SE466534B - Adsorptionsmedel foer metalljoner, proteiner och andra oorganiska och organiska substanser - Google Patents

Description

15 20 25 30 466 534 Det är av vikt att de kelatbildande grupperna dels binder vissa tungmetaller starkt, dels uppvisar en hög selektivitet. I en särskild utformning av uppfinningen med endast kväve i liganden fás en hög affinitet för kvicksilver, kadium och koppar, men låg affinitet för järn. I denna form med en hög relativ affinitet för de förstnämnda metallerna kan dessa alltså koncentreras effektivt ur vattenlösningar innehållande järn, varvid alkali- och jordalkalimetaller eller aluminium inte heller stör nämn- värt.

Adsoptionsmedlet enligt uppfinningen kännetecknas av strukturen P-D-L, där P är en polymer, D en tvärbindande brygga som förbin- der P med en ligand L bestående av ett eller flera heteroaroma- tiska ringsystem med minst ett ringkväve N som tillsammans med en närmast intill liggande ringatom C bildar en terminal i en atomsekvens A: N - C - Cn - N, där n är 1 eller 2, vars andra terminal - Cn - N - även kan ingå i ett heteroaromatiskt ring- system med en eller flera heteroatomer och via D är förbunden med P, eller där - Cn - N ingàr i en vid den heterocykliska ringen belägen exocyklisk sidogrupp via D förbunden med polyme- ren P.

Ligandstrukturen innehåller en kvävehaltig ring av aromatisk ka- raktär. Särskilt effektiva för tungmetallbindningen är pyridin och imidazol. Dessa ringsystem som sådana har ringa affinitet för tungmetaller i form av exempelvis kopparjoner, men affiniten kan förstärkas högst väsentligt genom lämplig substitution.

I liganden enligt uppfinningen har en sidogrupp införts i 2- stâllning till ringkvävet med en kvävegrupp i sidokedjan skild från ringkvävet genom en atomsekvens av 2 eller 3 kolatomer.

Denna substitution har till följd att en 5- eller 6-ledig kelat- ring kan utbildas med en tungmetall med utpräglad affinitet för kväveatomer (metalljoner av ”härd” eller "intermediär" typ). 10 15 20 25 30 35 4> Ch Ch LH LN 4; En heteroaromatisk ring 1' LC -N \ N/ n u 1 2 3 4 med atomsekvensen A, dar n = l : N = C - C - N 2 3 4 kan ge ett metallkelat C - C - N 1 / , N _ , ““~ Metall II k) Z II O och med atomsekvensen A, där n ett metallkelat C _ " " ~ ~Meta11' Metallen är företrädesvis "mjuk" eller "intermediär“ sàsom CUII, NiII , Cdïï , Hgïï , eller Coïï . Affiniteten för Feïïï liksom för A1III , ceII , een "hårda" meceiljener är obetydlig eller obefintlig, vilket är en fördel för vidare utveckling av ligander med selektivitet mot de mjuka metalljonerna.

I de bidentata strukturerna ovan finns tva atomer N1 och N4f5 som bindes till metalljon. Om, vilket ofta är fallet, en nickel- jon kan binda koordinerande atomer som N eller S pà sex ställen, alltsa är hexakoordinerat valent men dipositiv, kan 3 strukturer A koordineras N\ N_ I _N ( “ïiflf Nf' *N N/ 10 15 20 25 30 466 534 4 f\ men om N N är fixerad i en polymer direkt eller indirekt och avständen mellan alla fi,\N är tillräckligt stora kan endast ett ofullständigt komplex erhällas. Metallen blir omättad med av- seende pä fi,\N, vilket utnyttjas vid IMAC. Hur starkt en me- talljon adsorberas beror pà om fi,~Ü ligger tätt, dà faktiskt 2 eller, vilket är föga troligt, 3 É/åk kopplas till en metalljon, som givetvis därmed bindes starkare. Omgivningen kring É,\N änd- rar affiniteten för metallen och vanligen utgör omgivningen, po- lymeren och bryggan till polymeren ett visst hinder för interak- tionen.

För metalladsorption skall affiniteten vara hög, dvs. bindningen stark och selektiviteten hög, men samtidigt skall metalljonen lätt kunna desorberas. För att avlägsna exempelvis Hg eller Cu ur vatten far adsorbentet inte avmättas av järn eller aluminium.

Adsorptionskapaciteten kan förstärkas sä att mer av en viss me- talljon adsorberas pä en given mängd adsorbent liksom att selek- tiviteten också kan ökas genom att ytterligare koordinerande atomer, särskilt N och S (i tiol) inskjutes. Förstärkningen blir särskilt effektiv och dessa atomer inskjutes så att 5- eller 6- ringar kan utbildas med de koordinerande atomerna t.ex.

-N-c-c-N- -N-c-c-c-N- -N-c-c-sH -N-c-c-c-sH 5- och 6-ringarna enligt uppfinningen ger metallkelat som är starkare än komplex med tvá N-atomer i annat läge. Genom att N ingàr i en ring, t.ex. pyridin eller imidazol stabiliseras me- tallkelatet ytterligare och mycket stabila komplex erhålles om den heteroaromatiska ringen är imidazol. 4 6 6 5 3 4 Här kan tvà former tänkas HN _- CH HN --- CH 5 Hc c-CHZ-N- och HZN-c-c cH š N / \\N / En ligand av pikolylamintyp kan bilda kopparkelatstrukturen N 2 -c3H2-N4H- I 1° (<3 / \ ® Z.

