DE19924790A1 - Polymerisierbare, olefinisch ungesättigte Monomere - Google Patents

Polymerisierbare, olefinisch ungesättigte Monomere

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Abstract

Die Erfindung betrifft neue polymerisierbare, olefinisch ungesättigte Monomere mit basischen Gruppen der allgemeinen Formel (I) DOLLAR F1 in welcher DOLLAR A R·1· für H oder Methyl steht, DOLLAR A L¶1¶, L¶2¶ unabhängig voneinander für Alkylen mit 1 bis 6 C-Atomen stehen, DOLLAR A A für Sauerstoff oder N-R·3· steht, DOLLAR A R·3· für H oder C¶1¶-C¶4¶-Alkyl steht, DOLLAR A n für eine ganze Zahl von 0 bis 10 steht und DOLLAR A R·2· für NH¶2¶ oder eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppe oder einen 5- oder 6-gliedrigen Ring mit mindestens einem N-Atom steht, DOLLAR A ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie daraus hergestellte Polymere.

Description

Die Erfindung betrifft neue polymerisierbare, olefinisch ungesättigte Monomere mit basischen Gruppen der allgemeinen Formel (I)
in welcher
R1 für H oder Methyl steht,
L1, L2 unabhängig voneinander für Alkylen mit 1 bis 6 C-Atomen stehen,
A für Sauerstoff oder N-R3 steht,
R3 für H oder C1-C4-Alkyl steht,
n für eine ganze Zahl von 0 bis 10 steht und
R2 für NH2 oder eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppe oder einen 5- oder 6- gliedrigen Ring mit mindestens einem N-Atom steht,
und daraus hergestellte Polymere.
Polymere mit basischen Gruppen finden vielfältige Anwendungen beispielsweise als Anionenaustauscher, als Chromatographierharze oder als Hilfsmittel in der medizini­ schen Diagnostik zum Abtrennen von Nucleinsäuren. Derartige Polymere können beispielsweise aus nicht basischen Polymeren durch polymeranaloge Umsetzung er­ zeugt werden. Es ist jedoch auch möglich, basische Polymere direkt durch Polymeri­ sation basischer Monomere herzustellen.
So beschreibt die US-S 434 270 das Monomer der Formel
Dieses Monomer kann durch Homo- oder Copolymerisation in wasserlösliche Poly­ mere überführt werden. Zur Synthese von vernetzten kugelförmigen basischen Poly­ meren, insbesondere solche mit hoher spezifischer Oberfläche, ist das Monomer der US-5 434 270 jedoch weniger gut geeignet.
Es wurden nun neue Monomere gefunden, die in vielfältiger Weise zur Herstellung von basischen Polymeren geeignet sind.
Gegenstand der Erfindung sind Monomere gemäß der allgemeinen Formel (I)
dadurch gekennzeichnet, daß
R1 für H oder Methyl steht,
L1, L2 unabhängig voneinander für Alkylen mit 1 bis 6 C-Atomen stehen,
A für Sauerstoff oder N-R3 steht,
R3 für H oder C1-C4-Alkyl steht,
n für eine ganze Zahl von 0 bis 10 steht und
R2 für NH2 oder eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppe oder einen 5- oder 6- gliedrigen Ring mit mindestens einem N-Atom steht.
Bevorzugt sind Monomere der allgemeinen Formel (Ia)
dadurch gekennzeichnet, daß
L2 für Alkylen mit 1 bis 6 C-Atomen steht,
A für Sauerstoff oder N-R3 steht,
R3 für H oder C1-C4-Alkyl steht,
n für eine ganze Zahl von 0 bis 10 steht und
R2 für NH2 oder eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppe oder einen 5- oder 6- gliedrigen Ring mit mindestens einem N-Atom steht.
Sowohl L1 in Formel (I) als auch L2 stehen unabhängig voneinander bevorzugt für zweiwertige geradkettige oder verzweigte Alkylenreste mit 1 bis 6 C-Atomen.
Besonders bevorzugt stehen in Formel (I) L1 und L2 unabhängig voneinander für einen Rest der Reihe Methylen, Dimethylmethylen, Ethylen, Propylen-(1,2), Propylen-(1,3), 2,2-Dimethylpropylen-(1,3) und Butylen-(1,4).
