DE4435082C1 - Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetatphosphat oder Celluloseacetatsulfat (Celluloseacetatmischester) mit definierter Molekülstruktur und die Verwendung der erhaltenen Celluloseacetatmischester zur Herstellung von Cellulosephosphat bzw. Cellulosesulfat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetatmischester mit definierter Molekül­ struktur in der C₂-, C₃- und C₆-Position der Anhydro­ glucose-Einheit (AGE).

Es sind eine Reihe von Verfahren zur Phosphatierung und Sulfatierung von Cellulose oder Cellulosederiva­ ten wie auch teilsubstituierten Celluloseacetaten bekannt. Derartige Celluloseester sind aufgrund ihrer Löslichkeitseigenschaften besonders für den Einsatz im biologisch medizinischen Bereich geeignet.

Die Synthese wasserlöslicher Cellulosephosphate ist in US-PS 2,759,924 von Vikhoreva u. a. (Ref.: CA 85: 162171p) oder Katsuura u. a. (Kogyo Kagaku Zassi 41 (1968) 771; Ref.: CA 69 : 97796z) beschrieben, wobei durch Reaktion von Cellulose mit Phosphorsäure in geschmolzenem Harnstoff oder bei Auflösung in 85%iger Phosphorsäure nach längerer Zeit eine ausschließliche Phosphatierung an C₆ erreicht wird (Nehls u. a.: Prog. Polym. Sci., Vol. 19 (1994)29).

Eine zusammenfassende Darstellung der Sulfatierungs­ methoden für Cellulose wird von Philipp u. a. gegeben (Cell. Chem. Technol. 17 (1983)443), wobei durch direkte Sulfatierung beispielsweise mit Schwefeltri­ oxid (US-PS 3, 560.480, SW-AS 319 606) zwar lösliche, aber entweder hochsubstituierte Cellulosesulfate (DS<2) mit erheblicher Substitution an C₆, oder nie­ dersubstitutierte Produkte (US-PS 2,539,451, US-PS 2,969,355) mit bevorzugter C₆-Substitution, erhalten werden (Kowasaka u. a.: Polymer Journal 23 (1991)823).

Dabei läßt sich nur im Bereich hoher Sulfatierungs­ grade der Substitutionsort und damit die biologische Aktivität der Cellulosesulfate durch geeignete Nach­ behandlung beeinflussen (EP 53 473 A1).

Durch homogene Folgeumsetzung von Cellulosetrinitrit mit SO₃ im System Cellulose/N₂O₄/DMF (US-PS 4,035,569; DE-OS 21 20 964; DE-OS 25 30 541) ist unter speziel­ len Bedingungen eine bevorzugte C₂/C₃-Sulfatierung möglich (Schweiger: Carbohydr. Res. 70 (1979) 185; Philipp u. a.: Carbohydr. Res. 164 (1987) 107), je­ doch ist dieses System aus technologischen und ins­ besondere aus toxikologischen Gründen ungeeignet.

Die kommerzielle Herstellung von teilsubstituierten Celluloseacetaten erfolgt über Cellulosetriacetat durch anschließende saure Verseifung im Reaktionssy­ stem Eisessig/Essigsäureanhydrid/Schwefelsäure in Gegenwart von Wasser und führt zur Bildung von freien OH-Gruppen mit statistischer Verteilung in den C₂-, C₃- und C₆-Positionen oder AGE (Kamide u. a.: Polymer J. 19 (1987) 1405). Durch vorzeitigen Abbruch der unter Auflösung der Cellulose erfolgenden Acetylie­ rungsreaktion vor der sauren Verseifung sind jedoch keine definierten Celluloseacetate mit niederem Ace­ tylierungsgrad und definierter Substituentenvertei­ lung herstellbar.

Bei weitgehend gleichmäßiger Verteilung der OH-Grup­ pen auf die C₃-, C₃- und C₆-Positionen in handelsübli­ chem Cellulose-2,5-acetat läßt sich eine gewisse, nicht sehr ausgeprägte Selektivität bei der anschlie­ ßenden Sulfatierung oder Phosphatierung über das ein­ gesetzte Veresterungsreagenz erreichen, wobei der verfügbare DS-Bereich sehr begrenzt ist (Wagenknecht u. a.: Cell. Chem. Technol. 25 (1991) 343).

