способ получения сетчатого полимерного сорбента для селективного выделения антибиотика эритромицина

Формула изобретения

Способ получения сетчатого гидрофильного полимерного сорбента для селективной сорбции эритромицина из культуральной среды, включающий радикальную сополимеризацию неионогенного мономера, мономера-шаблона и сшивающего агента в присутствии редокс-системы (персульфат аммония - аскорбиновая кислота - 1 мас.% к весу мономеров), отличающийся тем, что в качестве неионогенного мономера используют 2-гидроксиэтилметакрилат, в качестве мономера-шаблона - метакрилат эритромицина, а в качестве сшивающего агента диметакрилат этиленгликоля и сополимеризацию проводят при комнатной температуре в инертной атмосфере в 50% водном изопропаноле при концентрации сомономеров в растворе 20 мас.%, содержании сшивающего агента 25 мол.% и соотношении неионогенный мономер:мономер-шаблон 72-3:60-15 мол.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а конкретно к получению сетчатых полимеров, обладающих высокой селективностью сорбции к целевым молекулам-мишеням биологически активных веществ (БАВ).

Эритромицин относится к классу антибиотиков-макролидов широкого спектра действия. Эритромицин активен в отношении грамположительных и некоторых видов грамотрицательных микроорганизмов, спирохет и простейших.

Токсичность эритромицина невелика, поэтому препарат нашел широкое клиническое применение при лечении кокковых инфекций. Лучшие результаты были показаны при лечении инфекций, вызванных стрептококками, стафилококками и гонококками. Этот антибиотик включен в перечень «Жизненно необходимых и важнейших лекарственных средств РФ».

Существующая на сегодняшний день промышленная схема выделения эритромицина из культуральной жидкости предполагает экстракцию антибиотика значительными объемами органических растворителей, что приводит к пожаро- и экологической опасности такой технологии.

Известны различные сорбционные схемы выделения эритромицина с использованием различных по структуре и химической природе поликонденсационных сорбентов. Для этой цели использовались иониты КФУ и КФУХ (поликонденсационные иониты на основе формальдегида и простых эфиров фенола, содержащих карбоксильные группы), которые по отношению к антибиотикам эритромицину, неомицину, стрептомицину и др. имели высокие константы избирательности сорбции (С.Ф.Клих, Г.Э.Елькин, Г.В.Самсонов. Кинетика сорбции эритромицина ионитами. // Хим. - фарм. журн. 1976. Т.? № 2. C.115-119).

Однако применение конденсационных сорбентов в настоящее время запрещено ввиду их высокой токсичности.

Известны работы по изучению сорбции эритромицина на сорбентах марки Amberlite: XAD-4 (молекулярный сорбент), XAD-16 (молекулярный сорбент), IRA-410 (анионообменник) и IR-120 (катионообменник). (M.H.L.Ribeiro, I.A.C.Ribeiro Modelling the adsorption kinetic of erythromycin onto neutral and anionic resins. // Bioprocess Biosyst Eng. 2003. Т.26. № 1. Р.49-55. M.H.L.Ribeiro, I.A.C.Ribeiro Recovery of erythromycin from fermentation broth by adsorption onto neutral and ion-exchange resins. // Separation and Purification Technology. 2005 T.45. № 2. Р.232-239).

Существенными и очевидными недостатками применения данных сорбентов являются незначительная сорбционная емкость, крайне низкая избирательность и невысокие кинетические характеристики по отношению к эритромицину.

Наиболее близким является способ синтеза карбоксильного катионита на основе метакриловой кислоты (МАК), диметакрилата этиленгликоля (ДМЭГ) в качестве кроссагента и вводимой в мономерную смесь специально синтезированной соли - метакрилата эритромицина (МЭ) (Писарев О.А., Ежова Н.М., Гаркушина И.С. Взаимодействие эритромицина с полимерными сорбентами, «настроенными» на молекулу антибиотика. // Ж. физ. химии. 2009. Т.83. № 1. С.142-147), согласно которому радикальная сополимеризация МАК и МЭ проводилась в ампулах в токе аргона при комнатной температуре в присутствии 1% окислительно-восстановительной системы: персульфат аммония - аскорбиновая кислота в качестве инициатора и 12 мол.% ДМЭГ в качестве кросс-агента. Затем образцы заливались десятикратным избытком 1н HCl на 10-12 часов для разрушения МЭ и переведения хлорида эритромицина в раствор. Далее образцы промывались дистиллированной водой и последовательно обрабатывались десятикратным избытком 0,5н NaOH для удаления непрореагировавших мономеров, водой и 0,5н HCl, а далее отмывались водой до нейтральной реакции по метилоранжу. Для дальнейших исследований использовалась фракция с размером зерен 125-300 мкм.

