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Polysaccharide und Verfahren zur Herstellung Die Erfindung betrifft
Polysaccharide, d. h. Polysaccharidstoffe, die weitere Additions- und Substitutionsreaktionen
eingehen können und für Trennverfahren geeignet sind. Die Erfindung betrifft ferner
ein Verfahren zur Herstellung dieser Stoffe.
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Die DerivatSildung von Polysacchariden (diese sind allgerr.ein durch
einen
Gehalt von mehr als 6 Monosaccharid-Subeirwheiten definiert) ist immer schwierig,
da starke Wasserstoffbindungen in und zwischen den Polysaccharidmolekülen bestehen.
Klassische Reaktionen von Polysacchariden finden in einem wässrigen und alkalischen
Medium statt.
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Das Alkali ist erforderlich, um die inter- und intramolekularen Wasserstoffbindungen
aufzubrechen und die Hydr dxylgr uppen für weitere Reaktionen zu aktivieren. Nur
eine sehr begrenzte Zahl von stabilen Polysaccharidde rivaten kaml unter diesen
eingeschränkten Bedingungen hergestellt werden. In der Praxis laufen die meisten
Reaktionen unter anderen Bedingungen unter großer Schwierigkeit ab, wobei in der
Regel destruktive Reagentien, hohe Temperaturen und (oder) Drücke in Anwendungen
kommen, Wie zu erwarten, müssen die für die Substitution der Polysaccharide benutzten
Reagentien Solvations- oder Löslichkeitseigenschaften haben, die mit dem Reaktionsmedium
verträglich sind.
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Einige erwünschte Zwischensubstitutionsprodukte (z. B. Ilal c)genhydrouYypropylderivate)
sind instabil und reagieren unter den Bedingungen der alkalischen Katalyse, woraus
Vernetzungen, Polymerisierungen usw.
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resultieren. Diese Schwierigkeiten, die bei der Bildung von Derivaten
von Polysacchariden auftreten, sind allgemein bekannt und der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten und die genannten Nachteile zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß sollen neue Stoffe in Vorschlag gebracht werden, die
bei weiteren Verfahren, z. B. bei der Flüssiggelchromatographie, wo das Medium ein
organisches Lösungsmittel sein kann, in geeigneter Weise in Anwendung kommen können.
Ferner sollen erfindungsgemäß neue Polysacchariddertvate in Anwendung kommen, die
als Zwischenprodukte bei der Herstellung von Produkten geeignet sind, wobei das
Ausmaß
der Substitution durch Gruppen mit besonders geeigneten
physikalischen und chemischen Eigenschaften genau steuerbar ist. Erfindungsgemäß
sollen ferner allgemein verwendbare Polysaccharidderivate vorgeschlagen werden,
die eine große Vielzahl von Substituenten aufweisen, die durch stabile Ätherbindungen
covalent gekoppelt sind. Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren in Vorschlag
gebracht werden, durch welches Polysaccharide allgemein bis zu einem bestimmten
Maß substituiert werden können, und zwar unter genau gesteuerten Reaktionsbedingungen,
wobei sich eine große Vielzahl von bislang unbekannten Produkten ergibt, die in
bestimmten organischen Lösungsmitteln solvatisierbar oder /löslich sind und bestimmte
physikalische und chemische Eigenschaften, und zwar in Abhängigkeit vom Anwendungszweck
aufweisen. Erfindungsgemäß soll auch ein Verfahren in Vorschlag gebracht werden,
durch welches die vorgenannten Produkte unter sorgfältig gesteuerten und derart
"milden" Reaktionsbedingungen hergestellt werden, daß bestimmte wertvolle physikalische
und chemische Eigenschaften der Polysaccharidausgangsstoffe beibehalten werden können
und nicht verloren gehen. Die Erfindung betrifft ferner neue Polysaccharidderivate,
die, auf äquivalenter Basis, ebenso viele potentielle reak tive Hydroxylfunktionen
wie das ursprüngliche Polysaccharidausgangsmaterial haben und somit nach folgenden
Derivatbildungen unterzogen werden können.
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Erfindungsgemäß soll somit auch dem schon lange bestehenden Bedürfnis
abgeholfen werden, welches den Wunsch nach einem einfachen Verfahren zur Herstellung
von chromatographischen Trägern mit spezifischen chemischen Eigenschaften betrifft.
Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr wirtschaftlich.
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Die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe wird gelöst durch Verbindungen
der Formel
| -H |
| -H und |
| Polysaccharid-On- und (oder nur) R' |
| # R #n # -CH2CHO #m -H |
| -CH2CHO |
| und sein Isomer |
| R' |
| -CHCH2O -H |
wobei R ein Wasserstoffatom oder ein Kohlenwasserstoffradikal mit 1-6 Kohlenstoffatomen
und R' einen halogenisierten Kohlenwasserstoff mit 1-18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise
ein Chlormethyl- oder Brommethylradikal und gegebenenfalls ein Wasserstoffatom oder
ein Kohlenwasserstoffradikal mit 1-18 Kohlenstoffatomen darstellt, wobei n eine
ganze Zahl ist, die die Gesamtzahl der Hydroxylgruppen des Polysaccharid darstellt,
wobei.m eine ganze Zahl ist und die Radikale innerhalb der Klammern mit dem Polysaccharid
covalent verbunden sind, und zwar entweder direkt oder über Oxyalkyleinheiten durch
Ätherbindungen, und wobei die Gesamtzahl der Hydroxylgruppen gleich n ist.
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Die Erfindung betrifft halogenhydroxyalkylierte Derivate von Polysaccha
-ridstoffen, die, wie schon erwähnt, für Trennverfahren und/oder für weitere Additions-
und Substitutionsreaktionen geeignet sind, woraus spezifische, physikalische und
chemische Eigenschaften resultieren,
die, wie schon erwähnt, eine
besonders geeignete Verwendung für Trennverfahren ergeben. Erfindungsgemäß können
diese Verbindungen und Produkte selektiv hergestellt werden, wobei das Ausmaß der
Substitution steuerbar ist und bevorzugt "milde" Bedingungen in Anwendung kommen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein schwach lipophiles Hydr oxyalkylätherderivat
des Polysaccharidstoffes, das in bestimmten, von Wasser und Alkohol freien organischen
Lösungsmitteln löslich oder solvatisierbar ist, in dem genannten organischen Lösungsmittel
und unter den Bedingungen der Säurekatalyse mit einem halogenisierten Kohlenwasserstoff
zur Reaktion gebracht, der eine Epoxydgruppe enthält. Hierbei erhält man eín Halogenhydroxyalkylderivat.
