DD284241A5 - Verfahren zur synthese neuartiger, modifizierter derivate von polyoxyalkylenglykolen und ihren monoalkoxyderivaten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese neuartiger, modifizierter Derivate von Polyoxyalkylenglykolen und ihren Monoalkoxyderivaten. Mit Thiolgruppen modifizierte, in waeszrigen Loesungen und organischen Loesungsmitteln loesliche Polymere werden synthetisiert durch nukleophile Substitutionsreaktionen aktivierter Polyoxyalkylenglykole beziehungsweise ihrer Monoalkoxyderivate mit schwefelhaltigen, nukleophilen Reagentien. Die als Zwischenprodukte entstandenen Thiolkarbonsaeureester, Thiuroniumsalze, substituierten Thiosulfate, Xanthogenate oder Dithiourethane der Polyoxyalkylenglykole beziehungsweise ihrer Monoalkoxyderivate werden hydrolytisch gespalten, und nach Ansaeuern der Reaktionsloesungen werden die thiolgruppenhaltigen Polymeren mit einem in Wasser nicht loeslichen oder mischbaren, organischen Loesungsmittel extrahiert und aus diesen organischen Loesungsmitteln isoliert.{Verfahren; nukleophile Substitution; aktivierte Derivate von Polyoxyalkylenglykolen; Thiolgruppen}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese modifizierter Derivate von Polyoxyalkylenglykolen und ihren Monoalkoxyverbindungen. Als Anwendungsgebiete für diese Polymeren kommen die Chemie, Pharmazie und Biotechnologie in Frage.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Kommerziell zugängliche, wasserlösliche Polymere mit biotechnologischem Interesse wie die Dextrane, einige Cellulosederivate, Polyvinylalkohol, Polyoxyalkylenglykole oder Polyaminosäuren enthalten in der Regel Hydroxylgruppen, Carboxylgruppen und in einigen Fällen, wie den Polyaminosäuren, auch Aminogruppen als funktioneile Gruppen. Diese funktionellen Gruppen dienen im allgemeinen als Verknüpfungsgruppen für die kovalente Bindung von biologisch aktiven Verbindungen. Solcherart modifizierte, wasserlösliche Polymere besitzen erhebliche Bedeutung in der Chemie, Biochemie, Biotechnologie und Pharmazie für zum Beispiel Stoffwandlungsreaktionen, Isolierungs- und Reinigungsaufgaben von Biomakromolekülen und analytische Aufgabenstellungen. Die oftmals erforderlichen, weiteren Modifizierungsmogiichkeiten der genannten funktionellen Gruppen-vor allem ihre Aktivierungen-sind aber beschränkt, oft umständlich ausfuhrbar und erfordern in manchen Fällen toxische Chemikalien.

