DE2230593A1

DE2230593A1 - Verfahren zur Herstellung eines amphoteren Harzes

Info

Publication number: DE2230593A1
Application number: DE19722230593
Authority: DE
Inventors: Atsushi Tokio; Ota Shigenori Machida Tokio; Yamamoto (Japan)
Original assignee: Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd
Current assignee: KH Neochem Co Ltd
Priority date: 1971-06-26
Filing date: 1972-06-22
Publication date: 1972-12-28
Also published as: US3821126A; NL7208786A; FR2144277A5; GB1371825A; IT959199B; JPS4948668B1

Description

*' Verfahren zur Herstellung eines amphoteren Harzes " Priorität: 26. Juni 1971, Japan, Nr. 46 042/71

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines amphoteren Harzes, das gleichzeitig a-Carböxyl- und a-Amino-, gruppen enthält. Harze, die gleichzeitig α-Carboxyl- und α-Aminogruppen enthalten, eignen sich zur Spaltung von Racematen in die optischen Antipoden und als Chelatbildner für Metallionen.

Eine Reihe von.Arzneistoffen, Futterzusätzen und anderen Verbindungen ist in optisch aktiver Form besonders wirksam. 2. "B, ist das als Würze verwendete Natriumglutamat nur als L-Isomeres wirksam. Außerdem ist bei Lysin, einer wichtigen essentiellen Aminosäure, nur das L-Isomere wirksam. Bei der chemischen Synthese von solchen Verbindungen entsteht abweichend von der Herstellung in lebenden Organismen ein Racemat, das das L- und D-Isomere in gleichen Mengen enthält. Die Spaltung der Racemate ist eine der wichtigsten Stufen bei der Herstel-

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lung der aktiven Verbindungen.

Die Spaltung von Racematen in optisch aktive Verbindungen kann durch fraktionierte Kristallisation durchgeführt werden.

unterschiedlichen

Dieses Verfahren bedient sich der/physikalisch-chemischen Eigenschaften der Diastereoisomeren. Bei einem anderen Verfahren werden Enzyme, wie Acylase, verwendet. In den letzten Jahren stieß auch die Auftrennung mit einem optisch aktiven Harz auf großes Interesse, da dieses Verfahren leicht durchzuführen ist und kontinuierlich angewandt werden kann (vergl. Ind. Eng. Chem. Bd. 60 (1968)). Natürliche L-Isomere von Aminosäuren werden als Ausgangsmaterial für ein optisch aktives Harz verwendet. Jedoch ist die stereospezifisch adsorbierende Wirkung beschränkt, da die Aminosäure an die Harzmatrix entweder über die a-Carboxyl- oder ct-Aminogruppe gebunden ist. Deshalb ist die Fähigkeit dieses Harzes zur optischen Spaltung gering. Aus diesem Grunde ist die Herstellung eines optisch aktiven Harzes, das gleichzeitig a-Amino- und a-Carboxylgruppen enthält» wünschenswert.

In der chemischen Industrie, speziell in der Nahrungsmittelindustrie, ist es häufig notwendig, als Katalysatoren verwendete Metallionen, insbesondere Schwermetallionen, nach der Umsetzung aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen. Zur Entfernung dieser Metallionen ist ein chelatbildendes Mittel notwendig. Seit langem ist es bekannt, daß Aminosäuren mit Metallionen stabile Chelatkomplexe bilden. Zur Bildung von stabilen Chelatkomplexen mit Metallionen benötigt man im allgemeinen Verbindungen, die gleichzeitig eine a-Carboxyl- und a-Aminogruppe aufweisen.

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In der japanischen Patentschrift Nr. 453 114 ist ein Verfahren zur Herstellung eines amphoteren Harzes, das gleichzeitig «-Carboxyl- und a-Aminogruppen enthält, beschrieben. Dabei werden beispielsweise t^-N-Methacryloyllysin oder <i/-N-Methacryloylornithin mit einem Vernetzungsmittel, wie Divinylbenzol, copolymerisiert. Bei diesem Verfahren tritt bei der Copolymerisation eine Nebenreaktion auf, und die ce-Carboxyl- und a-Aminogruppen der Aminosäuren werden teilweise umgesetzt.