Weiterhin ist bekannt, daß durch homogene Acetylie­ rung von Cellulose mit Acetanhydrid nach Auflösung in nichtderivatisierenden wasserfreien Lösungsmittelsy­ stemen wie N-Ethylpyriniumchlorid/Dimethylformamid/- Pyridin (Husemann u. a.: Makromol. Chem. 128 (1969) 288) oder LiCl/Dimethylacetamid (DE-OS 32 27 267; JP- PS 83-152 002) teilsubstituierte Celluloseacetate in einem breiten DS-Bereich erhalten werden können, die freie OH-Gruppen in C₃<C₂<C₆ (Deus u. a.: Makromol. Chem. 192 (1991) 75) aufweisen. Die Herstellung die­ ser als potentielles Ausgangsmaterial für eine bevor­ zugte C₂/C₃-Folgederivatisierung, unter Nutzung der Schutzfunktion der Acetylgruppe prinzipiell geeigne­ ten Celluloseacetate, ist jedoch einerseits technolo­ gisch sehr aufwendig, andererseits weisen die Produk­ te eine unzureichende Selektivität auf.

Die Gewinnung von Celluloseacetaten mit bevorzugt freien OH-Gruppen in den sekundären C₂- und C₃-Posi­ tionen der AGE durch Deacetylierung von Cellulosetri­ acetat, nach Auflösung in Dichlormethan, mit einem Gemisch von Alkalihydroxid/H₂O₂/Tetrahydrofuran oder Dioxan (JP-PS 62-07 701) ist wegen des Einsatzes von Chlorkohlenwasserstoff und der z. T. explosiven und Peroxide bildenden Lösungsmittel, zur Herstellung eines potentiellen Ausgangsproduktes für selektiv substituierte Folgederivate nachteilig. Aufgrund der starken Deacetylierungswirkung von Alkalihydroxiden ist außerdem eine Ungleichmäßigkeit der Deacetylie­ rung entlang und zwischen den Polymerketten des Cel­ lulosetriacetates festzustellen.

Eine homogene basische Deacetylierungsmethode von in N,N-Dimethylacetamid gelöstem Cellulosetriacetat mit Ethylendiamin (Deus u. a.: Makromol. Chem. 192 (1991) 75) führt unter den dort beschriebenen wasserfreien Bedingungen zu einer sehr gleichmäßigen Abspaltung der Acetylgruppen in allen drei Positionen der AGE in einem weiten DS-Bereich. Für die Herstellung regiose­ lektiver substituierter Cellulosederivate durch Folge­ derivatisierung sind diese Celluloseacetate weitge­ hend ungeeignet.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches und toxisch unbedenkliches Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem Celluloseacetatmischester mit definierter Molekülstruktur in der C₂-, C₃- und C₆-Position hergestellt werden können.

Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Überraschenderweise konnte die Anmelderin zeigen, daß CTA gelöst in einem aprotischen Lösungsmittel, mit einem Amin homogen zu einem gewünschten DS_AC homogen deacetyliert werden kann. Die erhaltenen Cellulose­ acetate werden dann isoliert und in an und für sich bekannter Weise zu den gewünschten Mischestern umgesetzt.

Erfindungsgemäß werden unter Mischester Celluloseacetatphosphat und Cellulaxacetatsulfat verstanden.

Vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß handelsübliches CTA, bevorzugt mit einer DS_AC ≧ 2,87, ganz besonders bevorzugt mit einer DS_AC ≧ 2,9, einge­ setzt werden kann.

Zur Auflösung dieses CTA können alle aus dem Stand der Technik bekannten aprotischen polaren Lösungsmittel ein­ gesetzt werden. Beispiele hierfür sind Aceton, Aceto­ nitril, N,N-Dimethylacetamid, N,N-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Hexamethylphosphorsäuretriamid. Ganz besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung von Dimethylsulfoxid (DMSO). Die Anmelderin konnte hierbei in ihren Versuchen zeigen, daß besonders bei der Verwendung von DMSO als aprotisches polares Lösungsmittel eine ausgezeichnete homogene Deacetylierung eintritt. Zur Gewährleistung einer möglichst gleichmäßigen Dea­ cetylierung entlang und zwischen den Polymerketten ist es weiterhin bevorzugt, destillativ gereinigtes DMSO einzusetzen.

Als Deacetylierungsmittel können vorteilhafterweise auch handelsübliche Amine eingesetzt werden.

Es ist dabei bevorzugt, wenn das Deacetylierungsmit­ tel aus einer der drei folgenden Gruppen ausgewählt ist:

• 1. aus primären Aminen der allgemeinen Formel (1) H₂N - R₁worin R₁ ein Alkylrest mit C₃-C₈ oder ein Cyclo­ alkylrest ist. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn der Rest R₁ ein Alkylrest mit C₄-C₆ und der Cycloalkylrest ein C₆-Rest ist.
• 2. Aus den primären Diaminen der allgemeinen Formel (2) H₂N - R₂ - NH₂worin R₂ ein Alkylrest mit C₄-C₈ ist. Auch hier ist es bevorzugt, wenn der Alkylrest R₂ ein C₄-C₆-Rest ist.
• 3. Aus den sekundären Aminen der allgemeinen Formel (3) R₃ - NK - R₄worin R₃ und R₄ ein Alkylrest mit C₁-C₃ ist und gleich oder verschieden sein kann. Besonders bevor­ zugt bei dieser Gruppe ist es, wenn das sekundäre Amin Dimethylamin ist.