Cu 15 Ännu starkare kelat erhalles om liganden har tvà pyridinkárnor 20 \® \ Cuç__lJ-- N/cs / vàtet vid kváveatomen i I kan med fördel substitueras med nágøn annan kelatbildande grupp, t.ex. karboxymetyl, varvid också ett dubbelringkelat kan bildas.

II 10 15 20 25 30 35 466 534 6 III Femledade ringar i kelater är ofta mycket stabila liksom i en del fall även sexledade ringar. Ett dubbelringkelat erhålles ur I genom behandling med epiklorhydrin och reaktion därefter med exempelvis natriumvâtesulfid och metallmâttnad ger en intressant variant enligt uppfinningen som med metall kan binda tvà kväve- atomer och en svavelatom. faim N Utbytes NaSH mot NH3 erhàlles \, \ /Me IN- l H N CH2 g , CHZ- CHOH IV 10 15 20 25 30 35 Utbytes NH3 mot en amin erhálles alkylderivat som likaledes bildar ett bikelat. Om aminen bytes ut mot en aminosyra, exem- pelvis glycin kan ytterligare ett femledigt ringsystem utbildas, med iminodiättiksyra kan teoretiskt 4-5 lediga ringar bildas med tungmetaller som exempelvis kobolt och zink. Om NH3 utbytes mot polyaminer kan kelat med mànga ringar och endast kväve som enda slag av metallkoordinerande atom utbildas t.ex. med dietylentri- amin och nickeljoner, o N H N \, H1/ 2 _"“~à NiQ__N- VIa eller \\g \\ 2\ I HZN _+ Ni<___N_- CHZ / /cnz \ / cn - cH \ HN-CH 2 Bi- och trikelater med 2 resp. 3 fem- eller sexledade ringar kan också erhållas genom annat slag av substitution i I, t.ex. o \ Me \N- /\| X CHZ šEC___Cñ/, VII där X är NH2 eller SH. Dessa ligander kan framställas genom att alkylera V med allylbromid, bromera allylderivatet och sedan ge- nom behandling med ammoniak respektive NaSH (eller via Bunte Saltz och reduktion). 10 15 20 25 30 466 534 Imidazol och imidazolderivat kan inta pyridinets plats i före- gàende exempel, men enligt uppfinningen kan sidogruppen inta tvá olika positioner. Sàlunda motsvaras formel I av följande struk- turer /¿Cu C k”'NH:; .--N _ --N “R ___/CH2 l l /NH l 1% l; ,, *\NH/““'CH2 \\N/” %\ \\ 6/ NH- N H // \¥(h1e/ VIIIa VIIIb VIIIC Bland många varianter enligt uppfinningen kan lämpligen anföras ligander enligt följande ll ll ll ll \\N/*'-'\\N,/ l l :__- H IX X ___N -_ __N X ll - CH -N-CH l? - cH -N/ \N/ 2 i 2" \1|\;/ \NH/ 2 \ I .

H H XI XII där X är CHZCOOH eller -$H-COOH -CH-COOH.

Den för ring A nödvändiga kelatstrukturen kan erhållas genom tvà sammanbundna pyridinringar enligt följande 10 15 20 25 30 35 -Jjå Ch Ch C71 CN -JÄ XIV men då mäste fixeringen ske via en sidokedja, exempelvis via aminogrupper i 5-aminofenantrolin QN 9 XV XIII - XV är bidentata ligander som inte kan förstärkas genom kvâvesubstitution sàsom fallet är i tidigare exempel.

