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Verfahren zur Herstellung von Xylanschwefelsäureestersalzen
Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Xylanschwefelsäureestersalzen,
insbesondere Alkalisalzen, einheitlichen Polymerisationsgrades und vorbestimmten
Schwefelgehalts.
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Die nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen Produkte weisen eine
die Blutgerinnung hemmende Wirkung auf und sind wertvolle Heilstoffe.
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Die blutgerinnungshemmendeWirkungvon Schwefel säureestem verschiedener
Polysaccharide, wie z. B.
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Cellulose, Chitin, Chondroitin, Inulin, Dextran u a., sowohl in vitro
als auch in vivo ist bekannt. Hingewiesen wird auf Bergström, Z. f. Physiol. Chem.,
238, I63 (I936); Chargaff u. Nancroft, J. Biol.
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Chem., II5, I49, I55 (I936); Karrer u. Mitarb., Helv. Chim. Acta,
26, I296 (I943); Ingelmann, Ark.
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Kemi Mineral. Geol., 24, B, No. 5 (I946).
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Diese Produkte besitzen nun neben günstigen und erwünschten Eigenschaften
auch weniger günstige und sogar schädliche Eigenschaften, die bei den gemäß der
Erfindung hergestellten Xylaaschwefelsäureestersalzen, insbesondere Alkalisalzen,
vermieden werden.
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Die bekannten Produkte besitzen nicht nur eine geringe therapeutische
Breite, sondern verschiedene Polysaccharidschwefelsäureester wirken (zum Vergleich
J. Piper u. Mitarb., Acta pharmacol. et toxicol., 2, I38, 3I7 [I946]) im Gegensatz
zum natürlichen Heparin auf gewisse Eiweißstoffe des Blutes, speziell auf Fibrinogen,
denaturierend, erzeugen Ausfällungen und agglutinieren die Blutplättchen, so daß
die Gefahr der Thrombenbildung in kleineren Gefäßen gegeben ist. Diese Verhältnisse
wurden aufgeklärt durch E. Husemann u. Mitarb. (Z. f. Naturforsch., 1,
584
[I946]), die darauf hinwiesen, daß zwischen der toxischen Wirkung der Polysaccharidschwefelsäureester
und ihrer Molekülgestalt und -größe gewisse Zusammenhänge bestehen.
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Den günstigsten therapeutischen Index fanden sie bei Xylanschwefelsäureestern,
die sie auf Grund viskosimetrischer, Daten kennzeichneten. Den nach Husemann optimalen
Verbindungen entsprechen Viskositätswerte Zy von OjOI38 bis 0,020I.
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Die von Hus mann und Mitarbeitern beschriebenen Xylanschwefelsäureester
weisen aber, wie gefunden wurde, trotz Einhaltung der optimalen Bedingungen, d.
h. auch bei Verwendung von Estern mit den genannten Z-Werten, die unerwünschten
Nebenwirkungen und Fibrinogenfällungen schon in therapeutischen Dosen auf.
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Es wurde nun gefunden, daß man Xylanschwefelsäureestersalze von definierten
und weitgehend einheitlichen Polymerisationsgraden erhalten kann, die eine hohe
therapeutische Wirksamkeit besitzen, keine Fällungen im Plasma verursachen und auch
keine anderen unerwünschten Nebenwirkungen zeigen und die wesentlich höhere Verträglichkeiten
in vivo aufweisen als die bekannten Ester, wenn man höherpolymere Xylanschwefelsäureestersalze
durch oxydativen oder kombiniert oxydativsauren Abbau depolymerisiert bzw. depolymerisiert
und teilweise verseift. Hierbei können die Zy-Werte der Endprodukte auch niedriger
und sogar erheblich niedriger als 0, ob38 liegen.
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Bei dem oxydativen Abbau erfolgt im wesentlichen lediglich eine Depolymerisierung
unter Erhaltung des Veresterungsgrades, während der oxydativsaure Abbau je nach
der Menge zugesetzter Säure und dem angewandten Verhältnis von Säure und Oxydationsmittel
in übersichtlicher und vorbestimmbarer Weise zu Estern mit herabgesetztem Schwefelgehalt
und besserer Verträglichkeit führt. Gleichzeitig werden toxische Begleitstoffe entfernt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden Salze hochpolymerer
und hochveresterter Xylanschwefelsäureester (I7,5 bis In0/, S) in bekannter Weise
hergestellt und dann in wäßrigem neutralem oder saurem Medium, gegebenenfalls unter
Zusatz von Puffersubstanzen und/oder katalytisch wirkenden Schwermetallionen, z.
