Verfahren zur Herstellung eines Xylanschwefelsäureesters.
Es ist bekannt, dass die Schwefelsäure- ester verschiedener Polysaccharide, wie z. B.
Cellulose, Chitin, Chrondroitin, Inulin, Dextran u. a., sowohl in vitro als auch in vivo eine hemmende Wirkung auf den Blutgerinnungsvorgang ausüben.
Bergstr¯m, Zf. physiol. Chem. 238, 163 (1936) ; Chargaffu. Bancroft, J. Biol. Chem.
115, 149, 155 (1936) ; Karrer u. Mitarb., Helv.
Chim. Acta 26, 1296 (1943) ; Ingelmann, Ark.
Kemi Mineral Geol. 24 B, No. 5 (1946).
Einer praktischen Verwendung dieser Verbindungen stand bisher ihre geringe therapeutische Breite entgegen. J. Piper u.
Mitarb. [Acta pharmacol. et toxicol. 2, 138, 317 (1946)] konnten zeigen, dass verschiedene Polysaccharid-Schwefelsäureester im Gegensatz zum natürlichen Heparin auf gewisse Eiweissstoffe des Blutes, speziell auf Fibrinogen, denaturierend wirken und Ausfällungen erzeugen. Ferner agglutinieren sie Blutplättchen. wodurch die Gefahr der Thrombenbildung in kleineren Gefässen gegeben ist.
E. Husemann u. Mitarb. [Zf. f. Naturforsch. 1, 584 (1946)] wiesen darauf hin, daB zwischen toxischer Wirkung der Polysaccharidschwefelsäureester einerseits und ihrer Molekülgestalt und-grosse anderseits gewisse Zusammenhänge bestehen. Den gün- stigsten therapeutischen Index fanden sie bei Xylanschwefelsäureestern, die sie auf Grund viscosimetrischer Daten kennzeichneten. Den nach Husemann optimalen Verbindungen entsprechen Viskositätswerte Zss von 0, 0138 bis 0, 0201.
Nach G. V. Schulz und F. Blaschke, J. prakt. Chem. 158, 130 (1941), ist == spez/c
1 + (K-spez) (modifizierte Staudinger-Formel ; K ss = 0, 3).
Es hat sich nun gezeigt, dass auch die von Husemann u. Mitarb. beschriebenen Xylanschwefelsäureester mit den genannten Zn Werten die unerwünschten Nebenwirkungen und Fibrinogenfällung schon in therapeuti- schen Dosen aufweisen.
Demgegenüber wurde gefunden, dass man Xylanschwefelsäureestersalze erhalten kann, welche neben hoher therapeutischer Wirksamkeit keine Fällungen im Plasma verursachen und keine andern unerwünschten Nebenwirkungen zeigen, wenn man Xylanschwefelsäureestersalze anwendet, bei denen
1. die Z-Werte erheblich niedriger liegen als 0. 0138, nämlich innerhalb 0. 0075 und 0, 0030, die möglichst einheitlich in bezug auf ihr Molekulargewicht (Kettenlängen) [nach Staudinger ist Z dem Polymerisationsgrad P von Kettenmolekülen proportional : Zig = Km-P (H. Staudinger, Organ. Kolloidchemie, 3. Aufl., Vieweg, Braunschweig 1950)] sind und bei denen
2. der Schwefelgehalt (Esterschwefel) und Polymerisationsgrad in bestimmter Weise aufeinander abgestimmt sind.
Hinsichtlich des Schwefelgehaltes derartiger Xylanschwefelsäureester hat sich nÏmlich ergeben, dass deren antikoagulative Wirksamkeit bei konstanter Kettenlänge mit steigender Veresterung, jenseits Schwefelwerten von etwa 13, 5% (poly- [-xylosemonoschwefelsaures Na]) bis zu Schwefelwerten von etwa 17% ansteigt, dass dagegen die Verträglichkeit mit steigenden Schwefelwerten von 13, 5 bis etwa 19% (poly [-xylose-dischwefelsaures Na]) abnimmt.
