AT348945B - Verfahren zur herstellung von hydrophilen, makroporoesen ionenaustauschern von amphoterem charakter - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydrophilen polymeren Gelen, welche in ihrer
Struktur gleichzeitig kationische und anionische funktionelle Gruppen oder dipolare Ionen enthalten. 



   Die Ionenaustauscher aus hydrophilen polymeren Gelen mit regulierbarer Porosität, welche nach an an- derer Stelle erstatteten Vorschlägen der Patentinhaberin hergestellt werden, enthalten in ihrer Struktur ent- weder anionische (Kationenaustauscher) oder kationische funktionelle Gruppen (Anionenaustauscher). Es wurde nachgewiesen, dass diese Materialien durch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften bisher gebräuchliche Kationen-und Anionenaustauscher mit   Cellulose-oder Polydextranmatrix   bei Sorption und
Chromatographie von verschiedenen Biopolymeren übertreffen. 



   Neben gebräuchlichen Kationen- und Anionenaustauschern wurden aber schon früher synthetische orga- nische   Polystyrol-Divinylbenzolionenaustauscher,   welche in ihrer Struktur gleichzeitig basische und saure funktionelle Gruppen enthalten, hergestellt, auf den Anionenaustauscher aus Polystyrol wurde durch Ionen- austausch eine saure Komponente   (z. B.   Acrylsäure) sorbiert, welche nach Eindringen in das Netz des
Anionenaustauscherteilchens vorwiegend durch Hineinkeilen ihrer makromolekularen Kette, einpolymerisiert wurde. Auf ähnliche Weise kann man basische Komponenten an Kationenaustauscher binden. Durch diese
Verfahren wurden handelsübliche amphotere Ionenaustauscher,   z. B. vom Retardion-Typ hergestellt,   die besonders in dem als"lonenbremsen"genannten Prozess zur Geltung kamen.

   Dieses Trennverfahren setzt sich sowohl im Labor als auch im Produktionsmassstab durch. 



   Die neuere Entwicklung der Chromatographie von Biopolymeren zeigt die grosse Bedeutung von ampho- teren Ionenaustauschern, wenn ihre funktionellen Gruppen an die die Penetration von Makromoleküle   erlau-   bende Matrix, wie z. B. Polydextran, gebunden werden [J. Porath, L. Fryklund : Nature 226 (1970) 1169 ;
J. Porath, N. Fornstadt : J. Chromatogr. 51 (1970) 479]. Durch die vorteilhaften chemischen und mechani- schen Eigenschaften von hydrophilen Hydroxyacrylat- und Hydroxymethacrylatgelen, welche nach der CS-PS Nr. 148828 und Nr. 150819 hergestellt werden und welche in manchen Hinsichten Derivate von   Polysacchari-   den übertreffen, sind diese synthetischen polymeren Gele als Träger auch für amphotere oder dipolare iono- gene Gruppen sehr geeignet. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von hydrophilen, makroporösen Ionenaustauschern von amphoterem Charakter, ist dadurch gekennzeichnet, dass man vernetzte Mischpolymerisate von Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid- und Methacrylamidmonomeren, welche Hydroxylgruppen enthalten an den Hydroxyl- gruppen mit polyfunktionellen Verbindungen, die ihrerseits jeweils mindestens eine Gruppe aufweisen, die mit den OH-Gruppen reagieren kann, zur Reaktion bringt und an frei geblieben Gruppen der   polyfunktionel-   len, chemisch an das Polymere gebundenen, Verbindung Reaktanten anlagert, welche in ihrem Molekül sowohl kationogene, als auch anionogene Gruppen aufweisen, wobei diese Gruppen wie   z. B.   bei Aminosäuren beim isoelektrischen Punkt, auch als innere Salze vorliegen können. 



