Verfahren zur Herstellung von Polypeptiden
Das bisher gebräuchliche Verfahren zur Herstellung von Polypeptiden ging aus von den N-Carboxyanhydriden der a-Aminosäuren. Das in Lösung zubereitete Anhydrid musste vor der Polymerisation isoliert und gereinigt werden. Es wurde nun aber gefunden, dass die vollständige Herstellung durch führt werden kann ohne Isolierung und Reinigung des Anhydrides vor der Polymerisation, wodurch viele umständliche Arbeit vermieden werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polypeptiden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man unter wasserfreien Bedingungen Phosgen mit mindestens einer a-Aminosäure der Formel
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in welcher R Wasserstoff oder ein Kohlenwasserstoff-Radikal mit 1-8 C-Atomen ist und R' Wasserstoff, ein Kohlenwasserstoff-Radikal mit höchstens 8 C-Atomen oder ein heterocydisches Radikal ohne aktive H-Atome bedeutet, oder deren Salzen reagieren lässt, indem man das Phosgen und die a-Aminosäure in einem Lösungsmittel löst und das Gemisch unter Rückflussbedingungen auf eine Temperatur zwischen dem Gefrierpunkt des Gemisches und 750 C bringt, dass man dann überschüssiges Phosgen und gebildeten Chlorwasserstoff aus dem Gemisch entfernt,
einen Initiator zugibt und die Temperatur des Gemisches bis höchstens zum Siedepunkt des Gemisches erhöht und so lange bei dieser Temperatur hält, bis die Polymerisation beendet ist, wobei alle Reaktionsschritte aufeinanderfolgend im gleichen Reaktionsgefäss durchgeführt werden.
Beispiele für a-Aminosäuren der genannten Art sind: Glycin, Alanin, a-Amino-n-buttersäure, Valin, Norvalin, Leucin, Norleucin, Isoleucin, a-Aminocaprylsäure, 2-Amino-4, 6, 6-trimethyl-heptylsäure, fl-Phenyl-alanin, a-Cyclohexyl-glycin, a-Aminoisobuttersäure, a-Amino-a-methyl-buttersäuren a-(2 Furyl)-glycin usw. Auch die Alkali- und Erdalkalisalze, z. B. die Natrium-, Kalium-, Calcium- und Magnesiumsalze, sowie die Halogenwaslserstoffsalze dieser Säuren können verwendet werden.
Die verwendete Phosgenmenge kann variieren, beispielsweise von einem molaren Äquivalent, bezogen auf die Gesamtmenge der verwendeten Aminosäuren, bis zu vollständig gesättigten Lösungen. Das Phosgen wird zweckmässig in einer Menge von 1 bis 50 /o, bezogen auf die Menge des verwendeten Lösungsmittels, angewendet.
Die Reaktionstemperatur ist in einem weiten Bereich variabel vom Gefrierpunkt des Gemisches bis zum Siedepunkt des Gemisches. Der besondere Temperaturbereich für die einzelnen Säuren und ihre Derivate hängt ab vom Gefrierpunkt und von der thermischen Beständigkeit der einzelnen verwendeten Säuren. Vorzügliche Ergebnisse erzielt man mit Reaktionstemperaturen im Bereiche von 50-75"C, da hier, bei erhöhter Reaktionsgeschwindigkeit, noch keine Verminderung der Ausbeute infolge Zersetzung eintritt.
Die beim Vermischen von Phosgen und Aminosäure im Lösungsmittel gebildete Suspension wird zweckmässig unter Rückfluss erhitzt, bis alle Säure gelöst ist, wozu gewöhnlich 4-6 Stunden notwendig sind. Ein Verlust an Phosgen kann dadurch verhindert werden, dass man das Reaktionsgefäss mit einer Trockeneiskolonne oder einer andern Art von Kondensator versieht, so dass verdampfendes Phosgen mit der Kondensiervorrichtung in Berührung kommt und in das Reaktionsgefäss zurückgeleitet und so vollständig ausgenützt wird.