B. Fe, Cu, Mn, bei Temperaturen zwischen 20 und 1000 mittels Wasserstoffsuperoxyd
abgebaut. Anschließend werden sie in an sich bekannter Weise durch Dialyse von kleineren
Spaltprodukten befreit und als Salze abgeschieden, z. B. durch Eintragen in Aceton,
niedere Alkohole und andere mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel oder Lösungsmittelmischungen.
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Dann wird das Salz in Wasser gelöst und die wäßrige Lösung sukzessive
mit einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel versetzt. Die ersten Fraktionen
trennt man durch Absitzenlassen oder Zentrifugieren ab und fällt dann das Endprodukt
mit dem gewünschten Z17-Wert mit Alkohol oder Aceton aus.
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Günstige Zy-Werte liegen etwa bei 0,004 (bei einem Schwefelgehalt
von etwa I50/o) oder zwischen 0,005 und 0,003 (bei Schwefelgehalten von 15 bis I5,50/o)
Auch kann der Zy-Wert bei etwa o,oo6 (bei einem Schwefelgehalt von etwa I70/o) liegen
oder bei 0,0075 (bei einem Schwefelgehalt von etwa 15 0/o). Der Z17-Wert kann auch
noch höher liegen, z. B. bei etwa O,OI (bei Schwefelgehalten von etwa I5,5 oder
auch 16,50/o).
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Mittlere Schwefelwerte, etwa um I5 oder I5,5/o, sind günstig, da
dabei einerseits die antikoagulative Wirksamkeit günstig und andererseits die Verträglichkeit
gut ist.
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Bei konstanter Kettenlänge nimmt die antikoagulative Wirksamkeit
mit steigendem Schwefelgehalt über etwa I3,50/o (polyxylosemonoschwefelsaures Na)
bis zu Schwefelwerten von etwa I7°/o zu, während die Verträglichkeit mit steigenden
Schwefelwerten von I3,5 bis etwa In01, (polyxylosedischwefelsaures Na) abnimmt.
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Bezüglich der antikoagulativen Wirksamkeit und der Verträglichkeit
entspricht z. B ein Xylanschwefelsäureester-Natriumsalz mit Z21 = 0,00725 und 13,50/0
Esterschwefel etwa einem Ester mit Z = 0,0032 und I7,5°/o Esterschwefel. Derartige
Ester unterscheiden sich indessen auf Grund ihrer um mehr als IooOl, differierenden
Kettenlängen hinsichtlich der Verweildauer im Organismus; sie zeigen unterschiedliche
klinische Wirkungsdauer.
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Wie oben erwähnt, kann das Verfahren so gelenkt werden, daß der Gehalt
der Endprodukte an Esterschwefel in einem bestimmten Bereich von vorzugsweise etwa
15 bis I8,50/,, insbesondere um etwa I5,501, liegt.
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Es kann, wie gleichfalls erwähnt, das Verfahren so durchgeführt werden,
daß der Durchschnittspolymerisationsgrad des Endprodukts innerhalb bevorzugter Grenzen
liegt, z. B. im Bereich von etwa 0,003 bis etwa O,OI, vorzugsweise um etwa o,oo6.
Zweckmäßig wird der bevorzugte Schwefelgehalt mit dem bevorzugten Polymerisationsgrad
in Relation gesetzt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der oxydative Abbau in
Gegenwart von Pufferstoffen durchgeführt. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform
wird der oxydativsaure Abbau oder auch der oxydative Abbau in Gegenwart von katalytisch
wirkenden Metallionen, z. B. Fe, Cu, Mn, durchgeführt.
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Wie oben erwähnt, führt der oxydativsaure Abbau der hochveresterten
höherpolymeren Xylanschwefelsäureestersalze zur Zerstörung von toxisch wirkenden
Begleitstoffen bzw. Bestandteilen. Es wird daher bevorzugt so gearbeitet, daß die
Endprodukte keine toxische Wirkung aufweisen bzw. von toxischen Bestandteilen möglichst
frei sind.
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Wird anders als bei dem Verfahren der Erfindung das Xylan zunächst
depolymerisiert, was infolge der Schwerlöslichkeit des Xylans nur in Suspension
durchgeführt werden kann, wobei sehr verschieden große Bruchstücke des ursprünglichen
Moleküls erhalten werden, und das Produkt der Depolymerisation dann verestert, so
wird eine sehr breite Verteilung des Polymerisationsgrades erhalten. Xylanschwefelsäureestersalze
von einheitlichem Polymerisationsgrad und vorbestimmtem Schwefelgehalt können dagegen
erhalten werden, wenn nach der Erfindung zunächst verestert wird, z. B. zuhochveresterten
Xylanschwefel-
säureestersalzen, und dann diese Schwefelsäureester
depolymerisiert werden, was in homogener Lösung vor sich gehen kann.
