SE446453B - Cyklodexrin/polyvinylalkohol-segmentsampolymer och sett for framstellning derav - Google Patents

Description

15 20 25 50 55 446 453 2 En annan publikation (den publicerade holländska patent- anšökningen 6 505 561) hänför sig till framställning av hartser innehållande en blandning cyklodextriner och and- ra kolhydrater.

I samma patentbeslu-ivning beslrr-ives också. framställ- ning av inneslutningshartser innefattande cyklodextriner dispergerade i vattenolösliga syntetiska polymerer, exem- pelvis polyamid, polyvinylacetat, polyahylamid. I dessa inneslutningshartaer är cyklodextrinerna icke kemiskt bund- na. i Det är välkänt, att polymerer innehållande cyklodex- triner 0¥-,,á- och I-cyklodextriner) bildar inneslutnings- komplex nedmolekyler med lämplig storlek och form. Dessa inneslutningskomplex kan i allmänhet framställas ur vat- tenlösningar. På grund av de vattenolösliga cyklodextrin- polymerernas komplexbildandeegenskaper kan de med fördel och ekonomiskt användas aföivexempelvis separation och an- rik-ning av olika substanser ur vattenlösningar, för stabi- lisation av substanser som har benägenhet att sönderdelas i form av sina inneslutningskomplex, för användning vid inneslutningskromatografering, för rökfiltrering och som katalysatorer för accelerering av olika reaktioner. Kom- plex bildade med cyklodextrinpolymerer kan avskiljas från sina lösningar på konventionellt sätt, exempelvis genom filtrering eller sedimentation, och polymererna kan lätt regenereras och recirkuleras.

I praktiken användes företrädesvis lösa, lätt genom- trängliga, väl svällbara polymerpreparat, ty komplexbild- ningshastigheten bestämmes i första hand av cyklodextrin- ringarnas i polymeren tillgänglighet. Å andra sidan bör de svällda preparaten vara fast elastiska och ha god reten- tionsförmåga. De väl svällbara cyklodextrinpolymererna är kända på här ifrågavarande område och har framställts en- ligt kända metoder. De är mindre fasta och elastiska och detta faktum begränsar i hög grad deras användbarhetsom- råde. Dessa kända polymerer är exempelvis icke lämpliga för framställning av folier och fibrer.

Enligt förevarande uppfinning avses framställning av cyklodextrin-polyvinglalkoholpolymerer i form av pärlor, folier, fibrer eller block, vilka är väl svällbara i vat- tenlösningar och ärfasta även i svällt tillstånd. Vidare är 10 15 20 25 50 35 3 446 453 de elastiska och har god retentionsförmåga. De är kemiskt stabila, bibehåller sina ursprungliga egenskaper under upp- repad användning, rening och torkning och de är beständiga gentemot mikroorganismer och tack vare de ovan uppräknade egenskaperna kan de användas för komplexbildning mera för- delaktigt än på här ifrågavarande område kända, närbesläk- tade preparat.

Uppfinningen T. avser cyklodextringa-polyvinylalrkohol- polymerer, som kan framställas i form av pärlor, fibrer, block eller folier. ' Enligt förevarande uppfinning avses vidare ett sätt att framställa de nya cyklodextrin-polyvinylaïlkoholpolyme- rerna, varav man kan framställa inneslutningskomplex i olika former. Sättet innefattar tvärbindning av å ena sidan ett cyklodextrin eller en blandning av olika cyklodextriner el- ler kolhydratblandningar innehållande cyklodextriner med å andra sidan en lämplig polyfunktionell reaktionskomponent, som kan reagera med cyklodextrin, vilken tvärbindning sker i närvaro av polyvinylalkohol, polyvinylacetat eller poly- vinylalkohol/acetatsampolymer.

Lämpliga representanter för polyfunktionella reaktions- komponenter är epoxiföreningar, såsom epiklorhydrin, eller diepoxiföreningar, exempelvis etylenglykol-diepoxipolyeter.

