CH412924A - Verfahren zur Herstellung wasserlöslicher poly-N-quaternärer Substanzen - Google Patents

Description

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    Verfahren      zur      Herstellung      wasserlöslicher      poly-N-quaternärer   Substanzen Die Erfindung    betrifft   ein Verfahren, durch das medizinisch wertvolle, wasserlösliche,    poly-N-quar-      tärer   Substanzen, welche insbesondere die Diffusion von Flüssigkeiten in Geweben erhöhen,    erhältlich   sind. Stoffe    mit   ähnlicher Wirkung sind bereits bekannt (vergleiche z. B. den Aufsatz über    Hyaluronidase   in der Zeitschrift  Angewandte    Chemie    1951, Seiten 105 bis 117). Dabei handelt es sich um ein Ferment, das nach komplizierten Verfahren aus tierischen Organen gewonnen werden muss.

   Da es in Lösung nicht beständig ist, muss schliesslich zur Überführung in eine haltbare Form eine    Gefriertrocknung   erfolgen. Unmittelbar vor der    klinischen   Verwendung muss das trockene Präparat dann wieder aufgelöst werden.    Erfindnugsgemäss   hergestellte Substanzen weisen demgegenüber entscheidende Vorteile auf: sie sind bequem synthetisch    herstellbar,   in Lösung beständig und    steri-      lisierbar.   



  Polymere Stoffe mit    quarternären   Ammoniumgruppen sind an sich bereits bekannt. In der Regel handelt es sich dabei um Substanzen, die sich von    Polyvinylverbindungen   ableiten, also reine Kohlenstoffhauptketten besitzen. Meist sind diese Substanzen ausserdem in Wasser unlöslich. Ferner sind    Poly-      ammoniumverbindnugen   bekannt, bei denen sich die    quaternären   Stickstoffatome    innerhalb   der Hauptkette befinden. 



  Das    Verfahren      zur   Herstellung wasserlöslicher    poly-N-quatemärer   Substanzen gemäss der Erfindung ist dadurch    gekenzeichnet,   dass man in aus    Amino-      carbonsäuren   aufgebauten Polyamiden die in Seitenketten    Aminogruppen   enthalten, diese    Aminogruppen   mindestens teilweise gleich oder verschiedenartig    qua-      ternisiert.   Polyamide der genannten Art sind z. B. aus    Aminodicarbonsäuren   oder    Diaminocarbonsäuren   erhältlich. Die    Aminogruppen   können    in   den Polyamiden bereits in Seitenketten vorliegen oder müssen in diese    eingeführt   werden.

   Zur Herstellung geeigneter Polyamide mit    Aminogruppen   in    Seitenketten   kann man eine oder mehrere im    Aminocarbonsäurerest   des    Poly-      amides   vorhandene, nicht    amidartig   gebundene, insbesondere    veresterte      Carboxylgruppen   mit    Diaminen   umsetzen, die eine primäre und eine tertiäre    Amino-      gruppe   besitzen. 



  Die    Quaternisierung   selbst kann,    gegebenefalls   in Gegenwart basischer Substanzen, mit den an sich bekannten    Quaternisierungsmitteln,   wie    Alkylhalogeni-      den,      Sulfonsäureestern,      Sultonen   und/oder    Dialkyl-      sulfaten,   erfolgen. 



  Man kann die    Aminogruppen      jeweils   ganz oder teilweise    quaternisieren   und dabei verschiedene    Alkylierungsmittel   nacheinander oder gleichzeitig verwenden. Auf diese Weise    können      poly-N-quartäre   Elektrolyte erhalten werden, an deren    quartäre      N-      Atome   verschiedenartige Reste gebunden sind. 



  Durch die    Quaternisierungsmittel   können auch saure Gruppen eingeführt werden, indem die Polyamide z. B. mit    Halogencarbonsären   oder deren Salzen, mit    Halogencarbönsäureestern   oder    Halogensul-      fonsäuren   sowie deren Salze umgesetzt werden. Die    Estergruppen   werden nachträglich verseift. 



