DE19612768A1

DE19612768A1 - Cyclodextringruppen enthaltende Polymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE19612768A1
Application number: DE1996112768
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Huff; Axel Dr Kistenmacher; Gunnar Dr Schornick; Meik Weickenmeier; Gerhard Prof Dr Wenz
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-02
Also published as: JP2000508010A; EP0889926A1; WO1997036948A1

Description

Die Erfindung betrifft Cyclodextringruppen enthaltende Polymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Gelbildner und Verdicker, zur molekularen Verkapselung von Wirkstoffen auf dem Gebiet der Pharmazie, der Kosmetik und des Pflanzenschutzes sowie als Waschmitteladditiv, als Zusatz zu Weichspülern und als Textil- und Wäschenachbehandlungsmittel.

Die Verwendung von Cyclodextrinen als Mittel zur Mikrover kapselung von Substanzen (z. B. Riechstoffen, Pharmaka, Insektizi den und toxischen Stoffen) ist vielfach beschrieben, eine Über sicht findet sich z. B. bei W. Saenger in Angew. Chem. Int. Ed. Engl., Band 19, 344 (1980) sowie bei G. Wenz in Angew. Chem. Int. Ed. Engl., Band 33, 803 (1994). Auch der Einbau von Cyclodextrinen in Polymere ist eine häufig angewandte Tech nik, die vor allem genutzt wird, um Cyclodextrine an festen Pha sen zu immobilisieren. Die immobilisierten Cyclodextrine finden hauptsächlich Anwendung als stationäre Phasen in der chromatogra phischen Enantiomerentrennung. Es existieren unterschiedliche Verfahren zum Verknüpfen der Cyclodextrine mit Polymeren.

Cyclodextrine können durch geeignete Kupplungs- oder Vernet zungsagenzien polymerisiert werden, vgl. Helv. Chim. Acta, Band 48, 1225 (1965). Die so hergestellten Polymere enthalten Cy clodextrineinheiten in der Hauptkette des Polymers.

Polymere mit Cyclodextrinen als Seitenkettenbestandteile lassen sich herstellen, indem ein Cyclodextrin mit einer polymerisierba ren Gruppe versehen und danach eine Polymerisation mit einem ge eigneten Comonomeren durchgeführt wird. Dieses Verfahren ist z. B. bei Cyclodextrinacrylaten möglich, vgl. DE-A-40 09 825. Auch wird beispielsweise in der JP-A-3221 501 ein Verfahren zum radika lischen Pfropfen von Cyclodextrinmethacrylat auf Polyvinylalkohol beschrieben.

Die Anbindung von Cyclodextrinen an Polymere ist aber auch durch den Einsatz von geeigneten bifunktionellen Kupplungsagenzien mög lich. Ein Beispiel hierfür findet sich in der DE-A-3 91 428, die die Kupplung von Cyclodextrinen mit Gelatine mittels eines Bis- Glycidylethers beschreibt. Die Kupplung an Chitosan kann nach der gleichen Methode erfolgen (JP-A-07 173 201). Eine weitere Mög lichkeit wird in der WO-A-91/18023 beschrieben: ein Polymergrund gerüst wird für die Reaktion mit dem Cyclodextrin vorbereitet, indem zunächst Polyvinylalkohol mit 3-Chlorpropanal zum Acetal umgesetzt wird. Das erhaltene Polymer enthält nun Seitenketten mit Chlorendgruppen, die in einer nukleophilen Substitutionsreak tion mit Cyclodextrinat-Anionen umgesetzt werden.

Aus der JP-A-55 07 402 ist ein Verfahren bekannt, bei dem man zur Einführung von Cyclodextrinen in Polymere ein Reaktivgruppen ent haltendes Polymer mit unmodifizierten Cyclodextrinen umsetzt.

Es ist ebenso möglich, Cyclodextrine mit reaktiven Gruppen, z. B. Epoxygruppen, zu versehen und diese danach mit aminogruppen haltigen Polymeren zu kuppeln (FR-A-2 677 366). Halogenfunktiona lisierte Cyclodextrine, z. B. in der 6-Stellung iodierte Cyclo dextrine, können nach der lehre der JP-A-3 221 504 mit N-haltigen Polymeren, z. B. Polyallylaminen, umgesetzt werden. Auch die Addi tion von Aminogruppen enthaltenden Cyclodextrinen an Nitril gruppen enthaltende Polymere wurde gemäß der JP-A-62/258702 ge nutzt, um Cyclodextrine in die Seitenketten von Polymeren einzu bauen. Die Umsetzungsprodukte werden zur Herstellung von Membra nen für die Enantiomerentrennung von Aminosäuren verwendet. Wenn man Doppelbindungen in Cyclodextrine einführt, können diese mittels einer Hydrosilylierungsreaktion an Polymere gekoppelt werden, die Si-H-Gruppen enthalten (US-A-5 403 898). Aminogruppen enthaltende Polymere können auch mit chlormethylierten Polystyro len umgesetzt werden (JP-A-54 061 291).