Vare sig epoxi- eller diepoxiföreningar användes för polymerisationen genomföras reaktionen lätt i vattenhaltig, alkalisk lösning. Under dessa betingelser kan epoxidgruppen hydrolyseras till en hydroxylgrupp, vilken kan reagera med ytterligare epiklorhydrín-eller diepoxidmolekyler till en produkt, i vilken cyklodextrin/oymodextrim, cyklodextrin/ polyvinylalkohol- och polyvinylalkohol/polyvinylalkohol- tvärbindningarna kan vara av olika längd.

Beroende på vilka reaktionsparametrar och vilken tek- nik som tillämpas kan man erhålla cyklodextrin/polyvinyl- alkoholpolymerer i form av pärlor, folier, fibrer eller block. I detta avseende är polymerisationsgraden fullstän- digt oväsentlig, ty tvärbundna produkter bestående av en enda molekyl erhålles.

Pärlpolymerer kan erhållas i en suspension. Om en cyklodextrin/polyvinylalkoholpolymer skall framställas, kan man som dispersionsmedium använda ett lösningsmedel med be- 10 15 20 25 50 35 446 453 4 gränsad blandbarhet med reaktiensmediet, företrädesvis ett kolväte, såsom toluen, och en emulgator, företrädes- vis en lösning av polyvinylaeetatlPïAc). Reaktionsmediet är en lösning framställd med ett polärt lösningsmedel, fö- reträdesvis vatten, som innehåller cyklodextrin (ol-fß- eller J-cyklodertrin) eller en blandning av cyklodextrin- homologer eller en kolhydratblandning innehållande cykle- dextriner, 0,1-10 % polyvinylalkohol eller en polyvinyl- alkohol/acetatsampolymer, och en katalysator, företrädes- vis en bas. Basens koncentration beror på tvärbindnings- reaktionskomponenten (polyfunktionell förening). Om man exempelvis använder epiklorhydrin uppgår dess koncentra- tion företrädesvis till 10-2076, då däremot mängden etylen- glykol-diepoxipropyleter företrädesvis ligger' mellan 2 och 4%. Lösningen dispergeras i ett dispersionsmedium under omrörning och under sådana betingelser, att man erhåller en suspension med en önskad dispersionsgrad. Därefter sät- tes det polyfunktionella tvärbindningsmedlet till systemet i en portion eller småningom inom en förutbestämd tid och reaktionen genomföras under lämpliga betingelser under om- rörning. Genom att variera mängdförhållandet cyklodextrin: kopplingsmedel mellan 1:5 och 1:10 kan man framställa en fast, normal sfärisk produkt, som har god retentionsför- måga och som kan avsättas när reaktionen avslutats. Pro- dukten tvättas därefter företrädesvis med lösningsmedel och underkastas torkning. Om den dispersa fasen innehåller polyvinylacetat införas polyvinylalkohol i produkten till och med nä ingen polyvinylalkohol införts i reaktionsmediet.

Detta kan förklaras med att polyvinylacetatet hydrolyseras under lämpliga betingelser och hydrolysprodukten löser sig i den molara fasen. Cyklodextrinkoncentrationen i cykle- dextrin/polyvinylalkoholpärlpolymeren framställd på. ovan angivet sätt kan uppgå ända till 50-7024, dess vattenupptag- ning kan variera mellan l och 5 g vatten per gram hsrts och produkten kan användas för framställning av inneslut- ningskomplex med lämpliga lösningsmedelskomponenter, gaser eller ånger. Den är speciellt lämplig för rening av industri- avloppsvatten och för användning vid inneslutningskromato- grafering. Ur vattenlösningar kan exenpelvis bensen- och kloroformspårmängder elimineras på detta sätt. Ur avlopps- 10 15 20 25 30 55 5 446 453 vatten, kan i synnerhet p-kresol och 0,0-dimetyl-l-hydroxi- 2,2,2-trikloretylfosfat lätt elimineras med ovan beskrivna polymerer.