Gegebenenfalls kann das Hydroxyalkylderivat des Polysaccharids mit anderen Epoxyden
unter ähnlichen sauren Reaktionsbedingungen substituiert
werden,
und zwar vor, während oder nach der Reaktion mit dem halogenisierten Kohlenwasserstoff.
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Es sind Verfahren bekannt bei denen halogenisierte Kohlenwasserstoffe,
insbesondere die Epihalohydrine, mit Polysacchariden reagiert werden können. Diese
Verfahren laufen jedoch unter alkalischen Bedingungen, in der Regel in wässrigen
oder hydroxylischen Medien, ab.
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Insbesondere soweit Epihalohydrine in Betracht gezogen werden, zeigen
sich Vernetzungen des Polysaccharids sowie eine Polymerisierung und/oder ein Verlust
an wirksamen Halogengruppen. Die durch saure Katalyse geförderten Reaktionen laufen
in einem nennenswerten Ausmaß nicht ab, wenn natürlich vorkommende Polysaccharide
benutzt werden.
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Der Grund hierfür liegt vor allem darin, daß die sauren Medien das
isie en Polysaccharid nicht solva,41nd aktivieren können. Die starke Wasserstoffbindung
innerhalb des Polysaccharids begrenzt beträchtlich die Mengen des sauren Katalysators
und der organischen Reagenzien, die an der tatsächlichen Reaktion teilnehmen. Das
Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Substitution des Polysaccharids
durch saure Katalyse, d. h. unter Bedingungen, bei denen nur die Epoxydfunktion
einer organischen Verbindung, die eine Epoerdgruppe und einen Halogensubstituenten
aufweist, mit dem Polysaccharidstoff reagiert. Die Halogenfunktion bleibt somit
unreagiert für eine potentielle Substitution bei nachfolgenden wahlweisen Verfahrensstufen,
wo besondere Gruppen anstelle der Halogenatome eingeführt werden können. Obwohl
ein weiter Bereich von halogenisierten Epoxyden bei diesen Reaktionen in Anwendung
kommen kann, sind Epihalohydrine, insbesondere Epichlorhydrin und Epibromhydrin,
besonders als Reagenzien bevorzugt.
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Das eine Schlüsselstellung aufweisende Zwischenprodukt, das durch
Reaktion eines hydroxyalkylierten Polysaccharids mit einem Epihalohydrin unter sauren
Bedingungen zur Reaktion gebracht wird, ist das h algydrowpropylsubætituierte Derivat,
das für die Herstellung einer Vielzahl von Endprodukten benutzt werden kann. Dieses
Zwischenproedukt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren derart hergestellt, daß
die Halogenhydroxypropylgruppe in der Ätherbindung mit dem Hydroxyalkylpolysaccharid
verbunden ist. Dieses Zwischenprodukt kann Additions- und Substitutionsreaktionen
aufgrund der reaktiven Halogenid-und Hydroxylgruppen eingehen. Unter basischen Bedingungen
gehen die Hydroxylfunktionen und Halogene auf benachbarten Kohlenstoffen Reaktionen
ein, die typisch für Epoxyde sind, während bei anderen Bedingungen Reaktionen nur
bei der Hydroxyl- oder Halogenidfunktion stattfinden können. Dieses Verfahren kann
in mancher Weise mit dem Verfahren der Chlormethylierung von Styrol-Divinylbenzol-Copolymerisaten
verglichen werden, das weitere Halogensubstitutionsreaktionen ermöglicht, die zur
Herstellung an Anionenaustauschharzen für die Chromatographie führen (vgl. Pepper,
K.W., Paisley, H. M. und Yound, M.A., J. Chem. Soc. 1953, 4097).Im Gegensatz zu
chromatographischen Trägern auf Polystyrolbasis haben polysaccharidhaltige Gitter
die Eigenschaft, daß sie leicht durch Wasser gelöst werden können. Auch die Lipophilät
kann geändert werden. Chlormethylierte Polystyrole besitzen weder reaktive Hydroxyle,
noch enthalten sie vicinaleHydroxyhalogenidfunktionen, welche die Möglichheit einer
Reaktionsfähigkeit der Epoxyde ergeben würden. Die Chlormethylierung der Polystyrole
ist darüber hinaus kompIiziert wegen Sekuudärreaktionen, die Anlaß zu Vernetzungen
geben.
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Das erfindungsgemße Verfahren ist nachstehend schematisch und In vereinfachter
Weise dargestellt.
| 0 |
| CH2-CHR |
| L Plh R |
| Polysaccharid - OH (Epoxyd) > -O-0112-CHOH |
| alkalische Katalyse (ydroxyalkyl Polysaccharid) |
| 0 |
| CH2-CH-R' |
| (Epoxyd) |
| saure Katalyse |
| ) i |
| Polysaccharid-O - CH2 -CHO-CH2-CHOH |
und sein Isomer R R' Polysaccharid-O-CH2-CHO-CH-CH2OH en (Haloydroxyalkoxyalkyl
Polysaccharid) In dem vorstehenden Flußdiagramm bedeutet R ein Wasserstoffatom oder
ein Kohlenwasserstoffradikal, welches 1-6 Kohlenstoffatome enthält. R1 bedeutet
einen halogenisierten Kohlenwasserstoff, der 1-18 Kohlenstoffatome enthält.
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Komponenten der Reaktionsmischung.
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Die bei diesem synthetischen Verfahren benutzten Polysaccharidstoffe
können
beliebig aus dem weiten Bereich der Polysaccharide (z. B.