Bezüglich der antikoagulativen Wirksamkeit und der Verträglichkeit hat sich z. B. ein Xylanschwefelsäureester-Na-salz mit ZW = 0, 00725 und 1. 3, 5% Esterschwefel als gleichwertig mit einem Präparat mit ZW = 0, 0032 und 17, 5% Esterschwefel erwiesen.
Derartige Präparate unterscheiden sich indessen auf Grund ihrer um mehr als 100% differierenden Kettenlängen etwas hinsicht- lich der Verweildauer im Organismus ; sie zeigen unterschiedliche klinische Wirkungsdauern.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Xylanschwefelsäureesters mit praktisch einheitli- chem Polymerisationsgrad, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man, ausgehend von einem höher polymeren und höher veresterten Xylanschwefelsäureester, einerseits einen oxydativen Abbau und anderseits eine Verseifung vornimmt, derart, dass ein Produkt mit einem Z-Wert von 0, 0075 bis 0, 0030 und einem Esterschwefelgehalt von 13, 5 bis 17, 5% erhalten wird.
Der nach dem erfindungsgemässen Ver- fahren erhaltene Xylanschwefelsäureester weist klinisch optimale Eigenschaften auf, indem Polymerisations-und Veresterungsgrad günstig aufeinander abgestimmt sind, und lässt sich in allen bisher dem Heparin vorbehaltenen Indikationsgebieten therapeu- tisch verwenden.
Man kann den oxydativen Abbau und die Verseifung gleichzeitig vornehmen indem man den Abbau in saurem Milieu durchführt.
Zweckmässig geht man von nahezu voll sulfurierten Estern aus, die man aus Xylan nach an und für sich bekannten Verfahren, z. B. mit Chlorsulfonsäure in Pyridin, herstellen kann.
Man verfährt am besten so, dass man die Salze hochpolymerer und hochsulfurierter Xylanschwefelsäureester (17, 5 bis 19% S) in wässerigem saurem Medium, gegebenenfalls unter Zusatz von Puffersubstanzen und/ oder katalytisch wirkenden Schwermetallionen (z. B. Fe, Cu, Mn) bei Temperaturen zwischen 20 und 100 CmittelsWasserstoS'- superoxyd abbaut, das Reaktionsprodukt durch Dialyse von kleineren Spaltprodukten, deren Z-Werte kleiner sind als 0, 003. befreit und den Ester durch Eintragen in Aceton, niedere Alkohole und andere mit Wasser mischbare organische Solventien sowie Mischungen dieser Mittel als Salz abscheidet.
In wässeriger Lösung wird das Salz sukzessive mit einem mit Wasser misch- baren organischen Lösungsmittel versetzt.
Die ersten Fraktionen trennt man durch Absitzenlassen oder Zentrifugieren ab und fällt das Endprodukt mit dem gewünschten Z-Wert mit Alkohol oder Aceton aus.
Beispiel I
Zu 1300 cm3 Pyridin (techn.) lässt man unter Rühren und Kühlung auf 30-40 C 300 cm3 Chlorsulfonsäure (techn.) zutropfen.
Man erwärmt das Reaktionsgemisch auf 65 C und gibt 150 g Xylan hinzu. Unter Rühren wird WA I/2 Stunden auf S0 C gehalten und die zÏhe Fl ssigkeit noch warm in 4 Liter Methanol unter heftigem Rühren ein fliessengelassen. Das ausgefallene Pyridinsalz wird durch Filtration abgetrennt, in 800 cm3 Wasser gelöst, wenn notwendig filtriert und nach Zugabe von 400 cm3 0, 5%iger Chlordioxydl¯sung 12 Stunden stehengelassen. Man lässt. ebenfalls unter heftigem Rühren, in ein Gemiscl von 4, S Litern Methanol und 250-300 cm3 33%iger Natronlauge einfliessen, so dass die Lösung ständig phenolphthalein-alkalisch bleibt.
Durch Zugabe von etwa 40 ein, konz. Essigsäure wird auf PH 6 abgestumpft, das rein weisse Salz durch Filtration isoliert, mit Methanol, Aceton und Äther gewaschen und bei 50¯ C getrocknet. Ausbeute 330-350 Gramm,
Z = 0, 031-0, 034, Schwefelgehalt 17. 518, 5%.
