DE68910323T2 - Verfahren zum durchführen von organischen chemischen reaktionen und apparat dafür. - Google Patents

Verfahren zum durchführen von organischen chemischen reaktionen und apparat dafür.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausführung organischer chemischer Reaktionen und auf eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
  • Die Erfindung wurde im wesentlichen zur Verwendung bei der Ausführung einer Synthese von Peptiden entwickelt, es ist aber davon auszugehen, daß der Anwendungsbereich darüber hinausgeht und sie auch für die Ausführung einer breiten Palette weiterer organischer chemischer Reaktionen eingesetzt werden kann.
  • In einem bekannten Verfahrenstyp wird eine der Substanzen, die an einer Reaktion teilnimmt, an Partikel eines durchlässigen Trägermaterials derart angelagert, daß sich zumindest etwas von der Substanz innerhalb der Partikel befindet. Das Material kann relativ steif sein, die Verwendung eines weichen Gels ist aber vorzuziehen. Bei der Ausführung der Reaktion werden auf das Trägermaterial, an das die Substanz angelagert ist, nacheinander einer Reihe von Flüssigkeiten angewendet. Einige der Flüssigkeiten sind Reagentien, die verwendet werden, um Schritte in dem Reaktionsprozeß zu erwirken, und andere der Flüssigkeiten sind Lösungsmittel, die zum Spülen oder für eine andere Behandlung des Trägermaterials oder der daran angelagerten Substanz verwendet werden. Es können auch Flüssigkeiten verwendet werden, die zu anderen Zwecken dienen. Üblicher Weise wird eine Menge Trägermaterial in einen Behälter gegeben, der oben offen ist und am Boden einen Auslaß aufweist, der zu einem Auslaßrohr führt. Neben dem Auslaß befindet sich ein Hahn, damit der Auslaß je nach Wunsch geöffnet und geschlossen werden kann. Unter halb des Hahnes erstreckt sich seitlich von dem Auslaßrohr ein Abzweig, der mit einer Vakuumpumpe verbunden werden kann. Innerhalb des Behälters, über dem Auslaß befindet sich eine Querplatte aus gesintertem Material; Flüssigkeit kann durch die Poren der Platte hindurchdringen, nicht aber das Trägermaterial in Partikelform, wofür die Poren zu klein sind.
  • Bei der Ausführung des Verfahrens wird eine erste Flüssigkeit in den Behälter derart eingeführt, daß das Trägermaterial darin eingetaucht wird. Der Behälter wird derart geschüttelt, daß die Flüssigkeit mit dem in Partikelform vorliegendem Trägermaterial in engen Kontakt kommt. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne wird der Hahn geöffnet und die erste Flüssigkeit durch das Auslaßrohr abgeführt; der Abzweig wird mit einem Vakuum beaufschlagt, welches die Abführung der Flüssigkeit aus dem Behälter unterstützt. Dabei verbleibt meistens etwas von der Flüssigkeit in den Partikeln gefangen und die Partikel selbst haben eine Tendenz sich zusammenzupacken. Insbesondere wenn die Partikel nicht steif, sondern eher weich sind, tendieren sie dazu, zusammenzupacken und eine im wesentlichen undurchlässige Schicht zu bilden.
  • Nachdem so viel wie möglich von der ersten Flüssigkeit abgeführt worden ist, wird eine zweite Flüssigkeit in den Behälter eingeführt und der Behälter wird wieder geschüttelt, damit die zweite Flüssigkeit mit dem Trägermaterial in Kontakt kommt. Nach Ablauf einer weiteren vorbestimmten Zeitspanne wird der Hahn wieder geöffnet und die zweite Flüssigkeit auf die gleiche Art und Weise abgeführt, wie die erste Flüssigkeit abgeführt wurde. Dieser Vorgang wird sodann mit so vielen Flüssigkeiten wiederholt wie notwendig, um die erwünschte Reaktion oder die erwünschten Reaktionen zu erzielen.
  • Da es unmöglich ist, die Flüssigkeiten zur Gänze von dem Trägermaterial zu entfernen, wird jede neu zugeführte Flüssigkeit tendenziell leicht mit der vorhergehenden Flüssigkeit kontaminiert. Dies kann zu geringeren Ausbeuten führen oder zusätzliche Schritte erforderlich machen, bei welchen jeweils die verbleibende unerwünschte Flüssigkeit durch Eingabe einer geeigneten Flüssigkeit ausgespült wird.
  • Es sind aus anderen Bereichen Verfahren bekannt, in denen Flüssigkeiten mit immer geringer werdenden Dichten nacheinander verwendet werden, um vorausgehende Flüssigkeiten durch den Auslaß am Boden eines Behälters abzuleiten (JP 57.177.341), oder bei denen eine Reihe im wesentlichen identischer Flüssigkeiten von oben in einen Behälter eingegeben werden und der Behälter mit Wasser, das von unten eingeführt wird, gespült wird (US 2.415.936). Diese Verfahren sind beschränkt durch die Reihenfolge von Flüssigkeiten, die verwendet werden können und durch die Mischung dieser Flüssigkeiten.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Probleme zu lösen oder zumindest zu verringern.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren zur Ausführung einer organischen chemischen Reaktion, bei der eine Substanz, die an der Reaktion teilnimmt, an Partikel eines durchlässigen Trägermaterials derart angelagert wird, daß sich zumindest ein Teil der Substanz in den Partikeln befindet, eine Vielzahl von Flüssigkeiten aufeinanderfolgend in einen Behälter eingeführt wird, der eine Menge dieses Trägermaterials enthält, so daß das Material nacheinander in jede dieser Flüssigkeiten eingetaucht wird und die Reaktion als Folge des Eintauchens der Menge an Trägermaterial in dieser Reihe von Flüssigkeiten stattfindet, wobei die Einführung mindestens einer der Flüssigkeiten in den Behälter in solcher Art und Weise ausgeführt wird, daß die direkt vorhergehende Flüssigkeit nach und nach durch die hinzukommende Flüssigkeit verdrängt wird, wobei diese Flüssigkeiten verschiedene Dichten aufweisen, wobei die hinzukommende Flüssigkeit die dichtere ist, und die Anordnung so gewählt ist, daß während der Zuführung der hinzukommenden Flüssigkeit in den Behälter sich die dichtere der beiden Flüssigkeiten unterhalb der weniger dichten der beiden Flüssigkeiten befindet und von unten in den Behälter eingebracht wird.
