Биоактивные производные хитозана
Другие рефераты
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РАСТИТЕЛЬНЫХ
ПОЛИМЕРОВ
ОТЧЕТ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ПРАКТИКЕ
Биоактивные производные хитозана
ПРОВЕРИЛ: С.Н.С., K.Х.H.
ЛЮДМИЛА АЛЕКСАНДРОВНА НУДЬГА
Институт высокомолекулярных соединений
Российской академии наук
ВЫПОЛНИЛ: СТ. ГР. 156
ЕКИМОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004
1 Вступление
1.1 Хитозан – природный полимер XXI века
Уникальные свойства хитина и хитозана привлекают внимание большого
числа специалистов самых разных специальностей. Роль полимеров в нашей
жизни является общепризнанной, и все области их применения в быту,
промышленном производстве, науке, медицине, культуре трудно даже просто
перечислить. Если до XX века человеком использовались полимеры природного
происхождения – крахмал, целлюлоза (дерево, хлопок, лен), природные
полиамиды (шелк), природные полимерные смолы на основе изопрена – каучук,
гуттаперча, то развитие химии органического синтеза в XX веке привело к
появлению в различных областях деятельности человека огромного разнообразия
полимеров синтетического происхождения – пластмасс, синтетических волокон и
т.п. Происшедший технологический прорыв не только кардинально изменил нашу
жизнь, но и породил массу проблем, связанных с охраной здоровья человека и
защитой окружающей среды.
Поэтому закономерным является большой интерес науки и промышленности к
поиску и использованию полимеров природного происхождения, таких как хитин
и хитозан. Эти полимеры обладают рядом интереснейших свойств, высокой
биологической активностью и совместимостью с тканями человека, животных и
растений, не загрязняют окружающую среду, поскольку полностью разрушаются
ферментами микроорганизмов, могут широко применяться в проведении
природоохранных мероприятий.
В настоящее время известно более 70 направлений использования хитина и
хитозана в различных отраслях промышленности, наиболее важными из которых
во всем мире признаны:
медицина – в качестве средства борьбы с ожирением, связывания и выведения
из организма холестерина, профилактики и лечения сердечно-сосудистых
заболеваний, производства хирургических нитей, искусственной кожи,
лекарственных форм антисклеротического, антикоагулянтного и антиартрозного
действия, диагностики и лечения злокачественных опухолей и язвы желудка;
пищевая промышленность – в качестве загустителя и структурообразователя для
продуктов диетического питания.
1.2 История создания и применения хитозана
Полимеры этой группы заинтересовали ученых-химиков почти 200 лет
назад. Хитин был открыт в 1811 году (H. Braconnot, A. Odier), а хитозан в
1859 году (С. Rouget), хотя свое нынешнее название получил в 1894 году (F.
Hoppe-Seyler). В первой половине XX века к хитину и его производным был
проявлен заслуженный интерес, в частности, к нему имели отношение три
Нобелевских лауреата: Е. Fischer (1903) cинтезировал глюкозамин, P. Karrer
(1929) провел деградацию хитина с помощью хитиназ и, наконец, W.N. Haworth
(1939) установил абсолютную конфигурацию глюкозамина.
Биологически активные свойства хитина и его производного – хитозана -
начали изучаться в 1940-50 годах. В Советском Союзе эти исследования
проводились учреждениями Министерства обороны и имели закрытый характер.
Последнее было связано со способностью хитозана эффективно связывать
радиоактивные изотопы и тяжелые металлы, поэтому хитозан исследовался
прежде всего как эффективный радиопротектор и детоксикант, а также
исследовались возможности применения его для дезактивации объектов,
подвергавшихся радиоактивному заражению.
Новый всплеск интереса к производным хитина и, в частности, хитозану
произошел в 70-е годы, когда результаты исследований этих соединений начали
появляться в открытой печати. Проведенные во всем мире исследования
показали уникальные сорбционные свойства хитозана. Обнаружилось отсутствие
выраженной субстратной специфичности этого вещества, что означает примерно
одинаковую способность связывать как гидрофильные, так и гидрофобные
соединения. Кроме того, у хитозана были обнаружены ионообменные,
хелатообразующие и комплексообразующие свойства. В дальнейших исследованиях
была показана антибактериальная, антивирусная и иммуностимулирующая
активность. Комплексные формы хитозана также проявляют высокие
антиоксидантные свойства, что нашло свое применение в лечении заболеваний
желудочно-кишечного тракта, в лечении механической и ожоговой травмы.
