перемешивании на заданное время. Выделение и очистку полисахарида осуществляли согласно методу 3.
5. Обработка МКЦхлористым сульфурилом в средеДМФА в присутствии органических оснований. 500 мг МКЦ (3,1 ммоль) вносили в смесь 10 см3 ДМФА и пиридина или триэтиламина, оставляли на 12 ч при 25 °С. К полученной гетерогенной смеси при охлаждении и перемешивании вносили по каплям в течение 15-20 мин хлористый сульфурил. По окончании прибавления хлористого сульфурила реакционная смесь гомогенизировалась. После этого температуру изменяли, оставляя реакционную смесь при перемешивании на заданное время. Для выделения и очистки полисахарида гомогенный раствор переносили в ледяную воду, выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой, этиловым спиртом и переносили в раствор концентрированного водного аммиака в этаноле (1 : 5 об. дол.), где выдерживали сутки при 25 °С. Осадок отделяли, промывали водой до нейтральной реакции, затем этанолом и сушили в вакууме при 40 °С.
6. Синтез 6-хлор-б-дезоксицеллюлозы (схема 1) осуществляли по методу 5 со следующими условиями: в качестве основания использовали пиридин, соотношение реагентов (АГЕ : 802С12 : Ру) - 1 : 5 : 10, продолжительность реакции - 6 ч при 25 °С. Полученные образцы подвергали кислотному гидролизу для удаления сульфатных групп. Кислотный гидролиз проводили в 3 н водном растворе НС1 при 65 °С в течение 5 ч. После этого полимер отделяли, промывали водой до нейтральной реакции, затем этанолом и сушили в вакууме при 40 °С. Остаточное содержание серы не более 0,3% масс., содержание хлора - 18,2% масс.
Для 6-хлор-6-дезоксицеллюлозы (СЗС1=0,95): ИК (КВг) см-1: 3408 (уас ОН), 2899 (СН2), 709, 752 (уас С-С1). ЯМР13С (БМ80-й6/ПС1), 5, м.д. (I, Гц): 102,17 (С1), 76-68 (С4-С5), 45,3 (СН2С1).
Рис. 1. Схемасинтеза 6-хлор-6-дезоксицеллюлозы
7. Ацетилирование хлордезоксицеллюлозы. 400 мг хлордезоксицеллюлозы с СЗс1=0,90 растворяли в 10 см3 5%-го раствора ЫС1 в М,К-диметилацетамиде, вносили пиридин (10 моль избытка), затем по каплям при охлаждении и перемешивании - 10 моль избытка хлористого ацетила. Раствор выдерживали 8 ч при 60 °С и перемешивании. Для выделения и очистки полисахарида гомогенный раствор переносили в ледяную воду, выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой, этиловым спиртом и переосаждали из ДМСО прибавлением этилового спирта. Затем сушили в вакууме при 60 °С. Получено 353 мг светлокоричневого порошка, растворимого в ДМСО и хлороформе, нерастворимого в воде и этаноле. Степень ацетилирования составила 1,6.
ПК (КВг): 3475 см-1 (уас ОН), 2945, 2940 (СН2), 1753 (ОАс) 709, 752 (уас С-С1).
ЯМР 13С (БМЯО-йУ, 5, м.д. (I, Гц): 173,5 (С3С=О), 172,1 (С2С=О), 170,69 (С6С=О) 99,6 (С1), 80-72 (С2-С5), 63,1 (С6), 44,8 (СН2С1), 21,0-20,5 (СН3).
Обсуждениерезультатов
Реакция между спиртами и хлористым сульфурилом в зависимости от условий приводит к получению нескольких возможных продуктов - соответствующих хлоридов, сульфохлоридов, сульфатов и диал-килсульфатов [17]. При взаимодействии хлористого сулфурила с целлюлозой авторами исследования [10] была получена хлордезоксицеллюлоза, содержащая сульфатные группы или, при синтезе в определённых условиях, хлорсульфатные группы. Нами осуществлена обработка целлюлозы хлористым сульфурилом в среде различных растворителей в присутствии пиридина и найдено, что наиболее высокая степень замещения гидроксильных групп на атомы хлора достигается в среде ДМФА (табл. 1).
