Procedimiento de oxidación controlada de oligo- y/o de polisacáridos que contiene unos grupos de hidroxilos primarios -CH2OH libres,

por medio de un agente oxidante, que se caracteriza porque se realiza la reacción de oxidación en un fluido densificado inerte frente a los agentes oxidantes que se aplican

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de oxidación controlada de oligo- y/o de polisacáridos que contienen grupos hidroxilos primarios -CH2OH libres, por medio de un agente oxidante, que conduce de manera selectiva a unos oligo- y/o polisacáridos carboxilados.

En la descripción que viene a continuación y en las reivindicaciones el término “polisacáridos” se utilizará para designar de forma indiferenciada a oligosacáridos, a polisacáridos o a sus mezclas.

La oxidación de polisacáridos por el dióxido de nitrógeno (NO2 / N2O4), como agente oxidante, es una reacción muy conocida.

Yackel et al. han descrito en particular en el documento US 531 283 la oxidación selectiva de la celulosa por el NO2 gaseoso en unas condiciones de temperatura inferiores o iguales a 20 ºC. La utilización del NO2 gaseoso se ha mostrado no obstante delicada conduciendo en particular a resultados de oxidación muy heterogéneos. Se han propuesto, por lo tanto, diferentes procedimientos de oxidación en un medio disolvente orgánico por parte de varios autores.

De este modo, Kenyon et al. en el documento US 2 423 707 o también Ashton et al. en el documento US 3 364 200 han descrito la oxidación de la celulosa con el dióxido de nitrógeno en unos disolventes no acuosos como el tetracloruro de carbono y los freones 113 y 11. La patente US 5 180 398 de Boardman y Saferstein describe la oxidación de la celulosa, por la acción del dióxido de nitrógeno en unos disolventes perfluorados, y Kosowski et al. han utilizado en el documento US 5 914 003 otra clase de disolvente, los hidrofluoroéteres, en sustitución de los clorofluocarbonos utilizados previamente.

La utilización de disolventes halogenados representa, sin embargo, un riesgo para el medio ambiente. Por otra parte, para las numerosas aplicaciones, y en particular en el campo de la Medicina, es preciso disponer de productos que se oxiden de forma homogénea.

Estos requerimientos han llevado a los inventores a investigar nuevas condiciones de oxidación más satisfactorias para el medio ambiente y que permitan disponer de polisacáridos carboxilados homogéneos que respondan mejor a las exigencias de la práctica.

Sus trabajos han permitido, por lo tanto, constatar que era posible realizar la oxidación de los polisacáridos en un medio reactivo alternativo, que permite en particular solubilizar unas cantidades importantes del agente oxidante, preservando al mismo tiempo su reactividad.

La invención tiene, por lo tanto, como objetivo proporcionar un nuevo procedimiento de oxidación de polisacáridos que permita obtener una tasa de ácido carboxílico en un % másico variable, que va en el caso de la celulosa hasta en torno a un 25,5 % (lo que corresponde a un 100 % de oxidación de los grupos hidroxilos primarios), controlado por la duración de la reacción y la cantidad de agente oxidante, repartido de manera homogénea, sea cual sea el grado de oxidación.

El procedimiento de la invención de oxidación controlada de polisacáridos que contienen unos grupos CH2OH libres, por medio de un agente oxidante, se caracteriza porque se utiliza para la reacción de oxidación un fluido densificado inerte frente a los agentes oxidantes que se aplican.

Este fluido densificado se compone de moléculas que son gaseosas en unas condiciones normales de temperatura y de presión, que son inertes frente a los agentes oxidantes que se aplican y que se comprimen más allá de 2 MPa (20 bares).

Los fluidos densificados son gases comprimidos a tanta presión que ya no obedecen a la ecuación de estado de los gases ideales. El comportamiento termodinámico en estos rangos de temperatura y de presión es complejo y puede mostrar por ejemplo 2 fases, un líquido expandido y un gas densificado.

En el caso del gas densificado, el producto de la presión por el volumen deja de ser una constante y disminuye con el aumento de la presión lo que implica un aumento correlativo de la densidad. Este fenómeno se puede explicar por la generación, a partir de una cierta presión, de interacciones entre moléculas.

El comportamiento de los fluidos densificados va a depender a continuación de la proximidad del punto crítico con respecto a las condiciones de temperatura y de presión utilizadas.

Según los casos, los fluidos densificados se encuentran por lo tanto ya sea en forma de una fase gaseosa densificada, ya sea en forma de una fase líquida expandida.

Por lo general presentan unas propiedades que son intermedias entre las de los gases y las de los líquidos. Al contrario que los gases, presentan en particular un cierto poder disolvente frente a moléculas anormalmente poco volátiles, no solo en su forma líquida expandida, sino también en su forma en fase gaseosa densificada. Este poder disolvente depende en gran medida de la densidad del gas densificado y de la afinidad entre las moléculas de disolvente y las de soluto.

