1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29745
(51) C08H 5/02 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1709.1
(22) 06.11.2013
(45) 15.04.2015, бюл. №4
(72) Муканов Канатбек Нуртазинович; Чопабаева
Назира Набиевна
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный технический университет им.
К.И. Сатпаева" Министерства образования и науки
Республики Казахстан
(56) Горчаков В.Д., Сергиенко В.И., Владимиров
В.Т. Селективные гемосорбенты. М.:Медицина,
1989, с.133
(54) ВЫСОКООСНОВНЫЙ ИОНИТ НА
ОСНОВЕ ЛИГНИНА ДЛЯ ОЧИСТКИ
БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
(57) Изобретение относится к области
ионообменных материалов, а именно к ионитам на
основе лигнина и может быть использовано в
медицине и ветеринарии для очистки
биологических жидкостей от водо-,
липидорастворимых токсических веществ.
Высокоосновный ионит на основе лигнина,
полученный каталитическим о-алкилированием
лигнина эпоксидно-диановой смолой ЭД-20 с
последующим аминированием α-оксидного
производного триэтиламином, имеет статическую
обменную емкость по 0,1 н раствору NaCl 4,8 мг-
экв/г и способен выводить избыточное количество
холестерина, билирубина, триглицеридов и глюкозы
из патологической сыворотки крови.
(19)KZ(13)A4(11)29745

2. 29745
2
Изобретение относится к области ионообменных
материалов, а именно к сорбентам на основе лигнина и
может быть использовано в медицине и ветеринарии
для очистки биологических жидкостей от водо-,
липидорастворимых токсических веществ.
Известен высокоосновный ионит со статической
обменной емкостью (СОЕ) 1,26-2,30 мг-экв/г
[Яунземс В.Р., Можейко Л.Н., Сергеева В.Н.
Азотсодержащие производные лигнина. IV.
Ионообменная способность некоторых
азотсодержащих производных лигнина // Химия
древесины. 1968. №2. с.115-118], полученный
взаимодействием хлорлигнина с триэтиламином
(ТЭА):
R-Cl + N(C2H5)3 → [R-N(C2H5)3]+
Cr-
Недостатком ионита является низкая СОЕ.
Сорбция эндогенных метаболитов не проведена и
неизвестна.
Наиболее близким по назначению и типу
функциональных групп к заявленному объекту
является высокоосновный ионит AM на основе
макропористого сополимера стирола и
дивинилбензола с четвертичными
бензилтриметиламмониевыми группами [Горчаков
В.Д., Сергиенко В.И., Владимиров В.Т. Селективные
гемосорбенты. М.:Медицина, 1989, с.133]. Он
извлекает из сыворотки крови 1,17 мкмоль/г
холестерина. Недостатком ионита является низкая
сорбционная емкость (СЕ) по холестерину.
Задачей изобретения является синтез
высокоосновного ионита каталитическим
алкилированием лигнина эпоксидно-диановой смолой
ЭД-20 с последующим аминированием полученного α-
оксидного производного ТЭА. Техническим
результатом является повышение СЕ по холестерину.
Технический результат достигается синтезом
высокоосновного ионита:
Указанный ионит синтезируют двустадийным
методом, включающим о-алкилированиие лигнина
ЭД-20 в присутствии катализатора ТЭА при их
мольном соотношении 1,0:1,5 в среде
диметилформамида (ДМФА) при температуре 100°С в
течение 1 часа с дальнейшим аминированием
полупродукта ТЭА. СОЕ ионита по 0,1н раствору
NaCl достигает 4,8 мг-экв/г при содержании азота
8,20%.
Ионит является высокоосновным, содержащим
четвертичные алкиламмониевые группы, рКα которых
равна 2,3. В ИК-спектре ионита исчезают полосы
поглощения α-оксидных циклов при 774, 832, 1035,
1183, 1249 см-1
в результате их раскрытия амином и
появляются частоты νC-N аминогрупп при 1220 см-1
.
Частоты поглощения валентных и деформационных
колебаний О-Н и С-О простых эфирных связей и
гидроксильных групп, образующихся в результате
этерификации лигнина и раскрытия эпоксидного
кольца, находятся при 1270, 1000-1200 см-1
.
