DE102014016412A1

DE102014016412A1 - Chromatographisches Sorbens mit lipophilem aliphatischen Rest und anionischem oder deprotonierbarem Rest

Info

Publication number: DE102014016412A1
Application number: DE102014016412.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Instraction GmbH
Current assignee: Instraction GmbH
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sorbens zur Reinigung von organischen Verbindungen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Sorbens, dessen Verwendung als chromatographisches Sorbens bzw. zur Reinigung von organischen Verbindungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sorbens zur Reinigung von organischen Verbindungen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Sorbens, dessen Verwendung als chromatographisches Sorbens bzw. zur Reinigung von organischen Verbindungen.
Chromatographische Sorbenzien zur Reinigung von organischen Verbindungen werden gewöhnlich gemäß einer oder mehrerer der folgenden Wechselwirkungsmöglichkeiten mit dem zu reinigenden Molekül unterteilt:

– hydrophobe Wechselwirkung
– hydrophile Wechselwirkung
– Kationenaustausch
– Anionenaustausch
– Größenausschluss
– Chelatisierung von Metallionen.

Die Bereitstellung neuer chemischer Verbindungen, entweder durch ihre Entdeckung in Pflanzenextrakten oder Lebewesen, oder durch chemische Synthese, erfordert meist die Bereitstellung neuer chromatographischer Materialien, die Weiterentwicklung bekannter chromatographischer Materialien oder das Auffinden eines neuen einfachen und kosteneffizienten Reinigungswegs. Es gibt deshalb immer den Bedarf für neue hochselektive Reinigungstechnologien, mit denen hohe Kapazitäten ohne Erhöhung des erforderlichen Volumens an Flüssigkeit erreicht werden können.
Die herkömmliche schrittweise Anwendung der zuvor genannten chromatographischen Kategorien führt zwar zu einer schrittweisen Verbesserung der Produktreinheit, bedingt aber auch einen Verlust des Produktes bei jeder Reinigungsstufe und erfordert einen höheren Zeit- und Kostenaufwand. Deshalb besteht ein hoher Bedarf, die Reinigungsschritte möglichst auf einen einzigen Schritt zu reduzieren. Unter Verwendung von sogenannten multimodalen Phasen bzw. von sogenannter multimodaler Chromatographie ist es möglich, spezifische Wechselwirkungen zwischen einer zu reinigenden Verbindung und dem Sorbens zu verwirklichen, indem innerhalb eines Sorbens zwei oder mehrere der zuvor genannten Wechselwirkungsmöglichkeiten mit dem zu reinigenden Molekül gleichzeitig verwirklicht werden.
Es war deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Sorbens für chromatographische Anwendungen bereitzustellen, das eine einfache, zeit- und kosteneffektive Reinigung von organischen Verbindungen, insbesondere Verbindungen, die mehrere Hydroxy-Gruppen und/oder eine substituierte Cyclohexyl-Gruppe enthalten.
Die vorliegende Erfindung stellt hierfür ein Sorbens bereit, das ein mit einem organischen Polymer beschichtetes poröses Trägermaterial umfasst, wobei das organische Polymer als ersten Rest eine lipophile aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe und als zweiten Rest eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer anionischen oder deprotonierbaren Gruppe aufweist, wobei der erste und der zweite Rest jeweils unabhängig voneinander an das Polymer gebunden sind.
Unter dem Ausdruck ”unabhängig voneinander an das Polymer gebunden” wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der erste und der zweite Rest nicht direkt miteinander verknüpft sind, sondern jeweils als einzelne unabhängige Reste an das organische Polymer des Sorbens binden. Dies kommt vorzugsweise daher, dass die beiden Reste in zwei getrennten, aufeinanderfolgenden Schritten an das organische Polymer des Sorbens gebunden werden. Der damit einhergehende Vorteil ist, dass die Reste in einem variablen Verhältnis zueinander eingeführt werden können.
Unter einer lipohpilen aliphatischen Gruppe (erster Rest) wird vorzugsweise eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe verstanden, bei der auch ein oder mehrere H-Atome durch F, Cl, -CN oder -NC ersetzt sein können, und bei der auch ein oder mehrere -CH₂-Gruppen durch -NH-, -O- oder -S- ersetzt sein können. Die Substitution von H-Atomen bzw. von -CH₂-Gruppen liegt erfindungsgemäß jedoch nur in dem Rahmen vor, der die lipophilen Eigenschaften dieses ersten Restes nicht maßgeblich beeinflusst. Bevorzugt ist die lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe jedoch eine Gruppe, die neben C- oder H-Atomen keine weiteren Heteroatome beinhaltet.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Alkyl-Gruppe vorzugsweise eine C_1-30-Alkyl-Gruppe. Die C_1-30-Alkyl-Gruppe kann eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 30 bzw. 3 bis 30 Kohlenstoffatomen, stärker bevorzugt 6 bis 18 Kohlenstoffatomen, noch stärker bevorzugt 8 bis 13 Kohlenstoffatomen und am stärksten bevorzugt 11 Kohlenstoffatomen sein. Beispiele solcher erfindungsgemäßer Alkyl-Gruppen sind die folgenden: Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec-Butyl (1-Methylpropyl), tert-Butyl, iso-Pentyl, n-Pentyl, tert-Pentyl (1,1-Dimethylpropyl), 1,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl (Neopentyl), 1-Ethylpropyl, 2-Methylbutyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, 1,2-Dimethylbutyl, 1-Ethyl-1-methylpropyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl, 1,1,2-Trimethylpropyl, 1,2,2-Trimethylpropyl, 1-Ethylbutyl, 1-Methylbutyl, 1,1-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 1,3-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1-Methylpentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, n-Heptyl, n-Octyl, n-Nonyl, n-Decyl, n-Undecyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Pentadecyl, 1-Hexylnonyl, n-Hexadecyl, 1-Hexyl-decyl, n-Heptadecyl, n-Octadecyl, n-Nonadecyl, -(CH₂)₂₀CH₃, -(CH₂)₂₁CH₃, -(CH₂)₂₂CH₃, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, 2-Ethylhexyl, Trifluormethyl, Pentafluorethyl, 2,2,2-Trifluorethyl, Ethenyl, Propenyl, Butenyl, Pentenyl, Cyclopentenyl, Hexenyl, Cyclohexenyl, Heptenyl, Cycloheptenyl, Octenyl oder Cyclooctenyl, wobei eine oder mehrere -CH₂-Gruppen durch -O-, -S-, -NH₂-, und eines oder mehrere H-Atome durch F, Cl, -CN oder -NC ersetzt sein können.
Es ist jedoch stärker bevorzugt, dass die Alkyl-Gruppe eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe, noch stärker bevorzugt eine lineare Alkyl-Gruppe ist.
Eine lineare Alkyl-Gruppe ist vorzugsweise eine C₁-C₃₀-Alkylgruppe der allgemeinen Formel -(CH₂)_nCH₃, wobei n 1 bis 29, stärker bevorzugt 6 bis 17 und noch stärker bevorzugt 8 bis 12 und am stärksten bevorzugt 10 ist.
Unter einer verzweigten Alkyl-Gruppe wird eine verstanden, worin wenigstens ein tertiäres oder quaternäres Kohlenstoffatom vorliegt.
Bevorzugte Beispiele einer verzweigten C₃-C₃₀-Alkyl-Gruppe sind die folgenden: iso-Propyl, iso-Butyl, sec-Butyl (1-Methylpropyl), tert-Butyl, iso-Pentyl, tert-Pentyl (1,1-Dimethylpropyl), 1,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl (Neopentyl), 1-Ethylpropyl, 2-Methylbutyl, iso-Hexyl, 1,2-Dimethylbutyl, 1-Ethyl-1-methylpropyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl, 1,1,2-Trimethylpropyl, 1,2,2-Trimethylpropyl, 1-Ethylbutyl, 1-Methylbutyl, 1,1-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 1,3-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1-Methylpentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1-Hexylnonyl und 1-Hexyldecyl.
Für den Fall, dass eine oder mehrere CH₂-Gruppen in dem lipophilen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest durch -O-, -S- oder -NH- ersetzt sind, ist es bevorzugt, dass maximal 10 Mol-% der CH₂-Gruppen durch eine oder mehrere, vorzugsweise eine dieser Gruppen ersetzt ist, bezogen auf alle CH₂-Gruppen und die substituierten Gruppen zusammen, um die Lipophilie dieses Rests zu gewährleisten.
Unter einer Kohlenwasserstoffgruppe mit einer anionischen oder deprotonierbaren Gruppe (zweiter Rest) wird vorzugsweise eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe verstanden, die mit einer anionischen oder deprotonierbaren Gruppe substituiert ist. Die aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe in der Kohlenwasserstoffgruppe mit einer anionischen oder deprotonierbaren Gruppe ist vorzugsweise eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe wie sie weiter oben in Verbindung mit den lipophilen aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen genannt ist, jedoch mit der Maßgabe, dass diese einen anionischen oder deprotonierbaren Substituenten enthält. Stärker bevorzugt ist die aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe hierbei eine lineare C_1-15-Alkylen-Gruppe, oder eine verzweigte oder cyclische C_3-15-Alkylen-Gruppe. Stärker bevorzugt ist die lineare Alkylen-Gruppe eine C_1-10-Alkylen-Gruppe, stärker bevorzugt eine C_1-6-Alkylen-Gruppe und noch stärker bevorzugt eine C_1-3-Alkylen-Gruppe. Die verzweigte oder cyclische Alkylen-Gruppe ist stärker bevorzugt eine C_3-10-Alkylen-Gruppe, noch stärker bevorzugt eine C_3-6-Alkylen-Gruppe. Es ist jedoch bevorzugt, dass die aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe die mit einer anionischen oder deprotonierbaren Gruppe substituiert ist, eine lineare Alkylen-Gruppe ist. Insbesondere bevorzugt ist die Alkylen-Gruppe eine -CH₂-CH₂-Gruppe.
Unter einer anionischen oder deprotonierbaren Gruppe wird insbesondere eine Gruppe verstanden, die in Lösung zu einer anionischen Gruppe wird. Es ist bevorzugt, dass diese Gruppen gänzlich oder teilweise schon ab einem pH-Wert von ≥ 5 als anionische Gruppen vorliegen. Ferner können diese Gruppen auch polare Gruppen mit einem Wasserstoffatom sein, das mit Hilfe von Basen abgespaltet werden kann, worin diese Wasserstoffatome vorzugsweise an Heteroatome gebunden sind.
Beispiele für anionische oder deprotonierbare Gruppen sind die folgenden:

