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Verfahren zur Herstellung wasserlöslicher, nicht salzbildender Hochpolymerer
Die Löslichkeit hochpolymerer Substanzen beruht sehr häufig auf der Anwesenheit
von salzbildenden Gruppen wie C 0 O H, S 03 H, N H2 usw. Diese Gruppen bringen zwangläufig
für manche Verwendungszwecke Nachteile mit sich, z. B. eine starke p$-Abhängigkeit,
indem saure Polymere in sauren und basische in alkalischen Medien ausfallen. Die
Säuregruppen können ferner mit Schwermetallen und die basischen Gruppen mit verschiedenen
Säuren (Schwefelsäure, Naphthalinsulfonsäuren usw.) schwerlösliche Salze bilden.
Außerdem können bei medizinischer Anwendung sehr unerwünschte Komplikationen durch
Fällungen mit Eiweißkörpern eintreten.
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Es wurde nun gefunden, daß man wasserlösliche, nicht salzbildende
Hochpolymere, die die geschilderten Nachteile nicht besitzen, dadurch herstellen
kann, daß man basische Verbindungen mit einer oder mehreren Carbonamidgruppen im
Molekül mit reaktionsfähigen Derivaten, wie Halogeniden oder Anhydriden, ungesättigter,
polymerisierbarer Säuren umsetzt und die -erhaltenen Säureamide für sich allein
oder in Verbindung mit anderen polymerisierbaren Komponenten nach üblichen Methoden
polymerisiert. Dabei sind zweckmäßig die Ausgangsstoffe so zu wählen, daß das Endprodukt
noch wasserlöslich ist. Im allgemeinen wird dies dadurch erreicht, daß auf eine
Carbonämidgruppe nicht mehr als etwa sechs Methylengruppen kommen.
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Die basischen, Carbonamidgruppen enthaltendenVerbindungenkönnen sowohl
rein aliphatischer Natur sein
als auch ringförmige Glieder enthalten,
z. B. eignen sich besonders im Sinne des Verfahrens basische Derivate des Pyrrolidons,
Piperidons und Caprolactams. Man kann sie erhalten durch Addition der Heterocyclen
an Acrylnitril und nachfolgende Reduktion, wie z. B. folgende Formeln die Darstellung
von y-Aminopropylpyrrolidon zeigen
Man kann geeignete Basen aber auch "aus den Lactonen durch Umsetzung mit den entsprechenden
Diaminen erhalten, z. B. durch Umsetzung von Butyrolacton, Valerolacton, Caprolacton
mit Äthylendiamin, Propylendiamin, Butylendiamin, Diäthylentriamin -usw. Auf diese
Weise kann man aus Dipropylentriamin und Butyrolacton folgendes Umsetzungsprodukt
darstellen:
Man kann diesen Körper auch durch Ammoniakabspaltung aus y-Amino-propylpyrrolidon
erhalten. Werden monosubstituierte Diamine für die Umsetzung mit den Lactonen verwendet,
z. B. N-Methyl-propylendiamin, so entstehen sekundäre Amine, bzw. nach der Umsetzung
mit den ungesättigten Säuren substituierte Carbonamide mit tertiären Stickstoffatomen,
die für medizinische Zwecke besonderes Interesse besitzen. Man kann mit den Aminen
vor ihrer Umsetzung mit den ungesättigten Säuren auch noch weitere Operationen vornehmen,
z. B. zusätzliche Carbonamidgruppen einführen. Als Beispiel dafür sei die Anlagerung
von y Aminopropylpyrrolidon an Acrylsäure-dimethylamid genannt
Von rein. aliphatischen Aminen seien als Beispiele genannt: substituierte wie unsubstituierte
Amide der Aminoessigsäure, Aminopropionsäure usw.:
Die erste Verbindung läBt sich aus Methylamin und Chloressigsäuredimethylamid, die
zweite durch Anlagerung von Methylamin an Acrylsäuredimethylamid herstellen. Natürlich
sind die Gruppen im Amidrest variierbar, z. B. kann man Methylamin an folgendes
Acrylsäureamid anlagern:
Mehr als zwei Carbonamidgruppen in den Endprodukten kann man ebenfalls erhalten,
wenn man bei= spielsweise von Dicarbonsäureamiden ausgeht. Methylamin, an Maleinsäuredimethylamid
angelagert, ergibt folgende Base:
Von ungesättigten Säuren, deren reaktionsfähige Derivate, wie Halogenide oder Anhydride,
für sich allein oder in. Verbindung mit anderen Vinylverbindungen polymerisierbar
sind und daher für vorliegendes Verfahren geeignet sind, sollen vor allem genannt
sein: Acrylsäure, halogensubstituierte Acrylsäuren, Methylacrylsäure, Fumärsäure,
Maleinsäure, Crotonsäure usw.