Die vorstehend beschriebenen Deacetylierungsmittel werden dabei in einer Menge von 1 bis 10 Mol, vor­ zugsweise von 2 bis 6 Mol, bezogen auf 1 Mol Anhydro­ glucose-Einheiten eingesetzt.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Zudosie­ rung des Amin zur Cellulosetriacetatlösung in Form einer wäßrigen Lösung, gegebenenfalls unter Zusatz von DMSO über einen Zeitraum von 0,1 bis 1 Std. unter intensivem Rühren erfolgt. Die eingesetzte Wassermen­ ge kann dabei im Bereich von 10 bis 100 Mol, vorzugs­ weise 10 bis 30 Mol, je Mol AGE liegen.

Durch Auswahl der Reaktionstemperaturen und/oder der Reaktionszeit ist es nun möglich, einen gewünschten Deacetylierungsgrad einzustellen (Fig. 1). Die Reaktionstemperatur während der Deacetylierung kann dabei im Bereich 20 bis 100°C, vorzugsweise 60 bis 80°C, und die Reaktionszeit im Bereich von 0,5 bis 72 Std., vorzugsweise von 1 bis 36 Std., liegen.

Mit dem vorstehend detalliert beschriebenen Verfahren läßt sich nun eine homogene Deacetylierung ohne Aus­ fällung des Polymeren in einem weiten DS-Bereich, stark bevorzugt an den sekundären C₂- und C₃-Positio­ nen erreichen, wobei das Celluloseacetat bis zu Re­ stacetylgehalten von DS_AC = 0,25 in Lösung gehalten werden kann.

Nach der Deacetylierung wird das teilsubstituierte Celluloseacetat bevorzugterweise mit Wasser, beson­ ders bevorzugt unter Zusatz von Essigsäure, gefällt, gewaschen und anschließend getrocknet.

Zur anschließenden ionischen Veresterung wird in an sich bekannter Weise das selektiv deacetylierte Cel­ luloseacetat unter weitgehend wasserfreien Bedingun­ gen in einem aprotischen organischen Lösungsmittel, vorzugsweise in Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid oder Pyridin aufgelöst oder verquollen.

Zur Veresterung im Falle von Celluloseacetatphospha­ ten wird bevorzugterweise mit Phosphatierungsmitteln wie Polyphosphorsäure, POCl₃ oder HPO₂Cl₂, zweckmäßi­ gerweise gelöst in dem entsprechenden organischen Medium, in Gegenwart eines Amins, vorzugsweise eines tertiären Amins wie Triethylamin, Tri-n-butylamin oder Pyridin gearbeitet. Bei Celluloseacetatsulfaten wird bevorzugt mit Sulfatierungsmitteln wie SO₃, Cl- SO₃H, SO₂Cl₂ oder ml₂SO₃H ohne Aminzusatz gearbeitet.

Unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen er­ folgt unter Ausnutzung der Schutzgruppenfunktionen der Restacetylgruppen ausschließlich eine Phosphatie­ rung oder Sulfatierung freier Hydroxylgruppen.

Die Reaktionstemperaturen für die Veresterung liegen je nach der gewählten Veresterungsmethode gewöhnlich im Bereich von 20 bis 30°C, in besonderen Fällen der Phosphatierung mit Polyphosphorsäure/Tri-n- butylamin/DMF bei 120°C oder der Sulfatierung im System-Amidosulfonsäure/DMF zweckmäßiger­ weise bei 60 bis 80°C.

Die Reaktionszeiten betragen 0,5 bis 24 Std., vor­ zugsweise 1 bis 6 Std. Die erhaltenen Ester können dann in bekannter Weise gereinigt, isoliert und ge­ trocknet werden. Als Fällungs- und Reinigungsmedien für die synthetisierten Celluloseacetatphosphate oder -acetatsulfate werden bei höheren Acetylierungsgraden vorteilhafterweise Wasser oder wäßrige Natriumacetat­ lösungen, bei niederen Restacetylgehalten niedere Alkohole, alkoholische Natriumacetatlösungen oder Aceton, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasser oder Ethanol verwendet.