Высокоосновный ионит сорбирует холестерин из
сыворотки крови. Опыты проводили в условиях in
vitro аналогично прототипу, фиксируя исходную и
равновесную концентрации холестерина с помощью
УФ-спектрометра (Specord 210plus, 2011) при длине
волны 510 нм с использованием стандартных
диагностических наборов реагентов («Vital
Diagnostics», СПб; «Pliva-Lachema Diagnostika»,
Чехия), скомпонованных в соответствии с
международными требованиями. СЕ ионита по
холестерину в условиях, аналогичных прототипу,
составляет 11,50 мкмоль/г, что превосходит СЕ
прототипа в 9,83 раз. При концентрации холестерина в
сыворотке, значительно превышающей
физиологический показатель, СЕ достигает 41,88
мкмоль/л.
Кроме того, ионит извлекает другие водо- и
липидорастворимые компоненты (билирубин,
триглицериды и глюкоза), содержание которых
превосходит аналогичные показатели для здоровых.
Результаты приведены в таблице 1.
Повышенная СЕ предлагаемого ионита
обусловлена высоким содержанием и доступностью
сорбционно-активных гидроксильных, простых
эфирных, ароматических и четвертичных
алкиламмониевых групп, имеющих сродство к
липопротеидным частицам холестерина и
альбуминовым комплексам билирубина, несущим при
физиологическом значении pH отрицательный
поверхностный заряд. Вследствие эластичности и
гибкости аминоэпоксидной цепи, привитой к
макропористому гидрофильному каркасу лигнина,
обеспечивается проницаемость ионита для таких
крупномолекулярных водо- и липидорастворимых
токсических веществ как холестерин, билирубин,
триглицериды и глюкоза.
Таблица 1
Биохимические показатели сыворотки крови до и после контакта с прототипом и заявляемым сорбентом.
Концентрация до/после контакта с сорбентами СЕИонит Функциональная группа
холестерин,
мкмоль/мл*
мкмоль/г**
билирубин,
мкмоль/л*
мкмоль/г**
глюкоза,
мкмоль/л*
мкмоль/г**
Триглицериды
,ммоль/л
ммоль/г**
3,42/2,50
11,50
21,0/1,5
0,24
5,8/4,2
0,020
1,62/1,0
0,008
Лигнин-
ЭД-20-
ТЭА 6,85/3,5 22,7/1,8 7,7/5,3 2,80/1,60

3. 29745
3
Концентрация до/после контакта с сорбентами СЕИонит Функциональная группа
холестерин,
мкмоль/мл*
мкмоль/г**
билирубин,
мкмоль/л*
мкмоль/г**
глюкоза,
мкмоль/л*
мкмоль/г**
Триглицериды
,ммоль/л
ммоль/г**
41,88 0,26 0,03 0,015
Прототип 3,39/3,28
1,17
- - -
Физиологическая
норма
- 4,1±0,08 <20,5 <4,2-
6,1
1,5±0,23
Примечание. В числителе - *размерность концентрации до и после сорбции;
в знаменателе - **размерность СЕ.
Существенным отличием предлагаемого
технического решения от прототипа является удачное
сочетание эфирных, гидроксильных, ароматических и
четвертичных аммониевых групп в привитом
сорбционно-активном звене. Эти существенные
отличительные признаки позволяют по сравнению с
прототипом увеличить СЕ по холестерину и другим
эндотоксинам не только за счет ионообменной
сорбции с участием положительно заряженных атомов
азота (как в прототипе), но и гидрофобных
взаимодействий с фенильными радикалами, а также
образования водородных связей с
кислородсодержащими эфирными и гидроксильными
группами. В отличие от заявляемого ионита участие
триметиламмониевой группы прототипа в сорбции
стерически затруднено за счет ее жесткой фиксации
вблизи ароматического ядра.
Изобретение иллюстрируется следующими
примерами, указывающими оптимальные условия
получения высокоосновного ионита на основе лигнина
с повышенной СЕ по отношению водо- и
липидорастворимым эндогенным метаболитам.
Пример 1. Ионит получают алкилированием
лигнина (50г) 20%-ным раствором ЭД-20 в ДМФА
(200 мл) в присутствии 30 мл катализатора ТЭА, что
соответствует их мольному соотношению 1,0:1,5 в
течение 1 часа при 100°С и аминированием
полученного α-оксидного производного ТЭА при их
массовом соотношении 1:3 в течение 3 часов при 60°С.