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Beispiele I. Zu I300 ccm Pyridin (techn.) läßt man unter Rühren und
Kühlen auf 30 bis 40° 300 ccm Chlorsulfonsäure (techn.) zutropfen. Man erwärmt das
Reaktionsgemisch auf 65" und gibt I50 g Xylan hinzu. Unter Rühren wird 21/2 Stunden
auf 80" gehalten; dann läßt man die zähe Flüssigkeit noch warm in 4 l Methanol unter
heftigem Rühren einfließen. Das ausgefallene Pyridiniumsalz wird durch Filtration
abgetrennt, in 800 ccm Wasser gelöst und, wenn notwendig, filtriert. Nach Zugabe
von 400 ccm 0,5%iger Chlordioxydlösung läßt man I2 Stunden stehen. Dann läßt man,
ebenfalls unter heftigem Rühren, die Lösung in ein Gemisch von 4,8 1 Methanol und
250 bis 300 ccm 33%iger Natronlauge einfließen, so daß sie ständig phenolphthaleinalkalisch
bleibt.
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Durch Zugabe von etwa 40 ccm konzentrierter Essigsäure wird auf PH
6 abgestumpft, das rein weiße Salz durch Filtration isoliert, mit Methanol, Aceton
und Äther gewaschen und bei 50° getrocknet. Ausbeute 330 bis 350 g. Zg = 0,03I bis
0,034, Schwefel = I7,5 bis 18,5 0/o.
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200 g des so in bekannter Weise erhaltenen Xylanschwefelsäureestersalzes
werden in der Wärme in 590 ccm Wasser gelöst und im Wasserbad auf 97" erhitzt. Unter
Umschütteln werden 8,I6 ccm 5 n-Schwefelsäure und IOO ccm auf 80" vorgewärmtes 33%iges
Wasserstoffsuperoxyd zugegeben. Man läßt den Ansatz etwa 30 Minuten auf 97" und
kühlt dann rasch ab. Zur Neutralisation werden 70 bis 75 ccm 5 n-Natronlauge hinzugegeben
und die schwachgelbliche Lösung durch wenige Tropfen Chlordioxydlösung entfärbt.
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Die Lösung wird (bis zur negativen Sulfatreaktion im Außenwasser)
gegen destilliertes Wasser dialysiert, das Dialysat eventuell durch Filtration von
geringen Trübungen geklärt, dann im Vakuum bei 45" auf etwa 200 ccm eingeengt und
das niederpolymere Salz in 800 ccm Aflhol-Aceton (I:I) unter Zusatz von etwas Natriumacetat
ausgefällt. Ausbeute 70 bis 80 g.
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Zr = 0,00422, Schwefelgehalt I5 bis 15,5 0/o.
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I86 g dialysierten Produkts werden in 512 ccm Wasser gelöst, die
Lösung auf einen pE-Wert zwischen 3 und 6 gebracht und unter langsamem Rühren 290
ccm Aceton zugegeben, wobei eine Trübung auftritt. Die nach Zentrifugieren oder
längerem Stehen klare Lösung wird nach Entfernen des Bodensatzes zuerst mit 20 ccm,
danach mit 25 ccm Aceton (ab Trübungspunkt) versetzt und die öligen Fraktionen (Zq
= =0,00528 und O,0048I) entfernt (Vorfraktionen). Die restliche Lösung wird in eine
Mischung von 1250 ccm Alkohol und 750 ccm Aceton eingegossen, das ausgefällte Endprodukt
abgetrennt, mit Alkohol, Aceton und Äther gewaschen und bei 50° getrocknet. Ausbeute
IIO bis 120 g eines reinweißen Pulvers, = = 0,00422.
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Dieser Z-Wert stellt einen Mittelwert folgender Grenzwerte dar: Obere
Grenze Z# = 0,0048, untere Grenze Zfi = 0,0034, Schwefelgehalt 15 bis 15,5 0/o.
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2. Der oxydative Abbau kann folgendermaßen durchgeführt werden: IOO
g Xylanschwefelsäureester-Natriumsalz (Zg = 0,03I bis 0,034) werden in 330 ccm n/Io-Natriumacetatlösung
unter Erwärmen gelöst.
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Nach Erhitzen auf 90° werden 35 ccm 33°/Oiges Wasserstoffsuperoxyd
hinzugefügt. Die Reaktion wird nach 60 Minuten unterbrochen und liefert nach direkter
Fällung und Trocknung ein Produkt mit ZW = o,oo588, Schwefelgehalt I7 bis I7,5 olo;
Ausbeute 85 bis 95 g.
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Der Ester kann durch Dialyse und Fraktionierung mit organischen Lösungsmitteln
weiterverarbeitet werden.