a) -COOH, -SO₃H, -CONH₂, -CONHNH₂, -SO₂NH₂, -PO₃H₂, -PO(OH)(NH₂), -CO(NHOH), -CO(NH(O-C_1-4-Alkyl)), -CSNH₂, -NHCONH₂, -N(OH)CONH₂, -NHCSNH₂, -CSNHNH₂;
b)
wobei R = -(C_1-4-Alkyl), -O(C_1-4-Alkyl), -NH(C_1-4-Alkyl), (substituiertes) Aryl, (substituiertes) O-Aryl, (substituiertes) NH-Aryl, -CF₃ und andere fluorierte Alkyl-Gruppen;
c)
wobei R = -OH, -CN, -NO₂;
d)
wobei R = (C_1-4-Alkyl), (substituiertes) Aryl, -CF₃ und andere fluorierte Alkyl-Gruppen;
e)
wobei R = -(C_1-4-Alkyl), -O(C_1-4-Alkyl), -NH(C_1-4-Alkyl), -NH(C_2-4-Alkenyl), (substituiertes) Aryl, (substituiertes) O-Aryl, (substituiertes) NH-Aryl, -CF₃ und andere fluorierte Alkyl-Gruppen;
f)

wobei R = H, -(C_1-4-Alkyl), -CF₃ und andere fluorierte Alkyl-Gruppen;
g) -OH und -SH, vorzugsweise saure Alkohole oder Thiole, wie beispielsweise aromatische Alkohole oder Thiole oder Fluoroalkylalkohole oder Fluoroalkylthiole, wie z. B. Hexafluoroisopropanol.

