CS225369B1

CS225369B1 - Hydrophilic latex particles containing amine groups and their preparation

Info

Publication number: CS225369B1
Application number: CS824134A
Authority: CS
Inventors: Hans-Georg Batz; Paul Tanswell; Manfred Baier
Original assignee: Batz Hans Georg; Paul Tanswell; Manfred Baier
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1984-02-13
Also published as: HU191603B; CS225010B1; CS413582A1; CS225368B1; CS225366B1; CS225367B1; CS231217B1

Description

Hydrofilní latexové částice nacházejí široké uplatnění v nejrůznějších oblastech biochemie zejména jako nosiče biochemicky či immunologicky aktivních látek. Dosavadní způsoby synthesy latexových částic schopných vázat na svém povrchu biochemicky či immunologicky aktivní látky spočívají zejména ve standardní emulšní polymerizaci. Princip běžné emulsní polymerizace je obecně znám a spočívá v dispergování ve vodě omezeně rozpustného monomeru nebo směsi ve vodě omezeně rozpustných monomerů ve vodním roztoku emulgátoru a iniciátoru, zahřátí směsi na teplotu, při níž jsou generovány radikály, zahajující řetězovou polymerizaci a udržování této směsi při požadované teplotě za míchání po dobu potřebnou k dosazení určité konverse. Samotná polymerizace probíhá zpočátku v koloidních útvarech zvaných micely (v nichž je monomer rozpustný) tvořených vhodně sféricky uspořádanými molekulami povrchově aktivní látky. Po skončené polymerizaci zůstává povrchově aktivní látka i nadále na povrchu vzniklých polymerních latexových částic a stabilizuje je tak proti koagulaci. Odstranění emulgátoru je sice z větší části možné, leč dochází buď k nevratné ztrátě individuálního charakteru diskrétních polymerních částic jejich agregací při koagulaci nebo alespoň k nemožnosti uvedení částic resuspendováním do původního stavu. Tato nevýhoda klasických latexů je odstranitelná použitím techniky tzv. bezemulgátorové emulsní polymerizace, kdy částice jsou autostabilizovány ionogenními skupinami, jež jsou součástí polymerního řetězce, vzniklou při iniciační reakci. Nejnovějším: příkladem této polymerizace je způsob podle Cs. autorského osvědčení 225010 popisující synthesu latexových hydrofilních částic homo- či kopolymerizaci monomerů obecného vzorceHydrophilic latex particles find wide application in various fields of biochemistry, especially as carriers of biochemically or immunologically active substances. The prior art methods of synthesizing latex particles capable of binding biochemically or immunologically active substances to their surface consist mainly in standard emulsion polymerization. The principle of conventional emulsion polymerization is generally known and consists in dispersing a water-sparingly soluble monomer or a mixture of water-sparingly soluble monomers in an aqueous emulsifier and initiator solution, heating the mixture to a temperature at which radicals are initiated to initiate chain polymerization, and temperature with stirring for the time required to achieve a certain conversion. The polymerization itself takes place initially in colloidal formations called micelles (in which the monomer is soluble) formed by suitably spherically arranged surfactant molecules. After the polymerization is complete, the surfactant remains on the surface of the polymeric latex particles formed and thus stabilizes them against coagulation. Although removal of the emulsifier is largely possible, either the irreversible loss of the individual character of the discrete polymer particles by their aggregation during coagulation or at least the impossibility of restoring the particles to their original state occurs. This disadvantage of conventional latexes is eliminated by the use of the so-called emulsion-free emulsion polymerization technique in which the particles are autostabilized by ionogenic groups which are part of the polymer chain formed during the initiation reaction. The most recent example of this polymerization is the Cs process. No. 225010 describing the synthesis of latex hydrophilic particles by homo- or copolymerization of the monomers of the general formula

