DE2540688A1 - Verfahren zur herstellung von aethern des polyhydroxymethylens und aus ihnen bestehende ionenaustauscher - Google Patents
Verfahren zur herstellung von aethern des polyhydroxymethylens und aus ihnen bestehende ionenaustauscherInfo
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Description
HOECHST AKTIENGESELL S-c'h AFT
KALLE Niederlassung der Hoechst AG K 2414
Wiesbaden-Biebrich 8. September 1975
WLK-Dr.I.-db
Verfahren zur Herstellung von fithern des Polyhydroxymethylens
und aus ihnen bestehende Ionenaustauscher
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Äthern des Polyhydroxymethylens und Ionenaustauscher, die
aus den nach dem Verfahren hergestellten Äthern des Polyhydroxymethylens
bestehen.
Als Ersatz von Stärke und Gelatine für Klebstoffe und Bindemittel oder als Emulgiermittel werden in der
chemischen Technik seit langem z. B. Cellulosederivate
verwendet. Besonders die biochemische Technik benötigt in den letzten Jahren in steigendem Maße - für chromatographische
Trennverfahren neben Adsorptionsmaterialien allgemeiner Art, speziell Ionenaustauscher, um z. B.
Aminosäure- oder Proteinfraktionen aus vorliegenden Gemischen zu erhalten.
ORIGINAL INSPECTED
70981 1 /0916
Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Bedürfnisse z. B. Celluloseäther zu verwenden. Um allgemein Cellulose zu
verathern, wird diese im alkalischen Medium in inhomogener Phase mit Alkylierungsmitteln'umgesetzt, z. B. mit
Halogenfettsäuren. Sofern die CeIIuIoseäther als Ionenaustauscher
angewandt werden sollen, benutzt man zu ihrer Herstellung Verätherungsmittel mit Substituenten , die
ionische Gruppen tragen. Vorzugsweise werden bei diesen Verä'therungen die primären Hydroxylgruppen der Anhydroglucoseeinheit
angegriffen, erst in zweiter Linie die sekundären Hydroxylgruppen.
Der Nachteil der CeI1uloseäther, so auch der daraus hergestellten
Ionenaustauscher liegt darin, daß sie gegen chemische und enzymatische Angriffe labil sind; eine
Eigenschaft, die ihrer weiten Anwendung in den Techniken des Biochemikers, Physiologen und Mediziners entgegensteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben.
Dies gelingt, indem man Äther des Polyhydroxymethylens herstellt. Ein Gegenstand der Erfindung ist daher ein
Verfahren zur Herstellung von Äthern des Polyhydroxymethylens
Es ist gekennzeichnet durch Umsetzung von Polyhydroxymethylen
mit Alkylierungsmitteln in wässrig-alkalischem Medium, gege-
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benenfalls unter Zugabe eines organischen Lösemittels.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung sind Ionenaustauscher aus veräthertem Polyhydroxymethylen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Alkoxygruppen ionische oder ionisierbare Reste
tragen. Das als Ausgangsmaterial bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dienende Polyhydroxymethylen ist ein bekanntes
Polymeres, dessen Herstellung z. B. von H. C. Haas und. N. W. Schuler in J. Polym. Science, 3J_, 238 (1958) beschrieben
ist.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß Polyhydroxymethylen, obwohl es nahezu ausschließlich sekundäre
Hydroxylgruppen aufweist, einer Substitution zu Äthern
zugänglich ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
nach den beiden folgenden Methoden umgesetzt:
1. Vermischung der Komponenten Polyhydroxymethylen, Isopropanol und NaOH-Lösung im Kneter und Zugabe
des Alkylierungsmittels bei 50° bis 90° C, vorzugsweise
bei ca. 70° C.
2. Lösen des Polyhydroxymethylens in einer ca.
20 bis 50gew.-%igen NaOH-Lösung bei Raumtempe-r ratur und Zugabe des Alkylierungsmittels bei
20° bis 90° C5 vorzugsweise 70° bis 90° C.