Besonders bevorzugt ist es, dass die anionische oder deprotonierbare Gruppe -SO₃H, -COOH, -PO₃H₂, -SO₃-, -COO^–, PO₃ ^2– oder -PO₃H^– ist.
Insbesondere bevorzugt ist in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dass der zweite Rest ein Rest -CH₂CH₂-COOH ist.
Das poröse Trägermaterial ist vorzugsweise ein Material, dessen Porengröße im Bereich von 6 bis 400 nm, stärker bevorzugt 20 bis 350 nm und am stärksten bevorzugt im Bereich von 50 bis 200 nm liegt. Eine Porengröße in dem angegebenen Bereich ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Bindungskapazität ausreichend hoch ist. Für den Fall einer zu geringen Porengröße kann das darauf aufgebrachte organische Polymer auf der Oberfläche des porösen Trägermaterials die Poren verstopfen und das innere Volumen der Poren wird nicht mit organischem Polymer gefüllt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das poröse Trägermaterial ein Porenvolumen im Bereich von 30 bis 90 Vol.-%, stärker bevorzugt von 40 bis 80 Vol.-% und am stärksten bevorzugt von 60 bis 70 Vol.-% aufweist, jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des porösen Trägermaterials.
Die mittlere Porengröße des Trägermaterials kann durch das Porenfüllverfahren mit Quecksilber gemäß DIN 66133 bestimmt werden.
Das poröse Trägermaterial kann ein organisches Polymer, ein anorganisches Material oder ein Kompositmaterial aus organischen Polymeren und anorganischen Materialien umfassen bzw. daraus bestehen, wobei ein anorganisches Material bevorzugt ist.
Sollte jedoch die Notwendigkeit bestehen, ein Sorbens bereitzustellen, das über einen Bereich von pH 0 bis pH 14 eine hohe Sorbensstabilität aufweist, kann es bevorzugt sein, wenn das poröse Trägermaterial ein organisches Polymer ist.
Vorzugsweise wird das organische Polymer für das poröse Trägermaterial aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polyalkylen, vorzugsweise mit einer aromatischen Einheit in der Seitenkette (das heißt gebunden an die Polyalkylkette), Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyacrylamid, Polyvinylalkohol, Polysaccharide (z. B. Stärke, Cellulose, Celluloseester, Amylose, Agarose, Sepharose, Mannan, Xanthan und Dextran), sowie Mischungen davon besteht. Das Polymer ist vorzugsweise ein vernetztes Polymer. Weiterhin ist das Polymer vorzugsweise ein Polymer, das hydrophile Gruppen, wie bspw. eine Sulfonsäuregruppe, trägt. Am stärksten bevorzugt ist das organische Polymer Polystyrol oder ein Derivat von Polystyrol, das vorzugsweise ein Copolymer aus Polystyrol (oder Derivat von Polystyrol) und Divinylbenzol ist. Trägt das organische Polymer für das poröse Trägermaterial eine aromatische Einheit, so liegt diese vorzugsweise sulfoniert vor. In einer ganz besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das organische Polymer ein sulfoniertes vernetztes Poly(styrol-Co-divinylbenzol) oder ein Derivat davon.
Ist das poröse Trägermaterial ein anorganisches Material bzw. umfasst es ein anorganisches Material, ist das anorganische Material vorzugsweise ein anorganisches Mineraloxid, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, Fluorosil, Magnetit, Zeolithen, Silikaten (z. B. Kieselgur), Mica, Hydroxyapatit, Fluoroapatit, Metall-organischen Grundstrukturen, Keramiken, Glas, porösem Glas (z. B. Trisoperl), Metallen, z. B. Aluminium, Silizium, Eisen, Titan, Kupfer, Silber und Gold, Graphit und amorphem Kohlenstoff besteht. Insbesondere bevorzugt ist das anorganische poröse Trägermaterial ein Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid, insbesondere Siliziumdioxid. Das Siliziumdioxid ist vorzugsweise Kieselgel.
Das erfindungsgemäß eingesetzte poröse Trägermaterial kann homogener oder heterogener Zusammensetzung sein, und bezieht deshalb insbesondere Materialien ein, die aus einem oder mehreren der oben genannten Materialien zusammengesetzt sind, beispielsweise in mehrschichtigen Zusammensetzungen.
Das poröse Trägermaterial ist vorzugsweise ein partikuläres Material mit einer durchschnittlichen Partikelgröße im Bereich von 5 bis 2000 μm, stärker bevorzugt im Bereich von 10 bis 1000 μm. Das poröse Trägermaterial kann auch ein blatt- oder faserförmiges Material sein, wie beispielsweise eine Membran oder ein Schaum. Die äußere Oberfläche des porösen Trägermaterials kann somit flach (Blättchen, Filme, Scheiben, Membranen, Fasergewebe oder nicht-faseriges Gewebe) oder gebogen sein (entweder konkav oder konvex: kugelförmig, Körnchen, (Hohl)Fasern, Röhren, Kapillaren).
Das organische Polymer, mit dem das poröse Trägermaterial des erfindungsgemäßen Sorbens beschichtet ist, ist vorzugsweise ein Polymer, das hydrophile Gruppen, wie beispielsweise Amino-Gruppen oder Hydroxy-Gruppen trägt. Besonders bevorzugt ist das organische Polymer, mit dem das poröse Trägermaterial beschichtet ist, ein Amino-Gruppen enthaltendes Polymer. Das organische Polymer besteht aus bzw. umfasst einzelne Polymerketten, die vorzugsweise kovalent untereinander verknüpft sind. Es ist bevorzugt, dass das organische Polymer, mit dem das poröse Trägermaterial beschichtet ist, nicht kovalent mit der Oberfläche des porösen Trägermaterials verknüpft ist. Die Verwendung eines nicht-kovalent oberflächengebundenen vernetzten Polymers auf dem porösen Trägermaterial weist zudem die folgenden drei Vorteile auf: (1) Flexibilität des Polymers, dadurch dass es nicht kovalent an die Oberfläche des porösen Trägermaterials gebunden ist; (2) die Vernetzung des organischen Polymers stellt sicher, dass der Film auf der Oberfläche des porösen Trägermaterials verbleibt und nicht während der Verwendung des Sorbens verloren geht; (3) die Dicke des Amino-Gruppen enthaltenden Polymers kann auf dem Trägermaterial entsprechend eingestellt werden, wenn das Polymer nicht kovalent zu dem Trägermaterial gebunden ist.
Eine ausreichende Flexibilität des organischen Polymers, mit dem das poröse Trägermaterial beschichtet ist, ist wichtig, damit die daran bindenden ersten und zweiten Reste in eine Konformation kommen können, die es ermöglicht, die gewünschte organische Verbindung zu binden.
Ist das organische Polymer, mit dem das poröse Trägermaterial beschichtet ist, ein Amino-Gruppen enthaltendes Polymer, so weist dieses vorzugsweise primäre und/oder sekundäre Amino-Gruppen auf. Unabhängig davon kann das organische Polymer aus gleichen Wiederholungseinheiten (polymerisierten Monomeren) sein, es kann aber auch ein Co-Polymer sein, das vorzugsweise als Co-Monomere einfache Alkenmonomere oder polare, inerte Monomere wie Vinylpyrrolidon aufweist.
Beispiele für organische Polymere, mit denen das poröse Trägermaterial beschichtet ist, sind die folgenden: Polyvinylalkohol, Polyamine, wie jegliche Polyalkylenamine, z. B. Polyvinylamin und Polyallylamin, Polyethylenimin, Polylysin etc. Unter diesen sind Polyalkylenamine bevorzugt, noch stärker bevorzugt Polyvinylamin und Polyallylamin, wobei Polyvinylamin insbesondere bevorzugt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sorbens weist das organische Polymer, mit dem das poröse Trägermaterial beschichtet ist, einen Vernetzungsgrad von wenigstens 2% auf, bezogen auf die Gesamtzahl der vernetzbaren Gruppen in dem organischen Polymer. Stärker bevorzugt liegt der Vernetzungsgrad im Bereich von 2,5 bis 60%, stärker bevorzugt im Bereich von 5 bis 50% und am stärksten bevorzugt im Bereich von 10 bis 30%, jeweils bezogen auf die Gesamtzahl der vernetzbaren Gruppen in dem Polymer. Der Vernetzungsgrad kann durch die entsprechend gewünschte Menge an Vernetzungsmittel eingestellt werden. Dabei wird angenommen, dass 100 Mol-% des Vernetzungsmittels reagiert und Vernetzungen bildet. Dies kann durch analytische Verfahren wie durch MAS-NMR Spektroskopie und quantitative Bestimmung der Menge des Vernetzungsmittels in Bezug auf die Menge des eingesetzten Polymers verifiziert werden. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß zu bevorzugen. Der Vernetzungsgrad kann jedoch auch durch IR-Spektroskopie bezogen auf beispielsweise C-O-C oder OH-Schwingungen unter Verwendung einer Kalibrierungskurve bestimmt werden. Beide Verfahren sind analytische Standardverfahren für einen Fachmann auf diesem Gebiet. Wenn der Vernetzungsgrad oberhalb der angegebenen Obergrenze liegt, ist die Polymerbeschichtung nicht flexibel genug und resultiert in einer geringeren Bindungs-Kapazität. Ist der Vernetzungsgrad unterhalb der angegebenen Untergrenze ist die Polymerbeschichtung nicht ausreichend stabil auf der Oberfläche des porösen Trägermaterials.
Das Vernetzungsmittel weist zwei, drei oder mehr funktionelle Gruppen auf, durch deren Bindung an das Polymer die Vernetzung erfolgt. Das Vernetzungsmittel, das zur Vernetzung des organischen Polymers, mit dem das poröse Trägermaterial beschichtet ist, verwendet wird, wird vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Dicarbonsäuren, Tricarbonsäuren, Harnstoff, Bis-Epoxiden oder Tris-Epoxiden, Diisocyanaten oder Triisocyanaten, und Dihalogenalkylen oder Trihalogenalkylen besteht, wobei Dicarbonsäuren und Bis-Epoxide bevorzugt sind, wie beispielsweise Terephthalsäure, Biphenyldicarbonsäure, Ethylenglykoldiglycidylether und 1,12-bis-(5-Norbornen-2,3-dicarboximido)-decandicarbonsäure, wobei Ethylenglykoldiglycidylether und 1,12-bis-(5-Norbornen-2,3-dicarboximido)-decandicarbonsäure stärker bevorzugt sind. Das Vernetzungsmittel ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein lineares, konformationsflexibles Molekül mit einer Länge zwischen 4 und 20 Atomen.
Das bevorzugte Molekulargewicht des Amino-Gruppen enthaltenden Polymers des erfindungsgemäßen Sorbens liegt vorzugsweise im Bereich von 5.000 bis 50.000 g/mol, was insbesondere für das verwendete Polyvinylamin gilt.
Der erste Rest und der zweite Rest des erfindungsgemäßen Sorbens sind an das organische Polymer, mit dem das poröse Trägermaterial beschichtet ist, kovalent verknüpft. Im Falle eines organischen Polymers mit einer hydrophilen Gruppe wie -OH oder -NH₂, findet die Verknüpfung des ersten und des zweiten Restes vorzugsweise über das O-Atom bzw. das N-Atom statt. Dafür werden vorzugsweise entweder Vorläuferverbindungen des ersten und zweiten Rests genommen, die eine sogenannte chemische Abgangsgruppe aufweisen, die durch nukleophile aliphatische Substitution der OH-Gruppe oder der NH₂-Gruppe des Polymers substituiert wird. Alternativ dazu kann der erste und der zweite Rest eine zusätzliche funktionelle Gruppe enthalten, wie beispielsweise eine Karbonsäuregruppe, mit einem elektrophilen Kohlenstoffatom, an das eine nukleophile Gruppe wie -OH oder -NH₂ des organischen Polymers angreifen kann, unter Bildung einer Ester- bzw. Amidbindung. Letzteres ist in der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Mit anderen Worten kann der erste und der zweite Rest des erfindungsgemäßen Sorbens zusätzlich zu deren oben genannten Definitionen eine -COOH-Gruppe aufweisen, die es ermöglicht, unter Bildung einer Amid- oder Ester-Bindung mit einer nukleophilen -OH-Gruppe oder -NH₂-Gruppe des Polymers an dieses zu binden.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Sorbens, vorzugsweise eines erfindungsgemäßen Sorbens, das die folgenden Schritte aufweist (vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge):

(a) Bereitstellen eines porösen Trägermaterials;
(b) Aufbringen eines organischen Polymers auf das poröse Trägermaterial;
(c) Vernetzen des organischen Polymers; und
(d) kovalentes Anbinden eines ersten und zweiten Rests an das organische Polymer, wobei der erste Rest eine lipophile aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe und der zweite Rest eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer anionischen oder deprotonierbare Gruppe ist.

Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete poröse Trägermaterial ist erfindungsgemäß genauso definiert wie das poröse Trägermaterial des erfindungsgemäßen Sorbens. Gleiches gilt für das organische Polymer, das auf das poröse Trägermaterial aufgebracht wird, im Hinblick auf das organische Polymer, mit dem das poröse Trägermaterial des erfindungsgemäßen Sorbens beschichtet ist.
Zur Vernetzung des organischen Polymers in Schritt (c) werden die weiter oben genannten Vernetzungsmittel verwendet. Auch der dabei offenbarte Vernetzungsgrad betrifft nicht nur das erfindungsgemäße Sorbens, sondern auch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Sorbens. Der erste und der zweite Rest in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ebenso definiert wie der erste und der zweite Rest des erfindungsgemäßen Sorbens. Das kovalente Anbinden in Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt durch das zuvor in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Sorbens genannte Verfahren.
Das Aufbringen des organischen Polymers auf das poröse Trägermaterial in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise durch die sogenannte Porenfüllmethode durchgeführt. Alternativ dazu kann das Aufbringen auch durch herkömmliche nasschemische Verfahren, wie beispielsweise Tränkung in einem das organische Polymer enthaltenden Lösungsmittel durchgeführt werden.
Unter der Porenfüllmethode versteht man allgemein ein spezielles Beschichtungsverfahren, bei dem eine Lösung, die das organische Polymer, das auf das poröse Trägermaterial aufgebracht wird, enthält, in der Menge auf das poröse Trägermaterial aufgebracht wird, die dem Gesamtvolumen der Poren des porösen Trägermaterials entspricht. Dabei wird das Gesamtvolumen der Poren des porösen Trägermaterials in Schritt (b) folgendermaßen ermittelt: Das Gesamtvolumen der Poren [V] des porösen Trägermaterials kann durch die Lösemittelaufnahmekapazität (WAK) des porösen Trägermaterials bestimmt werden. Ebenso kann auch das Porenvolumen [Vol.-%] bestimmt werden. Hierbei handelt es sich jeweils um das Volumen der frei zugänglichen Poren des Trägermaterials, da nur dieses durch die Lösungsmittelaufnahmekapazität bestimmt werden kann. Die Lösungsmittelaufnahmekapazität gibt an, welches Volumen eines Lösungsmittels erforderlich ist, um den Porenraum eines Gramms trockenes Sorbens (vorzugsweise stationäre Phase) vollständig zu füllen. Als Lösungsmittel können hier sowohl reines Wasser oder wässrige Medien als auch organische Lösungsmittel wie Dimethylformamid dienen. Falls das Sorbens beim Befeuchten sein Volumen vergrößert (Quellung), wird die dafür aufgewendete Lösungsmittelmenge automatisch erfasst. Zur Messung der WAK wird eine genau gewogene Menge trockenes Sorbens mit einem Überschuss gut benetzenden Lösungsmittel durchfeuchtet und überschüssiges Lösungsmittel aus dem Zwischenkornvolumen durch Zentrifugierung entfernt. Lösungsmittel innerhalb der Poren des Sorbens bleibt dabei erhalten. Die Masse des zurückgehaltenen Lösungsmittels wird durch Wägung ermittelt und über die Dichte ins Volumen umgerechnet. Die WAK eines Sorbens wird als Volumen pro Gewicht trockenes Sorbens (mL/g) berichtet.
In Schritt (c) wird das organische Polymer vorzugsweise durch Vernetzung immobilisiert. Die Vernetzung findet hierbei durch die weiter oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Sorbens genannten Vernetzungsmittel statt. Weiterhin weist das Sorbens nach dem Schritt (c) vorzugsweise eine statische Anionenaustauscherkapazität (AIK) von mindestens 500 μmol/g, stärker bevorzugt mindestens 600 μmol/g und am stärksten bevorzugt mindestens 700 μmol/g. Die Obergrenze der AIK liegt vorzugsweise bei 1200 μmol/g, stärker bevorzugt bei 1000 μmol/g.
In einem Schritt (d) werden der erste und der zweite Rest kovalent an das organische Polymer angebunden. Hierbei ist es bevorzugt, dass das kovalente Anbinden des ersten und des zweiten Rests nacheinander erfolgt, wobei es besonders bevorzugt ist, dass der erste Rest als erstes angebunden wird. In anderen Worten ist es bevorzugt, dass das kovalente Anbinden des ersten Rests vor dem kovalenten Anbinden des zweiten Rests durchgeführt wird. Dies erfolgt wie weiter oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Sorbens genannt.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Sorbens, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist, insbesondere ein erfindungsgemäßes Sorbens wie weiter oben genannt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Sorbens bzw. des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Sorbens als chromatographisches Sorbens bzw. zur Reinigung von organischen Verbindungen.
Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Reinigung von organischen Verbindungen, insbesondere aus Lösungen, unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Sorbens oder eines Sorbens, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Insbesondere bevorzugt ist es, dass das erfindungsgemäße Sorbens bzw. das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Sorbens als chromatographisches Sorbens, vorzugsweise zur Reinigung von organischen Verbindungen aus Lösungen, verwendet wird. Bei den Lösungen, aus denen die organische Verbindung gewonnen werden soll, kann es sich erfindungsgemäß um konzentrierte oder verdünnte wässrige oder nicht-wässrige, saure, basische oder neutrale Lösungen handeln. Vorzugsweise handelt es sich hier um wässrige Lösungen.
Die zu reinigende organische Verbindung ist vorzugsweise ein mehrwertiger Alkohol und/oder eine Verbindung, die eine Cyclohexyl-Gruppe enthält, und/oder eine Verbindung die eine Säuregruppe enthält. Die Verbindung, die eine Cyclohexyl-Gruppe enthält, weist vorzugsweise zwei oder mehr Substituenten an dem Cyclohexyl-Ring auf. Die Verbindung, die eine Cyclohexyl-Gruppe enthält, ist vorzugsweise eine Cyclohexylcarbonsäure, die zwei weitere Substituenten aufweist. Die Substituenten sind hier vorzugsweise Substituenten, die eine Phenol- bzw. Catechol-Gruppe aufweisen, stärker bevorzugt einen Dihydroxyphenyl-1-oxo-2-propenyl-oxy-Rest. Da zweifach substituierte Cyclohexylcarbonsäure in unterschiedlichen Isomeren vorkommen kann, kann es hier auch zu einer Isomerisierung der entsprechenden Verbindungen kommen.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sorbens bzw. eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Sorbens zur Isomerisierung von organischen Verbindungen in Lösung.