  • Die schrittweise Verdrängung einer Flüssigkeit durch die Folgende stellt ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung dar. Dabei befindet sich in der Regel eine recht gut definierte Grenzschicht oder Übergangsfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten. Diese schrittweise Verdrängung wird hier auch als schichtenweise Verdrängung bezeichnet. Ein Vorteil dieser schrittweisen oder schichtenweisen Verdrängung liegt darin, daß die hinzukommende Flüssigkeit dazu tendiert, die vorausgehende Flüssigkeit aus den Partikeln heraus zu spülen, so daß die Tendenz der Kontaminierung einer Flüssigkeit durch die vorhergehende Flüssigkeit verringert wird.
  • Wenn die hinzukommende Flüssigkeit dichter ist, als die unmittelbar vorausgehende Flüssigkeit in dem Behälter, wird die hinzukommende Flüssigkeit vorzugsweise von unten in den Behälter eingeführt. Dies trägt dazu bei, die Integrität der beiden Flüssigkeiten zu erhalten und eine Durchmischung zu verhindern. Aus dem gleichen Grund wird, wenn die hinzukommende Flüssigkeit weniger dicht ist als die unmittelbar vorausgehende Flüssigkeit in dem Behälter, die hinzukommende Flüssigkeit vorzugsweise von oben in den Behälter eingeführt.
  • Das Trägermaterial ist in der Regel so geartet, daß, wenn ein Partikel des Materials eine Zeit lang in einer Flüssigkeit eingetaucht worden ist und mit der Flüssigkeit ein Gleichgewicht erreicht, fast das gesamte Volumen des Partikels durch die Flüssigkeit eingenommen ist. Folglich ist die Dichte des mit Flüssigkeit gefüllten Partikels mit der Dichte der Flüssigkeit selbst im wesentlichen gleich.
  • Wenn die Partikel des Trägermaterials in eine Flüssigkeit eingetaucht werden, die dann wie oben beschrieben schrittweise durch eine andere Flüssigkeit mit einer anderen Dichte verdrängt wird, tendieren die Partikel dazu, in der einen Flüssigkeit zu bleiben und sich mit dieser Flüssigkeit vor der hinzukommenden Flüssigkeit zu bewegen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung strömt die eine Flüssigkeit, während sie verdrängt wird, durch poröse Verzögerungseinrichtungen mit einer solchen Porengröße, daß das Trägermaterial nicht hindurchströmen kann. Während die hinzukommende Flüssigkeit schrittweise die unmittelbar vorausgehende Flüssigkeit verdrängt, haben die Partikel des Trägermaterials die Tendenz, sich auf die Verzögerungseinrichtung hinzubewegen. Die ersten Partikel werden schließlich durch die Anwesenheit der Verzögerungseinrichtung von einer weiteren Bewegung abgehalten, die folgenden Partikel packen sich an diese an und so fort, bis sich eine Schicht zusammengepackter Partikel von Trägermaterial an der Verzögerungseinrichtung gebildet hat. Sodann strömt die hinzukommende Flüssigkeit nach und nach durch die Schicht und hat die Tendenz, die unmittelbar vorausgehende Flüssigkeit aus den Partikeln des Trägermaterials zu verdrängen. Dies hat sich als ein besonders effizientes Verfahren zur Verdrängung einer Flüssigkeit durch eine andere in den Partikeln erwiesen.
  • Unter der Voraussetzung, daß sich die Dichten der beiden aufeinanderfolgenden Flüssigkeiten wesentlich voneinander unterscheiden, bildet sich eine stabile, zusammenhängende Schicht Trägermaterial. Wenn der Unterschied zwischen den Dichten jedoch sehr gering ist, kann die Schicht weniger stabil sein und es kann zu leichten Bewegungen der Partikelbestandteile in der Schicht kommen. Eine solche Schicht wird hier als eine halbdicht verpackte Schicht bezeichnet. Nichtsdestoweniger konnte festgestellt werden, daß ein erfindungsgemäßes Verfahren mit einer halbdicht verpackten Schicht in zufriedenstellender Art und Weise ausführbar ist.
  • Wenn die hinzukommende Flüssigkeit die unmittelbar vorhergehende Flüssigkeit aus dem Trägermaterial verdrängt hat, nähert sich die allgemeine Dichte eines jeden Partikels sehr der der hinzukommenden Flüssigkeit. Daraus ergibt sich, daß die Kräfte, die auf die Partikel wirken, um sie im verpackten Zustand zu halten, verringert sind und zumindest einige der Partikel sich von der Schicht lösen können. Dies ist dem Verfahren jedoch nicht abträglich, da es sich bei diesen Partikeln um diejenigen handelt, in denen die hinzukommende Flüssigkeit die unmittelbar vorausgehende Flüssigkeit verdrängt hat.