Основным существенным недостатком прототипа является низкая специфичность сорбции, обусловленная наличием в матрице сорбента как молекулярных отпечатков эритромицина, так и свободных карбоксильных групп, способных к ионообменному неспецифичному взаимодействию с молекулами веществ, присутствующих в многокомпонентной культуральной среде. Кроме того, при содержании мономера-шаблона (МЭ) в полимеризационной смеси более 15 мол.% получали сорбенты с малым выходом и низкой механической прочностью.

Технической задачей и положительным результатом заявляемого изобретения является разработка способа синтеза нового сшитого полимерного сорбента на основе неионогенного мономера 2-гидрокиэтилметакрилата (ГЭМА), МЭ и ДМЭГ. Предлагаемый способ позволяет получать сорбенты с максимальной специфичностью сорбции эритромицина и не содержащих других функциональных групп.

Указанная задача и результат в изобретении достигается реализацией предлагаемого способа получения сетчатого полимерного сорбента, при котором сополимеризуют мономеры ГЭМА, МЭ и сшивающий агент ДМЭГ в 50% водном растворе изопропанола при концентрации мономеров, равной 20%. В качестве инициатора радикальной сополимеризации используют редокс-систему персульфат аммония-аскорбиновая кислота в количестве 1% к весу мономеров. Сополимеризацию осуществляли в инертной атмосфере аргона при комнатной температуре. Способ реализуют при соотношениях ГЭМА:МЭ = 72:3-60:15 мол.% при 25 мол.% ДМЭГ.

Указанные отличительные признаки предлагаемого способа являются существенными, а предлагаемый способ получения сетчатого полимерного биорецептора эритромицина имеет очевидные преимущества перед прототипом.

Анализ уровня техники не выявил технические решения, в которых была бы использована вся совокупность существенных признаков заявленного способа. Это свидетельствует о соответствии условиям патентоспособности: «новизна» и «изобретательский уровень».

Заявляемым способом можно получать сетчатые полимеры в виде сшитых полимерных частиц с выходом по сомономерам от 45 до 95%. Размер частиц задают фракционированием.

Существенность новизны признаков способа подтверждается следующим.

При использовании в качестве растворителя водного изопропанола (ИПС) менее 50% не удается ввести в мономерную смесь 25 мол.% ДМЭГ. При концентрации изопропанола более 50% компоненты полимеризационной смеси не растворяются.

При концентрации мономеров 20 мас.% достигается максимальная пористость системы при сохранении механической прочности. При количестве ДМЭГ ниже 25 мол.% наблюдается существенное снижение выхода сополимера, а увеличение до 30 мол.% приводит к образованию сополимера с низкой насыпной плотностью, непригодного к использованию в колоночном режиме.

При содержании МЭ ниже 3 мол.% наблюдается снижение специфичности сорбции антибиотика, а при содержании МЭ больше 15 мол.% - снижение механической прочности сорбента.

Полученные сополимеры не содержат определяемые известными аналитическими методами остаточные мономеры и иные низкомолекулярные примеси.

Для доказательства соответствия заявленного способа условию патентоспособности - «промышленная применимость» и для полного раскрытия сущности заявленного изобретения приводятся примеры его конкретного осуществления.

Пример 1. В стеклянный стакан емкостью 200 мл загружают 3,75 г МЭ (0,0046 моль), 14,20 г (0,1092 моль) ГЭМА и 7,51 г (0,0379 моль) ДМЭГ, что соответствует соотношению ГЭМА:МЭ = 72:3 мол.% и 25 мол.% ДМЭГ. Далее в реакционный сосуд добавляют 101,7 мл 50% водного раствора ИПС, что соответствует концентрации мономеров, равной 20%. Через капилляр в склянку подается аргон до полного растворения мономеров. После этого поочередно добавляется аскорбиновая кислота 0,2543 г, после растворения которой добавляется персульфат аммония (0,3306 г), что соответствует 1% к массе мономеров. После завершения реакции и окончанию экзотермического процесса образовавшийся блок прогревают на водяной бане (90°C) в течении 1 часа. Полученный блок полимера выгружают из сосуда, дробят и промывают от остаточных мономеров в начале пятикратным объемом 0,5н раствора едкого натра, затем водой до нейтральной реакции, после чего помещают в аппарат Сокслета для экстракции эритромицина этанолом. Полноту удаления контролируют по окрашиванию метилрота. После полного удаления эритромицина сополимер переводят в водородную форму обработкой трехкратным объемом 0,5н соляной кислоты, отмывают водой до нейтральной реакции, фракционируют. Выход конечного продукта 21,0 г или 95% по сомономерам. Полученный по заявленному способу сорбент характеризуется значительной равновесной емкостью сорбции по эритромицину (3800 мг/г).