Eine weitere, zur chemischen Modifizierung geeignete, funktioneile Gruppe ist die Thiolgruppe. Ihre wegen ihrer großen Reaktivität leichte Derivatisierbarkeit, besonders unter den Bedingungen einer nukleophilen Substitutionsreaktion oder Additionsreaktion, läßt sie als ausgezeichnete Funktionalisierungsgruppe erscheinen. Unter Verwendung einfacher Reaktanden und bei überwiegend milden Reaktionsbedingungen können Thiolgruppen in Thioether überführt werden, die sich durch eine gute chemische Stabilität auszeichnen. Für die Synthese von Verbindungen, die Thiolgruppen als funktionell Gruppen enthalten, stehen eine Reihe von chemischen Reaktionen und Synthesemethoden zur Verfügung (D.Martin, in „Org. Chem. Experimentierkunst, 1970, 618-714, J.A.Barth, Leipzig, Hrsg. G.Hilgetag). Ihre Anwendung auf wasserlösliche Polymere zur Synthese solcher Polymere mit Thiolgruppen ist bisher nicht beschrieben.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Synthese neuartiger, modifizierter Derivate von wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen oder ihren Monoalkoxyverbindungen zu entwickeln, die Thiolgruppen kovalent gebunden enthalten und die damit zur weiteren, einfachen Funktionalisierung mit biologisch aktiven Verbindungen geeignet sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Synthese thiolgruppenhaltiger Derivate wasserlöslicher Polymere vom Typ der Polyoxyalkylenglykole beziehungsweise ihrer Monoalkoxydenvate Das erfmdungsgemaße Verfahren besteht dann, daß Ha logen verbindung en, Schwefel säureester, Salpetersäureester, Al ky I- oder substituierte Alkyl-, Aryl- oder Het aryl-, substituierte Aryl- oder Hetaryl-, kondensierte und/oder substituierte Aryl- oder Hetarylsulfonsaureester als aktivierte Verbindungen mit elektronenanziehenden Gruppen von Polyoxyalkylenglykolen beziehungsweise ihren Monoalkoxyverbindungen in wäßrigen Losungen, organischen Losungsmitteln oder Gemischen beider im Verlaufe von 1 Stunde bis 8 Stunde bei 20⁰C bis 150⁰C, vorteilhafterweise von 50°C bis 100⁰C mit schwefelhaltigen, nukleophilen Reagenzien wie Alkalihydrogensulfiden, Thioessigsaure,Thiobenzoesaure, Thioharnstoff, Alkalithiosulfaten, Alkalialkylxanthogenaten mit Alkyl von C, bis C₄ oder Alkalidithiocarbamaten, wobei Alkali bevorzugt Natrium oder Kalium bedeuten, umgesetzt werden und die dabei entstandenen Thiolate der Polyoxyalkylenglykole beziehungsweise ihrer Monoalkoxyverbindungen - gegebenenfalls erst nach vorheriger alkalischer Hydrolyse, vorteilhafterweise in Gegenwart eines Reduktionsmittels, der als Zwischenprodukte entstandenen Thiocarbonsäureester, Thiuroniumsalze, substituierten Thiosulfate, Xanthogenate oder Dithiourethane- durch Versetzen der Reaktionslosungen mit Mineralsauren bis zu ihrer sauren Reaktion in die Thiolverbindungen überfuhrt werden, die durch Extraktion mit einem in Wasser nicht löslichen oder mischbaren organischen Losungsmittel abgetrennt und aus diesen Losungsmitteln durch Ausfallen isoliert werden

Im allgemeinen wird bei der Synthese der erfindungsgemaßen Verbindungen so vorgegangen, daß die aktivierten Derivate der Polyoxyalkylenglykole beziehungsweise ihrer Monoalkoxyverbindungen ι η Wasser oder einem organischen Losungs mittel oder einem Gemisch aus organischen Losungsmitteln gelost werden und danach ein Alkalihydrogensulfid oder eine Thiolkarbonsaure oder eines der Thiokarbonsaurederivate, die gegebenenfalls in einer wäßrigen oder einer waßrig/alkoholischen Losung oder einem organischen Losungsmittel allein aufgelost wurden, zur gerührten Reaktionslosung addiert werden Die Reaktionsgemische werden dann 1 Stunde bis 8 Stunden gerührt Die Reaktionstemperaturen sollen dabei vorteilhafterweise 80⁰C nicht überschreiten Die bei den Umsetzungen mit Alkalihydrogensulfiden erhaltenen Losungen werden zur Isolierung derthiolgruppenhaltigen Polymeren zunächst mit einer Mineralsaure angesäuert und danach wie weiter unten beschrieben aufgearbeitet

Alle anderen Reaktionslosungen werden zur Freisetzung derthiolgruppenhaltigen Polymeren mit einer La ugebiszuralkalischen Reaktion der Reaktionslosung versetzt und unter Ruhren 1 Stunde bis 5 Stunden bei 80°C gehalten Vorteilhafterweise wird diese Hydrolysereaktion unter reduzierenden Bedingungen ausgeführt, zum Beispiel in Gegenwart von Natriumsulfit oder Natnumdithionit Die Reaktionslosungen werden danach abgekühlt und ebenfalls mit einer Mineralsaure angesäuert Aus den Reaktionslosungen werden diethiolgruppenhaltigen Polymeren durch Extraktion mit einem in Wasser nicht löslichen oder mischbaren, organischen Losungsmittel wie zum Beispiel Chloroform, Methylenchlond, Benzen oder ToIuen extrahiert und durch Ausfallen mit Ether oder Petrolether oder durch Umkristallisieren aus Gemischen der halogenierten oder aromatischen Kohlenwasserstoffe mit Methanol oder Ethanol in reiner Form erhalten

