EP1232018A2 - Verfahren zum aufbringen eines polymers auf einen träger - Google Patents

Verfahren zum aufbringen eines polymers auf einen träger

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EP1232018A2
EP1232018A2 EP00979625A EP00979625A EP1232018A2 EP 1232018 A2 EP1232018 A2 EP 1232018A2 EP 00979625 A EP00979625 A EP 00979625A EP 00979625 A EP00979625 A EP 00979625A EP 1232018 A2 EP1232018 A2 EP 1232018A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer
crosslinking
solution
layer
reagent
Prior art date
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EP00979625A
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English (en)
French (fr)
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EP1232018B1 (de
Inventor
Klaus Gottschall
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Instraction GmbH
Original Assignee
Instraction GmbH
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Publication date
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Publication of EP1232018A2 publication Critical patent/EP1232018A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1232018B1 publication Critical patent/EP1232018B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50—Multilayers
    • B05D7/52—Two layers

Definitions

  • the present invention relates to a method in which one or more polymers are applied in layers to a carrier material.
  • the present invention likewise relates to the polymer network which can be obtained by the process according to the invention, the polymer network being produced in a preferred embodiment in such a way that its conformation is adapted to one or more template compounds.
  • Another aspect of the present invention relates to the use of the polymeric network produced according to the invention in processes in which substances are produced, separated, detected or converted into other substances.
  • polymer solutions are normally spun onto the carrier. By concentrating the polymer solution, however, polymer coatings are obtained which generally have no satisfactory properties. If the polymer networks produced in this way are used, for example, for material separation processes, the loadability with a substrate has insufficient values, or the retention time of the substrate is generally so short that insufficient material selectivity is achieved in these material separation processes. Likewise, the reproducibility of the characteristic data of the polymer network and of the carrier used, for example with regard to its polymer content, is generally insufficient.
  • Coatings with polymers are described, for example, in Wilfried Plum, dissertation, D 82 (RWTH Aachen), Verlag Shaker, Aachen 1995, G. Schomburg et al, Chromatographia, 18 (1984) 265 and in A. Kurganov et al, Journal of Chromatography A, 660 (1994) 97-111.
  • Suitable polymers are described, inter alia, in German patent applications DE-A 198 55 173.8 and DE-A 199 28 236.6.
  • the present invention relates to a method for applying at least two layers of at least one polymer to a carrier material, characterized in that at least one layer of the at least one polymer is bound to the carrier material in at least one step and at least one in at least one further step another layer of the at least one polymer is applied to the at least one polymer layer bonded to the carrier material.
  • the step-by-step application of the at least one polymer can be carried out in accordance with any suitable method which ensures that at least one layer of the polymer is applied per step, so that a layered polymer structure is applied to the carrier material.
  • the present invention relates to a process as described above, characterized in that in the at least one step in which the at least one layer of the at least one polymer is bonded to the support material,
  • Reaction conditions are brought into contact, in which the at least one polymer is not bound to the support material and then the reaction conditions are varied such that the at least one polymer is bound to the support material, or (ii) a solution of the at least one polymer is brought into contact with the support material under reaction conditions in which the solution of the at least one polymer is present under theta conditions ,
  • the solution which is brought into contact with the carrier material according to (i) may have one or more suitable solvents, the at least one polymer being dissolved or also colloidally dissolved or suspended, for example in the form of a nanosuspension, in the solvent or solvent mixture , can be.
  • reaction conditions are chosen such that when the solution is brought into contact with the support material, the at least one polymer is not bound to the support material.
  • reaction conditions are set, for example, by one or more suitable solvents. In this regard, preference is given to using solvents in which the at least one polymer is so readily soluble that there is no binding to the support material.
  • the term “the polymer is not bound to the support material” means that essentially no binding can be determined by measuring the distribution coefficient.
  • reaction conditions can also be achieved by a suitable choice of temperature, for example by bringing the solution into contact with the support material at such high temperatures that the at least one polymer does not bind to the support material.
  • reaction conditions can be achieved by suitably adjusting the pH of the polymer solution if the binding of the at least one polymer to the support material is dependent on the pH. It is also conceivable that the binding of the at least one polymer to the carrier material is prevented by a suitable combination of two or more of these methods.
  • reaction control ensures, among other things, that reaction conditions under which the at least one polymer contained in the solution precipitates are avoided.
  • a solution comprising the at least one polymer into contact with the carrier material. It is also conceivable to first bring the carrier material into contact with the at least one solvent and then to introduce the at least one polymer into the at least one solvent. It is also possible to first bring the support material into contact with at least one solvent and then to add a solution comprising the at least one polymer. If two or more polymers are used, it is conceivable to dissolve each separately or together with one or more other polymers in a respective solvent or solvent mixture and to separate the individual solutions, each of which comprises at least one polymer, together or separately with the carrier material, which is already dissolved or colloidally dissolved or suspended in at least one solvent.
  • all carrier materials to which the at least one polymer can be applied by bonding are suitable in the context of the present invention. If two or more different polymers are used, it is sufficient in the process according to the invention if one of the Polymers can be applied to the carrier material by binding. Of course, it is of course also conceivable that two or more different polymers can be applied to the carrier material by bonding.
  • no polymer can be applied to one or more of them as long as polymer is applied to at least one of the carrier materials.
  • further polymers and compounds such as, for example, customary auxiliaries, can be applied, it being possible for the polymer to be bound to the carrier material by other interactions and / or processes.
  • the polymers and / or compounds present in the solution cannot be applied to the support and, for example, remain in the solution.
  • at least one of these polymers is applied in a further step to, for example, a carrier material which is brought into contact with the solution comprising this polymer before this further step.
  • the reaction conditions are changed such that the at least one polymer binds to the support material.
  • a polymer is bound to a carrier material.
  • all changes are conceivable which are suitable for enabling the binding of at least one of the polymers to the support material.
  • the binding is dependent on the temperature, it is conceivable, for example, to either increase or decrease the temperature, depending on which change favors the binding.
  • the composition of the solution containing the at least one polymer is changed or this solution is slowly concentrated.
  • the present invention therefore also relates to a process as described above, characterized in that the reaction conditions according to (i) are varied in that (a) the composition of the solution by varying the at least one
  • Solvent or by adding at least one other compound is changed, or
  • the solution is concentrated in such a way that the concentration of the at least one polymer in the solution is kept largely constant when concentrated, or
  • At least one further solvent is added to the solution in which the at least one polymer is present, which solvent has poorer solvent properties with respect to at least one of the polymers.
  • the composition of the solution is changed such that at least one acidic or at least one basic compound or a mixture of two or more thereof is added, by means of which the pH of the solution is changed so that the binding of at least one the polymer is made possible.
  • suitable compounds for example salts, comprising, for example, metal cations, or suitable organic compounds are added in accordance with the process of the invention, the addition of which bonds at least one of the polymers.
  • the solution which contains the at least one polymer is concentrated in such a way that the concentration of the at least one polymer which is to be bound to the support material remains largely constant in the solution.
  • this concentration of the solution is carried out by a correspondingly slow procedure, by means of which the polymer concentration is kept largely constant.
  • the method according to the invention can be carried out in such a way that a solution which contains the at least one polymer lymer contains, is passed through a device filled with carrier material, preferably a packed column, is preferably pumped, then a non-specific or non-selective crosslinking reagent is passed through the device filled with carrier material, then again a solution with at least one polymer which may be the same or different from the polymer carried out first, through which the device filled with carrier material is passed, etc..
  • This embodiment is outstandingly suitable for the continuous, comparatively time-effective application of polymer layers, in particular when the polymer solutions and the crosslinking agent are passed through in succession from the respective storage containers.
  • two or more of the above-mentioned methods can be combined in a suitable manner, including the change in temperature.
  • a suitable manner including the change in temperature.
  • one polymer or several different polymers are applied to the support material.
  • the reaction conditions it is conceivable to choose the reaction conditions in such a way that two or more different polymers are applied simultaneously to the support material, a layer being formed on the support material which comprises the two or more different polymers. If two or more different support materials are used, it is conceivable that a layer of a polymer is applied to each support material, which layer can comprise a polymer or two or more different polymers.
  • each layer can comprise a single type of polymer or two or more different polymers.
  • a solution of the at least one polymer is brought into contact with the support material under reaction conditions in which the solution of the at least one polymer is present under theta conditions.
  • the at least one polymer is very particularly preferably applied to the support material while the solution is brought into contact with the support material.
  • theta condition reference is made inter alia to M. Yamakawa, Modern Theory of Polymer Solutions, Harper & Row, New York (1971), p. 72 f.
  • a layer of at least one polymer is preferably applied to the carrier material in a first step, and a second layer is applied to this first layer in a second step and, if necessary, a third layer to the second layer and so on.
  • bond as used in the context of the present invention is understood to mean all covalently reversible, covalently irreversible and non-covalent interactions via which the at least one polymer with the carrier material and / or with one, if applicable, already occurs the carrier material applied or, if appropriate, applied to a polymer layer can interact.
  • Possible non-covalent interactions of a first polymer with the carrier material and / or a second polymer, which may be the same or different from the first polymer include the following:
  • Charge transfer interactions e.g. ⁇ - ⁇ interaction
  • polymers can be used in the process according to the invention which are capable of forming such non-covalent interactions, for example. It is conceivable here, inter alia, that the at least one functional group via which the polymer forms at least one of these non-covalent interactions lies in the polymer strand itself and / or in at least one side chain of the polymer strand.
  • examples include binding via disulfide bridges or via labile esters or imines such as Schiff bases or enamines.
  • all polymers which are capable of forming these interactions can be used in the process according to the invention. These can be commercially available or those polymers which are produced specifically for the process according to the invention. In the latter embodiment, it is conceivable, among other things, to derivatize a commercially available polymer in such a way that it has side groups which are required for the formation of the desired interaction. It is also possible to prepare the polymer from suitable monomers in such a way that such functional groups are present in the polymer strand and / or in the side chains of the polymer via which the desired interactions can take place.
  • the derivatization can be carried out by all processes known from the prior art. In this regard, reference is made to DE-A 198 55 173.8 and the prior art cited therein.
  • derivatizing polymers is the polymer-analogous reaction of functional groups-containing polymers with derivatization compounds.
  • a derivatized polymer can be provided in the process according to the invention, which is produced by reacting a polymer having at least one functional group with at least one activation reagent or a derivative of an activation reagent, this reaction being homogeneous or heterogeneous, preferably homogeneous can be done.
  • the activation reagent will usually be chosen so that the at least one functional group of the polymer during the reaction with reacts with the activation reagent and thus improves its reactivity in a subsequent reaction with a derivatization reagent.
  • the polymer having at least one functional group can be treated with at least one activated and / or at least one non-activated derivatization reagent and / or one activation reagent simultaneously, i.e. in the sense of a "one-pot reaction".
  • a desired residue can be introduced into the polymer via this reaction of the activated polymer having at least one functional group with a derivatization reagent.
  • these activated functional groups can have different reactivities to one or more derivatization reagents. Accordingly, it is conceivable in the context of the method according to the invention to selectively derivatize functional groups in this way.
  • the term “selective” means that a polymer which has, for example, two or more functional groups which are different from one another, is reacted with, for example, two different activation reagents, so that a subsequent reaction with a derivatization reagent for derivatization predominantly to exclusively on the or the activated functional groups, which is or are activated with one of these two activation reagents, generally on the activated functional group (s) which are more reactive with respect to the derivatization reagent.
  • Another conceivable embodiment of the present invention consists in reacting the polymer having at least one functional group with different products from reactions of activation reagents and derivatization reagents.
  • a mixture of compounds can be reacted with the polymer, the mixture comprising reaction products from an activation reagent and two or more different derivatization reagents.
  • a mixture is also conceivable which comprises reaction products of a derivatization reagent and two or more different activation reagents.
  • a mixture which comprises reaction products of two or more different activation reagents and two or more different derivatization reagents.
  • it is also possible within the scope of the present invention not to react the various reaction products of activation reagent and derivatization reagent in a mixture, but individually and in the desired order with the polymer having at least one functional group.
  • activation reagents known from the literature can be used as the activation reagent.
  • An overview of a whole series of activation reagents that can be used to activate different functional groups is given, for example, by the article cited above by P. Mohr, M. Holtzhauer, G. Kaiser, which in this regard is fully referenced in the context of the present Patent application is included.
  • Chloroformic acid esters and chloroformic acid esters with electron-withdrawing radicals should be mentioned in particular.
  • the present invention describes a method in which the activation reagent is derived from a compound of the following structure (I):
  • R ⁇ and R 2 are the same or different and can be straight-chain, branched-chain or bridged to a carbocycle or a heterocycle and are chosen so that the activating reagent or the derivative of the activating reagent with the polymer having at least one functional group in a homogeneous phase can be implemented.
  • R 1 and R 2 can be, for example, cycloalkyl, cycloalkenyl, alkyl, aryl or aralkyl radicals having up to 30 carbon atoms, f
  • the present invention describes a process in which the activating reagent is derived from a compound of the following structure (I 1 ),
  • R 3 to R 10 may be the same or different and may represent hydrogen, straight-chain or branched-chain alkyl, aryl, cycloalkyl, heterocyclic and aralkyl radicals having up to 30 carbon atoms, or more of the R 3 to Rio in turn can be bridged to a carbocycle or heterocycle and are chosen so that the activating reagent or the derivative of the activating reagent with the polymer having at least one functional group can be reacted in a homogeneous phase.
  • the present invention further describes a method in which the activation reagent has the following structure (II),
  • R 3 to R 10 are as defined above.
  • the present invention describes a process in which the activation reagent is derived from a compound of structure (II), as indicated above, where R 3 to R 10 are each hydrogen.
  • the compounds having the structures (I), (I ') and (II) can be prepared by all customary processes known from the prior art. Such a method for ONB-Cl is described, for example, in P. Henklein et al., Z. Chem. 9 (1986), p. 329 f. specified.
  • all of the polymers which have at least one functional group which is reactive with the activation reagents can be reacted with the activation reagents or derivatives of activation reagents as described above.
  • polymers in the process according to the invention which, as at least one functional group, have a group which has at least one nucleophilic unit.
  • Preferred functional groups of the polymer having at least one functional group include OH groups, optionally substituted amine groups, SH groups, OSO 3 H groups, SO 3 H groups, OPO 3 H 2 groups, OPO 3 HR ⁇ -Groups, PO 3 H 2 groups, PO 3 HR n groups, COOH groups and mixtures of two or more thereof, each with R- .
  • ⁇ is selected so that the activation reagent or the derivative of the activation reagent can be reacted with the polymer having at least one functional group in a homogeneous and / or heterogeneous phase.
  • the polymers having at least one functional group can also contain further polar groups, such as, for example, -CN.
  • Both natural and synthetic polymers can be used as the polymer having at least one functional group. Possible restrictions in the selection of the polymers result only from the fact that the implementation of the polymer in the process according to the invention is carried out in a homogeneous phase and from the later intended use of the derivatized polymer.
  • polymer naturally also includes higher molecular weight compounds which are referred to in polymer chemistry as “oligomers”.
  • Polysaccharides e.g. Cellulose, amylose and dextrans;
  • Oligosaccharides such as e.g. cyclodextrins
  • Polyvinyl alcohol poly-thr, poly-ser; - Polyethyleneimine, polyallylamine, polyvinylamine, polyvinylimidazole, polyaniline, polypyrrole, poly-lys; Poly (meth) acrylic acid (ester), polyitaconic acid, poly-Asp; Poly-Cys;
  • copolymers and in particular block copolymers and statistical copolymers are in principle suitable for use in the present process. Both copolymers with non-functionalizable fractions such as co-styrene or co-ethylene or copolymers such as co-pyrrolidone should be mentioned.
  • mixed-functional or even pre-derivatized polymers are preferably used in order to achieve optimum solubility.
  • examples include: partially or fully alkylated or acylated cellulose; - polyvinyl acetate / polyvinyl alcohol; Polyvinyl ether / polyvinyl alcohol; N-butyl polyvinylamine / polyvinylamine.
  • Polymer / copolymer mixtures can also be used. All suitable polymer / copolymer mixtures can be used here, for example mixtures of the above-mentioned polymers and copolymers, among which is to be mentioned here, among others: poly (acrylic acid) -covinyl acetate; Polyvinyl alcohol-co-ethylene; - polyoxymethylene-co-ethylene; modified polystyrenes, e.g. Copolymers of styrene with
  • the polymer having at least one functional group is reacted with an activation reagent such as, for example, a compound of structure (II), this reaction product can also be reacted with a derivatization reagent, as also described above.
  • an activation reagent such as, for example, a compound of structure (II)
  • all reagents that can react with the activated polymer and lead directly or indirectly to the desired derivatized polymer can be used.