När en polymerfolie skall framställas löses 50-40% cyklodextrin (¥-,/$- eller J-cyklodextrin) eller en blandning av cyklodextrinhomologer eller också en cyklodextrinhaltig kolhydratblandning lämpligen i en lösning av 5-15% poly- vinylalkohol i ett polärtílösningsmedel, företrädesvis en vattenhaltig, alkalisk lösning.

Till den så erhållna lösningen sättes ett ringa över- skott av ett polyfunktionellt kopplingsmedel och blandningen får stå för initiering av kopplingsreaktionerna. Om lös- ningen hälles på en plan yta erhålles en folie som ett resul- tat av kopplingsreaktionerna. Produkten tvättas därefter och torkas. Gyklodextrin/polyvinylalkoholfolier framställda på detta sätt är speciellt väl svällbara i vatten, elastiska i svan: finlstàna, icke' stela och bamiga. cynoaexzrin/ polyvinylalkoholfolier kan innehålla upp till 40-50% cyklo- dextrin och de kan bilda inneslutningskomplex ur lösningen.

Polymerfibrer kan framställas på två olika sätt. En- ligt det första förfar man på sätt som ovan angives för fram- ställning av folier med undantag av att den viskösa lösningen icke hälles på en plan yta utan införes i ett fällbad, ur vilket fibrer drages. Som fällbad användes lämpligen en mät- tad lösning av natriumsulfat. Enligt en alternativ metod införes en lösning innehållande polyvinylalkohol och ett kopplingsmedel i ett fällbad, som också innehåller en vat- tenlöslig polymer framställd av cyklodextrin G%-,,6- eller X-cyklodextrin) eller en blandning av cyklodextrinhomologer eller en cyklodextrinhaltig kolhydratblandning (den brit- tiska patentskriften l 244 990). Oavsett vilken metod som tillämpas bör polyvinylalkoholkoncentrationen i lösningen lämpligen vara 15-17%. Den erhållna produkten tvättas och underkastas därefter värmebehandling. Böjliga, väl svällbara fibrer erhålles, som innehåller 5-l5% cyklodextrin och som kan bilda inneslutningskomplex ur lösningar. _ Blockpolymerer framställes av olika lösningar innehål- lande polyvinylalkohol, cyklodextrin («-,.ß- eller Jßcyklo- dextrin), en blandning av cyklodeztriner eller en blandning av cyklodextrin och kolhydrat.liksom även en polyfunktionell 10 152 20 25 30 35 446 453 6 reaktionskomponent. Den erhållna produkten tvättas, torkas och pulveriseras slutligen. Det erhållna pulvret har hög specifik yta, god filtrerbarhet och är lätt att handhava.

Det kan användas för framställning av inneslutningskomplex ur lösningar, gaser eller ånger. Den erhållna blockpolyme- rens svällbarhet kan varieras inom vida gränser beroende på komponenternasnügdförhållanden. i Uppfinningen belyses med ytterligare detaljer i föl- jande icke begränsande exempel.

Exempel l: I en reaktor satsades 25 ml av en 6% lösning av polyvinylacetat i toluen med en temperatur av 80°G. ll- g (0,005S mol) ß-cyklodextrin löstes i 6 ml lN-NaOH och den så erhållna lösningen sattes till toluenfasen under h-af- tig omrörning. Omrörningen fortsattes i ungefär 1/2 timme, varpå 4 ml (4,5 g; 0,026 mol) etylenglykol-diepoxipropyl- eter tillsattes. Omrörningen fortsattes i ytterligare 3,5 timmar vid 8000, varpå blandningen kyldes till rumstempera- turen, utspäddes med 50 ml toluen och fick avsätta sig. To- luenfasen avdekanterades och de avsatta kornen suspendera- des i en ytterligare portion toluen, varpå kornen fick av- sätta sig och vätskefasen avdekanterades. Därefter tvätta- des produkten med aceton ytterligare tre gånger och till sist med vatten till neutralitet. Den så erhållna pärlpoly- meren dehydratiserades med en mera koncentrerad aceton- vattenblandning och fick stå i aceton i åtminstone två tim- mar. Därefter torkades den i en exsickator vid 10500 i 5 timmar. Man erhöll på detta sätt 6 g av en polymerprodukt innehållande 16% cyklodextrin och 0,8% polyvinylalkohol.

