DE2511088A1 - Polymere (zusammengesetzte) metallkomplexe und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Ei shun Tsuchida __

Tokio, Japaa j IIBZ. «5 Polymere (zusammengesetzte) Metallkomplexe und Verfahren

zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft zur reversiblen Adsorption und Desorption von Sauerstoff fähige polymere Metallkomplexe sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Es sind die verschiedensten Verfahren zur Herstellung von zur Sauerstoffadsorption fähigen monomeren Metallkomplexen bekannt. Bei derartigen Verfahren werden beispielsweise bi-, ter-, und quadridentat-monomere Chelatliganden, wie Histidin, Bis(salicylaldehyd)äthylendiamin, Dimethylglyoxim, Indigo, Diäthylentriamin, Porphyrin, Chlorophyllin und Phthalocyanin, mit Metallionen, wie Co(II), Fe(II), Mn(II), Ni(II), Cr(Il), Zn(II) und Cu(I), zur Komplexbildung umgesetzt. Einige der bekannten monomeren Metallkomplexe vermögen in der Tat in kristallisiertem Zustand an sich wirksam Sauerstoff zu adsorbieren. Nachteilig an den bekannten monomeren Metallkomplexen ist jedoch, daß sie lediglich in speziellen organischen Lösungsmitteln, wie Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid und pyridin, löslich sind und daß ihr Zentralmetall, sofern sie in Lösung, insbesondere in wäßriger Lösung, vorliegen, irreversibel zu einem Valenzzustand oxidiert und damit deak-

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tiviert wird. Von J.E. Baldwin und J. Huff in ⁿJ. Amer. Chem. Soc.% Band 95, Seite 5757 (1973), J.P. Collman und CA. Reed in "J. Amer. Chem. Soc.ⁿ, Band 95, Seite 2049 (1973) und CK. Chang und T.G. Traylor in "J. Amer. Chem. Soc", Band 95, Seite 5810 (1973) wird über monomere Metallkomplexe berichtet, die in gelöster Form bei einer Temperatur unterhalb -5O⁰C reversibel Sauerstoff zu adsorbieren und wieder abzugeben vermögen, wobei darüber hinaus das Zentralmetall gegen Oxidation geschützt ist. Nachteilig an den bekannten monomeren Metallkomplexen ist jedoch immer noch, daß ihr Zentralmetall zwar bei der genannten tiefen Temperatur nicht, jedoch bei Raumtemperatur irreversibel oxidiert wird.

Wenn die bekannten monomeren Metallkomplexe mit einem hochpolaren Lösungsmittel, z.B. Wasser, in Berührung gelangen, wird ihr Zentralmetall irreversibel oxidiert, was unweigerlich zur Zersetzung eines sauerstoffhaltigen Metallkomplexes führt. Dies beruht darauf, daß die irreversible Oxidation (Entladung) des Zentralmetalls in der zweiten Stufe des durch folgende Gleichung wiedergegebenen Reaktionsablaufs in einem polaren Lösungsmittel begünstigt wird:

o=o o-o"

i^a ; ι kd

Fe(II) + O, «- IFe(II) ++ Fe(III)] ■* Fe(III) + o;

² k-a ² (D

Beladung mit Sauerstoff irreversible mit Sauer- beladener Korn- Oxidation stoff plex

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, einen neuen polymeren Metallkomplex zu schaffen, der ohne weiteres

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in den verschiedensten Lösungsmitteln löslich ist und die Fähigkeit zur reversiblen Adsorption von Sauerstoff (an sich) und zur Desorption von Sauerstoff (von sich) besitzt, wobei insbesondere die SauerstoffSättigung höher und die Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit größer sein sollen als bei den bekannten monomeren Metallkomplexen.

Es sei nun angenommen, daß ein poll/merer Metallkomplex derart aufgebaut ist, daß ein monomerer Ligand die planare Koordinationsstelle eines Zentralmetallions starker Affinität gegenüber Sauerstoff einnimmt und ein polymerer Ligand sich an der verbliebenen axialen Koordinationsstelle befindet. Bei diesem polymeren Metallkomplex ist der axiale Ligand durch einen polymeren Liganden ersetzt, was folgende Vorteile hat:

1. Es ist möglich, einen in den verschiedensten Lösungsmitteln löslichen Metallkomplex zu schaffen. Insbesondere dann, wenn der polymere Ligand aus einem wasserlöslichen Polymeren besteht, erhält man einen wasserlöslichen polymeren Metallkomplex.

2. Da das Zentralmetallion in einer Polymerenkette in eine hydrophobe Umgebung eingebaut werden kann, erleidet das Zentralmetallion des fertigen polymeren Metallkomplexes eine, wenn überhaupt, höchstens geringfügige irreversible Oxidation, und zwar auch dann, wenn sich der Komplex in Lösung befindet. Auf diese Weise erreicht man eine Stabilisierung des letztlich gebildeten, mit Sauerstoff beladenen polymeren Metallkomplexes,

3. Da zahlreiche Metallkomplexe in federn beliebigen Verhältnis miVeiner Polymerenkette eine Verbindung einge-

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hen können, läßt sich eine gemeinsame Wirkung dieser Metallkomplexe erreichen. Folglich läßt sich eine S-förmige Sauerstoffgleichgewichtskurve erreichen, nämlich "bei der Adsorption und Desorption von Sauerstoff ein allosterischer Effekt erwarten. Dies bringt den Vorteil, daß sich auf einmal über einen Bereich von bis IOO96 eine vollständige Sauerstoffadsorption und -desorption durch lediglich geringe Änderung im Sauerstoffpartialdruck erreichen läßt. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn die Sauerstoffadsorption und -desorption wiederholt erfolgen soll.

Aufgrund dieser Erkenntnisse ist es nun gelungen, einen neuen polymeren Metallkomplex zu schaffen, der zur Sauerstoff adsorption und -desorption fähig ist.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein polymerer Metallkomplex, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß sein Zentralmetall aus einem Übergangsmetall niedriger Valenz aus den Gruppen VIA, VIIA, VIII, IB und HB der vierten bis sechsten Perioden des Periodensystems besteht, daß sein planarer Ligand aus einem Chelatliganden in Form eines bi-, ter- und/oder quadridentatmonomeren Liganden besteht und daß sein axialer Ligand aus einem polymeren Liganden mit einer funktionellen Gruppe mit Koordinationsfähigkeit besteht.

Ein polymerer Metallkomplex gemäß der Erfindung läßt sich dadurch herstellen, daß man (A) einen monomeren Metallkomplex, dessen Zeritralmetall aus einem Übergangsmetall niedriger oder hoher Valenz aus den Gruppen VIA, VIIA, VIII, IB und HB der vierten bis sechsten Perioden des Periodensystems und dessen Ligand aus irgendeinem Bi-,

) monomeren

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Ter- oder Quadridentat-Chelatliganden bestehen, mit einem polymeren Liganden umsetzt, um den axialen Liganden des monomeren Metallkomplexes durch den betreffenden polymeren Liganden auszutauschen, oder daß man (B) die restliche Gruppe einer polymeren Verbindung unter Ausbildung einer <y -Bindung zwischen Kohlenstoff und Metall an das Zentralmetall des monomeren Metallkomplexes bindet, wobei man, sofern das Zentralmetall des monomeren Metallkomplexes aus einem Übergangsmetall hoher Valenz besteht, dieses vor, nach oder gleichzeitig mit der Durchführung der Umsetzung (A) oder (B) durch chemische Reaktion mit Hilfe eines Reduktionsmittels oder auf elektrischem Wege mittels einer Elektrode zu einem Zentralmetall niedriger Valenz reduziert .

Die beigefügten Zeichnungen sollen die Erfindung näher veranschaulichen. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Änderung des Spektrums bei der Reduktion eines Chlorhämins alleine;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Änderung des Spektrums bei der Beladung eines reduzierten polymeren Pyridinhämochroms gemäß der Erfindung mit Sauerstoff;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine in den später folgenden Beispielen verwendete Sauerstoffixiervorrichtung;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der zeitlichen Änderungen in der sichtbaren Soret-Bande bei 406 nm,

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die dem mit Sauerstoff beladenen Komplex zugeordnet ist. Die Messung erfolgte in wäßriger Lösung nach einem abgestoppten Fließverfahren. Die Beladung mit Sauerstoff erfolgte einmal bei einem polymeren Metallkomplex gemäß der Erfindung und das andere Mal bei einem monomeren Metallkomplex;

Fig. 5, 6 und 7 den Einfluß der jeweiligen Zusätze auf

die Kinetik jedes Elementarverfahrens bei der Beladung mit Sauerstoff und Oxidation des polymeren Metallkomplexes gemäß der Erfindung, und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der

Anfangssauerstoffaufnahmegeschwindigkeit vom Sauerstoffpartialdruck für die verschiedenen Formen polymerer Metallkomplexe gemäß der Erfindung.

Das Zentralmetall eines polymeren Metallkomplexes gemäß der Erfindung, das gegenüber Sauerstoff eine starke Affinität aufweisen muß, sollte, wie bereits erwähnt, aus den Gruppen VIA, VIIA, VIII, IB und HB der vierten bis sechsten Perioden des Periodensystems gehörenden Übergangsmetallen niedriger Valenz ausgewählt werden und beispielsweise aus Cr(II), Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(I), Ag(I), Ati(l), Zn(II), Cd(Il), Pt(Il), Ir(Il) und Hg(II), vorzugsweise Cr(II), Mn(Il), Fe(II), Co(Il), Cu(I), Zn(II) und Ni(H), bestehen.

Monomere Metallkomplexe, wie Kobalamin, Salcomin und Hämin, die als Ausgangsmaterialien zur Herstellung polymerer Metallkomplexe gemäß der Erfindung verwendet werden können, werden in der Regel in üblicher bekannter Weise durch Umsetzen von beispielsweise Chloriden, Bromiden,

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Cyaniden, Sulfaten, Nitraten, Nitriten, Acetaten, Carbonaten und Perchloraten von Übergangsmetallen niedriger oder hoher Valenz der Gruppen VIA, VIIA, VIII, IB und IIB der vierten bis sechsten Perioden des Periodensystems mit monomeren Bi-, Ter- und Quadridentat-Chelatliganden hergestellt. Bezüglich der Einzelheiten sei auf Kapitel 2 "Manufacturing Method", Vorlesung 11 bezüglich der Chemie von Komplexen in "Experimental Chemistry" (Herausgeber: Japanische Chemische Gesellschaft) verwiesen.

