Isosorbiid

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search
Isosorbiid
Isosorbide.svg
1,4:3,6-dianhüdro-D-glütsitool (IUPAC)
Üldised omadused
Keemiline valem C6H10O4
Välimus Värvusetu [1]
Füüsikalised omadused
Molekuli mass 146,14 [2] amü
Sulamistemperatuur Avaldistõrge: Tundmatu kirjavahemärk "–" K (61–64 °C)
Keemistemperatuur 430,15 K (157 °C)
Tihedus 1,3777 [3] kg/m³
Lahustuvus

Lahustub täielikult vees, alkoholis, kloroformis, dioksaanis, äädikhappes.

Vähelahustuv etüülatsetaadis, benseenis, eetris ja atsetoonis.[1]
Ohutus
Suukaudne manustamine Mittetoksiline (terav, mõru maitse) [1][4][5]
Nahk Mittetoksiline [4]
Kasutatakse SI-süsteemi ühikuid. Kui pole teisiti öeldud, eeldatakse normaaltingimusi.

Isosorbiid on heterotsükliline keemiline ühend, mille nimetus süstemaatilise nomenklatuuri (IUPAC) järgi on 1,4:3,6-dianhüdro-D-glütsitool (lisaks veel 1,4:3,6-dianhüdrosorbitool), CAS 652-67-5.[6] Isosorbiid ja tema kaks isomeeri (isomanniid ja isoidiid) on kiraalsed sekundaarsed dioolid, üldnimega isoheksiidid. Neid sünteesitakse kuuesüsinikulistest suhkuralkoholidest, mida saadakse tselluloosist.[7] Isosorbiid on kolmest isomeerist ainuke, mida toodetakse suuremas skaalas ka tööstuses. Põhjuseks see, et isosorbiidi valmistatakse sorbitoolist, mida on lihtsam biomassist kätte saada kui teise kahe isomeeri vahetuid lähteaineid.[7]

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Esmakordselt mainisid isosorbiidi 1927. aastal saksa teadlased Johannes Müller ja Ulrich Hoffmann. Nad uurisid sorbitooli reageerimist erinevate veevabade ainetega, mille tulemusel said amorfse aine keemistemperatuuriga 157 °C (3 mmHg rõhu juures).[8]

Mõni aasta hiljem sünteesiti isosorbiid kristallilisel kujul. Seda teostas W. C. Harden võttes eeskujuks Fauconnier'i meetodi (mannitoolist isomanniidi valmistamine).[9]

Esimesed füüsikalis-keemilised omadused kajastati teaduskirjanduses hoopis F. K. Belli, C. J. Carri ja J. C. Krantzi poolt 1940. aastal. Nad tiitrisid isosorbiidi-boorhappe kompleksi naatriumhüdroksiidi lahusega. Selgus, et tulemused on sarnased isomanniidi-boorhappe kompleksi tiitrimisel saadud tiitrimiskõveraga, mis juba varem olid publitseeritud. Kuid lahuse juhtivuse määramisel selgus, et isosorbiidi-boorhappe lahusel on juhtivus suurem, seega täpselt sama ühendiga tegemist siiski ei olnud. Oletati, et uuritava ühendi üks hüdroksüülgrupp asub ekso-asendis.[9]

Isoheksiidi täpse struktuuri kirjeldus sai avalikuks aastal 1946, teostajateks R. C. Hockett, H. G. Fletcher Jr., Elizabeth L. Sheffield ja R. Max Goepp Jr. Anti ülevaade isosorbiidi saamise ja tema füüsikaliste omaduste kohta, samuti raporteeriti mõned läbiviidud reaktsioonid.[1]

Struktuur[muuda | muuda lähteteksti]

Isosorbiid koosneb kahest tetrahüdrofuraani ringist, mis asetsevad teineteise suhtes 120º nurga all, moodustades nii V-kujulise molekuli. Kummagi tertahüdrofuraani tsükli küljes asetseb üks hüdroksüülrühm.[6] Positsioonis 5 olev hüdroksüülrühm on endo-konfiguratsiooniga ja positsioonis 2 on ekso-konfiguratsiooniga.[7]