CH₂ = CR-j—X—CH₂—CH—CH₂, \ ZCH ₂ = _CR-J-X-CH2 _-CH-CH2, \ Z

O kde R_t je Vodík nebo methyl a X je — O— nebo — CO—O— v nepřítomnosti emulgátoru vedoucí’ ke sférickým polymerním částicím stejné velikosti. Tyto částice nesou jisté množství reaktivních skupin epoxidových, které lze použít k navázání biologicky či immunologicky aktivních látek na povrch částic. Epoxidová skupina nesporně splňuje řadu požadavků kladených na synthesu konjugátů polymer — aktivní látka, leč její nevýhodou je, že samotná reakce probíhá relativně pomalu. Dlouhá inkubace pak může v některých případech vést ke ztrátě biologické či immunologické aktivity. Tomu lze zabránit použitím nosičů, jejichž funkční skupiny jsou v porovnání s epoxidovou reaktivnější, tzn. že za podmínek, při nichž se immobilizace může z důvodů stability immobilizovaných látek realizovat, reagují rychleji.Where R ₁ is hydrogen or methyl and X is -O- or -CO-O- in the absence of an emulsifier resulting in spherical polymer particles of the same size. These particles carry a number of reactive epoxy groups that can be used to attach biologically or immunologically active substances to the surface of the particles. The epoxy group undoubtedly fulfills a number of requirements for the synthesis of polymer-active substance conjugates, but its disadvantage is that the reaction itself proceeds relatively slowly. Long incubation may in some cases lead to a loss of biological or immunological activity. This can be avoided by the use of carriers whose functional groups are more reactive compared to the epoxy, i. that under the conditions in which immobilization can be realized due to the stability of immobilized substances, they react more quickly.

Jednou z takových skupin je skupina aminová, jež bývá pro účely immobilizace často používána a která může být do latexových částic synthetizovaných podle shora uvedeného Čs. autorského osvědčení 225010 zavedena jednoduchou polymeranalogickou reakcí podle tohoto vynálezu.One such group is the amine group, which is often used for immobilization purposes, and which can be synthesized into the latex particles synthesized according to the above-mentioned Cs. No. 225010 introduced by the simple polymer-analogous reaction of the present invention.

Předmětem vynálezu jsou hydrofilní latexové částice obsahující aminoskupiny, vyznačené tím, že sestávají ze spolymerizovaných jednotek obecného vzorce I —CH,—CR¹— ¹ x-ch₂-ch-ch₂-n<^_{3 (i)} The invention relates to amino-containing hydrophilic latex particles, characterized in that they consist of the co-polymerized units of the general formula I - CH, - CR ¹ - ¹ x-ch ₂ -ch-ch ₂ -n <^ _{3 (i)}

OH kde R¹ je vodík nebo methyl, X je —O— nebo —CO—O— a R² a R³ jsou vodík, alkyl C| až C₄, hydroxyalkyl Ci až C₃, aminoalkyl C₂ až Οβ a cykloalkyl nebo ze zpolymerizované směsi jednotek obecného vzorce I a jednotek vzniklých polymerizací monomerů vybraných ze skupiny obsahující glycidylakrylát, glycidylmethakrylát, styren, divinylbenzen, hydroxyalkylendiakryláty a alkyldiakryláty či methakryláty, hydroxyalkylakryláty a alkylakryláty či methakryláty, akrylamidy či methakrylamidy, N-vlnylpyrrolidon, vinylacetát, butadien, isopren a glycidylvinylether v množství 1 až 99 % hm.OH wherein R ¹ is hydrogen or methyl, X is -O- or -CO-O- and R ² and R ³ are hydrogen, C 1-6 alkyl; to C ₄ , hydroxyalkyl C 1 to C ₃ , aminoalkyl C ₂ to β and cycloalkyl or from a polymerized mixture of units of formula (I) and units resulting from polymerization of monomers selected from glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, styrene, divinylbenzene, hydroxyalkylenedioacrylates alkyl acrylates or methacrylates, acrylamides or methacrylamides, N-woollpyrrolidone, vinyl acetate, butadiene, isoprene and glycidyl vinyl ether in an amount of 1 to 99 wt.

Dále je předmětem vynálezu způsob přípravy hydrofilních latexových částic obsahujících aminoskupiny, který spočívá v tom, že se latexové částice sestávající z homopolymeru glycidylakrylátu, glycidylmethakrylátu nebo glycidylvinyletheru nebo jejich kopolymerů s 1 až 99 °/o hm. monomerů vybraných ze skupiny obsahující styren, divinylbenzen, hydroxyalkylendiakryláty a alkylendiakryláty či methakryláty, hydroxyalkylakryláty a alkylakryláty či methakryláty, akrylamidy či methakrylamidy, N-vinylpyrrolidon, vinylacetát, butadien a isopren nebo jejleh směsi ponechají reagovat s aminem obecného vzorce II /'R² ^H-ⁿ<r³ (II), kde R² a R³ jsou vodík, alkyl Cj až C₄, hydroxyalkyl C₄ až C₃ , aminoalkyl C₂ až C₆ a cykloalkyl při teplotě do 100 °C po dobu 0,1 až 100 hodin.The present invention further provides a process for the preparation of hydrophilic, amine-containing latex particles, comprising: latex particles consisting of a homopolymer of glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate or glycidyl vinyl ether or copolymers thereof having from 1 to 99% w / w; monomers selected from the group consisting of styrene, divinylbenzene, hydroxyalkylendiakryláty and alkylendiakryláty or methacrylates, hydroxyalkyl acrylates and alkyl acrylates or methacrylates, acrylamides or methacrylamides, N-vinyl pyrrolidone, vinyl acetate, butadiene and isoprene or jejleh mixtures are reacted with an amine of the formula II / 'R ² ^H - ⁿ <r ³ (II) wherein R ² and R ³ are hydrogen, C 1 -C ₄ alkyl, C ₄ -C ₃ hydroxyalkyl, C ₂ -C ₆ aminoalkyl and cycloalkyl at a temperature of up to 100 ° C for 0.1 to 100 hours.

