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Die
vorliegende Erfindung betrifft Polymer-Kugel-Absorber-Harze und
betrifft Verfahren, die von dem Polymer-Kugel-Absorber-Harz Gebrauch
für das
selektive Entfernen von primären
Aminen und für
das Entfernen von Elektrophilen aus einer Lösung machen.
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Über die
vergangenen wenigen Jahre hinweg hat sich die Erforschung und der
Gebrauch der kombinatorischen Chemie (und der multi-parallelen Synthese)
als Technologie zur Entdeckung pharmazeutischer Arzneimittel schnell
entwickelt. Der Bereich der kombinatorischen bzw. multi-parallelen
Chemie hat sich ausgedehnt und schließt nicht nur Festphasen-Verfahren
und Verfahren in Lösungsphase
für die
schnelle Synthese von Verbindungen ein, sondern auch gemischte (Hybrid-)
Ansätze,
die die Reinigungs-Vorteile
der Festphasen-Synthese mit der Flexibilität einer Synthese in Lösungsphase
kombinieren (S. W. Kaldor und M. G. Siegel, Curr. Opin. Chem. Biol.
1997, 1, 101 – 106;
und L. A. Thompson und J. A. Ellmen, Chem. Rev. 1996, 96, 555 – 600).
Inhärent
bei jedem Ansatz zur Produktion von chemischen Bibliotheken ist
die Notwendigkeit, Glieder dieser chemischen Bibliothek während ihrer
Herstellung schnell zu reinigen, zu isolieren und zu handhaben.
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Polymer-Absorber-Reagenzien
haben sich als nützliche
Werkzeuge für
eine kombinatorische Synthese herausgebildet, insbesondere für eine Synthese
chemischer Bibliotheken in Lösungsphase.
Diese Materialien werden verwendet zum Entfernen oder Absorbieren
unerwünschter
Reagenzien oder Nebenprodukte und fördern so die Reinigung von
Materialien (M. W. Creswell et al., Tetrahedron, 1998, 54, 3983 – 3998;
S. W. Kaldor et al., Tetrahedron Lett. 1996, 37, 7193 – 7196;
D. L. Flynn et al., J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 4874 – 4882;
S. W. Kaldor et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 1996, 24(6), 3041 – 3044;
M. Caldarelli et al., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1999, 107 – 110; R.
J. Booth und J. C. Hodges J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 4882 – 4886;
L. M. Gayo und M. J. Suto, Tetrahedron Lett. 1997, 38, 513 – 516 und
M. G. Siegel et al., Tetrahedron Lett. 1997, 38, 3357 – 3360).
Typischerweise werden die Polymer- Absorber zugesetzt, nachdem die chemische
Reaktion vollständig
abgelaufen ist, um einen Überschuss
an Reaktanden und Nebenprodukten zu entfernen. Die resultierenden,
an ein Harz gebundenen Reaktanden werden entfernt durch einfaches
Filtrieren, wobei das Produkt in Lösung bleibt. Beispiele von
polymeren Absorber-Reagenzien schließen ein:
![Figure 00020001](https://patentimages.storage.googleapis.com/ac/6c/17/5e7f4b9e43120e/00020001.png)
- o
= unlöslicher
Polymer-Träger
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Alle
oben genannten Harze werden hergestellt durch anfängliche
Synthese einer Polystyrol- oder Polystyrol-Copolymer-Kugel, gefolgt
von einem oder mehreren chemischen Modifikations-Schritt(en) unter
Einführen
der absorbierenden funktionellen Gruppe. Beispielsweise kann die
Kugel mit Isocyanat-Funktion, die als Absorbens für Amine
vertrieben wird, hergestellt werden aus dem Merrifield-Harz über das
Aminomethylpolystyrol:
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Die
verwendeten Harze sind typischerweise leicht vernetzte Polystyrole
(1 bis 3 % Divinylbenzol), die typischerweise Lösungsmittel benötigen, die
das Harz quellen, um zu ermöglichen,
dass Reagenzien zu den an das Polymer gebundenen funktionellen Gruppen
Zutritt erlangen. Alternativ dazu könnte das Harz ein makroporöses Harz
sein (hoher Divinylbenzol-Gehalt), das eine permanente Porosität aufweist,
die es Reaktanden erlaubt, zu den funktionellen Gruppen unabhängig vom
Lösungsmittel-Typ
Zutritt zu erlangen.
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Ein
Bereich der Synthese, in dem die Verwendung von Absorber-Harzen
potentiell nützlich
ist, ist beispielsweise die Synthese sekundärer Amine. Sekundäre Amine
sind wichtige Pharmakophore in vielen biologisch aktiven Verbindungen.
Sie werden oft hergestellt durch reduktive Alkylierung primärer Amine
mit Aldehyden oder Ketonen. Um Probleme einer Überalkylierung zu mindern,
wird ein Überschuss
an primärem
Amin verwendet. Jedoch bringt dies Probleme mit der Reinigung dahingehend,
dass das primäre
Amin in Gegenwart des sekundären
Amins selektiv entfernt werden muss.
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Methylisocyanat-,
-isothiocyanat- und N-Methylisatosäureanhydrid-Harze reagieren
ausnahmslos schnell sowohl mit primären als auch mit sekundären Aminen
bei Raumtemperatur. Diese Harze sind Absorber für Elektrophile und zeigen eine
schlechte Se lektivität
gegenüber
primären
Aminen im Vergleich zu sekundären
Aminen. Das Benzyloxybenzaldehyd-Polystyrol-Harz ist auch ein Absorber
für Elektrophile
und kann verwendet werden, um selektiv primäre Amine in Gegenwart sekundärer Amine
abzutrennen. Jedoch sind die Benzaldehyd-Harze, über die berichtet wurde, nicht
besonders stabil und können
an der Luft oxidiert werden. Es besteht daher ein Bedarf für funktionalisierte
bzw. funktionelle Gruppen aufweisende Harze, die als Absorber für Elektrophile
wirken und Selektivität
für primäre Amine
zeigen und eine gute chemische Stabilität zeigen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein
Verfahren zum Entfernen primärer
Amine von einer Lösung,
worin eine Lösung,
die ein primäres
Amin umfasst, mit einem Absorber-Harz in Kontakt gebracht wird,
wodurch das Absorber-Harz sich an wenigstens eine gewisse Menge
des primären
Amins in Lösung
bindet und dadurch die Menge an primärem Amin in Lösung senkt,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Absorber-Harz daran gebundene
Gruppen umfasst, die gewählt
sind aus 1,3-Ketoestern oder 1,3-Ketoamiden oder Mischungen daraus,
die an einen Polymer-Träger
gebunden sind.
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In
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann das Absorber-Harz
einer Lösung
zugesetzt werden, die ein primäres
Amin umfasst. Das Harz wird dann von der Lösung abgetrennt, vorzugsweise
durch Filtration, wobei die Kontakt-Zeit derartig ist, dass sie
wenigstens eine partielle Verarmung von primärem Amin in der Lösung erlaubt.
Alternativ dazu wird eine ein primäres Amin umfassende Lösung durch
eine Masse oder Säule
eines Harzes hindurch geleitet, wobei die Verweilzeit derart ist,
dass dies wenigstens eine partielle Verarmung von primärem Amin
in der Lösung
ermöglicht.
Die Kontakt- oder Verweilzeit kann bestimmt werden durch Überwachung
der Verringerungen der Konzentrationen an primärem Amin in der Lösung.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann durchgeführt werden
bei Temperaturen, die im Bereich von –100 bis 250 °C liegen,
vorzugsweise im Bereich von –10
bis 100 °C,
noch mehr bevorzugt im Bereich von 10 bis 40 °C und am meisten bevorzugt bei
Umgebungstemperatur, beispielsweise bei 15 bis 30 °C.