Endo-konfiguratsiooniga hüdroksüülrühm moodustab molekulisisese vesikisideme hapnikuga, mis asub teises tetrahüdrofuraani tsüklis. Antud nukelofiilne tsenter on reaktsioonivõimelisem kui molekulis olev teine hüdroksüülrühm. Asendusreaktsioon toimub aga eelistatult ekso-asendis oleva hüdroksüülrühmaga, kuna see on steeriliselt vähem takistatud, see tähendab, et ruumiliselt pääsevad teised molekulid antud funktsionaalrühmale paremini ligi.[6]

Oma isomeeridest erineb isosorbiid kahe hüdroksüülrühma paiknevuse poolest. Isomanniidis on mõlemad hüdroksüülrühmad endo-konfiguratsiooniga ja isoidiidis ekso-konfiguratsiooniga.[7]

Isoheksiidid Fenouillot, F.; Rousseau, A.; Colomines, G.; Saint-Loup, R.; Pascault, J.-P. Polymers from renewable 1,4:3,6-dianhydrohexitols (isosorbide, isomannide and isoidide) – A review. Progress in Polymer Science 2010, 35, 578–622.

Isosorbiidi valmistamine[muuda | muuda lähteteksti]

Isosorbiidi võib toota biomassist. Tänapäeval on välja töötatud mitmeid erinevaid sünteesikäike isosorbiidi saamiseks, kuid seejuures üks lihtsamaid üldistavaid reaktsiooniteid on järgmine:

Isosorbiidi süntees

Täpsem reaktsioonikirjeldus sorbitoolist isosorbiidi saamiseks aastast 1946:

„Kuumutada sorbitooli-väävelhappe segu 140–150ºC juures vaakumi all ligikaudu tund aega. Saadud must segu tuleb jahutada ning lahjendada veega, seejärel lisada baariumkarbonaati (BaCO3) ning filtreerida. Vesi tuleb pealt ära aurustada ning siis järelejäänud segu destilleerida, tulemuseks kollane viskoosne destillaat. Etüüleetriga rekristalliseerimisel saabki kätte isosorbiidi, mis on küllaltki hügroskoopne ühend.“
[1]

Isosorbiidi derivaatide kasutusalad[muuda | muuda lähteteksti]

Isosorbiid on väga oluline koostisosa mitmete keemiliste ühendite ja materjalide puhul, mistõttu leiavad isosorbiidi derivaadid kasutust paljudes eluvaldkondades.

Enamasti on isosorbiidi derivaadid moodustunud hüdroksüülrühmades olevate vesinike asendamisel mõne muu funktsionaalrühmaga. See tähendab, et isosorbiidi molekul on ühendatud estersideme kaudu suurematesse üksustesse. Põhjuseks hüdroksüülrühmade nukleofiilsus, mille tõttu on nendega kergem läbi viia mitmeid asendusreaktsioone.[4][6][10]

Plastifikaator[muuda | muuda lähteteksti]

Ettevõte Roquette on loonud isosorbiidist plastifikaatori POLYSORBID 37, mis on kahte alkoksürühma sisaldav isosorbiidi diester. See konkreetne ühend on heaks asendajaks väga laialdaselt kasutusel olevale polüvinüülkloriidile (PVC), mis tegelikkuses ftalaatide sisalduse tõttu on küllaltki ohtlik polümeermaterjal.[11]

Lisand polümeerides[muuda | muuda lähteteksti]

Tänapäeval uuritakse isosorbiidi puhul peamiselt seda, kuidas saab isosorbiidi kasutada mitmetes polümeersetes materjalides. Eesmärgiks on vähendada naftasaaduste kasutamist ja suurendada biomassist sünteesitavate ühendite kui taastuvate ressursside osakaalu meie igapäevases elus.[10]

