DE1493047C - Einschlußharze und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

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erfolgen: Einmal kann mindestens ein Teil der Hy- werden Aldehydgruppen gebildet, die an die Stelle

droxylgruppen von Cyclodextrin mit Epichlorhydrin, der sekundären Hydroxylgruppen des Cyclodextrins

Dichlorhydrin, Diepoxybutan, Diepoxypropyläther, treten. Diese Produkte sind gegenüber Alkalien be-

Diepoxypropyläther von Äthylenglykol oder deren ständig und eignen sich insbesondere zur Abtrennung

Gemischen in alkalischem Medium bei 30 bis- 90° C 5 von Sulfiten. Die oxydierten Harze können weiterhin

vernetzt werden, wobei man 0,5 bis 20 Gewichtsteile mit Hydroxylamin behandelt werden; hierbei ent-

Epoxyverbindung mit einem Gewichtsteil Cyclo- stehen als Reaktionsprodukte' Oxime, die gegenüber

dextrin umsetzt. Metallionen eine bemerkenswerte Affinität aufweisen.

Nach der zweiten Alternative kann mindestens ein Die Struktur der oxydierenden Harze kann beispiels-Teil der Hydroxylgruppen von Cyclodextrin mit 0,25 ίο weise auch durch Reduktion mit Natriumborhydrid bis 10 Gewichtsteilen Formaldehyd je Gewichtsteil oder Lithiumaluminiumhydrid modifiziert werden. Cyclodextrin in Gegenwart einer Säure vernetzt Weiterhin kann man die oxydierten Harze auch nachwerden, träglich modifizieren, indem man sie beispielsweise

Die Umsetzung mit den Epoxyverbindungen kann nochmals mit einem schwachen Oxydationsmittel,

vorzugsweise in einem Medium durchgeführt werden, 15 vorzugsweise mit Natriumchlorid oxydiert, um Di-

das ein Lösungsmittel für mindestens eine der reak- carbon säurederivate zu erhalten, die beständige Salze

tionsfähigen Substanzen darstellt. Oft verwendet mit Schwermetallionen bilden. Diese Harze eignen

man Wasser als Lösungsmittel, jedoch kann man mit sich also auch als Austauschharze für die angegebenen

dem gleichen Erfolg auch andere organische Lösungs- Ionen.

mittel wie Fonnaldehyd, Dimethylformaldehyd und 20 Die Einschlußharze gemäß der Erfindung können

ähnliche Verbindungen verwenden. ^; für verschiedene Zwecke verwendet werden. Man kann

Am Anfang verläuft die Umsetzung exotherm, beispielsweise, indem man Einschlußkomplexe dieser

jedoch kann es vorteilhaft sein, während der Um- Harze bildet, Verbindungen oder spezifische Gemische,

setzung die Temperatur auf 30 bis 90⁰C zu halten. die in einem Gemisch oder in einer Lösung enthalten

Im allgemeinen beträgt die Reaktionsdauer etwa 25 sind, selektiv wiedergewinnen. Man kann hierbei das

3 bis 20 Stunden. Ist das Vernetzungsmittel gegenüber Harz einfach in Form eines Pulvers oder in Form

Sauerstoff empfindlich, so führt man die Umsetzung von Körnern in eine Lösung, die die gesuchte Sub-

vorzugsweise unter einem Inertgas wie Stickstoff oder stanz enthält, eintragen, wobei man das Gemisch

Kohlendioxyd durch. so einstellt, daß man Gleichgewichtsbedingungen

Für die Umsetzung mit Formaldehyd in wäßrigem 30 erhält.' Der^: dabei gebildete Einschlußkomplex kann

Medium kann zum Ansäuern z. B. Chlorwasserstoff- abfiltriert oder abdekäntiert werden. Die eingeschlos-

säure oder Schwefelsäure verwendet werden. Weiter- sene Substanz kann dann, beispielsweise durch Be-

hin kann das Cyclodextrin in einer 5- bis 4O°/oigen handlung bei hoher Temperatur oder Destillation,

Formaldehydlösung gelöst werden. Bei dieser Arbeits- aus dem Komplex freigesetzt werden,

weise braucht man kein Lösungsmittel anzuwenden. 35 Nach einer weiteren Ausführungsform können die

Die Reaktionsdäuer liegt je nach den Reaktions- Einschlußkomplexe auch dadurch gebildet werden,

bedingungen im allgemeinen zwischen 5 und 30 Stun- daß man eine Lösung, die die gesuchte Substanz ent-

den. ;■ hält, durch eine Säule mit einem bestimmten Ein-

Die dritte Alternative zur Herstellung der'Einschluß- . schlußharz leitet.

harze gemäß der Erfindung besteht darin, daß man 40 Die Einschlußhärze können vorteilhafterweise auch