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Stärke, Zellulose, Agarose, Dextrane und ihre teilweise abgabauten,
vernetzten oder in anderer Weise modifizierten Derivate) ausgewählt werden. Der
Polysaccharidstoff kann ein Naturprodukt oder ein synthetisches Derivat sein, z.
B. handelsüblich hergestelltes, vernetztes Dextran, Sephadex. p , Da die Eigenschaften
der Monosaccharid-Subeinheiten und die Natur ihrer Bindungen bei der Saccharidbildungkeinen
Einfluß auf das erfindungsgemäße Verfahren haben, können erfindungsgemäß sämtliche
Polysaccharide in Anwendung kommen.
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Zur Erzielung der Polysaccharidsubstitution unter den nachstehend
beschriebenen Bedingungen ist ein Hydroxyalkylderivat des Polysaccharids für die
sauer katalysierte Reaktion erforderlich. Die wichtigsten Gründe für die Wahl von
Hydroxyalkylätherderivaten als Ausgangsstoffe (oder Zwischenprodukte) sind die folgenden:
1 .Gute,Solvattonseigenschaften gegenüber einer Vielzahl von Lösungsmitteln.
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2. Es sind ebenso viele Hydroxylgruppen auf äquivalenter Basis wie
bei dem ursprünglichen Polysaccharid vorhanden.
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3. Chemische Stabilität.
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Diese Eigenschaften gestatten es, daß die Reaktionsbedingungen der'-art
gewählt werden können, daß jeder beliebige Substitutionsgrad erreicht werden kann.
Als hydroxyalkyliertes Polysaccharid kann ein beliebiges der vorgenannten Polysaccharide
in Anwendung kommen,
das durch Substitution ein wenig lipophil
geworden ist, so daß es durch nicht wässrige, nicht alkoholische Lösungsmittel solvatisiert
werden kann. Wenn derartige hydroxyalkylierte Polysaccharidlstife handelsüblich
verfügbar sind, so können sie direkt bei der Säure katalysierten Reaktion benutzt
werden. Unter diesen handelsüblichen Produkten sind Hydroxyäthyl und Hydroxypropylzellulose
und Sephadex LH-20, ein Hydroxypropylderivat eines vernetzten Dextrans, welches
von AB Pharmacia, Uppsala, Schweden, hergestellt wird. Derartige modifizierte Polysaccharidstoffe
können durch bekannte Verfahren hergestellt werden, z.B. eine wässria11talisch katalysierte
Reaktion mit Propylenoxyd. Bei dieser Reaktion werden Reagenzien, welche 2-8, vorzugsweise
2-4 Kohlenstoffatome enthalten (gegebenenfalls auch 3 Kohlenstoffatome), mit dem
Polysaccharidstoff zur Erzielung eines schwach lipophilen Derivates gekoppelt. Das
derart hergestellte Derivat hat die gewünschte Quelleigenschaft in bestimmten nicht
wässrigen, nicht alkoholischen Lösungsmitteln. Diese Ausgangsstoffe oder Zwischenprodukte
können löslich oder unlöslich in dem gewählten Reaktionsmedium sein und sie können
auch zuSeaktion gebracht werden, während sie die Form von Filmen haben oder während
sie innerhalb der Ausnehmungen eines Gitters liegen, das z. B. aus porösem Glas
oder verschiedenen vernetztentpolymerischen Substanzen bestehen kann. Wenn die Produkte
für eine Chromatographie mit en, hoher Auflösung benutzt werden sollhst es erwünscht,
daß die Ausgangsstoffe oder die Produkte aus einzelnen Teilen bestehen und insbesondere
eine bestimmte Teilchengröße haben.
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Zweckmäßige Epoxydgruppen-haltige Reagenzien für das Säure katalysierte
synthetische Verfahren sind organische Verbindungen auf
der Basis
von halogenisierten Kohlenwasserstoffen, die 3-20 Kohlenstoffatome enthalten, vorzugsweise
vicinale Epayd-und Halogenfunktionen besitzen, insbesondere Epibromhydrin und Epichlorhydrin.
Zusätzlich zu der Reaktion mit einzelnen Arten von epoxydhaltigen Verbindungen ist
es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Mischungen von Epoxyden zu benutzen
und (oder) das Reaktionsprodukt nachfolgenden Reaktionen mit verschiedenen Epoxyden
zu unterziehen.
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Diese Reaktionen sind insofern neu, als für jede substituierte Hydroxylgroupe
eine neue Hydroxylgruppe erzeugt wird. Die Zahl der möglichen Reaktionsstufen oder
die Zahl der verschiedenen Arten von bei den Reaktionen benutzten Epoxyden (vor,
während oder nach der Reaktion mit dem halogenisierten Epoxyd) ist deshalb nicht
begrenzt. Es ist deshalb möglich, durch geeignete Wahl der Epoxydreagenzien Produkte
zu erhalten, die bestimmte gewünschte physikalische und chemische Eigenschaften
in gewünschtem Ausmaß haben.
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Wenn Reagenzien, die mindestens zwei Epoxydgruppen . B. Diepoxybutan
oder Dlepoxypropyläther) enthalten, in verschiedenen Anteilen in der Reaktionsmischung
enthalten sind, ist es auch möglich, Prodie zu erhalten, die einen erhöhten Vernetzungsgrad
haben. Der Vernetzungsgrad hängt von den bifunktionalen Reagenzien, ihrer Beschaffenheit
ünd den zur Anwendung gebrachten Reaktionsbedingungen (z. B. Wahl des Lösungsmittels)
ab. Das Vernetzen kann während der Reaktion durchgeführt werden, bei der spezifische
Derivate synthetisiert werden oder es kann bei einer beliebigen der nachfolgenden
Reaktionen stattfinden.
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Als Reaktionsmedium wird ein geeignetes inertes, nicht wässriges,
nicht reaktionsfähiges Lösungsmittel benötigt Das Lösungsmittel soll das schwach
lipophile hydroxyalkylierte Polysaccharid solvatisieren (quellen oder lösen) und
die epoxygruppenhaltigen Verbindungen lösen.
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Diesen Anforderungen genügen Äther und halogenisierte Kohlenwasserstoff
lösungsmittel (z. B. Dioxan, Chloroform, Methylenchlorid, Äthylenchlorid usw.).