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In
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine
ausreichende Menge an Absorber-Harz verwendet, um das Entfernen
von im wesentlichen dem gesamten primären Amin zu bewirken. Vorzugsweise
steht das angewendete Verhältnis
von Absorber-Harz zu Lösung
mit primärem
Amin in direkter Verbindung zu der Konzentration an vorhandenem
primärem
Amin und der Prozentmenge an aktiven funktionellen Gruppen von 1,3-Ketoester
und/oder 1,3-Ketoamid in dem Absorber-Harz. Das Verhältnis der
molaren Konzentration an aktiven funktionellen Gruppen von 1,3-Ketoester und/oder
1,3-Ketoamid auf dem Absorber-Harz zur molaren Konzentration an
Amin in Lösung
kann im Bereich von 1:1 bis 100:1 liegen. Vorzugsweise wird ein Überschuss
an aktiven funktionellen Gruppen von 1,3-Ketoester und/oder 1,3-Ketoamid
eingesetzt, beispielsweise im Verhältnis im Bereich von 1:1 bis
20:1 und noch mehr bevorzugt im Bereich von 1:1 bis 4:1. Ein derartiger Überschuss
kann eine wirksame und schnelle Entfernung des primären Amins
fördern.
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Die
in dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendeten Absorber-Harze können daran gebundene 1,3-Ketoester-
oder 1,3-Ketoamid-Gruppen aufweisen, die direkt an einen Polymer-Träger gebunden
sind oder die an einen Polymer-Träger über eine Linker-Gruppe bzw.
verbindende Gruppe gebunden sind. Vorzugsweise sind die gebundenen
1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen an einen Polymer-Träger über eine
Linker-Gruppe gebunden. Geeignete Linker-Gruppen schließen solche
Gruppen ein, wie sie unten durch die Definition L beschrieben sind.
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Die
Absorber-Harze sind vorzugsweise organische Harze, besonders synthetische
organische Harze.
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Die
gebundenen 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen schließen Gruppen
der Formel 1 ein:
worin
R
1 eine
gegebenenfalls substituierte Hydrocarbyl-Gruppe, perhalogenierte
Hydrocarbyl-Gruppe
oder Heterocyclyl-Gruppe ist;
X für O oder NR
2 steht,
worin die freie Bindung von O oder NR
2 an
einen Polymer-Träger gegebenenfalls über einen
Linker gebunden ist; und
R
2 steht für Wasserstoff,
eine gegebenenfalls substituierte Hydrocarbyl-Gruppe oder eine Heterocyclyl-Gruppe.
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Hydrocarbyl-Gruppen,
für die
R1 und R2 stehen
können,
schließen
ein: Alkyl-Gruppen, Alkenyl-Gruppen und Aryl-Gruppen und jede beliebige
Kombination daraus, wie beispielsweise Aralkyl-Gruppen und Alkaryl-Gruppen,
beispielsweise Benzyl-Gruppen.
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Alkyl-Gruppen,
für die
R1 und R2 stehen
können,
schließen
lineare und verzweigte Alkyl-Gruppen ein, die bis zu 20 Kohlenstoff-Atome
umfassen, insbesondere 1 bis 7 Kohlenstoff-Atome und vorzugsweise
1 bis 5 Kohlenstoff-Atome. Wenn die Alkyl-Gruppen verzweigt sind,
umfassen die Gruppen oft bis zu 10 an verzweigter Kette vorkommende
Kohlenstoff-Atome, vorzugsweise bis zu 4 an verzweigte Kette vorkommende
Kohlenstoff-Atome. In bestimmten Ausführungsformen kann die Alkyl-Gruppe
zyklisch sind, wobei sie allgemein 3 bis 10 Kohlenstoff Atome in
dem größten Ring
umfasst und gegebenenfalls einen oder mehrere verbrückende Ringe
aufweist. Beispiele von Alkyl-Gruppen,
für die
R1 und R2 stehen
können,
schließen
ein: Methyl-Gruppen, Ethyl-Gruppen,
Propyl-Gruppen, 2-Propyl-Gruppen, Butyl-Gruppen, 2-Butyl-Gruppen,
t-Butyl-Gruppen
und Cyclohexyl-Gruppen.
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Alkenyl-Gruppen,
für die
R1 und R2 stehen
kann, schließen
C2-20- und vorzugsweise C2-6-Alkenyl-Gruppen
ein. Eine oder mehrere Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung(en) kann/können zugegen
sein. Die Alkenyl-Gruppe kann einen oder mehrere Substituenten tragen,
insbesondere Phenyl-Substituenten. Beispiele von Alkenyl-Gruppen
schließen
Vinyl-Gruppen, Styryl-Gruppen und Indenyl-Gruppen ein.
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Aryl-Gruppen,
für die
R1 und R2 stehen
können,
können
einen Ring oder zwei oder mehrere aneinander gebundene Ringe umfassen,
die Cycloalkyl-Ringe, Aryl-Ringe oder heterocyclische Ringe einschließen können. Beispiele
von Aryl-Gruppen, für
die R1 und R2 stehen
können,
schließen
ein: Phenyl-Gruppen, Tolyl-Gruppen, Fluoephenyl-Gruppen, Chlorphenyl-Gruppen, Bromphenyl-Gruppen,
Trifluormethylphenyl-Gruppen, Anisyl-Gruppen, Naphthyl-Gruppen und
Ferrocenyl-Gruppen.
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Perhalogenierte
Hydrocarbyl-Gruppen, für
die R stehen können,
schließen
unabhängig
perhalogenierte Alkyl-Gruppen und perhalogenierte Aryl-Gruppen und
jede beliebige Kombination daraus ein, wie beispielsweise Aralkyl-Gruppen
und Alkaryl-Gruppen. Beispiele von perhalogenierten Alkyl-Gruppen,
für die
R stehen kann, schließen
-CF3 und -C2F5 ein.
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Heterocyclische
Gruppen, für
die R1 und R2 stehen
können,
schließen
unabhängig
voneinander aromatische, gesättigte
und partiell ungesättigte
Ring-Systeme ein und können
aus einem Ring oder zwei oder mehr miteinander verbundenen Ringen
stehen, die Cycloalkyl-Ringe, Aryl-Ringe oder heterocyclische Ringe einschließen können. Die
heterocyclische Gruppe enthält
wenigstens einen heterocyclischen Ring, von denen der größte allgemein
3 bis 7 Ring-Atome umfasst, worin wenigstens 1 Atom Kohlenstoff
ist und wenigstens I Atom eines der Atome N, O, S oder P ist. Beispiele
von heterocyclischen Gruppen, für
die R1 und R2 stehen können, schließen ein:
Pyridyl-Gruppen, Pyrimidyl-Gruppen, Pyrrolyl-Gruppen, Thiophenyl-Gruppen,
Furanyl-Gruppen, Indolyl-Gruppen,
Chinolyl-Gruppen, Isochinolyl-Gruppen, Imidazolyl-Gruppen und Triazolyl-Gruppen.
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Wenn
irgendeiner der Reste R1 oder R2 eine
substituierte Hydrocarbyl-Gruppe oder heterocyclische Gruppe ist,
sollte(n) der/die Substituent(en) derart sein, dass sie nicht in
nachteiliger Weise die Geschwindigkeit oder Selektivität der Reaktion
beeinflussen.
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Optionale
Substituenten schließen
ein: Halogen-Gruppen, Cyano-Gruppen, Nitro-Gruppen, Hydroxy-Gruppen, Amino-Gruppen,
Thiol-Gruppen, Acyl-Gruppen, Hydrocarbyl-Gruppen, perhalogenierte
Hydrocarbyl-Gruppen, Heterocyclyl-Gruppen, Hydrocarbyloxy-Gruppen,
Mono- oder Dihydrocarbylamino-Gruppen, Hydrocarbylthio-Gruppen, Ester-Gruppen,
Carbonat-Gruppen, Amid-Gruppen, Sulfanyl-Gruppen und Sulfonamido-Gruppen,
worin die Hydrocarbyl-Gruppen so definiert sind, wie dies oben für R1 und R2 geschehen
ist. Es kann einer oder es können
mehrere Substituenten zugegen sein.
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R1 ist vorzugsweise eine Alkyl-Gruppe, am
meisten bevorzugt eine Methyl-Gruppe.
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R2 ist vorzugsweise Wasserstoff oder eine
Alkyl-Gruppe. Wenn R2 eine Alkyl-Gruppe
ist, ist R2 vorzugsweise eine Methyl-Gruppe.