De ovan beskrivna derivaten innehåller alla atomsekvensen -N-C- C-N- där om atomerna numreras -N1~C2-C3-N4-,lN1-C2 ingàr i en heteroatomatisk kärna som i de exemplifierade fallen är en imi- dazol- eller pyridingrupp. Denna heteroaromatiska grupp är sub- stituerad i 2-ställning med en sidogrupp, vilken även den kan vara en ring men också en alifatisk eller blandad alifatisk-aro- _ matisk kedja. Den heterocykliska ringen kan vidare vara substi- tuerad eller annelerad till en annan ring, heteroaromatisk eller aromatisk, så att t.ex. följande metallkoordinerande strukturer erhålles; /šïš]- CH2-NH- /U - CH2-NH- XVI N N 10 15 20 25 30 35 10 466 554 Sidogruppen i liganden L är bunden till en polymer via en tvär- bindare D som i enklaste fall kan bestå av en enda kolatom med väte. Om exempelvis en polysackarid oxideras med perjodat erhàl- les länkar med strukturen x i CH-o ,/ -o-CH cH-o- XVI: \\ /' cfio ocn vari X är CHZOH; COOH; CHO eller CH3, som med pikolylamin ger kondensationsprodukter innehållande strukturen X I CH - O -O-CH CH-O- XVIII \ / CH CH H 1 N N I ! FH2 CF2 (ÛÉ Û som kan reduceras till X - H CH - O \\ / ïHz :II-Iz NH NH t i CH2 CH2 I dessa fall är distansgruppen D, CH eller CH2. 10 15 20 30 35 ll' 466 554 Sidogruppen kan, som visats i de föregående exemplen, vara mer komplicerad och ytterligare exempel därpå kan anföras. Polymeren kan substitueras med polyetylenimin eller själv bestå av poly- etylenimin, tvärbunden eller icke tvärbunden. Behandlas en sådan amin med en aldehyd, t.ex. pyrol -2- aldehyd eller pyridin -2- aldehyd erhållas genom Schiffsk kondensering den karakteristiska atomsekvensen N1-C2-C3-N4, där N4 är omvandlade primära amino- grupper i den aminhaltiga polymeren IL\N/H - CH==N-(polyamin)-D-Qš> eller Ešâ3¶ _ CH==N_(pOlyamin)_D_<š N och efter reduktion med exempelvis NaBH4 ü\N/H - CH2-NH-(PolYamin)~D{:)_resP. (:> _ CH2_NH_(polyamin)_D_<š N/ Om polyaminen behandlas med pikolylklorid kan pikolylgruppen in- föras vid såväl primära som sekundära aminogrupper, exempelvis x \ N-cnz-cnz-N-cnz-cnzf - X / | I o" där upprepade sekvenser N1-CZ-C3-N4 erhålles i varje ligand el- ler i polyetyleniminen.

Sidogruppen kan också innehålla derivat av karbamid, tiokarba- mid, semikarbazid, biuret osv. liksom exempelvis guanidin, hyd- ~razin och hydrazinderivat, exempelvis 10 15 2 G 25 30 12 466 534 ïnz-coon O - cH -NH-coNH- -cH -N-cs-NH- N 2 N / 2 NH _ ._ H.. _ _ O CH N " N 2 c NH NH- cH2-coon N - CHZ-NH-NH- N -CHZ-N-NH- O C) / Pikølyl eller imidazolylmetylgrupper etc. kan också införas i _ NHZ Z MQ) - GHz-N: c XXI N» \ polymeren via triazinderivat, exempelvis ra l “ÖN Û ®-o -kNÄ- NH-cnz- N och xxx: NHZ ./\ \N HN I NÅN ® -NH -kQ/l- NH-CHZ- _.-__l I dessa och liknande exempel kan triazinstrukturen uppfattas som ingående i liganden L eller i den tvârbindande bryggan D.

Adsorbentet kan ytterligare förstärkas även pà andra sätt. Sä- lunda kan man t.ex. substituera aminogruppen i pikolylamin med en allylgrupp IJ 10 15 20 25 30 35 CH 13 CH -CH= CH _ H _ __ N 2 och därefter bromera produkten: 2 -CH2 Br-CH Br 2 ...fä CR (F (N XXIII Därefter kan man med ammoniak eller NaSH införa amino- respek- tive SH-grupper i 2- och 3-ställning till N4. Manga variationer pà detta tema är tänkbara.

Tris(2-aminoetyl)amin ger efter immobilisering till polymer ett utmärkt utgángsmaterial för alkylering med Q-CH2 X, där X är Cl eller Br, och Q är pyridin, imidazol eller annat heteroaroma- tiskt ringsystem, som genererar atomsekvensen N1-CZ-C3-N4 och kan bilda synnerligen starka metalljonkomplex, t.ex.

O -CH Eíïsfl 2 N íš;á].cH2-NH-cH2-CHZ och med fiHf i -NH \\ CH -CH 2 “\\.___N Q } .\\N ! H /,- cn 2 // -Cl 2 \*N-CH -CH -NH- 2 exempelvis XXIV 10 15 20 25 30 35 14 466 534 ///\\~--N -CH -NHCH -CH Lš;;lL\ï y 2 2 2 \\\\\ 1 _ /Nïi /-= <:> N -cH2-NH-cH2-cH2 N-CH -CH -NH- XXV 2 2 En förstärkt adsorption kan även erhàllas genom att kondensera 2-hydroxi-bensaldehyd med pikolylamin till Schiffsk bas och där- efter reducera och koppla till aktiverad polymer. Ni-joner kan dá med liganden bilda komplex av strukturen N 2 \\ -Ni.@-lJ__ O '/4 // K:ï:]__,cH2 Utöver aktivering av matrisen med symmetrisk triklortriazin och direkt koppling av amin till aldehydgrupper substituerade i po- lymermatrisen kan denna ligand bindas pà flera sätt såsom genom XXVI aktivering med ett bifunktionellt reagens som divinylsulfon, bi- sepoxid, epihalohydrin eller halocyan, exempelvis BrCN. Man kan också överföra OH-grupper i aktiva estrar osv. Aktiveringsrea- genset kan således också generera den tvârbindande bryggan. Med divinylsulfon erhålles bryggan - cnz-cnz-soz-cnz-cH2 - med butandioldiglycidyleter 10 15 20 25 30 35 15 466 534 -CH -CH -O-CH -CHOH-CH - - cH -cHoH-cH -o-CHZ-CH 2 2 2 2 2 2 2 eller XXVII -CHOH-CH - -CH -CH2-O-CH2-CH2-CH-CH2-O-CH 2 2 I 2 CH3 Vi har undersökt ett antal olika polymerer med hänsyn till deras lämplighet som stödmaterial för olika anvândningar. Generellt mäste stödmaterialet tàla de kemiska och fysiska påfrestningarna vid regenerering av adsorbentet efter avmättningen av metalljo- ner. För behandling av industrivatten màste stödmaterialet, matÉ risen, vara billig, medan för laboratorieanvändning och medi- cinskt bruk mera exklusivt material kan ifrágakomma. Som prak- tiskt användbart, lösligt eller olösligt stödmaterial kan vi som exempel nämna cellulosapulver, filterpapper, bomull och "wettex“, tvârbundna stärkelseprodukter och andra tvârbundna polysackarider, exempelvis agar och agaros, tvârbundna polyoler som polyvinylalkohol, tvärbunden polyakrylamid och andra syntetiska polyaminer, tvâttsvamp etc. Polymeren kan också med fördel bindas kovalent till en oorganisk bärare som kiselgel eller glas eller blandas med eller bindas till magnetiska partiklar, vilket underlättar avskiljande av adsorbentet fràn omgivande lösning.