О большом интересе к проблемам изучения этих биополимеров, технологии их
получения и использования свидетельствуют восемь международных конференций
по хитину и хитозану, проведенных за последние 27 лет: США (1977), Япония
(1982), Италия (1985), Норвегия (1988), США (1991), Польша (1994), Франция
(1997)
В России за прошедшие годы хитину и хитозану были посвящены семь
конференций: Владивосток (1983), Мурманск (1987), Москва (1991, 1995, 1999
и 2001), Санкт-Петербург 2003, из которых две последних имели статус
международных. Весной 2000 года было создано Российское Хитиновое Общество,
объединившее более 50 региональных отделений.
Все это говорит о нарастающем интересе к хитину и хитозану не только
химиков, но и специалистов самого разного профиля – медиков, биологов,
микробиологов и биотехнологов.
1.3 Химическое строение и свойства хитина и хитозана
Хитин является главным компонентом панцирей ракообразных и насекомых.
По химической структуре он относится к полисахаридам, мономером хитина
является N-ацетил-1,4-?-D-глюкопиранозамин (рис. 1).
[pic]
Рис. 1 Химическая структура хитина.
При деацетилировании хитина получается хитозан. По химической
структуре хитозан является сополимером D-глюкозамина и N-ацетил-D-
глюкозамина. В зависимости от эффективности реакции деацетилирования
получаются хитозаны с различной степенью деацетилирования . Степень
деацетилирования показывает процентное содержание D-глюкозамина в молекуле
хитозана, т.е. если речь идет о хитозане со степенью деацетилирования 85%,
то это означает, что в молекуле хитозана в среднем содержится 85% D-
глюкозаминовых остатков и 15% N-ацетил-D-глюкозаминовых остатков.
[pic]
Рис.2 Химическая структура хитозана.
Химические свойства хитозана связаны с его химической структурой.
Большое количество свободных аминогрупп в молекуле хитозана определяет его
свойство связывать ионы водорода и приобретать избыточный положительный
заряд, поэтому хитозан является прекрасным катионитом. Кроме того,
свободные аминогруппы определяют хелатообразующие и комплексообразующие
свойства хитозана. Химическая структура хитозана показана на рис.2.
Сказанное объясняет способность хитозана связывать и прочно удерживать ионы
металлов (в частности радиоактивных изотопов и токсичных элементов) за счет
разнообразных химических и электростатических взаимодействий.
Большое количество водородных связей, которые способен образовать хитозан,
определяют его способность связывать большое количество органических
водорастворимых веществ, в том числе бактериальные токсины и токсины,
образующиеся в толстом кишечнике в процессе пищеварения.
С другой стороны, обилие водородных связей между молекулами хитозана
приводит к его плохой растворимости в воде, поскольку связи между
молекулами хитозана более прочные, чем между молекулами хитозана и
молекулами воды. Вместе с тем, хитозан набухает и растворяется в
органических кислотах – уксусной, лимонной, щавелевой, янтарной, причем при
набухании он способен прочно удерживать в своей структуре растворитель, а
также растворенные и взвешенные в нем вещества Хитозан также способен
связывать предельные углеводороды, жиры и жирорастворимые соединения за
счет гидрофобных взаимодействий и сетчатой структуры, что сближает его по
сорбционным механизмам с циклодекстринами.
Расщепление хитина и хитозана до N-ацетил-D-глюкозамина и D-глюкозамина
происходит под действием микробных ферментов – хитиназ и хитобиаз, поэтому
они полностью биологически разрушаемы и не загрязняют окружающую среду.
Таким образом, хитозан является универсальным сорбентом, способным
связывать огромный спектр веществ органической и неорганической природы,
что определяет широчайшие возможности его применения в жизни человека.
Несмотря на огромную литературу о связи сорбционных свойств хитозана с
его химической структурой, нельзя сказать, что исследования в области химии
хитина/хитозана близки к завершению. Постоянно открываемые новые свойства
этого вещества, в частности, обнаруженная биологическая активность еще не
получила должного объяснения с точки зрения химической структуры. Имеющиеся
данные, что характер биологической активности хитозана зависит от его
молекулярного веса и степени деацетилирования, нуждаются в дальнейшей
проверке и изучении. Этот обзор является тем более актуальным, что
выяснение связи химического строения и биологической активности позволит
создавать вещества, сохраняющие известные свойства хитозана и обладающие
новыми полезными качествами.
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