Der Rest A steht bevorzugt für Sauerstoff, NH oder einen mit einer C1-C4- Alkylgruppe substituierten Stickstoff. Besonders bevorzugt steht A für NH oder Sauerstoff.
n bedeutet eine ganze Zahl von 0 bis 10, vorzugsweise von 0 bis 6, besonders bevor­ zugt von 0 bis 4.
R2 bedeutet bevorzugt NH2 oder eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppe oder einen 5- oder 6-gliedrigen Ring mit mindestens einem N-Atom. Besonders bevorzugt steht R2 für einen Rest der Reihe NH2, Methylamino, Dimethylamino, Ethylamino, Diethylamino, Hydroxyethylamino, Bis(hydroxyethyl)amino, Propylamino, Di­ propylamino, Bis(hydroxypropyl)amino, n-Butylamino oder tert.-Butylamino, N- Imidazolyl, Methylimidazolyl, 2-Pyridyl, 3-Pyridyl, 4-Pyridyl, Pyridazinyl, Pyri­ midyl, Pyrazolyl, N-Piperidyl, Oxazolyl, Isoxazolyl, Triazolyl.
Weiterhin bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Monomere der all­ gemeinen Formel (Ib)
dadurch gekennzeichnet, daß
n für eine ganze Zahl von 0 bis 10 steht und
R4 für einen Rest der Reihe H, Methyl, Ethyl oder 2-Hydroxyethyl steht.
Weiterhin bevorzugt im Sinne der Erfindung sind Monomere der allgemeinen Formel (Ic)
dadurch gekennzeichnet, daß
n für eine ganze Zahl von 0 bis 6 steht.
Weiterhin bevorzugt im Sinne der Erfindung sind Monomere der allgemeinen Formel (Id)
dadurch gekennzeichnet, daß
R3 für H oder C1-C4-Alkyl steht und
R4 für einen Rest der Reihe H, Methyl, Ethyl oder 2-Hydroxyethyl steht.
Insbesondere bevorzugte erfindungsgemäße Monomere im Sinne der vorliegenden Erfindung sind die nachfolgenden Verbindungen:
Tabelle 1
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfin­ dungsgemäßen Monomere der allgemeinen Formeln (I), (Ia), (Ib), (Ic) oder (Id) durch stöchiometrische Umsetzung von Hydroxyl- bzw. Aminverbindungen gemäß der allgemeinen Formel (II)
in welcher
A, n, L2 und R2 die oben angegebenen Bedeutungen haben,
mit Isocyanaten der allgemeinen Formel (III)
in welcher
R1 und L1 die oben angegebenen Bedeutungen haben.
Hydroxylverbindungen der allgemeinen Formel (II), mit n = 1 bis 10, können auf bekannte Weise durch Ethoxylierung erhalten werden. Es hat sich gezeigt, daß zur Isolierung und Reinigung der Ethoxylierungsprodukte die Anwendung von stark sauren Ionenaustauschern sehr gut geeignet ist.
Die genannte Umsetzung der Hydroxyl- bzw. Aminverbindungen gemäß der allge­ meinen Formel (II) mit Isocyanaten der allgemeinen Formel (III) wird vorzugsweise in einem inerten Lösungsmittel in Anwesenheit eines Katalysators bei Temperaturen von beispielsweise -20°C bis 60°C durchgeführt. Als inertes Lösungsmittel seien beispielsweise Aceton, Butanon-2, Tetrahydrofuran, Methylenchlorid, Chloroform, Toluol und Acetonitril genannt. Als Katalysatoren, die im Rahmen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens eingesetzt werden können, seien beispielsweise Metallsalze höherer Fettsäuren, wie beispielsweise Dibutylzinnlaurat, Triarylverbindungen wie beispielsweise Triphenylstibin oder Triphenylphosphin, oder tertiäre Amine wie beispielsweise Triethylamin genannt. Die Katalysatoren werden dabei üblicherweise in Mengen von 50 bis 5000 ppm, bezogen auf die Edukte, eingesetzt.
Es ist zweckmäßig, zur Verhinderung einer vorzeitigen unerwünschten Polymeri­ sation, den erfindungsgemäßen Monomeren bereits bei der Synthese geringe Mengen eines Polymerisationsinhibitors zuzusetzen. Geeignete Polymerisationsinhibitoren sind beispielsweise Hydrochinon, Hydrochinonmonomethylether, 2,6-Di-tert.-butyl­ phenol, 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol oder 2,6-Di-octadecyl-4-methylphenol. Die Einsatzmenge des Inhibitors beträgt 5 bis 1000 ppm, vorzugsweise 10 bis 500 ppm, bezogen auf das Monomer.