В отличие от хлороформа и 1,4-диоксана, взаимодействие целлюлозы с хлористым сульфурилом в среде ДМФА происходит в гомогенной среде, образующейся в результате быстрого растворения полисаха-рида при внесении хлорирующего агента. В данном случае проявляется эффект «модифицирующего растворителя», сходный с процессами растворения целлюлозы в муравьиной кислоте или смеси ДМФА -хлорсульфоновая кислота [18]. Растворение целлюлозы обусловливает высокую доступность ее реакционных центров, более активное взаимодействие с хлористым сульфурилом. В работе [10] достигнута степень содержания хлора в целлюлозе при гетерогенной реакции в среде хлороформа до 30%, что, скорее всего, объясняется использованием другого исходного материала - целлюлозы, регенерированной из ацетилцеллюлозы, отличающейся низкой степенью кристалличности. Для МКЦ, характеризующейся высоким содержанием упорядоченной части, в гетерогенных условиях реакционная способность гораздо ниже (см. табл. 1, образцы 1а-г). В результате взаимодействия с хлористым сульфурилом, помимо хлорирования, происходит и сульфатирование целлюлозы. Содержание сульфатной серы также максимально для образцов, полученных при обработке в ДМФА.
В таблице 2 представлены результаты взаимодействия хлористого сульфурила с целлюлозой в ДМФА и влияния на состав продуктов реакции добавки органического основания.
Образцы 1д, е получены в присутствии пиридина; образец 2а - в присутствии триэтиламина; образцы 2г, д - в смеси ДМФА - хлористый сульфурил при отсутствии органических оснований. Низкое содержание хлора в образце 2а в сравнении с образцами, полученными в присутствии пиридина, вероятно, объясняется различием в структуре и силе этих оснований (рКь в воде пиридина и триэтиламина соответственно 8,82 и 4,3 [19]). В присутствии пиридина образуется хлоргидрат пиридина, более активно участвующий в нуклеофильном замещении моно- и диалкилсульфатных групп, способных образовываться при реакции спиртов с хлористым сульфурилом. Подобную функцию выполняет и ЫС1, поскольку его добавление (образцы 26, в) повышает содержание хлора и понижает содержание сульфатной серы в сравнении с образцами, полученными без дополнительных реагентов (2г, д). В целом, присутствие хлорида лития приводит к повышению содержания хлора в полисахариде в большей степени, чем присутствие триэтиламина, но в меньшей, чем присутствие пиридина.
Для оптимизации синтеза хлордезоксицеллюлозы нами исследовано влияние температуры, продолжительности и соотношения реагентов (табл. 3, рис. 2).
Таблица 1. Результаты обработки МКЦ хлористым сульфурилом в присутствии пиридина в различных
растворителях при 25 °С в течение 6 ч
Образец Растворитель Соотношение, моль АГЕ : 8О2С12 : Ру Содержание хлора, % Содержание серы, %
1а СНС13 1:3:6 7,9 1,1
16 СНС13 1:5:10 9,4 1,5
1в 1,4-Диоксан 1:3:6 3,1 2,8
1г 1,4-Диоксан 1:5:10 5,2 3,1
1д ДМФА 1:3:6 15,4 3,5
1е ДМФА 1:5:10 16,0 4,8
Как следует из результатов, представленных в таблице 3, содержание хлора в образцах, полученных при температурном интервале от 2 до 50 °С, имеет близкие значения, но с учетом большего содержания сульфатных групп в образце 36 следует заключить, что процесс хлорирования и одновременно сульфати-рования эффективнее протекает при температуре 25 °С.
Влияние продолжительности реакции и соотношения реагентов на содержание хлора в образцах иллюстрируют гистограммы, представленные на рисунке 2а, б.