СОЕ ионита по 0,1 н раствору NaCl достигает 4,8 мг-
экв/г при содержании азота 8,20%, в том числе
титруемого 6,72%. Значение рКα, рассчитанное на
основании данных потенциометрического титрования,
равно 2,3.
Пример 2. Высокоосновный ионит на основе
лигнина получают аналогично примеру 1 при
температуре 80°С и массовом соотношении
α-оксидного производного лигнина к ТЭА, равном
1,0:1,0. Его СОЕ по 0,1 н раствору NaCl - 1,50 мг-экв/г,
содержание азота - 3,50%, в том числе титруемого -
2,10%.
Пример 3. Ионит на основе лигнина получают
аналогично примеру 2 при массовом соотношении α-
оксидного производного лигнина к ТЭА, равном
1,0:0,5.
Обменная емкость по 0,1 н раствору NaCl
достигает 0,90 мг-экв/г, содержание общего азота
2,0%, титруемого - 1,26%.
Пример 4. Сорбцию проводят ионитом на основе
лигнина, синтезированным по примеру 1, из
сыворотки крови человека. Исходная концентрация
холестерина - 3,42 мкмоль/мл, билирубина - 21,0
мкмоль/л, триглицеридов - 1,62 ммоль/л, глюкозы - 5,8
ммоль/л; после контакта с ионитом - 2,50 мкмоль/мл
(СЕ=11,50 мкмоль/г), 1,5 мкмоль/л (СЕ=0,24
мкмоль/г), 1,0 ммоль/л (СЕ=0,008 ммоль/г), 4,2
ммоль/л (СЕ=0,020 ммоль/г) соответственно.
Остальные примеры приведены в таблице 2.
Таблица 2
Детоксикация сыворотки крови высокоосновным ионитом на основе лигнина.
Концентрация до/после контакта с сорбентами СЕИонит Функциональная группа
холестерин,
мкмоль/мл*
мкмоль/г**
билирубин,
мкмоль/л*
мкмоль/г**
глюкоза,
мкмоль/л*
мкмоль/г**
Триглицериды
,ммоль/л
ммоль/г**
6,85/3,50
41,88
22,7/1,8
0,26
7,7/5,3
0,030
2,80/1,60
0,015
Лигнин-
ЭД-20-
ТЭА 7,50/3,50
50,00
25,6/1,9
0,30
8,2/5,8
0,030
3,14/1,65
0,019
Прототип 3,39/3,28
1,17
- - -
Физиологическая
норма
- 4,1±0,08 <20,5 <4,2-
6,1
1,5±0,23

4. 29745
4
Как видно из таблицы 2, предлагаемый
высокоосновный ионит на основе лигина по
сравнению с пртотипом обладает повышенной СЕ
по холестерину до 11,5-50,0 мкмоль/г. Кроме того,
снижает патологическое содержание других водо-,
липидорастворимых веществ до уровня здоровых.
Заявляемый ионит обеспечивает оптимальную
компенсацию обменных нарушений в организме за
счет сорбционного выведения указанных
метаболитов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Высокоосновный ионит на основе лигнина для
очистки биологических жидкостей от водо-,
липидорастворимых токсических веществ,
полученный о-алкилированием лигнина эпоксидно-
диановой смолой ЭД-20 в присутствии катализатора
триэтиламина при их мольном соотношении 1,0:1,5
в среде диметилформамида в течение 1 часа при
100°С с последующим аминированием α-оксидного
производного триэтиламином при их массовом
соотношении 1:(0,5-3) в течение 3 часов при 60-
80°С, содержащий 2,0-8,20% азота, в том числе
титруемого 1,26-6,72%, и обладающий статической
обменной емкостью по 0,1 н раствору хлорида
натрия, равной 0,90-4,8 мг-экв/г, и сорбционной
емкостью по отношению к холестерину,
билирубину, триглицеридам и глюкозе, равной
11,50-50,0 мкмоль/г, 0,24-0,30 мкмоль/г, 0,008-
0,019 ммоль/г, 0,02-0,03 ммоль/г соответственно.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Сакалова