Die meisten vorstehend genannten Methoden zum Einbau von Cyclo dextrinen in Polymere besitzen eine Reihe von Nachteilen, die entweder die Verwendung der Produkte einschränken oder eine che mische Modifizierung der Cyclodextrine und damit eine aufwendige Reinigung der Edukte nach sich ziehen. Viele der obengenannten Cyclodextrinpolymere sind vernetzte Produkte und damit nicht in wasserlöslicher Form darzustellen. Dies ist bei der Verwendung der Polymere als Trägermaterialien in Chromatographiesäulen zwar erwünscht, für Anwendungen in homogener, vor allem wäßriger Lösung sind diese Produkte allerdings nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Cyclodex tringruppen enthaltende Polymere zur Verfügung zu stellen, die je nach Wahl der Reaktionspartner und Reaktionsbedingungen wasser unlöslich oder wasserlöslich sein können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit Cyclodextringruppen enthaltenden Polymeren, die erhältlich sind durch

a) Deprotonierung von Cyclodextrinen oder modifizierten Cyclo dextrinen, die durch Umsetzung von Cyclodextrinen mit Alkylenoxiden, Alkylhalogeniden, Säurechloriden, Epichlor hydrin, Isocyanaten oder halogenierten Carbonsäuren herstell bar sind, mit Basen unter Ausschluß von Wasser und
b) Umsetzung der nach (a) erhältlichen deprotonierten Cyclo dextrine oder Cyclodextrinderivate mit reaktive Gruppen ent haltenden Polymeren in Abwesenheit von Wasser, wobei bei der Umsetzung von Cyclodextrinen oder modifizierten Cyclo dextrinen mit Isocyanat-Gruppen oder Säurechlorid-Gruppen enthaltenden Reaktivpolymeren auf den Deprotonierungsschritt verzichtet werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstel lung der oben beschriebenen Cyclodextringruppen enthaltenden Po lymeren, bei dem man

a) Cyclodextrine oder Cyclodextrinderivate, die durch Umsetzung von Cyclodextrine mit Alkylenoxiden, Alkylhalogeniden, Säure chloriden, Epichlorhydrin, Isocyanaten oder halogenierten Carbonsäuren herstellbar sind, mit Basen in Abwesenheit von Wasser deprotoniert und
b) die nach (a) erhaltenen deprotonierten Cyclodextrine oder Cy clodextrinderivate mit reaktive Gruppen enthaltenden Polyme ren in Abwesenheit von Wasser umsetzt.

Als Cyclodextrine kommen z. B. α-, β-, γ- und δ-Cyclodextrine in Betracht. Sie werden beispielsweise durch enzymatischen Abbau von Stärke gewonnen und bestehen aus 6 bis 9 D-Glucoseeinheiten, die über eine α-1,4-glycosidische Bindung miteinander verknüpft sind. α-Cyclodextrin besteht aus 6 Glycosemolekülen.

Unter modifizierten Cyclodextrinen sollen Reaktionsprodukte ver standen werden, die durch Umsetzung von Cyclodextrinen mit Alkylenoxiden, Alkylhalogeniden, Säurechloriden, Epichlorhydrin, Isocyanaten oder halogenierten Carbonsäuren herstellbar sind. So eignen sich beispielsweise Umsetzungsprodukte von α-, β- und γ-Cyclodextrinen mit Alkylenoxiden, wie Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder Styroloxid, Umsetzungsprodukte der genannten Cyclodextrine mit Alkylierungsmitteln wie C₁-C₂₂-Alkylhalogeniden, z. B. Methylchlorid, Ethylchlorid, Isopropylchlorid, n-Butylchlo rid, Isobutylchlorid, Ethylbromid, n-Butylbromid, Benzylchlorid, Laurylchlorid, Stearylchlorid oder Benzylchlorid und Dimethyl sulfat. Eine weitere Modifizierung von Cyclodextrinen ist auch durch Umsetzung mit halogenierten Carbonsäuren oder deren Salzen möglich, z. B. mit Chloressigsäure. Die in Betracht kommenden Cyclodextrine können auch durch Umsetzung mit Säurechloriden wie Acetylchlorid, Acrylsäurechlorid, Methacrylsäurechlorid oder Benzoylchlorid modifiziert werden. Eine weitere Modifizierung von Cyclodextrinen gelingt durch Umsetzung mit Epichlorhydrin oder Isocyanaten wie Tetramethylen-1,4-diisocyanat, Hexamethy len-1,6-diisocyanat, 1,2-Cyclohexandiisocyanat, 1,3-Cyclohexandi isocyanat, 1,4-Cyclohexandiisocyanat, Octamethylendiisocyanat, Decamethylendiisocyanat, Dodecamethylendiisocyanat, Tetradeca methylendiisocyanat, Dicyclohexylmethan-4,4′-diisocyanat, Iso phorondiisocyanat, 2,4′-Diphenylmethandiisocyanat, 2,4-Toluylen diisocyanat, 2,6-Toluylendiisocyanat, 1,4-Phenylendiisocyanat, 1,5-Naphthalendiisocyanat, 2,2′,6,6′-Tetramethyl-4,4′-diphenyl methandiisocyanat, 2,2′-Diphenylmethandiisocyanat, 2,4′-Diphenyl methandiisocyanat, 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat, 2,2,4-Tri methylhexamethylendiisocyanat. Natürlich können auch dimere und höhere Oligomere der Isocyanate sowie polymere Isocyanate einge setzt werden. Beispielsweise kann N,N′-Bis(3-isocyanato-4-methyl phenyl)-uretdion (2,4-Toluylendiisocyanat-Dimer) verwendet werden. Als übliche höher funktionelle Diisocyanate eignen sich Triiso cyanate wie z. B. 2,4,6-Triisocyanatoltoluol. Ebenso können Gemi sche der erwähnten Isocyanate eingesetzt werden.