Из представленных на гистограммах результатов следует, что содержание хлора в образцах достигает максимума после 6 ч реакции (рис. 2а), а оптимальный избыток хлористого сульфурила составляет 5 мольэкв. на ангидроглюкозное звено при 10 мольэкв. избытка пиридина (рис. 26). В этих условиях при комнатной температуре после гидролиза сульфатных групп получали производное с содержанием хлора около 18% масс., что соответствует степени замещения, близкой к единице. Дальнейшее увеличение вводимого избытка хлористого сульфурила или повышение температуры реакции не приводили к существенному росту степени замещения.
Таблица 2. Результаты обработки МКЦ хлористым сульфурилом в ДМФА в течение 6 чв присутствии
различных дополнительных реагентов
Образец Дополнительный реагент У Соотношение, моль АГЗ:8О2С12:У Температура синтеза, °С Содержание хлора, % Содержание серы, %
2а Триэтиламин 1:5:10 25 3,6 1,6
26 ЫС1 1:3:3 25 6,4 1,9
2в ЫС1 1:5:5 25 6,5 2,1
2г Без реагента 1:3:0 50 0,7 1,2
2д Без реагента 1:5:0 50 2,3 8,0
Таблица 3. Результаты обработки МКЦ хлористым сульфурилом в ДМФА в присутствии пиридина в течение 6 ч при различной температуре (соотношение, моль АГЗ : 8О2С12 : Ру 1 : 3 : 6)
Образец Температура синтеза, °С Содержание хлора, % Содержание серы, %
За 2 13,5 1,1
36 25 13,7 3,5
Зг 50 13,7 2,1
Рис. 2. Влияние условий реакции на содержание хлора в целлюлозе (содержание хлора после гидролиза сульфатных групп). А - влияние продолжительности реакции. Условия: растворитель ДМФА, соотношение реагентов, моль АГЗ : 8О2С12 : Ру 1 : 3 : 6, 25 °С. Б - влияние соотношения реагентов. Условия: растворитель ДМФА, 25 °С, соотношение реагентов, моль АГЗ : 8О2С12 : Ру 1 : п : 2п, где п -мольэкв. 8О2С12.
В ЯМР С спектрах хлордезоксицеллюлозы с СЗС1=0,95, полученной после обработки МКЦ хлористым сульфурилом в ДМФА в присутствии пиридина с последующим кислотным гидролизом сульфатных групп, имеется сигнал в области 45,4 м.д. для СН2С1. Сигнал для атома углерода С1 в области 102,17 м.д, согласно работе [10], указывает на преобладание в полимере остатков 6-хлор-6-дезоксиглюкозы. В области 76-68 м.д. располагается группа сигналов, относящихся к незамещенным С2-С5 атомам ангидроглюкозного звена. Сигнал в области 61,4 м.д., который соотносится с незамещенным С6 атомом, в спектре образца отсутствует. В ЯМР-спектре ацетилированного образца 6-хлор-6-дезоксицеллюлозы с СЗС1=0,88 наблюдается группа сигналов в области 172-166 м.д. для карбонильного атома углерода ацетатных групп, в области 99,6 м.д. - сигнал, принадлежащий атому С1, в области 45,4 м.д. - сигнал для СН2С1 группы. Таким образом, на основании данных ЯМР-спектроскопии можно сделать вывод, что в указанных условиях синтеза замещению на хлор подвергается гидроксильная группа при С6 атоме элементарного звена, вероятно, через промежуточную стадию формирования иминиевых солей [9, 20]. Соответственно гидроксильные группы при С2 и С3 атомах доступны для этерификации производными серной кислоты, находящимися в реакционной среде.
В связи с присутствием стадии кислотного гидролиза в рассматриваемом методе синтеза хлордезоксицеллюлозы для оценки возможности деструкции полимера минеральными кислотами было проведено измерение вязкости растворов 6-хлор-6-дезоксицеллюлозы до и после обработки 3 н водным раствором соляной кислоты при 90 °С в течение 6 ч. Поскольку полученная 6-хлор-6-дезоксицеллюлоза нерастворима в воде и обычных органических растворителях, вискозиметрическое исследование проводили в смеси ДМСО-ЬЮ (концентрация соли 5% масс.). Так, для 1%-го раствора хлордезоксицеллюлозы с СЗа=0,82 составила 0,36 дл/г до обработки и 0,35 дл/г после обработки полимера водным раствором соляной кислоты. Для образца 6-хлор-6-дезоксицеллюлозы с СЗС1=0,95 значение ^пр после обработки кислотой не изменялось, оставаясь равным 0,35. Таким образом, препараты 6-хлор-6-дезоксицеллюлозы устойчивы к воздействию разбавленных растворов минеральных кислот при высоких температурах. В случае более низко-замещенных препаратов, вероятно, возможен гидролиз гликозидной связи между звеньями с незамещенными гидроксильными группами.