Am meisten bevorzugt steht R2 für Wasserstoff.
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Der
Polymer-Träger
kann abgeleitet sein aus der Polymerisation einer Zusammensetzung,
die eines oder mehrere Monomere umfasst, und ist vorzugsweise abgeleitet
aus der Polymerisation einer Zusammensetzung, die zwei oder mehr
Monomere umfasst. Die Monomere können
eine oder mehrere polymerisierbare Doppelbindungen enthalten. Vorzugsweise
ist der Polymer-Träger
abgeleitet aus der Polymerisation einer Zusammensetzung, die ein
oder mehrere Monomer(e) umfasst, das/die nur eine polymerisierbare
Doppelbindung enthält/enthalten,
und eines oder mehrere Monomer(e) umfasst, die zwei oder mehr polymerisierbare
Doppelbindungen enthalten. Am meisten bevorzugt ist der Polymer-Träger abgeleitet
aus der Polymerisation einer Zusammensetzung, die ein oder zwei
Monomer(e) umfasst, das/die nur eine polymerisierbare Doppelbindung enthält/enthalten,
und ein Monomer umfasst, das zwei oder drei polymerisierbare Doppelbindungen
enthält.
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Beispiele
von Monomeren, die nur eine polymerisierbare Doppelbindung enthalten,
schließen
ein: Styrol und substituierte Styrole wie beispielsweise α-Methylstyrol,
Methylstyrol, t-Butylstyrol, Bromstyrol und Acetoxystyrol; Alkylester
einfach ole finisch ungesättigter
Dicarbonsäuren
wie beispielsweise Di-n-butylmaleat und Di-n-butylfumarat; Vinylester von Carbonsäuren wie
beispielsweise Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyllaureat und Vinylester
von Versaticsäure
wie beispielsweise VeoVa 9 und VeoVa 10 (VeoVa ist eine Marke der
Firma Shell); Acrylamide wie beispielsweise Methylacrylamid und
Ethylacrylamid; Methacrylamide wie beispielsweise Methylmethacrylamid
und Ethylmethacrylamid; Nitril-Monomere wie beispielsweise Acrylnitril
und Methacrylnitril; und Ester von Acrylsäure und Methacrylsäure, vorzugsweise
gegebenenfalls substituierte C1-20-Alkylester
und C1-20-Cycloalkylester von Acrylsäure und
Methacrylsäure,
wie beispielsweise Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat,
2-Ethylhexylacrylat,
i-Propylacrylat und n-Propylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
n-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, i-Propylmethacrylat,
n-Propylacrylat,
Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, N,N-Dimethylaminoethylacrylat
und N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat. Funktionelle Derivate der
vorstehend genannten Monomere, die nur eine polymerisierbare Doppelbindung
enthalten, können
ebenfalls verwendet werden.
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Beispiele
von Monomeren, die zwei oder mehr polymerisierbare Doppelbindungen
enthalten, schließen
ein: Divinylbenzol (DVB), Trivinylbenzol und multifunktionelle Acrylate
und Methacrylate wie beispielsweise Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Ethylenbisacrylamid,
Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat,
Pentaerythritoltetramethacrylat und N,N-Bis-acrylolylethylendiamin.
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In
bestimmten Ausführungsformen
werden polymere Träger
abgeleitet aus der Polymerisation von Monomeren, die gewählt sind
aus Styrol und substituierten Styrolen, Divinylbenzol, Estern von
Acrylsäure,
Estern von Methacrylsäure,
Alkylestern von monoolefinisch ungesättigten Dicarbonsäuren, Vinylestern
von Carbonsäuren,
Acrylamiden, Methacrylamiden und funktionellen Derivaten davon.
Bevorzugte polymere Träger
werden abgeleitet aus der Polymerisation von Monomeren, die gewählt sind
aus Styrol und substituierten Styrolen, Divinylbenzol, Estern von
Acrylsäure
und Estern von Methacrylsäure.
Besonders bevorzugte Polymer-Träger werden
abgeleitet aus der Polyme risation einer Mischung von Styrol-Monomeren,
Divinylbenzol-Monomeren und Methacrylatester-Monomeren oder werden
abgeleitet aus der Polymerisation einer Mischung von Styrol-Monomeren,
Divinylbenzol-Monomeren und Acrylatester-Monomeren.
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Wenn
Polymer-Träger
aus der Polymerisation von Zusammensetzungen abgeleitet werden,
die Monomere umfassen, die zwei oder mehr polymerisierbare Doppelbindungen
enthalten, kann der Polymer-Träger unterschiedliche
Grade von Vernetzung zeigen. Das Ausmaß der Vernetzung in diesen
Polymeren kann ausgedruckt werden in Prozentzahlen und entspricht
der Zahl von Molen von polymerisierbaren Doppelbindungen, die von
Monomeren abgeleitet sind, die zwei oder mehr polymerisierbare Doppelbindungen
aufweisen, als Prozentmenge der Gesamtzahl von Molen polymerisierbarer
Doppelbindungen.
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In
den Fällen,
in denen der Polymer-Träger
des Absorber-Harzes nur niedrige Werte der Vernetzung zeigt, wie
beispielsweise 1 % bis 5 % oder allgemein 1 % bis 3 %, werden diese
vernetzten Absorber-Harze routinemäßig in Kontakt mit Lösungsmitteln
gebracht, die bewirken, dass das Absorber-Harz aufquillt. Solche Absorber-Harze
werden häufig
bezeichnet als „mikroporöse Harze".
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In
vielen Ausführungsformen
wird das mikroporöse
Harz in dem Lösungsmittel
der Wahl gequollen und erlaubt dann einen bereitwilligen Zutritt
zu den funktionellen Gruppen auf dem Harz. Lösungsmittel der Wahl können vorausgesagt
werden unter Berücksichtigung
der Polymer-Zusammensetzung und sind oft diejenigen Lösungsmittel,
die „gute
Lösungsmittel" für ein theoretisches
lineares Polymer wären,
das aus einer ähnlichen Zusammensetzung
hergestellt ist, jedoch ohne dass ein Vernetzungsmittel zugegen
ist.
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Bevorzugte
Quell-Verhältnisse
für ein
mikroporöses
Harz liegen in dem Bereich von 5 bis 20. Das Quell-Verhältnis ist
wie folgt definiert:
- Volfinal =
End-Volumen, das durch ein Harz eingenommen wird, nachdem man dem
Harz erlaubt hat, in einem gegebenen Lösungsmittel vollständig aufzuquellen.
- Volinitial = Anfängliches Trockenbett-Volumen
des Harzes.
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In
den Fällen,
in denen der Polymer-Träger
des Absorber-Harzes höhere
Grade der Vernetzung zeigt, wie beispielsweise 20 % bis 90 % oder
allgemein 30 % bis 80 %, haben diese hochgradig vernetzten Absorber-Harze
häufig
eine permanente Porosität,
und damit ist ein Zutritt von Reagenzien zu den gebundenen Gruppen,
die an dem Polymer-Träger
befestigt sind, hauptsächlich
unabhängig
von den Lösungsmitteln.
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Solche
Absorber-Harze werden häufig
bezeichnet als „makroporöse Harze".
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Der
Begriff „makroporöse" gibt eine Klasse
von Harzen an, die eine permanente, gut entwickelte poröse Struktur
aufweisen. Wichtigerweise können
diese Harze viel größere Oberflächen (gemessen
durch das Stickstoff BET-Verfahren) im trockenen Zustand aufweisen
als Harze des Gel-Typs. Typischerweise können Oberflächen im trockenen Zustand im
Bereich von 50 bis 1.000 m2/g liegen. Obwohl
es keine universal akzeptierte Definition eines makroporösen Harzes
gibt, wurde im Fall von Styrol-DVB-Harzen vorgeschlagen, dass ein
makroporöses
Harz definiert werden kann als ein Harz, das im trockenen Zustand – bei Kontakt
mit Cyclohexan – eine
Cyclohexan-Aufnahme von wenigstens 0,1 m2g–1 über 16 h
zeigt (J. R. Millar et al., J. Chem. Soc., 1996, 218).