Außerdem benötigt man zur Synthese dieser Monomeren Lysin- und ■ Ornithinderivate Kupfer-Chelatkomplexe dieser Aminosäuren als Ausgangsmaterial. Deshalb hat dieses Verfahren den Nachteil, daß es sich kaum zur industriellen Anwendung eignet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines amphoteren Harzes, das gleichzeitig a-Carboxyl- und a-Aminogruppen enthält, zu schaffen, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung eines amphoteren Harzes, das gleichzeitig a-Carboxyl- und a-Aminogruppen enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein veresterte Carboxylgruppen enthaltendes Harz mit einer basischen Aminosäure umsetzt. Dabei wer-, den die veresterten Carboxylgruppen eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes mit einer eine ^-Aminogruppe enthaltenden Aminosäure umgesetzt, wodurch die Aminosäure über eine Säureami dbindung der w-Aminogruppe an die Harzmatrix gebunden wird.

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Bei der Umsetzung der beiden Ausgangsmaterialien reagiert die u) -Aminogruppe der Aminosäure mit der Carboxylgruppe des Harzes unter Ausbildung einer Säureamidbildung, ^Man erhält das amphotere Harz, das gleichzeitig a-Amino- und a-Carboxylgruppen enthält.

vorzugsweise

Die Umsetzung wird/in einem Lösungsmittel durchgeführt. Es können Wasser und wäßrige Gemische von mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln, wie Methanol, Äthanol oder Aceton, verwendet v/erden. Die Reaktionstemperatur ist nicht kritisch, im allgemeinen liegt sie unter 10O⁰C.

Die Aminosäuren können entweder in ihrer freien Form oder in Form eines Salzes verwendet werden. Bei der Verwendung von Aminosäuresalzen, z.B. von Lysin-hydrochlorid,wird der p^-Wert des Reaktionsgemisches vorzugsweise mit einer Base, wie Natrium-

den
hydroxid,auf/neutralen bis alkalischen Bereich eingestellt.

Vorzugsweise wird eine äquivalente Menge oder ein Überschuß der Aminosäure oder deren Salz im Vergleich zu den Carbonsäureestergruppen des Harzes verwendet.

Die Menge der kovalent an das Harz gebundenen Aminosäure hängt von der Natur des Harzes, der Art des Esters und der Aminosäure oder deren Salz, dem Grad der Veresterung der Carboxylgruppe und den Reaktionsbedingungen ab. Je größer die Menge der im amphoteren Harz enthaltenen Aminosäure ist, desto höher ist die Aktivität bei der Spaltung in die optischen Antipoden und bei der Chelatbildung. Deshalb ist es wünschenswert, daß eine möglichst große Menge an Aminosäure im Harz enthalten ist. Jedoch ergibt sich durch sterische Hinderung eine gewisse

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Üblicherweise werden bei der Synthese von Ionenaustauscherharzen mit Carboxylgruppen ungesättigte Fettsäureester, wie Methacrylsäureester oder Acrylsäureester, mit einem Vernetzungsmittel copolymerisiert, und anschließend wird der entstandene Ester verseift, wodurch man das entsprechende Ionenaustauscherharz erhält. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält.man jedoch das amphotere Harz durch eine einzige einfache

Umsetzung, bei der als Ausgangsmaterial das veresterte Harz, wie es vor der Hydrolyse vorliegt, verwendet wird.

Als Kationenaustauscherharze, deren Carboxylgruppen verestert sind, kann man ein Copolymerisat von Methacrylsäureester oder Acrylsäureester und einem Vernetzungsmittel, das mit diesen Verbindungen copolymerisierbar ist, wie Divinylbenzol, verwenden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, carboxylgruppenhaltige Harze nach üblichen Verfahren zu verestern. Es können alle Ester mit aliphatischen und aromatischen Alkoholen verwendet werden. Vorzugsweise leiten sich die Ester aber von aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und aromatischen Alkoholen mit 6 bis 9 Kohlenstoffatomen ab. Um eine große Menge an Aminosäuren an das amphotere Harz zu binden, werden insbesondere Ester miinÄthanol ⁱ und p-Nitrophenol bevorzugt. Als Aminosäuren werden basische Aminosäuren mit einer <w-Aminogruppe, z.B. Lysin oder Ornithin, verwendet. Wird die Herstellung eines optisch aktiven Harzes gewünscht, so verwendet man eine optisch aktive Aminosäure, z.B. das L-Isomere von Lysin. Zur Herstellung eines chelatbildenden Harzes kann selbstverständlich das Racemat einer basischen Aminosäure verwendet werden.