Cyclodextrin in eine polymere, wasserunlösliche Sub- zum Konzentrieren und Stabilisieren von instabilen

stanz einschließt, wobei die polymere Substanz ein Verbindungen, beispielsweise von Vitaminen, Aromen

Polyamid, Polyvinylacetat, Epoxyharz, Nitrocellulose, und flüchtigen Bestandteilen von Aromasubstanzen,

Acetylcellulose, Äthylcellulose, Polyacrylamid, Poly- insbesondere für Lebensmittel, verwendet werden. Ein

methacrylamid, Polyacrylat oder Polymethacrylat· ist 45 anderes interessantes Anwendungsgebiet für diese

und wobei gegebenenfalls das Cyclodextrin in dem Harze liegt in der Chromatographie, nämlich für die

entsprechenden Monomeren oder in einem Mono- Isolierung von Einzelsubstanzen aus Gemischen. Eine merengemisch dispergiert und darauf das Monomere . solche Isolierung kann in einer Kolonne durchgeführt

polymerisiert worden ist. Das Cyclodextrin wird auf werden, die -bestimmte Temperatur-, pH-Wert- oder

diese Weise .gleichförmig in der polymeren Matrix 50 Lösungsmittelgradientien aufweist, wobei die Auswahl

verteilt. -. der tatsächlichen Bedingungen von den" jeweils ver-

Insbesondere kann man das Cyclodextrin in einer wendeten Reaktionsteilnehmern abhängt. Bei diesen

Lösung der polymeren Substanz, in einem Lösungs- Reaktionen stellen die beschriebenen Einschlußharze

mittel, beispielsweise in Aceton, Äthylacetat oder eine Art von Matrix dar, die in der Lage ist, gewisse

Butylacetat, dispergieren, worauf man das Lösungs- 55 Substanzen öder Gemische auf Grund der Form ihrer

mittel, beispielsweise durch Verdampfung, entfernt. Moleküle zurückzuhalten.

Man erhält auf diese Weise ein. Einschlußharz im · . .

festen Zustand, das man vor Gebrauch nochmals Beispiel 1

pulvern oder trocknen kann. Natürlich hängt die 35 g eines Gemisches aus Cyclodextrinhomologen

Auswahl des . Lösungsmittels von der Art der ver- 60 (Hauptbestandteil ^-Cyclodextrin) werden mit 15 ecm

wendeten polymeren Substanz ab;, weiterhin soll das Wasser vermischt. Dann, gibt man 37,5 ecm einer

Lösungsmittel gegenüber dein Cyclodextrin inert sein. warmen, 50°/₀igen Natriumhydroxydlösung zu dem

Die. Einschlußhärze gemäß der Erfincjung lassen Gemisch, wobei man die dabei gebildete Suspension

sich hinsichtlich ihrer Struktur modifizieren, wodurch rührt!. Weiterhin gibt man noch 40 g Epichlorhydrin

sich ihre Reaktionsfähigkeit ändert, ohne daß ihre 65 zu und rührt das Gemisch so lange, bis sich eine be-

Sorptionseigenschaften beeinflußt werden. Beispiels- ständige Emulsion bildet, die bei einer Temperatur

weise können sie durch Oxydation, beispielsweise mit von 20 bis 25° C fest wird. Die Masse wird 15 Stunden

Perjodaten, modifiziert werden. Durch die Oxydation bei dieser Temperatur gehalten, dann erhitzt man sie

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5 Stunden auf 50⁰C. Dann wird die Masse in Ge- halten. Am Harz sind 30 Mikromol Benzaldehyd

genwart von Aceton stark zerkleinert und mit Aceton absorbiert, während 50 Mikromol in der Lösung

und Wasser gewaschen, bis sie neutral reagiert, worauf verbleiben.

man das Produkt nochmals mit Aceton wäscht und Anwendungsbeispiel 5

unter Vakuum trocknet. Man erhält ein weißes, be- 5

ständiges Pulver, das in der Lage ist, das 1-bis 3fache Ig des nach Beispiel 2 hergestellten Einschlußseines Gewichts an Wasser zu absorbieren. harzes wird in 50 ecm einer Kaliumjodidlösung, die ^ . . 800 Mikromol Jod enthält, eingetragen. Das Gemisch Beispiel L _{wird unter} jähren 20 Stunden im Gleichgewicht ge-

20 g eines Gemisches aus Cyclodextrinhomologen io halten. 500 Mikromol Jod sind am Harz absorbiert,

(Hauptbestandteil /S-Cyclodextrin) werden gründlich während 300 Mikromol in der Lösung verbleiben, mit 5 g einer wäßrigen 40°/_oigen Formaldehydlösung

und 2 g konzentrierter Chlorwasserstoffsäure ver- Anwendungsbeispiel 6

mischt. Das sich nach einigen Stunden verfestigende Trennung von o- und p-Nitrophenol mit Hilfe