  • Um sicherzustellen, daß die Schicht Trägermaterial völlig aufgebrochen wird, wird die hinzukommende Flüssigkeit vorzugsweise noch einmal zirkuliert, bevor sie ihrerseits ersetzt wird, wobei die erneute Zirkulierung ein Fließen in umgekehrter Richtung durch die Verzögerungseinrichtung umfaßt. Die erneute Zirkulation findet vorzugsweise kontinuierlich oder im wesentlichen kontinuierlich statt und kann so geartet sein, daß sie die Partikel des Trägermaterials veranlaßt, sich voneinander zu trennen und sich ungeordnet in der Flüssigkeit in dem Behälter zu bewegen. Das Trägermaterial befindet sich dann in einem hier mit fluidisiert bezeichnetem Zustand.
  • Allgemein ist es wünschenswert, das Trägermaterial jedes mal, nachdem es zu einer Schicht geformt worden ist und die hinzukommende Flüssigkeit schrittweise hindurch geströmt ist, in einen fluidisierten Zustand zu bringen. Die Fluidisierung ermöglicht es der neuen Flüssigkeit, mit jedem Partikel des Trägermaterials einzeln in engen Kontakt zu kommen. Darüber hinaus ermöglicht die Fluidisierung bei Verwendung von weichem Gel als Trägermaterial, daß jeder Partikel mit der Flüssigkeit ein Gleichgewicht erreicht und ungehindert auf eine Größe schwellen oder schrumpfen kann, die von der Art der Flüssigkeit abhängt. Wenn die Partikel nachfolgend zu einer neuen Schicht geformt werden, liegt keine Tendenz zu allzu dichten Packungen oder zur Bildung von Rissen oder Fissuren in der Schicht vor; beide dieser Phänomene wären von Nachteil, da sie sich gegen das gleichmäßige Strömen der hinzukommenden Flüssigkeit durch die Partikel in der Schicht auswirken würden.
  • Die Schicht oder Schichten des oben genannten Trägermaterials in Partikelform können in Abhängigkeit von den relativen Dichten der Partikel des Trägermaterials und von der Flüssigkeit, in die sie eingetaucht werden, am oder in der Nähe von dem Boden des Behälters oder an oder in der Nähe des oberen Bereiches des Behälters gebildet werden. Daher kann es vorkommen, daß eine Schicht von Trägermaterial in Partikelform in eine Flüssigkeit mit relativ geringem spezifischem Gewicht eingetaucht wird, so daß sie sich am oder in der Nähe von dem Boden des Behälters aufhält und, daß wenn die als Nächste folgende Flüssigkeit von unten in den Behälter eingeführt wird, die ja eine Flüssigkeit mit einem relativ hohen spezifischen Gewicht ist, die Schicht sich als Ganzes in eine Position an den oder in der Nähe von dem oberen Bereich des Behälters hebt. Umgekehrt kann sich eine Schicht Trägermaterial, die am oder in der Nähe von dem Deckel des Behälters liegt in einer relativ dichten Flüssigkeit als Ganzes nach unten bewegen, wenn eine weniger dichte Flüssigkeit von oben in den Behälter eingeführt wird. Allgemein ist jedoch vorzuziehen, die Schicht durch Rezirkulation aufzubrechen, bevor eine neue Schicht gebildet wird.
  • Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, daß in Abhängigkeit von den relativen Dichten der Flüssigkeiten während der schrittweisen Verdrängung einer Flüssigkeit durch eine andere die Fließrichtung nach oben oder nach unten gerichtet ein kann. Es können daher in einer Vorrichtung zur Verwendung bei der Ausführung der Erfindung obere und untere Verzögerungseinrichtungen derart eingesetzt werden, daß Schichten von Trägermaterial an dem einen oder dem anderen angelagert werden können, je nach Fließrichtung der hinzukommenden Flüssigkeit. Vorzugsweise sind zwei solcher Verzögerungseinrichtungen mit einem Abstand voneinander, übereinander vorgesehen, die zwischen sich einen Raum definieren, in dem das Trägermaterial eingefangen ist. Die Verzögerungseinrichtungen oder jede Verzögerungseinrichtung umfaßt vorzugsweise eine Platte aus gesintertem Material. Die hinzukommende Flüssigkeit wird vorzugsweise durch eine der Verzögerungseinrichtungen eingeführt, während die unmittelbar vorausgehende Flüssigkeit durch die andere Verzögerungseinrichtung ausläuft. Die hinzukommende Flüssigkeit läuft vorzugsweise durch die gesamten oder im wesentlichen gesamten Verzögerungseinrichtungen ein; dies unterstützt eine gleichmäßige Verdrängung der unmittelbar vorausgehenden Flüssigkeit. Nichtsdestoweniger konnte beobachtet werden, daß, selbst wenn ein Teil der Oberfläche einer Verzögerungseinrichtung blockiert ist, sich die hinzukommende Flüssigkeit in normaler Weise über die gesamte Oberfläche der Verzögerungseinrichtungen ausdehnt, nachdem sie durch den nicht blockierten Teil der Verzögerungseinrichtung hindurch geströmt ist, vorausgesetzt, die hinzukommende Flüssigkeit wird mit einer ausreichend langsamen Geschwindigkeit zugeführt.