Die Trocknung der Mischester oder der nach basischer Deacetylierung erhaltenen Ester erfolgt zweckmäßiger­ weise bei Temperaturen unter oder um 50°C, gegebe­ nenfalls im Vakuum. Dem gewünschten Endprodukt ent­ sprechend erfolgt zur Gewinnung selektiv in C₂- und C₃-Position substituierter Cellulosephosphate oder -sulfate die Abspaltung der restlichen Acetylgruppen zweckmäßigerweise mit wäßriger oder ethanolischer Natronlauge mit anschließender Rückneutralisation und Aufarbeitung.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die mit diesem Verfahren hergestellten Produkte weisen somit folgen­ de entscheidende Vorteile auf:

• - Die Deacetylierungsmethode von Cellulosetriacetat führt unter Einsatz technisch gebräuchlicher, weitge­ hend unbedenklicher Chemikalien zu teilsubstituierten Celluloseacetaten mit stark bevorzugter Anordnung der freien OH-Gruppen in den sekundären C₂- und C₃-Posi­ tionen der AGE der Cellulose bis hin zu reinen C₆-Ace­ taten.
• - Dabei läßt sich die Reaktion hinsichtlich der Ho­ mogenität des Reaktionssystems so steuern, daß in einem sehr breiten DS_AC-Bereich von 2,9 bis 0,25 ohne Ausfällung des Polymers eine hohe Gleichmäßig­ keit entlang und zwischen den Polymerketten gegeben ist, die sich sehr vorteilhaft auf die Löslichkeits­ eigenschaften dieses Zwischenproduktes und der daraus hergestellten Mischester auswirkt.
• - Der Deacetylierungsgrad kann über die Reaktions­ bedingungen sehr genau gesteuert werden.
• - Unter Nutzung der Schutzgruppenfunktion der rest­ lichen Acetylgruppen sind der Ort und der maximal erreichbare DS der Folgederivatisierung zu anioni­ schen Cellulosemischestern mittels üblicher Vereste­ rungsmethoden auf einfache Weise steuerbar.
• - Die hergestellten Celluloseestern weisen eine hohe Selektivität hinsichtlich des Substitutionsortes der anionischen Estergruppen auf.
• - Je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck können unter Nutzung der unterschiedlichen Löslichkeitsei­ genschaften in organischen und/oder wäßrigen Medien die erhaltenen Mischester als solche verwendet werden oder durch Einstellung eines alkalischen pH-Wertes als einfache Phosphat- oder Sulfatester der Cellulose eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Fig. 1 und 9 Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 1 zeigt nun den zeitlichen Verlauf der Deacety­ lierung von CTA in DMSO bei 80°C mit verschiedenen Aminen in Gegenwart von 22 Mol Wasser je Mol AGE. Hierin bedeutet DMA Dimethylamin, HDMA Hexamethylen­ diamin, HA Hexylamin, HZ Hydrazin. Gleichzeitig ist noch die zugegebene Menge in Mol/Mol AGE angegeben. Fig. 1 zeigt nun sehr anschaulich, wie mittels Steuerung der Reaktionszeit und der Auswahl der Amine die Deacetylierung beeinflußt werden kann. Erfin­ dungsgemäß ist somit mit dem vorgeschlagenen Verfah­ ren eine Steuerung des Verfahrens zur Herstellung der Estern in eine definierte Molekülstruktur möglich.

Ausführungsbeispiele

In den folgenden Beispielen bedeuten die Abkürzungen CTA = Cellulosetriacetat, CA = partiell deacetylier­ tes Cellulosetriacetat, CAP = Celluloseacetatphos­ phat, CP = Cellulosephosphat, CAS = Celluloseacetat­ sulfat, CS = Cellulosesulfat, DMSO = Dimethylsulfoxid und DMF = Dimethylformamid.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Herstellung von CAS aus handelsüblichen Cellulose- 2,5-acetat:

200 g (0,76 mol) bei 105°C getrocknetes Cellulose­ acetat (DS_AC = 2,38 mit C₂ = 0,85, C₃ = 0,80 und C₆ = 0,73 wurden in 11 DMF (Wassergehalt ( 0,03%) aufgelöst, zur Sulfatierung eine Lösung von 61 g SO₃ (0,76 mol) in 450 ml DMF bei 200°C innerhalb von 30 Min. zugetropft und noch 2 Std. bei 20°C gerührt. Der Ansatz wurde mit 1,3 l 10masse%iger wäßriger Na­ triumhydrogencarbonatlösung neutralisiert, nach 30 Min. Rühren das Natriumcelluloseacetatsulfat in 4,5 l 4masse%iger wäßriger Natriumhydrogencarbonatlösung gefällt, dreimal ca. 1 Std. mit 1,5 l frischem Fäll­ mittel gewaschen bis das Filtrat sulfationenfrei war, dreimal mit 1 l Ethanol nachgewaschen und im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Das CAS wies einen DS_AC = 2,3 und einen DS_s = 0,53 auf.