Nach dem Auflösen der Säuren werden alle Spuren von Phosgen sowie Chlorwasserstoff, welcher sich bei der Reaktion gebildet hat, zweckmässig entfernt durch Destillieren eines Teils des Lösungsmittels, Belüften mit trockenem Stickstoff, Aufrühren mit wasserfreien basischen Verbindungen, d. h. basischen Verbindungen, welche keinen freien Wasserstoff enthalten, wie Natriumcarmonat, Kaliumcarbonat, Kalziumcarbonat, Kalziumoxyd, Bariumoxyd usw., Aufrühren mit aktivierter Holzkohle oder Absorbieren mit Hilfe einer Tonerdesäule. Alle diese Massnahmen können für sich allein oder in Kombination mit andern getroffen werden.
Die Entfernung sämtlichen als Überschuss vorhandenen Phosgens ist indessen wünschenswert, da es auf die Polymerisation einen hemmenden Einfluss zu haben scheint.
Als Initiator können die gebräuchlichen Polymerisationsinitiatoren dienen. Vorzugsweise verwendet man zu diesem Zweck Dodecylamine, Wasser, Piperidin, Pyridin usw. Die Temperatur des Gemisches wird dann auf einen Punkt erhöht, der bis zum Siedepunkt des Gemisches gehen kann, bis die Polymerisation beendet ist, wozu gewöhnlich etwa 6 Stunden nötig sind. Vor der Polymerisation ist kei neriei Isolierung oder Reinigung der N-Carboanhydride notwendig. Die gesamte Reaktion erfolgt ohne irgendwelche Störung durch allfällig gebildete Zwischenprodukte.
Die entstehende klare viskose Polypeptid-Lösung kann homopolymer oder copolymer sein, je nach den ursprünglich verwendeten Bestandteilen. Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich auch gut zur Herstellung von Polypeptiden mit einem Molekulargewicht von 7000 und mehr. Das Molekulargewicht hängt ab von der Reaktionsdauer, von der Menge der ursprünglich vorhandenen Bestandteile und von der Art des verwendeten Initiators.
Polypeptide mit Molekulargewichten in der Grö ssenordnung von 7000 und mehr sind verwendbar zur Herstellung von Blättern, Filmen, Folien, Fasern, Fäden, Bändern, Formartikeln usw.
Die erfindungsgemässe Reaktion scheint etwa fol gendermassen vor sich zu gehen:
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In diesem Schema bedeutet ZH eine Substanz, in welcher H ein aktives Wasserstoffatom; n ist eine ganze Zahl in der Grösse von 100 oder darüber.
In den nachfolgenden Beispielen bedeuten Teile, wo nichts anderes angegeben ist, Gewichtsteile.
Beispiel I
In eine 10- /oige Lösung von Phosgen in Benzol (200 cm3) gab man 5 g l-Leucin und 5 g Phenylalanin. Der Reaktionskolben war mit einem Kondensator ausgerüstet zur Verhinderung von Phosgenverlusten, und die Suspension wurde während 6 Stunden unter Rückfluss auf 720 C erhitzt, bis alle Aminosäure gelöst war. Spuren von überschüssigem Phosgen und Chlorwasserstoff wurden entfernt durch Abdestillieren von 150 cm3 des Lösungsmittels Ben zol. Anschliessend wurde Dodecylamin zugesetzt zur Einleitung der Polymerisation, und die klare Lösung wurde während 6 Stunden auf 80 C erhitzt, wobei eine klare viskose Polypeptid-Lösung entstand.
Beispiel 2
In eine 160/obige Phosgen-Lösung in 200 cm3 Benzol gab man 5 g l-Leucin und 5 g Phenylalanin.