Isosorbiidi lisatakse polüetüleentereftalaadile, saadud materjalist (polüetüleen isosorbiid tereftalaat) valmistatavad plastpudelid on vastupidavamad kõrgematele temperatuuridele. Tulemusena saab nendes plastpudelites hoida kuumemaid jooke.[12]

Ka mitmetesse biopolümeeridesse viiakse isosorbiidi sisse. Näiteks püütakse polükarbonaatides ja epoksüvaikudes bisfenool A asendada isosorbiidiga, vältimaks bisfenool A ohtlike jäätmete sattumist loodusesse.[6]

Ravimid[muuda | muuda lähteteksti]

Isosorbiid-5-mononitraat
Isosorbiiddinitraat

Veresoonkonna haiguste raviks kasutatakse nii isosorbiidmononitraati kui ka isosorbiiddinitraati, milles on vastavalt kas üks või kaks hüdroksüülrühma asendatud nitrorühmadega.[13]

Isosorbiiddinitraat on valge lõhnatu kristalliline aine. Kõige enam on antud ühend tarvitusel stenokardia ja hüpertoonia ravimina.[14]

Viimastel aastatel on aktuaalne olnud ka isosorbiid-5-mononitraadi negatiivne mõju inimorganismile, nimelt tekitab ühend endoteliaalset väärtalitlust ja oksüdatiivset stressi.[15]

Lisaks võib isosorbiidi leida diureetikumide koostisosana. Avastus tehti juba 1964. aastal, positiivseks osutus võimalikkus isosorbiidi manustada suu kaudu. Seega anti ravimit välja nii tablettidena kui ka lahustamiseks sobiva maitsega vedelikus. Sarnase päritoluga diureetikume oli selleks ajaks avastatud ka teisi (näiteks mannitool ja sorbitool), kuid nende puudus seisnes selles, et neid sai organism omandada vaid süstimise kaudu.[5]

Päikesekreemide komponent[muuda | muuda lähteteksti]

Kuna isosorbiid on mittetoksiline ühend, on see väga sobiv päikesekreemides kasutamiseks. Sellel baseeruvaid päikesekreeme on valmistatud nii UVA- kui ka UVB-kiirguse kaitseks. UVA-kaitsekreemides on oluliseks isosorbiidi derivaadid etüültsüanoatsetaadi ja vanilliiniga, kuid UVB-kaitsekreemide puhul esineb isosorbiidi derivaat 4-metoksükaneelhappega. Isosorbiid on neis ühenditest stabiliseerivaks osaks teistele molekulidele, võimaldades nii tagada järjepidev UV-kiirguse neelavus.[10]

Solvent farmaatsiatööstuses[muuda | muuda lähteteksti]

Isosorbiidi derivaat dimetüülisosorbiid, kus mõlema hüdroksüülrühma vesinikud on asendatud metüülrühmadega, on sobilikuks solvendiks mitmete ravimite valmistamisel, kasutatakse näiteks salvide, kreemide, ihupiima, silma-, nina- ja kõrvatilkade tootmisel. Dimetüülisosorbiid on vähetoksiline, õrna magusa lõhna ja mõru maitsega keemiline ühend.[16]

Dimetüülisosorbiid

Kütuse koostisosa[muuda | muuda lähteteksti]

Diiselmootorites kasutatavates kütustes on samuti võimalik leida nii isosorbiidi kui ka selle derivaate (näiteks dimetüülisosorbiid ja isosorbiiddinitraat).[17]

Muud kasutusotstarbed tööstustoodetes[muuda | muuda lähteteksti]

Isosorbiidi fosfaate, kus ekso-asendis olev hüdroksüülrühm on asendatud fosfaatrühmaga, on kasutusel nii detergentidena kui ka kosmeetikatööstuse toodete komponentidena.[18]