  • Die Erfindung umfaßt zwar ein Verfahren, bei dem das Trägermaterial nacheinander in nur zwei Flüssigkeiten eingetaucht wird, wobei die Zweite dichter ist als die Erste und sie von unten in den Behälter eingeführt wird, es ist aber vorgesehen, daß die Erfindung in der Regel für die Ausführung von Verfahren eingesetzt wird, bei denen das Trägermaterial nacheinander in jede einer beträchtlich höheren Zahl von Flüssigkeiten eingetaucht wird. Nichtsdestoweniger versteht sich auch, daß eine oder mehrere Flüssigkeiten in einer anderen Art und Weise eingeführt werden können, als es charakteristisch für die vorliegende Erfindung ist, und bei der die unmittelbar vorausgehende Flüssigkeit schrittweise durch die hinzukommende Flüssigkeit verdrängt wird. So kann es zum Beispiel notwendig oder wünschenswert sein, daß das Trägermaterial zu einem gewissen Zeitpunkt in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, und dann als Nächstes in eine Mischung aus dieser und einer anderen Flüssigkeit eingetaucht wird. Um dies zu erreichen, kann etwas von der anderen Flüssigkeit in einer solchen Art und Weise in den Behälter eingeführt werden, daß sie sich mit der unmittelbar vorhergehenden Flüssigkeit vermischt und sie nicht völlig verdrängt. Die Erfindung kann zwar mit Trägermaterial verwendet werden, das Partikel jeglicher geeigneten Form aufweist, auch steife Partikel wie solche, die aus Polystyrol hergestellt sind, sie ist aber besonders geeignet zur Verwendung mit einem Trägermaterial, das ein weiches Gel in Partikelform aufweist. Die Verwendung solcher Gels bei der Ausführung von organischen chemischen Reaktionen ist bereits bekannt und bedarf keiner weiteren Erklärung, daher sollen die Gels an dieser Stelle nicht weiter beschrieben werden. Wie bereits bekannt ist, absorbieren solche Gels in Partikelform einige Flüssigkeit, wenn sie in eine Flüssigkeit eingetaucht werden und schwellen auf eine Größe an, die von der Art der Flüssigkeit abhängt. Die Partikel haben Tendenz, ihre Größe zu ändern, wenn sie in eine Reihe verschiedener Flüssigkeiten eingetaucht werden. Bei Anwendung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Partikel eingetaucht bleiben, können die Partikel leicht dazu veranlaßt werden, sich zeitweise zu dispergieren und sich im Verhältnis zueinander zu bewegen, um die Größenveränderungen zu akkommodieren, bevor sie zu einer neuen Schicht geformt werden.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einer
  • Vorrichtung zur Verwendung bei der Ausführung eines Verfahrens gemäß des ersten Aspektes der Erfindung, die einen Behälter zur Aufnahme einer Menge an Trägermaterial in Partikelform aufweist, wobei der Behälter obere und untere durchlässige Verzögerungseinrichtungen aufweist, durch die Flüssigkeiten in den Behälter eingeführt und aus ihm entnommen werden können, Pumpeinrichtungen, die betreibbar sind, um Flüssigkeit von oben in den Behälter zu pumpen, und auch betreibbar sind, um Flüssigkeit von unten in den Behälter zu pumpen, und Ventileinrichtungen, die in einer Stellung die Rückführleitung mit dem Einlaß der Pumpe verbinden, und in einer anderen Stellung einen Flüssigkeits-Vorratstank mit dem Einlaß der Pumpe, und die Rückführleitung mit einer Auslaßleitung verbinden.
  • Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise Hilfs-Ventileinrichtungen, die es in einer Stellung ermöglichen, Flüssigkeit von oben in den Behälter zu pumpen und es in einer anderen Stellung ermöglichen, Flüssigkeit von unten in den Behälter zu pumpen.
  • Die Hilfs-Ventileinrichtungen sind vorzugsweise so geartet, daß sie in der einen Stellung Flüssigkeit, die von unten verdrängt wird, zum Einströmen in eine Rückführleitung führen, und in der anderen Stellung die von oben verdrängte Flüssigkeit zum Eintritt in die Rückführleitung führen.
  • Es wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine lediglich als Beispiel aufgeführte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben; dabei stellen dar:
  • Figur 1 eine Diagrammansicht der Vorrichtung, die eine Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt, und
  • Figur 2 einen Graph eines Chromatogramms.
  • Die dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus herkömmlichen Bestandteilen. Die Details dieser Bestandteile haben auf die vorliegende Erfindung keinen Einfluß und daher wird die Vorrichtung weitgehend schematisch gezeigt.
  • Die Vorrichtung umfaßt einen Behälter 1 mit einer zylindrischen Wand 2, mit einer vertikalen Achse und kegelstumpfförmigen Endstücken 3 und 4 jeweils oben und am Boden. Das untere Endstück 4 ist im Verhältnis zur Wand 2 befestigt, das obere Endstück 3 aber kann derart vertikal eingestellt werden, daß das innere Volumen des Behälters variiert werden kann. Eine Verzögerungsplatte 5 ist über die Öffnung des oberen Endstückes 3 montiert und eine ähnliche Platte 6 ist über die Öffnung des unteren Endstückes 4 montiert. Die Platten 5 und 6 sind horizontal und sind beide aus gesintertem PTFE hergestellt.