För fixeringen av liganden till bäraren har vi en billig och bra metod i aktivering med epiklorhydrin, som ger en stark och bra bindning mellan matris och ligand. Vi har också supplementerat med oxidering av polyolen till aldehydgrupper och Schiffskt bas- kondenserat och reducerat. För matriser med primära aminogrupper har vi också kopplat via dialdehyder.

Med val av och syntes av ligander har vi sedan kommit fram till adsorptionsmedel med en vidsträckt användbarhet. 10 15 20 25 30 35 16 466 554 Tungmetaller förekommer allmänt i naturen, dels naturligt före- kommande, dels som resultat av mänskliga aktiviteter och är ett snabbt växande miljöproblem, som ofta stör de biologiska pro- cesserna. Ansamlig av metalljonerna pà adsorbenter är den ke- miskt och tekniskt mest flexibla metoden att oskadliggöra tung- metallerna, och adsorbenterna enligt föreliggande uppfinning har visat sig kunna anpassas för flertalet av de aktuella metal- lerna och behoven. Även rent medicinska tillämpningar har visat sig kunna utföras och försök med adsorption av bakterier, virus och olika giftiga organiska ämnen har gjorts.

Framställningen av adsorbenter enligt uppfinningen och deras egenskaper skall beskrivas närmare genom den åtföljande figuren och ett antal utföringsexempel. Alla angivna procentsatser avser viktprocent.

Figuren illustrerar hur en tungmetall immobiliseras till en pro- dukt enligt uppfinningen, med dipikolylamin-Cu++med en N-halt av 3,48 % som ligand och med ligandmângden 829 umol/g torr gel.

Ett kromatografirör med en diameter av 1 cm fylldes med 2,5 g dipikolylgel med 50 uM ligand per ml gel enligt Exempel 1, lad- dad med kopparjoner. Bâdden tvâttades med en buffertlösning in- nehàllande 50 mM NaH2PO4 och 0,5 M NaCl (för att undertrycka jon- byte) och med pH justerat till 7,6. 2 ml humanserum försattes med NaCl till molaritet 0,5 och in- filtrerades i bâdden. Kromatogrammet utvecklades genom att låta följande lösningar passera bâdden med en hastighet av 25 ml i timmen: I 50 mM NaH2P04, pH 7,6 med 0,5 mM NaCl, jämviktsbufferten, II 0,5 M natriumacetat, pH justerat till 5,5 och försatt med 0,5 M NaCl.

III 50 mM imidazol, 50 mM NaH2PO4 + 0,1 M NaOH till pH 7,6 och försatt med 0,5 M NaCl.

LI 10 15 20 25 30 35 17 Figuren visar kromatogrammet som erhölls dà ändringar i elu- tionsmedlet gjordes sà som indikeras med pilarna. Proteinmängden mättes med spektrofotometer genom adsorptionen vid 280 nm.

För att erhålla en uppfattning om selektiviteten i proteinad- sorptionen utfördes en gelelektroforetisk analys. En klar upp- delning av serumproteinerna i tre distinkta grupper erhölls. En effektivare rening av proteinerna kan erhållas genom att gra- dientvis ändra de eluerande ämnenas koncentration (vätejoner, imidazol och fosfat). 300 g i vatten svâlld 6-procentig agaros (Sepharose 6B) försat- tes i en 2 l rundkolv med 45 ml vatten, 100 ml 4 M NaOH, 0,86 g natriumborhydrid och 18,75 ml epiklorhydrin. Efter 2 timmars om- rörning vid rumstemperatur tillsattes ytterligare 100 ml 4 M NaOH och 100 ml epiklorhydrin. Reaktionen fick fortsätta under en natt vid rumstemperatur, varefter den epoxiderade agarproduk- ten tvättades med vatten till neutral reaktion. 40 g epoxiderad agaros försattes i en 500 ml rundkolv med 35 ml 1 M Na2CO3 och 1 ml pikolylamin. Efter 70 timmars reaktionstid vid rumstemperatur under omrörning tvättades gelprodukten efter vartannat med vatten, 0,1 M ättiksyra och slutligen vatten.