  Polyamide mit    vorwiegend   primären oder sekundären    Aminogruppen   können entweder direkt mit einem geeigneten Reagens, wie    Dimethylsulfat,      qua-      ternisiert   werden, oder es lassen sich zunächst    kompli-      zierte      Substituenten   mit dem    N-Atom   verknüpfen,    worauf   diese    Aminogruppe,   z.

   B.    mit      Dialkylsulfat   oder    Benzolsulfonsäuremethylester,      quaternisiert   wird. 

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 Als Ausgangsprodukt eignen sich polymere Naturstoffe mit freien    Aminogruppen,   wie Proteine,    Poly-      peptide   oder    Protamine   mit hohem    Lysingehalt,   deren    Polymerisationsgrad   vorzugsweise durchschnittlich im Bereich von 5 bis 400 liegt. Diese Polyamide können durch bekannte Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, z.

   B. durch Polykondensation von    Oxazolid-      dionen   oder durch systematischen    Peptidaufbau   hergestellt werden, Als Beispiel sei hierfür genannt:    Poly-      lysin   
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    Geeignete   Verbindungen sind ferner Derivate von    Polypeptiden,   die ausser den    peptidartig   gebundenen    Carboxylgruppen   weitere    Carboxylgruppen   aufweisen, die    mindestens   teilweise    amidartig   mit primärtertiären Diaminen verbunden sind.

   Die    Alkylgruppen   der Diamine enthalten gegebenenfalls    hydrophile   Reste oder können Teile eines nicht aromatischen    heterocyclischen      Ringes   sein. Zu den als Ausgangsprodukt brauchbaren Verbindungen gehören also auch Polyamide, die sich von    Aminodi-      carbonsäure-Polykondensaten,   wie    Polyglutaminsäure   und deren Mischkondensaten mit andern    Amino-      säuren   ableiten. 



  Es hat sich herausgestellt, dass die    medizinische   Wirksamkeit    verfahrensgemäss   erhaltener Produkte dadurch verbessert oder    gesteuert   werden kann, dass man    im   Molekül    hydrophile   Gruppen einbaut.

   In Frage kommen hierfür insbesondere    Säureamid-,   Harnstoff-,    Hydroxyl-,      Amino-,      Carboxyl-   und    Sulfonsäure-      gruppen   sowie Äther- und    Thioätherbrücken.   Die    Carboxyl-   oder    Sulfonsäuregruppen,   das heisst die Gruppen mit    negativen   Ladungen, sollen vorzugsweise in geringerer Zahl als die    quartären   Stickstoffatome    in   den Kettenmolekülen enthalten sein. Diese liegen dann in der Salzform, also z. B. als    Carboxylate,   vor. 



  Wie oben erwähnt, können derartige Gruppen beispielsweise durch entsprechend    substituierte      Qua-      ternierungsmittel   in das Molekül    eingeführt   werden. In Polyamiden mit vorwiegend primären oder sekundären    Aminogruppen   kann    man   die    Gruppen   auch, wie oben angeführt, bereits vor der    Quaternierung   einführen. 



  Die so erhaltenen wasserlöslichen Polyelektrolyte haben für technische und medizinische Zwecke Bedeutung erlangt. Bei der Anwendung    im   pharmazeutischen Bereich haben sich    Substanzen   als besonders    nützlich   erwiesen, die im Körper nicht gespeichert werden. Die Polyelektrolyte besitzen die Fähigkeit,    Schleime,   wie Speichel,    Synovialflüssigkeit,      Glaskör-      perlösungen   und dergleichen, zu lösen bzw. deren Viskosität stark herabzusetzen. Sie können, da sie die Diffusion im Gewebe erhöhen,    vorteilhaft   bei Injektionen oder    Infusionen   Anwendung finden. Ferner    können   sie    in   Form von Salben eingesetzt werden.