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Makroporöse Harze
werden oft gebildet, wenn die Zusammensetzung, die Monomere umfasst,
die zwei oder mehr polymerisierbare Doppelbindungen enthalten, in
Gegenwart eines Porogens polymerisiert wird. Das Porogen ruft eine
Phasentrennung der Polymer-Matrix hervor. Ein Entfernen des Porogens
und Trocknen führt
zu starren, opaken, permanent porösen Kugeln. Eine Phasentrennung
wird gesteuert durch die Natur und die Konzentration des verwendeten
Porogens und die Konzentration des verwendeten Vernetzungsmittels.
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Die
Selektion von Monomeren und/oder Vernetzungsmitteln, von denen das
Absorber-Harz abgeleitet ist,
kann zum Teil diktiert werden durch die gewünschte Morphologie des Absorber-Harzes
und die Lösungsmittel-
oder Reaktionssysteme, in denen die Absorber-Harze verwendet werden.
Die Beziehungen zwischen Morphologie und Monomer-Zusammensetzungen
werden untersucht in der Druckschrift D. C. Sherrington, J. Chem.
Soc., Chem. Commun., 1998, 2275, und die Lehre der Seiten 2278 bis
2284 dieser Druckschrift wird durch die In-Bezugnahme in die vorliegende
Beschreibung übernommen.
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In
den Fällen,
in denen die gebundene 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamide-Gruppen
an den Polymer-Träger
entweder direkt oder mittels eines Linkers gebunden sind, erfolgt
das Binden an die wiederkehrenden Einheiten des Polymer-Trägers. In
den Fällen,
in denen der Polymer-Träger
von mehr als einem Typ Monomer abgeleitet ist, gibt es mehr als
einen Typ wiederkehrender Einheiten. Vorzugsweise sind die 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen
entweder direkt oder mittels eines Linkers an nur einen Typ wiederkehrende
Einheit gebunden. Vorzugsweise ist die wiederkehrende Einheit, an
den die 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen entweder direkt
oder mittels eines Linkers gebunden sind, abgeleitet von einem einzigen
Typ Monomer, der ein von Methacrylat oder von Acrylat abgeleitetes
Monomer ist. Vorzugsweise ist in den Fällen, in denen die gebundene
1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppe an den Polymer-Träger mittels
eines Linkers gebunden ist, das Absorber-Harz abgeleitet von der
Polymerisation einer Zusammensetzung, die ein funktionelle Gruppen
umfassendes Monomer umfasst, das gebundene 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen
mittels eines Linkers an einen einzigen Typ Monomer gebunden umfasst.
Noch mehr bevorzugt ist das Absorber-Harz abgeleitet von der Polymerisation
einer Zusammensetzung, die zwei oder mehr Monomere umfasst, von
denen wenigstens ein Monomer ein funktionelle Gruppen umfassendes
Monomer ist, das gebundene 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen mittels eines
Linkers an einen einzigen Typ Monomer gebunden umfasst. Am meisten
bevorzugt ist das Absorber-Harz abgeleitet von der Polymerisation
einer Zusammensetzung, die ein oder mehrere Monomer(e), das/die
nur eine polymerisierbare Doppelbindung enthält/enthalten, ein oder mehrere
Monomer(e), das/die zwei oder mehr polymerisierbare Doppelbindungen
enthält/enthalten,
und ein funktionelle Gruppen aufweisendes Monomer umfasst, das gebundene
1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen
mittels eines Linkers an einen einzigen Typ Monomer gebunden umfasst.
Polymer-Träger,
die von der Polymerisation einer Zusammensetzung abgeleitet sind,
die ein oder zwei Monomer(e), das/die nur eine polymerisierbare
Doppelbindung enthält/enthalten,
ein Monomer, das zwei oder drei polymerisierbare Doppelbindungen
enthält,
und ein funktionelle Gruppen umfassendes Monomer umfasst, das gebundene
1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen mittels eines Linkers an
einen einzigen Typ Monomer gebunden umfasst, sind in hohem Maße bevorzugt.
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Absorber-Harze
können
abgeleitet sein von der Polymerisation von Zusammensetzungen, die
ein funktionelle Gruppen umfassendes Monomer, das gebundene 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen
mittels eines Linkers an einen einzigen Typ Monomer gebunden umfasst,
und ein oder mehrere Monomer(e) umfasst, das/die gewählt ist/sind
aus der Gruppe, die umfasst: Styrol und substituierte Styrole, wie
beispielsweise α-Methylstyrol,
Methylstyrol, t-Butylstyrol, Bromstyrol und Acetoxystyrol; Alkylester
von monoolefinisch ungesättigten
Dicarbonsäuren,
wie beispielsweise Di-n-butylmaleat
und Di-n-butylfumarat; Vinylestern von Carbonsäuren wie beispielsweise Vinylacetat,
Vinylpropionat, Vinyllaureat und Vinylestern von Versaticsäure wie
beispielsweise VeoVa9 und VeoVa10 (VeoVa ist eine Marke der Firma
Shell); Acrylamide wie beispielsweise Methylacrylamid und Ethylacrylamid;
Methacrylamide wie beispielsweise Methylmethacrylamid und Ethylmethacrylamid;
Nitril-Monomere wie beispielsweise Acrylnitril und Methacrylnitril;
Ester von Acrylsäure
und Methacrylsäure,
vorzugsweise gegebenenfalls substituierte C1-20-Alkyl-
und C1-20-Cycloalkyl-Ester von Acrylsäure und
Methacrylsäure,
wie beispielsweise Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat,
i-Propylacrylat und n-Propylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
n-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, i-Propylmethacrylat, n-Propylacrylat,
Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, N,N-Dimethylaminoethylacrylat
und N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat; Divinylbenzol, Trivinylbenzol
und multifunktionelle Acrylate und Methacrylate wie beispielswweise
Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat,
Trimethylolpropantrimethacrylat, Ethylenbisacrylamid, Pentaerythritoltriacrylat,
Pentaerythritoltetraacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat, Pentaerythritoltetramethacrylat
und N,N-Bis-acryloylethylendiamin. Der einzige Typ Monomer, an den
die gebundenen 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen mittels
eines Linkers gebunden sind, ist vorzugsweise ein Methacrylat oder
eine von Acrylat abgeleitete Monomer-Einheit.
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Vorzugsweise
hat das funktionelle Gruppen umfassende Monomer, das gebundene 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen
umfasst, die allgemeine Formel 2:
worin
X, R
1 und
R
2 so definiert sind, wie dies oben geschehen
ist;
R
3 eine gegebenenfalls substituierte
Hydrocarbyl-Gruppe, perhalogenierte Hydrocarbyl-Gruppe oder Heterocyclyl-Gruppe ist
und
L eine Linker-Gruppe ist.
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Gegebenenfalls
substituierte Hydrocarbyl-Gruppen, perhalogenierte Hydrocarbyl-Gruppen oder Heterocyclyl-Gruppen,
für die
R3 stehen kann, sind so definiert, wie dies
oben für
R1 geschehen ist.
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Verbindende
oder Linker-Gruppen, für
die L stehen kann, schließen
gegebenenfalls substituierte Methylen-Einheiten, Polymethylen-Einheiten,
Ether-Einheiten, Polyether-Einheiten
oder zyklische verbrückende Einheiten
ein.
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Methylen-
und Polymethylen-Brücken-Einheiten,
für die
L stehen kann, schließen
lineare und verzweigte Alkylen-Ketten ein, die bis zu 20 Kohlenstoff-Atome
umfassen, insbesondere 1 bis 7 Kohlenstoff-Atome umfassen und vorzugsweise
1 bis 5 Kohlenstoff-Atome
umfassen. Wenn die Alkyl-Gruppen verzweigt sind, umfassen die Gruppen
häufig
bis zu 10 in verzweigter Kette angeordnete Kohlenstoff-Atome, vorzugsweise bis
zu 4 in verzweigter Kette angeordnete Atome. Beispiele von Alkylen-Ketten,
für die
L stehen kann, schließen
die folgenden Ketten ein: -CH2-, -CH2CH2-, -(CH2)3-, -CH2CH(CH3)- und -CH2C(CH3)2-.