  • compounds which have at least one nucleophilic group are used as derivatization reagents in the process according to the invention.
  • derivatization reagents which have the general composition HY-Rj 2 .
  • Y stands for example for O, NH, NR 13 or S, where R 12 and R ⁇ 3 can generally be chosen freely. For example, they represent an optionally suitable substituted alkyl or aryl radical.
  • Activated polymer for example with ONB-Cl, the amino group-containing mono- or polyhydric alcohol or the mono- or polyhydric thiol containing amino groups, selectively with the amino group.
  • the OH or SH groups thus introduced into the polymer can then be reactivated in a further step with, for example, one of the activation reagents described above, which enables chain extensions and branching, depending on the value of the alcohols or thiols originally used.
  • the polymer having at least one functional group is reacted with an activated derivatization reagent, the latter being obtained from the reaction of an activation reagent with the derivatization reagent.
  • Derivatives of amines, alcohols, thiols, carboxylic acids, sulfonic acids, sulfates, phosphates or phosphonic acids activated in the process according to the invention are preferably reacted with the polymer having at least one functional group, the compounds being activated with ONB-Cl, again in a preferred embodiment.
  • these activated derivatization reagents which can be reacted with the polymer having at least one functional group, have the following general structures ( ⁇ i) to (IX):
  • R 3 to R 10 are as defined above and R 14 to R 2 ⁇ are generally not subject to any restrictions, for example may also have chirality, and be selected in the process according to the invention in such a way that the reaction with the polymer having at least one functional group is homogeneous Phase can be carried out.
  • the substituents R 14 to R 21 are generally chosen as a function of the desired interaction with the substrate.
  • R 14 to R 21 may be the same or different and represent hydrogen, a straight-chain or branched-chain alkyl, aryl or aralkyl radical having up to 30 C atoms or radicals containing corresponding heteroatoms.
  • polyvalent amines, alcohols, thiols, carboxylic acids, sulfonic acids, sulfates, phosphates or phosphonic acids can be reacted with an activation reagent and this reaction product can be reacted with the polymer having at least one functional group, polyols in particular being mentioned here.
  • Both the reaction of the polymer having at least one functional group with an activated derivatization reagent and the reaction of the polymer having at least one functional group with an activation reagent and subsequent reaction of the product with a derivatization reagent according to the process of the invention makes it possible to prepare polymer derivatives which are very diverse have spatial arrangements.
  • the present invention describes a derivative of the type in question here which has at least one receptor group which has a binding unit which is decisive for the binding of a biological substrate.
  • Such a derivative which is tailor-made for biological substrates, then has corresponding receptor groups which, for example, can also have structures which occur in nature or parts of such structures which are responsible for binding, and which can then interact with a biological substrate.
  • Enzyme, amino acid, peptide, sugar, amino sugar, sugar acid and oligosaccharide groups or derivatives thereof are to be mentioned here in particular. It is essential for the above receptor groups that the naturally occurring binding principle of a receptor with a substrate is maintained so that, for example, synthetic enzymes, binding domains of antibodies or other physiological epitopes can be obtained by means of this embodiment.
  • preference is given here to a derivative of a polymer having at least three functional groups, as described above, in which at least one group is an amino acid residue or an amino acid derivative residue. Examples of possible amino acids are:
  • Amino acids with aliphatic residues such as e.g. Glycine, alanine, valine,
  • Leucine isoleucine
  • Amino acids with an aliphatic side chain comprising one or more hydroxyl groups e.g. Serine, threonine
  • Amino acids that have an aromatic side chain e.g. Phenylalanine, tyrosine, tryptophan;
  • Amino acids comprising basic side chains, e.g. Lysine, arginine, histidine;
  • Amino acids that have acidic side chains e.g. aspartic acid
  • Amino acids that have amide side chains e.g. Asparagine, glutamine; Amino acids which have sulfur-containing side chains, e.g. cysteine,
  • Modified amino acids e.g. Hydroxyproline, ⁇ -carboxylglutamate, O-
  • di- or oligopeptides instead of the amino acid, the use of one or more di- or oligopeptides is also conceivable, in particular homopeptides which are composed only of the same amino acids.
  • An example of a dipeptide is hippuric acid.
  • beta, gamma or other structural isomeric amino acids and peptides derived therefrom, such as, for example, desipeptides, can also be used.
  • R represents a halogen atom or a radical (X 1 )
  • R ⁇ , R 2 '; Ri “and R 2 " are the same or different and represent hydrogen, straight-chain or branched-chain alkyl, aryl, cycloalkyl, heterocyclic or aralkyl radicals having up to 30 carbon atoms or either R and R 2 'or R-, "and R 2 "or both Ri 'and R 2 ' and R ⁇ " and R 2 "are linked to at least one carbocycle or to at least one heterocycle or to at least one carbocycle and to at least one heterocycle.
  • compounds which include the following structures (X ⁇ ) to (X 39 ) are to be mentioned as examples:
  • R '" is hydrogen or a straight-chain or branched-chain, optionally substituted alkyl, aryl or aralkyl radical having up to 30 carbon atoms.
  • the derivatization reagent can contain groups that are selective or specific for the covalent and / or non-covalent interaction.
  • the polymers can be prepared from suitable monomers by a suitable method, this polymer then optionally being derivatized in accordance with the process described above.
  • any method which leads to this polymer is suitable for producing a suitable polymer which has the functional groups required for binding to the carrier material or binding to a polymer layer.
  • a method for producing the polymer is preferably used in which a condensation compound by reacting at least one functional group of a first low molecular compound having at least two functional groups with at least one functional group of at least one further second low molecular compound having at least two functional groups , which may be the same as or different from the first low molecular weight compound, is obtained to give a condensation compound, the process being characterized in that at least one of the functional groups involved in this reaction is reacted with a compound structure (X ) as defined above
  • the first layer which is applied to the at least one carrier material, is bound in such a way that non-covalent interactions of the type described above are formed between the polymer layer and the carrier material.
  • the individual polymer layers which in turn are preferably applied in individual steps, are connected to one another by covalent crosslinking.
  • the present invention also relates to a method as described above, characterized in that the binding of the at least one layer of the at least one polymer to the carrier material takes place through non-covalent interaction of the at least one polymer with the carrier material and the application of the at least one further Position of the at least one polymer is carried out by covalent crosslinking.
  • covalent crosslinking which, as described, is particularly preferably formed between the individual polymer layers, all suitable, covalently reversible and / or covalently irreversible interactions are possible.
  • examples include binding via disulfide bridges or via labile esters or imines such as Schiff bases or enamines.
  • binding via disulfide bridges or via labile esters or imines such as Schiff bases or enamines.
  • ester inter alia, ester, amide, carbonate, hydrazide, urethane or urea bonds or thio-analogous or nitrogen-homologous bonds can be formed.
  • the covalent or / and non-covalent interactions mentioned can take place between the carrier material and the first polymer layer or between the individual polymer layers in such a way that functional groups which are present in the polymer strand of the at least one polymer used and / or in at least one side chain of the at least one polymer , interact with the carrier material or at least one functional group of a further polymer, which in turn is present in the polymer strand and / or in at least one side chain of this polymer.
  • crosslinking reagent is understood to mean all compounds which have at least two functional groups via which this compound is non-covalently and / or covalently reversible or / and covalently irreversible with either the carrier material and interacts with at least one polymer or with at least two polymers, which may be the same or different from one another.
  • crosslinking reagents for example, in a covalently reversible manner, in a covalently irreversible manner or in a non-covalent manner, in the case of crosslinking in a noncovalent manner, for example, crosslinking via ionic interaction or via charge transfer interaction may be mentioned.
  • Crosslinking methods or reagents of this type are described, inter alia, in Han, KK, et al., Int. J. Biochem., 16, 129 (1984), Ji, TH, et al., Meth. Enzymol., 91, 580 (1983) and Means, G. and Feeney, RE, Bioconj.
  • non-covalent interactions should also be referred to all the non-covalent interactions already described in detail above.
  • covalently reversible interactions which have also been described as examples above.
  • all suitable non-covalent interactions are also conceivable with regard to the cross-linking reagents.
  • non-covalent crosslinking can take place if, in the event that two basic groups of, for example, polyallylamine are crosslinked with one another, a dibasic acid such as, for example, glutaric acid is added, or in the case that two acidic groups, for example polyacrylic acid, are added to one another to be crosslinked, a divalent base such as ethylenediamine is added.
  • a non-covalent crosslinking can also be formed, for example, by complex-forming metal ions or by metal complexes with free coordination points. In general, with regard to non-covalent crosslinking, reference can be made to all possible interactions that have already been presented above.
  • a covalently reversible crosslinking can be achieved, for example, by forming a sulfur-sulfur bond to form a disulfide bridge between two groups attached to one or two polymer strands or by forming a Schif base.
  • Crosslinking via ionic interaction can occur, for example, via two residues, one of which is a Structural unit a quaternary ammonium ion and the other as a structural unit for example
  • Crosslinking via hydrogen bonds can, for example, be formed between two complementary base pairs, for example via the following structure:
  • non-covalently crosslinkable polymers can have a complementary structure with respect to the crosslinking sites, structural units which are complementary to one another being, for example, acid / triamine or uracil / melamine.
  • the crosslinking reagent can be complementary to the crosslinking sites on the polymer strand. An example of this would be an amine group on the polymer strand and a dicarboxylic acid as crosslinking reagent.
  • crosslinking reagents which can lead to covalently irreversible crosslinking include, inter alia, two or more functional compounds such as, for example, diols, diamines or dicarboxylic acids.
  • divalent crosslinking agents are reacted with the activated polymer derivative or the at least divalent activated crosslinking reagent with the non-activated fourth polymer derivative.
  • this crosslinking reagent can in particular be a condensation compound which, by reacting at least one functional group of a first low molecular weight compound having at least two functional groups, with at least one functional group of at least one further, at least one the second low-molecular compound having two functional groups, which may be the same as or different from the first low-molecular compound, is produced to obtain a condensation compound, the process being characterized in that at least one of the functional groups involved in this reaction is preceded by the reaction Reaction with a connection structure
  • a dimeric crosslinker is listed below, which is prepared from phenylalanine and leucine by the process described above:
  • reaction routes (A) and (B), in which the rest BNO represents the following structural unit (XII), are listed as examples of the structure of a condensation compound to be used as a crosslinking reagent by the process according to the invention:
  • carrier materials all materials which can form the covalent and / or non-covalent interactions with the at least one polymer as described above are suitable as carrier materials.
  • the carrier material is dissolved or colloidally dissolved or suspended.
  • the carrier material is a polymer or a polymer network, as is produced, inter alia, in the process according to the invention, as described below.
  • the carrier material is a solid, its surface can be flat, such as plates made of glass or metal, or curved or embedded in porous bodies, for example tubular or sponge-like, such as zeolites, silica gel or cellulose beads ,
  • the carrier materials can furthermore be of natural origin or synthetic nature. Examples include gelatin, collagen or agarose.
  • the first polymer layer which is applied to the carrier material, is bound to the carrier material via non-covalent interaction without using a crosslinking reagent, and the polymer layers are crosslinked to one another by covalent crosslinking using at least one crosslinking reagent.
  • crosslinking reagents it is conceivable within the scope of the present invention that either non-selective / non-specific or / and selective / specific crosslinking reagents are used.
  • selective / specific crosslinking reagent is understood to mean a crosslinking reagent which has two or more different functional groups, of which at least one group, in comparison with at least one group different from one another, under given reaction conditions with one functional group of another Polymer or the carrier material preferably reacts.
  • the term furthermore encompasses crosslinking reagents which have two or more identical functional groups, but whose chemical environment differs or / and which are sterically different are arranged and therefore at least one of them reacts preferentially with a functional group of a further polymer or the support material under given reaction conditions.
  • This term also encompasses those crosslinking reagents which have the same or different functional groups and differ in their selectivity / specificity because part of the functional groups is activated with an activation reagent by a process as described above.
  • one or more of the functional groups with optionally different reactive groups can be activated, so that the reactivity of some of the optionally activated groups differs from the reactivity of the other part of the any activated groups.
  • Combinations of two or more of the influences described, which affect the specificity / selectivity, are of course also conceivable.
  • the present invention also relates to a method as described above, characterized in that the covalent crosslinking is carried out by at least one non-specific or non-selective crosslinking reagent or at least one specific or selective crosslinking reagent or by a mixture of two or more thereof.
  • a preferred embodiment proceeds in such a way that the starting material to which the Polymer layer is to be brought into contact with a solution which brings the at least one crosslinking reagent and the at least one polymer which is to be applied as a polymer layer into contact.
  • reaction conditions are chosen under which the crosslinking reagent preferably reacts with the starting material or with the polymer to be applied.
  • the crosslinking takes place in a next step, for example by reacting the reaction product from the polymer to be applied and crosslinking reagent with the starting material via at least one functional group of the crosslinking reagent or by reacting the reaction product from starting material and crosslinking reagent with the polymer to be applied.
  • Selective / specific crosslinking reagents are preferably used in the process according to the invention when the support material and polymer or polymer and polymer are crosslinked to one another via functional groups which have the same or similar reactivity.
  • selective / specific activation reagents include, for example, polyvalent carboxylic acids, diamines or diols which are activated with different reactive groups or of which only some of the functional groups are activated.
  • Further examples include compounds which have at least two different functional groups, such as, for example, amino acids, hydroxy acids or amino alcohols, the different functional groups having different reactivity under given reaction conditions.
  • one or more of the functional groups with optionally different reactive groups can be activated, so that the reactivity of some of the optionally activated groups is different from the reactivity of the other part of the optionally activated Groups differ, as already described above.
  • non-selective / non-specific crosslinking reagents are used in the method according to the invention, two preferred methods are among others to name tour guides.
  • these preferred process guides are carried out in such a way that the intramolecular crosslinking and / or the intermolecular crosslinking within a polymer layer are largely avoided and a polymer layer is applied. Small cross-links within a polymer layer can contribute to additional stabilization of the polymer network.
  • the present invention also relates to a method as described above, wherein at least one non-specific or one non-selective crosslinking reagent is used, characterized in that the crosslinking takes place in such a way that
  • the at least one crosslinking reagent reacts in a first step with the last applied layer of the at least one polymer and the
  • Reaction product in a further step with a solution comprising the at least one polymer is brought into contact and by reaction of the at least one polymer contained in the solution with the reaction product at least one further layer of the at least one polymer is applied to the reaction product, or
  • method (aa) is carried out in such a way that the crosslinking reagent is brought into contact with the last applied polymer layer at temperatures at which the crosslinking agent tion reagent statistically evenly distributed over the already existing polymer layer and at which a reaction of the cross-linking reagent with the already existing polymer layer largely.
  • the temperatures at which this work is carried out are generally in the range from 0 to -70 ° C.
  • the statistically uniformly distributed crosslinking reagent is reacted with the already existing polymer layer by appropriate variation of the reaction conditions in such a way that the crosslinking reagent predominantly reacts via one or more functional groups and at least one functional group of the crosslinking reagent via which the crosslinking to the next polymer layer, does not react with the existing polymer layer.
  • this takes place at low temperatures, which are generally in the range from 0 to -10 ° C.
  • This is further promoted by the use of short-chain cross-linking reagents and / or the immobilization of the polymer layer. Possible ways in which this crosslinking can be induced include the use of ultrasound or photochemical crosslinking.
  • a solution comprising the at least one polymer that is to be applied as the next polymer layer is brought into contact with the reaction product of crosslinking reagent and already existing polymer layer.
  • the reaction conditions are then changed so that the reaction takes place particularly preferably between the unreacted functional groups of the crosslinking reagent bound to the already existing polymer layer and the polymers to be applied as the next polymer layer.
  • the reaction conditions are influenced by adding the solution which comprises the at least one polymer which is to be applied as the next polymer layer in such a way that a further change in the reaction conditions no longer has to take place.
  • the method according to (bb) is carried out in such a way that the solution comprising the at least one crosslinking reagent and the at least one polymer is brought into contact with the last applied layer of the at least one polymer under reaction conditions in which initially no reaction takes place, but both crosslinking reagent and polymer to be applied are statistically evenly distributed over the already existing polymer layer.
  • this contacting takes place in a preferred embodiment at low temperatures, generally in the range from 0 to -70 ° C.
  • the reaction conditions are then changed such that the crosslinking reagent reacts both with the polymer layer already present and with the polymer which is applied as the next layer.
  • the crosslinking reagent first reacts with the already existing polymer layer and then with the polymer to be applied to form the new polymer layer.
  • the crosslinking reagent reacts simultaneously with the already existing polymer layer and the polymer to be applied to form the new polymer layer.
  • the statistically uniformly distributed crosslinking reagent first reacts with the statistically uniformly distributed polymer and the reaction product then reacts with the already existing polymer layer to form the new polymer layer.