Es können auch andere Lösungsniittel in Anwendung kommen.
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Die Reaktion mit Epaxyden wird in (3er Regel mit Spuren (z.S.Schwefelsäure,
Perchlorsäure, Zinnsäure usw.) katalysiert, wobei jedoch vorzugsweise Bortrifluorid
in Anwendi ng kommt, wodurch es möglich ist, daß die Reaktionen unter weniger strengen
Bedingungen bei Raumtemperatur ablaufen. Bortrifluorid kann als Diätllylätherat
benutzt werden oder als Gas oder ein anderer organischer Komplex in das L(isungsmittel
oder in die Reaktionsmischung eingeführt werden.
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Reaktionsbedingungen .
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Durch Änderung der Reaktionsbedingungen (z. B. durch Änderung der
Art des Lösungsmittels der Reaktionsmittel des Katalysators und der jeweiligen Konzentrationen)
können Produkte mit völlig verschiedenen Substitutionsgraden erhalten werden. Der
Substitutionsgrad kann sehr einfach durch die Epoxydmenge, die bei der Reaktion
benutzt wird, gesteuert werden. Um stöchiometrische Verhältnisse für eine gesteuerte
gezielte Substitution einzustellen, werden die Reaktionen von Epichlorhydrin mit
Hydroxypropylderivaten von Sephadex in Abhängigkeit von den jeweiligen Mengen von
Bortrifluoridäthylätherat, Epoxyd und Dextranderivat
untersucht.
Die nachstehende Fig. 1 zeigt die Ergebnisse dieser Reaktionen, die im wesentlichen
entsprechend den nachstehenden Beispielen durchgeführt wurden.
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Fig. 1 zeigt das Verhältnis zwischen dem Grad der Chiorhydroxypropylsubstitution
und der Menge von Epichlorhydrin und Bortrifluoridäthylätherat (48% BF3), benutzt
bei den Reaktionen mit Sephadex LH-20 Wenn die Menge an Epichlorhydrin geändert
wird, wird die Menge an Bortrifluorid auf einem konstanten Wert von 0,25 cm pro
g Sephadex LH-20 gehalten. Eine konstante Menge von 0, 8 cm3 Epichlorhydrin pro
g/Sephadex LH-20 wurde benutzt, wenn die Menge an 3F3 geändert wurde. Eine vollständige
Substitution aller Hydroxylgruppen im Sephadex LH-20 entspricht einem 45%igen Chlorhydroxyproylgruppengehalt.
Ähnliche Untersuchungen mit Epibromhydrin ergaben im wesentlichen denselben Substitutionsgrad
wie bei der Verwendung von Epichlorhydrin.
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Figur
gen Substitutionsprodukte von halonydroxyalkylierten Polysacchariden.
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gen Unter den Produkten, die aus halohydroxyalkylsubstituierten Polysacchariden
erhalten werden können,sind primäre, sekundäre, tertiäre und quaternäre Amine, die
durch Reaktionen mit Ammoniak oder substituierten Aminen hergestellt werden können.
Durch diese Verfahren, die analog zu den Verfahren sind, die bei der Herstellung
von Anionenaustauschern aus chlormethyliertem Polystyrol benutzt werden, ist es
möglich, eine Reihe von Anionenaustauschern herzustellen, die von schwach basischen
primären Aminen bis zu stark basischen quaternären Aminen reichen.
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Die primäre Aminogruppen enthaltenden Derivate können auch als Matrizen
benutzt werden, an die Enzyme, Antigene und Antikörper gebunden werden können (siehe
Silman, I. und Katchalski, E., Ann. Rev.
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Biochem., 35, 873 (1966); Axen, R. und Porath, J., Acta Chem. Seand.,
18, 2193 (1964); Axen, R. und Porath, J., Nature, 210, 367 (1966); Axen, R. Porath,
J., und Ernbach, S., Nature, 211, 1402 (1967).) Durch Verwendung von Cyclohexylcarbodiimid
oder sogar durch Verwendung von wasserlöslichen Carbodiimiden ist es möglich, carboxylgruppenhaltige
Verbindungen an aminosubstituierten Polysacchariden über Amidbindungen zu binden.
Andere Derivate von Aminopolysacchariden sind die N, N-disubstituierten Produkte,
wie z.B. die N, N-acetessigsäurederivate, die Chelateigenschaften haben.
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hen Halohydroxyalkylierte Polysaccharide können ebenfalls benutzt
werden, um Verbindungen in der Ester- oder Ätherbindung zu binden,i und zwar durch
Reaktion mit Salzen oder Carbonsäuren oder mit Alkoholen unter wsserfreien alkalischen
Bedingungen.
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gen Die Halogenatome der halohydroxyalkylierten Polysaccharide können
auch
durch Sulfhydrylgruppen ersetzt werden, wenn eine Behandlung
mit einer Lösung von Alkalihydrosulfid erfolgt oder mit Thioharnstoff, wobei nachfolgend
durch eine Base hydrolysiert wird. Diese Derivate zeigen eine starke Affinität gegenüber
Sc hwermetallen und sind besonders geeignet als Spülmittel für derartige Schwermetalle,
wie z.B.Quecksilber, in der Form von Salzen oder covalent gebundenen organometallischen
Verbindungen. Mercaptozellulose kann z. B. als Filter für industrielles Abfallwasser
benutzt werden, das Alkyl oder PhenySquecksilberverbindungen enthielt, oder es kann
dazu benutzt werden, derartige Verbindungen aus großen Volumina verdünnter Lösungen
derart zu konzentrieren, daß eine quantitative Queclrsilberanalyse durchgeführt
werden kann. Das bifunktionale, quecksîlberhaltige 3, 6-bis (Acetat -quecksilbermethyl)
-dioxan, welches von Eldjarn und Jellum für die Herstellung von Organoquecksilber
Sephadex benutzt wird, wird ebenfalls stark gebunden (siehe Eldjarn, L. und Jellum,
E, Acta Chem Scand., 17, 2610 (1963).) Wie den vorstehenden Darlegungen zu entnehmen,
ist die Erfindung nicht auf die genau beschriebenen Verbindungen und Beispiele beschränkt,
da analoge Abwandlungen in Anwendung kommen können. Wie ohne weiteres ersichtlich,
können nicht nur die speziellen und beispielsweise beschriebenen Polysaccharide
als Ausgangsstoffe in Anwendung kommen, sondern es können beliebige Polysaccharide
benutzt werden, wobei durch analoge Verfahrensweisen analoge Produkte entstehen.