Die erfmdungsgemaß hergestellten, neuartigen, thiolgruppenhaltigen Derivate der Polyoxyalkylenglykole und ihrer Monoalkoxyverbindungen sind sehr reaktionsfähig und sind fur die Immobilisierung von verschiedenartigsten, reaktiven Verbindungen geeignet, einschließlich biologisch aktiver Verbindungen

Ausfuhrungsbeispiele

Beispiel 1

3g w^'-Dichlor-polyethylenglykol (MG 6000) werden in 20ml destilliertem Wasser gelost Zu dieser gerührten Losung werden eine Natriumhydrogensulfid enthaltende Losung, die hergestellt wird durch Einleiten von Schwefelwasserstoff in 15ml 0,1 normale Natnumhydroxidlosung und 1 g Natriumsulfit addiert Die Losung wird 5 Stunden bei 80°C gerührt, abgekühlt und mit verdünnter Salzsaure bis zur sauren Reaktion der Reaktionslosung versetzt Aus dieser Reaktionslosung wird das thiolgruppenhaltigePolyethylenglykol zweimal mit je 20 ml Chloroform extrahiert, durch Einengen der Chloroformlosung auf etwa 5 ml nach Versetzen dieser eingeengten Losung mit 5 ml Ethanol bei4°Causkristallisiertund danach bei Zimmertemperatur getrocknet Ausbeute 2,7 g

Beispiel 2

3g mit Cyanurchlorid modifiziertes Monomethoxypolyethylenglykol (MG 5000) werden in einem Losungsmittelgemisch aus 15ml destilliertem Wasser und 15 ml Ethanol gelost Zu der gerührten Losung wird 1 g Thioharnstoff addiert Das Reaktionsgemisch wird auf 80⁰C erwärmt und bei dieser Temperatur 3 Stunden weiter gerührt Zur Losung werden danach 10 ml 5normale Natronlauge zugetropft, und unter Einleiten von Stickstoff wird sie weiter bei 80⁰C am Ruckfluß gekocht Die abgekühlte Reaktionsmischung wird mit verdünnter Salzsaure angesäuert und danach das thiolgruppenhaltige Polymere mit Chloroform, Methylenchlond, Benzen oder Toluen extrahiert Die organischen Losungsmittel werden eingeengt und mit dem gleichen Volumen Ethanol versetzt Beim Abkühlen auf 4 ⁰C fallt das Poly mere aus Es wird abfiltriert und bei Zimmertemperatur getrocknet Ausbeute 2,7 g

Beispiel 3

3g des Dischwefelsaureesters des Polyethylenglykols (MG 6000) werden in 10ml frisch destilliertem Dimethylformamid gelost Zur Losung werden 1,5g des Kaliumsalzes der Thioessigsaure, aufgelost in 10ml Ethanol, addiert Das Reaktionsgemisch wird 6 Stunden bei 30⁰C bis 40⁰C gerührt Nach dem Abkühlen der Losung werden 100ml destilliertes Wasser und danach 25ml Chloroform addiert Die wäßrige Phase wird ausgeschüttelt und die organische Phase abgetrennt Dieser Extraktionsvorgang

wird noch einmal wiederholt. Das Chloroform wird dann abgedampft und der Ruckstand wird in 25ml 5normaler Natronlauge aufgelost. Diese Losung wird 2 Stunden bei Umgebungstemperatur gerührt, danach mit verdünnter Salzsaure angesäuert und das thiolgruppen halt ige Polymere durch Extraktion in Toluen überfuhrt Nach dem Einengen des Toluols auf etwa 5 ml wird das Polymere aus der Losung mit Petrolether ausgefallt, abfiltnert und bei Umgebungstemperatur getrocknet. Ausbeute: 2,1 g