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3. Der oxydativkatalytische Abbau kann folgendermaßen durchgeführt
werden: 56 g Xylanschwefelsäureester-Natriumsalz (Z7y = 0,03I bis 0,034) werden
in Wasser gelöst; es werden I4,5 ccm Eisen (III) -salzlösung mit 2 0/o Fe (111)-gehalt
und I6,7 ccm 3o0/0iges Wasserstoffsuperoxyd zugegeben, und es wird mit Wasser auf
236 ccm Volumen aufgefüllt. Der Ansatz wird I80 Minuten bei 37o gehalten und liefert
nach Fällung und Trocknung ein Salz mit Zy = 0,00607, Schwefelgehalt 17 0/o; Ausbeute
45 bis 50 g. Die Substanz kann ebenfalls durch Dialyse und Fraktionierung weiterverarbeitet
werden.
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4. 200 g Xylanschwefelsäureester-Natriumsalz (zW = 0,03I bis 0,034,
Schwefel I7,5 bis 18,5 0/o) werden in 505 ccm Wasser gelöst. Man erwärmt im Thermostaten
auf 82o und gibt I35 ccm 2 n-Schwefelsäure und 50 ccm 3001,iges H2 O2 (beide auf
etwa 82o vorgewärmt) hinzu. Nach 40 Minuten Reaktionszeit wird rasch gekühlt und
mit etwa go ccm 5 n-Natronlauge neutralisiert. Nach Dialyse und, wenn nötig, Filtration
wird im Vakuum bei 45o auf etwa 200 ccm eingeengt und das abgebaute Produkt in 800
ccm Alkohol-Aceton (I:I) unter Zusatz von etwas Natriumacetat ausgefällt. Ausbeute
IOO g, Z11 = 0,0070, Esterschwefel I4,7 bis 15 0/o.
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95 g dieses Produkts werden in 260 ccm Wasser gelöst. Nach Einstellen
der Lösung auf einen p-Wert zwischen 3 und 6 werden unter langsamem Rühren 200 ccm
Aceton hinzugefügt. Die Vorfraktion fällt ölig aus und wird abgetrennt. Aus der
klaren Lösung fällt nach Zugeben von IIO ccm Aceton die Hauptfraktion ölig aus.
Diese wird abgetrennt und durch Eintragen in Alkohol-Aceton in klarer Form abgeschieden,
mit Aceton gewaschen und getrocknet.
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Ausbeute 50 bis 60 g. Zg = 0,0076, Esterschwefel etwa 15%.
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5. 200 g Xylanschwefelsäureester-Natriumsalz werden wie unter 4 im
gleichen Ansatz bei 82o während 28 Minuten behandelt. Nach Kühlung wird mit 80 ccm
5 n-Natronlauge neutralisiert, dialysiert, anschließend im Vakuum eingeengt und
mit Alkohol Aceton unter Zusatz von etwas Natriumacetat gefällt.
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Ausbeute 120 g, Zr = o,oog3, Esterschwefel etwa I5,50/o. Durch Acetonfraktionierung
der schwach sauren Lösung kann man hieraus 75 g eines einheitlichen Esters mit Zg
= 0,00965 und etwa 15,5 01o Esterschwefel gewinnen.
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6. 200 g Xylanschwefelsäureester-Natriumsalz werden wie unter 4 im
gleichen Ansatz bei 82o während I6 Minuten behandelt. Nach Kühlung und Neutralisation
mit 70 ccm 5 n-Natronlauge, Dialyse, Einengen im Vakuum, Fällen mit Aceton-Alkohol
und Trocknen
erhält man I35 bis I40 g mit ZN = 0,ob45 und etwa I6,701o
Esterschwefel. DurchAcetonfraktionierung kann hieraus ein einheitliches Produkt
mit Z71 = o,oI50 und etwa I6,5 °/0 Esterschwefel erhalten werden.
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Ausbeute 75 bis go g.
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Die gewonnenen polymereinheitlichen Xylanschwefelsäureestersalze
von bestimmten Veresterungsgraden sind leicht wasserlösliche, weiße, pulverförmige
Stoffe.
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Sie besitzen stark blutgerinnungshemmende Eigenschaften und können
in geeignet dosierten Lösungen zur intravenösen oder sonstigen parenteralen Injektion
verwendet werden.
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PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Herstellung von Xylanschwefelsäureestersalzen
einheitlichen Polymerisationsgrades und vorbestimmten Schwefelgehalts, dadurch gekennzeichnet,
daß höherpolymere Xylanschwefelsäureestersalze durch oxydativen oder vorzugsweise
oxydativsauren Abbau depolymerisiert bzw. depolymerisiert und teilweise verseift
werden.