  • non-selective / non-specific crosslinking reagents include divalent epoxides, isocyanates, chlorotriazines, amidines or aldehydes.
  • Succinimide-activated, particularly preferably ONB- and N-hydroxy-phthalimide-activated compounds should also be mentioned. Among other things, they also refer here to the crosslinking reagents already explicitly listed above.
  • symmetrical, as a rule bivalent crosslinking reagents and very particularly preferably activated dicarboxylic acids are used.
  • the chain length of the crosslinking reagents used in any of the embodiments of the method according to the invention is generally arbitrary and can be adapted to the requirements of the respective method.
  • the chain itself can be aliphatic or aromatic or araliphatic.
  • the chain can further comprise one or more functional groups which are capable of forming covalent or non-covalent interactions.
  • the chain length for crosslinking reagents which have a carbon chain is preferably in the range from 2 to 24 C atoms, particularly preferably in the range from 4 to 24 C atoms and particularly preferably in the range from 8 to 12 C atoms.
  • the polymers which are used in the process according to the invention are essentially subject only to the restriction that they can be applied to a support material in at least one layer, forming the interactions as described above.
  • Polymers with a poppy mass in the range of 2,000 to 100,000 g / mol are particularly preferably used.
  • the molecular weights are determined by GPC.
  • the present invention also relates to a process as described above, characterized in that the at least one polymer has a molar mass in the range from 2,000 to 100,000 g / mol.
  • the at least one polymer is applied in such a way that it is brought into contact with the carrier material and / or already applied polymer layer in a largely uncoiled structure, but as close as possible above the theta point.
  • a solvent or solvent mixture is chosen in which the polymer is largely uncoiled, naturally also by the specific choice other reaction conditions such as temperature, pressure or pH the uncoiled form of the polymer can be supported.
  • particular preference is given to used polymers that have a molecular weight of less than about 30,000 g / mol. This embodiment favors the application of largely monomolecular polymer layers.
  • the solvent or solvent mixture or other reaction conditions are chosen such that the at least one polymer in the solution is in the vicinity above the theta point.
  • This special embodiment which is particularly preferably favored by polymers with a molecular weight in the range of more than approximately 30,000 g / mol, makes it possible to favor the application of the polymer in loose polymer balls.
  • the solvent or solvent mixture or other reaction conditions are chosen such that the at least one polymer in the solution is in the vicinity below the theta point.
  • the solvent or solvent mixture or other reaction conditions are chosen such that the at least one polymer in the solution is in the vicinity below the theta point.
  • the individual crosslinking steps which are carried out in the process according to the invention can be carried out in such a way that an essentially arbitrary degree of crosslinking of the polymer layers with one another is achieved.
  • the process is preferably carried out in such a way that the degree of crosslinking of a polymer chain which is crosslinked with two further polymers is in the range from 0.5 to 25%.
  • This degree of crosslinking is based on the monomer units of a polymer chain which has been crosslinked with two adjacent polymer chains.
  • This degree of crosslinking is particularly preferably in the range from 2 to 10%.
  • the present invention also relates to a process as described above, characterized in that the degree of crosslinking is in the range from 0.5 to 25%, based on the monomer units of a polymer chain crosslinked with two adjacent polymer chains.
  • a polymer network to a carrier material which, for example due to the covalent crosslinking of the polymer layers with one another, has a structure which consists of two- or three-dimensional cells.
  • Such a cell of the polymer network is generally formed by at least one crosslinking reagent which crosslinks two polymer layers and a part of at least one polymer from which the polymer layers are formed.
  • the present invention also describes a method, as described above, in which a polymer network is formed by applying at least one polymer layer to at least one carrier material, the polymer network comprising one or more interaction cells via which the polymer network connects with at least one template compound can interact covalently or / and non-covalently.
  • the process according to the invention can be carried out in such a way that the polymer structure, which is built up by applying at least one polymer in at least one layer on at least one support material, is adapted to at least one template compound with respect to the interaction cells.
  • the present invention therefore also describes a method as described above, characterized in that the conformation of the polymeric structure, which results from interaction and crosslinking, during the application or after the application of at least one of the layers of the at least one polymer is adapted to at least one template connection on the carrier material. Furthermore, the present invention also describes a method in which the polymeric structure which has been applied and produced on the carrier material is detached from the carrier material and is then used in applications such as are described below, for example.
  • the present invention also encompasses the polymeric network itself, which can be obtained by a process as described above.
  • the present invention therefore also relates to a polymeric network which can be produced by a method as described above.
  • the polymer network which can be produced by the process according to the invention is distinguished in particular by the fact that it is insoluble but nevertheless has swellability.
  • the present invention also relates to the use of a process as described above or a polymeric network, obtainable by a process as described above, for producing a polymeric network which is matched to at least one template compound.
  • the polymeric networks produced according to the invention can, in a preferred embodiment, be used in processes in which, for example, substances are produced, converted into other substances or separated from other substances. It is also conceivable that the polymeric networks produced according to the invention are used for the detection of optical, electrical or mechanical signals.
  • the polymeric networks are particularly suitable for these processes if, as described above, they are adapted to at least one template compound.
  • silica gel SP 300-15 / 30 Covering of silica gel SP 300-15 / 30 with poly (benzyl-N-allylcarbamate) with a degree of derivatization of 14% and subsequent crosslinking of the polymer with dodecanedioic acid bis (N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboximide) ester
  • silica gel 300 ⁇ , 20 ⁇ m (Daisogel SP 300-15 / 30) (10.02 g) the mixture was agitated on a shaker for 30 minutes and, after suction extraction, washed with dichloromethane (4 ⁇ 50 mL) over a glass frit.
  • the coated silica gel was converted into a solution of dodecanedioic acid bis (N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboximide) ester (46 mg, 83 ⁇ mol) and triethylamine (36 mg, 0.35 mmol ) in dichloromethane (60 mL) and the suspension was concentrated to dryness in vacuo (85 mbar, water bath 0 ° C).
  • the coated silica gel was washed with tetrahydrofuran (60 ° C, 4 x 25 mL), suction filtered and washed with dichloromethane (50 mL).
  • poly (benzyl-N-allyl carbamate) with a degree of derivatization of 14% (1.60 g) was dissolved in boiling glacial acetic acid (100 mL, approx. 117 ° C), after cooling with dichloromethane (100 mL, 1, 18 mol) and mixed with 100 mL pyridine (100 mL, 1.26 mol) to deteriorate the solubility of the polymer. Then dimethylaminopyridine (DMAP, 80 mg, 0.65 mmol) and again pyridine (12 mL, 0.15 mol) were added. Subsequently, the cloudiness was removed with a few drops of glacial acetic acid.
  • DMAP dimethylaminopyridine
  • the mixture was agitated on a shaker for 30 minutes and, after suction extraction, washed with dichloromethane (4 ⁇ 50 mL) over a glass frit.
  • the coated silica gel was crosslinked again as described above and then, according to the second method, covered with a third polymer layer.
  • the coated silica gel was mixed with glacial acetic acid (100 mL), the suspension heated to boiling, suction filtered, washed with dichloromethane (5 x 50 mL), dried (110 ° C, 16 h) and sieved through a 45 ⁇ m sieve.
  • the weight was 9.4 g.
  • the coated silica gel obtained was converted into a solution of bis-dodecanoic acid (N-hydroxy-5-norbomen-2,3-dicarboximide) ester (100 mg, 0.18 mmol) and triethylamine (54 mg, 0.54 mmol) added to dichloromethane (80 mL) and the suspension was evaporated to dryness in vacuo (100 mbar, water bath 0 ° C).
  • the coated silica gel was boiled up in THF (40 mL), suction filtered and washed with hot THF (3 x 40 mL) and dichloromethane (2 x 30 mL).
  • poly (benzyl-N-allylcarbamate) with a degree of derivatization of 14% (1.66 g) was dissolved in 100 ml glacial acetic acid at 50 ° C within 30 minutes, after cooling with dichloromethane (100 mL) and diluted with pyridine ( 100 mL) added to deteriorate the solubility of the polymer. Then dimethylaminopyridine (DMAP, 22 mg, 0.15 mmol) and 13 mL pyridine were added. The resulting turbidity was removed by adding 3 mL glacial acetic acid.
  • DMAP dimethylaminopyridine
  • the coated silica gel obtained above and reacted with the crosslinker was added to this solution and the mixture was agitated on a shaking machine for 30 minutes. After suction filtration over a glass frit, the residue was washed with the following solutions: THF (60 ° C, 4 x 40 mL), pyridine (0.6 mL) in dichloromethane (30 mL), dichloromethane (3 x 30 mL). The mixture was then dried at 50 ° C. in vacuo.
  • the coated silica gel was mixed with glacial acetic acid (40 mL), the suspension was heated to boiling, suction filtered and washed with dichloromethane (4 x 20 mL). The mixture was then washed with a solution of 0.25 ml of pyridine in 15 ml of dichloromethane and THF (4 ⁇ 20 ml) and dried.
  • the carbon content of the coated silica gel was 7.2%; this corresponds to 111 mg of polymer per gram of silica gel.
  • a glass column with a diameter of 2.5 cm was packed with silica gel 300 ⁇ , 20 ⁇ m (Daisogel SP 300-15 / 30) (5.00 g).
  • Poly (benzyl-N-allyl carbamate) with a degree of derivatization of 14% (3.20 g) was dissolved in 200 ml of water and with the addition of 1-2 ml of glacial acetic acid within 2 hours.
  • This polymer solution was pumped in a circle for 24 hours through the glass column with silica gel.
  • the column was washed first with air, then with acetone / water 50:50 vol% (30 ml) and acetone (150 ml) rinsed. According to elemental analysis, the carbon content of the silica gel covered was on average 2.7%.
  • poly (benzyl-N-allyl carbamate) with a degree of derivatization of 14% (3.20 g) was dissolved in 200 ml water and with the addition of 1-2 ml glacial acetic acid within 2 hours.
  • This polymer solution was pumped in a circle for 24 hours through the glass column with the coated silica gel. The column is rinsed first with air and then with acetone / water 50:50 vol% (120 ml).
  • Glazed acetic acid 50 mL was added to the silica gel, the suspension was heated to boiling, suction filtered and pyridine (20 mL) added. The mixture was then filtered off, washed with THF (60 ° C, 3 x 50 mL) and dried.
  • the carbon content of the silica gel covered was on average 5.0%.

Description

Verfahren zum Aufbringen eines Polymers auf einen Träger
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, in dem ein oder mehrere Poly- mere in Schichten auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung das polymere Netzwerk, das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist, wobei in einer bevorzugten Ausfuhrungsform das polymere Netzwerk derart hergestellt ist, daß dessen Konformation an ein oder mehrere Templatverbindungen angepaßt ist. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Er- findung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten polymeren Netzwerkes bei Prozessen, in denen Stoffe hergestellt, getrennt, detektiert oder in andere Stoffe umgewandelt werden.
In Verfahren, in denen nach dem bekannten Stand der Technik Polymere auf ei- nen Träger aufgebracht werden, werden normalerweise Polymerlösungen auf den Träger aufrotiert. Durch dieses Einengen der Polymerlösung werden jedoch Po- lymerbeschichtungen erhalten, die in der Regel keine zuf iedenstellenden Eigenschaften aufweisen. Werden die derart hergestellten polymeren Netzwerke beispielsweise für Stofftrennprozesse verwendet, so weist die Beladbarkeit mit einem Substrat nur ungenügende Werte auf, oder die Retentionszeit des Substrates ist in der Regel so kurz, daß bei diesen Stofftrennprozessen nur eine ungenügende Selektivität erreicht wird. Ebenso ist die Reproduzierbarkeit der Kenndaten des polymeren Netzwerkes sowie des belegten Trägers, beispielsweise hinsichtlich seines Polymergehalts, in der Regel ungenügend.
Beschichtungen mit Polymeren werden beispielsweise in Wilfried Plum, Dissertation, D 82 (RWTH Aachen), Verlag Shaker, Aachen 1995, G. Schomburg et al, Chromatographia, 18 (1984) 265 und in A. Kurganov et al, Journal of Chromato- graphy A, 660 (1994) 97-111 beschrieben.
Geeignete Polymere sind unter anderem in den deutschen Patentanmeldungen DE-A 198 55 173.8 und DE-A 199 28 236.6 beschrieben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demgemäß, ein Verfahren bereitzustellen, das es gestattet, ein Polymer derart auf einen Träger aufzubringen, daß die oben genannten Nachteile vermieden werden.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen von mindestens zwei Lagen mindestens eines Polymers auf ein Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Schritt mindestens eine Lage des mindestens einen Polymers an das Trägermaterial gebunden wird und in minde- stens einem weiteren Schritt mindestens eine weitere Lage des mindestens einen Polymers auf die mindestens eine an das Trägermaterial gebundene Polymerlage aufgebracht wird.
Das schrittweise Aufbringen des mindestens einen Polymers kann hierbei gemäß sämtlicher geeigneter Verfahren erfolgen, die gewährleisten, daß pro Schritt mindestens eine Lage des Polymers aufgebracht wird, so daß eine lagenförmige Polymerstruktur auf dem Trägermaterial aufgebracht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Ver- fahren, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mindestens einen Schritt, in dem die mindestens eine Lage des mindestens einen Polymers auf dem Trägermaterial gebunden wird,
(i) eine Lösung des mindestens einen Polymers mit dem Trägermaterial bei
Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, bei denen das mindestens eine Polymer auf dem Trägermaterial nicht gebunden wird und anschließend die Reaktionsbedingungen derart variiert werden, daß das mindestens eine Polymer auf dem Trägermaterial gebunden wird, oder (ii) eine Lösung des mindestens einen Polymers mit dem Trägermaterial bei Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, bei denen die Lösung des mindestens einen Polymers unter Theta-Bedingungen vorliegt.
Hierbei kann die Lösung, die gemäß (i) mit dem Trägermaterial in Kontakt gebracht wird, ein oder auch mehrere geeignete Lösungsmittel aufweisen, wobei das mindestens eine Polymer in dem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gelöst oder auch kolloidal gelöst oder auch suspendiert, beispielsweise in Form einer Nanosuspension, sein kann.
Gemäß (i) werden die Reaktionsbedingungen so gewählt, daß beim Inkontakt- bringen der Lösung mit dem Trägermaterial keine Bindung des mindestens einen Polymers an das Trägermaterial erfolgt. Diese Reaktionsbedingungen werden beispielsweise durch ein oder mehrere geeignete Lösungsmittel eingestellt. Bevorzugt werden diesbezüglich Lösungsmittel eingesetzt, in denen das mindestens eine Polymer so gut löslich ist, daß die Bindung an das Trägermaterial unterbleibt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „das Polymer wird nicht an das Trägermaterial gebunden", daß mittels Messung des Verteilungskoeffizienten im wesentlichen keine Bindung festgestellt werden kann.
Ebenso können diese Reaktionsbedingungen durch geeignete Temperaturwahl erreicht werden, in dem beispielsweise die Lösung mit dem Trägermaterial bei so hohen Temperaturen in Kontakt gebracht wird, daß die Bindung des mindestens einen Polymers an das Trägermaterial unterbleibt.
Weiter können diese Reaktionsbedingungen durch geeignete Einstellung des pH- Wertes der Polymerlösung erreicht werden, wenn die Bindung des mindestens einen Polymers an das Trägermaterial vom pH- Wert 'abhängig ist. Ebenso ist auch denkbar, durch eine geeignete Kombination von zwei oder mehr dieser Methoden die Bindung des mindestens einen Polymers an das Trägermaterial unterbunden wird.
Durch diese spezifische Art der Reaktionsfuhrung wird unter anderem erreicht, daß Reaktionsbedingungen, unter denen das in der Lösung enthaltene mindestens eine Polymer ausfällt, vermieden werden.
Was das Inkontaktbringen der Lösung des mindestens einen Polymers mit dem mindestens einen Trägermaterial anbelangt, so sind prinzipiell alle geeigneten Verfahrensführungen denkbar.
So ist es beispielsweise möglich, eine Lösung, die das mindestens eine Polymer umfaßt, mit dem Trägermaterial in Kontakt zu bringen. Ebenso ist es denkbar, das Trägermaterial zuerst mit dem mindestens einen Lösungsmittel in Kontakt zu bringen und dann in das mindestens eine Lösungsmittel das mindestens eine Polymer einzubringen. Ebenso ist es möglich, zuerst das Trägermaterial mit mindestens einem Lösungsmittel in Kontakt zu bringen und dann eine Lösung, die das mindestens eine Polymer umfaßt, zuzugeben. Werden zwei oder mehr Polymere eingesetzt, so ist es denkbar, jedes separat oder zusammen mit einem oder mehreren anderen Polymeren in jeweils einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch zu lösen und die einzelnen Lösungen, von denen jede mindestens ein Polymer umfaßt, zusammen oder getrennt mit dem Trägermaterial, das gegebenen- falls bereits gelöst oder kolloidal gelöst oder suspendiert in mindestens einem Lösungsmittel vorliegt, in Kontakt zu bringen.