Beispiele für modifizierte Cyclodextrine sind Dimethyl-β-cyclodex trin, 2,6-Dimethyl-β-cyclodextrin sowie substituierte, vorzugs weise statistisch substituierte Derivate wie Acetyl-β-cyclodex trin, Hydroxypropyl-α-cyclodextrin, Hydroxypropyl-β-cyclodextrin, Hydroxypropyl-γ-cyclodextrin und Methyl-α-cyclodextrin.

Vorzugsweise verwendet man α-, β- und γ-Cyclodextrin oder Mischungen solcher Cyclodextrine.

Um die erfindungsgemäßen Cyclodextringruppen enthaltenden Poly mere herzustellen, werden die oben beschriebenen Cyclodextrine oder modifizierten Cyclodextrine in einer ersten Reaktionsstufe deprotoniert.

Die Deprotonierung erfolgt unter Ausschluß von Wasser. Man kann hierfür beispielsweise Hydride, Alkyl- oder Arylverbindungen von Metallen der ersten bis dritten Hauptgruppe des Periodensystems oder Alkalimetallamide, Alkalimetallalkoholate oder Alkalimetall hydroxide einsetzen. Geeignete Basen sind beispielsweise Lithium hydrid, Natriumhydrid, Lithiumborhydrid, Lithiumaluminiumhydrid, Kaliumhydrid sowie alkalimetallorganische Verbindungen wie Butyl lithium, Phenyllithium oder Magnesiumalkylhalogenide wie Ethyl magnesiumbromid. Außerdem eignen sich aluminiumorganische Verbindungen wie Triethylaluminium sowie Alkalimetallamide wie Natriumamid. Auch die Metalle der ersten bis dritten Hauptgruppe des Periodensystems selbst, z. B. Natrium- oder Kaliummetall, eig nen sich. Prinzipiell sind auch Mischungen aller genannten Basen einsetzbar. Vorzugsweise verwendet man Lithiumhydrid, Natrium hydrid und/oder Natriummethanolat als Base. Pro Mol Cyclodextrin oder Cyclodextrinderivat wird mindestens 1 mol einer Base einge setzt.

Die Deprotonierung wird in einem wasserfreien gegenüber der ver wendeten Base inerten Löse- oder Verdünnungsmittel vorgenommen. Geeignete Verdünnungsmittel sind beispielsweise Dimethylformamid, Dioxan, Tetrahydrofuran, Dimethylacetamid, Pyridin und Dimethyl sulfoxid.

Die deprotonierten Cyclodextrine oder modifizierten Cyclodextrine werden in einer zweiten Verfahrensstufe mit reaktive Gruppen ent haltenden Polymeren in Abwesenheit von Wasser umgesetzt. Hierbei findet eine Addition der deprotonierten Verbindungen an das reak tive Gruppen enthaltende Polymer statt. Unter reaktive Gruppen enthaltenden Polymeren sollen alle Polymeren verstanden werden, die Anhydrid-, Isocyanat-, Säurehalogenid-, Epoxygruppen oder Ha logene als reaktive Gruppe enthalten. Geeignete Anhydridgruppen enthaltende Polymerisate sind beispielsweise durch Polymerisation von monoethylenisch ungesättigten Dicarbonsäureanhydriden erhält lich. Die Dicarbonsäureanhydride haben beispielsweise 4 bis 12 Kohlenstoffatome, z. B. Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure anhydrid, Citraconsäureanhydrid, Methaconsäureanhydrid oder Methylenmalonsäureanhydrid. Bevorzugt wird Maleinanhydrid einge setzt. Die monoethylenisch ungesättigten Carbonsäureanhydride werden beispielsweise nach Art einer Fällungspolymerisation in einem aromatischen Lösemittel wie Toluol, Xylol, Isopropylbenzol oder Cumol in Gegenwart von Radikale bildenden Polymerisationsi nitiatoren polymerisiert. Als Initiator verwendet man vorzugs weise Peroxiester, vgl. EP-A-0 276 464.

Weitere geeignete reaktive Gruppen aufweisende Polymerisate sind außerdem dadurch erhältlich, daß man die oben angegebenen ethylenisch ungesättigten Anhydride mit anderen copolymerisier baren Monomeren copolymerisiert. Solche copolymerisierbaren Mono meren sind beispielsweise C₂- bis C₁₂-Olefine, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam, C₁-C₂₄-Alkylvinylether, N-Vinylformamid, mono ethylenisch ungesättigte C₃- bis C₈-Carbonsäuren, deren Ester und Amide. Als Olefine kommen beispielsweise Ethylen, Propylen, n-Bu ten, Isobuten und Diisobuten in Betracht. Vorzugsweise geeignete Alkylvinylether sind Methylvinylether, n-Propylvinylether und Isobutylvinylether. Als monoethylenisch ungesättigte Carbonsäuren eignen sich beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Malein säure, Fumarsäure, Itaconsäure und Crotonsäure. Von den Estern der in Betracht kommenden monoethylenisch ungesättigten Carbon säuren werden vorzugsweise Ethylacrylat, Methylacrylat, Methyl methacrylat, Ethylmethacrylat, Isopropylacrylat, 2 -Ethylhexyl acrylat und 2-Ethylhexylmethacrylat eingesetzt. Bevorzugt in Be tracht kommende Amide sind Acrylamid und Methacrylamid. Bevorzugt eingesetzte reaktive Copolymere sind Copolymerisate aus N-Vinyl pyrrolidon und Maleinsäureanhydrid, Copolymerisate aus Isobuten und Maleinsäureanhydrid, Copolymerisate aus Diisobuten und Maleinsäureanhydrid, Copolymerisate aus N-Vinylcaprolactam und Maleinsäureanhydrid, Copolymerisate aus Butylvinylether und Maleinsäureanhydrid, Copolymerisate aus N-Vinylformamid und Maleinsäureanhydrid sowie Copolymerisate aus Acrylsäure und Maleinsäureanhydrid. Die Maleinsäureanhydridcopolymerisate können die Comonomeren in Mengen von beispielsweise 1 bis 99, vorzugs weise 10 bis 90 mol-% einpolymerisiert enthalten. Vorzugsweise werden alternierende Copolymerisate aus N-Vinylpyrrolidon und Maleinsäureanhydrid, aus Isobuten und Maleinsäureanhydrid oder aus Diisobuten und Maleinsäureanhydrid eingesetzt. Die oben be schriebenen Copolymerisate, die monoethylenisch ungesättigte Anhydride einpolymerisiert enthalten, können ggf. weitere copoly merisierbare monoethylenisch ungesättigte Monomere einpolymeri siert enthalten. Solche Monomere sind beispielsweise C₁₄-C₃₀-Olefine, Polyisobutene mit Molmassen bis zu 6000, ins besondere bis zu 2500, vor allem bis zu 1200, Vinylformiat, Vinylacetat, 4-Vinylpyridin, Styrol und Methylstyrol.