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Die Umsetzung dieser Säuren mit den Basen kann am besten in Form ihrer
Halogenide, z. B. ihrer
Chloride oder ihrer Anhydride, in nichtwäßrigen
oder wäßrigen Medien, gegebenenfalls bei Anwesenheit säurebindender Mittel erfolgen.
Unter Umständen kann man auf eine Reindarstellung der Umsetzungsprodukte verzichten,
um sie erst nach der Polymerisation durch Dialyse zu reinigen, wobei alle nicht
polymeren Verunreinigungen entfernt werden.
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Die Polymerisation der Verbindungen kann nach bekannten Methoden erfolgen.
Zweckmäßig wird man sie in wäßriger Phase ausführen, besonders dann, wenn auch die
Kondensation mit der ungesättigten Säure in wäßriger Lösung stattfand. Man benutzt
die üblichen Katalysatoren wie Peroxyde, Persulfate, Redoxsysteme usw. Die Größe
der Polymerisatmoleküle kann man regeln durch Verdünnen, durch Variation der Temperatur
und der Katalysatorzusätze. Auch können bremsende Zusätze wie Alkohole verwendet
werden. Besonders für medizinische Zwecke ist es erforderlich, mit der Größe der
Moleküle in mittleren Bereichen zu bleiben, da sehr hochmolekulare Körper vom Organismus
oft schlecht vertragen werden. Die Polymerisate können durch Dialyse, durch Umfällen
oder sonstige geeignete Maßnahmen gereinigt werden. Ihre Löslichkeit in Wasser hängt
von der Anzahl der CH,-Gruppen ab, die mit den Carbonamidgruppen verknüpft sind;
man kann sie daher variieren. So kann man z. B. auch Verbindungen darstellen, die
bei bestimmten höheren Temperaturen ausfallen. Kondensiert man z. B. Acrylchlorid
mit y-Aminopropylcaprolactam, so entsteht ein Umsetzungsprodukt, das unterhalb i5°
klar wasserlöslich ist, sich oberhalb dieser Temperatur aber zu trüben und abzuscheiden
beginnt, um beim Abkühlen wieder in Lösung zu gehen. Man kann den Trübungspunkt
natürlich durch Mischpolymerisation mit hydrophilen Komponenten heraufsetzen. Je
mehr Carbonamidgruppen vorhanden sind, um so größer ist die Wasserlöslichkeit, um
so mehr kann man auch andere Vinylverbindungen ohne Verlust der Wasserlöslichkeit
einpolymerisieren.
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Die Polymerisate zeigen adsorptive Eigenschaften, die offenbar den
Carbonamidgruppen, insbesondere den cyclisch eingebauten, zukommt. So dürfte ihre
Löslichkeit in Wasser zum Teil auf einer Solvatation beruhen, denn man kann sie
durch Zugabe geeigneter Stoffe, wie Phenole, Gerbstoffe usw., aufheben, so daß Fällung
eintritt, indem die adsorbierten Wassermoleküle durch die Zusatzstoffe verdrängt
werden. So wird auch Gelatine adsorptiv gebunden, erkenntlich an der Zunahme der
Viskosität. Diese Adsorbate sind mit Säuren fällbar, während es die Komponenten
nicht sind. Ferner kann die Löslichkeit der Polymerisate in Wasser durch Umsetzung
mit Vernetzungsmitteln aufgehoben werden, wenn die Polymerisate noch reaktionsfähige
Gruppen enthalten.