Die Suspension wurde unter Rückfluss auf 620 C erhitzt, bis sämtliche Aminosäure gelöst war. Um Phosgenverluste zu vermeiden, war das Reaktionsgefäss mit einem Kondensator versehen. Das überschüssige Phosgen sowie gebildeter Chlorwasserstoff wurd'en entfernt durch Abdestillieren von 150 cm3 Benzol und anschliessendes Belüften mit trockenem Stickstoff. Hiernach setzte man Dodecylamin zu zur Einleitung der Polymerisation und erhitzte die klare Lösung auf 800 C, bis die Polymerisation beendet war. Man erhielt eine klare viskose Polypeptid Lösung, deren Viskosität etwas höher war als diejenige der gemäss Beispiel 1 erhaltenen Lösung.
Beispiel 3
In eine 14 Obige Phosgen-Lösung in 200 cm3 Benzol gab man 5 g l-Leucin und 5 g Phenylalanin.
Die Suspension wurde bei einer Temperatur von 65"C unter Rückfluss erhitzt, bis die Gesamtmenge der Säuren gelöst war, wobei das Reaktionsgefäss mit einem Kondensator versehen war zur Vermeidung von Phosgenverlusten. Spuren von überschüssigem Phosgen und Chlorwasserstoff wurden anschliessend entfernt durch Abdestillieren von 150 cm3 Benzol und nachfolgendes Aufrühren mit aktivierter Holz- kohle. Anschliessend wurde Dodecylamin zugesetzt zur Einleitung der Polymerisation und die klare Lösung wurde auf 800 C erhitzt, bis die Polymerisation beendet war. Man erhielt eine klare viskose Polypeptid-Lösung, welche beim Abdampfen des Lösungsmittels Filme bildete.
Beispiel 4
Man ging gleich vor wie in Beispiel 3, arbeitete jedoch bei einer Rückflusstemperatur von 680 C und verwendete eine 12 /9ige Phosgen-Lösung. Man erhielt eine klare Polypeptid-Lösung.
Beispiel 5
Man ging gleich vor wie in Beispiel 2, hielt die Temperatur beim Erhitzen auf Rückfluss jedoch auf 68"C und verwendete eine 120/auge Phosgen-Lösung.
Zur Entfernung von überschüssigem Phosgen und Chlorwasserstoff wurde das Benzol auf ein Volumen von etwa 20 cm3 destilliert. Man erzielte eine klare viskose Polypeptid-Lösung.
Beispiel 6
Man ging gleich vor wie in Beispiel 1, hielt jedoch die Rückflusstemperatur auf 720 C und verwendete eine 10 /oige Phosgen-Lösung. Das überschüssige Phosgen sowie Chlorwasserstoff wurden entfernt durch Destillieren von 150 cm3 der benzolischen Lösung und nachfolgendes Durchleiten der N-Carboxyanhydrid-Lösung durch eine Tonerdesäule. Beim entstehenden Polypeptid trat keine Erhöhung der Viskosität gegenüber derjenigen des Produktes von Beispiel 1 ein.
Die nach dem Verfahren gemäss vorliegender Erfindung hergestellten Polypeptide finden vorteilhafte Verwendung in Anstrichfarben, Firnissen, Lacken und Emaillen. Sie können zu Fäden, Strähnen, Borsten, Garnen, Streifen, Filmen, Bändern usw. gezogen werden. Sie können auch verwendet werden zum Überziehen von Materialien wie Tuch, Leder und Papier. Ferner kann man sie auf zahlreiche Arten verwenden in Kombination mit andern Polymeren, Harzen usw.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Polypeptide sind ferner verwendbar in Kombination mit natürlichen Harzen, wie Dammarharz, Colophonium, Pontionac, Congo usw., synthetischen Harzen, wie Harnstoff-Formaldehyd, Phenol Formaldehyd oder Kondensationsprodukten aus mehrwertigen Alkoholen und mehrbasischen Säuren, Weichmachern, wie Tricresylwphosphat, Dibutylphthalat usw., sowie Ricinusöi, Baumwollsaatöl und andern vegetabilischen Ölen.