Vattenupptagningen (svällningskapaciteten) för produkten var 2 g vatten/ l g torkgel; det svällda gelets specifika volym 6 ml/gram.

Produkten känneteclmades genom analytiska metodensom utvecklats för knrakterisering av cyklodextrin/polyvinyl- alkoholpolymerer. För det första genom ett mikroskopiskt förfarande eller genom kvantitativ analys av cyklodextrin- respektive polyvinylalkoholhalten eller genom mätning av vattenupptagningen och det svällda gelets specifika volym. hbrempel 2: Det i exempel 1 beskrivna förfarandet upprepa- des men tvärbindningen genomfördes med 3 ml (5,5 g, 02038 mol) epiklorhydrin i en 25% natriumhydroxidlösning och man 10 15 29 25 30 55 40 7 446 453 erhöll en pärlpolymer innehållande 50% cyklodextrin, 2% polyvinylalkohol och en vattenupptagning av 3 g vatten per l gram gel. Det svällda gelets specifika volym var 8 ml/gram.

Exempel 2: Det i exempel 1 beskrivna förfarandet upprepa- des men 1 g,6-cyklodextrin (0,0009 mol) löstes i en 5% al- kalisk lösning avppolyvinylalkohol och 1,5 ml (1,1 g; 0,010 mol) etylenglykol-diepoxipropyleter sattes till blandningen.

Man erhöll en pärlpolymer innehållande 40% cyklodextrin och 15% polyvinylalkphol. Produktens vattennpptagning var 5 g vatten/ 1 g gel och det svällda gelets specifika volym var 20 ml/gram.

Exempel 4: Det i exempel l beskrivna förfarandet upprepa- des men 4 g (0,005l mol) Xëcyklodextrin löstes i 6 ml lN- Na0H och 4 ml (0,026 mol) etylenglykoldiepoxipropyleter tillsattes. Man erhöll en pärlpolymer innehållande 50 % X-cyklodextrin och 0,5 % polyvinylalkohol. Produktens vat- tenupptagning var 2,5 g vatten/ 1 g gel och det svällda ge- lets specifika volym var 7 ml/gram.

Exempel §: En lösning innehållande cyklodextrin och poly- vinylalkohol blandades med 2 ml av en lösning av 1 g (0,0009 mol)/5-cyklodextrin i lN-Na0H med en temperatur av 8000 och under omrörning. Till lösningen sattes 1 ml (0,0064 mol) etylenglykoldiepoxipropyleter och blandningen hälldes på en plan yta innan den stelnade. Det hela lämnades att torka vid rumstemperaturen och den erhållna folien sköljdes med vatten flera gånger och fick därefter lufttorka. Den erhållna pro- dukten innehöll 4Q%ALoyklodextrin och dess vattennpptagning var 4 g vatten/ l g torr polymer.

Exempel 6: En cyklodextrin/polyvinylalkoholpolymerfiber framställdes genom upphettning av en blandning av 10 ml poly vinylalkohol och en 1-normal alkalilösning innehållande 15% polyvinylalkønol och 5-5%,ß-eykloaextnin nen epylenglykalaie epoxipropyleter vid 80°C. Innan blandningen började undergâ gelbildning infördes den i ett fällbad (20% natriumsulfat) och drogs till fibrer. Produkten innehöll 6% cyklodeztrin.

Exempel Z: En cyklodextrin/polyvinylalkoholpolymerfiber erhölls genom inblandning av 5% etylenglykoldiepoxipropyl- even 1 en löening innehållande 15% pelyvinylelkenel via 7o°c och införing av den så erhållna blandningen i fällbadet med 10 15 20 25 30 55 446 453 e 8 en temperatur av 30°G. Fällbadet innehöll 20% natriumsulfat, 10% vattenlöslig4ßLcyklodextrinpolymer och 2% natriumhydroxid.

