DE1770908A1 - Verfahren zur Polymerisation von alpha-Aminosaeure-N-carboxy-anhydriden - Google Patents
Verfahren zur Polymerisation von alpha-Aminosaeure-N-carboxy-anhydridenInfo
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Description
κ
Kyowa tiakko Kogyo Co. , Ltd., Tokyo, Japan
Verfahren zur Polymerisation von
<jL-Amino säur e-w-carboxyanhydriden
Verfahren zur Polymerisation von oL-Aminosäure-N-carboxyanhydriden,
bei dem Imidazo1 oder ein Derivat desselben als Polymerisationsinitiator benutzt wird» Die entstehenden Polyaminosäuren können
zur Herstellung von Filmen, Pasern oder Kunstledern benutzt
werden*
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Polymerisation von
cX--Aminosäure*N-carboxyanhydriden* Insbesondere betrifft sie ein
Verfahren zur Polymerisation der N-Carboxyatthydride von OC-Amino säuren
der allgemeinen Formel
R - CH - CO
NH- CO
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in der R ein organischer Rest ist. Noch genauer betrifft die Erfindung die Polymerisation dieser N—Carboxyanhydride unter
Verwendung von Imidazolderivaten. Der Einfachheit halber
werden die d -Aminosäure-Ν—carboxyanhydride in diesen Unterlagen
durch die Kürzung NCA bezeichnet.
Es ist in der Technik allgemein bekannt, dass sich NCA-Verbindungen
unter Freisetzung von Kohlendioxid mit Hilfe von Aminen,
Natrxutnalkoholaten oder dergleichen polymerisieren! wie das in
dem folgenden Reaktionschema dargestellt ist:
NH - CO^ *»
worin R die gleiche Bedeutung, wie oben angegeben, hat und M"
Hydroxy- oder Alkoxyrest oder ein Aminrest ist. Die Anwendung wirksamerer Initiatoren für diese Reaktion würde aber faöclist
zweckmässig sein·
Demzufolge ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein verbessertes
Verfahren zur Polymerisation von oV-Aminosäure-N-carboxyambydriden,
das die Nachteile und Mangel der bekannten Verfahren überwindet«
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Polymerisation von OL-Aminosäure-N-carboxyanhydriden, das in
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einer wirkungsvolleren Weise ausgeführt werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein neuartiger Polymerisationsinitiator
f ür <*--Aminosäure—N—carboxyanhydride und deren
Derivate. .
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind die aus der Polymeri- μ
sation von O—Aminosäure-N-carboxyannydriden erhaltenen
Polymerisationsprodukte.
Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden für die Fachleute aus der folg/denden Beschreibung und
den Ansprüchen hervorgehen.
Als Ergebnis der verschiedenartigsten Untersuchungen und Versuche
über die Polymerisation von NCA haben die Erfinder gefunden, dass
- - ; ■■■■' i
Imidazo!verbindungen, die bisher noch nicht als Polymerisations- ~
initiatoren verwendet worden sind, eine bemerkenswerte Wirkung
zeigen, wenn sie als Polymerisationsinitiatoren für oL-Amino säure-N-carboxyanhydride
benutzt werden·
Die in der vorliegenden Erfindung benutzten Imidazolverbindungen
zeigen eine polymerisätionsinxtixerende Fähigkeit, die gleich de.r oder sogar überlegen der der üblicherweise benutzten organischen Basen oder Natriumalkoholate ist. Weiterhin besteht die
grösste Zahl dieser Verbindungencin Form von Kristallen, die
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leicht gehandhabt und gelagert werden können, im Vergleich zu den organischen Basen, die dazu neigen, Wasser zu enthalten,
welches die polymerisationsinitiierende Fähigkeit wesentlichverringert,
und zu den Natriumalkoholaten, die in Gegenwart von Wasser leicht zersetzt werden.
In der vorliegenden Erfindung sind die ct-Aminosäure-N-carboxyanhydride
alle diejenigen, die aus den entsprechenden ^-Aminosäuren, d.h. neutralen Aminosäuren, sauren Aminosäuremonoestern
und N-substituierten Derivaten von basischen Aminosäuren und Derivaten derselben synthetisiert werden können.