-
Ether-
und Polyether-Verbrückungs-Einheiten,
für die
L stehen kann, schließen
lineare und verzweigte Alkylenoxyalkylen-Ketten oder Polyalkylenoxyalkylen-Ketten
ein, die bis zu 150 Kohlenstoff-Atome und bis zu 40 Sauerstoff-Atome
umfassen, insbesondere von 2 bis 15 Kohlenstoff-Atome und von 1
bis 4 Sauerstoff-Atome, und vorzugsweise von 2 bis 6 Kohlenstoff-Atome
und von 1 bis 2 Sauerstoff-Atome. Beispiele von Alkylenoxyalkylen-Ketten
oder Polyalkylenoxyalkylen-Ketten, für die L stehen kann, schließen die
folgenden Ketten ein: -CH2-O-CH2-,
-CH2CH2-OCH2CH2-, -(CH2)3-O-(CH2)3-, -CH2CH(CH3)-O-CH2CH2-, -CH2CH(CH3)-O-CH2CH(CH3)-, und auch die Ketten -[CH2CH2-O]n-CH2CH2- und -[CH2CH(CH3)-O]n-CH2CH(CH3-), worin
n gleich 2, 3 oder 4 ist.
-
Zyklische
verbrückende
Einheiten, für
die L stehen kann, schließen
aromatische, gesättigte
und teilweise ungesättigte
Ring-Systeme ein und können
bestehen aus einem Ring oder zwei oder mehr aneinander gebundenen
Ringen, die Cycloalkyl-Ringe, Aryl-Ringe oder heterozyklische Ringe
einschließen
können.
In bestimmten Ausführungsformen
umfassen Cycloalkyl- und Aryl-Ringe allgemein 3 bis 10 Kohlenstoff-Atome
im größten Ring,
und heterozyklische Ringe umfassen allgemein 3 bis 7 Ring-Atome,
worin wenigstens 1 Atom Kohlenstoff-Atom ist und wenigstens 1 Atom
eines der Atome N, O, S oder P ist. Beispiele von aromatischen, gesättigten
und teilweise ungesättigten
Ring-Systemen, für
die L stehen kann, schließen
ein: -CH2C6H4CH2- und -CH2C6H10CH2-.
-
Beispiele
von funktionelle Gruppen aufweisenden Monomeren, die daran gebundene
1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen umfassen, schließen ein:
-
In
bestimmten, hochgradig bevorzugten Ausführungsformen ist das funktionelle
Gruppen aufweisende Monomer, das gebundene 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen
mittels eines Linkers an einen einzigen Monomer-Typ gebunden umfasst,
Acetoacetoxyethylmethacrylat, das die folgende Formel aufweist:
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind Absorber-Harze abgeleitet von der Polymerisation von Zusammensetzungen,
die ein funktionelle Gruppen umfassendes Monomer umfassen, das gebundene
1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen umfasst, das gewählt ist
aus der Gruppe, die besteht aus Monomeren mit den folgenden Formeln:
und einem
oder mehreren Monomeren
; die gewählt sind
aus der Gruppe, die besteht aus Styrol und substituierten Styrolen,
wie beispielsweise α-Methylstyrol,
Methylstyrol, t-Butylstyrol,
Bromstyrol und Acetoxystyrol; Alkylestern von monoolefinisch ungesättigten
Dicarbonsäuren,
wie beispielsweise Di-n-butylmaleat und Di-n-butylfumarat; Vinylestern
von Carbonsäuren
wie beispielsweise Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyllaureat und
Vinylestern von Versaticsäure
wie beispielsweise VeoVa9 und VeoVa10 (VeoVa ist eine Marke der
Firma Shell); Acrylamiden wie beispielsweise Methylacrylamid und
Ethylacrylamid; Methacrylamiden wie beispielsweise Methylmethacrylamid
und Ethylmethacrylamid; Nitril-Monomeren wie beispielsweise Acrylnitril
und Methacrylnitril; Estern von Acrylsäure und Methacrylsäure, vorzugsweise
gegebenenfalls substituierten C
1-20-Alkyl-
und C
1-20-Cycloalkyl-Estern von Acrylsäure und
Methacrylsäure,
wie beispielsweise Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat,
2-Ethylhexylacrylat, i- Propylacrylat
und n-Propylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Butylmethacrylat,
2-Ethylhexylmethacrylat, i-Propylmethacrylat, n-Propylacrylat, Hydroxyethylacrylat,
Hydroxyethylmethacrylat, N,N-Dimethylaminoethyl und N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat;
Divinylbenzol, Trivinylbenzol und multifunktionellen Acrylaten und
Methacrylaten wie beispielswweise Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Ethylenbisacrylamid, Pentaerythritoltriacrylat,
Pentaerythritoltetraacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat, Pentaerythritoltetramethacrylat
und N,N-Bis-acryloylethylendiamin.
-
In
einer mehr bevorzugten Ausführungsform
sind Absorber-Harze abgeleitet von der Polymerisation von Zusammensetzungen,
die umfasst: ein oder mehrere Monomer(e), das/die gewählt ist/sind
aus der Gruppe, die besteht aus Acetoacetoxyethylacrylat, Acetoacetoxyethylmethacrylat,
Acetoacetoxypropylacrylat und Acetoacetoxypropylmethacrylat, ein
oder mehrere Monomer(e), die gewählt
ist/sind aus der Gruppe, die besteht aus Styrol, Methyl-acrylat,
Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, und ein oder
mehrere Monomer(e), das/die gewählt
ist/sind aus der Gruppe, die besteht aus Divinylbenzol, Trivinylbenzol,
Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat,
Trimethylolpropantrimethacarylat, Ethylenbisacrylamid, Pentaerythritoltriacrylat,
Pentaerythritoltetraacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat, Pentaerythritoltetramethacrylat
und N,N-Bis-acryloylethylendiamin.
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In
einer hochgradig bevorzugten Ausführungsform sind Absorber-Harze
abgeleitet aus der Polymerisation von Zusammensetzungen, die Acetoacetoxyethylmethacrylat,
Styrol und Divinylbenzol umfassen.
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In
den Fällen,
in denen das Absorber-Harz von der Polymerisation einer Zusammensetzung
abgeleitet ist, die ein oder zwei Monomer(e), das/die nur eine polymerisierbare
Doppelbindung enthält/enthalten,
ein Monomer, das zwei oder drei polymerisierbare Doppelbindungen
enthält,
und ein funktionelle Gruppen umfassendes Monomer der allgemeinen
Formel (2) umfasst, kann das Mol-Verhältnis der Gesamtzahl von Molen
an Monomeren, die nur eine polymerisierbare Doppelbindung enthalten:
funktionelle Gruppen umfassendes Monomer der allgemeinen Formel
(2) im Bereich von 100:1 bis 1:100 sein und ist vorzugsweise im
Bereich von 70:30 bis 1:99 und am meisten bevorzugt im Bereich von
60:40 bis 15:85. Der Grad der Vernetzung, wie er oben definiert
wurde, kann liegen im Bereich von 0,5 % bis 80 %, vorzugsweise im
Bereich von 1 % bis 60 % und am meisten bevorzugt im Bereich von
1 % bis 40 %.
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Wenn
das Absorber-Harz abgeleitet ist von der Polymerisation von Styrol,
Divinylbenzol und einem funktionelle Gruppen umfassenden Monomer
der allgemeinen Formel (2), ist das Mol-Verhältnis von Styrol: funktionelle
Gruppen umfassendes Monomer der allgemeinen Formel (2) häufig von
100:1 bis 1:100, ist vorzugsweise im Bereich von 70:30 bis 1:99
und ist am meisten bevorzugt von 60:40 bis 15:85. Der Grad der Vernetzung
liegt häufig
im Bereich von 0,5 % bis 80 %, vorzugsweise im Bereich von 1 % bis
60 % und am meisten bevorzugt im Bereich von 1 % bis 40 %.
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Absorber-Harze,
die von funktionelle Gruppen aufweisenden Monomeren hergestellt
wurden, die gebundene 1,3-Ketoester- oder 1,3-Ketoamid-Gruppen umfassen,
werden als Kugeln hergestellt. Die Kugeln haben häufig eine
Größe – angegeben
als Durchmesser – im
Bereich von 10 μm
bis 2.000 μm,
vorzugsweise im Bereich von 50 μm
bis 1.000 μm
und am meisten bevorzugt im Bereich von 75 μm bis 500 μm.
