DE1570585C3

DE1570585C3 - Verfahren zur Herstellung von polymeren 2-Vinylpyridin-N-oxyden

Info

Publication number: DE1570585C3
Application number: DE19651570585
Authority: DE
Inventors: Arthur Dr. 4010 Hidlen Brockhaus; Martin Dr. 5070 Bergisch Gladbach Hoffmann; Gustav Dr. 5000 Koeln Pieper
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1965-07-03
Filing date: 1965-07-03
Publication date: 1974-10-24
Also published as: NL6609253A; DE1570585A1; GB1079846A; CH470433A; BE683530A; DE1570585B2

Description

Es ist bekannt, daß Poly vinylpyridin.-N-oxyd wirksam ist bei der Behandlung von Silicose. Solche PoIyvinylpyridin-N-oxyde sind in ihrer Wirksamkeit jedoch sehr unterschiedlich, wobei das Molekulargewicht der Polymerisate eine Rolle zu spielen scheint.

Es wurde nun gefunden, daß man besonders hochwirksame Polyvinylpyridin-N-oxyde erhält, wenn man ein Polyvinylpyridin mit einem Molekulargewicht von über 400 000 bis etwa 10 000 000 herstellt und die Polymerisate durch Einwirkung von Perverbindungen so oxydiert, daß gleichzeitig ein Abbau des Polyvinylpyridins bzw. des entstandenen N-oxyds auf etwa die Hälfte des ursprünglichen Molekulargewichts erfolgt.

Zur Herstellung der polymeren 2-Vinylpyridin-N-oxyde durch Oxydation von polymerem 2-Vinylpyridin mit Perverbindungen geht man erfindungsgemäß so vor, daß man polymeres 2-Vinylpyridin vom Molekulargewicht von über 400 000, vorzugsweise über 800 000, bei Temperaturen zwischen 30 und 90⁰C in einem organischen Lösungsmittel mit Peroxy-Verbindungen wenigstens so lange oxydiert, bis eine Probe in 3%igem Ammoniakwasser löslich ist.

Das als Ausgangsmaterial benötigte Poly-2-vinylpyridin kann nach einem der bekannten Verfahren (vergleiche z.B. Houben — Weyl, Methoden der org. Chemie, 4. Aufl. Bd. XIV/1, S. 1127 ff.) hergestellt sein. Besonders geeignet sind Poly-2-vinylpyridine, die durch Polymerisation von 2-Vinylpyridin in wäßriger Suspension oder Emulsion oder durch Perlpolymerisation hergestellt wurden.

Das Verfahren eignet sich außerdem nicht nur zur Überführung von Homopolymerisaten des 2-Vinylpyridins in die Poly-N-oxyde, sondern ermöglicht auch Copolymerisate des 2-Vinylpyridine mit anderen polymerisierbaren Verbindungen zum N-Oxyd zu oxydieren. Geeignete Comonomere sind in diesem Fall z. B. Vinylpyrrolidon, Dimethylacrylamid, Acrylsäure und ihre Ester, Äthylen, Vinylacetat oder Vinylmethyläther.

Als organische Lösungsmittel können für das erfindungsgemäße Verfahren wasserfreie oder zum mindesten 50%ige Essigsäure, aliphatische Alkohole mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Ketone, Säureamide und alle anderen Lösungsmittel verwendet werden, die unter den Bedingungen der Oxydation beständig sind und ein ausreichendes Lösungsvermögen für die Reaktionsteilnehmer besitzen.

Als Oxydationsmittel kommt vorzugsweise Wasserstoffperoxyd in Form seiner mindestens 30%igen wäßrigen Lösung in Frage. Man kann ferner geeignete Peroxy-Verbindungen in situ im Oxydationsansatz erzeugen, z. B. Acetopersäure durch Umsetzung von Wasserstoffperoxyd mit Essigsäureanhydrid. Das Oxydationsmittel kann auf einmal oder in Portionen zugegeben werden und wird meist im Überschuß von etwa 1,5 Mol · H₂O₂ auf die Vinylpyridin-Einheit

ίο angewandt. Der oxydative Abbau ist in stärkerem Maße von der Temperatur abhängig als die erwünschte Oxydationsreaktion der Pyridinkerne zum N-Oxyd. Diese wird daher bei niedrigen Temperaturen begünstigt. Da sie jedoch bei Temperaturen unterhalb etwa 3O⁰C zu langsam für ein technisches Verfahren wird, ist ein Temperaturbereich zwischen 45 und 65° C am günstigsten.