Hydrofilní částice obsahující aminoskupiny podle vynálezu jsou opět ve formě stabilní disperse zpravidla ve vodě a mohou být takto transportovány i skladovány, aniž by došlo ke změně žádaných vlastností. Částice po skončení modifikační reakce se mohou zbavit nezreagovaných aminů, pokud jsou přidány v přebytku dekantací s pomocí centrifugy nebo tlakovou filtrací vhodnou membránou separující latexové monodispersní částice či dialýzou.The hydrophilic particles containing the amino groups according to the invention are again in the form of a stable dispersion, generally in water, and can thus be transported and stored without changing the desired properties. Particles after the modification reaction can be freed from unreacted amines if added in excess by decantation by centrifugation or by pressure filtration with a suitable membrane separating latex monodisperse particles or by dialysis.

Kromě biochemické aplikace popsané výše je vhodné uvést i široké možnosti použití modifikovaných latexů pro sorpci iontů kovů včetně radionuklidů umožňujících jejich značení.In addition to the biochemical application described above, it is appropriate to mention the broad possibilities of using modified latexes for the sorption of metal ions, including the radionuclides enabling their labeling.

V dalším je vynález blíže objasněn v příkladech provedení.In the following, the invention is explained in more detail in the examples.

Příklad 1 ml latexových částic připravených homopolymerizací glycidylmethakrylátu podle Čs. autorského osvědčení 225010 o velikosti částic 0,44 μία bylo smícháno s 10 ml 25% roztoku amoniaku ve vodě a při teplotě místnosti ponecháno reagovat 20 hodin. Poté byla směs dialyzována proti tekoucí vodě 48 hodin a získaná suspenze odstředěna. Obsah dusíku v suché substanci činil 1 % hm., což reprezentuje 0,71 mmol/g skupin obecného vzorce I s R² a R³ je vodík, a tedy zhruba každá glycidylmethakrylátová jednotka je zreagovaná. Přitom z pochopitelných důvodů reagují zejména skupiny blízké povrchu částic, které jsou pro reakci nejpřístupnější.Example 1 ml of latex particles prepared by homopolymerization of glycidyl methacrylate according to Cs. No. 225010 with a particle size of 0.44 μία was mixed with 10 ml of a 25% solution of ammonia in water and allowed to react at room temperature for 20 hours. The mixture was then dialyzed against running water for 48 hours and the resulting suspension centrifuged. The nitrogen content of the dry substance was 1% by weight, which represents 0.71 mmol / g of the groups of formula I with R ² and R ³ being hydrogen, and thus approximately every glycidyl methacrylate unit is reacted. For obvious reasons, in particular, groups close to the particle surface, which are most accessible to the reaction, react.

Příklad 2 1 ml latexových částic připravených kopolymerizací glycidylakrylátu a isoprenu (15 ku 85 % hm.) podle Čs. autorského osvědčení 225010 o velikosti částic 0,25 μια bylo smícháno s 1 ml 2,2'-dihydroxydiethylamlnem a při teplotě 35 °C ponecháno za míchání 30 minut. Po odstranění nezreagovaného aminu byl získán produkt obsahující 0,50 mmol/ /g aminoskupin.Example 2 1 ml of latex particles prepared by copolymerization of glycidyl acrylate and isoprene (15 to 85 wt%) according to Cs. No. 225010 with a particle size of 0.25 μια was mixed with 1 ml of 2,2'-dihydroxydiethylamine and allowed to stir at 35 ° C for 30 minutes. Removal of the unreacted amine yielded a product containing 0.50 mmol / g of amino groups.

