202251. lajstromszámú szabadalom • Eljárás poliszacharidok mannuronsav-részének C-5 epimerizációjára szén-dioxiddal végzett kezelés útján
1 HU 202251 B 2 A találmány tárgya eljárás poliszacharidok mannuronsav-részének C-5 epimerizációjára szén-dioxiddal végzett kezelés útján abból a célból, hogy funkciós tulajdonságaik megváltozzanak, elsősorban a szervetlen vagy szerves többértékű ionokkal végbemenő gélképzésben kifejtett képességük változzon. Az alginátokat barna tengeri fűből állítják elő, és különböző célokra alkalmazzák arra való tekintettel, hogy polielektrolikus jellegük lehetővé tesz gélképzést, sűrítést, valamint víz- és ion-megkötést. Kémiai értelemben az alginátok lineáris, biner kopolimerek csoportját alkotják, mely vegyületek tulajdonképpen a béta-D-mannuronsav (M) és ennek C-5-epimerje, azaz, az alfa-L-guluronsav (G) sóiból épülnek fel. Az M és G egységek három féle sorrendben találhatók meg, éspedig G-egységekben gazdag sorrendekben, amelyeket G-blokokknak nevezünk, továbbá M-egységekben gazdag sorrendekben, amelyeket M-blokkoknak nevezünk, és végül olyan sorrendekben, amelyekben az M- és G-egységek változnak, ezeket M-G-blokkoknak nevezzük, és például MGMG jelöléssel szimbolizálunk. Ezeknek a monomer-egységeknek a frakcionális tartalma, illetve szekvenciális sorrendje az alga-forrásból függően változhat. Az ionmegkötő és gélképző tulajdonságok a monomerfrakcióktól függnek, de rendszerint közelebbről a láncban a G-egységek eloszlásától. A G- blokkok nagy mennyisége technikailag fontos gélképző tulajdonságokhoz vezet. A találmány célja az oligomerekben vagy polimerekben az M-egységeknek G-egységekké való átalakítása az oligomerek vagy polimerek fizikai tulajdonságainak megváltoztatása céljából. Az intakt, azaz érintetlen polimer ilyen típusú endo-epimerizációja végrehajtható úgy, hogy az alginátok mannuronan-C- 5-epimerázzal, azaz az alginátok in vivo bioszintézisében résztvevő enzimmel kezeljük (lásd a 84-5059 számú norvég szabadalmi bejelentést). A találmányunk értelmében ezt az epimerizációt (mely egy jól ismert enzimatikus módszer számos, poliszacharidokat termelő organizmus esetén) végrehajthatjuk enzimek nélkül. Az ilyen típusú átalakítás ezideig nem volt lehetséges polimerek esetében, minthogy egy bázis-katalizált absztrakció (kivágás) a H-5-helyzetben (amely egy karbaniont ad, azaz a C-5-heIyzetben elektromos töltés van) a polimerlánc hidrolíziséhez vezet víz jelenlétében. Továbbá a legtöbb poliuroid, így például az alginátok is oldhatatlanok nempoláris oldószerekben, így tehát az aprotikus oldószerekben való reagáltatást nagyon nehéz végrehajtani. A jelen találmány azon a teljesen új elven alapul, amelynek esetében a fentiekben említett nehézség nem jelentkezik, mert mi a találmány értelmében a szilárd halmazállapotú alginát- alkálifémsókat kezeljük szén-dioxiddal szuperkritikus körülmények között, azaz amikor a széndioxid sűrűsége olyan, mint egy folyadéké, de a diffúziós sebesség olyan, mint a gáz halmazállapotban. így a szén-dioxid egyaránt hat aprotikus oldószerként és katalizátorként az 5-helyzetű hidrogénatom bázikus eltávolításában, egy C-5 karbaniont adva. A nagy nyomás energetikailag járul hozzá az epimerizációhoz, minthogy a diaxiálisan kapcsolódó G-egységek tömörebb láncszerkezetet adnak és így kisebb parciális móltérfogatuk van, mint a diekvatorálisan kapcsolt M-egységeknek. Továbbá aprotikus oldószerekben az anomer hatás a C-l helyzetű axiális szubsztitúciót kedvezőbbé teszi, mint amilyen szubsztitúció megtalálható alginátokban az alfa-L-güluronátoknál. A találmány szerinti eljárásban kiindulási anyagként használhatunk algákból vagy bekteriális forrásból nyert alginát alkálifémsókat. A szuperkritikus szén-dioxidot napjainkig elsősorban aromaanyagok extrahálására használták mint inert oldószert. Ilyen vonatkozásban utalunk Coenen H. és Kriegei E. „Uses of Supercritical Gas Extraction in the Food Industry” című cikkére, amely megjelent a J. Chem. Ing. Tech. 55. 890 (1983) szakirodalmi helyen. A jelen találmány alapját képező megoldás az első megoldás nem-enzimatikus, kémiai epimerizálásra poliszacharidok esetén, továbbá egy szuperkritikus folyadék első alkalmazása egy kémiai reakcióban katalizátorként és oldószerként egyaránt. A jelen találmány továbbá különbözik az enzimatikus és a legtöbb más kémiai modifikációs módszerektől olyan értelemben is, hogy szilárd halmazállapotú kiindulási anyagok esetében is alkalmazható. Az említett ismert módszerek esetében ugyanis híg oldatokra, azaz 1 tömeg %-nál kevesebb hatóanyagot tartalmazó oldatokra van szükség, így tehát a terméket végül ki kell csapni, tisztítani kell és meg kell szárítani, mely műveletek mind-mind járulékos költséget jelentenek. Mi a találmány értelmében az alginátokat széndioxidokkal szuperkritikus körülmények között, különböző nyomásokat (150-500 bar) használva kezeltük, mely kísérleti körülmények szerint változó, de jelentős mértékű epimerizáció megy végbe, amelyet egy megfelelő növekmény kísér a gélstabilitásban. Ezek az eredmények tehát azt mutatják, hogy a glükuronánok vagy más megfelelő oligoszacharidok C-5 epimerizálása szuperkritikus szén-dioxiddal végzett kezelés útján egy teljesen új módszer a szénhidrátok kémiai modifikálására. A találmány értelmében végrehajtott kémiai modifikálási eljárásnak nagy gazdasági jelentősége van a következő okokból: A) Végrehajtható szilárd halmazállapotú kiindulási anyagon. B) Nincs szükség toxikus vagy veszélyes vegyszerekre, és így értelemszerűen nincs szükség a termék tisztítására. C) A találmány szerinti eljárás egyszerűen végrehajtható nagy méretekben, minthogy a szuperkritikus folyadékokkal végzett extrakció technológiáját már más célokra kifejlesztették. D) Az eljárás nem korlátozható alginátokban a béta-D-mannuronát- maradékok epimerizálására, hanem jó eredményekkel hasznosítható más poliuronidok, így például C-6 oxidált cellulóz epimerizálására, mely utóbbi vegyület esetében a D-glükuronsavat a megfelelő C-5 epimer L-iduronsavvá konvertáljuk. Megfelelő reakciók hasznosíthatók mukopoliszacharidok, így például kondroitin-szulfát és hialuronsav kezelésében is. A találmányt közelebbről a következő példákkal kívánjuk megvilágítani. 1. példa Laminaria Hyperborea organizmusból izolált, 50 g tömegű nátrium-alginátot acéloszlopba töltünk, majd 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