  • Das obere Ende des oberen Endstückes 3 ist über ein Rohr 7 mit einer ersten Öffnung eines Ventils 8 verbunden, das ein Zweiwege-Zweistellungs-Drehventil ist. Das untere Ende des unteren Endstückes 4 ist über ein Rohr 9 mit einer zweiten Öffnung des Ventils 8 verbunden, wobei die erste und die zweite Öffnung einander gegenüber liegen, so daß sie in keiner Position des Ventils miteinander verbunden sind. Eine dritte Öffnung des Ventils 8 ist über ein Rohr 10 mit einer ersten Öffnung eines Ventils 11 verbunden, das in Konstruktions- und Betriebsweise dem Ventil 8 ähnlich ist. Die vierte Öffnung des Ventils 8 ist mit einem Ende eines Teilstücks einer biegsamen Röhrenleitung 12 verbunden, die einen Teil einer peristaltischen Pumpe 13 darstellt. Die Röhrenleitung 12 weist eine bogenförmige Form auf und ist zwischen einem bogenförmigen Anschlag 14 und einem Rotor 15 angebracht, der (nicht dargestellte) Rollen umfaßt, die mit dem Teilstück der Röhrenleitung 12 in der üblichen Art und Weise in Eingriff stehen. Der Rotor ist mit einem (nicht dargestellten) umschaltbaren Motor in Verbindung, der verschiedene Geschwindigkeiten hat und den Rotor zum Rotieren in der Richtung des Pfeiles 16 veranlaßt. Das andere Ende des Teilstückes der Röhrenleitung 12 ist mit einer zweiten Öffnung des Ventils 11 verbunden. Eine dritte Öffnung des Ventils 11 ist mit dem Auslaß eines Reservoirs 17 verbunden, während die vierte Öffnung des Ventils 11 mit einem Auslaßrohr 18 verbunden ist.
  • Das andere Ende des Teilstückes der Röhrenleitung 12 ist aus chemisch inertem Material hergestellt, wobei das unter dem Handelsnamen Marprene vermarktete Material ein geeignetes Material darstellt. Die anderen Rohre: 7, 9, 10 und 18 bestehen ebenfalls aus chemisch inertem Material, wobei PTFE ein geeignetes Material darstellt.
  • Während des Betriebes wird eine Menge (nicht dargestellten) durchlässigen Trägermaterials in Partikelform in den Behälter 1 zwischen die oberen und unteren Verzögerungsplatten 5 und 6 gegeben. Vorzugsweise nimmt das Material mehr als die Hälfte des vorhandenen Volumens ein, wobei das Material typischer Weise etwa zwei Drittel dieses Volumens einnimmt.
  • Bei einem typischen Betrieb der Vorrichtung wird eine erste Flüssigkeit in das Reservoir 17 eingeführt. Das Ventil 11 wird in eine erste Position (Position I) gestellt, in der der Auslaß des Reservoirs mit dem Einlaß der Pumpe 13 verbunden ist, und das Ventil 8 wird ebenfalls in eine erste Position (Position I) gestellt, in der der Auslaß der Pumpe 13 mit dem Rohr 9 verbunden ist. Beide Ventile sind in Position I dargestellt. Die Pumpe wird derart betrieben, daß die erste Flüssigkeit aus dem Reservoir 17 zu dem unteren Endstück 4 des Behälters 1 gepumpt wird. Überschüssige Flüssigkeit strömt von dem oberen Bereich des Behälters durch das Rohr 7 zum Ventil 8 und sodann durch das Rohr 10 zu dem Ventil 11 und dem Auslaßrohr 18. Wenn dies geschieht, wird das Ventil 11 in eine zweite Position (Position II) gestellt, so daß das Rohr 10 mit dem Einlaß der Pumpe 13 verbunden ist, und das Reservoir 17 mit dem Auslaßrohr 18 verbunden ist. Durch ein kontinuierliches Betreiben der Pumpe wird die Flüssigkeit erneut durch den Behälter zirkuliert, während alle verbleibenden Inhalte des Reservoirs 17 durch das Auslaßrohr 18 abgezogen werden. Die Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe ist so gewählt, daß die Partikel des Trägermaterials in einem fluidisierten Zustand sind.
  • Eine zweite Flüssigkeit wird in das Reservoir eingeführt und das Ventil 11 wird auf Position I gestellt, derart, daß die zweite Flüssigkeit durch die Pumpe 13 gezogen wird. Wenn nun beispielsweise die zweite Flüssigkeit dichter ist als die erste Flüssigkeit, kann das Ventil 8 in der Position I verbleiben und die zweite Flüssigkeit wird schrittweise durch das Rohr 9 in den Behälter eingeführt. Die Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe ist so gewählt, daß die hinzukommende zweite Flüssigkeit nach und nach die erste Flüssigkeit verdrängt, wobei sich die Grenzschicht zwischen den beiden Flüssigkeiten stetig nach oben bewegt. Das Trägermaterial in Partikelform bildet wie oben beschrieben eine Schicht an der oberen Verzögerungsplatte 5. Wenn die gesamte erste Flüssigkeit aus dem Behälter 1 aus geleitet worden ist und die zweite Flüssigkeit das Ventil 11 erreicht hat, wird das Ventil 11 wieder in die Position II zurückgestellt, während das Ventil 8 in eine zweite Position (Position II) gestellt wird, in der der Auslaß der Pumpe 13 zu dem Rohr 7 führt, während das Rohr 9 mit dem Rohr 10 in Verbindung kommt. In der Folge wird die zweite Flüssigkeit erneut durch den Behälter zirkuliert, und zwar in einer Richtung, die entgegengesetzt ist zu derjenigen, in der sie zuvor in den Behälter eingeführt worden ist. Dadurch wird die Schicht aufgebrochen und das Trägermaterial fluidisiert, welches dann frei innerhalb des Behälters zwischen den Verzögerungsplatten 5 und 6 zirkuliert. Es kann sein, daß es bei den Partikeln während des Eintauchens in die zweite Flüssigkeit zu einer Änderung des Volumens gekommen ist, wobei das Ausmaß, zu dem ein jeder Partikel beim Eintauchen in eine Flüssigkeit anschwillt, oft von einer Flüssigkeit zur anderen unterschiedlich sein kann. Wenn die Partikel nicht für eine Weile in der zweiten Flüssigkeit frei zirkuliert worden wären, hätte ihre Volumensveränderung entweder tendenziell zu einer erhöhten Packung innerhalb der Schicht geführt, was einen erhöhten Fließwiderstand bei jeglicher nachfolgenden Flüssigkeit verursacht hätte, oder sie hätte tendenziell Riß- oder Fissurenbildung in der Schicht verursacht, was tendenziell dazu führen würde, daß jegliche nachfolgende Flüssigkeit durch die Risse oder Fissuren strömen würde, ohne dabei in der erwünschten Art und Weise die Schicht zu durchdringen.