Схожие результаты получены в ходе исследования ферментативного гидролиза полученных соеди-нений. Для образцов хлордезоксицеллюлозы в процессе ферментативного гидролиза отмечена наиболее значительная скорость накопления ВС в начальный период реакции по сравнению с исходной немодифи-цированной МКЦ (рис. 3), что, возможно, обусловлено разрушением нативной надмолекулярной структуры хлоропроизводных целлюлозы и остаточным содержанием немодифицированных звеньев МКЦ, которые быстро атакуются целлюлазами. Однако после 2 ч от начала реакции скорость накопления продуктов ферментативного гидролиза практически не изменялась, что говорит о существенной модификации остальных глюкопиранозных звеньев и утрачивании биодеструктируемой способности данных производных целлюлозы. Можно заключить, что устойчивость к биодеструкции для 6-хлор-6-дезоксицеллюлозы усиливается с увеличением степени замещения.
Таким образом, использование хлористого сульфурила в среде ДМФА и в присутствии пиридина позволяет в мягких условиях, с высоким выходом получать хлордезоксипроизводные цел -люлозы с региоселективным замещением гидроксильной группы при С6 атоме ангидроглюкозного звена. Эффективность метода обусловлена быстрым растворением целлюлозы под действием хлористого сульфурила в присутствии органического основания и при последующем протекании основной реакции в гомогенной среде. Нерегулярный полисахарид, содержащий хлордезокси- и сульфатные группы, получаемый в качестве промежуточного продукта, вызывает интерес, осо-
Рис. 3. Накопление восстанавливающих сахаров (ВС) в реакционном объеме при ферментативном гидролизе МКЦ (кривая 1) и хлордезоксицеллюлозы (кривая 2 для образца с СЗа=0,82 и 3 для образца с СЗс1=0,95)
бенно в качестве потенциального полимера для конъюгирования с низкомолекулярными соединениями и их транспорта. В процессе нашего исследования получены подобные гидрофильные полимеры с относительно низкой степенью сульфатирования. Синтез такого водорастворимого высокосульфатированного полисахарида, содержащего 6-хлор-б-дезокси звенья, скорее всего, возможен при действии хлористого сульфурила в растворе ДМФА без дополнительных реагентов.
Выводы
1. Осуществлена реакция МКЦ с хлористым сульфурилом в присутствии пиридина в среде хлороформа, диоксана и ДМФА. Показано, что наиболее высокая степень замещения гидроксильных групп на атом хлора достигнута в среде ДМФА, где реакция протекает в гомогенных условиях.
2. Предложен метод синтеза хлордезокисцеллюлозы в ДМФА и оптимизированы условия этого синтеза: оптимальными являются соотношения реагентов (АТЕ : SO2Cl2 : Py) 1 : 5 : 10 и продолжительность реакции 6 ч при 25 °С.
3. Показана устойчивость хлордезоксипроизводных целлюлозы к деструкции растворами минеральной кислоты и ферментами. Устойчивость к этим воздействиям для хлордезоксицеллюлозы возрастает с увеличением степени замещения.
Список литературы
1. Tashiro T., Shimura Y. Removal of mercuric ions by systems based on cellulose derivatives // Journal of Applied Polymer Science. 1982. Vol. 22, N7. Pp. 747-756.
2. Silva E.F., Melo J.P., Airoldi C. Preparation of ethylenediamine-anchored cellulose and determination of thermochemical data for the interaction between cations and basic centers at the solid liquid interface // Carbohydrate Research. 2006. N341. Pp. 2842-2850.