Beispiele sind z.B. GIysin, Alanin, cC-Aminobuttersäure, Valin,
Norvalin, Leucin, Isoleucin, Norleucin, Phenylalanin, O-substituiertes
Serin, O-substituiertes Homoserin, O-substituiertes
Threonin, S-substituiertes Cystein, Cystin, Methionin, Asparaginsäure-/3-monoester, Glutaminsäure-/-mono es ter,
■ >&-*.-■■ ,
0 f
Prolin, N°~substituiertes Ornithin, N -substituiertes Lysin
und N*uan °-substituiertes Arginin. Diese Aminosäuren und
Aminosäurederivate können entweder optisch aktiv oder inaktiv sein·
Die durch Polymerisation der N-carboxyanhydride von Aminosäuren
oder Aminosäurederiveten, wie sie oben aufgezählt worden sind,
erhaltenen Polyaminosäuren unter Verwendung der Polymerisations-
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initiatoren der vorliegenden Erfindung, finden die verschiedenartigsten
Anwendungen als Fasern, Filme, synthetische Leder und als Zusätze für Nahrungsmittel. Die entstehenden Polyaminosäuren
weisen einen besonders 'hohen Polymerisationsgrad auf, und sind aus diesem Grunde nicht nur in ihrem Vermögen zur Filmbildung,
sondern auch in ihren faserbildenden Eigenschaften ausgezeichnet· Aus diesen Gründen können die erhaltenen Polyaminosäuren in einem
weiten Bereich von Anwendungen unter Einschluss der Erzeugung von Kunstfasern und Kunstleder eingesetzt werden·
Zu Beispielen von Xmidazolverbindungen, die als Polymerisationsinitiatoren
gemäss der vorliegenden Erfindung angewandt werden
können, gehören die folgenden;
1. Imidazolderivate
a. Imidazolhomologe.
Imidazo1, 1-Phenylimidazol» 1-Methylimidazol,
1-Benzylimidazol, 2-Methylimidazol, 2-Phenylimidazol,
4-Methylimidazol, 4-Phenylimidazol,
1,2-Dimethylimidazol, 1,4-Dimethylimidazol,
1,5-Dimethylimidazol, l-Äthyl-2-methylimidazol,
kt 5-Diphenylimidazol, 2,4,5-Trimethylimidazol .
usw.
b. Halogen—, Alky!halogenid- und Hydroxyalkylderivete.
2-Bromimidazol,^-Brom-^-methylimidazol, 5-Chlor-1-methylimidazol,
At-Chlormethylimidazol, 5-Chlor--
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methyl-1-methylimidazol, 5-Hydroxymethylimidazol,
5-Hydroxymethyl-l-methylimidazol usw·
c. Nitro-, Amino-, Arylazo- und Aminoalkylderivete.
4(5)-Nitroimidazol, 5(4)-Methyl-4(5)-aminoimidazol,
2-Aminoimidazol, 4(5)-Aminoimidazol, 4(5)-Methyl-5(4)-nitroimidazol
usw.
d. Aldehyd- und Ketonderivate·
4(5)-Methylimidazol-5(4)-aldehyd, 4(5)-Imidazol~
aldehyd, 2-Imidazolphenylketon usw.
e. Imidazolcarbonsäuren.
4,5-Imidazoldicarbonsäure, 2-Imidazo!carbonsäure,
4-Imidazolcarbonsäure, 2-Methyl-4(5)-imidazolcarbonsäure,
4(5)-Amino-5(4)-iraidazolcarboxamid,
4(5)-Amino-5(4)-imidazolcarbonsäuremethylester,
2-Amino-4,5-imidazoldicarbonsäure, 4-Imidazolessigsäuremethylester
usw·
f. Mercaptoimidazole.
f. Mercaptoimidazole.
2-Mercapto-4(5)-imidazolcarbonsäuremethylester,
-äthylester usw·
2. Imidazolinderivate.
2-Methyl-2-imidazolin, 2-Phenyl-2-imidazolin, 2-Chlor-r
methyl-2-imidazolin, 2-Hydroxymethyl-2-imidazolin,
2-Nitroamino-2-imidazolin usw.