Prinzipiell sind im Rahmen der vorliegenden sämtliche Trägermaterialien geeignet, auf die das mindestens eine Polymer durch Bindung aufgebracht werden kann. Werden zwei oder mehr voneinander verschiedene Polymer eingesetzt, so ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausreichend, wenn eines der Polymere durch Bindung auf das Trägermaterial aufgebracht werden kann. Selbstverständlich ist es natürlich auch denkbar, daß zwei oder mehr verschiedene Polymere durch Bindung auf das Trägermaterial aufgebracht werden können.
Werden zwei oder mehr voneinander verschiedene Polymere und zwei oder mehr voneinander verschiedene Trägermaterialien verwendet, so ist unter anderem denkbar, daß sämtliche Polymere auf sämtlichen Trägermaterialien aufgebracht werden können. Ebenso ist es denkbar, daß ein oder mehrere Polymere auf einem oder mehreren Trägermaterialien und ein oder mehrere davon verschiedene Poly- mere auf einem oder mehreren davon verschiedenen Trägermaterialien aufgebracht werden können.
Sofern zwei oder mehr verschiedene Trägermaterialien eingesetzt werden, kann auf eines oder auch mehrere davon kein Polymer aufgebracht werden, solange auf mindestens eines der Trägermaterialien Polymer aufgebracht wird. Ferner können weitere Polymere und Verbindungen, wie beispielsweise allgemein übliche Hilfsmittel aufgebracht werden, wobei die Bindung des Polymers an das Trägermaterial auch durch andere Wechselwirkungen oder/und Verfahren erreicht werden kann. Weiterhin können die in der Lösung vorhandenen Polymere oder/und Verbindungen nicht auf dem Träger aufgebracht werden und beispielsweise in der Lösung verbleiben. Unter anderem ist es denkbar, daß mindestens eines dieser Polymere in einem weiteren Schritt auf beispielsweise ein Trägermaterial aufgebracht wird, das vor diesem weiteren Schritt mit der Lösung, die dieses Polymer umfaßt, in Kontakt gebracht wird.
Gemäß (i) werden nach dem Inkontaktbringen die Reaktionsbedingungen derart geändert, daß die Bindung des mindestens einen Polymers an das Trägermaterial erfolgt. Wie vorstehend beschrieben, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich denkbar, daß im Falle, daß zwei oder mehr verschiedene Polymere oder/und zwei oder mehr verschiedene Trägermaterialien eingesetzt werden, ein Polymer an ein Trägermaterial gebunden wird. Was die Variation der Reaktionsbedingungen anbelangt, so sind sämtliche Änderungen denkbar, die dazu geeignet sind, die Bindung mindestens eines der Polymere das Trägermaterial zu ermöglichen.
Im Falle, daß die Bindung von der Temperatur abhängig ist, ist es beispielsweise denkbar, die Temperatur entweder zu erhöhen oder zu erniedrigen, je nachdem, welche Änderung die Bindung begünstigt. In ebenfalls bevorzugten Ausfuhrungsformen wird die Zuammensetzung der Lösung, die das mindestens eine Polymer enthält, geändert oder diese Lösung langsam eingeengt.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsbedingungen gemäß (i) dadurch variiert werden, daß (a) die Zusammensetzung der Lösung durch Variation des mindestens einen
Lösungsmittels oder durch Zugabe mindestens einer weiteren Verbindung geändert wird, oder
(b) die Lösung derart eingeengt wird, daß die Konzentration des mindestens einen Polymers in der Lösung beim Einengen weitgehend konstant gehalten wird, oder
(c) mindestens eine Methode gemäß (a) und die Methode (b) geeignet kombiniert werden.
Was die Änderung der Zusammensetzung der Lösung, die das mindestens eine Polymer enthält, anbelangt, so sind prinzipiell sämtliche Verfahren denkbar, die geeignet sind, durch diese Änderung die Bindung zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Lösung, in der das mindestens eine Polymer enthalten ist, mindestens ein weiteres Lösungsmittel zugegeben, das hinsichtlich mindestens eines der Polymere schlechtere Lösungsmitteleigenschaften aufweist. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird die Zusammensetzung der Lösung derart geändert, daß mindestens eine sauere oder mindestens eine basische Verbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon zugegeben werden, durch die der pH-Wert der Lösung so geändert wird, daß die Bindung mindestens eines der Polymere ermöglicht wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine oder mehrere Pufferlösungen zuzugeben, durch die der pH- Wert der Lösung so geändert wird, daß die Bindung mindestens eines der Polymere ermöglicht wird.
In einer ebenso bevorzugten Ausführungsform werden gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Verbindungen wie beispielsweise Salze, umfassend beispielsweise Metallkationen, oder geeignete organische Verbindungen zugegeben, durch deren Zusatz die Bindung mindestens eines der Polymere erfolgt.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird die Lösung, die das mindestens eine Polymer enthält, derart eingeengt, daß die Konzentration des mindestens einen Polymers, das an das Trägermaterial gebunden werden soll, in der Lösung weitgehend konstant bleibt. In einer ganz besonders bevorzugten Ausfuhrungsform erfolgt dieses Einengen der Lösung durch eine entsprechend langsame Verfahrensführung, durch die die Polymerkonzentration weitgehend konstant gehalten wird.
Ferner ist es möglich, die Lösung, die das mindestens eine Polymer enthält, in Anwesenheit eines nicht-spezifischen oder nicht-selektiven Vemetzungsreagenzes bis zur Trockne einzuengen. Bei dieser Ausführungsform, die im allgemeinen derart durchgeführt wird, daß das Polymer aus der Lösung schneller auf dem Träger abgelagert wird, als es aus der Lösung abgereichert wird, werden insbesondere Abscheidungen beim Abrotieren vermieden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt werden, daß eine Lösung, die das mindestens eine Po- lymer enthält, durch eine mit Trägermaterial befüllte Einrichtung, vorzugsweise eine gepackte Säule, hindurchgefuhrt, vorzugsweise gepumpt wird, anschließend ein nicht-spezifisches oder nicht-selektives Vernetzungsreagenz durch die mit Trägermaterial befüllte Einrichtung hindurchgefuhrt wird, danach wiederum eine Lösung mit mindestens einem Polymer, das gleich oder verschieden vom zuerst durchgeführten Polymer sein kann, durch die mit Trägermaterial befüllte Einrichtung hindurchgefuhrt wird, usw. . Diese Ausführungsform eignet sich hervorragend zur kontinuierlichen, vergleichsweise zeiteffektiven Aufbringen von Polymerlagen, insbesondere dann, wenn die Polymer-Lösungen und der Vernetzer aus j eweiligen Vorratsbehältnissen nacheinander hindurchgefuhrt werden.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können zwei oder mehr der oben genannten Methoden unter Einschluß der Änderung der Temperatur in geeigneter Weise kombiniert werden. So ist es beispiels- weise denkbar, sowohl die Zusammensetzung der Lösung wie beschrieben zu variieren und unterstützend die Lösung langsam einzuengen oder/und die Temperatur in geeigneter Weise zu variieren.
Je nach gewählten Reaktionsbedingungen ist es im Rahmen des erfindungsgemä- ßen Verfahrens denkbar, daß ein Polymer oder mehrere, voneinander verschiedene Polymere auf das Trägermaterial aufgebracht werden. Unter anderem ist es denkbar, die Reaktionsbedingungen derart zu wählen, daß zwei oder mehr voneinander verschiedene Polymere gleichzeitig auf das Trägermaterial aufgebracht werden, wobei eine Lage auf dem Trägermaterial entsteht, die die zwei oder mehr voneinander verschiedenen Polymeren umfaßt. Werden zwei oder mehr voneinander verschiedene Trägermaterialien verwendet, so ist es denkbar, daß auf jedem Trägermaterial eine Lage eines Polymers aufgebracht wird, die ein Polymer oder zwei oder mehr voneinander verschiedene Polymere umfassen kann.
Selbstverständlich ist es auch möglich, daß in einem Schritt zwei oder mehr Lagen mindestens eines Polymers auf das Trägermaterial aufgebracht werden, wobei die erste Lage des Polymers an das Trägermaterial gebunden ist, die zweite Lage des Polymers an die erste Lage gebunden ist und gegebenfalls jede weitere Lage des Polymers an die jeweils vorhergehende Lage gebunden ist. Dabei kann jede Lage prinzipiell eine einzige Polymerart oder zwei oder mehr voneinander ver- schiedene Polymere umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform wird gemäß (ii) eine Lösung des mindestens einen Polymers mit dem Trägermaterial bei Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, bei denen die Lösung des mindestens einen Polymers unter Theta- Bedingungen vorliegt. Hinsichtlich dieser Ausführungsform erfolgt das Aufbringen des mindestens einen Polymers auf das Trägermaterial ganz besonders bevorzugt während des Inkontaktbringens der Lösung mit dem Trägermaterial. Zum Begriff „Theta-Bedingung" sei unter anderem auf M. Yamakawa, Modern Theory of Polymer Solutions, Harper & Row, New York (1971), S. 72 f. verwiesen.
Bevorzugt wird gemäß des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einem ersten Schritt eine Lage mindestens eines Polymers auf das Trägermaterial aufgebracht und auf diese erste Lage in einem zweiten Schritt eine zweite Lage und auf die zweite Lage gegebenfalls in einem dritten Schritt eine dritte Lage und so fort. Be- züglich der geeigneten Methoden des Aufbringens sei auf obenstehende ausführliche Diskussion verwiesen.
Unter dem Begriff "Bindung", wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, werden sämtliche kovalent-reversiblen, kovalent-irreversiblen und nicht-kovalenten Wechselwirkungen verstanden, über die das mindestens eine Polymer mit dem Trägermaterial oder/und mit einer gegebenfalls bereits auf das Trägermaterial aufgebrachten oder gegebenenfalls auf einer Polymerlage aufgebrachten Polymerlage wechselwirken kann. Als mögliche nicht-kovalente Wechselwirkungen eines ersten Polymers mit dem Trägermaterial oder/und einem zweiten Polymer, das gleich oder verschieden von dem ersten Polymer sein kann, sind unter anderem zu nennen:
Wasserstoffbrückenbindungen; - Dipol-Dipol-Wechselwirkungen;
Van der Waals-Wechselwirkungen;
Hydrophobe Wechselwirkungen;
Charge-Transfer- Wechselwirkungen, z.B. π-π- Wechselwirkung;
Ionische Wechselwirkungen; - Koordinative Bindung, z.B. an Übergangsmetallen;
Kombinationen dieser Wechselwirkungen.
Demgemäß können im wesentlichen sämtliche Polymere im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, die beispielsweise zur Ausbildung solcher nicht- kovalenten Wechselwirkungen in der Lage sind. Hierbei ist es unter anderem denkbar, daß die mindestens eine funktioneile Gruppe, über die das Polymer mindestens eine dieser nicht-kovalenten Wechselwirkungen ausbildet, im Polymerstrang selbst oder/und in mindestens einer Seitenkette des Polymerstrangs liegt.
Der Begriff „funktionelle Gruppe", wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfaßt demgemäß sämtliche chemische Strukturen, über die nicht-kovalente, aber auch kovalent-reversible oder kovalent-irreversible Wechselwirkungen erfolgen können. Insbesondere fallen auch Kohlenwasserstoffketten und weitere Struktureinheiten, über die Van der Waals-Wechselwirkungen aufgebaut werden können, unter den Begriff der funktioneilen Gruppe.
Bezüglich der kovalent-reversiblen Wechselwirkung sind unter anderem beispielhaft die Bindung über Disulfidbrücken oder über labile Ester oder Imine wie bei- spielsweise Schiffsche Basen oder Enamine genannt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können prinzipiell sämtliche Polymere eingesetzt werden, die zur Ausbildung dieser Wechselwirkungen befähigt sind. Dabei kann es sich um kommerziell erhältliche oder auch um solche Polymere handeln, die speziell für das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden. Bei letzterer Ausführungsform ist es unter anderem denkbar, ein kommerziell erhältliches Polymer dergestalt zu derivatisieren, daß es Seitengruppen aufweist, die zur Ausbildung der erwünschten Wechselwirkung benötigt werden. Ebenso ist es möglich, das Polymer aus geeigneten Monomeren derart herzustellen, daß im Polymerstrang oder/und in den Seitenketten des Polymers solche funktioneilen Gruppen vorliegen, über die die erwünschten Wechselwirkungen erfolgen können.
Werden im erfindungsgemäßen Verfahren ein oder mehr Polymere zunächst deri- vatisiert und dann in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, so kann die De- rivatisierung nach sämtlichen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen. Diesbezüglich wird auf die DE-A 198 55 173.8 und den darin zitierten Stand der Technik verwiesen.
Eine weitere Möglichkeit, Polymere zu derivatisieren, stellt die polymeranaloge Umsetzung von funktioneile Gruppen aufweisenden Polymeren mit Derivatisie- rungsverbindungen dar.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform kann im erfindungsgemäßen Verfahren ein derivatisiertes Polymer zur Verfügung gestellt werden, das dadurch hergestellt wird, daß ein mindestens eine funktioneile Gruppe aufweisenden Polymers mit mindestens einem Aktivierungsreagenz oder einem Derivat eines Aktivierungsreagenzes umgesetzt wird, wobei diese Umsetzung homogen oder heterogen, bevorzugt homogen erfolgen kann.
Dabei wird das Aktivierungsreagenz in der Regel so gewählt werden, daß die mindestens eine funktionelle Gruppe des Polymers während der Umsetzung mit dem Aktivierungsreagenz reagiert und damit in ihrer Reaktivität bei einer nachfolgenden Umsetzung mit einem Derivatisierungsreagenz verbessert wird.
Im Rahmen dieser Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können das mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisende Polymer mit mindestens einem aktivierten und/oder mindestens einem nicht aktivierten Derivatisierungsreagenz und/oder einem Aktivierungsreagenz gleichzeitig, d.h. im Sinne einer „Eintopfreaktion" umgesetzt werden.
Über diese Umsetzung des aktivierten, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymers mit einem Derivatisierungsreagenz kann ein gewünschter Rest in das Polymer eingeführt werden.
Wurde hierbei ein Polymer mit unterschiedlichen Aktivierungsreagenzien umge- setzt, so können diese aktivierten funktionellen Gruppen gegenüber einem oder mehreren Derivatisierungsreagenzien unterschiedliche Reaktiviät aufweisen. Demgemäß ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, auf diese Weise funktionelle Gruppen selektiv zu derivatisieren. Der Begriff „selektiv" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß ein Polymer, das beispielsweise zwei oder mehr voneinander verschiedene funktionelle Gruppen aufweist, mit beispielsweise zwei verschiedenen Aktivierungsreagenzien umgesetzt wird, so daß eine nachfolgende Umsetzung mit einem Derivatisierungsreagenz zur Derivatise- rung überwiegend bis ausschließlich an der oder den aktivierten funktionellen Gruppen erfolgt, die mit einem dieser zwei Aktivierungsreagenzien aktiviert ist oder sind, in der Regel an der oder den bezüglich des Derivatisierungsreagenz reaktiveren aktivierten funktionellen Gruppe(n).
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es weiterhin möglich, das Aktivierungsreagenz vor der Umsetzung mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufwei- senden Polymer mit dem Derivatisierungsreagenz umzusetzen, um dann dieses Umsetzungsprodukt mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer umzusetzen.
Eine weitere, denkbare Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, das mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisende Polymer mit verschiedenen Produkten aus Umsetzungen von Aktivierungsreagenzien und Deriva- tisierungsreagenzien umzusetzen. So kann beispielsweise ein Gemisch aus Verbindungen mit dem Polymer umgesetzt werden, wobei das Gemisch Umsetzungsprodukte aus einem Aktivierungsreagens und zwei oder mehr verschiedenen De- rivatisierungsreagenzien umfaßt. Ebenso ist ein Gemisch denkbar, das Umsetzungsprodukte aus einem Derivatisierungsreagenz und zwei oder mehr verschiedenen Aktivierungsreagenzien umfaßt. Natürlich ist es auch möglich, sollte dies erforderlich sein, ein Gemisch einzusetzen, das Umsetzungsprodukte aus zwei oder mehr verschiedenen Aktivierungsreagenzien und zwei oder mehr verschie- denen Derivatisierungsreagenzien umfaßt. Selbstverständlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, die verschiedenen Umsetzungsprodukte aus Aktivierungsreagenz und Derivatisierungsreagenz nicht im Gemisch, sondern einzeln und in der gewünschten Reihenfolge mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer umzusetzen.