200 g des so erhaltenen Xylanschwefel- säureestersalzes werden in der Wärme in 590 cm3 Wasser gel¯st und im Wasserbad auf 97 C erhitzt. Unter Umschütteln werden 8, 16 cm3 5n-Schwefelsäure und 100 cm3 auf 80 vorgewärmtes 33%iges Wasserstoffsuper- oxyd zugegeben. Man lässt den Ansatz etwa 30 Minuten auf 97 Ci und kühlt dann rasch ab. Zur Neutralisation werden 70 bis 75 cm3 5n-Natronlauge hinzugegeben und die schwach gelbliche Lösung durch wenige Tropfen Chlordioxydlösung entfärbt.
Die Lösung wird (bis zur negativen Sulfatreaktion im Aussenwasser) gegen dest.
Wasser in geeigneten Schläuchen dialysiert, das Dialysat eventnell durch Filtration von geringen Trübungen geklärt, im Vakuum bei 45 C auf etwa 200 cm3 eingeengt und das niederpolymere Salz in 800 cm3 Alkohol/ Aceton (1 : 1) unter Zusatz von etwas Natriumacetat ausgefällt. Ausbeute 70-80 g, Z = 0, 00422. Schwefelgehalt 15 bis 15, 5%.
186 g des dialysierten Produktes werden in 512 cm3 Wasser gelöst, die Lösung auf ein pH zwischen 3 und 6 gebracht und unter langsamem Rühren 290 cm3 Aceton zugegeben, wobei eine 1'rübung auftritt. Die nach Zentrifugieren oder längerem Stehen klare Lösung wird nach Entfernen des Bodensatzes zuerst mit 20 cm3, danach mit 25 cm3 Aceton (ab Trübungspunkt) versetzt und die öligen Fraktionen (Z=0, 00528 und 0, 00481) entfernt (Vorfraktionen). Die restliche Lösung wird in eine Mischung von 1250 cm3 Alkohol und 750 cm3 Aceton eingegossen, das ausgefällte Endprodukt abgetrennt, mit Alkohol, Aceton und Äther gewaschen und bei 50 C getrocknet. Ausbeute 110-120 g eines rein weissen Pulvers, Z = 0, 00422.
Dieser Zn-Wert stellt einen Mittelwert folgen- der Grenzwerte dar : obere Grenze Z = 0, 0048, untere Grenze Zip = 0, 0034, Schwefelgehalt 15 bis 155%.
Beispiel 2
Ein anderes Ausführungsbeispiel des oxydativ-sauren Abbaus ist folgendes : 200 g Xylanschwefelsäureester-Na-salz (Zg = 0, 031 bis 0, 034), Schwefelgehalt 17, 5 bis 18, 5%, werden in der Wärme in 590 cm3 Wasser gelöst und im Wasserbad auf 97 C erhitzt.
Unter Umschütteln werden 8, 93 cm3 5n Schwefelsäure und 100 cm3 auf 80 C vorgewärmtes 33% iges Wasserstoffsuperoxyd zugegeben. Der Ansatz wird etwa 25 Minuten auf 97 C g3halten und dann rasch abgekühlt.
Zur Neutralisation werden etwa 100 cm3 5n-Natronlauge zugegeben. Nach Dialyse und Fällung erhält man 65 bis 75 g mit Zn = 0, 00710 und 13, 5 bis 14% Esterschwefel. Das Material kann durch Fraktionierung mit organischen Lösungsmitteln weiter verarbeitet werden.
Process for the preparation of a xylan sulfuric acid ester.
It is known that the sulfuric acid esters of various polysaccharides, such as. B.
Cellulose, chitin, chondroitin, inulin, dextran and the like a., exert an inhibitory effect on the blood coagulation process both in vitro and in vivo.
Bergstr¯m, Zf. Physiol. Chem. 238, 163 (1936); Chargaffu. Bancroft, J. Biol. Chem.
115, 149, 155 (1936); Karrer et al. Employees, Helv.