Herstellung von CS aus handelsüblichen Cellulose-2,5- acetat:

Die Reaktionsschritte Sulfatierung, Neutralisation und Fällung sowie das Waschen des entstandenen Na-CAS mit wäßriger Natriumhydrogencarbonatlösung erfolgten analog, jedoch wurde das Fällungsprodukt zur Deacety­ lierung in eine Lösung von 80 g NaOH in 160 ml Wasser und 800 ml Ethanol eingerührt, 2 Std. weitergerührt, ca. 15 Std. stehen gelassen, wiederum 15 Min. durch­ gerührt, mit Essigsäure auf pH 8 eingestellt, das erhaltene CS abgetrennt, dreimal ca. 30 Min. mit je 11 Ethanol gewaschen und im Vakuum bei 50°C getrock­ net.

Das erhaltene fremdsalzfreie, in Wasser lösliche Na- CS wies einen DS_S = 0,61 mit C₂ = 0,20, C₃ = 0,20 und C₆ = 0,21 auf.

Beispiel 2

200 g CTA (0,7 mol) mit einem DS_AC = 2,90 und einer Substituentenverteilung von C₂ = 1, C₃ = 1 und C₆ = 0,9 wurden in 3,6 l destillativ gereinigtem DMSO bei 80°C unter intensivem Rühren aufgelöst, zur Dea­ cetylierung ein Gemisch bestehend aus 186,5 g Dime­ tylamin (4,2 mol)/280 g Wasser (15,5 mol) und 100 ml DMSO, wobei das Dimethylamin in Form einer handelsüblichen 40masse%igen wäßrigen Lösung einge­ setzt wurde, innerhalb von ca. 15 Min. zudosiert und 20 Std. bei 80°C gerührt. Unter Kühlung wurden zur Neutralisation auf pH-6 280 ml Essigsäure hinzugefügt, das CA in ca. 4 l Ethanol gefällt, mit je ca. 2,5 l Ethanol 3 bis 4 mal bis zur Essigsäurefreiheit unter Rühren gewaschen und im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Das wasserunlösliche, in DMSO oder 40 masse%iger wäß­ riger Magnesiumperchloratlösung lösliche Cellulose­ acetat wies einen DS_AC = 0,85 mit C₂ = 0,05/ C₃ = 0,15/C₆ = 0,70 auf.

11,86 g (0,06 mol) des erhaltenen, bei 105°C ge­ trocknetem CA wurden in 150 ml frisch destilliertem DMF (Wassergehalt ∼0,02%) bei 80°C unter ständigem Rühren suspendiert. Dem Ansatz wurde anschließend eine Lösung von 30.5 g (0,09 mol) Polyphosphorsäure (P₄O₁₃H₆) in 200 ml DMF und 66,8 g Tri-n-butylamin (0,36 mol) innerhalb von 5 Min. zugesetzt. Das Reak­ tionsgemisch wurde auf 120°C temperiert, die ent­ standene Lösung 6 Std. bei 120°C gerührt, der gebil­ dete CAP-Mischester durch Einrühren des Reaktionsan­ satzes in das ca. 3-fache Volumen Fällungsmittel, bestehend aus 1,5 l 2 Masse% Natriumacetat enthaltenen Ethanol, ausgefällt und abgetrennt, mit Ethanol unter Zusatz von Salzsäure bei einem pH-Wert von -2 bis zur Phosphationenfreiheit des Filtrats gewaschen, mit 4 Masse% NaOH und 8 Masse% Wasser enthaltenen Ethanol auf einen pH-Wert von 7 bis 8 eingestellt und im Va­ kuum bei 50°C getrocknet.

Der Natrium-Celluloseacetatphosphatester wies einen DS_AC = 0,83 und DS_p = 1,20 auf.

Zur Herstellung des einfach anionischen Esters wurde das CAP nach Entfernung der Fremdphosphate mit 100 ml 4 Masse% NaOH und 8 Masse% Wasser enthaltendem Ethanol deacetyliert, die Suspension mit Essigsäure auf einen pH-Wert von 7 bis 8 eingestellt, 3 mal mit ca. 100 ml Ethanol nachgewaschen und im Vakuum bei 50°C ge­ trocknet. Das isolierte Natriumcellulosephosphat wies einen analytisch ermittelten DS_p = 1,16 und einen über ¹³C-NMR spektrokopisch ermittelten Gesamt-DS_p = 0,96 mit einer Substituentenverteilung an C₂/C₃=0,77 und C₆ = 0,19 auf.