Beispiel 4

3g Bis-Toluensulfonsaureester des Polyethylenglykols (MG 6000) werden in 30ml destilliertem Wasser gelost. Danach werden 2g Natriumthiosulfat zur Losung addiert, und das Reaktionsgemisch wird 3 Stunden bei 80°C gerührt. Zu der Reaktionslosung werden unter Eiskuhlung soviel Milliliter konzentrierte Salzsaure zugetropft, daß eine etwa 20%ige salzsaure Losung entsteht. Das Reaktionsgemisch wird unter Einleiten von Stickstoff noch 2 Stunden bei 60°C gerührt. 30 ml Chloroform werden zur Losung addiert, um nach Ausschütteln das thiolgruppenhaltige Polymere aus der wäßrigen Phase zu extrahieren. Der Extraktionsvorgang wird noch einmal mit 20ml Chloroform wiederholt. Das Chloroform wird verdampft und der Ruckstand ist das thiolgruppenhaltige Polymere in einer Ausbeute von 2,2 g.

Beispiel 5

3g mitTresylsulfochlorid modifiziertes Monomethoxypolyethylenglykol (MG 5000) werden in 20ml frisch destilliertem Acetonitril gelost, und 1 g Ammonium- oder Natriumdithiocarbamat werden zur Losung addiert. Das Reaktionsgemisch wird 8 Stunden bei 25°C gerührt. Danach werden zur Losung 20 ml 1norm ale N at ronlauge und 2g Natriumsulfit addiert und 2 Stunden wird bei Umgebungstemperatur die Hydrolyse ausgeführt. Die Losung wird mit verdünnter Salzsaure angesäuert und dreimal mit jeweils 15ml Chloroform extrahiert. Durch Ausfallen mit Ether aus der engeengten Chloroformlosung wird das thiolgruppenhaltige Polymere in einer Menge von 2,3g isoliert.

Claims (4)

1. Verfahren zur Synthese neuartiger, modifizierter Derivate von Polyoxyalkylenglykolen und ihren Monoalkoxyverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß aktivierte Verbindungen von Polyoxyalkylenglykolen oder ihren Monoalkoxyverbindungen mit elektronenanziehenden Gruppen in wäßrigen Lösungen, organischen Lösungsmitteln oder in Gemischen beider im Verlaufe von 1 Stunde bis 8 Stunden bei 20°C bis 150⁰C mit schwefelhaltigen, nukleophilen Reagenzien umgesetzt werden und die dabei entstandenen Thiolate der Polyoxyalkylenglykole beziehungsweise ihrer Monoalkoxyverbindungen, gegebenenfalls noch vorheriger Hydrolyse, die gegebenenfalls in Gegenwart von Reduktionsmitteln durchgeführt wird, der als Zwischenprodukte entstandene Thiolkarbonsäureester, Thiuroniumsalze, substituierten Thiosulfate, Xanthogenate oder Dithiourethane, durch Versetzen der Reaktionslösungen mit Mineralsäuren in die Th iol verbindungen überführt werden, die durch Extraktion mit einem in Wasser nicht löslichen oder mischbaren, organischen Lösungsmittel wie einem halogenierten Kohlenwasserstoff oder einem aromatischen Kohlenwasserstoff aus den Reaktionslösungen abgetrennt werden und aus den organischen Lösungsmitteln durch dessen Verdampfen oder durch Ausfällen aus diesen mit Ether oder Petrolether isoliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aktivierte Verbindungen von Polyoxyalkylenglykolen und ihren Monoalkoxyverbindungen mit elektronenanziehenden Gruppen Halogenverbindungen, Schwefelsäureester, Salpetersäureester, Alkyl- oder substituierte Alkyl-, Aryl- oder Hetaryl-, substituierte Aryl- oder Hetaryl-, kondensierte und/oder substituierte Aryl- oder Hetarylsulfonsäureester eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als schwefelhaltige, nukleophile Reagenzien Alkalihydrogensulfide, Thioessig- oderThiobenzoesäure, Thioharnstoff, Akalithiosulfate, Alkalialkylxanthogenate oder Alkalidithiocarbamate eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzungen bei 50⁰C bis 100⁰C, vorzugsweise kleiner oder gleich 80⁰C durchführt.