Produkten testades med avseende pà adsorptionsförmàgan med lös- ningar av Fe(III)klorid, Cu(II)klorid och Ni(II) sulfat. Koppar- jonerna adsorberades starkare än nickel- och järnjonerna. Kapa- citeten uppmâttes till cirka 30 umol Cu(II) per ml gel. 20 g pikolylamingel enligt Exempel 1 försattes med 15 g brom- ättiksyra löst i 35 ml 3 M NaOH och pH justerades med fast NaOH till pH 10,5. 35 ml i 1 M natriumvâtekarbonat med pH justerat 10 15 20 25 30 35 18 466 534 till 10,5 tillsattes och suspensionen skakades i 15 timmar vid rumstemperatur. Gelprodukten tvâttades i tur och ordning med vatten, 0,1 M âttiksyra och vatten. Den karboxymetylerade piko- lylaminen adsorberade kopparjoner starkt. Till skillnad fràn ge- < len enligt Exempel 1 eluerades inte fixerad Cu(II)-jon med 1 M glycin, pH 8. J Exempel 3 10 g pikolylaminagaros enligt Exempel 1 försattes med 0,4 ml pi- kolylklorid löst i 20 ml 1 M NaHCO3/Na2CO3, pH 10,0 och skakades vid 70°C i 1 timme. Gelen tvâttades liksom i Exempel 1.

Dipikolylamingelen fixerade kopparjoner starkare än pikolyl- amingelen och visade en annan fárgskiftning mera i blàgrönt än blàtt. Tvàvàrda kopparjoner, Cu2+ fixerades till samtliga tre geler enligt Exemplen 1 - 3 i vattenlösning. Tvättning med 1 M glycin resulterade i att kopparen pà gelerna enligt Exempel 1 och 3 eluerades under det att den blà zonen pà gelen enligt Exempel 2 förblev stationär, och denna gel alltsa har den star- kaste affiniteten för koppar. Liknande försök gjordes med nickel- och koboltsalter. Dessa metalljoner adsorberades ocksa men svagare än kopparjoner.

En jämförelse mellan karboxymetylpikolylamin-agaros, "CMP"-aga- ros och iminodiacetat-agaros, "IDA"-agaros gjordes med avseende pá förmågan att adsorbera serumproteiner och en definitiv skill- nad observerades. CMP-agarosen gav inte bara skarpare separa- tion, utan proteinmönstret var också olika det som erhölls med IDA-agaros under identiska försöksbetingelser.

Exempgl_g (Pikolyl-etylendiamin) 10 g bomull försattes med 30 ml 0,8 M NaOH och 3 ml butan-bis- glycidyleter. Efter 20 timmar vid 27°C avskiljdes bomullen och tvättades med vatten. ß» Den epoxiderade bomullen försattes med 35 ml 0,2 M NaHCO3 juste- rad med NaOH till pH 10,5. 1 g dipikolyletylendiamin och 35 ml destillerat vatten värmdes till 70°C och den klara lösningen 10 15 20 25 30 35 19 sattes till bomullen med vätekarbonatlösningen och skakades vid rumstemperatur under ca 70 timmar. Produkten tvättades med vat- ten, 0,1 M ättiksyra och slutligen vatten och visade sig anta en stark blà färg i kontakt med kopparkloridlösning. 1 M glycin avfärgade bomullen endast i ringa utsträckning.

Exempel 5 0,5 g bis-(2-aminoetyl)-sulfid löstes i 30 ml 1,0 M natriumvâte- karbonatbuffert, pH 10,5 och försattes med 25 g epoxiaktiverad agaros enligt Exempel 1. Efter skakning över natten vid rumstem- peratur avskiljdes gelen och tvättades med vatten, 0,1 M Hac och slutligen vatten. Gelen adsorberade Cu(II)-joner men tämligen svagt.

Gelen pikolylerades enligt Exempel 3, varefter vid prövning med Cu(II) den pikolylbehandlade gelen visade sig adsorbera koppar- jonerna betydligt starkare.

Exempel 6 25 g epiklorbehandlad agaros enligt Exempel 1 försattes med 0,5 g 2-aminoetyl-2-pyridin löst i 30 ml i 1 M natriumvâtekarbonat- buffert, pH 10,5. Efter skakning vid rumstemperatur över natten adsorberade gelen kopparjoner.

Exemnell 75 g epoxiagaros enligt Exempel 1 behandlades över natten vid rumstemperatur med 3,5 g aminometylimidazol löst i 80 ml 1 M Na2CO3 och tvàttades pä samma sätt som i Exempel 1. Efter tvätt- ning liksom i övriga exempel testades produkten med avseende pà förmägan att adsorbera koppar- och nickeljoner. Bàda jonerna ad- sorberades starkt till gelen.