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Die
Absorber-Harze können
hergestellt werden durch ein wässriges
Suspensions-Polymerisations-Verfahren,
beispielsweise wie es beschrieben ist in „Journal of Applied Polymer
Science, 1982, 27: 133 bis 138".
Die Monomere können
als Tröpfchen
mit einem häufigen
Durchmesser von 1 μm
bis 1.000 μm
in Wasser suspendiert werden. Vorzugsweise werden Stabilisatoren
zugesetzt, um ein Agglomerieren der Tröpfchen zu verhindern. Beispiele
von Stabilisatoren, die zugesetzt werden können, schließen ein:
Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure,
Polyvinylpyrrolidon, Polyalkylenoxid, Bariumsulfat, Magnesiumsulfat
und Natriumsulfat. Es wird bevorzugt ein Bewegen der Suspension
eingesetzt. Das eingesetzte Bewegungs-Verfahren kann dazu beitragen,
beim Aufrechterhalten der Suspension Unterstützung zu leisten. Ein Initiator
zur Bildung freier Radikale dient regelmäßig dazu, eine Polymerisation
zu initiieren. Der verwendete Initiator zur Bildung freier Radikale
wird gewählt
nach den vorhandenen Typen von Monomeren. Beispiele von Initiatoren
zur Bildung freier Radikale, die zur Herstellung der Absorber-Harze
verwendet werden können,
die in Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können,
schließen
ein: Benzoylperoxid, Dioctanoylperoxid, 2,2'-Azobisisobutyronitril und 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril).
Die Wahl eines geeigneten Temperaturbereichs kann beeinflusst werden
durch die Natur der Monomere und des vorhandenen Initiators. Eine
Polymerisation der Monomere wird gewöhnlicherweise durchgeführt bei
Temperaturen, die im Bereich von 15 bis 160 °C liegen, vorzugsweise im Bereich
von 50 bis 90 °C.
Das resultierende Absorber-Harz kann durch Filtration isoliert werden,
gegebenenfalls mit einem oder mehreren Lösungsmitteln gewaschen werden.
Geeignete Lösungsmittel zum
Waschen des Absorber-Harzes schließen Tetrahydrofuran, Methanol
und Wasser ein. Das resultierende Absorber-Harz kann getrocknet
werden, und die Kugeln können
nach Größe klassiert
werden, beispielsweise durch Sieben.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann durchgeführt
werden in Gegenwart eines Lösungsmittels.
Geeignete Lösungsmittel
schließen
jedes beliebige Lösungsmittel
ein, das in der Lage ist, das vernetzte Harz zu quellen oder – bei makroporösen Harzen – jedes
Lösungsmittel,
das in der Lage ist, in die Poren einzudringen. Geeignete Lösungsmittel
können
gewählt
werden unter polaren, nicht-polaren, protischen und aprotischen
Lösungsmitteln.
Beispiele geeigneter Lösungsmittel
schließen
ein: CH2Cl2, Toluol,
THF, Methanol, Dimethylformamid, Propan-2-ol und Mischungen daraus.
Propan-2-ol ist ein bevorzugtes Lösungsmittel.
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In
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Absorber-Harz durch Reaktion der vorhandenen
Carbonyl-Gruppen als elektrophiles Reagenz dienen, das nukleophile,
insbesondere primäre
Amine aus einer Lösung
beseitigt. Jedoch kann das Absorber-Harz als nukleophiles Reagenz
dienen, das Elektrophile aus einer Lösung beseitigt, beispielsweise
durch Reaktion des Elektrophils mit der funktionellen aktiven Methylen-Gruppe.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Entfernen von Elektrophilen aus einer Lösung bereitgestellt, wobei
eine Lösung,
die ein Elektrophil umfasst, mit einem Absorber-Harz in Kontakt
gebracht wird, wodurch das Absorber-Harz sich an wenigstens einen
Teil des Elektrophils in Lösung
bindet und dadurch die Konzentration an Elektrophil in einer Lösung senkt,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Absorber-Harz
daran gebundene Gruppen umfasst, die gewählt sind aus 1,3-Ketoestern
oder 1,3-Ketoamiden oder Mischungen daraus, die an einen Polymer-Träger gebunden
sind.
-
Absorber-Harze,
die in dem zweiten Aspekt der Erfindung verwendet werden können, schließen die Absorber-Harze
ein, wie sie vorstehend in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
beschrieben wurden.
-
In
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Absorber-Harz einer Lösung zugesetzt werden, die
ein Elektrophil umfasst. Das Harz wird dann von der Lösung abgetrennt,
vorzugsweise durch Filtration, wobei die Kontakt-Zeit derart ist,
dass dies wenigstens eine teilweise Verarmung von Elektrophil in
einer Lösung
ermöglicht.
Alternativ dazu wird eine ein Elektrophil umfassende Lösung durch
eine Masse oder Säule
von Harz geleitet, wobei die Quell-Zeit derart ist, dass dies wenigstens
eine teilweise Verarmung von Elektrophil in einer Lösung erlaubt.
Die Kontakt- oder Quell-Zeit kann bestimmt werden durch Überwachen
der Verringerungen der Konzentrationen an Elektrophil in der Lösung.
-
Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann durchgeführt
werden bei Temperaturen, die im Bereich von –100 bis 250 °C liegen,
bevorzugt im Bereich von –10
bis 100 °C
und noch mehr bevorzugt im Bereich von 10 bis 40 °C und am
meisten bevorzugt bei Umgebungs-Temperatur beispielsweise von 15
bis 30 °C.
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In
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine ausreichende Menge Absorber-Harz verwendet,
um das Entfernen von im wesentlichen dem gesamten Elektrophil zu
bewirken. Das angewendete Verhältnis
von Absorber-Harz zu Elektrophil in der Lösung steht in direkter Beziehung
zu der Konzentration an vorhandenem Elektrophil und der Prozentmenge
an aktivem, funktionellem 1,3-Ketoester oder 1,3-Ketoamid. Das Verhältnis molarer
Konzentrationen von aktivem funktionellem 1,3-Ketoester oder 1,3-Ketoamid an dem Absorber-Harz
zur molaren Konzentration von Elektrophil in einer Lösung kann
im Bereich von 1:1 bis 100:1 liegen. Vorzugsweise wird ein Überschuss
an aktivem funktionellem 1,3-Ketoester und/oder 1,3-Ketoamid verwendet,
beispielsweise Verhältnisse
im Bereich von 1:1 bis 20:1 oder noch mehr bevorzugt im Bereich
von 1:1 bis 4:1. Solche Überschüsse können effektives
und schnelles Entfernen des Elektrophils fördern.
-
Elektrophile,
die wirksam durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
beseitigt werden können,
schließen
diejenigen Elektrophile ein, die eine Reaktion mit aktiven Methylen-Verbindungen
unter Bildung kovalent gebundener Spezies eingehen, die das Elektrophil
mit der aktiven Methylen-Gruppe verknüpfen. Beispiele von Elektrophilen
schließen
Formaldehyd, Aldehyde, Isocyanate und Diazonium-Salze ein.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann durchgeführt
werden in Gegenwart eines Lösungsmittels.
Geeignete Lösungsmittel
schließen
jedes beliebige Lösungsmittel
ein, das in der Lage ist, das vernetzte Harz zu quellen oder – bei makroporösen Harzen – jedes
beliebige Lösungsmittel,
das in der Lage ist, in die Poren einzudringen. Geeignete Lösungsmittel
können
gewählt
werden aus polaren, nicht-polaren, protischen und aprotischen Lösungsmitteln,
insbesondere aprotischen Lösungsmitteln.
Beispiele geeigneter Lösungsmittel
schließen
CH2Cl2, Toluol,
THF, Dimethylformamid und Mischungen daraus ein. Trimethylorthoformiat
ist ein bevorzugtes Lösungsmittel.