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Die Polymerisate sind außer zum Absorbieren auch geeignet als Verdickungsmittel,
als Schlichtemittel, als Dispergatoren sowie als Blutersatzmittel. Sie können als
relativ ungiftig bezeichnet werden, da ihre dosis letalis media im Durchschnitt
zwischen 2,5 und 4 g pro kg liegt.
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Die Herstellung und Polymerisation der Körper wird an einigen Beispielen
erläutert werden, ohne daß diese Aufzählung gleichzeitig eine Beschränkung bedeuten
soll.
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Beispiel i 14,2 Gewichtsteile Aminopropyl-a-pyrrolidon, erhalten durch
Addition von a-Pyrrolidon an Acrylnitril und nachfolgende Reduktion, werden in 5o
Gewichtsteilen Wasser, enthaltend 4,4 Gewichtsteile NaOH, gelöst. Bei o° läßt man
io Gewichtsteile Acrylchlorid zutropfen. Nach beendigter Umsetzung werden gegebenenfalls
noch einige Tropfen NaOH bis zur neutralen Reaktion nachgesetzt. Man erhält eine
Lösung von Acryl-aminopropyl-a-pyrrolidon.
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Zu der auf 5o° erwärmten Lösung werden o,2 Gewichtsteile Kaliumpersulfat
zugegeben und durch schwaches Rühren in Lösung gebracht. Die Polymerisation setzt
unter Steigerung der Temperatur auf 6o° und unter Verdickung der Lösung ein. Nach
Abklingen der Polymerisation wird mit 50 Volumteilen Wasser verdünnt. Zur
Beseitigung von Salzen und anderen niedermolaren Anteilen kann mit fließendem Wasser
dialysiert werden. Man erhält i8o Gewichtsteile einer io°/oigen viskosen Lösung.
Die relative Viskosität der i°/oigen Lösung beträgt bei 20° 1i bei 25° io. Fügt
man vor der Polymerisation Zoo Volumteile Wasser hinzu und polymerisiert im übrigen
in gleicher Weise wie beschrieben, so erhält man ein Polymerisat, dessen i°/oige
Lösung bei 2o° eine relative Viskosität von 6,2, bei 25° von 6 zeigt. Statt Acrylchlorid
kann mit gleichem Erfolg auch Methacrylchlorid oder Acrylsäureanhydrid verwendet
werden. Beispiel 2 13 Gewichtsteile Aminoäthyl-a-pyrrolidon, dargestellt
durch Umsetzung von Äthylendiamin mit y-Butyrolacton, werden in ioo Volumteilen
Wasser gelöst. Bei o° läßt man zu der Lösung io Gewichtsteile Acrylchlorid und gleichzeitig
eine wäßrige Lösung von 4,4 Gewichtsteilen NaOH in 50 Volumteilen Wasser
zutropfen. Nach beendeter Umsetzung wird das erhaltene Acryl-aminoäthylpyrrolidon
in folgender Weise polymerisiert Man erwärmt auf 50°, gibt o,2 Gewichtsteile Ammoniumpersulfat
dazu und läßt unter schwachem Rühren die Polymerisation, die sich durch Temperaturerhöhung
und Verdickung anzeigt, bei 50° zu Ende gehen. Die relative Viskosität einer i%igen
Lösung des Polymerisates beträgt bei 2o° 2,3, bei 25° 2,1. In gleicher Weise kann
man auch N-Methylaminopropyl-oder Aminobutylpyrrolidon, hergestellt durch Einwirkung
von Methylpropylendiamin, bzw. i, 4-Butylendiamin auf a-Pyrrolidon mit Acrylchlorid
umsetzen und polymerisieren. Beispiel 3 i9 Gewichtsteile Aminopropyl-a-piperidon,
hergestellt durch Anlagerung von Piperidon an Acrylnitril und Hydrierung, werden
in ioo Volumteilen Wasser gelöst. Bei o° werden 12, Gewichtsteile Acrylchlorid und
5,5 Gewichtsteile Na OH, gelöst in 50 Volumteilen Wasser, langsam zugegeben.