Eine bevorzugte zu reinigende organische Verbindung ist eine Cyclohexylcarbonsäure, die am Cyclohexylring zwei Hydroxysubstituenten und zwei Dihydroxyphenyl-1-oxo-2-propenyl-oxy-Reste enthält. Diese Verbindungen werden auch Dicaffeoylchinasäuren oder Isochlorogensäuren genannt, und als DCQA abgekürzt. So enthalten zum Beispiel Extrakte aus Sonnenblumen bzw. Stevia in Lösungsmitteln wie Dimethylsulfoxid, Aceton bzw. Methanol mindestens zwei verschiedene DCQA-Derivate, nämlich das sogenannte 3,5-DCQA-Derivat und das sogenannte 4,5-DCQA-Derivat, die in den folgenden Formeln (I) (3,5-DCQA) und (II) (4,5-DCQA) gezeigt sind:
wobei die Stereochemie an den Doppelbindungen nicht endgültig geklärt ist, d. h. es kann sich auch um Verbindungen mit der cis-Stellung handeln.
Somit handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Lösungen, aus denen die organischen Verbindungen gewonnen bzw. gereinigt werden sollen, vorzugsweise um Pflanzenextrakte, stärker bevorzugt Extrakte der Sonnenblume bzw. Stevia. Bei Reinigung des DCQA aus solchen Pflanzenextrakten konnte mit Hilfe der erfindungsgemäßen Sorbenzien eine klare Auftrennung der beiden genannten Isomere erzielt werden. Dies war insbesondere auch unabhängig von den Konzentrations- und Reinheitsanteilen aus den Extrakten möglich. Dies hat den Vorteil, dass eine Vorreinigung/Vorbehandlung daher nicht erfindungsgemäß notwendig ist.
Die vorliegende Erfindung soll nun anhand der folgenden Figuren und Beispiele erläutert werden, die jedoch nur exemplarisch anzusehen sind.
Abbildungen der Figuren:
1: 1 zeigt das präparative Chromatogramm der Fraktionierung „CC” von Stevia-Extrakt über eine Säule, die ein nach den Beispielen 3 und 4 hergestelltes Sorbens enthält.
2: 2 zeigt ein analytisches Chromatogramm der Fraktion „CC5” bei der Reinigung von 4,5-DCQA mit einem nach den Beispielen 3 und 4 hergestellten Sorbens.
3: 3 zeigt ein präparatives Chromatogramm der Fraktionierung ”CF” von Sonnenblumen-Extrakt über eine Säule, die ein nach den Beispielen 3 und 4 hergestelltes Sorbens enthält.
4: 4 zeigt ein analytisches Chromatogramm der Fraktion „CF4” bei der Reinigung von 4,5-DCQA mit einem nach den Beispielen 3 und 4 hergestellten Sorbens.
Beispielsteil:
Bestimmung der statischen Anionenkapazität eines Sorbens (Titrationsanalyse):
Von der Probe der stationären Phasen werden in drei beschriftete 1,5 mL Reaktionsgefäße jeweils 55 ± 5 mg eingewogen und die genaue Einwaage notiert. Zu jeder Probe werden exakt 1,000 mL der 100 mM TsOH-Lösung (Maßlösung 1) pipettiert. Für Proben deren Anionenkapazität erwartungsgemäß kleiner als 200 μmol/g ist, wird die 20 mM TsOH-Lösung (Maßlösung 2) verwendet. Die Reaktionsgefäße werden sofort verschlossen und mit einem Rüttler für 15–20 Sekunden bei ~2000 U/min kräftig durchmischt. Die Suspensionen werden dann 30 min auf einem Schüttler bei ~1500/min homogenisiert, damit sich das Gleichgewicht zwischen der Lösung und der Phase einstellen kann. Anschließend wird die Phasensuspension 5 min bei 12000 × g zentrifugiert.
Mit einer Pipette werden ca. 500 μL des klaren Überstands in ein Probenglas für den HPLC-Probengeber überführt und das Glas verschlossen. Die photometrische Analyse der Überstände erfolgt gegen eine Standardreihe bei 275 nm.
Beispiel 1: Extraktion von DCQA aus Sonnenblumen oder Stevia
Um das 4,5-DCQA im Extrakt anzureichern, wird das Soxhletverfahren angewandt. Hier wird das Extraktionsgut (z. B. Presskuchen oder Schrot von Sonnenblumensaat, zerkleinert oder nicht; oder zerkleinerte Stevia-Pfanzen) in das Extraktionsgefäß (gestichelte Linie, da für das Lösungsmittel und das Extrakt durchgängig), welches sich im Extraktionsbehälter befindet, eingebracht. Ein Lösungsmittelgemisch aus Wasser und Ethanol (im Mischungsverhältnis 25:75) wird in den Vorlagebehälter (B1 in 1) gefüllt und mithilfe einer Elektroheizung bis zur Verdampfungstemperatur des Gemisches erwärmt. Das Lösungsmittel verdampft und kondensiert am Kühler (B3 in 1), wodurch es in den Extraktionsbehälter mit dem Extraktionsgut tropft. Der Extraktionsbehälter (B2 in 1) füllt sich; dabei werden die DCQA-Substanzen extrahiert. Ist der kritische Füllstand im Überlauf erreicht, fließt das mit Wirkstoff beladene Lösungsmittel zurück in den Vorlagebehälter (B1 in 1). Hier wird das Lösungsmittel wieder erwärmt und verdampft und der Prozess beginnt von vorn. Dieser Prozess wiederholt sich, bis die Temperaturbeaufschlagung beendet wird. Die Anzahl der Umläufe sollte mindestens 4 betragen. Im Laufe des Extraktionsprozesses reichert sich vor allem das 4,5-DCQA im Vorlagebehälter an. Nach dem letzten Überlaufen des Extraktes, kann das Extrakt dem Reinigungsverfahren zugeführt werden.
Im Falle von Stevia wird ein Extrakt erhalten, der sofort der chromatografischen Aufreinigung unterworfen werden kann.
Im Falle der Sonnenblumen wird ein Sonnenblumen-Primär-Extrakt erhalten, der nachfolgend einer sogenannten Vorbehandlung zur Entfernung von Chlorogensäure unterworfen wird.
Beispiel 2: Vorbehandlung eines Sonnenblumen-Primär-Extrakts zur Entfernung von Chlorogensäure:
Zu einem wie oben in Beispiel 1 beschriebenen hergestellten wässrig-alkoholischen Sonnenblumenkernextrakt (100 ml) wird bis zur Sättigung Kochsalz gegeben. Der pH-Wert wird mit 0,1 M Salzsäure bzw. 0,1 M NaOH unter Rühren auf einen pH-Wert zwischen 4,5–6 eingestellt. Anschließend werden 100 ml DCM zugegeben und für 5 min im Scheidetrichter geschüttelt. Nach Separation der Phasen wird die organische Phase abgetrennt. Dieser Vorgang wird zweimal wiederholt. Die vereinigten organischen Extrakte werden über NaSO₄ getrocknet und anschließend unter reduziertem Druck und 25°C Badtemperatur vom Lösungsmittel befreit. Die vereinigten organischen Extrakte enthalten > 95 Gew.-% der vorhandenen DCQA-Isomere aber nur noch 5–10 Gew.-% der anfänglichen Chlorogensäure, die unter diesen Bedingungen in der wässrigen Phasen verbleibt. Der so erhaltene Rückstand wird in so wenig Laufmittel wie möglich aufgenommen, filtriert und der unten beschriebenen chromatographischen Aufreinigung zugeführt.
Beispiel 3: Herstellung eines mit organischem Polymer beschichteten porösen Trägermaterials:
Für die Herstellung der Grundphase wird ein Kieselgel mit 5 Gew.-% Polyvinylamin (PVA) beschichtet. Die Polymerbeschichtung wird durch die Vernetzung mit Ethylenglycoldigycidylether (EGDGE) auf dem Träger immobilisiert. Für die Beschichtung wird die Porenfüllmethode angewendet. Dazu wird das Porenvolumen des Trägers mit der Wasseraufnahmekapazität bestimmt:
600 g Kieselgel der Firma Daiso mit dem Artikelbezeichnung SP 120-10 Lot: 071115BSP werden in ein 2 L Gebinde aus Polypropylen eingewogen. Das Kieselgel hat ein zugängliches Porenvolumen von 1,09 ml/g Phase. Daraus ergibt sich ein Porenvolumen von 654 mL. Die Poren werden zu 98% gefüllt. Daraus ergibt sich für das Volumen der PVA-Polymerlösung von 641 mL.
Die Ausgangspolymer-Lösung hat einen Polymergehalt von 11,8 Gew.-% bei einem pH Wert von 12. Für die Beschichtung von 600 g Kieselgel mit 5 Gew.-% PVA-Polymer werden 30 g PVA Polymer benötigt. Diese entspricht einer Einwaage von 254 g wässriger PVA Lösung für die Beschichtung. Für die Beschichtung wird der pH-Wert der Polymerlösung auf 8,00 mit konz. Salzsäure eingestellt. 254,0 g wässrige PVA-Lösung (Polymergehalt PG 11,8 Gew.-%) werden in ein 1 L Gebinde eingewogen. Anschließend werden 250 g Wasser zu der Polymerlösung gegeben. Die Lösung wird gerührt und der pH Wert der Lösung mit 32,2 g konz. Salzsäure (32%ig, Dichte 1,16 g/mL) auf 8,0 eingestellt. Schließlich werden 108 g Wasser hinzugegeben um das Volumen der Lösung auf 98% der Porenvolumen des Kieselgels einzustellen.
Die eingestellte PVA-Polymerlösung wird zu dem Kieselgel gegeben und Mischung in dem Gefäß wird für 6 h auf einer Siebmaschine gemischt. Anschließend wird das beschichtete Kieselgel in einer mit einer Filterfritte verschlossenen Flasche unter vermindertem Druck (2 mBar) in einem Vakuumtrockenschrank (50°C) zur Gewichtskonstanz getrocknet. Die getrocknete Phase wird über ein 45 μm Sieb gesiebt.
Zur Vernetzung wird das getrocknete Material in einem 10 L Rührreaktor in 2,5 L 2-Propanol suspendiert. 12,12 g Vernetzer Ethylenglycoldigycidylether (EGDGE) werden eingewogen und in 100 mL 2-Propanol gelöst. Die Vernetzerlösung wird zur gerührten Phasensuspension gegeben und die Reaktionsmischung für 6 h auf 55°C erwärmt. Zur Aufarbeitung wird die Phasensuspension auf eine Filternutsche überführt und mit folgenden Lösungsmitteln gewaschen: 3 L 2-Propanol, 9 L 0,1 M Salzsäure, 3 L vollentsalztes Wasser (VE) und 4,5 L Methanol. Anschließend wird die stationäre Phase in einer mit einer Filterfritte verschlossenen Flasche unter vermindertem Druck (2 mBar) in einem Vakuumtrockenschrank (50°C) zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Ausbeute: 639,8 g
Elementaranalyse C[%]: 3,36 H [%]: 0,96 N [%]: 1,38
Statische Anionenaustauscher Kapazität AIK: 733 μmol/g
Beispiel 4: Anbinden der Reste 1 und 2:
Derivatisierung mit Laurinsäure:
50 g Grundphase aus Beispiel 3 werden mit 300 mL Dimethylformamid (DMF), 300 mL 0,5 M Triethylamin in Dimethylformamid und 300 mL Dimethylformamid auf einer Fritte gespült. Anschließend wird die stationäre Phase in 150 mL DMF in einem 250 mL Reaktionsgefäß suspendiert. Die folgende Reagenzmengen werden eingewogen und als Feststoff zur Reaktionssuspension gegeben: 5,13 g Laurinsäure [143-07-7], 9,73 g N,N,N',N'-Tetramethyl-O-(1H-benzotriazol-l-yl)uronium hexafluorophosphat (HBTU) [94790-37-1]. Als Base werden 3,6 mL Triethylamin zur Reaktionslösung gegeben. Die Phasensuspension wird für 4 h auf 50°C erhitzt. Anschließend wird die stationäre Phase auf einer Filterfritte mit folgenden Lösungsmitteln gewaschen: 300 ml Dimethylformamid (DMF); 300 mL 0,1 M Salzsäure in DMF; 300 mL 0,1 M Salzsäure in Wasser; 300 mL Wasser; 300 mL Methanol. Anschließend wird die stationäre Phase in einer mit einer Filterfritte verschlossenen Flasche unter vermindertem Druck (2 mBar) in einem Vakuumtrockenschrank (50°C) zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Ausbeute: 53,6 g
Elementaranalyse C[%]: 9,05 H [%]: 1,93 N [%]: 1,26
Derivatisierung mit Bernsteinsäureanhydrid:
50 g stationäre Phase aus Beispiel 4 werden mit 300 mL Dimethylformamid (DMF), 300 mL 0,5 M Triethylamin in Dimethylformamid und 300 mL Dimethylformamid auf einer Fritte gespült. Anschließend wird die stationäre Phase in 150 mL DMF in einem 250 mL Reaktionsgefäß suspendiert. 3,67 g Bernsteisäureanhydrid [108-30-5] wird eingewogen und als Feststoff zur Reaktionssuspension gegeben. Als Base werden 5,1 mL Triethylamin zur Reaktionslösung gegeben. Die Phasensuspension wird für 4 h auf 50°C erhitzt. Anschließend wird die stationäre Phase auf einer Filterfritte mit folgenden Lösungsmitteln gewaschen: 300 ml Dimethylformamid (DMF); 300 mL 0,1 M Salzsäure in DMF; 300 mL 0,1 M Salzsäure in Wasser; 300 mL Wasser; 300 mL Methanol. Anschließend wird die stationäre Phase in einer mit einer Filterfritte verschlossenen Flasche unter vermindertem Druck (2 mBar) in einem Vakuumtrockenschrank (50°C) zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Ausbeute: 52,1 g
Elementaranalyse C[%]: 10,13 H [%]: 2,18 N [%]: 1,18
Beispiel 5: Gewinnung von 4,5-DCQA aus Stevia-Extrakt:
Eine axial komprimierbare Säule der Dimension 260 × 25 mm wird mit dem in Beispiel 4 erhaltenen Sorbens (ca. 70 g Phase suspendiert in ca. 150 ml Methanol) gefüllt und bis zu einem Enddruck von 80–100 bar zusammengedrückt. Die Säule wird anschließend an eine präparative HPLC-Pumpe mit einer Flussrate von mindestens 40 ml/min bei einem Rückdruck von nicht weniger als 100 bar und einen UV-Detektor (Detektionswellenlänge: 330 nm) angeschlossen. Die Säule wird bei einer Flussrate von 40 ml/min mit 5 Bettvolumen des Trenn-Laufmittels gespült und äquilibriert (Laufmittel: 1% Ameisensäure in H₂O/Methanol (65:35)).
4 ml des in Beispiel 1 erhaltenen Steviaextrakts (z. B. Sox50; Konzentration: ~1,6 mg/ml, Ausgangsreinheit: ~28%) werden über ein manuelles oder Software-gesteuertes Injektionsventil in den Volumenstrom bei einer Flussrate von 40 ml/min injiziert. 4,5-DCQA eluiert typischerweise zwischen 80 und 100 min. 3,5-DCQA eluiert typischerweise bodengetrennt zwischen 40–50 min. DCQA-Minderkomponenten eluieren bodengetrennt vor, nach oder zwischen den DCQA-Hauptkomponenten. Das Eluat des gewünschten 4,5-DCQA-Isomers wird aufgefangen und am Rotationsvakuumkonzentrator unter vermindertem Druck bei einer Bad-Temperatur von nicht mehr als 40°C vom Lösungsmittel befreit. Man erhält einen farblosen amorphen Rückstand von 4,5-DCQA mit einer Reinheit von 97,72% bei quantitativer Ausbeute.
Nach Elution von 4,5-DCQA wird die Säule mit 3–5 Bettvolumina Methanol (100%) gewaschen und mit 3 Bettvolumina des Laufmittels reäquilibriert.
Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der HPLC-Analytik der Fraktionierung „CC”: Tabelle 1:

3,5 DCQA 4,5 DCQA

Fraktion Reinheit [%] Ausbeute [%] Reinheit [%] Ausbeute [%]

CC1 100 13 0 0

CC2 100 71 0 0

CC3 100 17 0 0

CC4 0 0 97,11 10

CC5 0 0 97,72 78

CC6 0 0 97,35 12
Die Reinheit des 4,5-DCQA liegt in allen Fraktionierungen über 97%. Das 3,5-DCQA ist in diesen Produktfraktionen nicht nachweisbar, sondern eluiert vollständig abgetrennt in den vorderen Fraktionen. Andere DCQA-Minderisomere sind ebenfalls nicht in den 4,5-DCQA-Fraktionen nachweisbar. Alle DCQA-Produktfraktionen können aufgrund ihrer hohen Reinheit vereinigt werden. Die Ausbeute ist damit quantitativ.
1 zeigt das präparative Chromatogramm der Fraktionierung „CC” des Stevia-Extrakts. Die 2 zeigt ein analytisches Chromatogramm der Fraktion „CC5”. Bei den Signalen bei 2 min, 53 min und 64 min handelt es sich um Störungen aus dem Chromatographie-System bzw. dem Injektionspeak, die auch bei Blank-Läufen beobachtet werden.
NMR-Daten für 3,5-DCQA:
¹H NMR (600 MHz, CD₃OD):
δ = 7.62 (d, 15.9 Hz, 1H, 7'-H), 7.58 (d, 15.9 Hz, 1H, 7''-H), 7.07 (d, 2.0 Hz, 2H, 7',7''-H), 6.97 (dd, 8.2, 2.0 Hz, 2H, 6',6''-H), 6.78 (d, 8.2 Hz, 2H, 5',5''-H), 6.35 (d, 15.9 Hz, 1H, 8'-H), 6.27 (d, 15.9 Hz, 1H, 8''-H), 5.43 (ddd, 7.2, 3.7, 3.4 Hz, 1H, 3-H_eq), 5.38 (m, 1H, 5-H_ax; bestätigt durch NOE zu 6-H_eq), 3.97 (dd, 7.4, 3.4 Hz, 1H, 4-H_ax), 2.32 (dd, 13.9, 3.7, 1H, 2-H_ax), 2.25 (dd, 13.8, 7.7 Hz, 1H, 6-H_ax), 2.21 (dd, 13.8, 4.0 Hz, 1H, 6-H_eq), 2.16 (dd, 13.9, 7.1 Hz, 1H, 2-H_eq).
¹³C NMR (150 MHz, CD₃OD):
δ = 177.0 (1C, COOH), 168.9 (1C, C-9'), 168.3 (1C, C-9''), 149.6 (2C, C-4',4''), 147.3 (1C, C-7''), 147.1 (1C, C-7'), 146.8 (2C, C-3',3''), 127.9 (2C, C-1',1''), 123.0 (2C, C-6',6''), 116.5 (2C, C-5',5''), 115.6 (1C, C-8'), 115.3 (2C, C-2',2''), 115.1 (1C, C-8''), 72.5 (1C, C-3), 72.1 (1C, C-5), 72.0 (1C, C-1), 70.6 (1C, C-4), 36.5 (1C, C-6), 36.0 (1C, C-2).
NMR-Daten für 4,5-DCQA:
¹H NMR (600 MHz, CD₃OD):
δ = 7.60 (d, 15.9 Hz, 1H, 7'-H), 7.52 (d, 15.9 Hz, 1H, 7''-H), 7.03 bzw. 7.01 (d, 2.1 Hz, 2H, 7',7''-H), 6.92 (dd, 8.3, 2.1 Hz, 2H, 6',6''-H), 6.75 (d, 8.3 Hz, 2H, 5',5''-H), 6.29 (d, 15.9 Hz, 1H, 8'-H), 6.19 (d, 15.9 Hz, 1H, 8''-H), 5.62 (ddd, 9.1, 9.0, 5.1 Hz, 1H, 5-H_ax), 5.12 (dd, 9.0, 3.1 Hz, 1H, 4-H_ax), 4.37 (ddd, 5.2, 3.2, 3.1 Hz, 1H, 3-H_eq), 2.30 (dd, 14.2, 3.2, 1H, 2-H_ax), 2.28 (ddd, 13.3, 5.1, 1.6 Hz, 1H, 6-H_eq), 2.24 (dd, 13.3, 9.1 Hz, 1H, 6-H_ax), 2.11 (ddd, 14.2, 5.2, 1.6 Hz, 1H, 2-H_eq).
¹³C NMR (150 MHz, CD₃OD):
δ = 176.7 (1C, COOH), 168.5 (1C, C-9'), 168.2 (1C, C-9''), 149.7 (2C, C-4',4''), 147.7 (1C, C-7'), 147.6 (1C, C-7''), 146.8 (2C, C-3',3''), 127.7 (2C, C-1',1''), 123.2 (2C, C-6',6''), 116.5 (2C, C-5',5''), 115.2 (2C, C-2',2''), 114.7 (1C, C-8'), 114.6 (1C, C-8''), 76.0 (1C, C-4), 70.9 (1C, C-1), 69.3 (1C, C-3), 69.0 (1C, C-5), 39.3 (1C, C-6), 38.4 (1C, C-2).
Beispiel 6: Gewinnung von 4,5-DCQA aus Sonnenblumen-Extrakt:
Eine axial komprimierbare Säule der Dimension 260 × 25 mm wird mit einem nach Beispiel 4 hergestellten Sorbens (ca. 70 g Phase suspendiert in ca. 150 ml Methanol) gefüllt und bis zu einem Enddruck von 80–100 bar zusammengedrückt. Die Säule wird anschließend an eine HPLC-Pumpe mit einer Flussrate von mindestens 40 ml/min bei einem Rückdruck von nicht weniger als 100 bar und einen UV-Detektor (Detektionswellenlänge: 330 nm) angeschlossen. Die Säule wird bei einer Flussrate von 40 ml/min mit 5 Bettvolumen des Trenn-Laufmittels gespült und äquilibriert (Laufmittel: 1% Ameisensäure in H2O/Methanol (65:35)).
4 ml des nach Beispiel 2 vorbehandelten Sonnenblumenextrakts (z. B. DCQA 77/3; Konzentration: ~0,3 mg/ml, Ausgangsreinheit: < 3%) werden über ein manuelles oder Software-gesteuertes Injektionsventil in den Volumenstrom bei einer Flussrate von 40 ml/min injiziert. 4,5-DCQA eluiert typischerweise zwischen 80 und 100 min. 3,5-DCQA eluiert typischerweise bodengetrennt zwischen 40–50 min. DCQA-Minderkomponenten eluieren bodengetrennt vor, nach oder zwischen den DCQA-Hauptkomponenten. Das Eluat des gewünschten 4,5-DCQA-Isomers wird aufgefangen und am Rotationsvakuumkonzentrator unter vermindertem Druck bei einer Bad-Temperatur von nicht mehr als 40°C vom Lösungsmittel befreit. Man erhält einen farblosen amorphen Rückstand von 4,5-DCQA mit einer Reinheit von > 98% bei quantitativer Ausbeute (96%).
Nach Elution von 4,5-DCQA wird die Säule mit 3–5 Bettvolumina Methanol (100%) gewaschen und mit 3 Bettvolumina des Laufmittels re-äquilibriert.
Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der HPLC-Analytik der Fraktionierung „CF”: Tabelle 2:

3,5 DCQA 4,5 DCQA

Fraktion Reinheit [%] Ausbeute [%] Reinheit [%] Ausbeute [%]