Von den zahlreichen bekannten Bi-, Ter- und Quadridentat-Chelatliganden werden diejenigen bevorzugt, die ein breites TT-Konjugatsystem aufweisen. Typische Bidentatliganden sind beispielsweise Histidin, p-(2-Pyrrolylmethylenimino)styrol, 3-(2-Pyrrolylmethylenimino)propen-1, Dirne thylglyoxim _t Acetylaceton (acac), Bis(salicylaldehyd)-äthylendiamin, Indigo, Äthylendiamin (en), Bis(acetylaceton) äthylendiamin (baen), Bipyridyl (bipy) und Phenanthrolin (phen). Typische Terdentat-Chelatliganden sind beispielsweise Diäthylentriamin (dien), Iminodiessigsäure (IDA) und Nitrilotriessigsäure (NTA). Typische Quadridentatliganden sind beispielsweise Porphyrine (beispielsweise Protoporphyrin IX), Chlorophyllin, Porphyradin und Phthalocyanine. Bevorzugt werden Histidin, 3-(2-Pyrrolylmethylenimino)propen-1, Dimethylglyoxim, Acetylaceton, Bis(salicylaldehyd)äthylendiamin, Indigo, Bis(acetylaceton) äthylendiamin, Phenanthrolin, Porphyrine, Chlorophyllin, Porphyradin und Phthalocyanine. Konkrete Beispiele für durch Umsetzen von Salzen der genannten Metalle mit Bi-, Ter- oder Quadridentat-Chelatliganden erhaltene monomere Metallkomplexe sind Chlorohämin, Tris[3-(2-pyrrolylmethylenimino)propen--Vato]-Co(IIl), Co(II)-DMG, CO(Il)-acac, trans-Na[Co(DMG)₂Cl₂], trans-Na[Co(acac)₂(N0₂)₂],

⁺ > (DPiG: -8-

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trans [Co(baen)(H₂O)₂]ClO^, Ni-DMG, Mn-phthalocyanin, Cr-(DMG)₂Cl und dergleichen.

Wie bereits erwähnt, werden polymere Metallkomplexe gemäß der Erfindung durch (A) Umsetzen eines monomeren Metallkomplexes mit einem polymeren Liganden zum Ersatz eines monomeren ) durch den "betreffenden polymeren Liganden oder (B) Umsetzen des Zentralmetalls des monomeren Metallkomplexes mit der restlichen (freien)Gruppe einer polymeren V_erbindung unter Bildung einer kovalenten Kohlenstoff/Metall-Bindung (6-Bindung) hergestellt.

Polymere, bei der Ligandenaustauschreaktion (A) verwendbare Liganden sind polymere Verbindungen geeigneter Koordinationsfähigkeit bzw. -kapazität, z.B. primäreAminogruppen, sekundäre Aminogruppen, tertiäre Aminogruppen, Stickstoff enthaltende heterocyclische Ringe, Schiffsche Basen, Carboxylgruppen und Hydroxylgruppen. Bevorzugte polymere Liganden sind solche mit einem stickstoffhaltigen heterocyclischen Ring. Der Ausdruck "Polymere" soll Monomere ausschließen und sogenannte Oligomere niedrigen Molekulargewichts bis hochmolekulare Verbindungen umfassen.

Polymere Liganden sind beispielsweise Polyäthylenimine verschiedenen Molekulargewichts, Polyaminosäuren mit zahlreichen Aminogruppen in der Seitenkette (wie Poly-L-lysin und Polyglutaminsäure), Polyvinylpyridin, Polyvinylimidazol, Poly-p-(2-pyrrolylmethylenimino)styrol, Polyacrylsäure), Poly(methacrylsäure), Pectinsäuren, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyridin oder Polyvinylimidazol, bei denen einige der quaternisierbaren Stickstoffatome später quaternisiert worden sind, Derivate, die durch Einführen eines ein Stickstoffatom als Ringbestandteil auf-

) Metallkomplexes

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weisenden aromatischen Rings, z.B. von Pyridin, Imidazol oder Histidin, oder einer Nucleinsäurebase, z.B. von Adenin, hergestellt wurden, und Mischpolymere von Vinylpyridin, Vinylimidazol und dergleichen mit N-Vinylpyrrolidon, Acrylamid, Acrylsäure und dergleichen. Besonders bevorzugt sind Polymere mit einer stickstoffhaltigen Gruppe in Form von Homo- oder Mischpolymeren von Vinylpyridin und Vinylimidazol, sowie Polyaminosäuren, z.B. Poly-L-lysin.

Die Ligandenaustauschreaktion zwischen dem monomeren Metallkomplex und dem polymeren Liganden erfolgt in der Regel in Lösung bei Raumtemperatur (25° bis 3O°C) unter Rühren. Die Umsetzung ist in etwa 5 bis etwa 15 min beendet. Bei dieser Umsetzung können als Lösungsmittel solche verwendet werden, die beide Reaktionsteilnehmer zu lösen vermögen. Andererseits kann man auch ein Lösungsmittelgemisch verwenden, dessen einer Bestandteil den einen Reaktionsteilnehmer und dessen anderer Bestandteil den anderen Reaktionsteilnehmer löst. Obwohl das jeweilige Lösungsmittel (gemisch) mit der Art des monomeren Metallkomplexes und den tatsächlich verwendeten polymeren Liganden variiert, können als (Einzel-lösungsmittel beispielsweise Dimethylformamid, Methanol und Wasser, als Lösungsmittel-(gemisch) beispielsweise Dimethylformamid/Wasser, Dimethylformamid/Methanol und Dimethylformamid/Tetrahydrofuran verwendet werden.

Der polymere Ligand und der monomere MetallkompjLex werden im Molverhältnis 1 : 1 bis 10000 : 1, vorzugsweise 100 : 1 bis 1000 : 1, in ein Reaktionsgefäß gefüllt. Wie die genannten Molverhältnisse zeigen, wird der erstere Reaktionsteilnehmer, nämlich der polymere Ligand, in großem
Überschuß verwendet. Der Grund dafür besteht darin, daß

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die Bedingung, unter der durch Reaktion zwischen dem polymeren Liganden und einem zweiten Bestandteil, insbesondere einem Polymeren, ohne weiteres eine hydrophobe Umgebung entsteht, notwendigerweise (richtig) gewählt und ferner die Menge an mit dem polymeren Liganden tatsächlich kombiniertem monomeren Metallkomplex (möglichst weit) erhöht werden muß. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ligandenaustauschreaktion nicht nur in homogener Lösung, sondern auch in Form einer Suspension oder Paste wirksam durchgeführt werden kann.

Die restliche (freie) Gruppe einer bei der Umsetzung (B) mit dem Zentralmetall des monomeren Metallkomplexes zur Ausbildung einer Kohlenstoff/Metall-Bindung verwendbaren polymeren Verbindung reagiert entweder mit metallischem Magnesium oder mit einem Grignard-Reagens der allgemeinen Formel RMgX, worin R einen Alkylrest darstellt und X für ein Halogenatom steht, wobei ein polymeres Grignard-Reagens entsteht, Polymere Verbindungen dieses ^yps enthalten beispielsweise in ihrer Seitenkette eine funktionelle Gruppe, z.B. ein Halogenatom, einen halogenierten Alkylrest, einen Alkoholrest und/oder einen Ketonrest. So reagieren beispielsweise Homopolymere von Vinylmonomeren mit einem halogenierten Alkylrest, z.B. p-Chlormethylstyrol und Chloräthylvinyläther, und Mischpolymere dieser Monomeren mit anderen Monomeren direkt mit metallischem Magnesium unter Bildung polymerer Grignard-Verbindungen.

Polymere Verbindungen, die mit einem Grignard-Reagens der Formel RMgX unter Bildung einer polymeren Grignard-Verbindung reagieren, sind beispielsweise Polyvinylalkohol, Verbindungen, die durch Hydrolyse von Mischpolymeren von Vinylacetat mit Styrol, Methylmethacrylat oder Vinylpyridin

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erhalten wurden, Homopolymere von Methylmethacrylat oder Methylacrylat und Mischpolymere dieser Monomeren mit Styrol oder Acrylsäure. Verbindungen, die zur Bildung polymerer Grignardverbindungen fähig sind, sind ferner Homopolymere von 2-Hydroxyäthylmethacrylat und 2-Hydroxyäthyl acrylat oder Mischpolymere dieser Monomere mit anderen Monomeren sowie Homopolymere von beispielsweise Methylvinylketon und Isopropylvinylketon oder Mischpolymere dieser Monomeren mit beispielsweise Styrol und Acrylsäure.

Wenn die genannten Verbindungen direkt mit Magnesium zur Bildung einer polymeren Grignard-Verbindung umgesetzt werden, läuft die Umsetzung entsprechend der folgenden Gleichung:

RX + Mg |g_m;^gg^{arofuran bel Raum}- RMSX (A)

ab. In der Gleichung bedeutet R die restliche (freie) Gruppe eines Polymeren und X ein Halogenatom. Wenn folglich dieselbe Anzahl Mole metallisches Magnesium und RX in wasserfreiem Tetrahydrofuran unter kräftigem Rühren gelöst oder dispergiert werden, kommt es augenblicklich zu einer Umsetzung, wobei diese bei Raumtemperatur in einigen h beendet ist.

Wenn das polymere Grignard-Reagens auf indirektem Wege hergestellt wird, läuft die Umsetzung beispielsweise nach folgender Gleichung:

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R'MgX + R. -C-R₉-* R, -C-O- MgX

V ^R

ab. In der Gleichung bedeuten:

R¹ einen Alkylrest;

X ein Halogenatom;

R₁ und/oder R₂ die restliche(n) Gruppe(n) von Polymeren, wobei gilt, daß, wenn lediglich einer der Reste R^ und R₂ die restliche Gruppe eines Polymeren darstellt, der andere Rest für einen Alkylrest steht.

Hierbei wird beispielsweise eine Tetrahydrofuran^ sung mit R^COR₂ langsam zu einer anderen Tetrahydrofuran!ösung mit der entsprechenden Anzahl Mole R¹MgX (wie R₁COR₂ unter Kühlen mit Wasser und anschließendem mäßigen Rühren zugegeben, worauf das Reaktionsgemisch zur Vervollständigung der Umsetzung auf einem heißen Bad mehrere h lang gerührt wird.

Das erhaltene polymere Grignard-Reagens wird mit dem monomeren Metallkomplex bei Raumtemperatur unter mehrstündigem Rühren umgesetzt, wobei sich dann ein polymerer Metallkomplex gemäß der Erfindung bildet. Das Molverhältnis zwischen dem polymeren Grignard-Reagens und dem monomeren Metallkomplex soll im Bereich von 1 ι 1 bis 100 : liegen.

Wenn bei den geschilderten Umsetzungen (A) und (B) ein monomerer Metallkomplex mit einem Zentralmetall hoher

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Valenz bzw. Wertigkeit verwendet wird, ist es, damit der fertige polymere Metallkomplex eine reversible Sauerstoff adsorption und -desorption zuläßt, erforderlich, das Zentralmetall zu einer niedrigen Valenz bzw. Wertigkeitsstufe zu reduzieren. Diese Reduktion kann vor, nach oder gleichzeitig mit den Umsetzungen (A) oder (B) unter Verwendung eines geeigneten Reduktionsmittels oder durch Makroelektrolyse aufgrund einer elektrochemischen Umsetzung erfolgen.

Bei den Umsetzungen (A) oder (B) kann als Reduktionsmittel ein anorganisches oder organisches Reduktionsmittel, z.B. Natriumhydrosulfit (NapS^O^), Ascorbinsäure, Hydrazin, Hydrochinon und Nikotinamidadenindinucleotid (NAD), verwendet werden. Selbstverständlich können auch noch andere Reduktionsmittel verwendet werden. In einigen Fällen hat sich beispielsweise ein Redox-System aus einem mit einem organischen oder anorganischen Oxidationsmittel kombinierten Reduktionsmittel als wirksam erwiesen. Solche Redox-Systeme sind beispielsweise Kombinationen von Peroxiden, wie Wasserstoffperoxid, Benzoylperoxid und Cumolhydroperoxid, auf der einen Seite mit Eisen(II), Chromionen, Sulfiten, Hydroxylamin und Hydrazin auf der anderen Seite.