Chim. Acta 26: 1296 (1943); Ingelmann, Ark.
Kemi Mineral Geol. 24 B, No. 5 (1946).
A practical use of these compounds has hitherto stood in the way of their narrow therapeutic range. J. Piper et al.
Employee [Acta pharmacol. et toxicol. 2, 138, 317 (1946)] were able to show that different polysaccharide sulfuric acid esters, in contrast to natural heparin, have a denaturing effect on certain proteins in the blood, especially on fibrinogen, and produce precipitates. They also agglutinate platelets. whereby there is a risk of thrombus formation in smaller vessels.
E. Husemann et al. Employee [Zf. f. Natural science. 1, 584 (1946)] pointed out that there are certain connections between the toxic effect of the polysaccharide sulfuric acid esters on the one hand and their molecular shape and size on the other. They found the most favorable therapeutic index with xylan sulfuric acid esters, which they identified on the basis of viscosimetric data. The optimal connections according to Husemann correspond to viscosity values Zss from 0.0138 to 0.0201.
According to G. V. Schulz and F. Blaschke, J. Prakt. Chem. 158, 130 (1941), == spec / c
1 + (K-spec) (modified Staudinger formula; K ss = 0, 3).
It has now been shown that the Husemann et al. Employee described xylan sulfuric acid esters with the mentioned Zn values have the undesirable side effects and fibrinogen precipitation even in therapeutic doses.
In contrast, it has been found that xylansulfuric acid ester salts can be obtained which, in addition to high therapeutic effectiveness, do not cause any precipitations in the plasma and show no other undesirable side effects if xylanosulfuric acid ester salts are used
1. the Z values are considerably lower than 0.0138, namely within 0.0075 and 0.0030, which are as uniform as possible with regard to their molecular weight (chain lengths) [according to Staudinger, Z is proportional to the degree of polymerization P of chain molecules: Zig = Km -P (H. Staudinger, Organ. Kolloidchemie, 3rd ed., Vieweg, Braunschweig 1950)] are and where
2. the sulfur content (ester sulfur) and degree of polymerization are coordinated in a certain way.
With regard to the sulfur content of such xylan sulfuric acid esters, it has been shown that their anticoagulant effectiveness increases with constant chain length with increasing esterification, beyond sulfur values of about 13.5% (poly- [-xylosemonosulfuric acid Na]) up to sulfur values of about 17% Tolerance decreases with increasing sulfur values from 13.5 to about 19% (poly [-xylose-disulfuric acid Na]).
With regard to the anticoagulant effectiveness and tolerability, z. B. a xylan sulfuric acid ester Na salt with ZW = 0.00725 and 1. 3, 5% ester sulfur has been shown to be equivalent to a preparation with ZW = 0.0032 and 17.5% ester sulfur.
Such preparations differ somewhat with regard to the length of time they remain in the organism because of their chain lengths, which differ by more than 100%; they show different clinical duration of action.
The present invention relates to a process for the production of a xylansulfuric acid ester with a practically uniform degree of polymerization, which is characterized in that, starting from a more highly polymeric and more highly esterified xylansulfuric acid ester, on the one hand oxidative degradation and on the other hand saponification are carried out in such a way that a product with a Z value of 0.0075 to 0.0030 and an ester sulfur content of 13.5 to 17.5%.
The xylan sulfuric acid ester obtained by the process according to the invention has clinically optimal properties in that the degree of polymerization and esterification are favorably matched to one another, and can be used therapeutically in all areas of indication previously reserved for heparin.
The oxidative degradation and the saponification can be carried out at the same time by carrying out the degradation in an acidic environment.
It is expedient to start from almost fully sulfurized esters, which are obtained from xylan by methods known per se, e.g. B. with chlorosulfonic acid in pyridine can produce.
The best way to proceed is to add the salts of highly polymeric and highly sulphurized xylan sulfuric acid esters (17.5 to 19% S) in an aqueous acidic medium, optionally with the addition of buffer substances and / or catalytically active heavy metal ions (e.g. Fe, Cu, Mn) at temperatures between 20 and 100 C by means of hydrogen superoxide, the reaction product is freed from smaller cleavage products by dialysis, the Z values of which are less than 0.003, and the ester is added to acetone, lower alcohols and other water-miscible organic solvents and Mixtures of these agents are deposited as salt.