3. Imidazolonderivate.
2-Imidazolonderivate.
4(5) -Me thyl-2-imidazolon, 4,5-Dime thyl-2-iniidazolon,
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2-Iniidazolon-/fc-car■bonsäure usw.
^(5)-Imidazolonderivate.
2-Methyl-4(5)-imidazolon, 2-Benzyl-4(5)-imidazolon,
k (5 )I«nidazolon-2-carbonsäure usw.
k. Imidazolidinon (ImidazoIidon)-derivate.
k. Imidazolidinon (ImidazoIidon)-derivate.
2-Iraidazolidinon-(äthylenharnstoff), 2,4-Imidazoli-
dinon, Imidazolidin-2-thion usw. ^
5· Imidazolidinderivate.
1,3-Dibenzyl-2—phenylimidazolidin usw,
6. Benzimidazolderivate.
6. Benzimidazolderivate.
Alkyl- und Ary!benzimidazole.
Benzimidazol, 1-Xthylbenzimidazol, 1-Methylbenzimidazol,
2-Benzylbenzimidazol üsw·
Hydroxy-, Nitro-, und Aminobenzimidazole.
Hydroxy-, Nitro-, und Aminobenzimidazole.
2-Hydroxymetb.ylbenzimidazol, 5-Nitrobenzimidazol,
2—Aminobenzimidazo1 usw·
Benzimidazolcarbonsäurederivate· %
Benzimidazolcarbonsäurederivate· %
2-Benzimidazolcarbonsäure, 5(6)-Methyl-2-benzimi-
dazo!carbonsäure usw·
Imidazo!verbindungen, wie die vorstehend genannten, sind im
allgemeinen kristallin. Daher werden sie gebraucht, indem man
sie direkt in dem für das NCA benutzte Polymerisationslösungsmittel
auflöst· Zu geeigneten Polymerisationslösungsmitteln gehören z.B· Dioxan, Athylacetat, Dichlormethan, Dichloräthan,
Dirnethylsulfoxid, N-Methyl-2-pyrrolidon und N,N-Dimethylformamid.
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Nach einem anderen Verfahren können die Imidazolverbindungen
in einem guten Lösungsmittel für diese selbst z.B. N,N-Dimethylformamid oder Dirnethylsulfoxid gelöst werden, und die Lösungsmittellösung
des Polymerisatioiisinitiators kanu uauu in der
Polymerisationsreaktion verwendet werden.
Die Polymerisationsinitiatoren der vorliegenden Erfindung werden im allgemeinen in einer Menge von o,l Mol /o oder mehr der
eingesetzten NCA verwendet. Es besteht keine spezifische Beschränkung hinsichtlich der Art und tveise, in der der Polymerisationsinitiator
mit der NCA in Berührung gebracht oder gemischt wird» Eine NCA-Lösung oder ein festes NCA kann zu einer
einen Initiator enthaltenden Lösung oder dem Initiator selbst gegeben werden, oder nach einem anderen Verfahren kann eine den
Initiator enthaltende Lösung oder der Initiator selbst zu einer Lösung oder Suspension des NCA oder zu dem festen NCA, .wie oben
ausgeführt, gegeben werden. j_;
Zu den für die Polymerisationsreaktion als solcher verwandten
Lösungsmitteln gehören organische Äther, Ester, Ketone, Kohlenwasserstoffe,
halogenierte Kohlenwasserstoffe, N-substituierte
aliphatische Amide und andere organische Verbindungen, die das NCA nicht zersetzen, z.B. Dioxan, Tetrahydrofuran, Äthylacetat,
Benzol, Toluol, Nitrobenzol, Dichlormethan, Dichloräthan,
Chloroform, Ν,Ν-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid und Methyl-2-pyrrolidon.