3. Marchetti F., Bergamin M., Bosi S., Khan R., Murano E., Norbedo S. Synthesis of 6-deoxy-6-chloro and 6-deoxy-6-bromo derivatives of scleroglucan as intermediates for conjugation with methotrexate and other carboxylate containing compounds // Carbohydrate Polymers. 2009. N75. Pp. 670-676.
4. Norbedo S., Dinon F., Bergamin M., Bosi S., Aroulmoji V., Khan R., Murano E. Synthesis of 6-amino-6-deoxyhyaluronan as an intermediate for conjugation with carboxylate-containing compounds: application to hyaluronan-camptothecin conjugates // Carbohydrate Research. 2009. N344. Pp. 98-104.
5. Boehm R.L. Chlorination of cellulose with thionyl chloride in a pyridine medium // J. Org. Chem. 1958. Vol. 23, N11. Pp. 1716-1720.
6. Furuhata K., Sheng Chang H., Aoki N., Sakamoto M. Chlorination of cellulose with W-chlorosuccinimide-triphenylphosphine under homogeneous conditions in lithium chloride-V,V-dimethylacetamide // Carbohydrate Research. 1992. Vol. 230, N1. Pp. 151-164.
7. Patent №2011017502 (US). Method of chlorinating polysaccharides or oligosaccharides / M. Granstrom, W. Mormann, P. Frank / 11.01.2011.
8. Kasuya N., Suzuki T., Sawatari A. Studies on the thermal properties and structures of deoxyhalocelluloses // J. Wood Science. 1999. N45. Pp. 161-163.
9. Khan A., D'Souza V. Synthesis of 6-deoxychlorocyclodextrin via vilsmeier-haack-type complexes // J. Org. Chem. 1994. N59. Pp. 7492-7495.
10. Крылова Р.Г., Усов А.И., Шашков A.C. Новый синтез хлордезоксипроизводных целлюлозы и установление их строения по спектрам 13С ЯМР // Биоорганическая химия. 1981. Т. 7, №10. С. 1586-1593.
11. Tseng H., Takechi K., Furuhata K. Chlorination of chitin with sulfuryl chloride under homogeneous conditions // Carbohydrate Polymers. 1997. V. 33, N1. Pp. 13-18.
12. Нифантьев Э.Е., Коротеев М.П., Казиев Г.З., Телешев А.Т., Матросов Е.И., Бодрин Г.В. Продукты химического модифицирования кавитированной древесины лиственницы // Химия растительного сырья. 2010. №2. С. 37-42.
13. Калинина С.Л., Моторина М.А., Никитина Н.И., Хачапуридзе Н.А. Анализ конденсационных полимеров. М., 1984. 296 с.
14. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М., 1991. 320 с.
15. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М., 1976. 544 с.
16. Полыгалина Г.В., Чередниченко B.C., Римарева Л.В. Определение активности ферментов: справочник. М., 2003. С. 321.
17. Brown H.C. Sulfuryl chloride in Organic Chemistry // Industrial and engineering chemistry. 1944. Vol. 36, N9. Pp. 785-791.
18. Торлопов M.A. Сульфатирование микрокристаллической целлюлозы с использованием ультразвуковой активации в среде ^^диметилформамида // Химия в интересах устойчивого развития. 2011. №19. С. 555-559.
19. Артеменко А.И., Тискунова В.И., Малеванный В.А. Справочное руководство по химии. М., 2003. 367 с.
20. Buncel E. Chlorosulfates // Chemical Reviews. 1970. Vol. 70, N3. Pp. 323-337.
Поступило в редакцию 26 апреля 2012 г.