Fibern fick stå i badet i 5 minuter, varpå den upphettades till lO5°G, tvättades och torkades. Den erhållna fibrösa produkten innehöll 13% cyklodextrin.

Exempel 8: Partikelstorleksfördelningen i den i exempel l framställda pärlpolymeren bestämdes i torrt tillstånd. Medel- partikelstorleken på grundval av partikelantalet var 55 pm, då däremot medelpartikelstorleken på grundval av partikel- volymen var 67_pm. Produkten svälldes i en dag. I svällt tillstånd var medelpartikelstorleken på grundval av parti- kelantalet 85_nm, då däremot den på grundval av partikelvoly- men uppgick till l07_um. Därefter torkades och svälldes polymeren flera gånger, varvid medelpartikelstorleken be- stämdes efter varje gång. Partikelstorleksfördelningen upp- visade ingen väsentlig skillnad ëns efter den tionde gången, då medelpartikelstorleken på grundval av partikelantalet för en torr produkt var 55_pm, för en svälld produkt 84¿um och medelpartikelstorleken på grundval av partikelvolymen uppgick till 564pm för den torra polymeren och l0?lpm för den svällda polymeren.

Av de ovan bestämda proven kan man draga den slutsat- sen, att cyklodextrin/polyvinylalkoholpolymerer kan användas upprepade gånger utan att kornen sönderdelas eller deforme- ras ens efter långvarig påkänning. _ Exempel 2: I cigarrettmunstycken fyllda med ett filterma- terial med pärlpolymeren framställd enligt exempel l eller 4 absorberades väsentligen de skadliga komponenterna i röken.

I ett kloroformextrakt av filtermaterialet kunde man fast- ställa en väsentlig mängd nikotin och andra skadliga kompo- nenter.

Exempel 10: En kolonn 1,6 x 40 cm fylldes med pärlpolymeren framställd enligt exempel l och en blandning av 5 mg alanin, 0,2 mg tyrosin.HUl och 0,3 mg tryptofan bringades att passera genom kolonnen. Eluering genomfördes med utspädd sàltsyra med en hastighet av 40 ml per timme. [ve/vt] :ry-prosa = 2,00; mosimacl: 1,20, alanin: 0.73.

Exempel ll: En blandning av å ena sidan 5 mg av en alifatisk aminosyrablandning (glycin, alanin, valin, leucin, isoleucin, serin, trionin, cistein, metionin, asparaginsyra, glutaminsyra, 10 15 20 25 50 55 9 446 453 lysin, arginin, histidin, prolin, hydroxiprolin) och å den andra sidan 0,1 mg fenylamin och 0,5 mg tryptofan underkas- tades kolonnkromatograferíng på sätt som angives i exempel 10. Eluering genomfördes med destillerat vatten medpen has- tighet av no m1/timme. /V¿/v¿7 t;yptofan= 2,40, feny1a1anin= 1,10; blandning av alifatiska aminosyror: 0,75.

Exempel 12: I 50 ml av en mättad vattenlösning av kloroform och i 50 ml av en mättad vattenlösning av bensen sattes var- dera 1 g av,ß-oyklodextrin/polyvinylalkoholpärlpolymeren framställd på sätt som angives i exempel l. Ur de utspädda vattenlösningarna absorberade polymeren 50% av den i lös- ningen ingående bensenen och 60% av den i lösningen ingående kloroformen på l timme vid rumstemperaturen. Polymeren är uppenbarligen lämplig för eliminering av kloroform och ben- sen ur vattenlösningar. _ Exempel lå: Med en pärlpolymer framställd enligt exempel 1 fylldes en kolonn 1,2 x 20 cm och 50 ml av en 0,07% vatten- lösning av bensen bringades att passera genom kolonnen med en hastighet av 40 ml/timme. Vattnet som avgick från kolon- nen var bensenfritt. Bensenen bunden i komplexet eliminera- des genom kokning. Polymeren kan regenereras och användas upprepade gånger. .