Sfu-^ISCio^^ird ^Stunden bei einer Temperatur von 15 _eines Einschlußharzes
20 bis 25 C gehalten. Dann erhitzt man es 3 Stunden

auf 60° C, zerkleinert es gründlich in Gegenwart von 5 g eines nach, Beispiel 1 hergestellten Einschluß-Wasser und trocknet es. harzes werden in eine Säule mit einer Höhe von

Man erhält ein weißes Pulver mit einer Wasser- 20 cm eingeträgeri: Die Säule wird bei 50° C mit Hilfe

aufnahmefähigkeit von 0,5 bis 1,5 g je Gramm Pulver- 20 einer Phosphatpufferlösung (pH-Wert = 8) ins Gleich-

. in gewicht gebracht. Dann gibt man 10 ecm einer Lösung,

Beispiel i _die 0,05 Gewichtsprozent o-Nitrophenol und die

1 g eines Gemisches aus Cyclodextrinhomologen gleiche Menge p-Nitrophenol enthält, am Kopf der

(Hauptbestandteil /S-Cyclodextrin) wird gründlich Säule zu, worauf man die Phosphatlösung bei 50⁰C

mit einer 30°/₀igen Lösung von Acetylcellulose in 25 einführt. Nach Zugabe von 80 ecm Phosphatlösung

Aceton vermischt. Die Suspension wird auf eine Glas- findet sich die o-Nitrophenolfraktion in 90 ecm Eluat.

platte gegossen, um das Aceton zu verdampfen. Der Die Säule wird dann auf 8O⁰C erhitzt, worauf man

erhaltene Film wird dann fein zerteilt und unter das gleiche Eluierungsmittel zugibt. Die p-Nitro-

Vakuum getrocknet. Das Produkt besitzt eine ver- phenolfraktion wird mit 180 ml Eluat am Fuß der

nachlässigbare Wasseraufnahmefähigkeit, enthält je- 30 Säule erhalten. ■
doch 80⁰/o des ursprünglichen Cyclodextrins in

aktiver Form. Anwendungsbeispiel 7

Anwendungsbeispiel 1 Trennung von Phenylalanin und Tryptophan

. , , _ . . .. , _{x 11x} _. ,. „ mit Hilfe eines Einschlußharzes

1 g des nach Beispiel 1 hergestellten Einschluß- 35 .

harzes wird, in 50 ecm Wasser, das 80 Mikromol 8 g eines nach Beispiel 1 hergestellten Einschluß-Kongorot enthält, eingetragen. Das Gemisch wird harzes werden in eine Kolonne mit einer Höhe von 20 Stunden im Gleichgewicht gehalten. 30 cm eingetragen. Die Kolonne wird mit Hilfe von

Die Analyse der Lösung ergibt, daß nur 4 Mikromol Wasser ins Gleichgewicht gebracht. 3 ecm einer

Kongorot in der Lösung bleiben, während 76 Mikro- 40 Lösung, die 0,05 Gewichtsprozent L-Phenylalanin und

mol am Harz absorbiert sind. . die gleiche Menge L-Tryptophan enthält, werden am

. j , . . , „ Kopf der Säule aufgegeben, worauf letztere bei Raum-

Anwendungsbeispiel 2 temperatur mit Wasser gewaschen wird. Am Fuß der

1 g des nach Beispiel 1 hergestellten Einschluß- Säule werden Fraktionen von jeweils 5 ecm aufge-

harzes wird in 50 ecm Wasser, das 140 Mikromol 45 fangen. Das reine L-Phenylalanin findet sich in den

p-Nitrophenol enthält, eingetragen. Das Gemisch Fraktionen 5 bis 7, während man das reine L-Trypto-

wird 20 Stunden unter Rühren im Gleichgewicht phan in den Fraktionen 9 bis 16 erhält,
gehalten.

Bei der Analyse des Gemisches findet man, daß Anwendungsbeispiel 8

92 Mikromol p-Nitrophenol am Harz absorbiert sind, 50 Oxydation eines Einschlußharzes
wahrend 48 Mikromol in der Losung verbleiben.

. j , . . . _ 7 g eines Einschlußharzes vom Typ Cyclodextrin-

Anwendungsbeispiel 3 Epichlorhydrin werden in eine Lösung eingetragen,

1 g Einschlußharz mit einer Cyclodextrinstruktur, die 3 Gewichtsprozent Natriumchlorid und 100 ecm

hergestellt nach Beispiel 1, wird in 50 ecm' Wasser, 55 Natriumperjodat (0,4molar) enthält. Das Reaktions-

das 140 Mikromol o-Nitrophenol enthält, eingetragen. gemisch wird 24 Stunden bei 4° C im Dunkeln ge-

Das Gemisch wird unter Rühren 20 Stunden im Gleich- halten.

gewicht gehalten; nach dieser Zeit sind 50 Mikromol Das gebildete Dialdehyddeiivat des Harzes wird

o-Nitrophenol am Harz absorbiert, und 90 Mikromol mit Äthylenglykol gewaschen und dann mit Wasser

verbleiben in der Lösung. 60 vom Jodat befreit. Schließlich wird es mit Aceton

. , , . . , . ■ gewaschen und unter Vakuum getrocknet.