   Die nach den folgenden Beispielen hergestellten Verbindungen werden durch Umsetzung der Ausgangsprodukte für sich oder in Lösung hergestellt. Soweit die Verbindungen dabei nicht schon in reinem Zustand anfallen, kann man sie durch    Umfällen   reinigen. Zu diesem Zweck werden sie in Lösungsmitteln, wie Methanol,    Glycol,      1,3-Butandiol,   gelöst und daraus durch Zugabe von    Fällungsmitteln,   wie Äther, Aceton,    Isopropylalkohol,   ausgefällt. Zweckmässigerweise sollen die    Fällungsmittel   mit den Lösungsmitteln mischbar sein. Die Produkte können entweder durch Vakuum- oder Gefriertrocknen in reiner Form erhalten oder direkt nach dem Umfällen in Wasser aufgenommen werden. Die Lösungen können gegebenenfalls durch Dialyse gereinigt werden.

   Ausserdem kann man die Anionen mit    Hilfe   von    Ionenaustauschern   austauschen. Durch Fraktionierung können Produkte mit einheitlicherem    Molekulargewicht   gewonnen werden. 



  Beispiel 1 Eine Lösung von 16 g    Polylysinhydrochlorid   vom    Polymerisationsgrad   15 in 20 ml Wasser wird bei 40 g    Natriumcarbonat   versetzt; unter Rühren und bei einer Temperatur von 20 bis 30  C tropft man 60 g    Di-      methylsulfat   zu. Nach Zerstörung des nicht umgesetzten    Dimethylsulfats   mit überschüssiger 2n wässriger    Ammoniaklösung   bringt man im Vakuum zur Trockne, nimmt in Methanol auf und reinigt durch mehrmaliges Umfällen und anschliessende Dialyse.

   Beispiel 2 Zu einer Lösung von 18,4 g    NE-Carbobenzyloxy-      1-lysin-N-carboxy-anhydrid   und 4,6 g    1-Alanin-N-      carboxy-anhydrid   in 300 ml    wasserfreiem      Dioxan   gibt man eine Lösung von 17 mg Ammoniak in 10 ml wasserfreiem    Dioxan.   Man rührt 24 Stunden bei Raumtemperatur, gibt 300    ml   Äther zu und saugt das Reaktionsprodukt ab. Ausbeute 16,3 g    Polypeptid-      derivat   vom durchschnittlichen    Polymerisationsgrad   100 (bezogen auf    Aminosäurereste).   



  Dieses Produkt wird unter Rühren in 330 g einer    36%igen      Bromwasserstofflösung   in Eisessig eingetragen und eine Stunde bei Raumtemperatur    gerührt.   Danach fällt man mit Äther. Das    Fällungsprodukt   wird in möglichst wenig Wasser aufgenommen und erneut mit Alkohol und Äther gefällt. Ausbeute 12,5 g    Polyalanin-lysin-hydrobromid.   



  Zu einer Lösung dieser Substanz in 80 ml Wasser werden unter Rühren bei 30  C    allmählch   50 g    Dimethylsulfat      zugetropft.   Gleichzeitig wird 4n Natronlauge so    schnell   zugefügt, dass stets ein    pH   von    etwa   13 aufrechterhalten bleibt. Nach Neutralisation mit 2n Salzsäure wird die Lösung nach den oben angegebenen Methoden gereinigt. 



  Beispiel 3 22 g    a-Polyglutaminsäure-y-methylester   vom    Poly-      merisationsgrad   18 (hergestellt durch Polykondensation von    4-Carbomethoxy-äthyl-oxazoliddion-2,5)   werden mit 47 g    N,N-Dimethylpropylendiamin   und 

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 150    ml   Glykol 8 Stunden auf 50  C und 18 Stunden auf 70  C erwärmt. Das Produkt wird durch Umfällen gereinigt. Es enthält etwa 15 % nicht umgesetzte    Estergruppen.   