Als Aktivierungsreagenz können prinzipiell alle aus der Literatur bekannten Aktivierungsreagenzien eingesetzt werden. Einen Überblick über eine ganze Reihe von Aktivierungsreagenzien, die zur Aktivierung von verschiedenen funktionellen Gruppen eingesetzt werden können, gibt beispielsweise der bereits oben zitierte Artikel von P. Mohr, M. Holtzhauer, G. Kaiser, der diesbezüglich durch Bezugnahme vollumfänglich in den Kontext der vorliegenden Patentanmeldung einbezogen wird. Insbesondere seien dabei Chlorameisensäureester und Chlorameisensäureester mit elektronenziehenden Resten erwähnt.
Insbesondere beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren, in dem sich das Aktivierungsreagens von einer Verbindung der folgenden Struktur (I) ableitet:
wobei R\ und R2 gleich oder unterschiedlich sind und geradkettig, verzweigt- kettig oder zu einem Carbozyklus oder einem Heterozyklus verbrückt sein können und so gewählt sind, daß das Aktivierungsreagens oder das Derivat des Aktivierungsreagens mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer in homogener Phase umgesetzt werden kann.
Dabei können Ri und R2 beispielsweise Cycloalkyl-, Cykloalkenyl-, Alkyl-, Aryl- oder Aralkyl-Reste mit bis zu 30 C-Atomen sein, f
In einer bevorzugten Ausführungsform beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren, in dem sich das Aktivierungsreagens von einer Verbindung der folgenden Struktur (I1) ableitet,
wobei R3 bis R10 gleich oder unterschiedlich sein können und Wasserstoff, gerad- kettige oder verzweigtkettige Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl-, heterocyklische und Aralkyl-Reste mit bis zu 30 C-Atomen darstellen können, oder aber mehrere der R3 bis Rio wiederum zu einem Carbo- oder Heterozyklus verbrückt sein können und so gewählt sind, daß das Aktivierungsreagens oder das Derivat des Aktivie- rungsreagens mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer in homogener Phase umgesetzt werden kann.
Weiter beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren, in dem das Aktivie- rungsreagens folgende Struktur (II) aufweist,
wobei R3 bis R10 wie oben definiert sind.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausfuhrungsform beschreibt die vorliegende Er- findung ein Verfahren, in dem sich das Aktivierungsreagens von einer Verbindung der Struktur (II), wie oben angegeben, ableitet, wobei R3 bis R10 jeweils Wasserstoff ist.
Die Verbindungen mit den Strukturen (I), (I') und (II) sind nach allen gängigen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren herstellbar. Ein solches Verfahren für ONB-Cl ist beispielsweise in P. Henklein et al., Z. Chem. 9 (1986), S. 329 f. angegeben.
Mit den wie oben beschriebenen Aktivierungsreagenzien oder Derivaten von Ak- tivierungsreagenzien können im Prinzip alle Polymere, die mindestens eine mit den Aktivierungsreagenzien reaktive funktionelle Gruppe aufweisen, umgesetzt werden.
Unter anderem bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren Polymere eingesetzt, die als mindestens eine funktionelle Gruppe eine Gruppe aufweisen, die mindestens eine nucleophile Einheit aufweist. Als unter anderem bevorzugte funktionelle Gruppen des mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymers sind u.a. OH-Gruppen, gegebenenfalls substituierte Amingruppen, SH-Gruppen, OSO3H-Gruppen, SO3H-Gruppen, OPO3H2-Grupρen, OPO3HRπ -Gruppen, PO3H2-Gruppen, PO3HRn -Gruppen, COOH-Gruppen und Gemische aus zwei oder mehr davon zu nennen, wobei jeweils R-. ι so gewählt ist, daß das Aktivierungsreagenz oder das Derivat des Aktivierungsreagenzes mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer in homogener oder/und heterogenener Phase umgesetzt werden kann. Ebenso können die mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymere auch weitere polare Gruppen, wie beispielsweise -CN, enthalten.
Als das mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisende Polymer können sowohl natürliche als auch synthetische Polymere eingesetzt werden. Eventuelle Einschränkungen bei der Auswahl der Polymere ergeben sich nur dadurch, daß die Umsetzung des Polymers im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in homogener Phase vorgenommen wird und aus dem späteren Verwendungszweck des derivatisierten Polymers.
Dabei fallen im Rahmen dieser Erfindung unter den Begriff „Polymer" selbstverständlich ebenso höhermolekulare Verbindungen, die in der Polymerchemie als "Oligomere" bezeichnet werden.
Ohne auf bestimmte Polymere beschränken zu wollen, seien als mögliche, minde- stens eine funktionelle Gruppe aufweisende Polymere u.a. genannt:
Polysaccharide, wie z.B. Cellulose, Amylose und Dextrane;
Oligosaccharide wie z.B. Cyclodextrine;
Chitosan;
Polyvinylalkohol, Poly-Thr, Poly-Ser; - Polyethylenimin, Polyallylamin, Polyvinylamin, Polyvinylimidazol, Polya- nilin, Polypyrrol, Poly-Lys; Poly(meth)acrylsäure(ester), Polyitaconsäure, Poly-Asp; Poly-Cys;
Ebenso sind nicht nur Homopolymere, sondern auch Copolymere und insbesonde- re Block-Copolymere und statistische Copolymere prinzipiell geeignet, um im vorliegenden Verfahren eingesetzt zu werden. Dabei sind sowohl Copolymere mit nicht-funktionalisierbaren Anteilen wie etwa Co-Styrol oder Co-Ethylen oder auch Copolymere wie etwa Co-Pyrrolidon zu nennen.
Werden die Polymere im erfindungsgemäßen Verfahren in homogener flüssiger Phase derivatisiert, so werden, um eine optimale Löslichkeit zu erreichen, vorzugsweise gemischt- funktionale oder auch vorderivatisierte Polymere eingesetzt. Als Beispiele hierfür sind etwa zu nennen: partiell oder vollständig alkylierte oder acylierte Cellulose; - Polyvinylacetat / Polyvinylalkohol; Polyvinylether / Polyvinylalkohol; N-Butylpolyvinylamin / Polyvinylamin.
Ebenso können auch Polymer / Copolymer-Gemische verwendet werden. Dabei können alle geeigneten Polymer / Copolymer-Gemische eingesetzt werden, beispielsweise Gemische aus den oben bereits genannten Polymeren und Copolyme- ren, wobei unter anderem hierbei etwa zu nennen ist: Poly(acrylsäure)-Co-Vinylacetat; Polyvinylalkohol-co-Ethylen; - Polyoxymethylen-co-Ethylen; modifizierte Polystyrole, wie z.B. Copolymere des Styrols mit
(Meth)acrylsäure(estern);
Polyvinylpyrrolidon und dessen Copolymere mit Poly(meth)acrylaten.
Sämtliche der vorstehend beschriebenen Polymere oder/und Copolymere oder deren Gemische können selbstverständlich auch in underivatisierter Form in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, solange gewährleistet ist, daß sie, wie im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschrieben, zum mindestens einen Trägermaterial oder/und zu mindestens einem weiteren, im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Polymere kovalente oder/und nicht-kovalente Wechsel- Wirkungen ausbilden können.
Wird, wie oben beschrieben, das mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisende Polymer mit einem Aktivierungsreagenz wie beispielsweise einer Verbindung der Struktur (II) umgesetzt, so kann, wie ebenfalls oben beschrieben, dieses Um- Setzungsprodukt mit einem Derivatisierungereagenz umgesetzt werden.
Hierbei können prinzipiell alle Reagenzien, die mit dem aktivierten Polymer reagieren können und unmittelbar oder mittelbar zum gewünschten derivatisierten Polymer führen, verwendet werden. Unter anderem werden im erfindungsgemä- ßen Verfahren Verbindungen als Derivatisierungsreagenzien eingesetzt, die mindestens eine nucleophile Gruppe aufweisen.
Beispielsweise werden Derivatisierungsreagenzien verwendet, die die allgemeine Zusammensetzung HY-Rj2 aufweisen. Dabei steht Y beispielsweise für O, NH, NR13 oder S, wobei R12 und Rι3 i.a. frei gewählt werden können. Beispielsweise stehen sie für einen, gegebenenfalls geeignet substituierten, Alkyl- oder Arylrest.
Daneben ist es auch möglich, das aktivierte Polymer mit nucleophilen chiralen Verbindungen umzusetzen. Als Beispiele für solche chiralen Nucleophile seien beispielsweise genannt:
Borneol, (-)-Menthol, (-)-Ephedrin, α-Phenylethylamin, Adrenalin, Dopamin.
Eine weitere Möglichkeit ist es, im erfindungsgemäßen Verfahren das aktivierte
Polymer mit einem aminogruppenhaltigen ein- oder mehrwertigen Alkohol bzw. Thiol umzusetzen. Wird das mindestens eine funktionelle Gruppe enthaltende
Polymer beispielsweise mit ONB-Cl aktiviert, so reagiert der aminogruppenhalti- ge ein- oder mehrwertige Alkohol oder das aminogruppenhaltige ein- oder mehrwertige Thiol selektiv mit der Aminogruppe. Die somit in das Polymer eingeführten OH- oder SH-Gruppen lassen sich dann in einem weiteren Schritt wieder mit beispielsweise einem der oben beschriebenen Aktivierungsreagenzien aktivie- ren, wodurch Kettenverlängerungen und Verzweigungen, je nach Wertigkeit der ursprünglich eingesetzten Alkohole oder Thiole, ermöglicht werden.
In einer anderen, bereits oben beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisende Polymer mit einem aktivierten Derivatisierungsreagenz umgesetzt, wobei letzteres aus der Umsetzung eines Aktivierungsreagenz mit dem Derivatisierungsreagenz erhalten wird.
Vorzugsweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren aktivierte Derivate von Aminen, Alkoholen, Thiolen, Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Sulfaten, Phosphaten oder Phosphonsäuren mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer umgesetzt, wobei, wiederum in einer bevorzugten Ausführungsweise, die Verbindungen mit ONB-Cl aktiviert werden.
Unter anderem weisen also diese aktivierten Derivatisierungsreagenzien, die mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer umgesetzt werden können, die folgenden allgemeinen Strukturen (πi) bis (IX) auf:
wobei R3 bis R10 wie oben definiert sind und R14 bis R2ι im allgemeinen keinen Beschränkungen unterliegen, beispielsweise auch Chiralität aufweisen können, und im erfindungsgemäßen Verfahren so gewählt werden, daß die Umsetzung mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer in homogener Phase durchgeführt werden kann. Dabei werden die Substituenten R14 bis R21 in der Regel in Abhängigkeit von der gewünschten Wechselwirkung mit dem Substrat gewählt. Dabei können R14 bis R21 gleich oder verschieden sein und Wasserstoff, einen geradkettigen oder verzweigtkettigen Alkyl-, Aryl- oder Aralkylrest mit bis zu 30 C-Atomen oder entsprechende Heteroatome aufweisende Reste darstellen.
Ebenso können mehrwertige Amine, Alkohole, Thiole, Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Sulfate, Phosphate oder Phosphonsäuren mit einem Aktivierungsreagens um- gesetzt werden und dieses Umsetzungsprodukt mit dem mindestens eines funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer umgesetzt werden, wobei hier insbesondere Polyole zu nennen sind.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, Derivatisierungsreagenzien zu aktivieren und mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer umzusetzen, die zwei oder mehr verschiedene Arten der oben genannten funktionellen Gruppen aufweisen. Als Beispiel, unter anderem, sind hierbei etwa Aminoalko- hole zu nennen. Solche mehrwertigen Derivatisierungesreagenzien können im Rahmen der vorliegenden Erfindung selektiv partiell oder vollständig mit einem Aktivierungsreagenz aktiviert und mit dem mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymer umgesetzt werden.
Sowohl die Umsetzung des mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymers mit einem aktivierten Derivatisierungsreagenz als auch die Umsetzung des mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polymers mit einem Aktivierungsreagenz und anschließender Umsetzung des Produktes mit einem Deriva- tisierungsreagenz nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht es, Polymerderivate herzustellen, die verschiedenste räumliche Anordnungen aufweisen.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform beschreibt die vorliegende Erfindung ein Derivat der hier in Rede stehenden Art, das mindestens eine Rezep- torgruppe aufweist, die eine für die Bindung eines biologischen Substrats maßgebliche Bindungseinheit aufweist.
Ein derartiges für biologische Substrate maßgeschneidertes Derivat weist dann entsprechende Rezeptorgruppen, die z.B. auch in der Natur vorkommende Struk- turen oder für die Bindung verantwortliche Teile derartiger Strukturen aufweisen können, auf, die dann mit einem biologischen Substrat in Wechselwirkung treten können. Dabei sind hier insbesondere Enzym-, Aminosäure-, Peptid-, Zucker-, Aminozucker-, Zuckersäuren- sowie Oligosaccharid-Gruppen bzw. Derivate davon zu nennen. Essentiell für die obigen Rezeptorgruppen ist ausschließlich, daß das in der Natur vorkommende Bindungsprinzip eines Rezeptors mit einem Substrat beibehalten wird, so daß mittels dieser Ausführungsform z.B. synthetische Enzyme, bindende Domänen von Antikörpern oder sonstige physiologische Epi- tope erhalten werden können. Unter anderem bevorzugt wird hierbei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Derivat eines mindestens drei funktionelle Grup- pen aufweisenden Polymers, wie oben beschrieben, bei dem mindestens eine Re- zeptorgruppe ein Aminosäure-Rest oder ein Aminsäurederivat-Rest ist. Als Aminosäuren sind beispielsweise denkbar:
Aminosäuren mit aliphatischen Resten wie z.B. Glycin, Alanin, Valin,
Leucin, Isoleucin; - Aminosäuren mit einer aliphatischen Seitenkette, die eine oder mehrere Hydroxylgruppen umfaßt, wie z.B. Serin, Threonin;
Aminosäuren, die eine aromatische Seitenkette aufweisen, wie z.B. Phe- nylalanin, Tyrosin, Tryptophan;
Aminosäuren, die basische Seitenketten umfassen, wie z.B. Lysin, Arginin, Histidin;
Aminosäuren, die saure Seitenketten aufweisen, wie z.B. Asparaginsäure,
Glutaminsäure;
Aminosäuren, die Amidseitenketten aufweisen, wie z.B. Asparagin, Gluta- min; - Aminosäuren, die schwefelhaltige Seitenketten aufweisen, wie z.B. Cystein,
Methionin;
Modifizierte Aminosäuren, wie z.B. Hydroxyprolin, γ-Carboxylglutamat, O-
Phosphoserin;
Derivate der genannten oder von gegebenenfalls weiteren Aminosäuren, beispielsweise an der oder gegebenfalls den Carboxylgruppen mit beispielsweise Alkyl- oder Arylresten, die gegebenenfalls geeignet substituiert sein können, veresterte Aminosäuren.
Statt der Aminosäure ist auch die Verwendung eines oder mehrerer Di- oder Oli- gopeptide denkbar, wobei insbesondere Homopeptide, die nur aus gleichen Aminosäuren aufgebaut sind, zu nennen sind. Als Beispiel für ein Dipeptid ist beispielsweise Hippursäure zu nennen. Weiter können auch beta-, gamma- oder sonstige strukturisomeren Aminosäuren und davon abgeleitete Peptide wie z.B. Dep- sipeptide verwendet werden. Ganz allgemein können als Aktivierungsreagenzien im erfindungsgemäßen Verfahren Verbindungen der allgemeinen Struktur (X)
eingesetzt werde, die dadurch gekennzeichnet sind, daß R für ein Halogenatom oder einen Rest (X1)
steht und R\ , R2'; Ri" und R2" gleich oder unterschiedlich sind und Wasserstoff, geradkettige oder verzweigtkettige Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl-, heterocyclische oder Aralkylreste mit bis zu 30 C-Atomen darstellen oder entweder R und R2' oder R-," und R2" oder sowohl Ri' und R2' als auch R\" und R2" zu mindestens einem Carbocyclus oder zu mindestens einem Heterocyclus oder zu mindestens einem Carbocyclus und zu mindestens einem Heterocyclus verknüpft sind. Insbesondere sind hierbei beispielhaft Verbindungen,die die folgenden Strukturen (Xι) bis (X39) umfassen, zu nennen:
wobei R'" für Wasserstoff oder für einen geradkettigen oder verzweigtkettigen, gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Aryl- oder Aralkylrest mit bis zu 30 C- Atomen steht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere möglich, bereits bei der Derivatisierung das Derivatisierungsreagenz hinsichtlich seiner chemischen Beschaffenheit unter anderem im Hinblick auf die spätere Bindung des Polymers an das Trägermaterial oder/und an ein weiteres Polymer oder/und eine weitere Polymerlage zu konzipieren. Insbesondere kann das Derivatisierungsreagens Gruppen enthalten, die für die kovalente und/oder nicht-kovalente Wechselwirkung selektiv oder spezifisch sind.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Polymere durch eine geeignete Methode aus geeigneten Monomeren hergestellt werden, wobei dieses Polymer dann gegebenenfalls gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren derivatisiert werden kann.