Das Ende der Oxydationsreaktion läßt sich in einfacher Weise ermitteln, da das Poly-2-vinylpyrridin-

ao N-oxyd im Gegensatz zum Ausgangsmaterial in 3%igem Ammoniakwasser klar löslich ist. Der Oxydationsgrad, d. h. der Prozentsatz der zum N-Oxyd oxydierten Pyridinkerne, liegt dann oberhalb 70%, was zur Erreichung einer guten Wirkung des Präparates im allgemeinen ausreicht. Man kann auch noch länger oxydieren, z. B. doppelt so lange wie zur Erreichung der Löslichkeit in Ammoniakwasser erforderlich war, und erhält dann Präparate, deren Oxydationsgrad fast bei 100% liegt.

Für die Aufarbeitung der Lösungen und für die Isolierung des Poly-2-vinylpyridin-N-oxyds hat sich die Ausfällung durch Zusatz von Schwefelsäure besonders bewährt. Der dem Präparat danach noch anhaftende Überschuß an Säure läßt sich, z. B. durch Zugabe von Alkalien, durch Dialyseverfahren oder durch Behandlung mit Austauscherharzen entfernen. Man erhält danach wäßrige Lösungen der Poly-2-vinylpyridin-N-oxyds, die nach Einstellen der gewünschten Konzentration und der Sterilisierung, gegebenenfalls auch nach Zugabe weiterer Stoffe wie z. B. physiologischer Salzmischungen, für die Behandlung der Silicose verwendet werden können. Will man das Poly-2-vinylpyridin-N-oxyd in Substanz isolieren, so können diese Lösungen unter schonenden Bedingungen zur Trockne eingeengt werden, oder man fällt die Substanz durch Zugabe von Nichtlösern aus ihren Lösungen aus. Dabei ist auch eine Fraktionierung möglich.

Die Messung der Molekulargewichte erfolgte in bekannter Weise aus der Viskosität über den »Staudinger-Index« (vgl. Houben — Weyl XIV/1, S. 21) in 0,3% wäßriger Kochsalzlösung bei 25 ⁰C, wobei die Eichung durch Membran-Osmose von einzelnen Fraktionen vorgenommen wurde (vgl. auch die Ausführungen im Beispiel 6).

Beispiel 1

80 g Poly-2-vinylpyridin vom Molekulargewicht

1 000 000 werden in 1 1 Eisessig unter Zugabe von 55 cm³ 50%igem Wasserstoffperoxyd gelöst und die Lösung 2 Stunden lang auf 50⁰C erwärmt. Nach

2 Stunden ist eine Probe in 3 %igem Ammoniakwasser löslich. Das Poly-2-vinylpyridin-N-oxyd wird nach weiteren 2 Stunden durch Zugabe einer Mischung gleicher Teile Isopropylalkohol und konzentrierter Schwefelsäure gefällt und die Fällung durch Waschen mit Isopropylalkohol gereinigt. Das Präparat ist dann pulverisierbar und kann unter Zusatz von Natriumbicarbonat zur Neutralisierung der anhaftenden Säure

glatt in Wasser gelöst werden. Ausbeute 40 g Wirkstoff mit Molekulargewicht 200 000.

Beispiel 2

75 g Poly-2-vinylpyridin vom Molekulargewicht 600 000 werden nach dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 oxydiert und ergeben 45 g Poly-2-vinylpyridin-N-oxyd vom Molekulargewicht 100 000.

Beispiel 3

10 g Poly-2-vinylpyridin vom Molekulargewicht 1 000 000 werden in 200 cm³ Isopropylalkohol gelöst und bei 40° C mit einer Mischung von 20 cm³ Wasserstoffperoxyd und 20 cm³ Essigsäureanhydrid oxydiert. Die Oxydation ist nach 2 Stunden praktisch beendet (Ammoniak-Probe). Nach einer weiteren Stunde wird das Poly-N-oxyd mit einer Mischung aus gleichen Teilen Isopropylalkohol und konzentrierter Schwefelsäure ausgefällt. Nach dem Wiederauflösen in Wasser wird der noch anhaftende Isopropylalkohol im Vakuum bei 50° C abdestilliert und die Lösung durch Behandlung mit einem stark basischen Austauscherharz von den Säuren befreit. Die entstandene wäßrige Lösung enthält 10 g Wirkstoff mit einem Molekulargewicht von 400 000.

Beispiel 4

25 g Poly-2-vinylpyridin vom Molekulargewicht 800000 werden in 250 cm³ Äthylalkohol gelöst und die Lösung nach Zusatz von 25 cm³ Essigsäureanhydrid und 20 cm³ Wasserstoffperoxyd 3 Stunden lang auf 50° C erwärmt. Da die Oxydation noch nicht beendet ist, werden danach weitere 20 cm³ Wasserstoffperoxyd zugegeben und die Reaktionstemperatur auf 70° C gesteigert.