  • Es kann dann in weitgehend der gleichen Art und Weise eine Vielzahl anderer Flüssigkeiten eine nach der anderen eingeführt werden. Wenn die hinzukommende Flüssigkeit weniger dicht ist als die vorausgehende Flüssigkeit, kann sie von oben durch das Rohr 7 in den Behälter 1 eingeführt werden, nachdem das Ventil 8 in die Position II gestellt worden ist.
  • Durch eine geeignete Variierung der Geschwindigkeit der Pumpe 13 und durch Betätigung der Ventile 8 und 11 können wie oben erwähnt verschiedene andere Wirkungen erzielt werden. Zum Beispiel kann durch Umstellen des Ventils 11 von Position I auf Position II, bevor eine Flüssigkeit nur teilweise durch eine nachfolgende Flüssigkeit verdrängt worden ist, und, wenn nötig, durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Pumpe eine Mischung von Flüssigkeiten gebildet werden, die erneut durch den Behälter 1 zirkuliert wird.
  • Nach der Durchführung einer Reaktion kann das Trägermaterial, das das Reaktionsprodukt trägt, aus dem Behälter entnommen werden und mittels bekannter Techniken davon getrennt werden.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung der dargestellten Vorrichtung ist zu entnehmen, daß mehrere technische Varianten möglich sind. Bei der Ausführung jeglicher bestimmter chemischer Reaktion wird die Reihenfolge der angewandten technischen Schritte vorzugsweise derart gewählt, daß die Ausbeute maximiert wird und die Kontamination des Produktes durch unerwünschte Materialien minimiert wird.
  • Es folgt ein Reaktionsbeispiel, das gemäß einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung und unter Verwendung einer Vorrichtung des beschriebenen Typs ausgeführt wurde.
    • Beispiel
  • Diese Reaktion besteht aus der Synthese eines Calcitoningen-Peptidsegments, CGRP (31-36).
  • Das Verfahren verwendet eine säurekatalysierte N-terminale Deprotektionsstrategie mit t-butoxycarbonyl-(Boc)-Aminogruppen.
  • Es wurde ein Trägermaterial in Partikelform vorbereitet. Es enthält Partikel aus vernetztem Poly[N-[2-(4-Hydroxyphenyl)Ethyl]Acrylamid] (Copolymer Q).
  • Es wurden Copolymer Q, ein de-O-acetylisierter perlenförmiger Copolymer aus [N-[2-(4-Hydroxyphenyl)Ethyl]Acrylamid und N,N'-Diacryloylpiperidin (Molverhältnis 20/1), mit geschwollenem Volumen in HCONMe&sub2; 10-20 cm³ g&supmin;¹ Copolymer der Literatur entsprechend bereitet (Epton, R. und Williams, A. Int. J. Biol. Macromol. 1981, 3, 336).
  • Es wurde eine Lösung aus Boc-Ala-OH (2,37 g, 12,5 mmol) Diisopropylcarbodiimid (DIC) (1,90 g, 15 mmol) in HCONMe&sub2; (15 cm³) zu Copolymer Q (0,5 g, Phenolgehalt 5,0 mmol g&supmin;¹) 4-Dimethylaminopyridin (DMAP) 0,61 g, 5 mmol) mit einer gerade ausreichenden Menge HCONMe&sub2; (etwa 15 cm³) hinzugefügt, so daß eine Stickstoffbewegung möglich war. Die Reaktionszeit erstreckte sich bei leichter Stickstoffbewegung über 18 Stunden bei 25ºC. Die Reagenslösung wurde abgeleitet und die Gelperlen wurden wiederholt mit HCONMe&sub2;, CH&sub2;Cl&sub2; und Et&sub2;O gespült und getrocknet, um Boc-Ala-O-[Copolymer Q] (0,93 g 2,3 mmol Aminosäure) zu erhalten.
  • Boc-Lys(ClZ)-OH (1,24 g, 3 mmol) und 1-Hydroxybenzotriazol (HOBt) (0,81 g, 6 mmol) in HCONMe&sub2; (7,5 cm³) wurde auf 0ºC gekühlt und Diisopropylcarbodiimid (DIC) (0,34 g, 2,7 mmol) wurde hinzugefügt. Diese Lösung wurde leicht gerührt und sodann zum Aufwärmen auf Zimmertemperatur über 30 min. stehengelassen. Unmittelbar vor Verwendung wurde N-Methylmorpholin (NMM) (0,20 g, 2 mmol) hinzugefügt.
  • Es wurde eine Boc-Ser(Bzl)-OBt/HOBt-Lösung in ähnlicher Art und Weise wie die Boc-Lys(ClZ)-OBt/HOBt-Lösung (wie im vorstehenden Absatz beschrieben) aus Boc-Ser(Bzl)-OH (0,88 g, 3 mmol) bereitet.