  20 g des so gewonnen Polyamins werden in 120 ml Glykol mit 6,3 g    Propansulton,   gelöst in 10    ml      Dimethylformamid,   2 Stunden auf 50  C erwärmt. Anschliessend gibt man 18 g    Dimethylsulfat   zu und erhitzt abermals 10 Stunden auf 50  C. Nach Umfällen gibt man zur    Verseifung   der nicht umgesetzten    Estergruppen   so lange 1n Natronlauge zu, bis ein    pH-      Wert   von 13 bei Raumtemperatur mehrere Stunden konstant bleibt; hierauf wird mit    1n      Salzsäure   neutralisiert. 



  Das dialysierte Reaktionsprodukt enthält etwa 15    Mol-r      Carboxylatgruppen,   85    Mol-%      quartäre   Stickstoffgruppen und 50    Mol-%      Sulfonatgruppen.   



  Beispiel 4 Zu einer Lösung von 93,5 g    1-Glutaminsäure-y-      methylester-N-carboxy-anhydrid   und 50,5g    Glycin-      N-carboxy-anhydrid   in 1100 ml wasserfreiem    Dioxan   gibt man unter Rühren eine Lösung von 170 mg Ammoniak in 110 ml wasserfreiem    Dioxan.   Man rührt 24 Stunden bei Raumtemperatur weiter, fügt 1500    ml   Äther hinzu und saugt das Reaktionsprodukt ab. Man gewinnt so 93 g eines    Polypeptids   vom durchschnittlichen    Polymerisationsgrad   100 (bezogen auf    Amino-      säurereste)   und einem Mischungsverhältnis von etwa 1.1. 



  40,4 g dieses Produkts werden in 400 ml Glykol mit 103g    N,N-Dimethyl-propylendiamin   4 Stunden auf 50 und 100 Stunden auf 70  C erwärmt. Durch Fällen mit 3 Liter eines Gemisches von Äther und Aceton (1 : 1) erhält man 34,4 g eines    Polyamins,   in dem die    Estergruppen   in    Amidgruppen   überführt    sind.   



  Eine Lösung von 21,3 g dieser Substanz in 180    ml   Glykol wird mit 15g    Dimethylsulfat   2 Stunden auf 50  C erhitzt. Nach Zugabe von 14,6    Tributylamin   erhitzt man 24 Stunden auf 50  C. Das Reaktionsprodukt wird mit    Äther-Aceton   (1 : 1) gefällt und durch Umfällen und Dialyse gereinigt. Beispiel 5 56 g    a-Polyglutaminsäure-y-methylester   vom durchschnittlichen    Polymerisationsgrad   100 werden in 400    cm3   Glykol mit 200 g    N,N-Dimethyl-propylen-      diamin   10 Stunden auf 50  C und 120 Stunden auf 70  C erwärmt. Durch Fällen mit    Äther-Aceton   (1 :1) erhält man 57 g    a-Polyglutaminsäure-dimethylamino-      propylamid.   



  21,3 g dieser Substanz werden in einem Gemisch von 150 g Glykol und 30 g    Glykol-monomethyläther   mit 5,5 g    Chloressigsäuremethylester   24 Stunden auf 50  C erwärmt. Nach Zugabe von 15g    Dimethylsulfat   wird abermals 24 Stunden auf 50  C    erwärmt.   Nach Fällen mit Aceton und    Umfällen   nimmt man das Reaktionsprodukt in Wasser auf und gibt so lange 2n Natronlauge zu, bis ein    pH   von 12 bei Zimmertemperatur über 4 Stunden konstant bleibt. Nach Neutralisa-    tion   mit 2n Salzsäure    wird   die Lösung durch Dialyse gereinigt. 



  Beispiel 6 Zu einer Lösung von 93,5 g    1-Glutaminsäure-y-      methylester-N-carboxy-anhydrid,   40,4 g    Glycin-N-      carboxy-anhydrid   und 15,7 g    1-Leucin-N-carboxy-      anhydrid   in 1100    ml   wasserfreiem    Dioxan   gibt man unter Rühren    ene   Lösung von 170 mg Ammoniak, gelöst in 150 ml wasserfreiem    Dioxan,   und rührt 24 Stunden bei Raumtemperatur. Die Aufarbeitung des    Polypeptids   und seine Umwandlung in ein Polyamin, in dem die    Estergruppen   in    Amidgruppen   überführt sind, erfolgt in der in Beispiel 4 beschriebenen Weise. 