Nach 1 Stunde ist die Löslichkeitsprobe mit 3%igem Ammoniakwasser positiv. Nach der gleichen Aufarbeitung wie im Beispiel 3 angegeben, werden 20 g Poly-2-vinylpyridin-N-oxyd vom Molekulargewicht 350 000 erhalten.

Beispiel 5

Eine Lösung von 100 g Poly-2-vinylpyridin (M ίο = 2 400 000) in 11 Eisessig wird mit 150 cm³ 30 %igem Wasserstoffperoxyd 6V₂ Stunden lang auf 50° C erwärmt. Aus der Lösung wird durch Zugabe einer Mischung gleicher Teile Eisessig und konzentrierter Schwefelsäure das Poly-N-oxyd ausgefällt. Seine Lösung in Wasser wird 48 Stunden gegen entsalztes Wasser im Cellophanschlauch dialysiert. Die Lösung enthält 105 g Wirkstoff vom Molekulargewicht 800000. Der Oxydationsgrad (ermittelt aus dem Verhältnis von NO-Stickstoff nach Houben —Weyl, Meao thoden der org. Chemie, 4. Aufl. Bd. 2, S. 625, zu Gesamt-Stickstoff nach Dumas) liegt in diesem Falle bei 100%.

Beispiel 6

Ein nach Beispiel 5 hergestelltes Poly-2-vinylpyridin-N-oxyd wird durch fraktionierte Fällung seiner wäßrigen, salzhaltigen Lösung in 6 Fraktionen (a bis f) mit unterschiedlichem Molekulargewicht zerlegt. Diese Fraktionen sowie die in den Beispielen hergestellten Präparate werden im Rattenversuch nach Schlipköter und Brockhaus (Klin. Wochenschr. 39, 1182) auf Wirkung gegen Silicose geprüft. Die in der Tabelle als Maß für die Wirkung angegebenen Koeffizienten

JT^ _ Omentumgewicht der mit Quarz und Präparat behandelten Ratte C Omentumgewicht der nur mit Quarz behandelten Ratte

werden als Mittel von jeweils 10 Tieren nach einem Monat bestimmt. Für die Auswertung ist zu bemerken, daß das TjC im Falle fehlender Wirkung des Präparates gleich 1 wird und daß die optimale Wirkung eines Präparates, bestimmt durch den 7yC-Wert für eine gesunde, nicht mit Quarz behandelte Ratte im Vergleich zur nur mit Quarz behandelten »Silicoseratte« etwa dem Zahlenwert 0,15 entspricht.

Poly-N-Oxyd nach Beispiel	Molekulargewicht	T C
1	200 000	0,27
2	100 000	0,40
6a	1 300 000	0,29
b	330 000	0,19
C	120 000	0,28
d	75 000	0,50
e	28 000	0,74
f	15 000	0,98

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rate erfolgte durch Bestimmung des Stickstoffgehalts. Soweit es sich um salzfreie Lösungen handelte, wurde diese Bestimmung durch Wägung des Trockenrückstandes nach dem Trocknen bei 50° C und 20 mm Druck ergänzt.

Beispiel 7

60 g Poly-2-vinylpyridin vom Molekulargewicht 2,8 Millionen werden in 1050 cm³ Eisessig mit 50 g 50%igem Wasserstoffperoxyd oxydiert. Nach den in der folgenden Tabelle angegebenen Temperaturen und Reaktionszeiten ist das oxydierte Poly-2-vinylpyridin-N-oxyd in 3 % wäßrigem Ammoniak klar löslich. Die Lösungen enthalten dann Poly-2-vinylpyridin-N-oxyd mit den in der Tabelle angegebenen Molekulargewichten:

Die im Vorstehenden angegebenen Molekulargewichte der Fraktionen wurden auf osmotischem Wege bestimmt. Die Gehaltsbestimmung der Präpa-

Temperatur	Reaktionszeit in Stunden	Molekulargewicht
60 20 bis 25⁰C 45⁰C 65°C 55⁰C	72 22 22 24	1600 000 850 000 350 000 370 000

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von polymeren 2-Vinylpyridin-N-oxyden durch Oxydation von polymerem 2-Vinylpyridin mit Perverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man polymeres 2-Vinylpyridin vom Molekulargewicht über 400 000, vorzugsweise über 800 000, bei Temperaturen zwischen 30 und 90⁰C in einem organischen Lösungsmittel wenigstens so lange oxydiert, bis eine Probe in 3 %igem Ammoniakwasser löslich ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere 2-Vinylpyridin ein Molekulargewicht von über 800 000 aufweist.