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Die
Absorber-Harze gemäß der vorliegenden
Erfindung können
weiter Anwendung finden in der Festphasen-Synthese, wobei Nukleophile
oder Elektrophile, die mit den Absorber-Harzen reagieren, gegebenenfalls
weiteren Reaktionen unterworfen werden können, während sie an dem Absorber-Harz
gebunden sind. Das Nukleophil, Elektrophil oder weitere Derivat-Produkt
können
isoliert werden durch Abspalten des Produkts von dem Absorber-Harz
durch chemische, enzymatische oder andere Mittel.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch Absorber-Harze bereit, wie sie
in den Ansprüchen
3 bis 9 definiert sind und wie sie in den ersten und zweiten Aspekten
der vorliegenden Erfindung definiert sind. Präferenzen für die Absorber-Harze sind derart,
wie sie für
die Absorber-Harze definiert sind, die in dem ersten und in dem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Speziell
bevorzugte Absorber-Harze sind diejenigen Absorber-Harze, die in
den ersten und zweiten Aspekten der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
die erhältlich
sind durch Polymerisation in wässriger
Suspension, noch mehr bevorzugt die erhältlich sind durch wässrige Suspensions-Polymerisations-Prozesse,
wie sie im Hinblick auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
beschrieben wurden. Viele bevorzugte Absorber-Harze umfassen daran
gebundene Gruppen, die sowohl mit Elektrophilen als auch Nukleophilen
reaktiv sind. Absorber-Harze gemäß der vorliegenden
Erfindung liegen vorzugsweise in Form von Kugeln vor, wie vorstehend
definiert wurde.
-
Die
Erfindung wird weiter veranschaulicht, nicht jedoch beschränkt, durch
die folgenden Beispiele.
-
Beispiele
-
Beispiel 1
-
Absorber-Harz auf der
Basis von Acetoacetoxyethylmethacrylat/Styrol/Divinylbenzol
-
Destilliertes
Wasser (5,5 l), Natriumsulfat (5,35 g) und eine wässrige Lösung von
AIR-VOL 540 (200
g 2,5 % (w/w) Polyvinylalkohol; AIRVOL ist ein Handelsname der Firma
Air Products Ltd.) wurden auf 65 °C
in einem zylindrischen 10 1-Glas-Reaktor erhitzt und mit einem paddelförmigen Rührerblatt
aus nicht-rostendem Stahl bei 160 Upm gerührt. Acetoacetoxyethylmethacrylat
(615,5 g) wurde einer Mischung aus Styrol (805,3 g) Divinylbenzol
in technischer Reinheit (17,2 g) und Wako V-65 (14,4 g) (2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), geliefert
von der Firma Wako Chemicals GmbH) zugesetzt. Diese Monomer-Mischung
wurde in das Reaktor-Gefäß gegossen,
und die ge samte Mischung wurde bei 160 Upm bei 65 °C 6 h lang
gerührt.
Die Mischung wurde dann in ein „top hat"-Filter mit einer Maschenweite von 50
mm gegossen und mit Leitungswasser 30 min lang gewaschen. Die feuchten
Kugeln wurden in einen Becher überführt, und
man ließ sie
16 h lang in einer 1:1-Mischung von THF und destilliertem Wasser
(10 l) stehen, bevor man sie durch ein gesintertes Filter (Porosität 2) filtrierte.
Die Kugeln wurden drei Mal mit THF (6 l), einmal mit THF/Methanol
(2:1, 2,5 l), einmal mit THF/Methanol (1:2, 2,5 l) und drei Mal
mit Methanol (1,5 l) gewaschen, bevor man sie in einen Vakuumofen bis
zur Gewichtskonstanz trocknete.
-
Die
Kugeln wurden durch Sieben klassiert, und zwar wie nachfolgend gezeigt:
-
Die
Fraktion im Bereich von 150 – 300
mm wurde nachfolgend verwendet. Sie hatte ein Quell-Verhältnis von
8,0 ml/g in THF. Das FT-IR-Spektrum zeigte eine starke Bande bei
1.722 cm–1 für die Carbonyl-Gruppe.
-
Beispiel 2
-
Absorber-Harz auf der
Basis Acetoacetoxyethylmethacrylat/Styrol/Divinylbenzol
-
Destilliertes
Wasser (5,5 l), Natriumsulfat (5,35 g) und eine wässrige Lösung von
AIR-VOL 540 (200 g,
2,5 % (w/w) Polyvinylalkohol; AIRVOL ist ein Handelsname der Firma
Air Products Ltd.) wurden auf 65 °C in
einem zylindrischen 10 l-Cilas-Reaktor erhitzt und mit einem paddelförmigen Rührerblatt
aus nicht-rostendem Stahl bei 160 Upm gerührt. Acetoacetoxyethylmethacrylat
(932,5 g) wurde einer Mischung aus Styrol (486,4 g) Divinylbenzol
in technischer Reinheit (19,0 g) und Wako V-65 (14,4 g) (2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), geliefert
von der Firma Wako Chemicals GmbH) zu gesetzt. Diese Monomer-Mischung
wurde in das Reaktor-Gefäß gegossen,
und die gesamte Mischung wurde bei 160 Upm bei 65 °C 6 h lang
gerührt.
Die Mischung wurde dann in ein „top hat"-Filter mit einer Maschenweite von 50
mm gegossen und mit Leitungswasser 30 min lang gewaschen. Die feuchten
Kugeln wurden in einen Becher überführt, und
man ließ sie
16 h lang in einer 1:1-Mischung von THF und destilliertem Wasser
(10 l) stehen, bevor man sie durch ein gesintertes Filter (Porosität 2) filtrierte.
Die Kugeln wurden drei Mal mit THF (6 l), einmal mit THF/Methanol
(2:1, 2,5 l), einmal mit THF/Methanol (1:2, 2,5 l) und drei Mal
mit Methanol (1,5 l) gewaschen, bevor man sie in einen Vakuumofen bis
zur Gewichtskonstanz trocknete.
-
Die
Kugeln wurden durch Sieben klassiert, und zwar wie nachfolgend gezeigt:
-
Die
Fraktion im Bereich von 150 – 300
mm wurde nachfolgend verwendet. Sie hatte ein Quell-Verhältnis von
6,5 ml/g in THF. Das FT-IR-Spektrum zeigte eine starke Bande bei
1.722 cm–1 für die Carbonyl-Gruppe.
-
Beispiel 3
-
Makroporöse Absorber-Harze,
Wirkungen verschiedener Verdünnungsmittel
und Vernetzer
-
In
einen mit einem Rührer
versehenen 1,5 1 Flankenkolben, der mit einem Kühler ausgestattet und mit Stickstoff
gespült
war, wurde eine wässrige
Phase gegeben, die destilliertes Wasser (1.130 ml), Natriumsulfat (0,77
g) und eine wässrige
Lösung
von AIR-VOL 540
(29 ml, 2,5 % (w/w) Polyvinylalkohol) umfasste. Eine Monomer-Phase,
die Acetoacetoxyethylmethacrylat (118,9 g), Divinylbenzol (80,5
g; 80 %ige Reinheit), ein Verdünnungsmittel
(100,0 g, siehe Tabelle 1) und Wako V-65 (1,9 g) umfasste (2,2'- Azobis(2,4-Dimethylvaleronitril)), wurde
in einem 1 l Konus-Kolben hergestellt. Die Monomer-Phase wurde in
den Flanken-Kolben bei 65 °C
unter Rühren
mit 420 Upm überführt. Die
Reaktionsmischung wurde 5 h lang gerührt, und anschließend ließ man sie
abkühlen.
Die Kugeln wurden durch Filtration gewonnen, gefolgt von anschließenden Schritten
des Waschens mit Wasser (4 × 1
l), THF (3 × 500
ml), THF/MeOH (400 ml:200 ml), THF/MeOH (200 ml: 400 ml) und MeOH
(2 × 400
ml). Die Kugeln wurden dann in einem Vakuumofen bei 65 °C getrocknet.