Gelen karboxylerades och pikolylkloridbehandlades analogt med Exempel 2 och 3, och den karboxymetylerade gelen befanns adsor- bera Cu(II) starkast när 1 mol glycin användes som eluent. 10 15 20 25 30 35 466 534 20 Ezempe1_§ (Pico EDA-trisakryl) 100 g tvârbunden hydroxylhaltigt polyakrylat (Trisacryl Fb 2000, IBF) blandades med 100 ml 1 M Na0H och 10 ml epiklorhydrin, och värmdes 1 timme vid 40°C, varefter ytterligare 10 ml epiklor- hydrin tillsattes. Suspensionen fick stà 1 timme vid 40°C och sedan tvättades gelen med 0,1 M Na2CO3 och vatten.

Gelen delades i tvà delar och varje del blandades med 75 ml 1 M Na2CO3 och 2,5 g pikolylklorid. Båda delarna fick stà under om- rörning, den ena i 20 timmar och den andra i 5 dygn. Gelerna tvâttades liksom i Exempel 1. Gelen med kort behandlingstid tog upp 39 umol Cu(II) och gelen som behandlats 5 dygn 58umol Cu(II). Gelerna blev starkt blàfärgade. Ungefär hälften av kop- paren eluerades med 1 M glycin och resten desorberades med 0,2 M etylendiamintetraättiksyra (EDTA). 30 g epoxiderad 6 %-ig agaros tvâttades med 0,2 M Na2CO3 och försattes med 0,3 g 1,2 - [2-(8-hydroxikinolinyl)]-etylendiamin i 25 ml vatten. Suspensionen värmdes till 95°C och hölls vid denna temperatur under 2 timmar. Gelen tvättades i tur och ordning med vatten, etanol, aceton, vatten 20 %-ig HAc och vatten. 23 umol Cu(II) adsorberades per ml gel, och kopparen eluerades inte med EDTA.

EX§mQšl_lQ 5 g polyakrylamid med epoxigrupper som reaktiva substituenter (Eupergit®) uppslammades i 25 ml l M Na2C03 och 0,23 g 2-amino- metylimidazol tillsattes. Efter 20 timmars reaktionstid avskilj- des gelen och tvâttades med vatten, utspâdd ättiksyra och slut- ligen vatten liksom i tidigare exempel. Kopparjoner adsorberades effektivt, men förtrângdes med 1 M glycin, pH 8,0. 10 15 20 25 30 35 -21 EXQmE§l_ll 5 g Eupergit® behandlades som ovan men med 0,15 ml pikolylamin i stället för 2-aminometylimidazol. Produkten liknade till sina egenskaper 2-aminometylimidazolgelen.

Exempel 12 1 g kiselgel till vilken bundits polyetylenimin uppslammades i 5 ml 1 M Na2CO3 och försattes med 30 ul pikolylamin. Efter 12 tim- mars reaktionstid tvättades gelen med utspâdd ättiksyra och vat- ten. Kopparjoner adsorberades starkt, vilket pávisades genom att gelen antog en mycket mörk, blà färg som endast i mindre ut- sträckning kunde avlägsnas med 1 M glycin. xem e 13 Syntes av karboximetyl-pikolylamingel vid butandiol-bis-dig1yci- dyleter-aktivering. 100 g 6 %-ig agaros försattes med 100 ml 0,6 M NaOH, 0,2 g NaBH4 och 12,4 ml butandiol-bis-diglycidyleter. Blandningen skakades över natten, tvättades och delades i 6 lika delar.

Varje prov försattes med 20 ml 0,5 M NaHCO3 med pH justerat till 10,5 och med pikolylamin i följande mängder: a) 0,56 ml, b) 0,14 ml, c) 0,07 ml, d) 0,035 ml, e) 0,0175 ml och f) 0,009 ml.

Proverna fick stá i vattenbad över natten under skakning, varef- ter deras förmåga att uppta kopparjoner prövades i vattenlösning och befanns vara a) 0,53 %, b) 0,33 %, c) 0,215 %, d) 0,014 %, e) 0,98 % och f) 0,043 %.

Gelen karboximetylerades vid rumstemperatur med 29 ml av en lösning beredd av 19 g bromättiksyra, 44 ml 3 M NaOH, 44 ml 1 M NaHCO3 och med pH justerat till 10,5. Karboximetyleringen gjor- des över natt under skakning i E-kolv.

En kvalitativ studie över styrkan i kopparjonbindningen till de pikolylamin- och karboximetylerade pikolylamingelerna gjordes.

Kopparen fixerad vid den förra gelen eluerades vid en lägre kon- 10 15 20 25 30 35 22 466 534 centration av glycin inkluderad i bufferten (0,1 M Tris HCl, pH 7,8) än vid den senare gelen.

Exempel 14 Syntes av karboximetylerad pikolylamingel via divinylsulfonakti- vering. 100 g torrsugen 6 %-ig agaros försattes med 100 ml 0,5 M NagCO3 och 5 ml divinylsulfon och skakades över natt vid rumstempera- tur. Gelen tvättades och fördelades pá 6 prov pà vardera 19 g.

Varje prov slammades upp i 20 ml 0,5 M NaHCO3-buffert justerad till pH 10,5 och behandlades med pikolylamin i följande mängder: a) 0,76 ml, b) 0,19 ml, c) 0,09 ml, d) 0,048 ml, e) 0,024 ml och f) 0,012 ml.