Die zu verwendende Reduktionsmittelmenge sollte mindestens zur Menge des Zentralmetalls im Metallkomplex äquimolar sein. Allgemein kann man mit einem bis zu 1000-fachen, zweckmäßigerweise etwa 80- bis 120-fachen, vorzugsweise etwa 100-fachen, molaren Überschuß an Reduktionsmittel gegenüber dem Zentralmetall arbeiten. Die Reduktion ist in Lösung bei Raumtemperatur in 10 bis 60 min beendet.

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Bei der Reduktion mit einem Reduktionsmittel verbleibt nach beendeter Reduktion ein großer Überschuß an Reduktionsmittel in dem System. Folglich müssen diese Rückstände zur Reinigung von dem polymeren Metallkomplex entfernt werden. Nicht an den polymeren Liganden gebundener monomerer Metallkomplex, Reduktionsmittel und, falls vorhanden, Fremdionen lassen sich beispielsweise durch Dialyse oder ein Säulenverfahren eliminieren. Das Lösungsmittel kann durch Gefriertrocknen entfernt werden.

Die bei Säulenverfahren verwendeten Säulen können beispielsweise aus Sephadex-Säulen, die mit einem mit Glycidylalkohol vernetztem Dextran gepackt sind, beispielsweise aus der unter der Handelsbezeichnung Sephadex G-15 vertriebenen Säule zur Entfernung von Rückständen mit geringerem Molekulargewicht als 1000, oder handelsüblichen Silikagelsäulen bestehen.

Ein monomerer Metallkomplex, dessen Zentralmetall bereits ursprünglich in niedriger Valenzstufe vorliegt, bedarf keiner Reduktion. In einem solchen Fall wird jedoch die Reaktion (A) oder (B) in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt, um eine Oxidation des Zentralmetalls zu einer höheren Wertigkeitsstufe zu vermeiden.

Das Fortschreiten der Umsetzungen (A) und (B) sowie der Reduktion läßt sich durch Aufzeichnen der zeitlichen Änderungen im sichtbaren Spektrum einer Reaktionslösung genau verfolgen.

Von den derart hergestellten polymeren Metallkomplexen werden am meisten diejenigen bevorzugt, bei denen der monomere Metallkomplex aus Fe(II)-porphyrin oder Co(II)-

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porphyrin und der polymere Ligand aus einem Mischpolymeren aus 4-Vinylpyridin und N-Vinylpyrrolidon oder 5-Vinylimidazol mit N-Vinylpyrrolidon bestehen.

Die Fähigkeit polymerer Metallkomplexe gemäß der Erfindung zur reversiblen Adsorption von Sauerstoff an sich selbst (der Komplex nimmt eine mit Sauerstoff beladene Form an) und zur reversiblen Desorption von Sauerstoff von ihm (der Sauerstoff wird von dem mit Sauerstoff beladenen Komplex freigegeben) wird später noch eingehender beschrieben.

Es hat sich nun weiter gezeigt, wenn ein erfindungsgemäß hergestellter polymerer Metallkomplex (Form I) mit einem zweiten Bestandteil (Additiv) in Form eines oder mehrerer Typs (Typen) polymerer oder monomerer Verbindungen, die mit dem polymeren Metallkomplex (Form I) in Wechselwirkung treten können, umgesetzt wird, ein weiterer Typ eines polymeren Metallkomplexes (Form II) gebildet werden kann, der bei der Adsorption von Sauerstoff (an sich selbst) in einen stärker stabilen, sauerstoffbeladenen Komplex übergeht, ohne daß das Zentralmetall irreversibel oxidiert wird.

Verbindungen, die mit dem polymeren Metallkomplex (Form I) in Wechselwirkung treten bzw. eine Reaktion eingehen können, sind beispielsweise polymere Verbindungen, die zur Ionenbindung und Wasserstoffbindung mit dem polymeren Metallkomplex (Form I) fähig sind oder gegenüber dem Komplex (Form I) als Elektronendonator oder -akzeptor zu wirken vermögen, sowie monomere Verbindungen, die durch Ändern der Konformation einer Polymerenkette des Komplexes (Form I) in Lösung lokal eine hydrophobe Einbuchtung (Höhle) bzw. Kavität bilden können.

⁺) daß, -16-

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Beispiele für polymere und monomere sekundäre Bestandteile sind:

1. Zur Ausbildung von Ionenbindungen fähige Arten polymerer Verbindungen (Polyionen), nämlich Polyanionen, wie Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(itaconsäure), Poly(glutaminsäure), Pectinsäure und Alginsäure. Selbstverständlich eignen sich auch noch andere Polyionen. Wenn beispielsweise der polymere Metallkomplex (Form I) eine Kette enthält, die zahlreiche anionische Dissoziationsgruppen aufweist, bilden selbstverständlich Polykationen die Gegenstücke dieser Polyanionen.

2. Wasserstoffbindende Arten polymerer Verbindungen sind beispielsweise polymere Verbindungen mit eine Wasserstoffbindung herbeiführenden funktioneilen Gruppen, z.B. Aminogruppen, aromatischen Ringen mit einem Stickstoffatom als Ringbestandteil, Amidgruppen, Cärbonylgruppen, Carboxylgruppen, Hydroxyäthylgruppen, Formylgruppen, Hydroxylgruppen und Äthergruppen. Beispiele für solche Verbindung sind Homo- oder Mischpolymere von Vinylpyridin, Vinylimidazol und N-Vinylpyrrolidon, Polymere mit Nucleinsäurebasen (wie Polyäthylenimin und Polyvinylpyridin, jeweils mit 9-(2'-ChloräthyD)-adenin quatemisiert), Poly(methacrylsäure), Poly(itaconsäure, Pectinsäuren, Alginsäuren, Polyvinylalkohol, Polyäthylenglykol, Homopolymere von Acrylsäureestern, wie Methylmethacrylat und Methylacrylat, oder Derivaten von Vinylketonen, wie Methylvinylketon, Mischpolymere dieser Monomeren mit Comonomeren, wie Styrol und Vinylpyridin, Homopolymere von 2-Hydroxyäthylmethacrylat und 2-Hydroxyäthylacrylat, Mischpolymere dieser Mono-

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meren mit anderen Monomeren, Homopolymere von Acrolein und Methacrolein und Mischpolymere dieser Monomeren mit anderen Monomeren.

3. Als Elektronendonatoren oder -akzeptoren wirkende polymere Verbindungen sind beispielsweise polymere Elektronendonatoren, z.B. Homopolymere von beispielsweise Vinylpyridin und Vinylimidazol und Mischpolymere dieser Monomeren mit beispielsweise Styrolderivaten, Vinylcarbazol, Vinylnaphthalin, und Vinylpyren, und polymere Elektronenakzeptoren, z.B. Mischpolymere von Vinylmonomeren mit einer heterocyclischen aromatischen Base, beispielsweise Vinylpyridin und Vinylimidazol, mit monomeren Elektronenakzeptoren, wie Acrylnitril, Fumaronitril und Maleinsäureanhydrid. Der Ausdruck "polymere Verbindungen" besitzt die bereits angegebene Definition.

4. Monomere Verbindungen, die durch Ändern der Konformation einer Polymerenkette des polymeren Metallkomplexes (Form I) in Lösung zur lokalen Ausbildung einer hydrophoben Einbuchtung (Höhle) bzw. Kavität fähig sind, sind beispielsweise oberflächenaktive Mittel, wie Natriumlaurylsulfat und Cetyltrimethylammoniumchlorid, sowie Neutralsalze, wie Natriumchlorid, Natriumbromid und Natriumperchlorat.

Die durch Umsetzen des polymeren Metallkomplexes (Form I) mit einer zur Wechselwirkung mit dem Metallkomplex fähigen Verbindung erhaltene!zweiten (zusammengesetzten) Metallkomplexe (Form II) haben das Zentralmetall des jeweiligen monomeren Metallkomplexes von einem aus einer polymeren Substanz bestehenden "Bereich" umhüllt, weswe-

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gen das Zentralmetall kaum irreversibel oxidiert wird. Auf diese Weise erhält man bei der Adsorption des Sauerstoffs an den zweiten polymeren (zusammengesetzten) Metallkomplex (Form II) einen stabileren, mit Sauerstoff beladenen Metallkomplex.

Der zweite polymere (zusammengesetzte) Metallkomplex (Form II) wird durch Vermischen einer Lösung des polymeren Metallkomplexes (Form I) mit einer Lösung der zur Wechselwirkung fähigen Verbindung, in der Regel bei Raumtemperatur oder erforderlichenfalls bei niedrigerer oder höherer Temperatur als Raumtemperatur, hergestellt. Wenn der zweite Bestandteil bzw. die zu addierende Verbindung aus einer polymeren Verbindung besteht, ist es ratsam, die zu addierende Verbindung in äquimolarer Menge oder geringfügig größerer Menge, bezogen auf die Menge der an der Umsetzung teilnehmenden funktionellen Gruppen, einzusetzen. Wenn der zweite Bestandteil bzw. der Zusatz aus einem oberflächenaktiven Mittel besteht, wird letzteres vorzugsweise in größerer Menge als der kritischen Mizellenkonzentration eingesetzt. Wenn der zweite Bestandteil aus einem Neutralsalz gebildet ist, sollte dieses zweckmäßigerweise - grob geschätzt - in einer Konzentration von 0,1 bis 0,5 Mol/l zum Einsatz gelangen. Die Reaktionszeit variiert mit der Intensität der Reaktionsfähigkeit der Reaktionsteilnehmer. So ist beispielsweise eine Umsetzung zwischen Ionenkomplexen augenblicklich beendet, während die Vervollständigung der Umsetzung mehrere Tage oder sogar noch länger dauert, wenn durch hydrophobe Bindung eine polymere Masse hergestellt werden soll; die am meisten bevorzugten sekundären polymeren (zusammengesetzten) Komplexe (Form II) sind in der folgenden Tabelle A zusammengestellt:

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Tabelle A

Monomerer Metall- Polymerer Ligand sekundärer Bekomplex standteil

Fe(II)porphyrin teilweise quaternisier- Natriumpoly-

tes Polyvinylpyridin styrolsulfat

. teilweise quaternisiertes Polyvinylimidazol

Co(Il)-porphyrin 4-Vinylpyri din- /N-Vi- Polj(jnethacryl-

nylpyrrolidon-Misch- säure) polymeres

5-Vinylimidazol/N-Vi-

nylpyrroiidon-Misch-

polymeres

Der durch Umsetzen des polymeren Metallkomplexes (Form I) mit einer (damit) reaktionsfähigen polymeren Verbindung oder einer Kombination solcher polymerer Verbindungen (vgl. die vorher unter 1) bis 3) genannten Reaktionsteilnehmer) erhaltene zweite polymere (zusammengesetzte) Metallkomplex (Form II.) besitzt eine komplizierte mehrkettige Struktur, worin der monomere Metallkomplex tief in das lokale Feld der durch eine Polymerenkette gebildeten hydrophoben Einbuchtung bzw. Höhle eingebettet ist. Folglich wird das Zentralmetall des monomeren Metallkomplexes vor einer Deaktivierung durch irreversible Oxidation, selbst in einem Lösungsmittel hoher Polarität, wie Wasser, bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck, bewahrt, so daß sich eine höchst wirksame Sauerstoffadsorption und -desorption gewährleisten läßt.