Die reaktive Gruppen enthaltenden Polymeren können anstelle der Anhydridgruppen von monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren auch Alkylvinylisocyanate wie Methylvinylisocyanat oder Vinyliso cyanat oder Vinyloxiran einpolymerisiert enthalten. Solche Poly meren werden beispielsweise hergestellt, indem man Vinylisocyanat oder Alkylvinylisocyanate radikalisch polymerisiert oder copoly merisiert, oder indem man ungesättigte Polymere polymeranalog epoxidiert. Insbesondere von Interesse sind Copolymere dieser Monomere mit den oben angegebenen Comonomeren, welche zur Her stellung der reaktive Gruppen aufweisenden Polymerisate angegeben sind. Im Falle von Methylvinylisocyanat sind vorzugsweise dieje nigen Comonomeren zu verwenden, die keine unter den Reaktions bedingungen gegenüber Isocyanat-Gruppen reaktiven Funktionen be sitzen.

Weitere geeignete reaktive Polymere enthalten Säurehalogenid- Gruppen. Solche Polymerisate sind beispielsweise durch Polymeri sieren von Chloriden monoethylenisch ungesättigter Carbonsäuren wie Acrylsäurechlorid oder durch Chlorierung von Polymerisaten monoethylenisch ungesättigter Carbonsäuren erhältlich, z. B. durch Chlorieren von Polyacrylsäure oder Copolymerisaten aus Acrylsäure und Maleinsäure mit Thionylchlorid. Epoxigruppen enthaltende Polymere werden vorzugsweise durch Polymerisieren von Glycidyl acrylat oder Glycidylmethacrylat hergestellt. Diese reaktiven Mo nomeren können gegebenenfalls mit anderen Comonomeren wie Acryl säureestern von Alkoholen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen copoly merisiert werden. Als reaktive Polymere eignen sich außerdem Ha logen enthaltende Polymere wie Polyvinylchlorid oder chlorierte Polystyrole.

Die Molmassen der reaktiven Polymeren können in einem weiten Be reich schwanken. Geeignete Polymere enthalten mindestens 3 Monomereinheiten. Die Molmassen der reaktiven Polymeren betra gen beispielsweise 200 bis 5 000 000 (Mw) und liegen vorzugsweise in dem Bereich von 500 bis 1 000 000 (Mw). Vorzugsweise in Betracht kommende Cyclodextringruppen enthaltende Polymere sind beispiels weise erhältlich durch

a) Deprotonierung von Cyclodextrinen mit Lithiumhydrid, Natrium hydrid oder Natriummethanolat, wobei man pro Mol Cyclodextrin mindestens 1 mol dieser Base einsetzt und
b) die Lithium-Cyclodextrinate mit Copolymerisaten aus
- - C₂- bis C₁₂-Olefinen, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaproiactam, C₁- bis C₂₄-Alkylvinylether, N-Vinylformamid oder mono ethylenisch ungesättigten C₃- bis C₈-Carbonsäuren, deren Ester oder Amide und
- - Anhydriden monoethylenisch ungesättigter Carbonsäuren, Me thylvinylisocyanat oder Vinyloxiran

umsetzt. Die reaktiven Gruppen im Polymer werden zu 1 bis 100, vorzugsweise 10 bis 70% mit den Cyclodextrinaten umgesetzt. Die Umsetzung erfolgt dabei vorzugsweise in dem Verdünnungsmittel, in dem auch die Deprotonierung der Cyclodextrine vorgenommen wurde. Die Reaktionstemperaturen betragen beispielsweise 10 bis 80°C, vorzugsweise 20 bis 60°C. Die Umsetzung eines Copolymerisats aus Isobuten und Maleinsäureanhydrid mit einem deprotonierten α-, β- oder γ-Cyclodextrin erfolgt beispielsweise nach folgendem Schema:

Wenn man 2 oder 3 Hydroxylgruppen des Cyclodextrins deprotoniert, kann man die reaktive Gruppen enthaltenden Polymeren vernetzen.