Zur Herstellung eines geeigneten Polymeren, das die für die Bindung an das Trä- germaterial oder die Bindung an eine Polymerlage erforderlichen funktionellen Gruppen aufweist, ist prinzipiell jedes Verfahren geeignet, das zu diesem Polymer führt.
Unter anderem bevorzugt wird ein Verfahren zur Herstellung des Polymers einge- setzt, in dem eine Kondensationsverbindung durch Umsetzung mindestens einer funktionellen Gruppe einer mindestens zwei funktionelle Gruppen aufweisenden ersten niedermolekularen Verbindung mit mindestens einer funktionellen Gruppe mindestens einer weiteren, mindestens zwei funktionelle Gruppen aufweisenden zweiten niedermolekularen Verbindung, die gleich der ersten oder verschieden von der ersten niedermolekularen Verbindung sein kann, unter Erhalt einer Kondensationsverbindung hergestellt wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine der an dieser Umsetzung beteiligten funktionellen Gruppen vor der Umsetzung durch Reaktion mit einer Verbindung Struktur (X) wie oben definiert, aktiviert wurde
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die erste Lage, die auf dem mindestens einen Trägermaterial aufgebracht wird, derart gebunden, daß zwischen der Polymerlage und dem Trägermaterial nicht-kovalente Wechselwirkungen der oben beschriebenen Art ausgebildet werden.
In einer weiter bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die einzelnen Polymerlagen, die wiederum bevorzugt in einzelnen Schrit- ten aufgebracht werden, durch kovalente Vernetzung miteinander verbunden.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindung der mindestens einen Lage des mindestens einen Polymers an das Trägermaterial durch nicht-kovalente Wechselwirkung des mindestens einen Polymers mit dem Trägermaterial erfolgt und das Aufbringen der mindestens einen weiteren Lage des mindestens einen Polymers durch kovalente Vernetzung erfolgt.
Hinsichtlich der kovalenten Vernetzung, die, wie beschrieben, besonders bevor- zugt zwischen den einzelnen Polymerlagen ausgebildet werden, sind sämtliche geeigneten, kovalent-reversibel oder/und kovalent-irreversible Wechselwirkungen möglich.
Bezüglich der kovalent-reversiblen Wechselwirkung sind unter anderem beispiel- haft die Bindung über Disulfidbrücken oder über labile Ester oder Imine wie beispielsweise Schiffsche Basen oder Enamine genannt. Als Beispiel sei etwa die Ausbildung einer nicht-kovalenten Wechselwirkung durch Verschiebung des pH- Wertes genannt, wenn mindestens eine basische und mindestens eine saure Gruppe miteinander wechselwirken.
Hinsichtlich der kovalenten Wechselwirkung können prinzipiell unter anderem Ester-, Amid-, Carbonat-, Hydrazid-, Urethan- oder Harnstoffbindungen oder thioanaloge oder stickstoffhomologe Bindungen gebildet werden.
Die genannten kovalenten oder/und nicht-kovalenten Wechselwirkungen können zwischen dem Trägermaterial und der ersten Polymerlage oder zwischen den einzlnen Polymerlagen derart erfolgen, daß funktionelle Gruppen, die im Polymerstrang des mindestens einen eingesetzten Polymers oder/und in mindestens einer Seitenkette des mindestens eine Polymers vorliegen, mit dem Trägermaterial oder mindestens einer funktionellen Gruppe eines weiteren Polymers, die wieder- um im Polymerstrang oder/und im mindestens einer Seitenkette dieses Polymers vorliegt, in Wechselwirkung treten.
In einer weiter bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, die Bindung der ersten Polymerlage an das Trägermaterial oder/und die Bindung weiterer Polymerlagen, wobei jeweils eine Polymerlage auf eine bereits aufgebrachte Polymerlage gebunden wird, unter Verwendung mindestens eines Vernetzungsreagenzes durchzuführen. Unter dem Begriff "Vernetzungsreagenz" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung sämtliche Verbindungen verstanden, die über mindestens zwei funktionelle Gruppen verfügen, über die diese Ver- bindung nicht-kovalent oder/und kovalent-reversibel oder/und kovalent- irreversibel mit entweder dem Trägermaterial und mindestens einem Polymer oder mit mindestens zwei Polymeren, die gleich oder verschieden voneinander sein können, wechselwirkt.
Als Vernetzungsreagenzien kommen prinzipiell alle geeigneten, aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungen in Betracht. Demgemäß kann die Vernet- zung beispielsweise in kovalent-reversibler Weise, in kovalent-irreversibler Weise oder in nicht-kovalenter Weise erfolgen, wobei bei Vernetzung in nicht- kovalenter Weise beispielsweise Vernetzungen über ionische Wechselwirkung oder über Charge-Transfer- Wechselwirkung zu nennen sind. Derartige Vernet- zungsverfahren bzw. -reagenzien sind u.a. in Han, K.K., et al., Int. J. Biochem., 16, 129 (1984), Ji, T.H., et al., Meth. Enzymol., 91, 580 (1983) und Means, G. and Feeney, R.E., Bioconj. Chem., 1, 2 (1990) beschrieben. Als mögliche nicht- kovalente Wechselwirkungen sei in diesem Zusammenhang auch auf sämtliche oben bereits ausführlich beschriebenen nicht-kovalenten Wechselwirkungen hin- gewiesen. Gleiches gilt für kovalent-reversible Wechselwirkungen, die ebenso bereits oben exemplarisch beschrieben wurden. Wie dort sind auch hinsichtlich der Vernetzungsreagenzien sämtliche geeigneten nicht-kovalenten Wechselwirkungen denkbar.
Ebenso kann beispielsweise die Ausbildung einer nicht-kovalenten Vernetzung erfolgen, wenn im Falle, daß zwei basische Gruppen von beispielsweise Polyal- lylamin miteinander vernetzt werden, eine zweiwertige Säure wie beispielsweise Glutarsäure zugegeben wird, oder im Falle, daß zwei sauere Gruppen von beispielsweise Polyacrylsäure miteinander vernetzt werden sollen, eine zweiwertige Base wie beispielsweise Ethylendiamin zugegeben wird. Ebenso beispielhaft kann eine nicht-kovalente Vernetzung durch komplexbildende Metallionen oder durch Metallkomplexe mit freien Koordinationsstellen ausgebildet werden. Ganz allgemein kann bezüglich der nicht-kovalenten Vernetzung auf sämtliche möglichen Wechselwirkungen verwiesen werden, die bereits oben dargestellt wurden.
Eine kovalent-reversible Vernetzung kann beispielsweise durch Knüpfen einer Schwefel-Schwefel-Bindung zu einer Disulfidbrücke zwischen zwei an einem oder zwei Polymersträngen hängenden Gruppen oder durch Bildung einer Schif - schen Base realisiert werden. Eine Vernetzung über ionische Wechselwirkung kann beispielsweise über zwei Reste Zustandekommen, von denen der eine als Struktureinheit ein quartäres Ammoniumion und der andere als Struktureinheit beispielsweise
COO- oder — so3 _ aufweist. Eine Vernetzung über Wasserstoffbrücken kann beispielsweise zwischen zwei komplementären Basenpaaren ausgebildet werden, beispielsweise über folgende Struktur:
Ganz allgemein können nicht-kovalent zu vernetzende Polymere bezüglich der Vernetzungsstellen komplementär aufgebaut sein, wobei zueinander komplementäre Struktureinheiten beispielsweise Säure / Triamin oder Uracil / Melamin sind. Ebenso kann bei einer nicht-kovalenten Vernetzung das Vernetzungsreagenz komplemantär zu den Vernetzungsstellen am Polymerstrang sein. Als Beispiel hierfür wären etwa eine Amingruppe am Polymerstrang und eine Dicarbonsäure als Vernetzungsreagens zu nennen.
Ist es Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich, daß hinsichtlich eines Vernetzungsschrittes mindestens eine der funktionellen Gruppen, die an der Vernetzung beteiligt sind, zu aktivieren, so ist dies im wesentlichen nach allen Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, denkbar. Insbesondere kann die Aktivierung einer funktionellen Gruppe gemäß einem Verfahren erfol- gen, wie es obenstehend bei der Aktivierung und Derivatisierung von Polymeren ausführlich beschrieben ist. Als Vernetzungsreagenzien, die zu kovalent-irreversibler Vernetzung führen können, sind unter anderem zwei- oder mehrfach funktionelle Verbindungen wie beispielsweise Diole, Diamine oder Dicarbonsäuren zu nennen. Dabei werden beispielsweise zweiwertigen Vernetzer mit dem aktivierten Polymerderivat umge- setzt oder das mindestens zweiwertige aktivierte Vernetzungsreagens mit dem nicht-akti vierten Polymerderivat.
Erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren die Vernetzung über den Einsatz mindestens eines Vernetzungsreagenzes, so kann dieses Vernetzungsreagenz insbeson- dere eine Kondensationsverbindung sein, die durch Umsetzung mindestens einer funktionellen Gruppe einer mindestens zwei funktionelle Gruppen aufweisenden ersten niedermolekularen Verbindung mit mindestens einer funktionellen Gruppe mindestens einer weiteren, mindestens zwei funktionelle Gruppen aufweisenden zweiten niedermolekularen Verbindung, die gleich der ersten oder verschieden von der ersten niedermolekularen Verbindung sein kann, unter Erhalt einer Kondensationsverbindung hergestellt wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine der an dieser Umsetzung beteiligten funktionellen Gruppen vor der Umsetzung durch Reaktion mit einer Verbindung Struktur
(X)
wie oben definiert, aktiviert wurde
Als (aktivierte) Vernetzungsreagenzien sind im folgenden beispielhaft Verbindungen der folgenden Strukturen (XL) bis (XI1 )genannt:
Als Beispiel für ein erfindungsgemäß zu verwendendes Vernetzungsreagenz sei im folgenden ein dimerer Vemetzer aufgeführt, der nach dem oben beschriebenen Verfahren aus Phenylalanin und Leucin hergestellt wird:
Leucin
Dimer
Phe-Leu-Vernetzer
Als Beispiele für den Aufbau einer als Vernetzungsreagenz zu verwendenden Kondensationsverbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens seien folgende Reaktionswege (A) und (B) aufgeführt, in denen der Rest BNO die folgende Struktureinheit (XII) repräsentiert:
Reaktionsweg (A):
usw. Reaktionsweg (B):
USW.
Als Trägermaterialien sind demgemäß sämtliche Materialien geeignet, die die wie oben beschriebenen kovalenten oder/und nicht-kovalenten Wechselwirkungen zu dem mindestens einen Polymer ausbilden können. Insbesondere ist es denkbar, daß das Trägermaterial gelöst oder kolloidal gelöst oder suspendiert vorliegt. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang denkbar, daß das Trägermaterial ein Polymer oder ein polymeres Netzwerk ist, wie es unter anderem im erfindungsgemäßen Verfahren, wie untenstehend beschrieben, herge- stellt wird.
Handelt es sich bei dem Trägermaterial um einen Feststoff, so kann seine Oberfläche eben, wie beispielsweise Platten aus Glas oder Metall, oder auch gekrümmt oder in poröse Körper eingebettet, beipsielweise röhren- oder schwammartig, wie beispielsweise Zeolithe, Kieselgel oder Cellulose-Beads, sein. Weiter können die Trägermaterialien natürlichen Ursprungs oder synthetischer Natur sein. Als Beispiels seien unter anderem Gelatine, Kollagen oder Agarose genannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die erste Polymerlage, die auf dem Trägermaterial aufgebracht wird, über nicht-kovalente Wechselwirkung ohne Verwendung eines Vernetzungsreagenzes an das Trägermaterial gebunden, und die Polymerlagen untereinander durch kovalente Vernetzung unter Verwendung mindestens eines Vernetzungsreagenzes miteinander vernetzt.
Hinsichtlich der Vernetzungsreagenzien ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar, daß entweder nicht-selektive / nicht-spezifische oder/und selektive / spezifische Vemetzungsreagenzien verwendet werden. Unter dem Begriff "selektives / spezifisches Vemetzungsreagenz" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Vernetzungsreagenz verstanden, das zwei oder mehr verschiedene funktionelle Gruppen aufweist, von denen mindestens eine Gruppe im Vergleich zu mindestens einer davon verschiedenen Gruppe bei gegebenen Reaktionsbedingungen mit einer funktionellen Gruppe eines weiteren Polymers oder dem Trägermaterial bevorzugt reagiert. Weiter umfaßt der Begriff solche Vernetzungsrea- genzien, die zwei oder mehr gleiche funktionelle Gruppen aufweisen, deren chemische Umgebung sich jedoch unterscheidet oder/und die sterisch unterschiedlich angeordnet sind und von denen daher mindestens eine bei gegebenen Reaktionsbedingungen mit einer funktionellen Gruppe eines weiteren Polymers oder dem Trägermaterial bevorzugt reagiert. Ebenso umfaßt dieser Begriff solche Vernetzungsreagenzien, die gleiche oder voneinander verschiedene funktionelle Gruppen aufweisen, die sich in der Selektivität / Spezifität daher unterscheiden, weil ein Teil der funktionellen Gruppen nach einem Verfahren, wie oben beschrieben, mit einem Aktivierungsreagenz aktiviert ist. Selbstverständlich können bei den Verbindungen, die zwei oder mehr unterschiedliche funktionelle Gruppen aufweisen, eine oder auch mehrere der funktionellen Gruppen mit gegebenenfalls unter- schiedlichen reaktiven Gruppen aktiviert sein, so daß sich die Reaktivität eines Teils der gegebenenfalls aktivierten Gruppen von der Reaktivität des anderen Teils der gegebenenfalls aktivierten Gruppen unterscheidet. Kombinationen von zwei oder mehr der beschriebenen Einflüsse, die sich auf die Spezifität / Selektivität auswirken, sind selbstverständlich ebenso denkbar.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die kovalente Vernetzung durch mindestens ein nicht-spezifisches oder nicht-selektives Vernetzungsreagenz oder mindestens ein spezifisches oder selektives Vemetzungsreagenz oder durch ein Gemisch aus zwei oder mehr davon erfolgt.
Was die Verwendung dieser Vernetzungsreagenzien angeht, so sind sämtliche Verfahrensführungen denkbar, die zum erfindungsgemäßen Aufbringen mindestens einer Lage mindestens eines Polymers auf das Trägermaterial, das, wie be- schrieben, bevorzugt schrittweise ausgeführt wird, geeignet sind.
Wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine Polymerlage auf das Trägermaterial oder eine auf das Trägermaterial aufgebrachte Polymerlage oder auf eine Polymerlage aufgebrachte Polymerlage unter Verwendung eines selektiven / spezifi- sehen Vernetzungsreagenzes aufgebracht, so wird dabei in einer bevorzugten Ausfuhrungsform so vorgegangen, daß das Edukt, auf das die Polymerlage aufge- bracht werden soll, mit einer Lösung, die das mindestens eine Vemetzungsreagenz und das mindestens eine Polymer, das als Polymerlage aufgebracht werden soll, in Kontakt gebracht wird. Hierbei werden Reaktionsbedingungen gewählt, unter denen das Vemetzungsreagenz bevorzugt mit dem Edukt oder mit dem auf- zubringenden Polymer reagiert. Durch eine Variation der Reaktionsbedingungen erfolgt in einem nächsten Schritt die Vernetzung, indem beispielsweise das Reaktionsprodukt aus aufzubringendem Polymer und Vernetzungsreagenz über mindestens eine funktionelle Gruppe des Vemetzungsreagenzes mit dem Edukt reagiert oder beispielsweise das Reaktionsprodukt aus Edukt und Vemetzungsreagenz mit dem aufzubringendem Polymer reagiert.
