Синтез полисахаридов
Первые попытки направленного синтеза полисахаридов заключались в полимеризации 1,6-ангидрогексоз, в частности левоглюкозана. В присутствии кислот Льюиса наблюдалось образование высокомолекулярных продуктов с регулярными α(1-6)-связями. В последствии этот подход – использование соответствующих ангидросахаров – был применен для синтеза гомополисахаридов с (1-2) и (1-3)-гликозидными связями.
В случае гетерополисахаридов единственный возможный путь синтеза состоит в поликонденсации или полимеризации производных олигосахаридов с единственной свободной (или активированной) гидроксильной группой. В качестве гликозилирующих агентов первоначально были использованы ортоэфиры сахаров. Однако они имеют ряд недостатков для синтеза полисахаридов, приводящих к образованию побочных продуктов, в частности изомеров с «неправильной» конфигурацией при аномерных центрах, ангидросахаров и т.д. Более перспективным оказались 1,2-о-цианалкилиденовые производные, которыми удалось гликозилировать тритиловые эфиры сахаров. Катализатор реакции – перхлорат трифенилметания. С их помощью был синтезирован сложный гетерополисахарид, структура которого соответствовала о-антигенному полисахариду бактерии Salmonella Newington.
Лигнин — вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток. Сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений и некоторых водорослях.
Одеревеневшие клеточные оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы по своим свойствам соответствуют арматуре, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, — бетону.
Лигнин не является индивидуальным веществом, а представляет собой смесь ароматических полимеров родственного строения. Именно поэтому невозможно написать его структурную формулу. В то же время известно, из каких структурных единиц он состоит и какими типами связей эти единицы объединены в макромолекулу.
Рисунок 27. Фрагмент молекулы лигнина.
Применение биополимеров
Растворимый декстран находит применение в качестве заменителя плазмы при переливании крови, а также используется как пищевой продукт. Полисахариды из водорослей (агарозы и каррагенаны) находят широкое применение как желирующие вещества. Инулин, полимер фруктозы, используется как заменитель крахмала в питании диабетиков.
Сульфатный лигнин ограниченно применяется в производстве полимерных материалов, фенолформальдегидных смол, и как компонент клеящих композиций в производстве ДСП, картона, фанеры и др. Гидролизный лигнин служит котельным топливом в лесохимических производствах, а также сырьем для получения гранулированного активного угля, пористогокирпича, удобрений, уксусной и щавелевой кислот, наполнителей. В медицине гидролизный лигнин зарегистрирован как международное непатентованное название и используется в качестве лекарственного средства. Энтеросорбенты на основе лигнина оказывают энтеросорбирующее, дезинтоксикационное, противодиарейное, антиоксидантное, гиполипидемическое и комплексообразующее действие. Связывает различные микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности, токсины экзогенной и эндогенной природы, аллергены, ксенобиотики, тяжелые металлы, радиоактивные изотопы, аммиак, двухвалентные катионы и способствует их выведению через ЖКТ.
Лигнин — один из основных компонентов, отвечающих за ванильный аромат старых книг. Лигнин, как и древесная целлюлоза, разлагается со временем под действием окислительных процессов и источает приятный запах.
К настоящему времени накоплено большое количество данных, свидетельствующих об эффективности использования фрагментированной ДНК в качестве диетического компонента при самой разнообразной патологии. Имеются доказательства пользы от использования фрагментированной ДНК в качестве стимулятора гемопоэза и иммуномодулятора у пациентов с лучевой болезнью, а также у ослабленных больных. Использование фрагментированной ДНК способствует восстановлению барьерной и иммунной функции кишечника у пациентов, находящихся в критическом состоянии, что позволяет значительно снизить смертность у крайне тяжелых пациентов. Перспективным направлением является использование фрагментированной ДНК в гастроэнтерологии и кардиологии, что диктует необходимость проведения более крупных исследований в этих областях. Мечта о сохранении молодости не оставляла человечество с давних времен. Возможно, что нуклеиновые кислоты окажутся одним из таких «чудо-средств», способных замедлить процессы старения человеческого организма.
Фибриллярные белки (натуральные шерсть, шёлк) используются в текстильной промышленности, из них получают ткани. Синтезированный на биотехнологическом производстве белок инсулин – лекарство для больных сахарным диабетом.
Применяются при болезнях носоглотки, бронхитах, заболеваниях кишечника. Установлено, что некоторые полисахариды повышают иммунитет, обладают крововосстанавливающим свойством. Чаще их назначают в сочетании с другими лекарственными средствами. Камеди в медицине обычно применяются в качестве эмульгаторов. Повышается интерес к высокомолекулярным углеводам. Открыты новые биологически активные полисахаридно-белковые комплексы с молекулярной массой до 3 млн. противоопухолевого, противоязвенного, антивирусного действия.
В пищевой промышленности крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной — для обработки тканей, в бумажной — в качестве наполнителя. Кроме того крахмал входит в состав большинства колбас, майонеза, кетчупа и пр. В мире наибольшее применение крахмал нашёл в целлюлозо-бумажной промышленности, насчитывая миллионы метрических тонн ежегодно.
Модифицированнй крахмал является основным компонентом клея для поклейки обоев и для картонажных работ в ЛТМ и ЛПМ.
Целлюлозу и её эфиры используют для получения искусственного волокна (вискозный, ацетатный, медно-аммиачный шёлк, искусственная шерсть). Хлопок, состоящий большей частью из целлюлозы (до 99,5 %), идёт на изготовление тканей. Древесная целлюлоза используется для производства бумаги, пластмасс, кино- и фотоплёнок, лаков, бездымного пороха и т. д.
Биополимеры применяются в нефтяной отрасли как реагенты для выравнивания фронта заводнения, в качестве буровых растворов, промывочных и тампонажных жидкостей.
Применение биополимеров при базальной имплантации. Самое революционное открытие в имплантации зубов за последние годы – биополимер PEEK, который по своим свойствам в несколько раз превзошел предшественника – титан. Импланты из биополимера PEEK впервые были разработаны во Франции под руководством доктора Франка-Петера Шпана и доктора Жана-Поля Донсимони. В 2005 году на Европейский рынок вышли биополимерные имплантаты на базе биополимера PEEK-Optima. Благодаря своим качествам, биополимер PEEK-Optima может служить для долгосрочной имплантации. Этот материал, в отличие от титана, обладает композитной неоднородностью, что позволяет добиться более полного соответствия анатомическим особенностям пациента. Биополимер биологически совместим, с ним не возникает вопросов о воспалениях, он гипоаллергенный. Помимо этого, биополимер обладает такими качествами как, упругость, твердость, устойчивость к химическому воздействию.
Биополимер РЕЕК может быть использован для поддержки мягких тканей, а также усилителя и заменителя костных тканей.
Наиболее перспективными биополимерами, сырьем для которых служат микробиологически получаемые мономеры, являются полилактиды – полимеры молочной кислоты – это термопластичные, легко перерабатываемые в волокна, пленки и другие изделия с температурой плаления 180 – 220 ᵒС.