-
Eine
Probe der Kugeln wurde analysiert durch Stickstoff-BET unter Verwendung
der Vorrichtung Tristar 3000 der Firma Micrometrics zur Bestimmung
der Oberfläche,
und sie wurde analysiert durch das Quecksilber-Intrusions-Verfahren
unter Verwendung der Vorrichtung Autopore 9220 von der Firma Micrometrics,
und zwar zur Bestimmung der Porengröße-Verteilung. Tabelle
1 fasst summarisch die Wirkung verschiedener Verdünnungsmittel
auf die Oberfläche
und die Poren-Dimensionen zusammen. Tabelle
1
-
Beispiel 4
-
Vergleich
der Reaktivität
von Absorber-Harz zu primären
und sekundären
Aminen unter schwankenden Bedingungen wie Temperatur und des Lösungsmittels
-
Einer
Lösung
von Benzylamin (1,5 mMol) und eines sekundären Amins (2,6 mMol entweder
N-Benzylmethylamin oder Dibenzylamin) in einem Lösungsmittel wurde eine Teilmenge
des Absorber-Harzes zugesetzt, das gemäß Beispiel 2 hergestellt worden
war (siehe Tabelle 2). Ein Aliquot der Lösung (10 μl) wurde aus der Suspension
zu bestimmten Zeit-Intervallen entnommen und mit Acetonitril (auf
1 ml) verdünnt.
Die Probe wurde durch HPLC analysiert und so das Ausmaß des Entfernens
des Benzylamins als Funktion der Zeit bestimmt. Bedingungen der
HPLC: Gradient von Wasser (0,1 % TFA) zu MeCN (0,042 % TFA) über 20 min;
1 = 254 nm. Benzylamin (tR 6,9 min; N-Benzylmethylamin
(tR 7,2 min); Dibenzylamin (tR 9,7
min).
-
Zwei
Paare von Aminen wurden untersucht, nämlich Benzylamin (BnNH
2)/N-Benzylmethylamin
(BnNHMe) und Benzylamin/Dibenzylamin. Diese beiden Paare von Aminen
wurden mit dem Absorber-Harz in zwei verschiedenen Lösungsmitteln
umgesetzt, nämlich
2-Propanol (2-PrOH) oder Tetrahydrofuran (THF), und bei verschiedenen
Temperaturen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3, 4 und 5 gezeigt.
Das primäre
Amin, Benzylamin, wurde von der Lösung entfernt, während die
sekundären
Amine, N-Benzylmethylamin
oder Dibenzylamin, primär
unter denselben Bedingungen in Lösung
blieben. Die Rate des Entfernens von primärem Amin bei Raumtemperatur
war viel langsamer als bei 40 °C.
Die Reaktion von primärem
Amin mit Absorber-Harz wurde durch das Lösungsmittel beeinflusst. Allgemein
wurde mehr primäres
Amin aus der Lösung
entfernt, wenn 2-Propanol als Lösungsmittel
verwendet wurde, als dann, wenn Tetrahydrofuran verwendet wurde.
Die Ergebnisse zeigen, dass ein Absorber-Harz eine hohe Selektivität für das primäre Amin
aufweist, also Benzylamin.
![Figure 00280001](https://patentimages.storage.googleapis.com/c8/36/26/4e52e5d4d2fc6c/00280001.png)
![Figure 00290001](https://patentimages.storage.googleapis.com/7e/ad/04/7d902a1a2ce039/00290001.png)
![Figure 00300001](https://patentimages.storage.googleapis.com/5c/61/1a/728124961988c3/00300001.png)
Tabelle
5: Ergebnisse des Entfernens von Benzylamin in Gegenwart von N-Benzylmethylamin Tabelle
5
-
Tabelle
6 zeigt die Wirkung des Lösungsmittels
auf das Entfernen von Benzylamin in einer Mischung aus N-Benzylmethylamin
und Benzylamin. Benzylamin wird selektiv in allen Lösungsmittel-Systemen
entfernt. 2-Propanol ergab viel bessere Ergebnisse als Methanol,
während
eine Mischung von 2-Propanol und Tetrahydrofuran oder Dichlormethan
(DCM) leicht bessere Reinheiten und Gewinnungsraten für das sekundäre Amin ergab,
also N-Benzylmethylamin. Tabelle
6
a: Wirkungen von Lösungsmitteln auf das Entfernen
von BnNH
2 in einer Mischung aus BnNHMe/BnNH
2 Tabelle
6
- a Bedingungen:
Lösungsmittel:
4,0 ml; 2 molare Äquivalente
Absorber-Harz bezogen auf Benzylamin; Zeit: 48 h; Raum-Temperatur;
BnNH2BnNHMe (80 mg/140 mg)
- b Verhältnis von BnNHMe/(BnNHMe +
BnNH2).
-
Beispiel 5
-
Verwendung von Absorber-Harzen
zum Entfernen eines Überschusses
an primärem
Amin in einer reduktiven Alkylierungs-Reaktion
-
Einige
sekundäre
Amine wurden einzeln hergestellt durch reduktive Alkylierung, wie
sie im Schema 1 gezeigt ist.
- Schema
1: a) 2-PrOH oder MeOH, 20 °C;
2 h; b) 2-PrOH oder MeOH, 20 °C;
24 h, Amberlite IRA 400, Borhydrid-Harz (2 Eq); c) 2-PrOH/THF oder
MeOH/CH2Cl2 (1:1,
v/v), 36 h, 20 °C
Absorber-Harz (2 Eq).
-
In
jeder Reaktion wurde Benzaldehyd mit einem primären Amin umgesetzt, das gewählt war
aus Benzylamin, 2-Furylmethylamin, 2-Phenylethylamin, 1-Naphthylmethylamin,
2,2-Diphenylethylamin und Diphenylmethylamin, unter Erhalt des entsprechenden
Imins.
-
Propan-2-ol
oder Methanol wurden als Lösungsmittel
für diese
Reaktion verwendet. Die Reduktion der Imine (3) unter Erhalt der
entsprechenden sekundären
Amine war Lösungsmittel-abhängig, wobei
sich die Reaktion in Methanol als sehr viel schneller herausstellte
als in Propan-2-ol. Die Reaktion der resultierenden Mischung aus
primärem
und sekundärem
Amin mit dem Absorber-Harz, das gemäß Beispiel 1 hergestellt worden war,
wurde dann entweder durchgeführt
in Propan-2-ol/Tetrahydrofuran oder in Methanol/Dichlormethan. Die erhaltenen
Ergebnisse sind in Tabelle 7 angegeben. Tabelle
7: Ergebnisse bei der reduktiven Alkylierung Tabelle
7
- a Verhältnis 1/1
(v/v)
- b Reinheit erhalten durch 1H-NMR
- c Reinheit erhalten durch HPLC
-
Beispiel 6
-
Entfernung eines Elektrophils
aus einer Lösung
durch das Absorber-Harz
-
Das
in Beispiel 2 hergestellte Absorber-Harz wurde als Absorber für aromatische
Aldehyde getestet. Die Basis des Tests ist die Knoevenagel-Kondensation,
also die Reaktion einer aktiven Methylen-Verbindung mit einem Aldehyd
in Gegenwart einer Base, und die Reaktion ist im nachfolgenden Schema
gezeigt:
-
Einer
Lösung
von Benzaldehyd (0,5 mMol) und einer Base (siehe Tabelle 8) in einem
Lösungsmittel (8,0
ml) wurde ein Absorber-Harz zugegeben (1,0 g, 3,0 mMol), das gemäß Beispiel
2 hergestellt worden war. Aliquots der Lösung (10 μl) wurden von der Suspension
in bestimmten Zeit-Intervallen abgenommen, und diese wurden mit
Acetonitril (auf 1,0 ml) verdünnt.
Die Proben wurden durch HPLC analysiert und so der Umfang des Entfernens
von Benzaldehyd als Funktion der Zeit bestimmt. Die HPLC-Bedingungen, wie
sie angewendet wurden, waren: Gradient von Wasser (0,1 % TFA) zu
MeCN (0,042 % TFA) über
20 min; Benzaldehyd (tR 12,3 min).
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt. Tabelle
8: Lösungsmittel
und Base die in Experimenten angewendet wurden, um das Entfernen
von Benzaldehyd mit Absorber-Harz zu zeigen
- * Äquivalent
zu Benzaldehyd
Tabelle
9: Ergebnisse, die das Entfernen von Benzaldehyd mit einem Absorber-Harz zeigen