Příklad 3 ml latexových částic připravených kopolymerizací glacidylmethakrylátu, styrenu a divinylbenzenu 5 : 90 : 5 % hm podle Čs. autorského osvědčení 225010 o velikosti částic 0,30 μια bylo mícháno 95 hodin při teplotě 10 °C s 0,5 ml butylaminu. Po 60hodinové dialýze proti tekoucí vodě byl vysušením získán práškovitý produkt obsahující 0,35 mmol/g skupin obecného vzorce I, kde R² je vodík a R³ butyl, tzn. že došlo k reakční přeměně všech přítomných epoxidových skupin.Example 3 ml of latex particles prepared by copolymerization of glacidyl methacrylate, styrene and divinylbenzene 5: 90: 5 wt. No. 225010 with a particle size of 0.30 μια was stirred for 95 hours at 10 ° C with 0.5 ml of butylamine. After 60 hours of dialysis against running water, a powdered product was obtained containing 0.35 mmol / g of the groups of formula (I) wherein R ² is hydrogen and R ^{3 is} butyl, i.e.. that all the epoxy groups present were reactively converted.

Příklad 4 ml latexových částic připravených kopolymerizací glycidylvinylethsru, vinylacetátu a ethylendimethakrylátu (15 : 80 : 5 % hm.) podle Čs. autorského osvědčení 225010 bylo smíseno s 1 ml piperidinu a při teplotě 30 °C ponecháno za míchání reagovat 6 hodin. Produkt po separaci a vysušení obsahoval 0,15 mmol/g aminoskupin.Example 4 ml of latex particles prepared by copolymerization of glycidyl vinyl ether, vinyl acetate and ethylene dimethacrylate (15: 80: 5 wt.%) According to Cs. 225010 was mixed with 1 ml piperidine and allowed to react at 30 ° C with stirring for 6 hours. The product, after separation and drying, contained 0.15 mmol / g amino groups.

Příklad 5 ml latexových částic připravených kopolymerizací glycidylmethakrylátu a akrylamidu (98:2% hm.) podle Čs. autorského osvědčení 225010 bylo smíseno s 4 m] ethylendiaminu a ponecháno při teplotě místnosti po dobu 50 hodin. Po skončení reakce, odseparování nezreagovaného diaminu a vysušení byl získán produkt obsahující 1,40 % hmot. dusíku, což znamená, že obsahuje 0,50 mmol/g skupin obecného vzorce I, v němž R² je vodík a R³ 2-aminoethyl.Example 5 ml of latex particles prepared by copolymerization of glycidyl methacrylate and acrylamide (98: 2 wt.%) According to Cs. No. 225010 was mixed with 4 ml of ethylenediamine and left at room temperature for 50 hours. After completion of the reaction, separation of unreacted diamine and drying, a product containing 1.40 wt. nitrogen, which means 0.50 mmol / g of the groups of formula I wherein R ² is hydrogen and R ^{3 is} 2-aminoethyl.

Claims

Hydrophilic amino acid-containing latex particles, characterized in that they consist of polymerized units of the formula I - CH _{2 -} CR ¹ -

X-CH ₂ -CH-CH ₂ -N?

OH wherein R ¹ is hydrogen or methyl, X is -O- or -CO-O- and R ² and R ³ are hydrogen, C ₁ -C ₄ alkyl, C 1 -C ₃ hydroxyalkyl, aminoalkyl or from a polymerized mixture of units of formula And units formed by the polymerization of monomers selected from the group consisting of glycidene acrylate, glycidyl methacrylate, styrene, divinylbenzene, hydroxyalkylene diacrylates and alkylene diacrylates or methacrylates, alkyl acrylates or methacrylates, acrylamides or methacrylates, acrylamides or methacrylates, acrylamides or methacrylates; % wt.

2. A process for the preparation of hydrophilic amine-containing latex particles, characterized in that the latex particles consist of a homopolymer of glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate or glycidyl tin ether or their copolymers with 1 to 99% by weight. monomers selected from the group consisting of styrene, divinylbenzene, and hydroxyalkylendiakryláty alkylendiakryláty or methacrylates, hydroxyalkyl acrylates and methacrylates or alkylalkryláty, acryl- or methacrylamide, N-vinylpyrrolidone, vinyl acetate, butadiene and isoprene or mixtures thereof are reacted with an amine of the formula II / 'R ² ^H - ^N < R 3 (II) wherein R ² and R ³ are hydrogen, C ₄ -C ₄ alkyl, C ₄ -C ₃ hydroxyalkyl, C ₂ -C ₆ aminoalkyl and cycloalkyl at a temperature of up to 100 ° C for 0, 1 to 100 hours.