Пример 2. В склянку емкостью 200 мл загружают 7,54 г МЭ (0,0092 моль), 13,75 г (0,1058 моль) ГЭМА и 7,59 г (0,0383 моль) ДМЭГ, что соответствует соотношению ГЭМА:МЭ = 69:6 мол.% и 25 мол.% ДМЭГ. Далее в реакционный сосуд добавляют 115,7 мл 50% водного раствора ИПС, что соответствует концентрации мономеров, равной 20%. Через капилляр в склянку подается аргон до полного растворения мономеров. После этого поочередно добавляется аскорбиновая кислота 0,2889 г, после растворения которой добавляется персульфат аммония (0,3755 г), что соответствует 1% к массе мономеров. Далее как в примере 1. Выход конечного продукта 16,5 г (70%). Полученный по заявленному способу сорбент характеризуется значительной равновесной емкостью сорбции по эритромицину (3500 мг/г).

Пример 3. В склянку емкостью 200 мл загружают 11,48 г МЭ (0,0140 моль), 13,34 г (0,1027 моль) ГЭМА и 7,70 г (0,0389 моль) ДМЭГ, что соответствует соотношению ГЭМА:МЭ = 66:9 мол.% и 25 мол.% ДМЭГ. Далее в реакционный сосуд добавляют 130,1 мл 50% водного раствора ИПС, что соответствует концентрации мономеров, равной 20%. Через капилляр в склянку подается аргон до полного растворения мономеров. После этого поочередно добавляется аскорбиновая кислота 0,3253 г, после растворения которой добавляется персульфат аммония (04228 г), что соответствует 1% к массе мономеров. Далее как в примере 1. Выход конечного продукта 11,9 (53%). Полученный по заявленному способу сорбент характеризуется значительной равновесной емкостью сорбции по эритромицину (3700 мг/г).

Пример 4. В склянку емкостью 200 мл загружают 15,32 г МЭ (0,0187 моль), 12,76 г (0,0982 моль) ГЭМА и 7,71 г (0,0390 моль) ДМЭГ, что соответствует соотношению ГЭМА:МЭ = 63:12 мол.% и 25 мол.% ДМЭГ. Далее в реакционный сосуд добавляют 143,2 мл 50% водного раствора ИПС, что соответствует концентрации мономеров, равной 20%. Через капилляр в склянку подается аргон до полного растворения мономеров. После этого поочередно добавляется аскорбиновая кислота 0,3581 г, после растворения которой добавляется персульфат аммония (0,4655 г), что соответствует 1% к массе мономеров. Далее как в примере 1. Выход конечного продукта 11,7 г (53%). Полученный по заявленному способу сорбент характеризуется значительной равновесной емкостью сорбции по эритромицину (3500 мг/г).

Пример 5. В склянку емкостью 200 мл загружают 19,43 г МЭ (0,0237 моль), 12,32 г (0,0948 моль) ГЭМА и 7,82 г (0,0395 моль) ДМЭГ, что соответствует соотношению ГЭМА:МЭ = 60:15 мол.% и 25 мол.% ДМЭГ. Далее в реакционный сосуд добавляют 158,3 мл 50% водного раствора ИПС, что соответствует концентрации мономеров, равной 20%. Через капилляр в склянку подается аргон до полного растворения мономеров. После этого поочередно добавляется аскорбиновая кислота 0,3958 г, после растворения которой добавляется персульфат аммония (0,5145 г), что соответствует 1% к массе мономеров. Далее как в примере 1. Выход конечного продукта 9,9 г (45%). Полученный по заявленному способу сорбент характеризуется значительной равновесной емкостью сорбции по эритромицину (3800 мг/г).

Данные конкретных примеров синтеза и сорбционных свойств сополимеров приведены в таблице:

Таблица

№	M1 /M2	ПОЕ	Q	Kн		q
1	72/3	0,28	95	6,2	0,75	3800
2	69/6	0,50	75	3,0	0,77	3500
3	66/9	0,62	53	3,0	0,75	3700
4	63/12	0,78	53	2,5	0,76	3500
5	60/15	0,87	45	2,5	0,76	3800

где: M₁ - ГЭМА, мол.%; M₂ - МЭ, мол.%; ПОЕ - полная обменная емкость по карбоксильным группам, мг-экв/г; Q - экспериментальный выход по мономерам, мас.%; K_н - коэффициент набухания в воде; - насыпная плотность сорбента, г/см³; q - равновесная сорбционная емкость сорбента по эритромицину, мг/г.