Die erfindungsgemäßen Monomere lassen sich durch Polymerisation in Homopoly­ merisate oder im Gemisch mit Comonomeren zu Copolymerisaten überführen. Zur Herstellung von vernetzten Polymerisaten aus den erfindungsgemäßen Monomeren werden diese im Gemisch mit multifunktionellen, olefinisch ungesättigten Mono­ meren als Vernetzer polymerisiert. Ein gut geeigneter Vernetzer ist beispielsweise Divinylbenzol.
Die Polymerisation erfolgt vorzugsweise durch Initiierung mit Radikalbildnern. Geeignete Radikalbildner sind beispielsweise Peroxiverbindungen wie Dibenzoylper­ oxid, Dilaurylperoxid, Bis-(p-chlorbenzoylperoxid), Dicyclohexylperoxidicarbonat, tert.-Butylperoctoat, 2,5-Bis-(2-ethylhexanoylperoxi)-2,5-dimethylhexan oder tert.- Amylperoxi-2-ethylhexan, desweiteren Azoverbindungen wie 2,2'-Azobis(isobutyro­ nitril), 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril) oder 2,2'-Azobis-(2-methylisobutyro­ nitril). Die Radikalbildner werden im allgemeinen in Mengen von 0,05 bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Monomer bzw. auf die Monomermischung, angewendet.
Die erfindungsgemäßen Monomere eignen sich besonders gut zur Herstellung von Perlpolymerisaten, insbesondere zur Herstellung von makroporösen Perlpolymeri­ saten nach der Verfahrensweise der Suspensionspolymerisation.
Unter dem Begriff Suspensionspolymerisation wird ein Verfahren verstanden, bei dem ein Monomer oder ein monomerhaltiges Gemisch, das einen im Monomer(en) löslichen Initiator enthält, in einer mit dem Monomer(en) im wesentlichen nicht mischbaren Phase, vorzugsweise einer wäßrigen Phase, die ein Dispergiermittel ent­ hält, in Form von Tröpfchen zerteilt wird und durch Temperaturerhöhung unter Rühren ausgehärtet wird. Weitere Einzelheiten der Suspensionspolymerisation werden beispielsweise in H. Greens "Polymerization Processes", in: Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Bd. A21, 5. Aufl. (B. Elvers, S. Hawkins, G. Schulz, Hrsg.), VCH, Weinheim 1992, S. 363-373, beschrieben.
Für die Herstellung von makroporösen Perlpolymerisaten werden sogenannte Poro­ gene eingesetzt. Porogene sind flüssige, mit Wasser nicht mischbare Verbindungen, die die eingesetzten Monomeren lösen und das gebildete Polymer ausfällen. Bei­ spielhaft seien genannt aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Heptan, Octan, Isooctan, Isododecan und Alkohole wie Octanol. Das Porogen wird in Mengen von 10 bis 150 Gew.-%, vorzugsweise von 20 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die Summe der eingesetzten Monomere und Vernetzter, eingesetzt.
Beispiel 1 Herstellung von Verbindung 1 aus Tabelle 1
In 160 ml Chloroform wurden unter Feuchtigkeitsausschluß 13,35 g Dimethylamino­ ethanol, 0,05 g 2,6-Di-tert.-butylkresol (Polymerisationsinhibitor) und 0,05 g Di­ butylzinndilaurat (Katalysator) gelöst und auf -10°C gekühlt. Danach wurden 30,19 g 3-Isopropenylphenylisocyanat, gelöst in 40 ml Chloroform, innerhalb von 30 Min. zudosiert. Anschließend wurde die Temperatur auf 60°C erhöht und solange nachgerührt (ca. 10 h), bis im IR-Spektrum keine NCO-Bande nachweisbar war. Nach Abdampfen des Lösemittels verblieben 43,4 g Monomer 1 aus Tabelle 1.