Torlopov M.A.1*, Tarabukin D.V.2, Udoratina E.V.1 SYNTHESIS OF CHLORODEOXYCELLULOSE WITH USING SULPHURYL CHLORIDE IN N,N-DIMETHYLFORMAMIDE
1Institute of Chemistry Komi Scientific Center Ural Branch Russian Academy of Sciences, st. Pervomaiskaia, 48, Syktyvkar, Komi Republic, 16798 (Russia), e-mail: torlopov-ma@chemi.komisc.ru
2Institute of Biology Komi Scientific Center Ural Branch Russian Academy of Sciences, st. Kommunisticheskaia, 28, Syktyvkar, Komi Republic, 16798 (Russia)
The 6-chloro-6-deoxycellulose in N,N-dimethylformamide synthesis method by action of sulphuryl chloride in the presence of pyridine on cellulose at 25 °C is offered. The frame of modified polysaccharide is proved by NMR-spectroscopy method. Chlorodeoxycellulose possesses stability to processes acid and enzymatic hydrolysis. Stability increases with augmentation of chloride-ion replacement degree.
Keywords: chlorodeoxycellulose, microcrystalline cellulose, modification of polysaccharides.
References
1. Tashiro T., Shimura Y. Journal of Applied Polymer Science, 1982, vol. 22, no. 7, pp. 747-756.
2. Silva E.F., Melo J.P., Airoldi C. Carbohydrate Research, 2006, no. 341, pp. 2842-2850.
3. Marchetti F., Bergamin M., Bosi S., Khan R., Murano E., Norbedo S. Carbohydrate Polymers, 2009, no. 75, pp. 670-676.
4. Norbedo S., Dinon F., Bergamin M., Bosi S., Aroulmoji V., Khan R., Murano E. Carbohydrate Research, 2009, no. 344,
pp. 98-104.
5. Boehm R.L. J. Org. Chem, 1958, vol. 23, no. 11, pp. 1716-1720.
6. Furuhata K., Sheng Chang H., Aoki N., Sakamoto M. Carbohydrate Research, 1992, vol. 230, no. 1, pp. 151-164.
7. Patent №2011017502 (US). 11.01.2011.
8. Kasuya N., Suzuki T., Sawatari A. J. Wood science, 1999, no. 45, pp. 161-163.
9. Khan A., D'Souza V. J. Org. Chem, 1994, no. 59, pp. 7492-7495.
10. Krylova R.G., Usov A.I., Shashkov A.S. Bioorganicheskaia khimiia, 1981, vol. 7, no. 10, pp. 1586-1593 (in Russ.).
11. Tseng H., Takechi K., Furuhata K. Carbohydrate Polymers, 1997, vol. 33, no. 1, pp. 13-18.
12. Nifant'ev E.E., Koroteev M.P., Kaziev G.Z., Teleshev A.T., Matrosov E.I., Bodrin G.V. Khimiia rastitel'nogo syr'ia, 2010, no. 2, pp. 37-42 (in Russ.).
13. Kalinina S.L., Motorina M.A., Nikitina N.I., Khachapuridze N.A. Analiz kondensatsionnykh polimerov. [Analysis of condensation polymers]. Moscow, 1984, 296 p. (in Russ.).
14. Obolenskaia A.V., El'nitskaia Z.P., Leonovich A.A. Laboratornye raboty po khimii drevesiny i tselliulozy. [Laboratory work on the chemistry of wood and cellulose]. Moscow, 1991, 320 p. (in Russ.).
15. Gordon A., Ford R. Sputnikkhimika. [Satellite chemist]. Moscow, 1976, 544 p. (in Russ.).
16. Polygalina G.V., Cherednichenko V.S., Rimareva L.V. Opredelenie aktivnosti fermentov: spravochnik. [Determination of enzyme activity: Directory]. Moscow, 2003, p. 321 (in Russ.).
17. Brown H.C. Industrial and engineering chemistry, 1944, vol. 36, no. 9, pp. 785-791.
18. Torlopov M.A. Khimiia v interesakh ustoichivogo razvitiia, 2011, no. 19, pp. 555-559 (in Russ.).
19. Artemenko A.I., Tiskunova V.I., Malevannyi V.A. Spravochnoe rukovodstvo po khimii. [Reference Manual for Chemistry]. Moscow, 2003, 367 p. (in Russ.).
20. Buncel E. Chemical Reviews, 1970, vol. 70, no. 3, pp. 323-337.
Received April 26, 2012
* Corresponding author.