Selektive / spezifische Vernetzungsreagenzien werden im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt dann eingesetzt, wenn Trägermaterial und Polymer oder Polymer und Polymer miteinander über funktionelle Gruppen vernetzt werden, die gleiche oder ähnliche Reaktivität aufweisen. Beispiele für selektive / spezifische Aktivierungsreagenzien sind beispielsweise unter anderem mehrwertige Carbonsäuren, Diamine oder Diole, die mit unterschiedlichen reaktiven Gruppen aktiviert sind oder von denen nur ein Teil der funktionellen Gruppen aktiviert ist. Weitere Beispiel sind unter anderem Verbindungen, die mindestens zwei unterschiedliche funktionelle Gruppen aufweisen, wie beispielsweise unter anderem Aminosäuren, Hydroxysäuren oder Aminoalkohole, wobei die unterschiedlichen funktionellen Gruppen bei gegebenen Reaktionsbedingungen unterschiedliche Reaktivität aufweisen. Selbstverständlich können bei den Verbindungen, die zwei oder mehr unterschiedliche funktionelle Gruppen aufweisen, eine oder auch mehrere der funktionellen Gruppen mit gegebenenfalls unterschiedlichen reaktiven Gruppen aktiviert sein, so daß sich die Reaktivität eines Teils der gegebenenfalls aktivierten Gruppen von der Reaktivität des anderen Teils der gegebenenfalls aktivierten Gruppen unterscheidet, wie dies bereits obenstehend beschrieben ist.
Werden im erfindungsgemäßen Verfahren nicht-selektive / nicht-spezifische Vernetzungsreagenzien eingesetzt, so sind unter anderem zwei bevorzugte Verfah- rensführungen zu nennen. Ebenso wie bei der vorstehend beschriebenen Verfahrensführung, bei der die intramolekulare Vernetzung vermieden wird und eine Polymerlage auf dem Trägermaterial oder einer weiteren Polymerlage aufgebracht wird, werden diese bevorzugten Verfahrensfuhrungen so durchgeführt, daß die intramolekulare Vernetzung oder/und die intermolekulare Vernetzung innerhalb einer Polymerlage weitgehend vermieden wird und eine Polymerlage aufgebracht wird. Vernetzungen innerhalb einer Polymerlage in geringem Umfang können zu einer zusätzlichen Stabilisierung des polymeren Netzwerkes beitragen.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, wobei mindestens ein nicht-spezifisches oder ein nicht-selektives Vernetzungsreagenz verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung derart erfolgt, daß
(aa) das mindestens eine Vemetzungsreagenz in einem ersten Schritt mit der zuletzt aufgebrachten Lage des mindestens einen Polymers reagiert und das
Reaktionsprodukt in einem weiteren Schritt mit einer Lösung, umfassend das mindestens eine Polymer, in Kontakt gebracht wird und durch Reaktion des mindestens einen, in der Lösung enthaltenen Polymers mit dem Reaktionsprodukt mindestens eine weitere Lage des mindestens einen Polymers auf das Reaktionsprodukt aufgebracht wird, oder
(bb) eine Lösung, umfassend das mindestens eine Vemetzungsreagenz und das mindestens eine Polymer, mit der zuletzt aufgebrachten Lage des mindestens einen Polymers bei Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, bei denen die Reaktion des mindestens einen Vernetzungsreagenzes sowohl mit der zuletzt aufgebrachten Lage des mindestens einen Polymers als auch mit dem mindestens einen, in der Lösung enthaltenen Polymer erfolgt, oder (cc) die Methoden gemäß (aa) und (bb) in geeigneter Weise kombiniert werden.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Methode (aa) so durchgeführt, daß das Vemetzungsreagenz bei Temperaturen mit der zuletzt aufgebrachten Polymerlage in Kontakt gebracht wird, bei denen sich das Vernet- zungsreagenz statistisch gleichmäßig über die bereits vorhandene Polymerlage verteilt und bei denen eine Reaktion des Vernetzungsreagenzes mit der bereits vorhandenen Polymerlage weitgehend Die Temperaturen, bei denen diesbezüglich gearbeitet wird, liegen im Regelfall im Bereich von 0 bis -70 °C.
Auch bei der Wahl der anderen Reaktionsbedingungen wie etwa pH- Wert, Art des Lösungsmittels, Konzentration des Vernetzungsreagenzes in dem Lösungsmittel wird in dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens darauf geachtet, daß die Reaktion des Vemetzunsreagenzes mit der vorhandenen Polymerlage weitge- hend unterbleibt, bis das Vemetzungsreagenz statistisch gleichmäßig über die bereits vorhandene Polymerlage verteilt ist.
Durch entsprechende Variation der Reaktionsbedingungen wird in einem nächsten Schritt das statistisch gleichmäßig verteilte Vemetzungsreagenz mit der bereits vorhandenen Polymerlage derart zur Reaktion gebracht, daß das Vemetzungsreagenz vorwiegend über eine oder mehrere funktionelle Gruppen reagiert und mindestens eine funktionelle Gruppe des Vernetzungsreagenzes, über die die Ver- netzgung zur nächsten Polymerlage erfolgt, nicht mit der bereits vorhandenen Polymerlage reagiert. Dies erfolgt in der Regel wiederum bei tiefen Temperatu- ren, wobei diese in der Regel im Bereich von 0 bis -10 °C liegen. Begünstigt wird dies weiter durch den Einsatz kurzkettiger Vernetzungsreagenzien oder/und der Immobilisierung der Polymerlage. Möglichkeiten, wie diese Vernetzung unter anderem induziert werden kann, sind beispielsweise auch Anwendung von Ultraschall oder die photochemische Vernetzung.
Selbstverständlich ist es auch möglich, bei entsprechenden Vernetzungsreagenzien oder/und bei entsprechender, bereits vorhandener Polymerlage, die vorstehend beschriebene Reaktionsführung durch Variation des pH- Wertes oder/und Variation der Lösungsmittel oder/und durch Zusatz von Modifiern zu steuern, wobei selbstverständlich auch Kombinationen einiger oder sämtlicher Methoden denkbar sind. In diesem Zusammenhang kann auch auf die spezifischen Methoden verwiesen werden, die wie oben beschrieben angewendet werden können, um zunächst die Bindung eines Polymers zu unterbinden und in einem weiteren Schritt anzuregen.
Gemäß Methode (aa) wird in einem nächsten Schritt eine Lösung, die das mindestens eine Polymer umfaßt, das als nächste Polymerlage aufgebracht werden soll, mit dem Reaktionsprodukt aus Vemetzungsreagenz und bereits vorhandener Polymerschicht in Kontakt gebracht. Die Reaktionsbedingungen werden dann so geändert, daß die Reaktion besonders bevorzugt zwischen den nicht-abreagierten funktionellen Gruppen des an die bereits vorhandene Polymerlage gebundenen Vernetzungsreagenzes und den als nächste Polymerlage aufzubringenden Polymeren erfolgt. Unter anderem ist es hierbei auch denkbar, daß die Reaktionsbedingungen durch Zugabe der Lösung, die das mindestens eine Polymer umfaßt, das als nächste Polymerlage aufgebracht werden soll, derart beeinflußt werden, daß eine weitere Änderung der Reaktionsbedingungen nicht mehr erfolgen muß.
Auch bezüglich dieses Schrittes des Aufbringes der nächsten Polymerlage kann unter anderem auf die spezifischen Methoden verwiesen werden, die wie oben beschrieben angewendet werden können, um zunächst die Bindung eines Polymers zu unterbinden und in einem weiteren Schritt anzuregen.
In einer ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Methode gemäß (bb) derart durchgeführt, daß die Lösung, umfassend das mindestens eine Vemetzungsreagenz und das mindestens eine Polymer, mit der zuletzt aufgebrachten Lage des mindestens einen Polymers bei Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, bei denen zunächst keine Reaktion erfolgt, sondern sowohl Vemetzungsreagenz als auch aufzubringendes Polymer sich statistisch gleichmäßig über die bereits vorhandene Polymerlage verteilen. Wie bereits im Zusammenhang mit der Methode (aa) beschrieben, erfolgt dieses Inkontaktbringen in einer bevorzugten Ausführungsform bei tiefen Temperaturen, in der Regel im Bereich von 0 bis -70 °C.
Auch bei der Wahl der anderen Reaktionsbedingungen wie etwa pH- Wert, Art des Lösungsmittels, Konzentration des Vernetzungsreagenzes in dem Lösungsmittel oder Konzentration des aufzubringenden Polymers in dem Lösungsmittel wird in dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens darauf geachtet, daß die Reaktion des Vernetzunsreagenzes mit der vorhandenen Polymerlage und die Reak- tion des aufzubringenden Polymers mit dem Vemetzungsreagenz weitgehend unterbleibt und das Vemetzungsreagenz und das aufzubringende Polymer statistisch gleichmäßig über die bereits vorhandene Polymerlage verteilt werden.
In einem nächsten Schritt werden die Reaktionsbedingungen dann derart geändert, daß das Vemetzungsreagenz sowohl mit der bereits vorhandenen Polymerlage als auch mit dem Polymer, das als nächste Lage aufgebracht wird, reagiert. Hierbei ist es unter anderem denkbar, daß das Vemetzungsreagenz zunächst mit der bereits vorhandenen Polymerlage und anschließend mit dem aufzubringenden Polymer unter Ausbildung der neuen Polymerlage reagiert. Ebenso ist es denkbar, daß das Vemetzungsreagenz gleichzeitig mit der bereits vorhandenen Polymerlage und dem aufzubringenden Polymer unter Ausbildung der neuen Polymerlage reagiert. Weiter ist es möglich, daß das statistisch gleichmäßig verteilte Vernetzungereagenz zunächst mit dem statistisch gleichmäßig verteilten Polymer reagiert und das Reaktionsprodukt anschließend mit der bereits vorhandenen Polymerlage un- ter Ausbildung der neuen Polymerlage reagiert. Erfolgen die Reaktionen des Vernetzungsreagenzes mit der bereits vorhandenen Polymerlage einerseits und dem aufzubringenden Polymer andererseits nicht gleichzeitig, so ist es möglich, durch Variation der Reaktionsbedingungen zunächst eine der Reaktionen, durch weitere Variation der Reaktionsbedingungen die andere Reaktion durchzuführen. Was die Veränderung der Reaktionsbedingungen anbelangt, so sei hier auf sämtliche, bereits oben beschriebenen Möglichkeiten und Kombinationen verwiesen. Insbesondere kann auch bezüglich dieses Schrittes des Aufbringes der nächsten Polymerlage unter anderem auf die spezifischen Methoden verwiesen werden, die wie oben beschrieben angewendet werden können, um zunächst die Bindung eines Polymers zu unterbinden und in einem weiteren Schritt anzuregen. Möglichkeiten, wie diese Vernetzung unter anderem induziert werden kann, sind beispielsweise auch Anwendung von Ultraschall oder die photochemische Vernetzung.
Anwendung von Ultraschall oder die photochemische Vernetzung sind selbstverständlich Methoden, die ganz allgemeine bei jedem Vernetzungsschritt, wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, prinzipiell eingesetzt werden können.
Beispiele für nicht-selektive / nicht-spezifische Vemetzungsreagenzien sind unter anderem beispielsweise zweiwertige Epoxide, Isocyanate, Chlortriazine, Amidine oder Aldehyde. Ebenso sind Succinimid-aktivierte, besonders bevorzugt ONB- und N-Hydroxy-Phthalimid-aktivierte Verbindungen zu nennen. Unter anderem sie hier auch auf die bereits oben explizit aufgeführten Vemetzungsreagenzien verwiesen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden symmetrische, in der Regel bivalente Vemetzungsreagenzien und ganz besonders bevorzugt aktivierte Dicarbonsäuren eingesetzt.
Die Kettenlänge der Vemetzungsreagenzien, die in irgendeiner der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden, ist im allgemeinen beliebig und den Erfordernissen des jeweiligen Verfahrens anpaßbar. Die Kette selbst kann aliphatisch oder aromatisch oder araliphatisch sein. Weiter kann die Kette eine oder mehrere funktionelle Gruppen, die zur Ausbildung von kovalenten oder nicht-kovalenten Wechselwirkungen befähigt sind, umfassen. Bevorzugt liegt die Kettenlänge bei Vemetzungsreagenzien, die eine Kohlenstoffkette aufweisen, im Bereich von 2 bis 24 C-Atomen, besonders bevorzugt im Bereich von 4 bis 24 C-Atomen und besonders bevorzugt im Bereich von 8 bis 12 C- Atomen.
Die Polymere, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, unterliegen im wesentlichen nur der Beschränkung, daß sie in mindestens einer Lage unter Ausbildung der wie oben beschriebenen Wechselwirkungen auf ein Trägermaterial aufgebracht werden können. Besonders bevorzugt werden Polymere ein- gesetzt, die eine Mohnasse im Bereich von 2.000 bis 100.000 g/mol aufweisen. Die Bestimmung der Molmassen erfolgt hierbei durch GPC.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Polymer eine Mol- masse im Bereich von 2.000 bis 100.000 g/mol aufweist.
Hierbei sind drei bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu nennen.
In einer ersten Ausführungsform wird das mindestens eine Polymer derart aufgebracht, daß es in weitgehend entknäuelter Struktur, aber möglichst dicht oberhalb des Theta-Punktes mit Trägermaterial oder/und bereits aufgebrachter Polymerlage in Kontakt gebracht wird. Bei dieser Ausfuhrungsform wird für die Lösung, in der dieses mindestens eine Polymer gelöst und mit Trägermaterial oder/und Poly- merlage in Kontakt gebracht wird, ein Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gewählt, in dem das Polymer weitgehend entknäuelt vorliegt, wobei selbstverständlich auch durch die spezifische Wahl anderer Reaktionsbedingungen wie beispielsweise Temperatur, Druck oder pH-Wert die entknäuelte Form des Polymers unterstützt werden kann. Hierbei erfolgt bevorzugt eine Opimierung zwi- sehen Polymerentfaltung und möglichst großem Verteilungskoeffizienten des Polymers. Für diese bevorzugte Ausfuhrungsform werden ganz besonders bevor- zugt Polymere verwendet, die eine Molmasse von weniger als ungefähr 30.000 g/mol aufweisen. Durch diese Ausfuhrungsform wird das Aufbringen von weitgehend monomolekularen Polymerlagen begünstigt.
In einer zweiten Ausführungsform werden Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch oder andere Reaktionsbedingungen derart gewählt, daß das mindestens eine Polymer in der Lösung sich in der Nähe oberhalb des Theta-Punktes befindet. Durch diese spezielle Ausführungsform, die ganz besonders bevorzugt durch Polymere mit einer Molmasse im Bereich von mehr als ungefähr 30.000 g/mol be- günstigt wird, ist es möglich, das Aufbringen des Polymers in lockeren Polymerknäueln zu begünstigen.
In einer dritten Ausführungsform werden Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch oder andere Reaktionsbedingungen derart gewählt, daß das mindestens eine Polymer in der Lösung sich in der Nähe unterhalb des Theta-Punktes befindet. Hierbei ist es unter anderem möglich, aus dem mindestens einen Poylmer gebildete Nanopartikel aufzubringen.
Die einzelnen Vemetzungsschritte, die im erfindungsgemäßen Verfahren durchge- führt werden, können so erfolgen, daß ein im wesentlichen beliebiger Vernetzungsgrad der Polymerlagen untereinander erreicht wird. Bevorzugt wird das Verfahren jedoch so geführt, daß der Vernetzungsgrad einer Polymerkette, die mit zwei weiteren Polymeren vernetzt ist, im Bereich von 0,5 bis 25 % liegt. Dieser Vernetzungsgrad ist bezogen auf die Monomereinheiten einer Polymerkette, die mit zwei benachbarten Polymerketten vernetzt wurde. Besonders bevorzugt liegt dieser Vernetzungsgrad im Bereich von 2 bis 10 %.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzungsgrad im Bereich von 0,5 bis 25 %, bezogen auf die Monomereinheiten einer mit zwei benachbarten Polymerketten vernetzten Polymerkette, liegt. In dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, auf ein Trägermaterial ein polymeres Netzwerk aufzubringen, das beispielsweise durch die kovalente Vernetzung der Polymerlagen untereinander eine Struktur aufweist, die aus zwei- oder dreidimensionalen Zellen besteht. Eine solche Zelle des polymeren Netzwerkes wird im Regelfall durch mindestens ein Vemetzungsreagenz, das zwei Polymerlagen miteinander vernetzt, und einen Teil mindestens eines Polymers, aus dem die Polymerlagen gebildet sind, gebildet. Je nachdem, welche chemische Struktur das mindestens eine Vemetzungsreagenz oder das mindestens eine eingesetzte Polymer aufweisen, ist es unter anderem denkbar, daß die Zellen derart aufgebaut sind, daß eine Wechselwirkung der Zelle mit mindestens einer Templatverbindung möglich ist. Daher beschreibt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, in dem ein polymeres Netzwerk durch Aufbringen mindestens einer Polymerlage auf mindestens ein Trägermaterial gebildet wird, wobei das polymere Netzwerk eine oder mehr Wechselwirkungszellen umfaßt, über die das polymere Netzwerk mit mindestens einer Templatverbindung in kovalenter oder/und nicht-kovalenter Weise wechselwirken kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren so geführt werden, daß die polymere Struktur, die durch das Aufbringen mindestens eines Polymers in mindestens einer Lage auf mindestens ein Trägermaterial aufgebaut wird, bezüglich der Wechselwirkungszellen an mindestens eine Templatverbindung angepaßt wird.