Die erfindungsgemäßen Cyclodextringruppen enthaltenden Polymere sind in der Regel gut wasserlöslich, d. h. normalerweise zu minde stens 5 Gew.-% in Wasser löslich.

Die Cyclodextringruppen enthaltenden Polymeren werden als Gel bildner und Verdicker, zur molekularen Verkapselung von Wirkstof fen auf dem Gebiet der Pharmazie, der Kosmetik und des Pflanzen schutzes sowie als Waschmitteladditiv, als Zusatz zu Weichspülern und als Textil- und Wäschenachbehandlungsmittel verwendet. Die erfindungsgemäßen Polymeren können beispielsweise in Wasser schwerlösliche Verbindungen durch Ausbildung von Wirt-Gast-Ein schlußverbindungen solubilisieren. Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen cyclodextrinhaltigen Polymeren als Gelbildner oder Verdicker tritt der viskositätserhöhende Effekt durch Zugabe von wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymeren ein, die lipophile Gruppen enthalten, wobei die lipophilen Gruppen in der Polymerhauptkette enthalten und/oder als Seitengruppen an das Po lymer angebunden sein können. Geeignete lipophile Gruppen sind zum Beispiel Adamantyl-Gruppen oder C₆- bis C₂₈-Alkyl- oder -Alkenylreste. Die cyclodextrinhaltigen Polymere bilden dabei cooperative Effekte durch nichtkovalente Verknüpfung mit den hy drophobe Gruppen enthaltenden Polymeren aus. Diese Wechselwirkun gen sind naturgemäß besonders stark in Wasser oder wasserhaltigen Lösungsmitteln, sie werden schwächer in Lösungsmitteln mit gerin gerer Polarität. So kann beispielsweise ein wasserlöslicher oder ein wasserdispergierbarer Polyester mit den erfindungsgemäßen Cyclodextrinen durch Ausbildung eines physikalischen Netzwerks eine Verdickung des wäßrigen Systems herbeiführen. Geeignete Po lyester, die diesen Effekt zeigen, sind bekannte Verbindungen, die beispielsweise in Waschmitteln als Vergrauungsinhibitor verwendet werden. Sie sind erhältlich durch Veresterung von Terephthalsäure mit Ethylenglykol und Polyalkylenglykolen einer Molmasse von 500 bis 5000 erhältlich.

Einkondensierbare Monomere, die ein Polymer zu Wechselwirkungen mit den Cyclodextrinpolymeren befähigen können, sind hydrophobe Diole, Triole und höhere Alkohole. Ebenso sind hydrophobe Mono-, Di-, Tricarbonsäuren und höherwertige hydrophobe Carbonsäuren ge eignet. Weitere geeignete Polymere sind Polyester, die hydrophobe Seitenketten enthalten. Z.B. können Polyester, in die Fett alkohole und/oder deren alkoxilierte Derivate einkondensiert wur den, eine Verdickung herbeiführen. Die Umsetzung von hydrophoben mehrwertigen Alkoholen mit Isocyanaten und einkondensierbaren hy drophilen Komponenten kann natürlich ebenfalls zu geeigneten hy drophobe Gruppen enthaltenden wasserlöslichen Polymeren führen. Ebenfalls geeignet sind Polymere, die durch die Copolymerisation von hydrophile Polymere bildenden ethylenisch ungesättigten Verbindungen mit hydrophoben Monomeren zugänglich sind. Geeignete Polymere aus dieser Gruppe sind z. B. hydrophobe Gruppen enthal tende Polyacrylate. Es können z. B. ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren mit Acrylaten wie z. B. Laurylacrylat oder Stearyl acrylat copolymerisiert werden, um geeignete Polymere herzustel len. Auch Urethanalkoxilate können als hydrophobe Gruppen enthal tende Polymere dienen. So kann z. B. die Anbindung von einwertigen C₆- bis C₂₈-Alkoholen an Polyalkylenoxide mittels Di- oder Oligo isocyanaten zu geeigneten Polymeren führen. Die Anbindung von hy drophoben Molekülen an hydrophile Polymersegmente kann aber auch über Chlorhydrine wie Epichlorhydrin oder Bis-Glycidylether er folgen.

Daneben können die erfindungsgemäßen Cyclodextringruppen ent haltenden Polymeren zur molekularen Verkapselung von Wirkstoffen eingesetzt werden. Bei den Wirkstoffen kann es sich um Pharmazeu tika, Kosmetika oder Pflanzenschutzmittel wie Insektizide, Herbizide, Fungizide oder Pheromone handeln. Die Vorteile der mo lekularen Verkapselung von Wirkstoffen mit cyclodextrinhaltigen Polymeren bestehen im Schutz der Wirkstoffe vor der Einwirkung von Licht und Sauerstoff, in der Solubilisierung von wasserun löslichen Substanzen und/oder der Erhöhung ihrer Lösegeschwindig keit, in der Stabilisierung von Emulsionen und Schäumen, in der Immobilisierung leicht flüchtiger sowie toxischer Substanzen. Da durch ergibt sich eine bessere Handhabung, vorteilhaftere Dosie rung und eine höhere Lagerstabilität. Bei der erfindungsgemäß möglichen Immobilisierung von Wirkstoffen mit den Cyclodextrin gruppen enthaltenden Polymeren wird beispielsweise die Reaktivi tät der eingeschlossenen Substanzen gezielt beeinflußt. Die Poly meren können außerdem in der Geleinschluß-Chromatographie, der Kapillar-Elektrophorese, bei chiralen Trennsäulen zur Trennung von Verbindungen und als Chemosensoren verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Cyclodextrin-Polymere mit anionischen Gruppen (z. B. Carboxylgruppen) eignen sich außerdem zum Einschluß von Wirk- und Schadstoffen und der anschließenden Abtrennung durch Bildung von Polyelektrolytkomplexen durch Zugabe von Polykationen (wie Polyvinylamin, Polyethylenimin, Chitosan oder quartäre N-Atome enthaltende Polymere).