Diese Lösungsmittel können entweder einzeln oder in Gemisch oder in den verschiedensten Kombinationen miteinander
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- 9 benutzt werden·
Die während der Polymerisationsreaktion zu verwendende Temperatur ist nicht besonders begrenzt, aber gewöhnlich hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, die Polymerisation in einem Temperaturbereich von etwa - 20 bis 120 C auszuführen.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der vorliegenden λ
Erfindung sind aber nicht als irgendeine Begrenzung anzusehen· Wenn nicht anders angegeben, sind die darin gebrachten Prozentgehalte
Gewichtsprozente·
10 g des in 1OO ecm Dioxan gelbsten N-Carboxyanhydrids von
L-Glutaminsäure-Z'-Methylester werden bei Raumtemperatur mit
115 mg N-Äthylimidazol versetzt. Die Polymerisation wird in 8
Stunden in einer trockenen Stickstoffatmosphäre bewirkt. Dann
wird Methanol zu dem Reaktionsgemisch gegeben, und das Polymerisat
als Niederschlag erhalten.
Als Ergebnis werden 7 t ^3S (Ti ockengewicht) des Polymerisats erhalten,
was eine quantitative Ausbeute darstellt» Die begrenzende Viskositätszahl (intrinsische Viskosität) £r)^l des gewonnenen
Polymerisats ist 1,8, wenn sie bei 25 C unter Verwendung von Dichloressigsäure als Lösungsmittel gemessen wird. Das gleiche
Messverfahren wird auch in den folgenden Beispielen angewandt.
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10 g des N-Carboxyanhydrids von L-Glutaminsäure-^T-Methylester
werden zu 120 ecm eines gemischten aus üioxan und
Dichloräthan (Volumenverhältnis 1:4) bestehenden Lösungsmittels gegeben· Dann werden 48 mg 2-Methylimidazol, die in einer
kleinen Menge Dimethylformamid gelöst sind, zu dem Reaktionsgemisch gegeben.
Nach Ö-stündiger Reaktion wird eine hochviskose, klare Polymerisatlösung
erhalten. Wenn die Reaktionslösung in Methanol gegossen wird, wird ein trockenes Polymerisat (7»55 g) erhalten.
Das stellt praktisch eine quantitative Ausbeute dar. Die begrenzende Viskositätszahl £tjj des Polymerisats ist 1,90, wenn,
wie in Beispiel 1 beschrieben, gemessen wird.
JOg von t -N-Carbobenzoxy-L-lysin-N-carboxyanhydrid werden zu
100 ecm Dioxan gegeben, wozu dann kO mg Imidazol gegeben werden.
Nach 12 Stauden wird eine hochviskose Lösung von Poly-f-N-Carbobenzoxy-L-Lysin
erhalten. Die Lösung wird in Methanol gegossen, wodurch υ in Polymerisat mit der begrenzenden Viskositäts-2,ahl£ojl,3
tit-hai ton wird.
Heispiel
k
10 g L-Alanin-i\-carboxyanhydrid werden in 100 ecm üioxan gelöst
und dünn mit 7r) "ig N-Athylimidazol versetzt« Nach 12 Stunden wird
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eine das fünffache der Reaktionsflussigkeit ausmachende Menge
Methanol zugegeben, wodurch das Polymerisat gefällt wird. Das Trockengewicht des erhaltenen Poly-L-alanins ist 5t9 £· Die Ausbeute
betragt 95 /o, und die Viskositätszahl (reduzierte Viskosität)
des Polymerisats ist 4,6, wenn sie in Üichloressigsäure
bei einer Konzentration von 1 /o und einer Temperatur von 23 C gemessen wird.
10 g L-Leucin-N-carboxyanhydrid werden in lUO ecm Athylacetat
gelöst und nach Zusatz von 128 mg 2-Methylimidazol wird die
Polymerisation 12 Stunden bei Kaumtemperatur durchgeführt. Dann
wird die Reaktionslösung in Methanol gegossen und das entstandene gefällte Polymerisat abgetrennt. Das Trockengewicht des
Polymerisats beträgt ü,5 g» was einer Ausbeute von 90 /o entspricht.