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Diese Umsetzungen lassen sich also im wäßrig-alkalischen
Medium in heterogener Phase, gegebenenfalls unter Zugabe
eines organischen Lösungsmittels wie Isopropanol als Verdünner, und - ein wegen der gleichmäßigeren Substitutions·
möglichkeiten wesentlicher Fortschritt z. B. gegenüber den
Bedingungen zur Herstellung von CeI1uloseäthern - auch in
homogener Phase durchführen. Polyhydroxymethylen ist in den üblichen Lösemitteln wie Wasser, Alkoholen, Estern. Aceton,
Dimethylformamid, Äthern, Benzol, Toluol, Chloroform, Dimethylsulfoxid unlöslich und wird nur in einigen Fällen
von ihnen wenig angequollen; es löst sich jedoch in alkalischen Lösungen, wie z. B. in 25- bis 50gew.-%igen
NaOH-Lösungen bereits bei Raumtemperatur, bei ca. 80° C genügt dazu schon eine 20gew.-%ige NaOH-Lösung.
Durch Verdünnen der Lösungen oder andersartiger Verminderung
der NaQH-Konzentration kann bei fortschreitender Veretherung
gemäß Methode 2 ein Teil des Polyhydroxymethylens wieder ausfallen; ist jedoch eine Löslichkeit des gebildeten
Äthers in Wasser gegeben, so kann auch hier die Umsetzung in homogener Phase weitergeführt werden.
Das einzusetzende Alkylierungsmittel muß wegen der zu erzielenden
lonenaustauschereigenschaften, neben einer oder mehreren
zur Ätherbi 1 "dung befähigten' Gruppen , mindestens eine
- 4 709811/0916
s·
funktionell Gruppe tragen, die ionisch oder ionisierbar
ist, wie z, B. einen Carboxyl-, Sulfo-, Phospho-, quartären Ammonium-, oder substituierten Amino-Rest. Für
diese Aufgabe sind Substanzen, wie die folgenden, geeignet
3-C hl οr-2-hydroxyρ ropyl-trimethylammoni umhydrochlorid
2,3-Epoxypropyl-trimethylammoni um-hydro chi ο rid
Ν,Ν-Dichlor-äthyl-alkylamine
Die erfindungsgemäß erhaltenen Produkte können wasserlöslich
oder zum größeren Teil wasserunlöslich sein. Diese
letztgenannten Eigenschaften zu beeinflussen ist möglich durch die Wahl des Substituenten, des Substitutionsgrades
oder durch Vernetzung mit mindestens bifunktionellen Reagent
i e η .
- 5 70981 17 0916
Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil liegt darin, daß die bei dem Verfahren erhaltenen Substanzen von höherer
chemischer Beständigkeit sind, so daß sie nicht ohne weiteres abgebaut werden. Sie widerstehen insbesondere auch
enzymatischen und anderen biochemischen Abbauprozessen.
Sofern sie ionische oder ionisierbare Gruppen aufweisen, ist ihr Ionenaustauschvermögen mit ionischen oder kryptoionischen
Stoffen z. B. unter biochemischen und physiologisch-chemischen
Bedingungen ausgezeichnet.
Die erfindungsgemäßen Äther des Polyhydroxymethylens
können deshalb z. B. als Ionenaustauscher in der Biochemie, Medizin und Physiologischen Chemie breite Anwendungsmöglichkeiten
finden.
In den folgenden Beispielen bedeuten die angegebenen Prozentmengen Gewichtsprozente und MS bedeutet molarer
Substitutionsgrad.
Eine Menge von 50g Polyhydroxymethylen (1,67 Mol, auf
den Grundbaustein des Polymeren bezogen) wurde im Kneter mit 250ml 87%igem Isopropanol und 66,8g einer
50%igen wäßrigen NaOH-Lösung (0,84 Mol) während 30 min bei 25° C vermischt. Die Verätherung erfolgte durch
Zutropfen von 168g einer 50%igen wäßrigen Lösung von
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3-Chlοr-2-hydroxypropyl-trimethylammonium-hydrochlorid
(0,45 Mol) und nachfolgendes Erwärmen auf 70° C während
60 min. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch mit Methanol verdünnt und gegen Phenol phthalein mit Eisessig neutralisiert.
Das nach dem Abfiltrieren erhaltene weiße Pulver wurde mit wäßrigem Methanol gewaschen und bei 60° C
getrocknet. Es enthielt 0,4% N, was einem MS von ca. 0,01 entspricht.