Isosorbiidi monoestreid võib leida olmepuhastusvahenditest ja samuti detergentidest, näiteks nõudepesuvahendist. Antud monoestrites on ühe hüdroksüülrühma asemel estersideme kaudu isosorbiidi molekuli külge seotud lineaarne või hargnenud, küllastatud või küllastumata alküül- või alkenüülrühm sisaldades 6–22 süsinikuaatomit.[19]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Hockett, R. C.; Fletcher Jr., H. G.; Sheffield, E. L.; Goepp Jr., R. M. Hexitol Anhydrides. The Structure of Isosorbide, a Crystalline Dianhydrosorbitol. J. Am. Chem. Soc. 1946, 68, 927–930.
  2. The Merck Index, 14th Edit, 05224; https://themerckindex.cambridgesoft.com/
  3. Hayashi, I.; Hamada,S.; Hachihama, Y. Preparation of sorbide esters and their properties as plasticizers. Nippon Kagaku Kaishi (1921–47) 1953, Volume Ind. Chem. Sect. 56, 623–625.
  4. 4,0 4,1 4,2 Fenouillot, F.; Rousseau, A.; Colomines, G.; Saint-Loup, R.; Pascault, J.-P. Polymers from renewable 1,4:3,6-dianhydrohexitols (isosorbide, isomannide and isoidide) – A review. Progress in Polymer Science 2010, 35, 578–622.
  5. 5,0 5,1 Diuretic composition. GB1067298 A, 1967.
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 Rose, M.; Palkovits, R. Isosorbide as a Renewable Platform chemical for Versatile Applications – Quo Vadis? ChemSusChem 2012, 5, 167–176.
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 Kabascki, S. Bio-Based Plastics: Materials and Applications. John Wiley & Sons Ldt: West Sussex, United Kingdom, 2014, 242–244.
  8. Müller, J.; Hoffmann, U. Dehydration product of sorbitol and the process of making it. US 1757468 A, 1930.
  9. 9,0 9,1 Bell, F. K.; Carr, C. J.; Kratz Jr., J. C. A Study of the Effect of the Anhydrides of Sorbitol on the Dissociation Constant of Boric Acid. J. Phys. Chem 1940, 44, 862–865.
  10. 10,0 10,1 10,2 Feng, X.; East, A. J.; Hammond, W.; Jaffe, M. Sugar-Based Chemicals for Environmentally Sustainable Applications. Contemporary Science of Polymeric Materials; Korugic-Karasz, L.; ACS Symposium Series; American Chemical Society, Washington, DC, 2010, 3–5, 15–23.
  11. The Roquette; http://www.roquette.com
  12. Crocker, M. Thermochemical Conversion of Biomass to Liquid Fuels and Chemicals. Royal Society of Chemistry, United Kingdom, 2010, 359–360.
  13. Loscalzo, J.; Vita, J. A.; Loberg, M. D.; Morce, M. Methods of treating vascular diseases characterized by nitric oxide insufficieny. US 20040005306 A1, 2004.
  14. The toxicology data network; http://toxnet.nlm.nih.gov
  15. Thomas, G. R.; DiFabio, J. M.; Gori, T.; Parker, J. D. Once Daily Therapy With Isosorbide-5-Mononitrate Causes Endothelial Dysfunction in Humans. J. Am. Coll. Cardiol. 2007, 49, 12, 1289–1295.
  16. Dederen, J. C. Dimethyl isosorbide, a novel pharmaceutical solvent. Expo. – Congr. Int. Technol. Pharm., 3rd 1983, 5, 335–336.
  17. Menegassi de Almeida, R.; Rabello, K. Diesel cycle fuel compositions containing deanhydrohexitols and related products. US 20100064574 A1, 2010.
  18. Behler, A.; Breffa, C.; Raths, H.-C. Use of anionic isosorbide derivatives. EP 2336281 A1, 2011.
  19. Weuthen, M.; Nieendick, C.; Both, S.; Breffa, C.; Beckedahl, B.; Dieker, M.; Behler, A.; Alexandre, T.; Loehl, T. Isosorbide monoesters and their use in household applications. EP 2239315 A1, 2010.