Wenn der zusammengesetzte Metallkomplex (Form II) durch eine aus einem oberflächenaktiven Mittel bestehende Mizelle umhüllt ist, liegt der monomere Metallkomplex in der hydrophoben Einbuchtung oder Höhle sphärischer oder

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geschichteter Mizellen, wobei sein Zentralmetall ebenfalls vor einer irreversiblen Oxidation geschützt wird. Bei einem zusammengesetzten Metallkomplex (Form II), an den die genannten Neutralsalze gebunden sind, stellt sich derselbe Effekt ein. Bei zusammengesetzten Metallkomplexen (Form II), die durch Zusatz eines oberflächenaktiven Mittels oder Neutralsalzes hergestellt wurden, läßt sich die irreversible Oxidation des Zentralmetalls des monomeren Metallkomplexes weit weniger verhindern als bei den zusammengesetzten Metallkomplexen (Form II), die durch Einverleiben eines polymeren Zusatzes erhalten wurden.

Die bei der Herstellung der polymeren Metallkomplexe (Form I) geschilderte Reduktion kann in entsprechender Weise gleichzeitig mit oder nach der Umsetzung zwischen dem Metallkomplex (Form I) und einer zur Wechselwirkung mit diesem fähigen Verbindung durchgeführt werden.

Die polymeren Metallkomplexe gemäß der Erfindung besitzen folgende hervorstechende Eigenschaften:

1. Sie können reversibel Sauerstoff adsorbieren und wieder freigeben (desorbieren), und zwar unabhängig davon, ob sie in fester Form oder in Lösung vorliegen. Wenn sie in fester Form oder in Lösung in einem organischen Lösungsmittel oder einer 1 bis 5 gew.-^igen wäßrigen Kochsalzlösung mit Sauerstoff in Berührung gelangen, wird ein Ligand an einer der axialen Koordinationsstellen durch den Sauerstoff ersetzt, wobei letzterer als axialer Ligand gebunden wird (hierbei entsteht ein mit Sauerstoff beladener Metallkomplex). Wenn der mit Sauerstoff beladene Metallkomplex in einer Inertgasatmosphäre aus beispielsweise Stickstoff

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oder im Vakuum aufbewahrt wird, wird der koordinativ gebundene molekulare Sauerstoff desorbiert, wobei der Komplex wieder in seinen ursprünglichen Zustand übergeht.

Insbesondere diejenigen polymeren Metallkomplexe, die noch den zweiten Bestandteil enthalten, gewährleisten die reversible Sauerstoffadsorption und -desorption nicht nur unter Bedingungen, unter denen dies auch mit den bekannten monomeren Metallkomplexen erreicht wird, nämlich bei niedriger Temperatur und hohem bis Atmosphärendruck sowie in trockenem Zustand, sondern auch bei Raumtemperatur und in Form einer Lösung in einem Lösungsmittel hoher Polarität, wie Wasser.

2. Bei polymeren Metallkomplexen gemäß der Erfindung ist das Zentralmetall des monomeren Metallkomplexes gegen Deaktivierung durch irreversible Oxidation während der Sauerstoffadsorption und -desorption (die bei den bekannten monomeren Metallkomplexen unvermeidlich ist) geschützt, weswegen sie wiederholt zur Sauerstoffadsorption und -desorption verwendet werden können.

3. Bei den polymeren Metallkomplexen gemäß der Erfindung ist das Zentralmetall in einer hydrophoben Einbuchtung der Polymerenkette untergebracht. Wenn .folglich der Metallkomplex Sauerstoff adsorbiert, bleibt die gebildete, mit Sauerstoff beladene Form über sehr lange Zeit hinweg stabil.

4. Die polymeren Metallkomplexe gemäß der Erfindung können Sauerstoff in weit größerer Menge und weit rascher adsorbieren als die bekannten monomeren Metallkomplexe,

-22-

509839/0909

Die geschilderten hervorstechenden Eigenschaften der polymeren Metallkomplexe gemäß der Erfindung lassen sich durch Aufzeichnen des sichtbaren Spektrums, durch volumetrische Analyse unter Verwendung eines Warburg-Manometers - im Falle, daß der Metallkomplex in Lösung vorliegt - und mittels einer Magnetwaage oder durch Messung der Elektronenspinnresonanz - wenn der Metallkomplex in fester Form vorliegt - ermitteln.

Die zur reversiblen Sauerstoffadsorption und -desorption fähigen polymeren Metallkomplexe gemäß der Erfindung lassen sich bei Sauerstoffixierkatalysatoren zum Abtrennen von Sauerstoff aus der Luft als Sauerstoffträger zur einfachen Lieferung aktivierten Sauerstoffs, als pho.toleitfähige Polymere, Halbleiterpolymere, lichtempfindliche Filme, paramagnetische Filme und dergleichen verwenden. Weiterhin können die polymeren Metallkomplexe gemäß der Erfindung auf den verschiedensten chemischen Anwendungsgebieten als Sauerstoffträger verwendet werden. Schließlich ist es auch noch denkbar, daß die polymeren Metallkomplexe gemäß der Erfindung als wichtige Ausgangsmaterialien zur Gewinnung künstlicher roter Blutkörperchen verwendet werden können.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Eine Lösung von 0,13 g Chlorhämin der Formel:

-23-

5 09839/0909

:h

COOH

in 90 ml Dimethylformamid wurde mit einer Lösung von
2,8 g Natriumhydrosulfit in 10 ml Wasser gemischt. Die hierbei einsetzende Reduktion war in etwa 25 bis 30 min bei Raumtemperatur unter Stickstoffatmosphäre beendet.

Nun wurde das Lösungsgemisch in eine Lösung von 10,5 g Polyvinylpyridin (Polymerisationsgrad: 49) in 50Ö ml
Methanol eingetragen, worauf das Ganze etwa 10 min bei Raumtemperatur (25° bis 30⁰C) kräftig gerührt wurde.
Dann wurde das Ganze in einem Lösungsmittelgemisch aus 500 ml Methanol und 100 ml Dimethylformamid unter Stickstoff atmosphäre dialysiert. Nach Entfernung des in der Masse enthaltenen Reduktionsmittels wurde das Lösungsmittel abdestilliert, wobei 9,9 g eines polymeren Metallkomplexes (polymeres Pyridin/Häm-Komplex) erhalten

-24-

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511088

wurden. Während des gesamten Reaktionsverlaufs wurde eine Stickstoffatmosphäre aufrechterhalten. Der in dem Lösungsmittel enthaltene Sauerstoff wurde durch Durchperlenlassen von Stickstoff ausgetrieben.

Die Reduktion des Chlorhämins alleine führte zu einem Lichtabsorptionsspektrum, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Die Absorption von Licht einer Wellenlänge von 404 nm durch das oxidierte Häm nahm mit fortschreitender Reduktion schrittweise ab, wobei das Absorptionsmaximum nach längeren Wellenlängen hin bis zu einem Absorptionsmaximum bei 416 nm des (vollständig) reduzierten Hämkomplexes wechselte.

Im Gegensatz dazu zeigte der gemäß Beispiel 1 hergestellte polymere Metallkomplex (polymeres Pyridin/Häm-Komplex) eine Absorptionsbande bei 418 nm, die für das reduzierte Pyridinhämochrom charakteristisch ist.

Es wurden weitere polymere Metallkomplexe hergestellt, die anstelle des Polyvinylpyridins als polymeren Liganden Polyvinylimidazol, Poly-L-lysin, bzw. teilweise quaternisiertes Polyvinylpyridin enthielten. Hierbei wurden folgende Ergebnisse erhalten:

Tabelle I - Soret-Bande polymerer Hämkomplexe

Polymerer Ligand Lösungsmittel Absorptionsmaximum in der
(durchschnittli- (zur Reaktion Soret-Bande (nm)
ches Molekular- und Spektral- oxidierter reduzier- mit gewicht) analyse) Komplex ter Komplex Sauerstoff beladener Komplex

Polyvinylpyridin Methanol/Dime-(5000) thylformamid

(Volumenverhältnis 5:1)
mit einigen %
H₂O 424 418 402

509839/0909 ~²⁵~

Polymerer Ligand (durchschnittliches
Molekulargewicht)

Lösungsmittel (zur Reaktion und Spektralanalyse)

Absorptionsmaximum in der Soret-

Bande (nm)

oxidier- reduzier- mit Sauerstoff ter Korn- ter Korn- beladener plex plex Komplex

Polyvinylimidazol (6000)

Poly-L-lysin
(10000)

teilweise quaternisiertes
Polyvinylpyridin (7500)

Methanol/Dimethylformamid (Volumenverhältnis 5:1) mit einigen % H₂O

3%ige Kochsalzlösung (Volumenverhältnis 9 ; D

410

425

397

418

433

422

402

402

406

Fußnoten:

1. Die Reduktion erfolgte unter folgenden Bedingungen:

2 χ 10"³ Mol/l Chlorhämin

1,6 χ 10"¹ Mol/l Natriumhydrosulfit

90 ml Dimethylformamid/10 ml H₂O Raumtemperatur

25 bis 30 min

2. Konzentration des polymeren Liganden 0,2 Mol/l (Methanol),

Beispiel 2

Eine Lösung von 0,13 g Ch3Lorhämin in 90 ml Dimethylformamid wurde mit einer Lösung von 2,8 g Natriumhydrosulfit in 10 ml Wasser gemischt. Das Chlorhämin wurde innerhalb von 25 bis 30 min bei Raumtemperatur unter Stickstoffatmosphäre reduziert. Hierauf wurde das Lösungsgemisch in
eine Lösung von 25 g Poly- £. -N-carbobenzoxy-L-lysin (Poly merisationsgrad: 10) mit Histamin am Ende der Polymeren-

-26-

509839/0909

kette in 500 ml Dimethylformamid eingetragen. Nach kräftigem 10-minütigem Rühren bei Räumtemperatur wurde die erhaltene Masse dialysiert und das darin enthaltene Lösungsmittel entfernt, wobei 24 g des reduzierten polymeren Lysin/Häm-Komplexes erhalten wurden. Das Reaktionsprodukt lieferte ein sichtbares Absorptionsspektrum mit einer für ein Imidazolhämochrom charakteristischen Absorptionsbande bei 418 mn.

Beispiel 5

Eine Lösung von 0,65 g Tris[3-(2-pyrrolylmethylenimino)-propen-1-ato]Co(III) (Co(PIP),) der Formel:

CH

2 CH=CH.,

CH

CH₂=CH

(2)

in 90 ml Methanol wurde mit einer Lösung von 3,6 g Natriumhydrosulfit in 10 ml Wasser gemischt. Die hierbei

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511088

einsetzende Reduktion war in 25 bis 30 min bei Raumtemperatur unter Stickstoffatmosphäre beendet. Nun wurde
das Lösungsgemisch in eine Lösung von 10,5 g Polyvinylpyridin (Polymerisationsgrad: 49) in,500 ml Methanol eingetragen. Nach gründlichem, etwa 10-minütigem Rühren bei Raumtemperatur wurde die Masse in Methanol unter Stickstoff atmosphäre dialysiert, worauf das darin enthaltene Lösungsmittel abdestilliert wurde. Es wurden 10 g des polymeres Pyridin/Pyrrol/Schiff·sehe Base-Metallkomplexes mit einem Co(ll)-Zentral#netallatom erhalten.