Beispiel 2 Umsetzung von Dimethylaminoethanol mit Ethylenoxid
887 g Dimethylaminoethanol (DMAE) wurden unter Stickstoff in einen 5 l VA- Druckreaktor eingewogen und auf 120°C erwärmt. Innerhalb von 6 h wurden por­ tionsweise insgesamt 1535 g Ethylenoxid (EO) aufgedrückt. Nach Abkühlen und Entspannen wurden 2031 g eines gefärbten viskosen Gemisches von ethylenoxidver­ längertem Dimethylaminoethanol erhalten. Das Gemisch wurde nun über eine 1,5 m lange Silbermantelkolonne mit Kolonnenkopf im Hochvakuum bei einer Badtempe­ ratur von 70 bis 240°C destillativ gereinigt. Es wurden 3 Fraktionen mit konstanten Siedepunkten erhalten.
Fraktion 1:
387 g, Siedepunkt bei 0,15 mbar 45°C,
DMAE × 1 EO (Identifizierung durch Elementaranalyse und NMR- Spektrum)
Fraktion 2:
319 g, Siedepunkt bei 0,15 mbar 70°C;
DMAE × 2 EO (Identifizierung durch Elementaranalyse und NMR- Spektrum)
Fraktion 3:
128 g, Siedepunkt bei 0,15 mbar 110°C,
DMAE × 3 EO (Identifizierung durch Elementaranalyse und NMR- Spektrum)
Zur weiteren Reinigung der Fraktionen 1, 2 und 3 wurden jeweils 15 g Produkt in eine Säule gegeben, die mit 200 ml Wasser und 500 ml Kationenaustauscher Lewatit SP 112 WS (H-Form)® gefüllt war. Nach dem Aufbringen der Produkte wurde mit 2 l entionisiertem Wasser nachgespült. Anschließend wurde die Säule mit 1,5 l 6,5%iger Ammoniaklösung eluiert. Das ablaufende Eluat wurde aufgefangen und anschließend am Rotationsverdampfer bei 55°C und 15 mbar eingeengt. Es wurden ca. 12 g aufgereinigte Fraktionen 1 bis 3 erhalten.
Beispiel 3 Herstellung von Verbindung 2 aus Tabelle 1
In 160 ml Chloroform wurden unter Feuchtigkeitsausschluß 12 g gereinigte Fraktion 1 aus Beispiel 2, 0,05 g 2,6-Di-tert.-butylkresol (Polymerisationsinhibitor) und 0,05 g Dibutylzinndilaurat (Katalysator) gelöst und auf -10°C gekühlt. Danach wurde 18,14 g 3-Isopropenylphenylisocyanat, gelöst in 40 ml Chloroform, innerhalb von 30 Min. zudosiert. Anschließend wurde die Temperatur auf 60°C erhöht und solange nachgerührt (ca. 10 h) bis im IR-Spektrum keine NCO-Bande nachweisbar war. Nach Abdampfen des Lösemittels verblieben 29,4 g Monomer 2 aus Tabelle 1.
Beispiel 4 Herstellung von Verbindung 3 aus Tabelle 1
Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei 12 g gereinigte Fraktion 2 aus Beispiel 2 und 13,63 g 3-Isopropenylphenylisocyanat eingesetzt wurden. Man erhielt 24,2 g Mono­ mer 3 aus Tabelle 1.
Beispiel 5 Herstellung von Verbindung 4 aus Tabelle 1
Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei 12 g gereinigte Fraktion 3 aus Beispiel 2 und 10,91 g 3-Isopropenylphenylisocyanat eingesetzt wurden. Man erhielt 21,6 g Mono­ mer 4 aus Tabelle 1.
Beispiel 6 Herstellung der Verbindungen 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 aus Tabelle 1
Die Versuche wurden ausgeführt wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der Änderung, daß anstelle von 13,35 g Dimethylaminoethanol die unten aufgeführten Amine in den angegebenen Mengen eingesetzt wurden.