Karboximetylering utfördes med 20 ml bromättiksyralösning per prov enligt Exempel 13.

Kopparupptagningen bestämdes och befanns ge följande resultat: a) 1,59 %, b) 1,17 %, c) 1,02 %, d) 0,66 %, e) 0,28 % och f) 0,13 %. xe 5 Bis-(2-pyridylmetyl)-amingel framställd pá annat sätt än gelen i Exempel 14. ' A. 100 g 6 %-ig agaros (Sepharose 6B) försattes med 25 ml vat- ten, 33 ml 4 M NaOH, 0,3 g natriumborhydrid och 1 ml epiklorhyd- rin i en 1 liters rundkolv försedd med inlopp för omrörare och tvà dropptrattar med 33 ml 4 M NaOH och 33 ml epiklorhydrin.

Suspensionen omrördes 2 timmar vid rumstemperatur, varefter lös- ningarna i dropptrattarna tillfördes suspensionen under ytter- ligare 2 timmar. Reaktionen fick fortsätta under natt, varefter gelen uppsamlades pà tratt med glasfilter och tvättades. 20 g av den epiklorhydrinaktiverade gelen försattes med 1,48 ml bis-(2-pyridylmetyl)-amin (dipikolylamin) i 2 ml etanol och 20 f» 10 15 20 25 30 35 23 »h- Ch Ox fr! FN 4; ml 1 M Na2CO3. Blandningen skakades vid rumstemperatur under 92 timmar.

B. 40 g epoxiderad agaros enligt A försattes med 100 ml 1 M Na2CO3 och 4 ml pikolylamin. Efter 24 timmars reaktionstid vid rumstemperatur under omrörning uppsamlades gelprodukten pá fil- ter och tvättades. 50 g pikolylamingel försattes med 0,9 g pikolylklorid, 30 ml etylenglykol och 50 ml 1 M Na2CO3, och justerades till pH 11.

Efter 6 timmar pà vattenbad vid 80°C fick suspensionen svalna och stà över natten. Produkten tvättades med vatten, 10 %-ig ät- tiksyra och vatten.

Sàväl A som B adsorberade Cu(II)joner. Kopparen eluerades lang- samt med 1 M glycin. I Exempel 16 Aminometylimidazolgel och derivat. 20 g 6 %-ig agaros aktiverad med epiklorhydrin enligt Exempel 13 blandades med 20 ml 0,5 M NaHCO3 / Na2C03 pH 9,8 och X g amino- metylimidazol och skakades över natt vid rumstemperatur, varef- ter gelen upparbetades enligt tidigare exempel. För X = 1 g, 0,4 g och 0,2 g erhölls geler som tog upp Cu(II) till respektive 1,15 %, 0,78 % och 0,53 % (räknat pà torr gelsubstans).

Aminometylimidazolgelerna karboximetylerades och pikolylerades enligt föregående exempel. Produkterna adsorberade koppar star- kare än utgángsmaterialet.

Ez§mQ§l_ll 01igoetylenaminderiverade geler. 25 g bisoxiranaktiverad gel blandades med 30 ml 0,5 M NaHCO3 / Na2CO3, pH 10, och 0,1 g NaBH4 och skakades under 18 timmar vid rumstemperatur med aminometyl-imidazol liksom i Exempel 16. Pro- 10 15 20 25 30 35 24 466 554 dukten adsorberade Cu(II). Pikolylering resulterade i en starkt metalladsorberande gel.

Exempel 18 110 g bisoxiranaktiverad gel behandlades med 112 ml 20 %-ig vat- tenlösning av tetraetylenpentamin under 18 timmar vid rumstempe- ratur. Gelen innehöll 3,58 % N räknat pà torrsubstansen och tog upp 26 uM Cu(II) per ml gel. Tvätt med 1 M glycin minskade mäng- den koppar till 14 pM per ml gel. Gelen avfärgades med 0,1 M EDTA.

Gelen karboximetylerades och pikolylerades liksom i föregående exempel. Produkterna avfärgades inte med EDTA.

Likartade synteser och försök utfördes med trietylentetramin, pentaetylenhexamin och bis-aminoetylsulfid. Alla gelerna adsor- berade Cu(II), de hexaminderiverade gelerna starkast och bis- aminoetylsulfidgelerna svagast.

EX§mQ§l_l2l Ett filtrerpappersark (Whatman 3 M) delades i 3 stycken, vardera 5 x 5 cm. Dessa stycken lades i en täckt, flat skál med 200 ml 5 % divinylsulfon löst i 0,2 M Na2CO3. Efter 18 timmar avhälldes reagenslösningen och papperen tvättades. Följande lösningar be- reddes: A. 100 ml 0,2 M NaHC03 + 0,5 g pikolylaminhydroklorid + 0,5 dipikolylamin löst i 10 ml etanol + 0,5 g 2-aminometyl-8-hydroxikinolin löst i 10 ml etanol.

Ett papper nedsänktes i vardera lösning A, B och C. Efter 24 timmar avhälldes lösningarna och papperen tvättades med vatten, alkohol och vatten. Bitar fràn de olika papperen nedsänktes i 1 %-iga lösningar av nickelsulfat, järnklorid och kopparsulfat.