Ferner ist möglich, daß andere als die in den nachstehenden Beispielen erwähnten
halogenisierten E p oxyde benutzt werden können. Auch die Art der Säurekatalysatoren,
der Reaktionsmedien und der Reaktionsbedingungen kann weitgehend geändert werden.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen ersichtlich.
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Beispiel 1 Chl or ohydr oxypr opoxypr phadexli. Hydroxypropyliertes
Sephadex G50R wird in einer Menge von 10, 0 g (extrafein, in der Form von Kügelchen
und Körnern, hergestellt durch Zugabe von Propylenoxyd unter wässrigen,alkalischen
Bedingungen gemäß der Darstellung von Ellingboe, J., Nystrom, E. und Sjövall, J.,
in Biochim. Biophys.Acta, 152, 803 (1968)) mit 150 cm3 wasserfreiem Dichlormethan
getränkt.
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Bortrifluoridäthylätherat, 1 cm³ (48% BF3), wurde hinzugegeben. Die
Mischung wurde während 10 Minuten gründlich gerührt. Während des 3 Rührens bei Raumtemperatur
wurden 3, 6 cm Epichlorhydrin langsam als Lösung in 40 cm3 wasserfreiem Dichlormethan
hinzugegeben. Nach Zugabe des Epoxyds wurde die Mischung während 20 Minuten bei
Raumtemperatur gerührt, durch Filtern vom Lösungsmittel befreit, niit Chloroform
gewaschen, sodann mit Äthanol und schließlich bei 400C auf ein konstantes Gewicht
getrocknet. Der C hlorIWdr oxypr opylgehalt, der gewichtsmäßig bestimmt wurde, und
durch Cl-Bestimmung gemessen wurde, ergab sich zu 7,1%. Dieses Produkt wurde in
Wasser, Äthanol und Chloroform gequollen bzw. eingeweicht.
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Bei einem anderen Versuch wurde Sephadex LH-20 (170-240 Maschen) in
einer Menge von 98, 1.g in 360 cm3 wasserfreiem Dichlormethan getränkt. Bortrifluoridäthylätherat,
25 cm (48% BF3) wurde hinzugegeben und die Mischung wurde gründlich während 15 Minuten
gerührt.
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Während des Rührens bei Raumtemperatur wurden 30 cm3 Epichlorhydrin
langsam
als Lösung in 50 cm3 wasserfreiem Dichlormethan hinzugegeben. Nach der Zugabe des
Epoxyds wurde die Mischung während 40 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, vom Lösungsmittel
freigefiltert, mit Chloroform und sodann mit Äthanol gewaschen und sodann bei 40°C
auf ein konstantes Gewicht getroclmet. Der gewichtsmäßig bestimmte Chlorhydroxypropylgehalt
wurde aufgrund einer Chlorbestimmung mit einem Wert von 22, 9% gemessen. Dieses
Produkt wurde in Äthanol, Chloroform und Benzol, aber nicht in Wasser und Heptan,
gequollen bzw. eingeweicht.
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Beispiel 2 Chlorhydroxypropoxypropyl Zellulose. Ein Bogen Filterpapier
mit einem Gewicht von 49 g wurde in kleine Stücke geschnitten und während 2 Stunden
in 500 cm 10% wässrigem Natriumhydroxyd eingeweicht.
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Die überschüssige wässrige Phase wurde abgesaugt. Die wässrige alkalische
Papierplllpe wurde hydroxypropyliert und vernetzt durch Bückfluß und Rühren bei
80°C wa"iirend 6 Stunden mit einer Mischung aus 3 3 400 cm Dichloräthan, 200 cm
Epichlorhydrin und einem Liter Epoxypropan technischer Güte. Das Zellulosederivat
wurde durch Filtern von den Lösungsmitteln befreit, mit Äthanol, Wasser und wieder
mit Äthanol gewaschen und sodann bei GOOC getrocknet. Das Produkt enthielt 28 Gew.
% Hydroxypropylgruppen. Ein Teil (28, 1 g) dieses Produktes wurde in 200 cm3 Dichlormethan
eingetaucht. Eine Lösung von 40 cm3 Bortrifluoridäthylätherat (48%BF3) in 150 cm³
Dichlormethan wurde langsam unter Rühren zugegeben. Nach 30 Minuten wurde eine Mischung
von 50 cm3 Epichlorhydrin und 100 cm Dichlormethan langsam hinzugegeben. Nach Beendigung
dieser Zugabe wurde die Mischung
während 25 Minuten gerührt, durch
Filtern von den lösungsmitteln befreit, mit Äthanol, Wasser und wieder mit Äthanol
gewaschen und sodann bei 400C getrocknet. Das Produkt enthielt 14, 3 Gew. -% Chlorhydroxypropylgruppen.
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Beispiel 3 Bromhydroxypropoxypropyl Sephadex G-50. 5,0 g Hydroxypropyl
Sephadex G-50(100%sq/eq Substituierung mit Hydroxypropylgruppen) wurden in 75 cm3
Methylenchlorid während 10 Minutes eingetauch. Bortrifluoridäthylätherat (48% BF3)
wurden in einer Menge von 0,5 cm3 langsam unter Rühren hinzugegeben. Sodann wurden
2,6 cm3 Epibromhydrin in 25cm3 Methylenchlorid langsam unter Rühren hinzugegeben.
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Die Mischung wurde während einer Dauer von weiteren 20 Minuten nach
der Beendigung der Zugabev von Epibromhydrin gerührt. Sodann wurde das Produkt durch
Filtern von dem Lösungsmittel befreit und nachfolgend mit Chloroform, Methanol,
Wasser, Äthanol und Aceton gewaschen. Das getrocknete Produkt enthielt in etwa 11%
g/g Bromhydroxypropylgruppen (Gewichtsbestimmung) und hatte einen Bromhydroxypropylgruppengehalt
(berecluiet ad Gewichtsbasis alffiand einer quantitativen Bromanalyse) von 9-12%.