Beispiel 1

Man stellt zunächst ein Copolymerisat aus N-Vinylpyrrolidon und Maleinsäureanhydrid nach der in Makromol. Chem. 178, 1729-1738 (1977) gegebenen Vorschrift durch Polymerisieren von 2,86 g N-Vi nylpyrrolidon und 0,49 g Maleinsäureanhydrid mit Dibenzoylperoxid als Initiator her. Die Polymerisation wird bei 70°C durchgeführt und das Polymerisat in 25 ml wasserfreiem Dimethylformamid ge löst.

4,87 g α-Cyclodextrin werden in 200 ml wasserfreiem Dimethylform amid gelöst und durch Deprotonierung mit der stöchiometrischen Menge an Lithiumhydrid (0,040 g) aktiviert. Das entstandene Dex trinat wird mit dem oben beschriebenen Copolymerisat aus N-Vinyl pyrrolidon und Maleinsäureanhydrid bei Raumtemperatur umgesetzt. Die Reaktion ist nach 6 bis 12 Stunden beendet. Man destilliert dann das Dimethylformamid ab und löst den festen Rückstand in 120 ml Wasser.

Die Abtrennung oligomerer Verbindungen erfolgt mittels Ultra filtration in Wasser gegen eine Cellulosemembran mit einer Ausschlußgrenze von 20 000 Dalton. Messungen mit Hilfe der Gel permeationschromatographie (GPC-Messungen) zeigen eine vollstän dige Anreicherung der nicht umgesetzten Cyclodextrinmoleküle im Permeat, während das Retentat ausschließlich aus hochmolekularen Cyclodextrinpolymeren besteht. Das Retentat wird gefriergetrock net. Man erhält 2,88 g eines α-Cyclodextringruppen enthaltenden Polymers. Die Ausbeute beträgt 35%. Der Cyclodextrinanteil im Polymerisat beträgt aufgrund von Drehwertmessungen zwischen 45 und 50 Gew.-%. Mit Hilfe der Mikrokalorimetrie kann die Ausbil dung von Einschlußverbindungen des Cyclodextrinpolymers mit mono meren als auch mit polymeren Gastmolekülen nachgewiesen werden.

Beispiel 2

Man stellt zunächst ein Copolymerisat her, indem man eine Mischung aus 8,738 g N-Vinylpyrrolidon und 1,5706 g Maleinsäure anhydrid bei 95°C mit Dibenzoylperoxid als Polymerisationsinitia tor polymerisiert. Das Copolymerisat wird in 100 ml wasserfreiem Dimethylformamid gelöst.

17,164 g β-Cyclodextrin werden in 400 ml wasserfreiem Dimethyl formamid gelöst und durch Deprotonierung mit einer stöchiome trischen Menge an Lithiumhydrid (0,122 g) aktiviert. Das so er hältliche Cyclodextrinat wird mit der oben beschriebenen Lösung des Copolymerisats aus N-Vinylpyrrolidon und Maleinsäureanhydrid umgesetzt. Nach einer Reaktionszeit von 20 Stunden bei Raumtempe ratur destilliert man das Dimethylformamid ab und löst den festen Rückstand in 100 ml Wasser. Die Polymerlösung wird mit Hilfe einer Ultrafiltration in Wasser gegen eine Cellulosemembran mit einer Ausschlußgrenze von 20 000 Dalton gereinigt. GPC-Messungen zeigen eine vollständige Anreicherung der nicht umgesetzten Cy clodextrinmoleküle im Permeat, während das Retentat ausschließ lich aus hochmolekularen Cyclodextrinpolymeren besteht. Durch Gefriertrocknung des Retentats erhält man 8,868 g β-Cyclodextrin polymer als Feststoff. Die Ausbeute beträgt 32,28%.

Beispiel 3

4,866 g α-Cyclodextrin werden in 100 ml wasserfreiem Dimethyl formamid gelöst und durch Deprotonierung mit einer stöchiome trischen Menge Lithiumhydroxid von 0,04 g aktiviert. Das entstan dene Lithium-Cyclodextrinat wird mit einer Lösung von 0,795 g eines Copolymerisates aus Isobuten und Maleinsäureanhydrid einer Molmasse (Mw) von 3000 (K-Wert nach Fikentscher in 1%iger Lösung in Cyclohexanon: 15) in 50 ml wasserfreiem Dimethylformamid umge setzt. Das Reaktionsgemisch wird dabei zunächst 1 Stunde bei Raumtemperatur und dann noch weitere 4 Stunden bei 50°C unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt. Anschließend destilliert man das Dimethylformamid ab und löst den festen Rückstand in 100 ml Wasser bei Raumtempertur.