Die vorliegende Erfindung beschreibt neben den bisher geschilderten Ausfuhrungsformen daher auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Konformation der polymeren Struktur, die durch Wechselwirkung und Vernetzung resultiert, während des Aufbringens oder nach dem Aufbringen mindestens einer der Lagen des mindestens einen Polymers auf das Trä- germaterial an mindestens eine Templatverbindung angepaßt wird. Weiter beschreibt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, in dem die polymere Struktur, die auf dem Trägermaterial aufgebracht und hergestellt wurde, vom Trägermaterial abgelöst wird und dann in Anwendungen eingesetzt wird, wie so beispielsweise untenstehend beschrieben sind.
Ebenso umfaßt die vorliegende Erfindung auch das polymere Netzwerk selbst, das gemäß eines wie oben beschriebenen Verfahrens erhältlich ist.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch ein polymeres Netzwerk, herstell- bar durch ein Verfahren, wie oben beschrieben.
Das polymere Netzwerk, das durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbar ist, zeichnet sich in einer besonders bevorzugten Ausführungsform insbesondere dadurch aus, daß es unlöslich ist, dennoch aber Quellfähigkeit aufweist.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Verfahrens, wie oben beschrieben, oder eines polymeren Netzwerkes, erhältlich durch ein Verfahren wie oben beschrieben, zur Herstellung eines an mindestens eine Templatverbindung angepaßten polymeren Netzwerkes.
Die erfindungsgemäß hergestellten polymeren Netzwerke können aufgrund ihrer Struktur, die, wie oben beschrieben, Wechselwirkungszellen umfaßt, in einer bevorzugten Ausführungsform in Prozessen eingesetzt werden, in denen beispielsweise Stoffe hergestellt, in andere Stoffe umgewandelt oder von anderen Stoffen getrennt werden. Ebenso ist es denkbar, daß die erfindungsgemäß hergestellten polymeren Netzwerke zur Detektion von optischen, elektrischen oder mechanischen Signalen eingesetzt werden. Ganz besonders sind die polymeren Netzwerke dann furdiese Prozesse geeignet, wenn sie, wie oben beschrieben, an mindestens eine Templatverbindung angepaßt sind.
Im folgenden Beispiel wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Beispiel 1
Belegung von Kieselgel SP 300-15/30 mit Poly(benzyI-N-alIylcarbamat) des Derivatisierungsgrades 14% und anschließende Vernetzung des Polymers mit Dodecandisäure-bis-(N-hydroxy-5-norbornen-2,3-dicarboximid)-ester
Poly(benzyl-N-allylcarbamat) mit einem Derivatisierungsgrad von 14% (1,60 g) wurde in siedendem Eisessig (100 mL, ca. 117°C) gelöst, nach Abkühlen mit Dichlormethan (100 mL, 1,18 mol) verdünnt und mit Pyridin (112 mL, 1,42 mol) versetzt, um die Löslichkeit des Polymers zu verschlechtem. Im Anschluß wurde die entstandene Trübung mit wenigen Tropfen Eisessig beseitigt. Nach Zugabe von Kieselgel 300 Ä, 20 μm (Daisogel SP 300-15/30) (10,02 g) wurde der Ansatz 30 Minuten auf einer Schüttelmaschine bewegt und nach Absaugen über eine Glasfritte mit Dichlormethan (4 x 50 mL) gewaschen.
Zur Vernetzung wurde das belegte Kieselgel zu einer Lösung von Dodecandisäu- re-bis-(N-hydroxy-5-norbornen-2,3-dicarboximid)-ester (46 mg, 83 μmol) und Triethylamin (36 mg, 0,35 mmol) in Dichlormethan (60 mL) gegeben und die Suspension im Vakuum (85 mbar, Wasserbad 0°C) bis zur Trockene eingeengt. Das belegte Kieselgel wurde mit Tetrahydrofuran (60°C, 4 x 25 mL) gewaschen, abgesaugt und mit Dichlormethan (50 mL) nachgewaschen.
Für die zweite Belegung wurde Poly(benzyl-N-allylcarbamat) mit einem Derivatisierungsgrad von 14% (1,60 g) in siedendem Eisessig (100 mL, ca. 117°C) gelöst, nach Abkühlen mit Dichlormethan (100 mL, 1,18 mol) verdünnt und mit 100 mL Pyridin (100 mL, 1,26 mol) versetzt, um die Löslichkeit des Polymers zu verschlechtem. Anschließend wurden Dimethylaminopyridin (DMAP, 80 mg, 0,65 mmol) und nochmals Pyridin (12 mL, 0,15 mol) zugegeben. Im Anschluß wurde die entstandene Trübung mit wenigen Tropfen Eisessig beseitigt. Nach Zugabe des mit dem Vemetzer, wie oben beschrieben, umgesetzten und belegten Kieselgels wurde der Ansatz 30 Minuten auf einer Schüttelmaschine bewegt und nach Absaugen über eine Glasfritte mit Dichlormethan (4 x 50 mL) gewaschen.
Das belegte Kieselgel wurde wie oben beschrieben wieder vernetzt und dann, entsprechend der zweiten Methode, mit einer dritten Polymerschicht belegt.
Der Ansatz wurde in einer Fritte in Dimethylformamid gequollen (30 min). Durch langsames Durchleiten einer Lösung von Diethylamin (2 mL, 1,42 g, 19,41 mmol) in DMF (40 mL) wurden die verbliebenen aktivierten Vernetzergruppen deaktiviert. Zur vollständigen Deaktivierung wurde der Ansatz noch vier Mal mit der Filtratlösung gespült. Anschließend wurde der Ansatz mit Tetrahydrofuran (60°C, HPLC Grade, 4 x 50 mL) und mit Dichlormethan (4 x 50 mL) gewaschen und trocken gesaugt.
Das belegte Kieselgel wurde mit Eisessig (100 mL) versetzt, die Suspension zum Sieden erhitzt, abgesaugt, mit Dichlormethan (5 x 50 mL) gewaschen, getrocknet (110°C, 16 h) und über ein 45 μm Sieb gesiebt.
Die Auswaage betrug 9,4 g.
Beispiel 2
Stufenweise Belegung von Kieselgel SP 300-15/30 mit Poly(benzyl-N- carbamat) des Derivatisierungsgrades 14% und Vernetzung des Polymers mit Dodecandisäure-bis-(N-hydroxy-5-norbornen-2,3-dicarboximid)-ester (alternative Variante) Poly(benzyl-N-allylcarbamat) mit einem Derivatisierungsgrad von 14% (1.60 g) wurde in 100 ml Eisessig bei 50°C innerhalb 30 Minuten gelöst. Zur Polymerlösung wurde Kieselgel 300 Ä, 20 μm (Daisogel SP 300-15/30) (10.00 g) gegeben und die Suspension 3 Stunden auf einer Schüttelmaschine bewegt. Nach Absau- gen über eine Glasfritte wurde der Rückstand mit folgenden Lösungen gewaschen: Dichlormethan (4 x 30 mL), Pyridin (0.7 mL) in Dichlormethan (30 mL), Dichlormethan (4 x 30 mL). Anschließend wurde im Vakuum bei 50°C getrocknet.
Zur Vernetzung wurde das erhaltene belegte Kieselgel zu einer Lösung von Dode- candisäure-bis-(N-hydroxy-5-norbomen-2,3-dicarboximid)-ester (100 mg, 0.18 mmol) und Triethylamin (54 mg, 0.54 mmol) in Dichlormethan (80 mL) gegeben und die Suspension im Vakuum (lOO mbar, Wasserbad 0°C) bis zur Trockene eingeengt. Das belegte Kieselgel wurde in THF (40 mL) aufgekocht, abgesaugt und mit heißem THF (3 x 40 mL) und Dichlormethan (2 x 30 mL) gewaschen.
Für die weitere Belegung wurde Poly(benzyl-N-allylcarbamat) mit einem Derivatisierungsgrad von 14% (1.66 g) in 100 ml Eisessig bei 50°C innerhalb von 30 Minuten gelöst, nach Abkühlen mit Dichlormethan (100 mL) verdünnt und mit Pyridin (100 mL) versetzt, um die Löslichkeit des Polymers zu verschlechtem. Anschließend wurden Dimethylaminopyridin (DMAP, 22 mg, 0.15 mmol) und 13 mL Pyridin zugegeben. Die enstandene Trübung wurde durch Zugabe von 3 mL Eisessig beseitigt. Zu dieser Lösung wurde das oben erhaltene, mit dem Vemetzer umgesetzte, belegte Kieselgel gegeben und der Ansatz 30 Minuten auf einer Schüttelmaschine bewegt. Nach Absaugen über eine Glasfritte wurde der Rückstand mit folgenden Lösungen gewaschen: THF (60°C, 4 x 40 mL), Pyridin (0.6 mL) in Dichlormethan (30 mL), Dichlormethan (3 x 30 mL). Anschließend wurde im Vakuum bei 50°C getrocknet.
In analoger Weise wurde der Vorgang der Vernetzung und der weiteren Belegung mit Polymer jeweils einmal wiederholt. Das belegte Kieselgel wurde in einer Fritte in THF (10 mL) suspendiert. Durch viermaliges langsames Durchsickern einer Lösung von Diethylamin (0.27 g, 3.7 mmol) in THF (10 mL) wurden die verbliebenen aktivierten Vernetzergruppen gequencht. Anschließend wurde der Rückstand mit THF (60°C, 4 x 20 mL) und Dichlormethan (2 x 10 mL) gewaschen und trocken gesaugt.
Das belegte Kieselgel wurde mit Eisessig (40 mL) versetzt, die Suspension zum Sieden erhitzt, abgesaugt und mit Dichlormethan (4 x 20 mL) gewaschen. Anschließend wurde mit einer Lösung von 0.25 ml Pyridin in 15 mL Dichlormethan sowie THF (4 x 20 mL) gewaschen und getrocknet.
Laut Elementaranalyse betrug der Kohlenstoffanteil des belegten Kieselgels 7.2%; dies entspricht 111 mg Polymer pro Gramm Kieselgel.
Beispiel 3
Belegung von Kieselgel SP 300-15/30 mit PoIy(benzyl-N-carbamat) des Deri- vatisierungsgrades 14% und Vernetzung des Polymers mit Dodecandisäure- bis-(N-hydroxy-5-norbornen-2,3-dicarboximid)-ester im Durchflußverfahren in der gepackten HPLC-Säule
Eine Glassäule mit 2.5 cm Durchmesser wurde mit Kieselgel 300 Ä, 20 μm (Dai- sogel SP 300-15/30) (5.00 g) gepackt. Poly(benzyl-N-allylcarbamat) mit einem Derivatisierungsgrad von 14% (3.20 g) wurde in 200 ml Wasser und unter Zusatz von 1-2 ml Eisessig innerhalb 2 Stunden gelöst. Diese Polymerlösung wurde für 24 Stunden im Kreis durch die Glassäule mit Kieselgel gepumpt. Die Säule wurde zuerst mit Luft, dann mit Aceton/Wasser 50:50 Vol% (30 ml) und Aceton (150 ml) gespült. Laut Elementaranalyse betrug der Kohlenstoffanteil des belegten Kieselgels durchschnittlich 2.7%.
Nachdem die Säule mit Dichlormethan (50 mL) gespült wurde, wurden zur Ver- netzung 14.4 mL einer Lösung von Terephthalsäure-bis-(N-hydroxy-5-norbornen- 2,3-dicarboximid)-ester (0.48 g, 0.97 mmol) in 50 mL Dichlormethan in die Säule gepumpt und es wurde 20 Stunden gewartet. Die Menge an Vemetzer, die in die Säule gepumpt wurde, entspricht einer Vernetzung von 10% bezogen auf die Aminogruppen des Polymers. Anschließend wurde die Säule mit Dichlormethan (300 mL) gespült.
Für die weitere Belegung wurde Poly(benzyl-N-allylcarbamat) mit einem Deriva- tisierungsgrad von 14% (3.20 g) in 200 ml Wasser und unter Zusatz von 1-2 ml Eisessig innerhalb 2 Stunden gelöst. Diese Polymerlösung wurde für 24 Stunden im Kreis durch die Glassäule mit dem belegten Kieselgel gepumpt. Die Säule wird zuerst mit Luft und dann mit Aceton/Wasser 50:50 Vol% (120 ml) gespült.
Das belegte Kieselgel wurde mit Eisessig (50 mL) versetzt, die Suspension zum Sieden erhitzt, abgesaugt, und Pyridin (20 mL) zugesetzt. Anschließend wurde abgesaugt, mit THF (60°C, 3 x 50 mL) gewaschen und getrocknet.
Laut Elementaranalyse betrug der Kohlenstoffanteil des belegten Kieselgels durchschnittlich 5.0%.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufbringen von mindestens zwei Lagen mindestens eines Polymers auf ein Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Schritt mindestens eine Lage des mindestens einen Polymers an das Trägermaterial gebunden wird und in mindestens einem weiteren Schritt mindestens eine weitere Lage des mindestens einen Polymers auf die mindestens eine an das Trägermaterial gebundene Polymerlage aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mindestens einen Schritt, in dem die mindestens eine Lage des mindestens einen Polymers auf dem Trägermaterial gebunden wird, (i) eine Lösung des mindestens einen Polymers mit dem Trägermaterial bei Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, bei denen das mindestens eine Polymer auf dem Trägermaterial nicht gebunden wird und anschließend die Reaktionsbedingungen derart variiert werden, daß das mindestens eine Polymer auf dem Trägermaterial gebunden wird, oder
(ii) eine Lösung des mindestens einen Polymers mit dem Trägermaterial bei Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, bei denen die Lösung des mindestens einen Polymers unter Theta-Bedingungen vorliegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsbedingungen gemäß (i) dadurch variiert werden, daß (a) die Zusammensetzung der Lösung durch Variation des mindestens einen Lösungsmittels oder durch Zugabe mindestens einer weiteren Verbindung geändert wird, oder
(b) die Lösung derart eingeengt wird, daß die Konzentration des minde- stens einen Polymers in der Lösung beim Einengen weitgehend konstant gehalten wird, oder
(c) mindestens eine Methode gemäß (a) und die Methode (b) kombiniert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindung der mindestens einen Lage des mindestens einen Polymers an das Trägermaterial durch nicht-kovalente Wechselwirkung des mindestens einen Polymers mit dem Trägermaterial erfolgt und das Aufbringen der mindestens einen weiteren Lage des mindestens einen Polymers durch ko- valente Vernetzung erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kovalente Vernetzung durch mindestens ein nicht-spezifisches oder nicht-selektives Vemetzungsreagenz oder mindestens ein spezifisches oder selektives Ver- netzungsreagenz oder durch ein Gemisch aus zwei oder mehr davon erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei mindestens ein nicht-spezifisches oder ein nicht-selektives Vemetzungsreagenz verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung derart erfolgt, daß (aa) das mindestens eine Vemetzungsreagenz in einem ersten Schritt mit der zuletzt aufgebrachten Lage des mindestens einen Polymers reagiert und das Reaktionsprodukt in einem weiteren Schritt mit einer Lösung, umfassend das mindestens eine Polymer, in Kontakt gebracht wird und durch Reaktion des mindestens einen, in der Lösung enthal- tenen Polymers mit dem Reaktionsprodukt mindestens eine weitere
Lage des mindestens einen Polymers auf das Reaktionsprodukt aufgebracht wird, oder (bb) eine Lösung, umfassend das mindestens eine Vemetzungsreagenz und das mindestens eine Polymer, mit der zuletzt aufgebrachten Lage des mindestens einen Polymers bei Reaktionsbedirigungen in Kontakt gebracht wird, bei denen die Reaktion des mindestens einen Vernetzungsreagenzes sowohl mit der zuletzt aufgebrachten Lage des mindestens einen Polymers als auch mit dem mindestens einen, in der Lö- sung enthaltenen Polymer erfolgt, oder
(cc) die Methoden gemäß (aa) und (bb) in geeigneter Weise kombiniert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Polymer eine Molmasse im Bereich von 2.000 bis
100.000 g/mol aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzungsgrad im Bereich von 0,5 bis 25 %, bezogen auf die Mono- mereinheiten einer mit zwei benachbarten Polymerketten vernetzten Polymerkette, liegt.
9. Polymeres Netzwerk, herstellbar durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines polymeren Netzwerkes gemäß Anspruch 9 zur Herstellung eines an mindestens eine Templatverbindung angepaßten polymeren Netzwerkes.
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