   Dieses Verfahren kann man so durchführen, dass man die oben angeführten vernetzten Mischpolymerisate, welche Hydroxylgruppen enthalten, mit zwei oder mehrere reaktive Gruppen enthaltenden Verbindungen, wie   z. B.   Phosgen, Epichlorhydrin, Diepoxyde, Polyepoxyde, Diisocyanate und Polyisocyanate reagieren lässt und dass man nach der Reaktion verbliebene reaktive Gruppen zur Bindung von Molekülen, welche durch Dissoziation Anionen und Kationen liefern, - beispielsweise gleichzeitig von Diamin und Aminosäure oder   Hydroxysäureoder Dicarbonsäure   und   Aminosäure-ausnutzt.   Eine ähnliche Wirkung erreicht man durch die chemische Bindung von Aminosäuren, welche durch Dissoziation dipolare Ionen liefern.

   Für die Bindung von Aminen und Aminosäuren auf Gel, welches Hydroxylgruppen trägt, verwendet man vorteilhaft die Aktivierung mit Bromcyan. 



   Wenn man zur Bindung von ionogenen Molekülen von Halogenalkansäuren eine   Quaternisierungsreaktion   der Alkylamingruppe anwendet, so entsteht auch ein amphoterer Ionenaustauscher. 



   Bei der Herstellung von amphoteren Ionenaustauschern spielt es oft eine grosse Rolle zu bewirken, dass verschiedene geladene Gruppen nicht nur im stöchiometrischen Äquivalent vorliegen, sondern auch sterisch so angeordnet werden, dass sie infolge freier Drehbarkeit von Ketten deren unabhängiges Kreisen in der Lösung und Einnehmen jeder Lage in dem durch die Länge ihrer freien Arme bestimmten Raum zu erlauben. Dabei ist es wünschenswert, dass sie an einer Stelle zusammentreffen und eine   lonenbindung   ausbilden können. 



     Amphotere hydrophileIonenaustauschergele   haben grosse Bedeutung für die Entwicklung von feinen Frak-   tionierungsmethoden.   Sie werden zum Trennen der Gemische von Eiweissstoffen und Nucleinsäuren schon bei linearer Chromatographie verwendet, ohne die Anwendungsmöglichkeit von   Elutionsgradienten   auszuscheiden. Durch die erreichten Resultate übertrifft die Trennung auf amphoteren Ionenaustauschern das Trennen   auf üblichen monofunktionellenlonenaustauscherderivaten [J. Porath : Chromatographie   Methods inFractionation of Enzymes (in Biotechnology and Bioengineering Symp.

   No. 3,   145 - 166, 1972) ].   Zu diesen Zwecken bisher verwendete Derivate der Polydextrane von Sephadex oder Sepharose (geschützte Wortmarken) besitzen im Vergleich mit hydrophilen Derivaten der   Hydroxyacrylat- und Hydroxymethacrylatgele wesentlich gerin-   gere chemische und mechanische Stabilität. Überdies quellen die neuen Ionenaustauscher, die nach der Er- 

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 findung hergestellt werden, nur sehr wenig auf ; bei höheren Durchflussraten kommt es nicht zum Verstopfen der Säulen, welche mit diesen Materialien gefüllt werden. Gele sind gegen microbille Infektion beständig und man kann sie im Bedarfsfall durch Kochen sterilisieren. 
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 säuren, Styrolsulfonsäuren,   quaternislerte Aminoalkylstyrole u. dgl.   ergänzen. 



     Beispiel l : Ig Mischpolymerisat   von   2-Hydroxyäthylmethacrylat   und   Äthylendlacrylat   mit einem Molekulargewicht bis 300000 wurde durch Erhitzen mit Epichlorhydrin in alkalischem Milieu modifiziert DasProduktwurdein5ml40%NaOHsuspendiert. ZumGemischwurden1,5gArgininin5ml20%NaOHzugefügt. Das Gemisch wurde gründlich durchgerührt und 5 h auf   650C erhitzt.   Das Gel wurde abfiltriert, mit Wasser, Methanol, 10% HCI, Wasser, 5% NaOH, Wasser, 10%   HCI,   Wasser, Methanol, Aceton und Äther gewaschen, an der Luft getrocknet und im Vakuum nachgetrocknet. Der Gehalt an Stickstoff im Produkt wurde nach der   Kjeldahlmethocle   bestimmt. 



   Das Endprodukt enthält Aminogruppen, Guanidogruppen und Carboxylgruppen : 
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