Nach etwa 2stündigem Nachrühren wird filtriert, evtl. mit einigen Tropfen
NaOH-Lösung
neutral gestellt und das erhaltene Acryl-aminopropylpiperidon in folgender Weise
polymerisiert Es werden o,2 Gewichtsteile Kaliumpersulfat unter langsamen Rühren
und unter Erwärmen auf 50° zugegeben. Die Polymerisation zeigt sich durch eine Viskositätserhöhung
der Lösung bei gleichzeitiger Temperatursteigerung an. Nach beendigter Polymerisaiion
wird dialysiert. Man erhält 17o Gewichtsteile einer io%igen viskosen Lösung, die
i%ig eine relative Viskosität von 3,6 bei 2o° und von 3,5 bei 25° zeigt. Beispiel
4 16,8 Gewichtsteile Aminopropyl-s-caprolactam, erhältlich durch Anlagerung von
e-Caprolactam an Acrylnitril und Hydrierung, werden in 50 Volumteilen Wassergelöst.
Bei o° läßt man io Gewichtsteile Acrylchlorid und 5o Volumteile Wasser, -enthaltend
4,4 Gewichtsteile NaOH, zutropfen. Zur Beendigung der Kondensation wird noch etwa
30 Minuten nachgerührt.
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Gibt man zu der Lösung von. Acryl-aminopropylcaprolactam o,2 Gewichtsteile
Kaliumpersulfat und läßt mehrere Stunden bei Temperaturen unterhalb 2o° stehen,
so verdickt sich die Lösung, bei Temperaturen oberhalb etwa 25° trübt sie sich,
und das Polymerisat scheidet sich zähklebrig ab. Es löst sich in kaltem Wasser unterhalb
von 15 ° wieder klar viskos auf. Soll der Trübungspunkt heraufgesetzt werden oder
eine Abscheidung überhaupt verhindert werden, so polymerisiert man ein leichter
lösliches Amid ein, z. B. das in Beispiel i genannte Acryl-aminopropylpyrrolidon;
man kann zu diesem Zweck einen aliquoten Teil dieser Lösung zur Mischpolymerisation
verwenden. Beispiel 5 14,1 Gewichtsteile y-Aminopropylpyrrolidon werden mit
9,9 Gewichtsteilen Acrylsäuredimethylamid vermischt und mehrere Stunden auf
einem Wasserbad erwärmt, wobei unter Verschwinden der Acryldoppelbindung das Pyrrolidonylaminopropyl-aminopropionsäure-dimethylamid
entsteht. 24 Gewichtsteile dieses Adduktes werden in 150 Volumteilen Wasser gelöst
und dazu allmählich tropfenweise unter Kühlung 1o Gewichtsteile Acrylchlorid und
5o Gewichtsteile Wasser, enthaltend 4,4 Gewichtsteile Na OH, zugefügt: Nach i Stunde
Nachruhren bei 2o° ist die Umsetzung beendet. Man erhält eine Lösung des Acryl-pyrrolidonyl
- aminopropyl - aminopropionsäure - dimethylamids.
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Man gibt o,2 Gewichtsteile Kaliumpersulfat zu und polymerisiert bei
50°. Die Polymerisation zeigt sich durch Zunahme der Viskosität an. Nach Beendigung
wird gegebenenfalls dialysiert und auf eine Konzentration von io°/o eingestellt.