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Höchstgrenze, die üblicherweise bei 200 bis 500 mg Aminosäure

r"
pro g Harz liegt.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispieli

100 g Amberlite IRC-50 (H-Form), ein schv/ach saures, von der

\JL onen aus tauscher)

Firma Rohm und Haas Co., vertriebenes^arz, das durch Copolymerisation von Methacrylsäure und Divinylbenzol hergestellt wird, werden bei 105°C getrocknet, anschließend in einem Gemisch aus 500 ml Thionylchlorid und 6 ml Pyridin suspendiert und 20 Stunden unter Rückfluß erwärmt. Nach der Umsetzung wird das Harz abfiltriert, mit Toluol gewaschen und im Vakuumexsikkator getrocknet. Anschließend wird das chlorierte Harz in einem Gemisch aus 1 Liter Äthanol und 50 ml Pyridin suspendiert, 20 Stunden unter Rückfluß gekocht, abfiltriert und mit Äthanol und anschließend Wasser gewaschen. Als Produkt erhält man das veresterte Harz. Dieses wird zu 1 Liter einer 300 g L-Lysin enthaltenden wäßrigen Lösung gegeben und 2 Stunden auf 100⁰C erwärmt. Anschließend wird das erhaltene Harzprodukt abfiltriert, mit Wasser, 1 η Essigsäure und nochmals mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält das gewünschte Harz. In diesem Harz sind 320 mg Lysin/1 g Harz gebunden.

Beispiel 2

Gemäß Beispiel 1 werden 100 g Amberlite IRC-50 in das entsprechende Säurechlorid umgewandelt und zu 700 ml einer Acetonlösung gegeben, die 300 g p-Nitrophenol enthält , 24 Stunden unter Rückfluß erwärmt und anschließend abfiltriert. Das Harzprodukt wird mit Aceton und anschließend mit V/asser gewaschen. Man erhält das veresterte Harz. Dieses wird in einer wäßrigen Lösung, die 270 g L-0rnithin enthält, suspendiert und 5 Stunden

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bei 80 C umgesetzt.

Anschließend wird das Harz abfiltriert und mit Wasser, mit 1 η Essigsäure und nochmals mit Wasser gewaschen. Man erhält das gewünschte Harz. Pro 1 g Harz sind 410 mg Ornithin gebunden.

Beispiel 3

100 g eines Copolymerisats, das aus 94 Prozent Methacrylsäure-

jLt)nyld "

/ester und 6 Prozent Divinylbenzol besteht, werden zu 1,2 Liter einer 50 Prozent Wasser enthaltenden Äthanollösung gegeben, die 300 g L-Lysin enthält, 4 Stünden unter Rückfluß erwärmt, abfiltriert und mit Wasser, mit 1 η Essigsäure und nochmals

mit Wasser gewaschen. Man erhält das gewünschte Harzprodukt. Pro 1 g Harz sind 350 mg Lysin gebunden.

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Claims

" 8 " 223DS93 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines amphoteren Harzes, das gleichzeitig a-Carboxyl- und «-Aminogruppen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man ein veresterte Carboxylgruppen enthaltendes Harz mit einer basischen Aminosäure umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine basische Aminosäure verwendet, die eine t^-Aminogruppe enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als basische Aminosäure Lysin oder Ornithin verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als basische Aminosäure L-Lysin oder L-Ornithin verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Harz mit Carbonsäureestergruppen ein Copolymerisat eines Methacrylsäureester oder Acrylsäureester mit einem Vernetzungsmittel verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vernetzungsmittel Divinylbenzol verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das veresterte Carbonsäuregruppen enthaltende Harz durch Veresterung eines Carbonsäuregruppen enthaltenden Harzes nach üblichen Verfahren erhält.

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