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Beispiel 4 bromhydroxypropl Sephadex LH-20. Sephadex LH-20 wurde in
einer Menge von 10,01 g in 28 cm3 Methylenchlorid während 30 Minuten ge-3 quollen,
und zwar vor der Zugabe von 2, 5 cm3 Bortrifluoridäthylätherat (48% BF3), die tropfenweise
unter Rühren erfolgt. Nach
15 Minuten kontinuierlichen Rühren wurden
3,1 cm³ Epibromhydrin langsam hinzugegeben und das Rühren wurde während 1 Stunde
nach Beendigung der Epoxydzugabe fortgeführt. Das Produkt wurde durch Filtern vom
Lösungsmittel befreit, mit Äthanol und Chloroform gewaschen und auf Ein konstantes
Gewicht von 14, 15 g getrocknet. Diese Gewichtszunahme entspricht 29,2% g/g Bromhydroxypropylsubstitution.
Ene quantitative Brombestimmung ergab, daß das Produkt 18,7 % g/g Br. enthielt.
Dieses Produkt quillt nicht in Wasser oder Cyclohexan, sondern in Äthanol, Äthylenchlorid
und Chloroform.
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Beispiel 5 Dieses Beispiel erläutert die nachfolgende Substitution
eines chlorhydroxypropylierten Polysaccharidstoffes durch ein Langketten-Epoxyd,
Nedox 1114R (Nedox 1114R ist eine Olefin-Oxyd-Mischung mit einer Kettenlänge von
C11-14, die hergestellt wird von Ashland Chemical Company, P.O. Box 2219, Columbus,
Ohio, 43216, U.S.A.).
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10, 15 g Chlorhydroxypropyl (27> 8% g/g) Sephadex LH-20 werden
während 30 Minuten in 30 cm3 Methylenchlorid eingeweicht. Bortrifluoridäthylätherat
(48% BF3) werden in einer Menge von 2,6 cm³ langsam R unter Rühren während 15 Minuten
hinzugegeben. Nedox 1114R wird in 3 einer Menge von 8 cm3 mit 25 cm Methylenchlorid
tropfenweise bei Raumtemperatur hinzugegeben. Die Mischung wird sodann während 30
Minuten gerührt, durch Filtern vom Lösungsmittel befreit und mit Äthanol und Methylenchlorid
gewaschen. Nach dem Trocknen auf ein konstantes Gewicht bei einer Temperatur von
40-500C hat das Produkt 2, 93 g gewonnen, was 22, 4 Gew.-% Langketten-Hydroxyalkylgruppen
entspricht.
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Beispiel 6 Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines tertiären
Amin-lonenaustauschers aus einem Sephadex LH-20 Derivat, das gebildet ist durch
eine anfängliche saure katalysierte Reaktion mit Epichlorhydrin mit R nachfolgender
Reaktion mit Nedox 1114 Das Produkt (11,01g) gemäß Beispiel 5 wird in 59 cm3 Dibutylamin
eingeweicht, sodann werden 2, 12 g Kaliumhydroxyd, gelöst in 88 cm3 Methanol, eingerührt.
Die Mischung wird während 3 Stunden bei 55°C geschüttelt, sodann gefiltert und nachfolgend
mit Äthanol, mit Wasser, Äthanol und ethanol gewaschen. Das Produkt wird auf ein
konstantes Gewicht von 11, 90 g getrocknet, was 6, 8% g/g Substitution mit Dibutylamingruppen
entspricht. Eine Titration der Chloridform mit 0, 1 M KOH in Methanol ergab 0, 85
meq/g Substitution.
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Beispiel 7 Dieses Beispiel erläutert die zweite der beiden aufeinanderfolgenden
Säure katalysierten Hydroxyalkylierungen. Das erste reagierende Epoxyd ist Nedox
1114R und das zweite ist Epichlorhydrin.
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Sephadex LH-20R wird mit Nedox 1114R in üblicher Weise zur Reakticn
gebracht, so daß das Produkt 55% g/g Langketten-Hydroxyalkylgruppen enthält. Für
die zweite Reaktion werden 9, 75 g dieses Produk-3 tes in 35 cm Methylenchlorid
eingeweicht und es wird während 10 Minuten mit 2,1 cm³ Bortrifluoridäthylätherat
(48% BF3) gerührt. Eine Lösung von 3 cm³ Epichlorhydrin und 15 cm³ Methylenchlorid
wird langsam unter Rühren während 20 Minuten hinzugegeben. Sodann wird
während
weiterer 75 Minuten gerührt. Das Produlrt wird durch Filtern vom Lösungsmittel befreit,
mit Äthanol und Chloroform gewaschen und sodann auf ein konstantes Gewicht von 11,
20 g getrocknet, was einer 12, asz g/g Substitution durch Chlorhydroxypropylgruppen
entspricht.
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Beispiel 8 Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines stark lipophilen,tertiären
Anionenaustauschers aus Sephadex LH-20 Derivat, das durch eine anfänglich saulae
katalysierte Reaktion mit Nedox 1114R unter nachfolgender Chlorhydroxypropylierung
gebildet worden ist.
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Genau 10, 00 g des Produktes des Beispieles 7 werden während 15 Minuten
in 60 cm3 Dibutylamin eingeweicht. Eine Lösung von 2,12 g KOH in 9O cm3 Methanol
wird hinzugegeben und es wird während 3 Stunden bei 500C geschüttelt. Sodann wird
während 12 Stunden bei 200C geschüttelt, bevor gefiltert und nachfolgend gewaschen
wird, und zwar mit Äthanol, Äthanol/Essigsäure, Äthanol/Wasser, Äthanol unghloroform.
Das Produkt wird auf ein konstantes Gewicht von 10, 82 g getrocknet, was 7, 6% g/g
Substitution mit Dibutylamingruppen entspricht.