Los gases inertes que se pueden utilizar comprenden a los gases nobles He, Ne, Kr, Ar, o incluso CO2, N2,

o a los gases perhalogenados, y sus mezclas, lo que presenta la ventaja de disponer de un disolvente del agente oxidante, ya sea en su estado de oxidación máximo, ya sea neutro e inerte frente a los agentes oxidantes que se han aplicado.

El o los gases inertes se utilizan solos o mezclados con otros co-disolventes líquidos en las condiciones normales de temperatura y de presión.

En una variante, el o los gases inertes se utilizan con un co-disolvente líquido, por ejemplo un disolvente perfluorado.

Los gases inertes son más en particular el CO2, el dinitrógeno, el argón o sus mezclas. En el caso concreto de la utilización de estos gases, el producto final estará por lo tanto desprovisto de contaminantes relacionados con el disolvente, lo que reviste un gran interés de cara a las aplicaciones industriales consideradas para los polisacáridos carboxilados que se forman, en concreto para sus aplicaciones biomédicas.

Hay que señalar, además, con interés que su utilización se inscribe en la lógica de los procedimientos seguros y que respetan el medioambiente.

El agente oxidante es de preferencia el dióxido de nitrógeno, designando este término al NO2, al dímero N2O4 y a sus mezclas.

Los gases inertes como el CO2, el nitrógeno o el argón se conocen normalmente por su ausencia de interacción con otras moléculas. Pero los inventores han descubierto que, de manera muy sorprendente, su utilización en forma de fluidos densificados, ya sea en forma gaseosa densificada, ya sea en forma líquida expandida, permitía solubilizar unas cantidades importantes de reactivo NO2 o de agente oxidante en general.

En el caso de la utilización del CO2 como fluido densificado inerte, se ha constatado un cierto poder disolvente en unas condiciones de gas densificado y de líquido expandido.

No obstante, la solubilidad del NO2 en la fase líquida expandida es infinita mientras que, en la fase de gas densificado, está limitada por un valor umbral.

Este es variable en función de las condiciones de temperatura y de presión.

A título indicativo, este es del orden de 15 mg/ml a 40 ºC y 8 MPa (80 bares). Más allá de este valor, se produce un fenómeno de condensación con la aparición de la fase líquida expandida.

El NO2 solubilizado en estas condiciones permite conducir con facilidad a una reacción de oxidación de los hidroxilos primarios con los polisacáridos de manera satisfactoria.

Esta oxidación es efectiva y selectiva en las dos fases. Sin embargo, la cantidad de NO2 que es necesario aplicar en las fases de gas densificado para obtener un grado de oxidación satisfactorio resulta ser más pequeña que en el caso de los líquidos expandidos. Estos resultados muestran una reactividad mayor del NO2 en las fases de gas densificado que en las fases de líquidos expandidos.

La reacción de oxidación se realiza en un sistema confinado, sometido a presión, de preferencia a una temperatura del orden de 20 a 60 ºC, en particular de 20 a 40 ºC y a una presión del orden de 2 a 40 MPa (de 20 a 400 bares), en particular de 6 a 18 MPa (de 60 a 180 bares) aproximadamente.

En un modo de realización con CO2, la temperatura es del orden de entre 31 y 50 ºC, en particular de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de oxidación controlada de oligo- y/o de polisacáridos que contiene unos grupos de hidroxilos primarios –CH2OH libres, por medio de un agente oxidante, que se caracteriza porque se realiza la reacción de oxidación en un fluido densificado inerte frente a los agentes oxidantes que se aplican.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque dicho fluido es un gas inerte.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque dicho gas inerte está seleccionado entre los gases nobles, CO2, el dinitrógeno, los gases perhalogenados, y sus mezclas.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, que se caracteriza porque dicho gas inerte está seleccionado entre el CO2, el dinitrógeno o el argón, o sus mezclas.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza porque dicho fluido se presenta en forma de una fase gaseosa densificada.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza porque dicho fluido se presenta en forma de una fase líquida expandida.

7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, que se caracteriza porque el o los gases inertes se utilizan mezclados con otros co-disolventes líquidos.

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que se caracteriza porque el agente oxidante es el dióxido de nitrógeno, es decir, el NO2, el dímero N2O4 o sus mezclas, utilizados en caso necesario en presencia de oxígeno.

9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que se caracteriza porque se opera en un sistema confinado, sometido a presión a una temperatura del orden de entre 20 y 60 ºC, y a una presión de 2 a 40 MPa (de 20 a 400 bares).

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, que se caracteriza porque se opera a una temperatura de entre 20 y 40 ºC y a una presión de entre 6 y 18 MPa (de 60 a 180 bares).

11. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que se caracteriza porque se coloca a los polisacáridos dentro de un reactor confinado, que a continuación se llena con el fluido densificado inerte.

12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que se caracteriza porque el agente oxidante se utiliza en exceso con respecto a la cantidad de CH2OH que se desea oxidar.

13. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que se caracteriza porque al final de la reacción, se elimina NO2 generando un caudal de fuga en el reactor manteniendo al mismo tiempo la presión de forma constante por encima de o al mismo nivel que la presión de trabajo.

14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por la utilización de celulosa, de almidón o de glucomanano en calidad de polisacárido.