Beispiel 7 Herstellung eines makroporösen Perlpolymerisates
In einem 2 l-Reaktionsgefäß mit Blattrührer, Rückflußkühler, Thermometer, Gas­ einlaß- und Gasauslaßrohr wurde eine Lösung aus 42,5 g Polyvinylalkohol (Moviol 40-88®) und 12,75 g Dinatriumhydrogensulfat in 1240 g entionisiertem Wasser vorgelegt. Zu dieser wäßrigen Lösung wurde bei 20°C unter Rühren mit 280 Umdrehungen pro Minute eine organische Lösung aus 23,71 g Monomer aus Beispiel 1, 13,04 g Styrol, 10,67 g Divinylbenzol, 0,71 g 2,2'-Azobis-(2,4- dimethylvaleronitril) und 35 g Hexan innerhalb von 30 Min. bei 25°C zugegeben. Es wurde leicht mit Stickstoff gespült und die Temperatur auf 66°C erhöht und 20 Stunden bei dieser Temperatur belassen. Nach dem Abkühlen wurde das entstandene Perlpolymerisat durch Dekantieren von der Reaktionsflotte abgetrennt und im Vakuum bei 50°C getrocknet. Man erhielt 42,8 g Perlpolymerisat mit einer mittleren Teilchengröße von 18 µm und einer spezifischen Oberfläche von 87,4 m2/g.

Claims (13)

1. Monomere der allgemeinen Formel (I)
dadurch gekennzeichnet, daß
R1 für H oder Methyl steht,
L1, L2 unabhängig voneinander für Alkylen mit 1 bis 6 C-Atomen stehen,
A für Sauerstoff oder N-R3 steht,
R3 für H oder C1-C4-Alkyl steht,
n für eine ganze Zahl von 0 bis 10 steht und
R2 für NH2 oder eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppe oder einen 5- oder 6-gliedrigen Ring mit mindestens einem N-Atom steht.
2. Monomere der allgemeinen Formel (Ia)
dadurch gekennzeichnet, daß
A für Sauerstoff oder N-R3 steht,
R3 für H oder C1-C4-Alkyl steht,
n für eine ganze Zahl von 0 bis 10 steht,
L2 für Alkylen mit 1 bis 6 C-Atomen steht und
R2 für NH2 oder eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppe oder einen 5- oder 6-gliedrigen Ring mit mindestens einem N-Atom steht.
3. Monomere der allgemeinen Formel (Ib)
dadurch gekennzeichnet, daß
n für eine ganze Zahl von 0 bis 10 steht und
R4 für einen Rest der Reihe H, Methyl, Ethyl oder 2-Hydroxyethyl steht.
4. Monomere der allgemeinen Formel (Ic)
dadurch gekennzeichnet, daß
n für eine ganze Zahl von 0 bis 6 steht.
5. Monomere der allgemeinen Formel (Id)
dadurch gekennzeichnet, daß
R3 für H oder C1-C4-Alkyl steht und
R4 für einen Rest der Reihe H, Methyl, Ethyl oder 2-Hydroxyethyl steht.
6. Verfahren zur Herstellung von Monomeren der allgemeinen Formel (I)
in welcher
R1, L1, L2, A, R3, n und R2 die in Anspruch 1 genannten Bedeutungen haben,
dadurch gekennzeichnet, daß man
Hydroxyl- bzw. Aminverbindungen der allgemeinen Formel (II)
worin
A, n, L2 und R2 die oben angegebenen Bedeutungen haben,
mit Isocyanaten der allgemeinen Formel (III)
worin
R1 und L1 die oben angegebenen Bedeutungen haben,
stöchiometrisch miteinander umsetzt.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem inerten Lösungsmittel erfolgt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieses in Gegen­ wart eines Katalysators durchgeführt wird.
9. Verwendung der Monomeren gemäß der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von vernetzten Polymerisaten, Homopolymerisaten, Copolymerisaten oder makroporösen Perlpolymerisaten.
10. Verfahren zur Herstellung von Homopolymerisaten oder im Gemisch mit Comonomeren zu Copolymerisaten, dadurch gekennzeichnet, daß man Mono­ mere gemäß Anspruch 1 mit multifunktionellen, olefinisch ungesättigten Monomeren als Vernetzer nach der Verfahrensweise der Suspensionspoly­ merisation polymerisiert.
11. Verfahren zur Herstellung von Homopolymerisaten oder im Gemisch mit Comonomeren zu Copolymerisaten gemäß Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man Monomere gemäß Anspruch 1 mit Divinylbenzol poly­ merisiert.
12. Verfahren zur Herstellung von makroporösen Perlpolymerisaten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Monomere gemäß Anspruch 1 in Porogene löst und nach der Verfahrensweise der Suspensionspolymerisation polymerisiert.
13. Homopolymerisate, Copolymerisate oder makroporöse Perlpolymerisate er­ hältlich nach den Verfahren gemäß der Ansprüche 10 bis 12.
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