Введение

Изосорбид — это бициклическое химическое соединение из группы диолов и кислородсодержащих гетероциклов, содержащее два конденсированных фурановых кольца. Исходным материалом для изосорбида является D-сорбитол, который получают путем каталитического гидрирования D-глюкозы, которая, в свою очередь, производится путем гидролиза крахмала. Изосорбид рассматривается как растительное сырье для производства биоразлагаемых производных различной функциональности. В 2021 году он был 111-м наиболее часто выписываемым лекарственным средством в Соединенных Штатах, по нему было выдано более 5 миллионов рецептов.

Изосорбид

Из-за выраженной гигроскопичности изосорбид используется в качестве увлажнителя и в медицине как осмотический диуретик (для лечения гидроцефалии) и острого закрытоугольного глаукомы. Две вторичные гидроксильные группы делают изосорбид универсальным платформенным химическим веществом, получаемым из возобновляемых источников. Как диол, изосорбид может быть моно- или бидериватизирован с использованием стандартных методов органической химии, таких как нитрование, этерификация, образование простых эфиров, тосилирование и т.д., и превращен в соединения с интересными свойствами или в мономерные звенья для новых полимеров.

Нитраты изосорбидов

При нитрации изосорбида концентрированной азотной кислотой можно получить 2,5-изосорбида динитрат (ISDN). 2,5-изосорбида динитрат (как и его основной метаболит 5-изосорбида мононитрат, ISMN) подходит для лечения стенокардии благодаря своему сосудорасширяющему действию.

Эфиры изосорбидов

Эстерификация изосорбида жирными кислотами позволяет получать изосорбидные моноэстеры, которые благодаря своим поверхностно-активным свойствам полезны в качестве моющих средств в бытовой химии, средствах для мытья посуды и косметических препаратах. Также легкодоступные изосорбидные диэстеры используются как диспергаторы для пигментов, консерванты, стабилизаторы полимеров, эмульгаторы для косметики и пластификаторы для виниловых полимеров (в частности, поливинилхлорида (ПВХ)). Изосорбид диоктаноат – это диэстер изосорбида и октановой кислоты (получаемой, например, из пальмового масла), и, следовательно, полностью состоит из возобновляемого сырья. Компания Roquette Frères уже некоторое время использует его под торговым названием Polysorb® ID 37 как особенно нетоксичный продукт.

Изосорбидные эфиры

Изосорбидные эфиры (и в частности, самый простой представитель – 2,5-диметилизосорбид, сокращенно DMI) всё чаще применяются как возобновляемый растворитель в косметических и фармацевтических препаратах, как добавка к электролиту для литий-ионных аккумуляторов [18] и как присадка к дизельному топливу.

Изосорбидные фосфаты

Дериваты изосорбида фосфорной кислоты исследуются как экологически безопасная альтернатива галогенсодержащим антипиренам. До настоящего времени гексабромоциклододекан (HBCD) широко применялся в качестве антипирена в экструдированном полистироле (XPS), используемом в строительстве и теплоизоляции, но в мае 2013 года он был запрещен в производстве и применении как SVHC (вещество, вызывающее серьезные опасения). В качестве замены рассматриваются фосфорсодержащие соединения изосорбида, такие как изосорбид бис(дифенилфосфат) [ISTP]. ISTP легко синтезируется путем переэтерификации изосорбида с трифенилфосфатом в присутствии карбоната калия при 150 °C. Полученный изосорбид бисдифенилфосфат, выходящий с выходом 88% в виде желтоватого масла, содержит около 20% димеров. Высокая температура разложения ISTP позволяет использовать его в XPS, однако значительное смягчающее действие является недостатком. Антипиренная эффективность особенно заметна в присутствии синергистов, содержащих серу, таких как бис(дифенилфосфинотионил)дисульфид (BDPS). Это позволяет достичь минимальных требований к огнестойкости (класс B2) при использовании всего 3% ISTP.

Полимеры из изосорбида

Изосорбид был изучен как потенциальный платформенный химический продукт для производства разнообразных полимеров и смол. Последние могут быть использованы для получения полиуретанов, в качестве диаминов для получения полиамидов и в качестве отвердителя для эпоксидных смол. При замене моноэтиленгликоля в качестве диола на изосорбид в полиэфире полиэтилентерефталате (ПЭТ) получается полиизосорбидтерефталат (ПИТ), который характеризуется исключительной теплостойкостью (до 360 °C в атмосфере азота). Однако, присущая более низкая реакционная способность вторичных гидроксильных групп в изосорбиде приводит к более низким молекулярным массам и высокому остаточному содержанию терефталевой кислоты по сравнению с ПЭТ, что влечет за собой недостаточную химическую стабильность получаемых полимеров. Поэтому современные полиэстеры, содержащие изосорбид и моноэтиленгликоль, рассматриваются как диольные компоненты, демонстрирующие улучшенные свойства, такие как меньшее обесцвечивание. Изосорбид также представляет интерес как предшественник поликарбонатов. Он потенциально может заменить бисфенол А, идентифицированный как ксеноэстроген. Ограничения поликарбонатов на основе изосорбида заключаются в их неудовлетворительной термостойкости и ограниченной ударопрочности, которые, однако, могут быть улучшены путем добавления комономеров к изосорбиду или использования полимерных смесей. Изосорбид, являясь диолом, служит предшественником полиуретанов или строительным блоком для полиолов [29]. Его можно превратить в диизоцианатный компонент, а также использовать в качестве удлинителя цепи. При взаимодействии изосорбида с эпихлоргидрином образуется бисглицидиловый эфир изосорбида (бисэпоксид), который может служить заменой аналогу – бисэпоксиду бисфенола А. Бисглицидиловый эфир изосорбида может быть сшитым с термореактивными эпоксидными смолами с использованием подходящих отвердителей, таких как полиамины или циклические ангидриды кислот. Эти смолы применяются в качестве клеев, красок или покрытий для пищевых банок. Кроме того, описаны полиоксазолидоны, которые могут быть получены путем реакции диглицидиловых эфиров изосорбида с диизоцианатами. Полиоксазолидоны могут найти применение в качестве жестких, сильно разветвленных и устойчивых к растворителям термореактивных пластмасс в электротехнической и электронной промышленности.

Производство

Гидрирование глюкозы дает сорбитол. Изосорбид получают путем кислотно-каталитической дегидратации D-сорбитола, в результате которой образуется моноциклический фураноидный сорбитан.

В ходе реакции получается около 70-80% изосорбида, а также 30-20% нежелательных побочных продуктов, которые необходимо дорогостоящим образом удалять посредством дистилляции, рекристаллизации из спиртов, рекристаллизации из расплава, комбинации этих методов или осаждения из паровой фазы. Продукт высокой чистоты (> 99,8%).

Безопасность

С величиной LD50, равной 25,8 г·кг−1 (крыса, перорально), изосорбид обладает аналогичной нетоксичностью, что и D-глюкоза (также с LD50 25,8 г·кг−1, крыса, перорально), и классифицирован Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) как GRAS ("общепризнанно безопасный").