  • Es wurde eine Boc-Gly-OBt/HOBt-Lösung in ähnlicher Art und Weise wie die Boc-Lys(ClZ)-OBt/HOBt-Lösung aus Boc-Gly-OH (0,43 g, 3 mmol) bereitet.
  • Es wurde eine Boc-Val-OBt/HOBt-Lösung in ähnlicher Art und Weise wie die Boc-Lys(ClZ)-OBt/HOBt-Lösung aus Boc-Val-OH (0,65 g, 3 mmol) bereitet.
  • Es wurde eine Boc-Asn-OBt/HOBt-Lösung in ähnlicher Art und Weise wie die Boc-Lys(ClZ)-OBt/HOBt-Lösung aus Boc-Asn-OH (0,70 g, 3 mmol) bereitet.
  • Der Behälter der Vorrichtung, der eine Höhe von 2,5 cm und einen Durchmesser von 2,5 cm aufwies, wurde mit Boc-Ala-O- [Copolymer Q] (0,37g, 1 mmol Aminosäure) beschickt. 3-MeC&sub6;H&sub4;OH/Cl&sub3;CMe (4/1) wurde eingepumpt, um den Reaktor mit einem nach oben gerichteten Fluß zu füllen, und das Ganze wurde eine Stunde lang mit nach oben gerichteter Rezyklierung zum Schwellen stehen gelassen. Die Copolymerpartikel bewegten sich frei in dem Behälter, was in der beiliegenden Tabelle als der fluidisierte Zustand der Schicht bezeichnet wird. Sodann wurden die geeigneten Standard-CF-Peptidketten-Verlängerungszyklen durchgeführt (siehe Tabelle). Jede der fünf Aminosäure-1- Benzotriazol-Ester/HOBt-Lösungen, die vorstehend beschrieben wurden, wurden eine nach der anderen in einem Zyklus von Vorgängen verwendet, mit dem Ergebnis, daß jede Aminosäure eine nach der anderen der Kette hinzugefügt wurden. Jeder Zyklus bestand aus einer Vorspülung (oder einer Post-Kopplungsspülung), CF&sub3;CO&sub2;H/3-MeC&sub6;H&sub4;OH/ Cl&sub3;CMe (5/4/1) vermittelte die Deprotektion, die Post-Deprotektions-Spülung, Neutralisierung durch N- Methylmorpholin (NMM) in CHONMe&sub2;, die Post- Neutralisierungsspülung, eine Behandlung mit einer geeigneten Boc-Aminosäure-1-Benzotriazol-Ester/HOBt/NMM-Lösung, um die Peptidketten-Verlängerung auszuführen, und letztendlich die Post-Kopplungsspülung. Die vollständigen operationellen und experimentellen Details der Standard-CF-Peptidketten- Verlängerungszyklen werden zusammen mit den Angaben zu den Reaktions- und Spülungslösungsmitteln in der Tabelle angegeben. Ein nicht dem Standard entsprechender CF-Peptidketten- Verlängerungszyklus, bei dem die Post- Deprotektionsneutralisierung und die Post- Neutralisierungsspülungen ausgelassen wurden (Tabelle Stufen 4 und 5), um lediglich eine in-situ Neutralisierung während des späteren Bildungsschrittes der Peptidverbindung vorzunehmen, wird in Anmerkung 1 zu Tabelle 1 beschrieben. Dieser nicht dem Standard entsprechende Zyklus wurde verwendet, um die Peptidkette aus Boc-Lys(ClZ)-Ala-O-[Copolymer Q] auf Boc-Ser(Bzl)- Lys(ClZ)-Ala-O-[Copolymer Q] zu verlängern.
  • Nach Beendigung der Synthese wurde die mit Lösungsmitteln gequollene Gelverkettung aus dem Reaktor entnommen und wiederholt mit HCONMe&sub2;, CH&sub2;Cl&sub2; und Et&sub2;O gespült und dann getrocknet, um Boc-Asn-Val-Gly-Ser(Bzl)-Lys(ClZ)-Ala-O-[Copolymer Q] (Peptid-Harzverkettung 1) (1,12 g) zu erhalten.
  • Die Peptid-Harzverkettung 1 (50 mg) wurde in HCONMe&sub2; (1,98 cm³) belassen, um auf Gleichgewicht zu quellen, und 98% NH&sub2;NH&sub2;.H&sub2;O (0,02 cm³) wurde mit Stickstoffbewegung hinzugefügt. Die Reaktion wurde 2 min. lang zum Reagieren stehengelassen und danach wurde die Reaktionsflüssigkeit unter Et&sub2;O (50 cm³) gezogen, auf -78ºC vorgekühlt und das Präzipitat wurde aufgefangen und getrocknet, um Boc-Asn-Val-Gly-Ser(Bzl)-Lys(ClZ)-Ala-NHNH&sub2; zu erhalten (etwa 39 mg). In Fig. 2 wird ein HPLC-Chromatogramm für diese Verbindung gezeigt, das mit einer Waters Novapak Umkehrphasen-C-18 radial-pak-Patrone (100 x 8 mm) mit 42% wässerigem MeCN als Eluierungsmittel bei einer Fließgeschwindigkeit von 1,5 cm³ min&supmin;¹ erstellt wurde. Bei diesem Graph steht die horizontale Achse für Zeit, angegeben in Minuten.