  23 g des so gewonnen Polyamins werden in 160 ml Glykol    mit   20 g    Dimethylsulfat   24 Stunden auf 50  C erhitzt. Das Reaktionsprodukt wird    mit      Äther-Aceton   (1 : 1) gefällt und durch Umfällen und Dialyse gereinigt. 



  Anstelle des in den Beispielen verwendeten    a-      Polyglutaminsäure-y-methylesters   können auch andere    Polypeptid-polyester   mit primärtertiären Diaminen umgesetzt werden, z. B.    a-Polyglutaminsäure-y-äthyl-      ester,      a-Polyaminomalonsäure-äthylester,      a-Poly-      asparaginsäure@ss-methylester,   ferner Mischkondensate, in denen neben    Aminodicarbonsäuren   eine oder mehrere    Aminocarbonsäuren   oder    Diaminocarbon-      säuren   enthalten sind, z.

   B.    Leucin,      Alanin,      Phenyl-      alanin,      Tyrosin,      Lysin.   



  Andere geeignete    primärtertiäre   Diamine, sind z. B.    N,N-Dimethyl-hexamethylendiamin,      ss-Piperi-      dino-äthylamin,      NN-Dimethyl-pentamethylendiamin,      N,N-Diäthyl-äthylendiamin.   



  Es können    schliesslich   auch andere    Polypeptide,   die nicht    peptidartig   gebundene    quaternisierbare      Aminogruppen   enthalten,    quaterniert   werden, z. B.    a"Poly-a,y-diaminobuttersäure,   ferner .Mischkondensate, in denen neben    Diaminocarbonsäuren   eine oder mehrere    Aminocarbonsäuren   enthalten sind, z. B. Glycerin,    Leucin,      Alanin,      Phenylalanin,      Tyrosin,      Prolin.   



  Weitere zur    Quaternierung   der Polyamide geeignete Substanzen sind    Butylbromid,      Laurylbromid,      Athylenjodhydrin,      Bromacetamid,      y-Brom-propansul-      fonsäureamid,      Äthansulfonsäure-methylester,      Methan-      sulfonsäure-äthylester,      Benzolsulfonsäure-äthylester,      o-Toluolsulfonsäure-methylester,      Diäthylsulfat,      Dipro-      pylsulfat,      1,4-Butansulton,      1,3-Butansulton.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung wasserlöslicher poly-N- quartärer Substanzen, dadurch gkennzeichnet, dass man in aus Aminocarbonsäuren aufgebauten Polyamiden, die in Seitenketten Aminogruppen enthalten, diese Aminogruppen mindestens teilweise oder verschiedenartig quaternisiert. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentaspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man Polyamide der genannten Art verwendet, die in Seitenketten Carboxylgruppen auf- <Desc/Clms Page number 4> weisen, die mit primärtertiärem Diamin amidartig verknüpft sind. 2. Verfahren nach Patentaspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyamide der genannten Art Polypeptide verwendet werden, die nebst .den Amino- gruppen noch saure Gruppen aufweisen. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Quaternisierung unter Verwendung von Alkylhalogeniden, Sulfonsäureestern, Sul- tonen oder Dialkylsulfaten als Quaternierungsmittel durchgeführt wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Quaternisierung mit einem Carbonsäureester-, Sulfonsäure- oder Sulfonatgruppen aufweisenden Quaternisierungsmittel durchgeführt wird. 5.

   Verfahren nach Unteranspruch 3, dadruch gekennzeichnet, dass die Quaternisierung mit verschiedenen Quaternisierungsmitteln durchgeführt wird, die gleichzeitig oder nacheinander angewendet werden. 6. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quaternisierung mit verschiedenen Quaternisierungsmitteln durchgeführt wird, die gleichzeitig oder nacheinander angewendet werden.