Определения степени замещения функциональных групп хитозана аллильными фрагментами методом обратного бромометрического титрования

Оценка количества вошедших в структуру хитозана аллильных заместителей, основанная на определении массы брома, присоединяющегося к 100 г полимера, показала хорошую сходимость полученных спектральным и химическим методами результатов. Так, исходя из табличных данных, видно, что суммарная СЗ по данным титрования растворов АХ-3,4,5,6 составили 6, 10, 23, и 47 соответственно (по данным ЯМР анализа – 5,11,21,50).

Нами был осуществлен твердофазный синтез аллилзамещенного сополимера хитозана и ПЭГ. На одно звено хитозана брали 0.1 (Х-ПЭГ-А-1), 0.2 (Х-ПЭГ-А-2), 0.3 (Х-ПЭГ-А-3) моля ПЭГ-А, наносили расчетное количество жидкого реагента на твердый полимер методом распыления и проводили обработку реакционных смесей в двухшнековом экструдере при температуре – 5 °С. Очистку полученного сополимера с целью полного удаления непрореагировавшего мономера осуществляли диализом против дистиллированной воды в течение 1 недели. Очищенные продукты сушили лиофильно из замороженного состояния в вакууме, затем отделяли нерастворимые в кислых водных средах фракции центрифугированием 5% – ных растворов продуктов в 4%-ной CH₃COOH. Готовили образцы в виде пленок методом полива уксуснокислых растворов на пластиковую подложку для оценки деформационно-прочностных характеристик.

Как видно из данных таблицы на слайде, все исследованные пленки обладают хорошей механической прочностью. Наличие аллильных фрагментов в структуре хитозана приводит к росту относительного удлинения. Этот эффект наиболее выражен при введении в структуру хитозана аллильных заместителей на основе ПЭГ-А. Дополнительные липофильные взаимодействия в образцах АХ не вносят весомого вклада в разрывную прочность. После обработки пленок под действием УФ излучения наблюдается существенное снижение их пластичности по сравнению с необлученными пленками. Наиболее выражен этот процесс для образцов с большим содержанием ненасыщенных фрагментов в структуре хитозана, что говорит об образовании поперечных сшивок макромолекул при облучении.

ВЫВОДЫ

1. В ходе выполнения работы получен ряд гидрофобно–модифицированных образцов хитозана, содержащих от 5 до 50% аллилзамещенных звеньев, изучена взаимосвязь условий проведения синтеза и структуры и свойств синтезированных образцов.

2. Твердофазный синтез, позволяющий проводить процессы химического модифицирования полимеров в отсутствие жидких дисперсионных сред, катализаторов и инициаторов процессов, был выбран как наиболее приемлемый метод для решения проблемы термодинамической несовместимости гидрофильного хитозана и гидрофобного модификатора. Установлено, что механическая активация твердых реакционных смесей при твердофазном синтезе позволяет существенно снизить расход реагентов, продолжительность и температуру процесса при существенно большем выходе продуктов реакции по сравнению с аналогичным процессом в среде органического растворителя.

3. Реакция аллилирования хитозана в условиях твердофазного синтеза подчиняется общим закономерностям реакций алкилирования полисахаридов с помощью галоидных алкилов: протекает в соответствии с механизмом SN2 нуклеофильного замещения, согласуясь с различием в нуклеофильности функциональных групп полимера в условиях каталитической и некаталитической реакции; зависит от соотношения реагентов и не зависит от температуры проведения процесса.

4. Оценка количества вошедших в структуру хитозана аллильных заместителей показала хорошую сходимость данных, полученных спектральными и химическим методами анализа.

5. Методом динамического светорассеяния обнаружено, что в разбавленных растворах образцов аллилхитозана возникают новые взаимодействия липофильного характера, преимущественно межмолекулярные, а не внутримолекулярные, о чем свидетельствует существенное увеличение гидродинамического диаметра агрегатов по сравнению с исходным хитозаном, когда СЗ достигает значительных величин.

6. Оценка деформационно-прочностных характеристик пленок полученных образцов показала, что все исследованные пленки обладают хорошей механической прочностью. Наличие аллильных фрагментов в структуре хитозана приводит к росту относительного удлинения. Дополнительные липофильные взаимодействия в образцах АХ не вносят весомого вклада в разрывную прочность.

7. Синтезированные непредельные производные хитозана перспективны для формирования трехмерных структур при фотоинициировании процесса пространственной сшивки в качестве материалов для регенеративной медицины и переданы для структурирования методами лазерной стереолитографии и для проведения биологических испытаний.

Важно, что все полученные производные практически не теряли растворимость в кислых водных средах по сравнению с исходным полимером. Этим объясняется, в основном, выбор нами бромистого аллила в качестве алкилирующего агента вместо виниловых мономеров, наиболее часто применяемых для синтеза непредельных производных хитозана. Для двойной связи аллильной группы не характерна побочная реакция со свободными аминогруппами цепи, которая будет приводить к снижению выхода целевых продуктов и частичному сшиванию полимерных цепей.

Предварительная активация с целью разрушения высокоорганизованной надмолекулярной структуры со сложной системой водородных связей, препятствующий их плавлению без разложения.

Продукты реакции очищали экстракцией низкомолекулярных примесей изопропанолом с последующим диализом против дистиллированной воды в течение 1 недели. Очищенные продукты сушили из замороженного состояния в вакууме.