Beispiel 3

Zur Deacetylierung des CTA (0,7 mol) wurde wie in Beispiel 2 verfahren, jedoch betrug die Deacetylie­ rung 11 Std. bei 80°C.

Es wurde ein wasserunlösliches, in DMSO, DMF, Pyridin oder 40 masse%iger wäßriger Magnesiumperchloratlösung lösliches Celluloseacetat mit einem DS_AC = 1,70 mit C₂ = 0,35/C₃ = 0,45/C₆ = 0,90 erhalten.

Zur Phosphatierung wurde wie in Beispiel 2 verfahren, jedoch 14 g (0,6 mol) dieses CA eingesetzt.

Nach entsprechender Phosphatierung wurde ein in DMSO löslicher CAP-Mischester mit DS_AC = 1,72 und DS_p = 0,64 isoliert.

Durch entsprechende Deacetylierung und analoger Auf­ arbeitung wurde eine Natrium-Cellulosephosphat mit einem analytisch-ermittelten DS_p = 0,62 und einem über ¹³C-NMR spektroskopisch ermittelten Gesamt-DS_p = 0,63 mit einer Substituentenverteilung von C₂/C₃ = 0,51 und C₆ = 0,12 erhalten.

Beispiel 4

Es wurde zunächst analog Beispiel 2 verfahren, das CTA (0,7 mol) jedoch 2 Std. bei 80°C deacetyliert, nach Neutralisation des Ansatzes mit Essigsäure auf pH-6 das CA durch Einrühren in 7 l ca. 60°C warmes Wasser gefällt, nach 30 Min. abfiltriert, mit je 4 l Wasser dreimal gewaschen und im Vakuum bei 60°C ge­ trocknet.

Das wasserunlösliche, in DMSO, DMF, Pyridin, Aceton, Ethyllactat und Chloroform lösliche CA wies einen DS_AC = 2,6 mit einer Substituentenverteilung von C₂ = 0,8/C₃ = 0,8/C₆ = 1,0 auf.

Durch entsprechende Phosphatierung unter Einsatz von 16,25 g (0,06 mol) dieses CA wurde ein DMSO lösliches CAP mit DS_AC = 2,6 und DS_p = 0,13 erhalten. Nach vollständiger Deacetylierung und Aufarbeitung betrug der DS_p des Natrium-Cellulosephosphats 0,08 mit einer Substituentenverteilung von C₂/C₃ = 0,07 und C₆ 0,01.

Beispiel 5

Es wurde zunächst wie in Beispiel 2 verfahren, jedoch zur Deacetylierung des CTA (0,7 mol) ein Gemisch von 140 g Dimethylamin (3 mol)/280 g Wasser (15,5 mol)/ 200 ml DMSO und 12 Std. bei 80°C eingesetzt.

Das wasserunlösliche, in DMSO, DMF, Pyridin oder 40 masse%iger wäßriger Magnesiumperchloratlösung lösli­ che Celluloseacetat wies einen DS_AC = 1,35 mit einer Substituentenverteilung von C₂ = 0,2/C₃ = 0,35/ C₆ = 0,8 auf.

Nach entsprechender Phosphatierung unter Einsatz von 13,2 g (0,06 mol) des isolierten und getrockneten CA wurde ein in DMSO löslicher CAP-Mischester mit DS_AC = 1,40 und DS_p = 0,80 erhalten.

Durch entsprechende Deacetylierung und analoger Auf­ arbeitung wurde ein Natrium-Cellulosephosphat mit einem DS_p = 0,75 und einer Substituentenverteilung von C₂/C₃ = 0,62 und C₆ = 0,13 gewonnen.

Beispiel 6

200 g bei 105°C getrocknetes CTA (0,7 mol) wurden in 3,6 l DMSO bei 80°C aufgelöst, mit einer Lösung von 187,5 g (1,6 mol) Hexamethylendiamin in 280 ml (15,5 mol) Wasser innerhalb von 5 Min. versetzt und zur partiellen Deacetylierung 4,5 Std. bei 80°C ge­ rührt. Die Lösung wurde mit Essigsäure auf einen pH- Wert von 6 gebracht, das Celluloseacetat mit Wasser gefällt und salzfrei gewaschen und im Vakuum bei 50° C getrocknet.

Das in DMSO, DMF, Pyridin und Ethyllactat lösliche Produkt wies einen DS_AC = 2,41 mit einer Sustituen­ tenverteilung von C₂ = 0,68/C₃ = 0,73/C₆ = 1,0 auf.