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Beispiel 9 Dieses Beispiel erläutert eine Folge von sauer katalysierten
Reaktionen, die zur Herstellung eines lipophilen,tertiSren Amin-Anionenaustauschers
führen.
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Sephadex LH-20 wird in einer Menge von 53, 8 g in 160 cm3 Methylenchlorid
bei
Raumtemperatur während 30 Minuten eingeweicht. 12,5 cm³ Bortrifluoridäthylätherat
(48% BF3) werden langsam unter Rühren hinzugegeben. Sodann wird noch weiter während
30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Eine Lösung von 25,0 cm³ Nedox 1114R und
60 cm³ Methylenchlorid wird langsam eingerührt. Die Mischung wird auf Raumtemperatur
gehalten. Sodann wird während weiterer 30 Minuten anschließend gerührt. Das Produkt
wird durch Filtern vom Lösungsmittel freigemacht, mit Äthanol, Chloroform gewaschen
und auf ein konstantes Gewicht von 68, 8 g getrocknet, was 22, 0% g/g Substitution
darstellt.
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Das obengenannte Produkt, 68, 7 g, wird in 225 cm3 Methylenchlorid
während 30 Minuten bei Raumtemperatur eingeweicht. 15 cm3 Bortrifluoridäthylätherat
(48% BF3) werden langsam unter Rühren hinzugegeben. Das Rühren wird während 30 Minuten
fortgeführt. Sodann wird 3 3 eine Lösung von 25 cm Epichlorhydrin und 40 cm Methylenchlorid
langsam eingerührt. Eine zusätzliche Menge von 50 cm3 Methylenchlorid wird hinzugegebe;
und das Rühren wird während 30 Minuten fortgesetzt. Das Produkt wird durch Filtern
von den Lösungsmitteln befreit, mit Äthanol, Chloroform gewaschen und sodann auf
ein konstantes Gewicht von 29, 2 g getrocknet, was 23, 8% g/g Substitution mit Chlorhydroxypropylgruppen
entspricht.
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Das vorgenannte Produkt, 30,10 g, wird während 15 Minuten in 160 cm3
Dibutylamin eingeweicht. Sodann werden 5, 78 g KOH, gelöst in 240 cm3 Methanol,
hinzugegeben. Die Mischung wird bei 600C während 4 Stunden geschüttelt, sodann durch
Filtern vom Lösungsmittel befreit, nachfolgend mit Äthanol, Äthanol/Essigsäure,
Äthanol/Wasser,
Äthanol und schließlich mit Chloroform gewaschen.
Das getrocknete Produkt enthielt 11, 5% G/g Dibutylaminsubstituenten. Durch Titration
wurde der Substitutionsgrad bestimmt und es ergab sich ein Wert von 1, 6 meq/g.
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Beispiel 10 Aminohydr oxypr opoxypropyl Sephadex wurde hergestellt,
indem zuerst 4, 0 g von 10, 9% chlorhydroxypropyliertemSephadex LH-20 während 5
Minuten in 40 cm3 Dioxan eingeweicht wurden. Sodann wurden 60 cm3 konzentriertes,wässriges
Ammoniak hinzugegeben und es wurde während 60 Stunden bei Raumtemperatur geschüttelt.
Das Produkt wurde auf einem Filter gesammelt, mit Wasser und Äthanol gewaschen und
sodann bei 40°C getrocken. Ein Versuch mit Ninhydrin in 95% Äthanol ergab eine positive
Reaktion für Aminogruppen und die Stickstoffnanlyse zeigte 8, 5 µg N/mg Produkt.
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Beispiel 11 Aminoäthoxyhydroxypropoxypropyl Sephadex wurde hergestellt,
indem zuerst 3, 81 g von 9, 0% chlorhydroxypropyliertes Hydroxypropyl Sephadex G-50
in 30 cm3 Dioxan eingeweicht wurden. Sodann wurde während 22 Stunden bei Raumtemperatur
mit einer Mischung von 0, 7 g Kaliumhydroxyl in 30 cm³ Äthanolamin geschüttelt.
Das Produkt wurde auf einem Filter gesammelt und mit Wasser und Äthanol gewaschen.
Ein Versuch mit Ninhydrin in 95% Äthanol war positiv und die Stickstoffbestimmung
ergab 12, 1 pg N/mg Produkt. Dies entspricht einer Umsetzung von ca. 90% der Chlorhydroxypropylgruppen
in Aminoderivaten.
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Beispiel 12 N-Hydr oxyäthylaminohydr oxypropoxypr opyl Sephadex wurde
hergestellt, indem zuerst 12, 6 g von 4, 8% chlorhydroxypropyliertemHydroxypropyl
3 Sephadex G-50 in 250 cm Dioxan eingeweicht s rden. Sodann wurde während 15 Stunden
mit 250 cm3 Äthanolamin geschüttelt. Das Produkt wurde auf einem Filter gesammelt
und mit Wasser und Äthanol gewaschen und schließlich im Vakuum getrocknet. Ein Versuch
mit Ninhydrin in 95% Äthanol war negativ und zeigte die Abwesenheit von freien Aminogruppen
an. Der Stickstoffgehalt betrug 1, 9XUg N/mg Produkt.
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Dies entspricht einer Umsetzung von ca. 30% der Chlorhydroxypropylgruppen
in Hydroxyäthylaminoderivat.
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Beispiel 13 Lithocholamidohydroxypropoxypropyl Sephadex. Durch dieselben
in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Verfahren wird Sephadex LH-20 ehlorhydroxypropyliert,
und zwar bis zu 8, 1 Gew.-% und sodann mit konzentriertem wässrigen Ammoniak in
Dioxan behandelt, um ein Aminoderivat mit 5, 5 pg N/mg Produkt zu erhalten. Lithocholsäure
wird in der Amidbindung gebunden, indem eine Lösung von 3 3, 76 g Lithocholsäure
in 50 cm wasserfreiem Dichlormethan zu 4, 16 trockenem Amino-Sephadexderivat hinzugegeben
wird, worauf sodann während 70 Stunden bei Raumtemperatur mit 3, 0 g Dicyclohexylcarbodiimid
geschüttelt wird. Das Reaktionsprodukt wird auf einem Filter gesammelt, mit Dichlormethan,
Äthanol, 10% Äthanol-Essig-Säure, Wasser, Äthanol, Aceton gewaschen und sodann auf
konstantes Gewicht im Vakuum getrocknet. Die Gewichtszunahme betrtfl:gt 0, 79 g,
was eine
volle Substitution der Aminogruppen durch Lithocholsc.ure
anzeigt. Der Ninhydrintest war negativ.