Die wäßrige Polymerlösung wird mit Hilfe einer Ultrafiltration gegen eine Cellulosemembran mit einer Ausschlußgrenze von 20 000 Dalton gereinigt. GPC-Messungen zeigen eine vollständige Anreicherung der nicht umgesetzten Cyclodextrinmoleküle im Per meat, während das Retentat ausschließlich aus α-Cyclodextringrup pen enthaltenden Polymeren besteht. Durch Gefriertrocknung des Retentats erhält man 1,431 g α-Cyclodextrinpolymer als Feststoff. Die Ausbeute beträgt 25,3%. Der Cyclodextrinanteil des Polymeren beträgt nach ¹H-NMR-Messungen gegen einen internen Standard 59,18 Gew.-% α-Cyclodextrin pro Polymer. Mit Hilfe der Mikroka lorimetrie konnte die Ausbildung von Einschlußverbindungen des Cyclodextrinpolymers mit 1,8-Octandiol als Gastmolekül nachgewie sen werden.

Beispiel 4

4,689 g β-Cyclodextrin werden in 100 ml wasserfreiem Dimethylform amid gelöst und durch Deprotonierung mit einer stöchiometrischen Menge an Lithiumhydrid von 0,04 g aktiviert. Das entstandene Cy clodextrinat wird mit einer Lösung von 0,8219 g des in Beispiel 3 beschriebenen Copolymerisats aus Isobuten und Maleinsäureanhydrid in 50 ml wasserfreiem Dimethylformamid umgesetzt. Das Reaktions gemisch wird zunächst eine Stunde bei Raumtemperatur und danach 4 Stunden bei 50°C unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt. Da nach destilliert man das Dimethylformamid ab und löst den festen Rückstand in 100 ml Wasser bei 20°C.

Die Reinigung der Polymerlösungen erfolgt wie in Beispiel 3 be schrieben. Durch Gefriertrocknung des Retentats erhält man 1,673 g β-Cyclodextrinpolymer als Feststoff mit einer Ausbeute von 25,7%. Der Cyclodextrinanteil im Polymeren beträgt 50,72 Gew.-% (bestimmt mit Hilfe einer ¹H-NMR-Messung). Mit Hilfe der Mikroka lorimetrie konnte die Ausbildung von Einschlußverbindungen des β-Cyclodextrinpolymers mit Adamantancarbonsäure und tert-Butyl benzoesäure als Gastmoleküle nachgewiesen werden.

Beispiel 5

6,488 g γ-Cyclodextrin werden in 150 ml wasserfreiem Dimethylform amid gelöst und durch Deprotonierung mit einer stöchiometrischen Menge an Lithiumhydrid von 0,04 g aktiviert. Das entstandene Cy clodextrinat wird mit einer Lösung von 0,801 g eines Copoly merisats aus Isobuten und Maleinsäureanhydrid der Molmasse (Mw) von 3000 (K-Wert nach Fikentscher in 1%iger Lösung in Cyclo hexanon: 15) in 50 ml wasserfreiem Dimethylformamid umgesetzt. Das Reaktionsgemisch wird 5 Stunden bei 35°C unter Stickstoff atmosphäre gerührt. Danach destilliert man das Dimethylformamid ab und löst den festen Rückstand in 100 ml Wasser bei Raumtempe ratur. Die Reinigung der Polymerlösung erfolgt nach der in Bei spiel 3 angegebenen Methode. Durch Gefriertrocknung des Retentats erhält man 1,3 g eines Cyclodextringruppen enthaltenden Polymers als Feststoff mit einer Ausbeute von 18,24%.

Beispiel 6

4,866 g α-Cyclodextrin werden in 100 ml absolutem Dimethylform amid gelöst und durch Deprotonierung mit einer stöchiometrischen Menge an Lithiumhydrid (0,04 g) aktiviert. Das entstandene Lithi um-Cyclodextrinat wird mit einer Lösung von 1,0611 g eines alter nierenden Copolymerisats aus Diisobuten und Maleinsäureanhydrid der Molmasse (Mw) von 1900 (K-Wert nach Fikentscher in 1%iger Lösung in Cyclohexanon: 12) in 50 ml wasserfreiem Diemthylforma mid umgesetzt. Das Reaktionsgemisch wird zunächst eine Stunde bei Raumtemperatur und danach 4 Stunden bei 50°C unter einer Stick stoffatmosphäre gerührt. Danach destilliert man des Demethylform amid ab und löst den festen Rückstand in 100 ml Wasser bei 20°C.

Die Polymerlösung wird nach der in Beispiel 3 beschriebenen Me thode gereinigt. Aus dem Retentat erhält man durch Gefrier trocknung 0,741 g α-Cyclodextrinpolymer als Feststoff mit einer Ausbeute von 12,5%. Der Cyclodextrinanteil im Polymer beträgt 17,51 Gew.-%. Mit Hilfe der Mikrokalorimetrie konnte die Ausbil dung von Einschlußverbindungen mit 1,8-Octandiol als Gastmolekül nachgewiesen werden.

Beispiel 7

5,697 g β-Cyclodextrin werden in 100 ml wasserfreiem Dimethylform amid gelöst und durch Deprotonierung mit einer stöchiometrischen Menge an Lithiumhydrid von 0,04 g aktiviert. Das entstandene Li thium-Cyclodextrinat wird mit einer Lösung von 1,101 g eines al ternierenden Copolymerisats aus Diisobutenmaleinsäureanhydrid einer Molmasse von (Mw) von 1900 (K-Wert nach Fikentscher in 1%iger Lösung in Cyclohexanon: 12) in 50 ml wasserfreiem Dimethylformamid eingesetzt. Das Reaktionsgemisch wird hierbei 4 Stunden bei 40°C unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt. An schließend destilliert man das Demethylformamid ab und löst den festen Rückstand in 130 ml Wasser bei 20°C.