Exempel 14: I en kolonn enligt exempel 15 hälldes 50 ml av en 0,5% vattenlösning av p-kresol. Det från kolonnen avgåen- de vattnet innehöll ingen p-kresol.

Exempel lå: Det i exempel 13 beskrivna förfarandet upprepa- des med den ändringen, att man lät 25 ml av en 0,05% vatten- lösning av 0,0-dimetyl-1-hydroxi-2,2,2-trikloretylfosfonat passera genom kolonnen. Vattnet kan befrias från ovannämnda förorening i ett enda steg.

Exempel 16: Cyklodextrin/polyvinylalkoholblockpolymer fram- ställdes på följande sätt: Till 4 g av en lösning innehål- lande l5,2% polyvinylalkohol sattes 15 ml lN-Na0H (0,0l5 mol) och därefter tillsattes 11,5 g (0,0l0 mol)¿p-cyklodextrin.

Blananingen uppneeeaaee därefter till so°c och 10 m1 (11,2 g, 0,064 mol) etylenglykol/diepoxipropyleter tillsattes under omrörning. Gelbildningen kunde observeras sedan det hela fått sea 1 15-zo minuter. neaktiensblananingen hölls via so°o 1 ytterligare 20 minuter, kyldes därefter till rumstemperaturen och fick stå i 3 timmar. Produkten suspenderades därefter i 446 453 15 100 ml vatten, suspensíonen triturerades och vatten avdekan- terades. Polymeren tvättades med vatten (211100 m1). Dehyd- ratisering genomfördes på sätt som angives i exempel 1 med användning av aceton/vattenblandningar med stigande koncent- ration. Produkten torkades vid lO5°G och man erhöll 21 gram polymerprodukt innehållande 47% cyklodextrin och 4,5 % poly- vinylalkohol. Produktens vattenupptagning uppgick till 2,2 g vatten/gram torr polymer och den svällda produktens speci- fika volym var 5,2 ml/gram. u, ll

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 H 446 453 PATENTKRAV

1. Cyklodextrin/polyvinylalkohdbsegmentsampolymer, exem- pelvis i form av pärlor, fibrer, block eller folie.

2. Sätt att framställa cyklodextrin/polyvinylalkohdbseg- mentsampolymerer som kan bilda inneslutningskomplex, k ä n n e t e c k n a t av att man tvärbinder å ena sidan ett cyklodextrin, en blandning av cyklodextriner eller kolhydratblandningar innehållande cyklodextriner i närvaro av polyvinylalkohol, polyvinylacetat eller en polyvinylalkohol/polyvinylacetatsampolymer, med à den andra ett polyfunktionellt kopplingsmedel, som kan reagera med cyklodextrinerna och med den i blandningen ingående poly- meren, varvid man som polyfunktionellt kopplingsmedel exempelvis använder en epoxiförening, såsom epiklorhydrin eller etylenglykolpolyeter.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att man framställer en cyklodextrin/polyvinylalkohdrsegment- sampolymer i form av pärlor i ett 2-fassystem.

4.' sätt enligt krav 3, k ä n n e: e e k n a t av att man använder en alkalisk vattenlösning som reaktionsme- dium och en lösning av en emulgator, exempelvis poly- vinylacetat; som apolär fas.

5. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a tv av att man framställer en cyklodextrin/polyvinylalkohdbsegmentsam- polymer i form av en folie.

6. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att man framställer en cyklodextrin/polyvinylalkohdbsegmentsam- polymer i form av fibrer.

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att man omsätter cyklodextrin med en polyvinylalkoholfiber i 10 446 455 D fällbadet.

8. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att man drar fibrerna av en cyklodextrin/polyvinylalkohdbseg- mentsampolymer.

9. Sätt enligt krav 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a t av att man använder en mättad vattenlösning av natriumsul- fat som fällbad.

10. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att man framställer en cyklodextrinlpolyvinylalkohobseg- mentsampolymer genom blockpolymerišation.