  • Das vorstehende Beispiel illustriert die Verwendung der Erfindung bei einer Peptidsynthese mittels eines Verfahrens, das sich einer säure-katalysierten N-terminalen Deprotektionsstrategie mit Boc-Aminosäuren bedient. Die Erfindung kann genauso gut bei Peptidsynthesen eingesetzt werden, die sich auf ein Verfahren stützen, das sich einer aminolytischen N-terminalen Deprotektionsstrategie mit Fluorenylmethoxycarbonyl-Aminosäuren bedient. TABELLE Die Details des Verfahrens, in dem ein Standard-CF-Kettenerweiterungszyklus mit 1 mmol und ultrahoher Ladung mit säurekatalysierter N-terminaler Deprotektion (Boc Aminosäuren) ausgeführt wird. Zyklusstufe Reagens oder Lösungsmittel Fließrichtung im Behälter Vorspülung Deprotektion Post-Deprotektions-Spülung Neutralisierung (Anmerkung 1) Post-Neutralisations-Spülung (Anmerkung 1) Kopplung Post-Kopplungs-Spülung nach oben nach unten TABELLE (Fortsetzung) Stufe Vorgang Modus Spülung Ausgeben Rückzyklus / Deprotektion Neutralisierung zum Koppeln Rezyklieren einheitlich einheitlich (schichtenweise Verdrängung) gemischt einheitliche Zirkulation gemischte / einheitliche Zirkulation TABELLE (Fortsetzung) Stufe Zustand des Bettes des Trägermaterials Reagens Lösungsmittel gelöst oder zugegeben Ventilstellung Ventil fluidisiert gedrängt oben gedrängt unten halbgedrängt nach unten halbgedrängt nach oben keines Anmerkung 1: Bei Ausführung der Peptidkettenverlängerung von der Dipeptid- zur Tripeptidstufe wurde ein nicht- Standard-Kettenverlängerungszyklus vorgenommen, in dem Post-Deprotektions-Neutralisations- und Post- Neutralisations-Spülung ausgelassen wurden (Stufen 4 und 5). Dies war notwendig, um das freie Aminoende des Dipeptids davon abzuhalten, die Phenylester-Haftverkettung zu attackieren und über eine Diketopiperazin-Bildung eine Entladung zu verursachen. Anmerkung 2: Für Boc-Gly-OBt lag die Kopplungszeit bei 90 min.

Claims (9)

1. Verfahren zur Ausführung einer organischen chemischen Reaktion, bei der eine Substanz, die an der Reaktion teilnimmt, an Partikel eines durchlässigen Trägermaterials derart angelagert wird, daß sich zumindest ein Teil der Substanz in den Partikeln befindet, eine Vielzahl von Flüssigkeiten aufeinanderfolgend in einen Behälter eingeführt wird, der eine Menge des Trägermaterials enthält, so daß das Material nacheinander in jede dieser Flüssigkeiten eingetaucht wird und die Reaktion als Folge des Eintauchens der Menge an Trägermaterial in dieser Reihe von Flüssigkeiten stattfindet, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Einführung mindestens einer der Flüssigkeiten in den Behälter in solcher Art und Weise ausgeführt wird, daß die direkt vorhergehende Flüssigkeit nach und nach durch die hinzukommende Flüssigkeit verdrängt wird, wobei diese Flüssigkeiten verschiedene Dichten aufweisen, wobei die hinzukommende Flüssigkeit die dichtere ist, und die Anordnung so gewählt ist, daß während der Zuführung der hinzukommenden Flüssigkeit in den Behälter sich die dichtere der beiden Flüssigkeiten unterhalb der weniger dichten der beiden Flüssigkeiten befindet und von unten in den Behälter eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durchlässige Trägermaterial ein weiches Gel in Partikelform aufweist.
3. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt vorhergehende Flüssigkeit, während sie verdrängt wird, durch eine poröse Verzögerungseinrichtung hindurchfließt, die eine derartige Porengröße aufweist, daß das Trägermaterial nicht durchfließen kann.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der genannten Flüssigkeiten nach ihrer anfänglichen Einführung in den Behälter wieder zurück gewälzt wird, wobei die Fließrichtung entgegengesetzt ist zu derjenigen, in der die Flüssigkeit zu Anfang in den Behälter eingeführt wurde.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hinzukommende Flüssigkeit durch eine poröse Verzögerungseinrichtung in den Behälter eingeführt wird, die Poren einer zu geringen Größe aufweist, als daß die Partikel des Trägermaterials durch sie hindurchströmen könnten.
6. Vorrichtung zur Verwendung bei der Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Behälter (1) zur Aufnahme einer Menge an Trägermaterial in Partikelform aufweist, wobei der Behälter obere und untere durchlässige Verzögerungseinrichtungen (5 und 6) hat, durch die Flüssigkeiten in den Behälter eingeführt und aus ihm entnommen werden können, Pumpeinrichtungen (13), die betreibbar sind, um Flüssigkeit von oben in den Behälter zu pumpen, und auch betreibbar sind, um Flüssigkeit von unten in den Behälter zu pumpen, und Ventileinrichtungen (11), die in einer Stellung eine Rückführleitung mit einem Einlaß der Pumpe verbinden und in einer zweiten Stellung einen Flüssigkeits-Vorratstank (17) mit dem Einlaß der Pumpe, und die Rückführleitung mit einer Auslaßleitung (18) verbinden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Hilfs-Ventileinrichtungen (8) aufweist, die es in einer Stellung ermöglichen, Flüssigkeit von oben in den Behälter zu pumpen und es in einer anderen Stellung ermöglichen, Flüssigkeit von unten in den Behälter zu pumpen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Ventileinrichtung (8) so geartet ist, daß sie in der einen Stellung Flüssigkeit, die von unten verdrängt wird, zum Einströmen in eine Rückführleitung (10) führt, und in der anderen Stellung die von oben verdrängte Flüssigkeit zum Einströmen in die Rückführleitung führt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine peristaltische Pumpe ist.
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