In entsprechender Weise wurden weitere polymere Metallkomplexe hergestellt, wobei andere monomere Metallkomplexe als Co(PIP), als Ausgangsmaterialien und andere polymere Liganden verwendet wurden. Die Ausbeuten (in g) an jeweils gebildetem polymeren Metallkomplex sind in der
folgenden Tabelle II zusammengestellt:

Tabelle II - Synthese von polymeren Metallkomplexen (Form I)

Ausgangsmetallkomplex

Polymerer Ligand (Molekulargewicht) Polyvinyl- Polyvinyl- Poly-L-lypyridin imidazol sin (10000) (5000) (6000)

trans-Na[Co (DMG)2C12]	9,8	9,0	14,8
trans-Na[Co(acac)2(N02)2]	11,3	9,7	15,5
trans-[Co(baen)(H2O)2]ClO^	10,2	9,3	15,0
Ni-Dimethylglyoxim	9,5	8,8	14,2
Mn-Phthalocyanin	10,7	9,2	15,3
Cr-(DMG)2Cl2	9,3	8,6	13,9

-28-

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Beispiel 4

Eine Lösung von 5 g eines Mischpolymeren aus p-Chlormethylstyrol und N-Vinylpyrrolidon im Molverhältnis 3 : 7 in 500 ml Tetrahydrofuran wurde mit einem 1,5g schweren Stück aus metallischem Magnesium und 0,1 g Jod versetzt, worauf die erhaltene Mischung bei einer Temperatur von 50⁰C gerührt wurde. Nachdem das Magnesiumstück vollständig in Lösung gegangen war, wurde die Lösung auf 15° bis 25⁰C abgekühlt und nach Zugabe von 0,5 g Chlorhämin einige h lang kräftig gerührt. Hierauf wurde die Reaktionslösung in Äthylacetat eingegossen, wobei 4,5 g Niederschlag ausfielen. Der hierbei erhaltene polymere Metallkomplex wurde unter Verwendung von Na₂S₂O^ in einem Lösungsmittelgemisch aus Tetrahydrofuran und Wasser zu einer zur Sauerstoffadsorption und -desorption fähigen niedrigen Wertigkeitsstufe reduziert.

Beispiel 5

500 ml einer wäßrigen Lösung mit 16,7 g eines teilweise mit Benzylchlorid quaternisierten Polyvinylpyridins (Polymerisationsgrad: 98; Quaternisierungsgrad: 50%) und 90 ml Dimethylformamid mit 0,13 g Chlorhämin wurden miteinander vermischt, worauf in dem erhaltenen Lösungsgemisch 10 g Natriumchlorid gelöst und das Ganze dann mit 10 ml einer wäßrigen Lösung von 2,8 g Natriumhydrosulfit versetzt wurde. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde nun 10 min lang unter Stickstoffatmosphäre gerührt, worauf 500 ml einer 0,1n-wäßrigen Natriumhydroxidlösung mit 8,6 g einer Poly (methacrylsäure) mit einem Molekulargewicht von 120000 zugesetzt wurden. Hierbei fiel ein Niederschlag aus. Nach dem Abzentrifugieren wurden 20,2 g

-29-509839/0909

eines ein eingebettetes Harn enthaltenden Polyionenkomplexes erhalten. Der abzentrifugierte Niederschlag wurde in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und Aceton mit darin gelöstem NaBr gelöst. Hierauf wurde die Lösung in dünner Schicht auf in einer Verdampfungsschale enthaltenes Quecksilber gegossen. Dann wurde das restliche Lösungsmittel in einem Exsikkator unter Vakuum langsam verflüchtigen gelassen, wobei ein dünner Film zurückblieb.

Es wurden weitere Versuche durchgeführt, wobei der kationische polymere Ligand aus einem teilweise quaternisierten Polyvinylimidazol bestand und ferner ein anionischer polymerer Elektrolyt aus anderen Polycarbonsäuren als Poly(methacrylsäure) verwendet wurde. Die Ausbeuten ( in g) an den hierbei erhaltenen polymeren Metallkomplexen sind in der fo-lgenden Tabelle III zusammengestellt:

Tabelle III - Synthese von polymeren Hämkomplexen (Form II)

Kationischer polymerer
Ligand (Molekulargewicht)

Polycarbonsäure (Molekulargewicht)

Poly(metha- Poly(acryl- Poly(gluta- Pectin-

crylsäure) säure) minsäure) säure

(120000) (100000) (50000) (70000)

teilweise quaternisiertes
Polyvinylpyridin* (7500)

teilweise quaternisiertes
Polyvinylimidazol* (9000)

20,2

19,5

19,1

18,4

23,7

23,0

27,4

26,7

* Quaternisierungsgrad: 50%

Quaternisierungsmittel: Benzylchlorid

-30-

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Beispiel 6

500 ml einer wäßrigen Lösung mit einem Mischpolymeren aus 4-Vinylpyridin und N-Vinylpyrrolidon im Molverhältnis 0,2 : 0,8 wurden mit 90 ml Dimethylformamid mit 0,13 g Chlorhämin gemischt, worauf 2,8 g Natriumhydrosulfit zugegeben wurden. Die hierbei einsetzende Reduktion war in 10 min unter Stickstoffatmosphäre beendet. Hierauf wurde die derart reduzierte Masse mit 500 ml einer wäßrigen Lösung mit 17,2 g Poly(methacrylsäure) versetzt, wobei ein Niederschlag ausfiel. Nach dem Abzentrifugieren und Trocknen im Vakuum wurden 50 g polymerer Metallkomplex erhalten. Aus diesem wurde in entsprechender Weise

Lj·

wie in Beispiel 5 ein dünner ilm hergestellt. Beispiel 7

10 ml einer wäßrigen Lösung mit 0,58 g Eisen(II)sulfat wurden bei Raumtemperatur langsam in eine Lösung von 0,21 g Protoporphyrin IX der Formel:

509839/0909

2511C

[=CH.

(3)

in 50 ml Ν,Ν-Dimethylformamid eintropfen gelassen, worauf das Ganze kräftig gerührt wurde. Nun wurde das Reaktionsgemisch mit 200 ml einer wäßrigen Lösung mit 5,0 g teilweise quaternisierten Polyvinylpyridin (Polymerisationsgrad: 98; Quaternisierungsgrad: 2396» Quaternisierungsmittel: Benzylchlorid) versetzt, worauf das Reaktionsgemisch erneut kräftig gerührt wurde. Wurde das erhaltene Reaktionsgemisch in 1500 ml Dioxan eingegossen, kristallisierten 4,85 g des gewünschten polymeren Pyridinhämochroms aus. Während des gesamten Reaktionsverlaufs wurde der in dem Lösungsmittel enthaltene Sauerstoff durch Durchperlenlassen von Stickstoffgas ausgetrieben. Die Umsetzung erfolgte unter Stickstoffatmosphäre.

-32-

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Beispiel 8

16 ml einer wäßrigen Lösung mit 0,4 g Kobaltchlorid (CoCl₂) wurden langsam in eine Lösung von 0,10 g 3-(2-Pyrrolylmethylenimino)propen-1 der Formel:

-CH=N-CH₂-CH=CH₂ (4)

in 20 ml Methanol eintropfen gelassen, worauf das Ganze etwa 10 min lang kräftig gerührt wurde. Hierauf wurde das Lösungsgemisch in 200 ml einer wäßrigen Lösung mit 5,0 g teilweise quaternisierten Polyvinylpyridins (Polymerisationsgrad: 98; Quaternisierungsgrad: 23%; Quaternisierungsmittel: BenzylChlorid) eingetragen. Wurde nun das Ganze in 1500 ml Dioxan eingegossen, fielen 4,73 g des gewünschten polymeren Metallkomplexes aus. Während des gesamten Reaktionsverlaufs wurde der in dem Lösungsmittel enthaltene Sauerstoff durch Durchperlenlassen von gasförmigem Stickstoff ausgetrieben. Die Umsetzung erfolgte unter Stickstoffatmosphäre.

Die Beispiele 7 und 8 betreffen Fälle, in denen der polymere Ligand aus einem teilweise quaternisierten Polyvinylpyridin bestand. Unter entsprechenden Bedingungen wie in den Beispielen 7 und 8 wurden weitere Versuche durchgeführt, wobei andere wasserlösliche polymere Verbindungen, nämlich ein teilweise quaternisiertes Polyvinylimidazol (Polymerisationsgrad: 50; Quaternisierungsgrad: 20%; Quaternisierungsmittel: Benzylchlorid), ein Mischpolymeres aus 4-Vinylpyridin und N-Vinylpyrrolidon

-33-5098 3 9/0909

im Molverhältnis 0,3 : 0,7, Poly-L-lysinhydrochlorid (Polymerisationsgrad: 100) und Polyäthylenimin (Molekulargewicht: 30000; Gehalt an primären Aminogruppen: 40 Mol-%), und andererseits andere monomere Metallkomplexe verwendet wurden. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV zusammengestellt:

-34-

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Tabelle IV - Synthese wasserlöslicher polymerer Metallkomplexe (Form I)

Monomerer Metall	teilweise qua-	polymerer Ligand	(Molekulargewicht)	Poly-L-ly-	Polyäthylen-
komplex	ternisiertes	teilweise qua-	Mischpolymeres	sinhydro-	imin (30000)
	Polyvinylpyri- din (7500)	ternisiertes	aus 4-Vinylpyri-	chlorid
	4,85	Polyvinylimi-	din und N-Vinyl-	(5000)
		dazol (9000)	pyrrolidon (5000)	2,90	2,32
Fe(II)-porphyrin	4,80	5,50	10,1
Co(ll)-dimethyl-	4,90			2,75	2,23
m glyoxim		, 5,12	11,2	2,60	2,18
° Co(II)-acetylaceton	4,72	5,47	11,5
S Ni(II)-dimethyl-	6,85			2,80	2,25
ω glyoxim	5,05	10,7	4,35	2,40
^. Mn(II)-phthalocyanin	6,90	13,6

Fußnote: Der monomere Metallkomplex wurde in einer Menge von 3,8 χ 10 Molen, der
polymere Ligand in einer Menge von 3,8 χ 10 Molen verwendet.

O OO OO

Beispiel 9

Das gemäß Beispiel 1 reduzierte polymere Pyridinhämochrom wurde in einem Lösungsmittelgemisch aus Methanol und Dimethylformamid im Volumenverhältnis 7 : 3 gelöst, wobei eine Lösung von 1,0 χ 10 Mol/l, bezogen auf die Hämkonzentration, erhalten wurde.