Die wäßrige Polymerlösung wird nach der in Beispiel 3 angegebenen Methode gereinigt. Bei der Gefriertrocknung des Retentats erhält man 1,30 g β-Cyclodextrinpolymer als Feststoff mit einer Ausbeute von 19,12%. Das Polymer weist einen Cyclodextrinanteil von 31,2 Gew.-% auf. Mit Hilfe der Mikrokalorimetrie konnte die Bildung von Einschlußverbindungen des β-Cyclodextrinpolymers mit Adamantancarbonsäure und tert-Butylbenzolsäure als Gastmoleküle nachgewiesen werden.

Beispiel 8

6,483 g γ-Cyclodextrin werden in 200 ml wasserfreiem Dimethylform amid gelöst und durch Deprotonierung mit einer stöchiometrischen Menge an Lithiumhydrid von 0,04 g aktiviert. Das entstandene Li thium-Cyclodextrinat wird mit einer Lösung von 1,082 g eines al ternierenden Copolymerisats aus Diisobuten und Maleinsäure anhydrid mit einer Molmasse von (Mw) von 1900 (K-Wert nach Fikentscher in 1%iger Lösung in Cyclohexanon: 12) in 50 ml wasserfreiem Dimethylformamid umgesetzt. Das Reaktionsgemisch wird 7 Stunden bei 30°C unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt.

Danach destilliert man das Demethylformamid ab und löst den fe sten Rückstand in 100 ml Wasser bei 20°C. Die wäßrige Polymer lösung wird wie in Beispiel 3 beschrieben gereinigt. Durch Gefriertrocknung des Retentats erhält man 2 g γ-Cyclodextrinpoly mer als Feststoff mit einer Ausbeute von 26,4%.

Claims

1. Cyclodextringruppen enthaltende Polymere, dadurch gekenn zeichnet, daß sie erhältlich sind durch

(a) Deprotonierung von Cyclodextrinen oder modifizierten Cyclodextrinen, die durch Umsetzung von Cyclodextrinen mit Alkylenoxiden, Alkylhalogeniden, Säurechloriden, Epichlorhydrin, Isocyanaten oder halogenierten Carbon säuren herstellbar sind, mit Basen unter Ausschluß von Wasser und
(b) Umsetzung der nach (a) erhältlichen deprotonierten Cyclo dextrine oder Cyclodextrinderivate mit reaktive Gruppen enthaltenden Polymeren in Abwesenheit von Wasser, wobei bei der Umsetzung von Cyclodextrinen oder modifizierten Cyclodextrinen mit Isocyanat-Gruppen oder Säurechlorid- Gruppen enthaltenden Reaktivpolymeren auf den Deprotonie rungsschritt verzichtet werden kann.

2. Cyclodextringruppen enthaltende Polymere nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch

(a) Deprotonierung von α-, β-, oder γ-Cyclodextrinen mit Hy driden, Alkyl- oder Arylverbindungen von Metallen der 1. bis 3. Hauptgruppe des Periodischen Systems oder Alkali metallamiden, Alkalimetallalkoholaten der Alkalimetall hydroxiden unter Ausschluß von Wasser und
(b) Umsetzung der nach (a) erhaltenen deprotonierten Cyclo dextrine mit Polymeren, die Anhydrid-, Isocyanat-, Säure halogenid-, Epoxygruppen oder Halogene als reaktive Gruppe enthalten.

3. Cyclodextringruppen enthaltende Polymere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch

(a) Deprotonierung von Cyclodextrinen mit Lithiumhydrid, Natriumhydrid oder Natriummethanolat, wobei man pro Mol Cyclodextrin mindestens 1 Mol dieser Base einsetzt und
(b) die Lithium-Cyclodextrinate mit Copolymerisaten aus
- C₂- bis C₁₂-Olefinen, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylca prolactam, C₁- bis C₂₄-Alkylvinylether, N-Vinylforma mid oder monoethylenisch ungesättigten C₃- bis C₈-Carbonsäuren, deren Ester oder Amiden und
- Anhydriden monoethylenisch ungesättigter Carbon säuren, Methylvinylisocyanat oder Vinyloxiran

umsetzt.

4. Cyclodextringruppen enthaltende Polymere nach einem der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 100% der reaktiven Gruppen der Polymerisate umgesetzt sind.

5. Cyclodextringruppen enthaltende Polymere nach einem der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu minde stens 5 Gew.-% in Wasser löslich sind.

6. Verfahren zur Herstellung von Cyclodextringruppen ent haltenden Polymeren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) Cyclodextrine oder Cyclodextrinderivate, die durch Umset zung von Cyclodextrinen mit Alkylenoxiden, Alkylhaloge niden, Säurechloriden, Isocyanaten oder halogenierten Carbonsäuren herstellbar sind, mit Basen in Abwesenheit von Wasser deprotoniert und
(b) die nach (a) erhaltenen deprotonierten Cyclodextrine oder Cyclodextrinderivate mit reaktive Gruppen enthaltenden Polymeren in Abwesenheit von Wasser umsetzt.

7. Verwendung der Cyclodextrin-Gruppen enthaltenden Polymeren nach den Ansprüchen 1 bis 6 als Gelbildner und Verdicker, zur molekularen Verkapselung von Wirkstoffen auf dem Gebiet der Pharmazie, der Kosmetik und des Pflanzenschutzes sowie als Waschmitteladditiv, als Zusatz zu Weichspülern und als Textil- und Wäschenachbehandlungsmittel.