Efter 1 minuts exponering tvättades papperen med vatten, 0,1 M ew 25 466 534 glycin, 1 M glycin och 0,1 M EDTA. Samtliga papper tog upp me- talljoner som inte tvättades av med vatten. Papperen behandlade med lösningarna A och B adsorberade metalljonerna mycket starkt, men alla utom de järnbehandlade papperen avfärgades helt i 0,1 M EDTA.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 466 534 26 P a t e n t k r a v

1. Adsorptionsmedel för metalljoner, proteiner m.m., k ä n - n e t e c k n a t a v strukturen P~D-L, där P är en polymer, D en tvârbindande brygga, som förbinder P med en ligand L bestä- ende av ett eller flera heteroaromatiska ringsystem med minst ett ringkväve Nl som tillsammans med en närmast intilliggande ringatom C2 bildar en terminal N1 - C2 - i en atomsekvens A: N1 - C2 -C3n - Nn+3, där n är 1 eller 2, vars andra terminal - C3n - n+3 - även kan ingà i ett heteroaromatiskt ringsystem med en eller flera heteroatomer och via D är förbunden med P el- ler där - Cn - N ingar i en vid den heterocykliska ringen belä- gen exocyklisk sidogrupp via D förbunden med polymeren P.

2. Produkt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att - N1 - CZ - ingàr i en pyridinkârna eller en imidazolkärna.

3. Produkt enligt krav 1 eller 2, k â n n e t e c k n a d a v att den exocykliska sidogruppen med den tvärbindande kedjan D har strukturen där R är alkyl, Y är D eller X, och X är- D ,/” -(caz-cH -Nz)m- (CH2-cH -N ) O-(CH2-CH -Nz)p-z z 2 2 2 där Z är H, alkyl eller alkyl substituerad med en eller flera av grupperna amino, hydrazino, alifatisk imino eller nitrilo, kvä- veheterocyklisk grupp, merkapto, karbonyl, tiokarbonyl, eter el- ler tioeter med heteroatomerna N och S skilda frán varandra ge- nom en kedja av 2 eller 3 kolatomer i sekvens och m, o och p kan vara 0, 1, 2 eller mera beroende pà molekylen.

4. Produkt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att den exocykliska sidogruppen med den tvärbindande kedjan D har strukturen ' CR2 ' (NR)x ' (CWNR)o ' (NR)m 10 15 20 25 30 35 21 4 ox -m (I 4:- där R är H eller alkyl, W är 0, S eller NH, x är 1 eller 2, o är 0, 1 eller 2 och m är 0 eller 1.

5. Produkt enligt nàgot av kraven 1 - 4, k ä n n e t e c k - n a d a v en alifatisk eller aromatisk länk mellan D och den första terminalen = N - CH2 - eller - N = CH - i atomsekvensen A i liganden L.

6. Produkt enligt nägot av kraven 1 - 5, k ä n n e t e c k - n a d a v att D innehàller nagon av strukturerna -0-CH -CHOH-CH2~O-(CnH2n)-O~(CH2~CHOH-CH2)m~O- , 2 -O-CH -CH -SO -CH -CH2-O- , eller 2 2 2 2

7. Produkt enligt något av kraven l - 6, k å n n e t e c k - n a d a v att polymeren P är en organisk, hydrofil polymer tillhörande någon av kategorierna: polysackarid, sàsom agar, dextran, stärkelse eller derivat därav, polyvinylalkohol, poly- akrylamid eller polyakrylester, polyetylenimid eller derivat därav.

8. Produkt enligt nàgot av kraven 1 - 7, k ä n n e t e c k - n a d a v att den organiska polymeren immobiliserats genom att den kovalent eller icke-kovalent bundits till eller inkluderats i en oorganisk bärare, företrädesvis kiselgel eller glas eller magnetiska partiklar eller genom att den organiska polymeren tvärbundits med en bi- eller polyfunktionell tvärbindning.

9. Sätt att framställa ett adsorptionsmedel för metalljoner, proteiner m.m. med strukturen P-D-L, där P är en polymer, D en tvärbindande brygga som förbinder P med en ligand L bestående av 10 15 466 554 28 ett eller flera heteroaromatiska ringsystem med minst ett ring- kväve N som tillsammans med en närmast intill liggande ringatom där n är l eller 2, vars andra terminal - Cn - N - även kan ingà C bildar en terminal N - C - i en atomsekvens A: i ett heteroaromatiskt ringsystem med en eller flera heteroato- mer och via D är förbunden vid P, eller där - Cn - N ingàr i en vid den heterocykliska ringen belägen exocyklisk sidogrupp via D förbunden med polymeren P, k ä n n e t e c k n a t a v att en gel behandlas med ett bifunktionellt ämne, företrädesvis halo- hydrin, en bisepoxid eller divinylsulfon i vattenlösning med al- kalisk reaktion, varvid gelen är hydrofil.

10. Sätt enligt krav 9, len är uppbyggd av en hydrofil polymer eller en hydrofob polymer k ä n n e t e c k n a t a v att ge- som substituerats med hydrofila grupper, t.ex. OH- eller amino- grupper. aJ'