In an aqueous solution, the salt is successively mixed with a water-miscible organic solvent.
The first fractions are separated by settling or centrifugation and the end product with the desired Z value is precipitated with alcohol or acetone.
Example I.
300 cm3 of chlorosulfonic acid (technical) are added dropwise to 1300 cm3 of pyridine (technical) with stirring and cooling to 30-40 ° C.
The reaction mixture is heated to 65 ° C. and 150 g of xylan are added. WA I / 2 hours is kept at S0 C with stirring and the viscous liquid is allowed to flow into 4 liters of methanol while still warm while stirring vigorously. The precipitated pyridine salt is separated off by filtration, dissolved in 800 cm3 of water, filtered if necessary and, after the addition of 400 cm3 of 0.5% chlorine dioxide solution, left to stand for 12 hours. One lets. also with vigorous stirring, pour into a mixture of 4.5 liters of methanol and 250-300 cm3 of 33% sodium hydroxide solution, so that the solution always remains phenolphthalein-alkaline.
By adding about 40 a, conc. Acetic acid is truncated to pH 6, the pure white salt is isolated by filtration, washed with methanol, acetone and ether and dried at 50¯C. Yield 330-350 grams,
Z = 0.031-0.034, sulfur content 17.518.5%.
200 g of the xylan sulfate ester salt obtained in this way are dissolved in 590 cm3 of water while warm and heated to 97 ° C. in a water bath. While shaking 8, 16 cm3 of 5N sulfuric acid and 100 cm3 of 33% hydrogen peroxide preheated to 80 are added. The batch is left at 97 Ci for about 30 minutes and then rapidly cooled. For neutralization, 70 to 75 cm3 of 5N sodium hydroxide solution are added and the pale yellowish solution is decolorized with a few drops of chlorine dioxide solution.
The solution is (until the negative sulfate reaction in the outside water) against dist.
Dialyzed water in suitable hoses, possibly cleared the dialysate of slight turbidity by filtration, concentrated in vacuo at 45 C to about 200 cm3 and the low-polymer salt was precipitated in 800 cm3 alcohol / acetone (1: 1) with the addition of a little sodium acetate. Yield 70-80 g, Z = 0.00422. Sulfur content 15 to 15.5%.
186 g of the dialyzed product are dissolved in 512 cm3 of water, the solution is brought to a pH between 3 and 6 and 290 cm3 of acetone are added with slow stirring, whereupon a cloudiness occurs. After the sediment has been removed, the solution, which is clear after centrifugation or standing for a long time, is first mixed with 20 cm3, then with 25 cm3 of acetone (from the cloud point) and the oily fractions (Z = 0.00528 and 0.00481) are removed (preliminary fractions). The remaining solution is poured into a mixture of 1250 cm3 of alcohol and 750 cm3 of acetone, the precipitated end product is separated off, washed with alcohol, acetone and ether and dried at 50.degree. Yield 110-120 g of a pure white powder, Z = 0.00422.
This Zn value represents an average of the following limit values: upper limit Z = 0.0048, lower limit Zip = 0.0034, sulfur content 15 to 155%.
Example 2
Another embodiment of the oxidative-acidic degradation is as follows: 200 g of xylan sulfuric acid ester Na salt (Zg = 0.031 to 0.034), sulfur content 17.5 to 18.5%, are dissolved in 590 cm3 of water in the heat and heated to 97 C in a water bath.
8, 93 cm3 of 5N sulfuric acid and 100 cm3 of 33% hydrogen peroxide preheated to 80 ° C. are added while shaking. The batch is kept at 97 ° C. for about 25 minutes and then cooled rapidly.
About 100 cm3 of 5N sodium hydroxide solution are added for neutralization. After dialysis and precipitation, 65 to 75 g with Zn = 0.00710 and 13.5 to 14% ester sulfur are obtained. The material can be further processed by fractionation with organic solvents.