Eine Menge von 15g Polyhydroxymethylen (0,5 Mol) wurde
in 120g einer 24%igen wäßrigen NaOH-Lösung (0,7 Mol) in
einen 500ml Dreihalskolben eingetragen, auf 70° C erwärmt
und während 45 min bei dieser Temperatur gerührt. Die Verätherung erfolgte durch Zutropfen von 188g einer 50%igen
wäßrigen Lösung von 3-Chlor-2-hydroxypropyl-trimethylammonium-hydrochlorid
in die viskose, gelbliche Lösung innerhalb von 10 min. Die Lösung verlor dabei an Viskosität
und ein Teil der Substanz fiel aus. Die Reaktionsmischung wurde in 500ml Wasser eingegossen, filtriert,
mit Wasser, Isopropylalkohol und Aceton gewaschen, bei
ο
60 C getrocknet und dann gemahlen. Das so erhaltene weiße Pulver enthielt 1,8% N, was einem MS von 0,05 entspricht.
60 C getrocknet und dann gemahlen. Das so erhaltene weiße Pulver enthielt 1,8% N, was einem MS von 0,05 entspricht.
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Eine Menge von 10g Polyhydroxymethylen (0,33 Mol) wurde
in 75g einer 40Siigen wäßrigen NaOH-Lösung (0,75 Mol)
gelöst und 45 min bei 70° C gerührt. Die Veretherung erfolgte durch Zugeben von 65g Glycidyl-trimethyl-ammoniumchlorid
(0,43 Mol) und anschließendes Erwärmen und Rühren bei 70° C über 45 min. Die Reaktionsmischung wurde in
500ml Wasser eingegossen, filtriert, mit Wasser neutral gewaschen, bei 60° C getrocknet und dann gemahlen. Das nach
der Dialyse in wässriger Suspension gegen Wasser und einer anschließenden Gefriertrocknung erhaltene wasserunlösliche
Pulver enthielt 1,0 % N, was einem MS von 0,02 entspricht.
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, aber mit 100g 2-Chlarä'than-sulfonsäure-Na-Salz (0,6 Mol) als Verätherungsmittel;
das wasserunlösliche Pulver enthielt 3,0 % S,
was einem DS (Substitutionsgrad) von 0,03 entspricht.
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, aber mit 58g 2-Chloräthyl-diäthylamin (0,43 Mol) als Verätherungsmittel;
das wasserunlösliche Pulver enthielt 4,3 % N, was einem
DS von 0,13 entspricht.
7 0 9811/0916
Eine Menge von 15g Polyhydroxymethylen (0,5 Mol) wurde in
einer Natronlauge, die 44g NaOH (1,1 Mol) in 200g Wasser enthielt, gelöst und die viskose Masse ca. 45 min lang auf
80 bis 90° C erwärmt. Die Veretherung erfolgte durch Zutropfen von 59g einer 80%igen wäßrigen Monochloressigsäure-Lösung
(0,5 Mol) und anschließendes Erwärmen auf 80 bis
90° C während einer Stunde. Nach Abkühlen und Neutralisieren mit Eisessig gegen Phenolphthalein wurde mit Wasser
auf 500ml verdünnt und durch Eingießen in ca. 4 1 Methanol gefällt. Das nach dem Abfiltrieren erhaltene weiße Pulver
wurde 3 mal mit reinem Methanol gewaschen, wonach das Pulver frei von Chloriden war. Dann wurde es bei 60° C getrocknet
und im Mörser gepulvert. Ausbeute: 17,6g; Sulfatasche 27,3%
entsprechend 8,85% Na, was einem DS von 0,175 entspricht.
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, aber mit 84g Dichloressigsäure
(0,66 Mol) als Verätherungsmittel; das wasserunlösliche
Pulver enthielt 1,5 % Na.
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, aber mit 35g Trichloressigsäure
(0,22 Mol) als Verätherungsmittel ; das wasserunlösliche
Pulver„enthielt 3,1 % Na.
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Claims (5)
- Patentansprüche\J Verfahren zur Herstellung von Äthern des Polyhydroxymethylens, dadurch gekennzeichnet, daß Polyhydroxymethylen in wäßrig-alkalischem Medium, gegebenenfalls unter Zugabe eines organischen Lösemittels, mit Alkylierungsmittel umgesetzt wi rd.
- 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylierungsmittel eine oder mehrere ionische oder ionisierbare Gruppen trägt.
- 3. Verfahren qemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ionischen oder ionisierbaren Gruppen des Alkylierungsmittels Carboxyl-, Sulfo-, Phospho-, quartäre Ammonium-, oder substituierte Amino-Reste sind.
- 4. Ionenaustauscher aus veräthertem Polyhydroxymethylen, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkoxy-Gruppen ionische oder ionisierbare Substituenten tragen.
- 5. Ionenaustauscher gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ionischen oder ionisierbaren Substituenten Carboxyl-, Sulfo-, Phospho-, quartäre Ammonium-, oder substituierte Amino-Reste sind.709811/0916
- 10 -
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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