In die erhaltene Lösung wurde so lange Sauerstoff eingeleitet, bis sie gesättigt war. Nun wurde das Absorptionsspektrum im sichtbaren Bereich aufgenommen. Wie aus Figur 2 hervorgeht, erschien bei 402 nm eine neue Absorptionsbande. Wurde in die Lösung gasförmiger Stickstoff eingeleitet, verschob sich die Absorption wieder von 402 nm auf ursprünglich 418 nm. Dieselben Ergebnisse wurden mit einer Lösung erhalten, die selbst nach dem Eingefrieren und Entlüften ein Absorptionsmaximum bei 418 nm aufwies. Dies beweist, daß die Absorptionsbande bei 402 nm einem mit Sauerstoff beladenen Metallkomplex, in dem molekularer Sauerstoff an der axialen Koordinationsstelle des Häms gebunden ist, entspricht.

In entsprechender Weise durchgeführte Versuche mit dem reduzierten polymeren Imidazolhämochromogen bestätigten die Bildung eines mit Sauerstoff beladenen Hämkomplexes. Weiterhin wurden die Menge an adsorbiertem Sauerstoff und die Adsorptionsgeschwindigkeit mittels eines Warburg-Manometers durch Gasvolumenanalyee ermittelt. Hierbei zeigte es sich, daß der polymere Hämkomplex bezüglich der Sauerstoffaufnahme weit aktiver war als der entsprechende monomere Hämkomplex. (vgl. die folgende Tabelle V).

-36-

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Tabelle V - Geschwindigkeitskonstanten der Sauerstoff auf nähme und Grade der Sauerstoffsättigung von Pyridin- und Imidazolhämo chromen

Axialer Ligand Geschwindigkeits- prozentualer Grad

konstante der der Sauerstoff-Sauerstoffaufnahme Sättigung kx# (sec-1)

Pyridin 0,99 60

Polyvinylpyridin (Molekulargewicht: 5000) 1,86 91

Imidazol 4,78 63

Polyvinylimidazol (Molekulargewicht: 6000) 7,76 93

Beispiel 10

Wurde ein gemäß Beispiel 5 hergestellter Film bei Raumtemperatur in einen Stickstoffgasstrom gelegt, erschien im sichtbaren Bereich eine typische Absorptionsbande des reduzierten Pyridinhämochroms. Wurde der Film Sauerstoff oder Luft ausgesetzt, wurde an dem Film langsam Sauerstoff adsorbiert, was sich in einer für den mit Sauerstoff beladenen Hämkomplex charakteristischen Absorptionsbande äußerte. Dieses Sauerstoffaustauschphänomen kam und verschwand reversibel. Wenn nämlich der Film erneut in einen Inertgasstrom gelegt oder erhitzt wurde, zeigte der Film die ursprüngliche Absorptionsbande des reduzierten Pyridinhämochroms. Dieser Sauerstoffadsorptions- und -desorptionszyklus ließ sich viele Male wiederholen. Dasselbe Phänomen wurde mit einem aus anderen polymeren Komplexen, in denen das Harn eingebettet war, hergestellten Film beobachtet.

-37-509 8 39/0909

Beispiel 11

Ein Glasrohr eines Innendurchmessers von 10 mm und einer Länge von 100 cm wurde, wie in Figur 3 dargestellt, mit 500 g eines gemäß Beispiel 5 hergestellten pulverförmi- gen polymeren Metallkomplexes einer Teilchengröße von etwa 1 mm gefüllt. Die Füllung bestand aus einem Hämkomplex, der in einen Polyionenkomplex aus teilweise mit Benzylchlorid quaternisiertem Polyvinylpyridin und Poly(methacrylsäure) eingebettet war. Hierauf wurde eine Sauerstofffixiervorrichtung zusammengebaut. Bei der in Figur 3 dargestellten Sauerstoffixiervorrichtung sind mit 2, 3, 4 und 5 Hähne, 6 ein Durchflußmeßgerät, 7 eine Pumpe und 8 ein 1000 ml fassender, evakuierter Kolben zur Aufnahme von Sauerstoff bezeichnet. Die Pumpe 7 lief, während die Hähne 2 und 3 offen, der Hahn 5 geschlossen und der Hahn 4 zur Pumpe 7 hin geöffnet waren. Durch das Glasrohr 1 wurde 1 h lang Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 ml/min strömen gelassen. Hierauf wurden die Hähne 2 und 3 geschlossen, der Hahn 4 zu dem evakuierten Kolben 8 hin geöffnet und der Hahn 5 ebenfalls geöffnet. Dann wurde der an die pulverförmige Hämkomplexfüllung im Glasrohr 1 adsorbierte Sauerstoff desorbiert und in den evakuierten Kolben 8 gesaugt. Die Menge an auf diese Weise gesammelten Sauerstoffs betrug etwa 80 ml. Weitere Versuche, wurden mit anderen polymeren Metallkomplexen durchgeführt, wobei die in der folgenden Tabelle VI zusammengestellten Ergebnisse erhalten wurden.

-38-

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Tabelle VI - Adsorption von Sauerstoff an polymere Hämkomplexe

Polykation (Mole- Polyanion (Molekulargewicht) kulargewicht) Poly(me- Poly(acryl- Poly(glu- Pectin-

thacryl- säure) tamin- säure säure) (100000) säure) (70000) (120000) (50000)

QPVP (7500)	77,6	82,2	66,2	57,2
QPVI (9000)	80,4	85,1	68,2	58,8
Fußnoten:

1. Die numerischen Vierte bezeichnen die Mengen an Sauerstoff in ml, die bei einem einzigen Versuch entsprechend Beispiel 11 aufgefangen wurden.

2. QPVP = teilweise (50%) mit Benzylchlorid quaternisier-

tes Polyvinylpyridin

QPVl = teilweise (50%) durch Benzylchlorid quaternisiertes Polyvinylimidazol.

Beispiel 12

Es wurde die Wechselwirkung zwischen dem gemäß Beispiel 7 hergestellten polymeren Pyridinhämochrom und Sauerstoff in Wasser, bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck, bestimmt. Es wurde ein Lösungsmittelgemisch aus Wasser und Dimethylformamid im Volumenverhältnis 9 : 1 verwendet, in dem teilweise quaternisiertes Polyvinylpyridin (Polymerisationsgrad: 98; Quatemisierungsgrad: 23%; Quaternisierungsmittel: Benzylchlorid) enthalten war. Bezogen auf Pyridin, betrug die Konzentration 1,3 x 10"* Mol/l; die Konzentration des Hämkomplexes war auf 1,0 χ 10"⁵ Mol/l eingestellt worden.

-39-509839/0909

Das Lösungsgemisch wurde dann mit Sauerstoff-gesättigtem Wasser gemischt. Sofort wurden die zeitlichen Änderungen in einem Soret-Bereich mittels eines Schnellabtastspektralphotometers aufgezeichnet. Hierbei zeigte es sich, daß die auf das reduzierte Pyridinhämochrom zurückzuführende Absorptionsbande bei 422 nm schrittweise abnahm, während die auf den mit Sauerstoff beladenen Komplex zurückzuführende Absorptionsbande schrittweise durch den isosbestischen Punkt auf 406 nm zunahm. Die Adsorption des Sauerstoffs durch das Häm in dem Lösungsmittel schritt rasch fort und war in etwa 0,5 s beendet.

Wurde die Messung in einer wäßrigen Lösung nach einem abgestoppten Strömungsverfahren durch Ermittlung der Zeit, in der die auf den mit Sauerstoff beladenen Komplex zurückzuführende Absorptionsbande bei 406 nm stabil blieb, durchgeführt, variierte diese Stabilisierungsdauer mit der Zeit (vgl. Figur 4). Wenn nämlich monomeres Pyridin ohne einen polymeren Liganden an einen axialen Liganden gebunden war, begann die Absorptionsbande bei 406 nm in weniger als 1 s abzufallen (Kurve 1). Wenn dagegen teilweise quaternisiertes Polyvinylpyridin in einer wäßrigen Lösung mit einer auf 0,1 eingestellten Ionenstärke verwendet wurde, blieb die Absorptionsbande bei 406 nm etwa 50 s lang stabil (Kurve 2). Wenn weiterhin zur elektrostatischen Wechselwirkung mit dem teilweise quaternisierten Polyvinylpyridin fähige Poly(methacrylsäure) zugesetzt wurde, blieb die Absorptionsbande bei 406 nm selbst über etwa 50 min hinweg sehr stabil. Wenn anstelle des polymeren Liganden ein oberflächenaktives Mittel, nämlich Natriumlaurylsulfat, in einer größeren Menge als der kritischen Mizellenkonzentration verwendet wurde, blieb eine

-40-

509839/0909

Lichtabsorptionsbande bei 402 nm über etwa 30 s hinweg stabil.

Dieselben Ergebnisse wurden bei Versuchen, bei denen als polymere Hämkomplexe solche, die durch Umsetzen von Protohäm mit einem polymeren Liganden, wie teilweise quaternisiertem Polyvinylimidazol, einem Mischpolymeren aus 4-Vinylpyridin und N-Vinylpyrrolidon, einem Mischpolymeren aus 5-Vinylimidazol und N-Vinylpyrrolidon, Poly-L-lysinhydrochlorid oder Polyäthylenimin, oder durch Umsetzen von Protohäm mit einem von einem Mischpolymeren aus p-Chlormethylstyrol mit N-Vinylpyrrolidon stammenden polymeren Grignard-Reagens erhalten wurden, mit zur Wechselwirkung mit einem in geeigneter Weise verwerten polymeren Liganden fähigen Verbindungen verwendet wurden, erhalten. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle VII zusammengestellt:

-41-

S09839/0909

Tabelle VII - Stabilität von mit Sauerstoff beladenen polymeren Hämkomplexen

zweiter Bestandteil

. Polymerer Ligand (Molekulargewicht)

teilweise teilweise Mischpolymeres Mischpdy-

quaterni- quaterni- aus 4-Vinylpy-

siertes siertes ridin und N-

Polyvinyl- Polyvinyl- Vinylpyrrolidon

pyridin imida2ol (5000)

(7500) (9000)

PoIy-L-lysin-

meres aus
5-Vinylimi- hydrodazol und chlorid N-Vinylpyr- (10000) rolidon
■ —

PoIy-

äthy-

len-

imin

(30000)

Mischpolymeres aus Chlormethyl styrol und N-Vinylpyrrο-lidon (5500)

OT O Cß OO CO CO

NaCl Poly(methacrylsäure) (120000) 3000 Polystyrolsulfon-

säure (100000) 9000 Poly(glutaminsäure) (50000)

30

1800

6000

60 χ 8 χ 10

2000

2000

1500

500

300

Die numerischen Werte in der Tabelle bedeuten die Dauer (in s) der Stabilität einer Absorptionsbande bei 406 nm.

CD OO GO

Beispiel 13

Gemäß Beispiel 12 zeigten die durch Ändern der Arten der polymeren Ligandenzusätze und deren Kombinationen hergestellten mit Sauerstoff beladenen polymeren Metallkomplexe unterschiedliche Stabilitätsgrade. Die Ursache (hierfür) wurde durch Analyse der einzelnen Elementarreakiionen bei der Wechselwirkung zwischen dem Zentralmetall und Sauerstoff untersucht.