185 g (0,7 mol) des bei 105°C getrockneten CA wurden in 1,7 l frisch destilliertem DMF (Wassergehalt 0,02%) bei 80°C unter Rühren aufgelöst und zur Sul­ fatierung eine Lösung von 82 g (0,84 mol) NH₂SO₃H in 300 ml DMF innerhalb von 15 Min. zugegeben. Nach ei­ ner Reaktionszeit von 1,5 Std. bei 80°C wurde der gebildete CAS-Mischester durch Einrühren des Reak­ tionsansatzes in das 3-fache Volumen Fällungsmittel, bestehend aus 2 Masse% Ammoniumacetat enthaltendem Wasser, ausgefällt und abfiltriert, dreimal mit dem Fällungsmittel bis zur Sulfationenfreiheit des Fil­ trats gewaschen, zweimal mit Ethanol nachgewaschen und im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Der erhaltene, in Wasser hochquellbare Ammonium-Cel­ luloseacetatsulfatester wies einen DS_AC= 2,40 und einen DS_s = 0,25 auf.

Zur Herstellung des einfachen anionischen Esters der das CAS nach Entfernung der Fremdsulfate mit 4 Mas­ se% NaOH und 8 Masse% Wasser enthaltendem Ethanol 15 Std. bei 20°C deacetyliert, die Suspension mit Es­ sigsäure auf einen pH-Wert von 8 eingestellt, dreimal mit je 1 l Ethanol nachgewaschen und im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Das erhaltene wasserlösliche Natriumcellulosesulfat wies einen DS_s = 0,26 mit einer Substituentenvertei­ lung an C₂ = 0,17, C₃ = 0,08 und C₆ 0,01 auf.

Beispiel 7

Es wurde zunächst wie in Beispiel 6 verfahren, die Deacetylierung des CTA (0,7 mol) mit dem entsprechen­ den Hexamethylendiamin/Wasser-Gemisch jedoch 14 Std. bei 80°C durchgeführt. Das in DMSO, DMF, Pyri­ din oder 40 masse%iger wäßriger Magnesiumperchloratlö­ sung lösliche Celluloseacetat wies einen DS_AC = 1,48 mit einer Substituentenverteilung von C₂ = 0,18/ C₃ = 0,45/C₆ = 0,85 auf.

13,5 (0,06 mol) des bei 105°C getrockneten CA wurden in 100 ml DMF bei 80°C gelöst, zur Sulfatierung mit einer Lösung von 15,8 g (1,63 mol) NH₂SOH in 60 ml DMF innerhalb von 5 Min. versetzt und 1,5 Std. bei 80°C gerührt. Das CAS wurde mit 3 masse%iger ethano­ lischer Natriumacetatlösung gefällt, mit Ethanol salzfrei gewaschen und im Vakuum bei 60°C getrock­ net.

Das CAS wies einen DS_AC = 1,45 und einen DS_s von 1,1 auf. Nach entsprechender quantitativen Deacetylierung mit Masse% NaOH und Masse% Wasser enthaltendem Et­ hanol, Neutralisation auf einen pH-Wert von 7 bis 8 und Nachwäsche mit Ethanol wurde ein wasserlösliches Cellulosesulfat mit einem DS_s von 1,14 und einer Sub­ stituentenverteilung von C₂ = 0,74, C₃ = 0,13 und C₆ = 0,28 erhalten.

Beispiel 8

Es wurde wie in Beispiel 6 verfahren, jedoch die Dea­ cetylierung des CTA (0,7 mol) über 24 Std. bei 80°C durchgeführt. Nach Neutralisation mit Essigsäure auf pH-Wert 6 wurde in Ethanol gefällt, mit Ethanol salzfrei gewaschen und im Vakuum bei 50°C getrock­ net.

Das isolierte CA wies einen DS_AC = 0,80 mit C₂ = 0,05, C₃ = 0,1 und C₆ = 0,65 auf. Nach Sulfatierung von 11,7 g (0,06 mol) des CA in 100 ml DMF mittels einer Lösung von 23,3 g (0,24 mol) Sulfaminsäure in 100 ml DMF bei einer Reaktionszeit von 3 Std. bei 80° C wurde mit konz. Ammoniaklösung auf pH - 8 einge­ stellt, das CAS mit 30 Vol. -% Ethanol enthaltendem Aceton gefällt, mit Ethanol salzfrei gewaschen und im Vakuum bei 50°C getrocknet. Es wurde ein wasserlös­ liches Ammonium-Celluloseacetatsulfat mit DS_AC = 0,77 und DS_s = 1,75 erhalten.

Nach Deacetylierung und Isolierung des Produktes wur­ de ein wasserlösliches Natrium-Cellulosesulfat mit einem DS_s = 1,51 bei C₂ = 0,83, C₃ = 0,17 und C₆ = 0,51 erhalten.