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Beispiel 14 Handelsübliches Hydroxypropyldextranprodukt, Sephadex
LE-20R wird chlorhydroxypropyliert und durch folgendes Verfahren in ein Sulfhydrylderivat
umgewandelt. Sephadex LX-20R (200,0 g) wird in 800 cm³ Dichlormethan eingetaucht.
Es wird während 5 Minuten gerührt. Sodann werden 80 cm3 Bortrifluoridäthylätherat
(48% BF3) hinzugegeben und 3 es wird während 10 Minuten gerührt. Epichlorhydrin
(25 cm3 in 400 cm Dichlormethan) werden langsam unter Rühren hinzugegeben. Nach
Beendigung dieser Zugabe wird die Mischung während 20 Minuten bei Raumtemperatur
gerührt. Das Produkt wird durch Filtern von den Lösungsmitteln befreit, rnit Äthanol,
Wasser und sodann wieder mit Äthanol gewaschen und schließlich bei 450C auf konstantes
Gewicht getrocknet.
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Das Produkt enthält 10, 5 Gew. -Q Chlorhydroxypropylgruppen.
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Die Sulfhydrylgruppe enthaltendes Sephadex wurde hergestellt, indem
30 g des vorgenannten Produktes mit einer Lösung von 10 g Natrium-3 hydrosulfid
(NaHS), 10û cm wasserfreiem Äthanol und 200 cm3 Äthylenglykol während 2 Stunden
bei 1000C erhitzt wurden. Das Produkt wurde mit Wasser und Äthanol gewaschen und
sodann bei 400C getrocknet.
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Der Schwefelgehalt betrug 14, 3 Fg/mg. Um die Eigenschaften dieses
Gels durch Filtern von Quecksilber aus der Lösung zu untersuchen, wurde eine 2g-Kolonne
mit 65 mm x 13 mm Durchmesser hergestellt.
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Bei einem Durchsatz von 0, 25 cm3 wurde ein Gesamtvolumen von 49,
4 1 einer wässrigen Lösung mit 4, 25 mg Phenylquecksilberhydroxyl
pro
Liter gefiltert, bevor irgendwelches Quecksilber in den Eluationsfraktionen auftauchte.
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Beispiel 15 Filterpapier (49, 0 g) wurde während 2 Stunden in 500
cm3 10% wässriges Natriumhydroxyd eingetaucht. Die überschüssige wässrige Phase
wurde durch Absaugen entfernt. Die nasse alkalische Papierpulpe wurde hydroxypropyliert
und vernetzt durch Rückfluß und Rühren bei 800C während 6 Stunden mit einer Mischung
von 400 cm³ Äthylenchlorid, 3 200 cm Epichlorhydrin und einem Liter Propylenoyxyd
technischer Güte. Die Zellulosederivate wurden durch Filtern von den Lösungsmitteln
befreit, mit Äthanol, Wasser und wieder mit Äthanol gewaschen und sodann bei 600C
getrocknet. Das Produkt enthielt 28 Gew.-% Hydroxypropylgruppen.
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Ein Teil (28, 10 g) des vorgenannten Produktes wurde in 200 cm3 3
Dichlormethan und eine Mischung aus 40 cm Bortrifluoridäthylätherat t48% BF3) und
150 cm3 Epichlorhydrin eingetaucht. 100 cm3 Dichlormethan wurden langsam hinzugegeben.
Nach Beendigung dieser Zugabe wurde die Mischung während 25 Minuten gerührt, durch
Filtern von den Lösungsmitteln befreit, mit Äthanol, Wasser und wieder mit Äthanol
gewaschen und schließlich bei 400C getrocknet.
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Das Produkt enthielt 14, 2 Gew. - % Chlorhydroxypropylgruppen.
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Das entsprechend den vorstehenden Darlegungen synthetisierte Chlorhydroxypropylzelluloseprodukt
wurde in ein Sulfhydrylderlvat umgewandelt, indem 32, 8 g mit einer Mischung von
10 g Natriumhydrosulfid
(NaHS), 200 cm3 Äthylenglykol und 100 cm3
wasserfreiem Äthanol während 3 Stunden bei 110°C erhitzt wurden. Das Produkt wurde
mit Äthanol und Wasser gewaschen und sodann in einem Ofen bei 40°C getrocknet.
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In dem Zellulosederivat blieb praktisch kein Chlor nach dieser Reaktion
gebunden und der Schwefelgehalt wurde mit 9, 3 pg/mg bestimmt. Das Produkt hatte
eine starke Affinität gegenüber organischen Quecksilberverbindungen, was sich durch
seine Eigenschaft zeigt, Quecksilberacetat und Phenylquecksilberhydroxyd aus verdünnten
wässrigen Lösungen auszufiltern sowie ferner durch seine Eigenschaft, diese Verbindungen
zu konzentrieren, wenn es zusammen mit ihnen in verdünnten Lösungen geschüttelt
wird.
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Beispiel 16 20 g 10,5% chlorhydroxypropyliertes Swephadey LH-20R (hergestellt
wie in Beispiel 7 beschrieben) werden in 100 cm³ Dioxan eingeweicht bzw.
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gequollen und sodann auf einem Dampfbad während 8 Stunden mit 200
cm³ 10% wässrigem Thioharnstoff erhitzt. Das Produkt dieser Reaktion wird mit Wasser
und Äthanol gewaschen und sodann bei Raumtemperatur hydrolysiert, indem mit 200
cm3 10% wässrigem Natriumhydroxyd geschüttelt wird. - Das Produkt wird mit Wasser,
Äthanol und niedrigsiedendem Petroläther gewaschen und sodann bei 400C getrocknet.
Der Schwefelgehalt beträgt 8, 1 pg/mg.