Im folgenden wird nun ein Fall beschrieben, in welchem der monomere Metallkomplex aus Harn bestand und der polymere Ligand aus einem teilweise quaternisierten Polyvinylpyridin gebildet wurde. Zunächst wurde ein Lösungsmittelgemisch aus Wasser und Dimethylformamid im Volumenverhältnis 9 : 1 hergestellt. Die Konzentration des teilweise quaternisierten Polyvinylpyridins (Polymerisationsgrad: 98; Quaternisierungsgraaj 23%; Quaternisierungsmittel; Benzylchlorid) auf 1,3 x 10"^J Mol/l, bezogen auf Pyridin, eingestellt. Die Hämkonzentration in dem Lösungsmittelgemisch wurde auf 1,0 χ 10"^ Mol/l eingestellt. Nun wurde die Lösung mit verschieden konzentrierten Lösungen Poly(methacrylsäure) (Polymerisatiönsgrad: 200) gemischt, wobei eine Reihe von Lösungen erhalten wurde, in denen die Kationen- und Anionenbereiche unterschiedliche Molverhältnisse aufwiesen.

Wie in Figur 4 wurden die bei den verschiedenen Lösungen beim Inberührungbringen mit Sauerstoff erfolgenden zeitlichen Änderungen in der Absorptionsbande bei 406 nm bestimmt.

⁺ ) dargestellt, -43-

50S839/0909

Die Konstante k_ der Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit

Sl

und die Konstante k. der Oxidationsgeschwindigkeit wurden aus der graphischen Darstellung der ersten Ableitung der Absorptionszunahme bei 406 nm im ersten Teil der .Kurve 2 (von Figur 4) und der Absorptionsabnahme bei 406 nm im hinteren Teil der Kurve 2 (von Figur 4) bestimmt. Die Ergebnisse zeigt Figur 5. K_ stellt die Geschwindigkeits-

3.

konstante der Sauerstoffaufnähme, k_d die Geschwindigkeitskonstante der irreversiblen Oxidation dar - vgl. folgende Gleichung:

. O=O Q-d&

Fe(II) + O₂ * [Fe(II) <-► Fe(III)I * Fe(III) +

Der Ausdruck "R_re-iⁿ in der oberen Hälfte von Figur 5 bezeichnet das Verhältnis der reduzierten Viskosität eines Lösungsgemischs.aus Poly(methacrylsäure) und teilweise quaternisiertem Polyvinylpyridin zur Summe der reduzierten Viskosität der Poly(methacrylsäure) und des teilweise quaternisierten Polyvinylpyridins. Der Ausdruck R , ergibt sich aus der folgenden Gleichung:

Π /C(QPVP + PMAA)

rel * η VC (QPVP) + η /C(PMAA) . ⁵P ⁵P

Wie aus Figur 5 hervorgeht, erhöht sich bei Zugabe der Poly(methacrylsäure) die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den Polymerenketten, was zu einer Abnahme der Viskosität eines komplexen Systems und " merklichen Schrumpfung der Polymerenkette führt. Die Folge davon ist, daß das Häm in die hydrophobe Einbuchtung bzw. Höhle eines aus einer Reihe von Polymerenketten bestehenden

, . -44-

) einer

Bereichs eingeschlossen und damit die Entladung des mit Sauerstoff beladenen Komplexes, d.h. eine irreversible Oxidation des Zentralmetalls, unterdrückt wird. Hierdurch wird der Wert k_d klein, d.h. der mit Sauerstoff beladene Komplex bleibt über lange Zeit hinweg stabil." Der Sauerstoff, der in ladungsfreiem Zustand ein kleines Molekül besitzt, wird durch die Bedingungen (Hydrophobizität, sterische Faktoren und dergleichen) eines aus einem Polymeren und einem darin eingeschlossenen Häm bestehenden Systems, wenn überhaupt, nur geringfügig beeinträchtigt. Da ferner die Sauerstoffauf nahmereaktion zwischen nicht geladenen Substanzen (Häm und O₂ sind normal nicht geladen) stattfindet, ist der Wert k praktisch konstant.

Beispiel 14

Selbst wenn anstelle eines polymeren Liganden im Beispiel 13 ein oberflächenaktives Mittel verwendet wird, läßt sich ein entsprechender Effekt bezüglich des Einschlusses des Zentralmetalls des polymeren Komplexes in die hydrophobe Einbuchtung bzw. Höhle erwarten.

Es wurden entsprechende Versuche wie im Beispiel 13 durchgeführt, um mit verschiedenen Lösungen, die durch Zusatz von Natriumlaurylsulfat in verschiedenen Konzentrationen zu zahlreichen Lösungsgemischen aus Wasser und Dimethylformamid im Molverhältnis 9 : 1, in denen die Hämkonzentration auf 1,0 χ 10~⁵ Mol/l und die Pyridinkonzentration auf 1,0 χ 10 Mol/l eingestellt worden waren, hergestellt wurden, die k - und ko-Werte zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Figur 6 dargestellt. Die Änderungen in der Ab-

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sorption durch das Pyridinhämichrom "bei 408 nm wurden auch für verschiedene Konzentrationen Natriumlaurylsulfat aufgetragen, wobei die Ergebnisse in der oberen Hälfte von Figur 6 dargestellt sind. Die Ergebnisse bestätigten, daß bei Verwendung von Natriumlaurylsulfat in Konzentrationen von etwa 8,0 χ 10~* Mol/l Mizellen gebildet werden und das Harn in dem hydrophoben Bereich dieser Mizellen eingeschlossen wird. Der k^-Wert nahm in der Umgebung dieser Konzentration scharf ab. Dies beruht vermutlich darauf, daß infolge des Einschlusses des Häms in den hydrophoben Bereich wie im vorhergehenden Falle die statische Anziehung von Ionenpaaren zwischen Eisen und Sauerstoff mit der dadurch bedingten Abnahme des k_d-Wertes zunahm. Es wurden ferner noch Versuche durchgeführt, in denen das Natriumlaurylsulfat durch NaCl ersetzt wurde. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in Figur 7 graphisch dargestellt.

Beispiel 15

Es wurde schließlich noch die Sauerstoffadsorption in einer gepufferten Phosphorsäurelösung (pH-Wert: 12) bei einer Temperatur von 3O⁰C bestimmt. Gearbeitet wurde mit einem Poly-L-lysin/Häm-Komplex, der durch Umsetzen von ein Molekulargewicht von 10000 aufweisendem Poly-L-lysin in einer Konzentration von 4,55 x 10~² Mol/l mit Fe(II)-porphyrin in einer Konzentration von 6,00 χ 10 Mol/l, und ferner mit einem weiteren Komplex, der durch Umsetzen des genannten Poly-L-lysin/Häm-Komplexes mit einem ein Molekulargewicht von 25000 aufweisenden Polyäthylenglykol (zur Wechselwirkung mit dem Komplex fähige Verbindung) in einer Konzentration von 6,00 χ 10" Mol/l her-

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gestellt worden waren. Die Ergebnisse sind in Figur 8 graphisch dargestellt.

Die auf den Poly-L-lysin/Häm-Komplex zurückzuführende Sauerstoffadsorptionskurve ist, wie aus Figur 8a hervorgeht, S-förmig. Im Gegensatz dazu ist die Sauerstoffadsorptionskurve des Polyäthylenglykol/Poly-L-lysin/Häm-Komplexes rechtwinklig hyperbolisch (b), was darauf hindeutet, daß letzterer Komplex bei der Sauerstoffadsorption einen geringeren allosterischen Effekt besitzt. In der folgenden Tabelle VIII sind ein für den allosterischen Effekt^und die Änderung -^F in der durch die Sauerstoffadsorption freigesetzten freien Energie^repräsentativer Parameter η (Hill-Konstante ^angegeben. Weitere Versuche wurden durchgeführt, in denen der polymere Ligand aus Polyvinylpyridin und einer zur Wechselwirkung damit geeigneten Verbindung in Form von Poly (glutaminsäure) bestanden·.

Tabelle VIII - Parameter η (Hill-Konstante) des durch

einen Polymeres/Häm-Komplex aisgeübten allosterischen Effekts (gemessen in einer gepufferten Phosphorsäurelösung eines pH-Werts von 12) und Änderung der entbundenen freien Energie

Polymerer Ligand (Mole- Hill-Konstante -/\F kulargewicht) (n) (Kcal/Mol)

Poly-L-lysin (1OOOO) 2,05 11,1

Poly-L-lysin + Polyäthylen-

glykol (25000) 1,39 7,0

Polyvinylpyridin* (5000) 1,13 2,6

Poly-L-lysin + Poly(glutaminsäure) (50000) 1,84 10,2

* gemessen in Dimethylformamid.

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Claims (44)

Patentansprüche

1. Polymerer Metallkomplex, dadurch gekennzeichnet, daß sein Zentralmetall aus einem Übergangsmetall niedriger Valenz aus den Gruppen VIA, VIIA, VIII, IB und HB der vierten bis sechsten Perioden des Periodensystems besteht, daß sein planarer Ligand aus einem Chelatliganden in Form eines bi-, ter- und/oder quadridentatmonomeren Liganden besteht und daß sein axialer Ligand aus einem polymeren Liganden mit einer funktioneilen Gruppe mit Koordinationsfähigkeit besteht.

2. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsmetall aus Cr(II), Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(I), Zn(Il), Ir(II) oder Pt(II) besteht.

3. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatligand aus einem Bidentat-Liganden in Form von Histidin, p-(2-Pyrrolylmethylenimino)styrol, 3-(2-Pyrrolylmethylenimino)propen-1, Dimethylglyoxim, Acetylaceton, Bis(salicylaldehyd)äthylendiamin, Indigo, Äthylendiamin, Bis(acetylaceton)äthylendiamin, Bipyridyl oder Phenanthrolin besteht.

4. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatligand aus einem Terdentat-Liganden in Form von Diäthylentriamin, Iminodiessigsäure oder Nitrilotriessigsäure besteht.

5. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatligand aus einem Quadri-

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dentat-Liganden in Form eines Porphyrins, von Chlorophyllin, Porphyradin oder Phthalocyanin besteht.

6. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Ligand eine funktionel-Ie Gruppe in Form einer primären Aminogruppe, sekundären Aminogruppe, tertiären Aminogruppe, eines heterocyclischen Rings mit einem Stickstoffatom als Ringbestandteil, einer Schiff'sehen Base, einer Carbonsäuregruppe oder einer Hydroxylgruppe enthält.

7. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Ligand eine funktioneile Gruppe in Form einer primären Aminogruppe, sekundären Aminogruppe, tertiären Aminogruppe, eines heterocyclischen Rings mit einem Stickstoffatom als Ringbestandteil, einer Schiff'sehen Base, einer Carbonsäuregruppe oder einer Hydroxylgruppe enthält.

8. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Ligand eine funktioneile Gruppe in Form einer primären Aminogruppe, sekundären Aminogruppe, tertiären Aminogruppe, eines heterocyclischen Rings mit einem Stickstoffatom als Ringbestandteil, einer Schiff'sehen Base, einer Carbonsäuregruppe oder einer Hydroxylgruppe enthält.

9. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Ligand aus einem Homo- oder Mischpolymeren von Vinylpyridin oder Vinylimidazol oder einer Polyaminosäure besteht.

10. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Ligand aus einem Homo-

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oder Mischpolymeren von Vinylpyridin oder Vinylimidazol oder einer Polyaminosäure besteht.

11. Polymerer Metallkomplex nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Ligand aus einem Homo- oder Mischpolymeren von Vinylpyridin oder Vinylimidazol oder einer Polyaminosalze besteht.

12. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex, dadurch gekennzeichnet, daß er einen polymeren Metallkomplex mit einem Zentralmetall in Form eines Übergangsmetalls niedriger Valenz aus den Gruppen VIA, VIIA, VIII, IB und HB der vierten bis sechsten Perioden des Periodensystems, einem planaren Liganden in Form eines Chelatliganden, bestehend aus einem bi-, ter- oder quadridentat-monomeren Liganden, und einem axialen Liganden in Form eines polymeren Liganden mit einer funktioneilen Gruppe mit Koordinationsfähigkeit, und eine oder mehrere Additionsverbindung(en), die zur Reaktion mit dem polymeren Metallkomplex fähig ist (sind), enthält.

13. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex, nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Additionsverbindung aus einem Polyanion besteht.

14. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyanion aus einer Säure, bestehend aus Poly(acrylsäure), PoIy-(methacrylsäure), Poly(itaconsäure), Poly(glutaminsäure), einer Pectinsäure und/oder einer Alginsäure, besteht.

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15. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Additionsverbindung aus einer wasserstoffbindenden polymeren Verbindung mit einer Gruppe, bestehend aus einem aromatischen Ring mit einem Stickstoffatom als Ringbestandteil, einer Aminogruppe, einer Amidgruppe, einer Carbonylgruppe, einer Carboxylgruppe, einer Hydroxyäthylgruppe, einer Formylgruppe, einer Hydroxylgruppe und/oder einer Äthergruppe, besteht.

16. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Additionsverbindung aus einem Elektronendonator-Polymeren oder einem Elektronenakzeptor-Polymeren besteht.

17. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronendonator-Polymere aus einem Vinylpyridin- oder Vinylimidazol-Homopolymeren oder einem Mischpolymeren der genannten Monomeren mit einem Styrolderivat, Vinylcarbazol, Vinylnaphthalin und/oder Vinylpyren besteht.

18. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenakzeptor-Polymere aus einem Mischpolymeren von Vinylpyridin und/oder Vinylimidazol mit Acglnitril, Fumaronitril und/oder Maleinsäureanhydrid besteht.

19. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Additionsverbindung aus einem oberflächenaktiven Mittel in Form von Natriumlaurylsulfat und/oder Cetyltrimethylammoniumchlorid besteht.

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20. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Additionsverbindung aus einem monomeren Neutralsalz besteht.

21. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das monomere Neutralsalz aus Natriumchlorid, Natriumbromid oder Natriumperchlorat besteht.

22. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsmetall aus Cr(II), Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(Il), Cu(I) und Zn(Il) besteht.

23. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatligand aus Histidin, p-(2-Pyrrolylmethylenimino)styrol, 3-(2-Pyrrolylmethylenimino)propen-1, Dimethylglyoxim, Acetylaceton, Bis(salicylaldehyd)äthylendiamin, Indigo, Äthylendiamin, Bis(acetylaceton)äthylendiamin, Bipyridyl, Phenanthrolin, Diäthylentriamin, Iminodiessigsäure, Nitrilotriessigsäure, Nitriloessigsäure, einem Porphyrin, Chlorophyllin, Porphyradin oder Phthalocyanin, und der polymere Ligand aus einem Homo- oder Mischpolymeren von Vinylpyridin oder Vinylimidazol oder einer Polyaminosäure bestehen.

24. Polymerer zusammengesetzter Metallkomplex nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Reaktion mit dem polymeren Metallkpmplex fähige Additionsverbindung aus Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(itaconsäure), Poly(glutaminsäure), einer Pectinsäure, einer Alginsäure, Polyvinylalkohol, PoIy-

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äthylenglykol, einem Homo- oder Mischpolymeren von Vinylpyridin, Vinylimidazol und N-Vinylpyrrolidon, einem Mischpolymeren von Vinylimidazol oder Vinylpyridin mit einem Styrolderivat, Vinylcarbazol, Vinylnaphthalin, Vinylpyren, Acrylnitril, Fumaronitril oder Maleinsäureanhydrid, Natriumlaurylsulfat, Cetyltrimethylammoniumchlorid, Natriumchlorid, Natriumbromid und/oder Natriumperchlorat besteht.

25. Verfahren zur Herstellung eines polymeren Metallkomplexes, dadurch gekennzeichnet, daß man (A) einen monomeren Metallkomplex, dessen Zentralmetall aus einem Übergangsmetall niedriger oder hoher Valenz aus den Gruppen VIA, VIIA, VIII, IB und HB der vierten bis sechsten Perioden des Periodensystems und dessen Ligand aus irgendeinem Bi-, Ter- oder Quadridentat-Chelatliganden bestehen, mit einem polymeren Liganden umsetzt, um den axialen Liganden des monomeren Metallkomplexes durch den betreffenden polymeren Liganden auszutauschen, oder daß man (B) die restliche Gruppe einer polymeren Verbindung unter Ausbildung einer £ -Bindung zwischen Kohlenstoff und Metall an das Zentralmetall des monomeren Metallkomplexes bindet, wobei man, sofern das Zentralmetall des monomeren Metallkomplexes aus einem Übergangsmetall hoher Valenz besteht, dieses vor, nach oder gleichzeitig mit der Durchführung der Umsetzung (A) oder (B) durch chemische Reaktion mit Hilfe eines Reduktionsmittels oder auf elektrischem Wege mittels einer Elektrode zu einem Zentralmetall niedriger Valenz reduziert.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß man die polymeren und monomeren Liganden im Molverhältnis 1 : 1 bis 10000 : 1 einsetzt.

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27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß man die polymeren und monomeren Liganden im Molverhältnis 100 : 1 bis 1000 : 1 einsetzt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß man als monomeren Metallkomplex ein Häm, Co(Il)-DMG oder Co(ll)-acac und als polymeren Liganden einen solchen mit einer Gruppe, bestehend aus einer primären Aminogruppe, einer sekundären Aminogruppe, einer tertiären Aminogruppe, einem heterocyclischen Ring mit einem Stickstoffatom als Ringbestandteil, einer Schiff'sehen Base, einer Carboxylgruppe und/oder einer Hydroxylgruppe, verwendet.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß man als polymeren Liganden ein Homo- oder Mischpolymeres von Vinylpyridin oder Vinylimidazol oder eine Polyamino säure verwendet.

30. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die restliche (freie) Gruppe der polymeren Verbindung in Form einer halogenierten Alkylgruppe, einer Hydroxylgruppe oder einer Carbonylgruppe vorliegt.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die restliche Gruppe der polymeren Verbindung aus einem Mischpolymeren von p-(Chlormethyl)styrol oder Chloräthyl vinyläther mit N-Vinylpyrrolidon, Acrylamid oder Acrylsäure besteht.

32. Verfahren zur Herstellung eines polymeren zusammengesetzten Metallkomplexes, dadurch gekennzeichnet, daß man (A) einen monomeren Metallkomplex, dessen Zentral-

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metall aus einem Übergangsmetall niedriger oder hoher Valenz aus den Gruppen VIA, VIIA, VIII, IB und HB der vierten bis sechsten Perioden des Periodensystems und dessen Ligand aus irgendeinem Bi-, Ter- oder Quadridentat-Chelatliganden bestehen, mit einem polymeren Liganden umsetzt, um den axialen Liganden des monomeren Metallkomplexes durch den betreffenden polymeren Liganden auszutauschen, oder daß man (B) die restliche Gruppe einer polymeren Verbindung unter Ausbildung einer ö -Bindung zwischen Kohlenstoff und Metall an das Zentralmetall des monomeren Metallkomplexes bindet und daß man (C) den erhaltenen polymeren Metallkomplex mit einer zur Reaktion (mit diesem) fähigen Verbindung reagieren läßt, um das polymere Metallkömplexsystem zu stabilisieren, wobei man, sofern das Zentralmetall des monomeren Metallkomplexes aus einem Übergangsmetall hoher Valenz besteht, das Zentralmetall durch chemische Umsetzung mittels eines Reduktionsmittels oder auf elektrischem Wege mittels einer Elektrode vor, nach oder gleichzeitig mit der Umsetzung (C) in einen Zustand niedriger Valenz reduziert.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß man als zur Reaktion fähige Verbindung ein Polyanion verwendet.

34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyanion Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(itaconsäure), Poly(glutaminsäure), eine Pectinsäure und/oder eine Alginsäure verwendet.

35. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß man als zur Reaktion fähige Verbindung eine wasserstoff-

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bindende polymere Verbindung mit einer Gruppe in Form eines aromatischen Rings mit einem Stickstoffatom als Ringbestandteil, einer Aminogruppe, einer Amidgruppe, einer Carbonylgruppe, einer Carboxylgruppe, einer Hydroxyäthylgruppe, einer Formylgruppe oder einer Hydroxylgruppe verwendet.

36. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß man als zur Reaktion fähige Verbindung ein Elektronendonator-Polymere s oder ein Elektronenakzeptor-Polymeres verwendet.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß man als Elektronendonator-Polymeres ein Homopolymeres von Vinylpyridin oder Vinylimidazol oder ein Mischpolymeres dieser Monomeren mit einem Styrolderivat, Vinylcarbazol, Vinylnaphthalin und/oder Vinylpyren verwendet .

38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß man als Elektronenakzeptor-Polymeres ein Mischpolymeres aus Vinylpyridin oder Vinylimidazol mit Acrylnitril, Fumaronitril oder Maleinsäureanhydrid verwendet.

39. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß man als zur Reaktion fähige Verbindung ein oberflächenaktives Mittel in Form von Natriumlaurylsulfat oder Cetyltrimethylammoniumchlorid verwendet.

40. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß man als zur Reaktion fähige Verbindung ein monomeres Neutralsalz verwendet.

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41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß man als monomeres Neutralsalz Natriumchlorid, Natriumbromid oder Natriumperchlorat verwendet.

42. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsmetall aus Cr(II), Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(I) und Zn(Il) besteht.

43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatligand aus Histidin, p-(2-Pyrrolylmethylenimino)styrol, 3-(2-Pyrrolylmethylenimino)propen-1, Dimethylglyoxim, Acetylaceton, Bis(salicylaldehyd)äthylendiamin, Indigo, Äthylendiamin, Bis(acetylaceton)äthylendiamin, Bipyridyl, Phenanthrolin,Diäthylentriamin, Iminodiessigsäure, Nitrilotriessigsäure, Porphyrin, Chlorophyllin, Porphyradin oder Phthalocyanin und der polymere Ligand aus dem Homo- oder Mischpolymeren von Vinylpyridin oder Vinylimidazol oder einer Polyaminosäure bestehen.

44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß man als zur Reaktion fähige Verbindung Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(itaconsäure), Poly(glutaminsäure), eine Pectinsäure, eine Alginsäure, Polyvinylalkohol, Polyäthylenglykol, ein Homo- oder Mischpolymeres von Vinylpyridin, Vinylimidazol und N-Vinylpyrrolidon, ein Mischpolymeres von Vinylpyridin oder Vinylimidazol mit einem Styrolderivat, Vinylcarbazol, Vinylnaphthalin, Vinylpyren, Acrylnitril, Fumaronitril oder Maleinsäureanhydrid, Natriumlaurylsulfat, Cetyltrimethylammoniumchlorid, Natriumchlorid, Natriumbromid,
und/oder Natriumperchlorid verwendet.

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