Das Polymerisat zeigt die Viskositätszahl J> ,2. ■
IU g 9T-Methyl-L-Glutaminsäure-iv'-carboxyanhydrid werden zu
100 ecm Dichloräthan gegeben. Es werden dann 115 mg Xthylenharnstoff
-(2-imidazolidinon), die in einer kleinen Menge Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid gelöst sind, zu der
ReaktionsIosung gegeben. Nach 12 Stunden wird mit Methanol versetzt
und das gefällte Polymerisat dann abgetrennt. Sein Trockengewicht beträgt 7*0 g, was eine Ausbeute von 91 /o dar-
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stellt, und die begrenzende Viskositätszahl ßoj ist, «renn in der
in Beispiel 1 beschriebenen Weise gemessen, 2,8.
10 g ^-Methyl-D,L-Glutaminsäure-N-carboxyanhydrid werden in der
gleichen Weise, wie in Beispiel/ beschrieben, umgesetzt. Erhalten wird ein Polymerisat, dessen Trockengewicht 6,5 beträgt,
was eine Ausbeute von 85 /o darstellt· Die begrenzende
Viskositätszahl [rjj ist 0,8.
Aus der so beschriebenen Erfindung geht hervor, dass sie in vieler Beziehung variiert werden kann. Solche Variationen weichen
nicht vom Geist und Umfang der Erfindung ab, und alle derartigen Modifikationen sind als innerhalb des Umfanges der folgenden
Ansprüche liegend, zu betrachten·
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Claims (1)
- - 13 Patentansprüche1· Verfahren zur Polymerisation eines ct-Aminosäure-N-carboxyanhydrids, dadurch gekennzeichnet, dass man das Anhydrid in Gegenwart von Imidazo1 oder eines Imidazolderivats oder einer Mischung derselben als Polymerisationsinitiator zu der entsprechenden Polyaminosäure polymerisiert.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anhydrid in einer oder gemischten inerten organischenfür das Anhydrid polymerisiert wird.3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass das Imidazolderivat ein aryl-, aralkyl-, alkaryl-, alkyl-, halogenalkyl-, halogen-, hydroxyalkyl-, aminoalkyl-, nitro-, amino—, mercapto-, aldehyd- oder ketosubstituiertes Derivat ^ von Imidazol, Imidazolylcarbonsäuren, Imidazolylcarbonsäureamiden, Imidazolylcarbonsäurealkylestern, Imidazolinen, Imidazolonen, Imidazolidinonen (Imidazolidonen), Benzimidazolen oder Imidazolidinen ist·k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerisationsinitiator in einer Menge von wenigstens 0,1 Mol°/o der betreffenden NCA angewandt wird.5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die109883/1393Polymerisationsreaktion bei einer Temperatur von etwa -20° bis 12O°C ausgeführt wird.6. Verfahren zur Polymerisation eines OL-Aminosäure-N-carboxyanhydrids, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lösung oder Suspension des Anhydrids in einem inerten organischen Lösungsmittel in Gegenwart von Imidazol oder eines Imidazolderivates oder eines Gemisches derselben als Polymerisationsinitiator bei einer Temperatur von etwa »20 bis 120 C polymerisiert wird, wodurch die entsprechen· de Polyaminosäure entsteht·7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Imidazolderivat ein aryl-, aralkyl-, alkaryl-, alkyl-, halogenalkyl-, halogen-, hydroxyalkyl-, aminoalkyl-, nitro-, amino-, mercapto-, aldehyd- oder ketosubstituiertes Derivat von Imidazol, ImidazoIyI-carbonsäuren, Imidazolylcarbonsäureamiden, Imidazolyl— carbonsäurealkylestern, Imidazolinen, Imidazolonen, Imidazolidinonen (Imidazolidonen), Benzimidazolen oder Imidazolidinen ist·8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassder Polymerisationsinitiator in einer Menge von mindestens 0,1 Mol°/o der betreffenden NCA angewandt wird.109883/1393- 15 -9· Ein polymerisierbares Reaktionsgemisch aus einem Oi--Aminosä'ure-N-carboxyanhydrid und Imidazol oder einem Imidazolderivat oder einem Geraisch daraus als Polymerisationsinitiator·10. Polymerisierbares Reaktionsgemisch nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet} dass der Polymerisationsinitiator in einer Menge von wenigstens 0,1 Mol /o der NCA vorliegt.κ 841Dr, Pa/HC109883/1393
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- 1968-07-19 DE DE19681770908 patent/DE1770908C3/de not_active Expired
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