CF1 89,29 94 0

CF2 37,62 6 0

CF3 0 0 100 27

CF4 0 0 98 43

CF5 0 0 100 26

CF6 0 0 89,5 4
Die Reinheit des 4,5-DCQA liegt in den produktreichsten Fraktionierungen über 98%. Das 3,5-DCQA ist in diesen Produktfraktionen nicht nachweisbar, sondern eluiert vollständig abgetrennt in den vorderen Fraktionen. Andere DCQA-Minderisomere sind ebenfalls nicht in den 4,5-DCQA-Fraktionen nachweisbar. Die drei produktreichsten DCQA-Fraktionen können aufgrund ihrer hohen Reinheit vereinigt werden. Die Ausbeute liegt damit bei 96% und ist nahezu quantitativ.
3 zeigt ein präparatives Chromatogramm der Fraktionierung ”CF” des Sonnenblumen-Extrakts. 4 zeigt ein analytisches Chromatogramm der Fraktion „CF4”. Bei den Signalen bei 2 min, 53 min und 64 min handelt es sich um Störungen aus dem Chromatographie-System bzw. dem Injektionspeak, die auch bei Blank-Läufen beobachtet werden.
NMR-Daten für 3,5-DCQA:
¹H NMR (600 MHz, CD₃OD):
δ = 7.62 (d, 15.9 Hz, 1H, 7'-H), 7.58 (d, 15.9 Hz, 1H, 7''-H), 7.07 (d, 2.0 Hz, 2H, 7',7''-H), 6.97 (dd, 8.2, 2.0 Hz, 2H, 6',6''-H), 6.78 (d, 8.2 Hz, 2H, 5',5''-H), 6.35 (d, 15.9 Hz, 1H, 8'-H), 6.27 (d, 15.9 Hz, 1H, 8''-H), 5.43 (ddd, 7.2, 3.7, 3.4 Hz, 1H, 3-H_eq), 5.38 (m, 1H, 5-H_ax; bestätigt durch NOE zu 6-H_eq), 3.97 (dd, 7.4, 3.4 Hz, 1H, 4-H_ax), 2.32 (dd, 13.9, 3.7, 1H, 2-H_ax), 2.25 (dd, 13.8, 7.7 Hz, 1H, 6-H_ax), 2.21 (dd, 13.8, 4.0 Hz, 1H, 6-H_eq), 2.16 (dd, 13.9, 7.1 Hz, 1H, 2-H_eq).
¹³C NMR (150 MHz, CD₃OD):
δ = 177.0 (1C, COOH), 168.9 (1C, C-9'), 168.3 (1C, C-9''), 149.6 (2C, C-4',4''), 147.3 (1C, C-7''), 147.1 (1C, C-7'), 146.8 (2C, C-3',3''), 127.9 (2C, C-1',1''), 123.0 (2C, C-6',6''), 116.5 (2C, C-5',5''), 115.6 (1C, C-8'), 115.3 (2C, C-2',2''), 115.1 (1C, C-8''), 72.5 (1C, C-3), 72.1 (1C, C-5), 72.0 (1C, C-1), 70.6 (1C, C-4), 36.5 (1C, C-6), 36.0 (1C, C-2).
NMR-Daten für 4,5-DCQA:
¹H NMR (600 MHz, CD₃OD):
δ = 7.60 (d, 15.9 Hz, 1H, 7'-H), 7.52 (d, 15.9 Hz, 1H, 7''-H), 7.03 bzw. 7.01 (d, 2.1 Hz, 2H, 7',7''-H), 6.92 (dd, 8.3, 2.1 Hz, 2H, 6',6''-H), 6.75 (d, 8.3 Hz, 2H, 5',5''-H), 6.29 (d, 15.9 Hz, 1H, 8'-H), 6.19 (d, 15.9 Hz, 1H, 8''-H), 5.62 (ddd, 9.1, 9.0, 5.1 Hz, 1H, 5-H_ax), 5.12 (dd, 9.0, 3.1 Hz, 1H, 4-H_ax), 4.37 (ddd, 5.2, 3.2, 3.1 Hz, 1H, 3-H_eq), 2.30 (dd, 14.2, 3.2, 1H, 2-H_ax), 2.28 (ddd, 13.3, 5.1, 1.6 Hz, 1H, 6-H_eq), 2.24 (dd, 13.3, 9.1 Hz, 1H, 6-H_ax), 2.11 (ddd, 14.2, 5.2, 1.6 Hz, 1H, 2-H_eq).
¹³C NMR (150 MHz, CD₃OD):
δ = 176.7 (1C, COOH), 168.5 (1C, C-9'), 168.2 (1C, C-9''), 149.7 (2C, C-4',4''), 147.7 (1C, C-7'), 147.6 (1C, C-7''), 146.8 (2C, C-3',3''), 127.7 (2C, C-1',1''), 123.2 (2C, C-6',6''), 116.5 (2C, C-5',5''), 115.2 (2C, C-2',2''), 114.7 (1C, C-8'), 114.6 (1C, C-8''), 76.0 (1C, C-4), 70.9 (1C, C-1), 69.3 (1C, C-3), 69.0 (1C, C-5), 39.3 (1C, C-6), 38.4 (1C, C-2).
In Tabelle 3 ist der Gradient dargestellt, der bei der analytischen Reinheitsbestimmung der DCQAs verwendet wird. Tabelle 3:

Zeit [min] Fluss [mL/min] Eluent A [%] Eluent B [%]

0 1,5 100 0

0 1,5 100 0

17 1,5 100 0

30 1,5 100 0

50 1,5 80 20

51 1,5 0 100

61 1,5 0 100

62 1,5 100 0

73 1,5 100 0

Analytische Säule: LiChrospher, 100 RP-18, 5 μm, 250 × 4.0 mm
Detektion: 330 nm
Ofentemperatur: 40°C
Eluent A: Acetonitril/Wasser/Phosphorsäure 85% (70/926/4)
Eluent B: Acetonitril/Phosphorsäure 85% (996/4)
Vergleichsbeispiel 1:
Die Beispiele 5 und 6 werden genauso durchgeführt, mit dem einzigen Unterschied, dass kein erfindungsgemäßes Sorbens verwendet wird, sondern eine analytische C18-Phase (Lichrospher, 100 RP-18 5 μm, Hersteller Merck). Dabei kann festgestellt werden, dass damit zwar sehr gute analytische Trennungen der DCQA-Isomere erzielt werden können, allerdings ist die Selektivität wesentlich geringer als bei dem erfindungsgemäßen Sorbens, so dass die Ausbeute und der Durchsatz im Falle präparativer Anwendung wesentlich geringer ist. Insbesondere die Beladbarkeit der hier verwendeten C18-Phase und damit die Produktivität ist sehr gering. Zahlreiche weitere C18-Phasen anderer Hersteller, die für die analytische Trennung getestet wurden, zeigen keine oder nur eine viel geringere Auftrennung der DCQA-Isomeren. In der Regel wurde Koelution beobachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 66133 [0021]

Claims

Sorbens umfassend ein mit einem organischen Polymer beschichtetes poröses Trägermaterial, wobei das organische Polymer als ersten Rest eine lipophile aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe und als zweiten Rest eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer anionischen oder deprotonierbaren Gruppe aufweist, wobei der erste und der zweite Rest jeweils unabhängig voneinander an das Polymer gebunden sind.
Sorbens nach Anspruch 1, worin die lipophile aliphatische Gruppe eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkylgruppe ist, bei der ein oder mehrere H-Atome durch F, Cl, -CN oder -NC ersetzt sein können, und bei der ein oder mehrere -CH₂-Gruppen durch -NH-, -O- oder -S- ersetzt sein können.
Sorbens nach Anspruch 2, worin die Alkylgruppe eine C_1-30-Alkylgruppe ist.
Sorbens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Kohlenwasserstoffgruppe mit einer anionischen oder deprotonierbaren Gruppe eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe ist, die mit einer anionischen oder deprotonierbaren Gruppe substituiert ist.
Sorbens nach Anspruch 4, worin die aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe 1 bis 15 Kohlenstoffatome aufweist.
Sorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, worin die anionische oder deprotonierbare Gruppe aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus -SO₃-, -COO^–, -PO₃ ^2–, -PO₃H^–, -SO₃H, -COOH und -PO₃H₂ besteht.
Sorbens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das organische Polymer ein Amino-Gruppen enthaltendes Polymer ist, wobei der erste und zweite Rest über eine Amino-Gruppe daran gebunden sind.
Sorbens nach Anspruch 7, worin das organische Polymer ein Polyalkylenamin ist.
Sorbens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das organische Polymer ein vernetztes Polymer ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sorbens, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen eines porösen Trägermaterials; (b) Aufbringen eines organischen Polymers auf das poröse Trägermaterial; (c) Vernetzen des organischen Polymers; (d) Kovalentes Anbinden eines ersten und zweiten Rests an das organische Polymer, wobei der erste Rest eine lipophile aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe und der zweite Rest eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer anionischen oder deprotonierbare Gruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 10, worin das Aufbringen des organischen Polymers auf das poröse Trägermaterial durch Porenfüllmethode durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, worin das kovalente Anbinden des ersten Rests vor dem kovalenten Anbinden des zweiten Rests durchgeführt wird.
Verwendung eines Sorbens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als chromatographisches Sorbens.
Verwendung eines Sorbens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Reinigung von organischen Verbindungen.
Verwendung nach Anspruch 14, worin die organische Verbindung ein mehrwertiger Alkohol, eine Cyclohexyl-Gruppen-enthaltende Verbindung oder eine Verbindung mit Säuregruppe ist.
Verwendung nach Anspruch 14 oder 15, worin die organische Verbindung eine Cyclohexylcarbonsäure ist, worin der Cyclohexylrest mit einem Dihydroxyphenyl-1-oxo-2-propenyl-oxy-Rest substituiert ist.