Beispiel 9

200 g (0,7 mol) CTA wurden in 2 l DMSO gelöst, zur Deacetylierung bei 80°C mit einer Lösung von 425 g (4,2 mol) Hexylamin in 140 ml (7,8 mol) Wasser inner­ halb von 10 Min. versetzt und 3 Std. bei 80°C gerührt. Unter Kühlung wurde der pH- Wert auf 7 eingestellt, das CA mit Wasser ausgefällt und gewaschen und im Vakuum bei 60°C getrocknet. Es wurde ein DS_AC = 1,83 mit C₂ = 0,48, C₃ = 0,50 und C₆ = 0,85 gefunden.

6 g (0,025 mol) des CA wurden bei 105°C getrocknet, in 50 ml DMF bei 20°C unter Rühren aufgelöst, eine Lösung von 4 g SO₃ (0,05 mol) in 30 ml DMF innerhalb von 10 Min. zugetropft und 1 Std. bei 20°C sulfa­ tiert.

Das CAS wurde in 200 ml 4 Masse% NaOH und 8 Masse% Was­ ser enthaltendem Ethanol gefällt und gleichzeitig deacetyliert. Anschließend wurde abfiltriert, das CAS in Wasser aufgelöst, mit Essigsäure auf pH - 7 einge­ stellt, durch Dialyse von Fremdsalzen befreit und gefriergetrocknet.

Das Na-CS wies einen DS_s = 1,03 mit C₂ = 0,52, C₃ = 0,28 und C₆ = 0,23 auf.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetat­ phosphat oder Celluloseacetatsulfat (Cellulose­ acetatmischester) mit definierter Molekülstruk­ tur der Anhydroglucose-Einheit (AGE) in der C₂-, C₃- und C₆-Position durch Deacetylierung von Cellulosetriacetat (CTA) und anschließender Ver­ esterung, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) CTA in einem aprotischen polaren Lösungs­ mittel löst,
• b) eine teilweise Deacetylierung durch Zugabe von Amin in wäßriger Lösung, gegebe­ nenfalls unter Zusatz eines organischen Lösungsmittels, zur CTA-Lösung durchführt wobei man den Deacetylierungsgrad durch Auswahl der Deacetylierungszeit im Bereich von 0,5 bis 72 Stunden und der Temperatur im Bereich von 20 bis 100°C einstellt,
• c) das teilweise deacetylierte CTA isoliert und trocknet, und
• d) anschließend das teilweise deacetylierte CTA in an sich bekannter Weise phosphatiert oder sulfatiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als aprotisches polares Lösungsmittel (Verfahrensschritt a) Ace­ ton, Acetonitril, N,N-Dimethylacetamid, N,N-Di­ methylformamid, Dimethylsulfoxid, Hexamethyl­ phosphorsäuretriamid oder Pyridin einsetzt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in Verfahrens­ schritt b) folgende Amine einsetzt:

• a) primäre Amine der allgemeinen Formel l K₂N - R₁ (1)worin R₁ ein C₃- bis C₈-Alkylrest oder ein Cycloalkylrest ist,
• b) primäre Diamine der allgemeinen Formel 2 K₂N - R₂ - NH₂ (2)worin R₂ ein C₄-C₈-Alkylrest ist,
• c) sekundäre Amine der allgemeinen Formel 3 R₃ - NH - R₄ (3)worin R₃ und R₄ ein C₁-C₃-Alkylrest ist und gleich oder verschieden sein kann oder Mischungen dieser Amine.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man 1 bis 10 Mol Amin auf ein Mol AGE einsetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man 10 bis 100 Mol Wasser je Mol AGE in Form der wäßrigen Aminlö­ sung einsetzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man im Temperaturbe­ reich von 60 bis 80°C deacetyliert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Zeitbe­ reich von 1 bis 36 Stunden deacetyliert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das teilweise deacetylierte CTA zur Veresterung in einem pola­ ren aprotischen Lösungsmittel, wie es in An­ spruch 2 genannt ist, löst.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Reaktions­ temperaturen im Bereich von 20 bis 120°C und bei Reaktionszeiten im Bereich von 0,5 bis 24 Stunden phosphatiert oder sulfatiert (Verfah­ rensschritt d).

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man der Phosphatie­ rung bzw. Sulfatierung den Celluloseacetat­ mischester isoliert und reinigt.

11. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 10 erhaltenen Celluloseacetatmischester zur Her­ stellung von Cellulosephosphat bzw. Cellulose­ sulfat, dadurch gekennzeichnet, daß man die Cellulose­ acetatmischester durch Abspaltung der restlichen Acetylgruppen in die einfachen Cellu­ losephosphat- oder Cellulosesulfatester über­ führt und diese anschließend isoliert und rei­ nigt.

12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man basisch deacety­ liert.