Man erhält 250 g io%ige Lösung. Die relative Viskosität einer i%igen Lösung beträgt
bei 2o° 2,8 und bei 25° 2,7. Beispiel 6 26,7 Gewichtsteile des durch Umsetzung von
Dipropylentriamin mit y-Butyrolacton erhältlichen Di-(pyrrolidonyl-propyl)-imins
werden in Zoo Volumteilen Wasser gelöst. Dann läßt man io Gewichtsteile Acrylchlorid
und 50 Volumteile Wasser, enthaltend 4,4 Gewichtsteile NaOH bei o°, zutropfen,
bei 2o° wird i Stunde nachgerührt, blank filtriert und evtl. mit einigen Tropfen
NaOH nachneutralisiert. Es entsteht eine Lösung von Acryl-di-(pyrrolidonylpropyl)-imin.
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Man gibt o,2 Gewichtsteile Kaliumpersulfat zu und erwärmt auf 5o°.
Die Lösung verdickt sich, bleibt aber verhältnismäßig niedrig viskos. Nach 48stündigem
Dialysieren, wobei monomere Anteile und Verunreinigungen entfernt werden, stellt
man die Lösung auf einen bestimmten Gehalt, z. B. io%, ein. Die Ausbeute beträgt
26o g = 26 g Festsubstanz = 87°/o der Theorie. Die relative Viskosität einer i%igen
Lösung beträgt bei 2o° i,8 und bei 25° 1,7. Beispiel 7 5o Gewichtsteile Methylamin
werden mit 5o Gewichtsteilen Chloracetdimethylamid in Zoo Volumteilen Benzol zunächst-mehrere
Stunden bei Raumtemperatur sich selbst überlassen. Nach anschließendem mehrstündigem
Erhitzen wird vom ausgeschiedenen salzsauren, Methylamin abfiltriert und das Lösungsmittel
abdestilliert. Das zurückbleibende Sarkösin-dimethylamid siedet bei 15 mm und 1o3°
(basischer Stickstoff berechnet 120/a, titriert 11,5%).
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11,6 Gewichtsteile Sarkosin-dimethylamid werden in Zoo Volumteilen
Benzol gelöst. In diese Lösung läßt man unter Zusatz von 7 Gewichtsteilen CaC03
1i Gewichtsteile Acrylchlorid tropfen. Es wird abgesaugt und das Filtrat zur Trockne
vorsichtig eingeengt. Das als gelbliches Öl zurückbleibende Acrylsarkosin-dimethylamid
ist nicht mehr basisch. Es läßt sich leicht polymerisieren.
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Eine 5%ige Lösung des erhaltenen Öles in Wasser wird mit o,1 Gewichtsteilen
Kaliumpersulfat auf 5o° erwärmt. Die Lösung verdickt sich. Nach 1stündigem Nacherhitzen
wird dialysiert und durch Einengen der dialysierten Lösung auf 5% wieder eingestellt.
Die relative Viskosität einer i%igen Lösung beträgt bei 2o° i,8 und bei 25° 1,6.
Beispiel 8 2o Gewichtsteile Methylamin in Zoo Volumteilen Benzol werden mit 32 Gewichtsteilen
Acrylsäuredimethylamid mehrstündig bei Raumtemperatur sich selbst überlassen, dann
wird die Lösung kurze Zeit zum Sieden erhitzt, man destilliert vom Lösungsmittel
ab. Das Addukt Methylaminopropionsäuredimethylamid siedet bei 1,5 mm und 9o bis
9i°.
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2o Gewichtsteile Methylamino-propionsäure-dimethylamid werden in 5o
Volumteilen Wasser bei 2o° mit 14 Gewichtsteilen Acrylchlorid und 6,2 Gewichtsteilen
NaOH, gelöst in 50 Volumteilen Wasser, tropfenweise versetzt. Zum Schluß
wird mit einigen Tropfen NaOH-Lösung neutral gestellt.
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Man erwärmt unter Zugabe von o,2 Gewichtsteilen Kaliumpersulfat auf
5o°. Die Polymerisation setzt unter Steigerung der Temperatur auf 58° ein und ist
nach kurzer Zeit beendet. Anschließend wird dialysiert. Die relative Viskosität
einer i %igen Lösung beträgt bei 2o° 6,2 und bei 25° 6.
Für die
Herstellung der Ausgangsstoffe wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung kein Schutz
beansprucht.