Anwendungsbeispiel 4 1 g des oxydierten Harzes wird in 100 ecm einer

Ig eines nach Beispiel 1 hergestellten Einschluß- 0,lnormalen Bisulfitlösung eingetragen. Nach Ein-

harzes wird in 50 ecm Wasser eingetragen, das stellung des Gleichgewichts hat das Harz 5 Milli-

80Mikromol Benzaldehyd enthält. Das Gemisch 65 äquivalente (d.h. mehr als 50%) des vorhandenen

wird unter Rühren 20 Stunden im Gleichgewicht ge- Sulfits absorbiert.

Claims (6)

1 2 schaft besitzen, stellen Moleküle in Form von zylin- Patentansprüche: drischen oder spiralförmigen Rohren dar und sind infolge des dadurch gebildeten Hohlraums in der Lage,

1. Einschlußharze, dadurch gekenn- eine Einschlußwirkung auf verschiedene organische zeichnet, daß sie durch Vernetzung minde- 5 oder anorganische Verbindungen auszuüben. Die stens eines Teils seiner Hydroxylgruppen mit dabei gebildeten Einschlußkomplexe enthalten also Epichlorhydrin, Dichlorhydrin, Diepoxybutan, Di- zwei definierte Bestandteile, nämlich die absorbierenepoxypropyläther von Äthylenglykol oder Form- - den und die absorbierten Moleküle.

aldehyd wasserunlöslich gemachtes oder in einer Die Kräfte, die die absorbierenden Moleküle mit

polymeren, wasserunlöslichen Substanz einge- io den absorbierten Molekülen verbinden, sind van-der-

schlossenes Cyclodextrin enthalten, wobei die Waals-Kräfte, d. h. Kräfte von mehr physikalischer

polymere Substanz ein Polyamid, Polyvinylacetat, als chemischer Art. Diese Komplexe sind verhältnis-

Epoxyharz, Nitrocellulose, Acetylcellulose, Äthyl- mäßig beständig, und die absorbierten Moleküle, die

cellulose, Polyacrylamid, Polymethacrylamid, Poly- im allgemeinen eine geringe Flüchtigkeit aufweisen,

acrylat oder Polymethacrylat ist und das Gewichts- 15 sind beispielsweise gegen enzymatische und oxydative

verhältnis zwischen der polymeren Substanz und Einwirkungen geschützt. Die Einschlußkomplexe,

dem Cyclodextrin zwischen 1: 1 und 100: 1 liegt. die ein Kohlehydrat als absorbierendes Molekül ent-

2. Verfahren zur Herstellung von Einschluß- halten, sind jedoch nur beschränkt anwendbar, insharzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, besondere deshalb, weil sie in Wasser löslich sind, daß man mindestens einen Teil der Hydroxyl- 20 Da diese Komplexe gewöhnlich in wäßrigem Medium gruppen von Cyclodextrin mit Epichlorhydrin, hergestellt werden, sind sie sehr schwierig aus dem Dichlorhydrin, Diepoxybutan, Diepoxypropyl- Reaktionsmedium zu isolieren.

äther, Diepoxypropyläther von Äthylenglykol Es · ist bekannt, daß gewisse Kohlehydrate und

oder deren Gemische in alkalischem Medium bei Polyhydrate durch Vernetzung wasserunlöslich ge-

30 bis 90⁰C vernetzt, wobei man 0,5 bis 20 Ge- 25 macht werden können. Zum Beispiel werden Dextrane

wichtsteile Epoxyverbindung mit einem Gewichts- nach der Patentschrift Nr. 27 389 des Amtes für

teil Cyclodextrin umsetzt. · Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin mit Epi-

3. Verfahren zur Herstellung von Einschluß- chlorhydrin umgesetzt, wodurch die zuvor wasserharzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, löslichen Dextrane in wasserunlösliche, aber mit daß. man mindestens eine'n Teil der Hydroxyl- 30 Wasser noch hochquellbare Derivate umgewandelt gruppen von Cyclodextrin mit 0,25 bis 10 Ge- werden. Über entsprechende Vernetzungen von Cyclowichtsteilen Formaldehyd, je Gewichtsteil Cyclo- dextrinen ist nichts bekannt. Auch wenn man hätte dextrin, in Gegenwart einer Säure vernetzt. voraussetzen können, daß Cyclodextrine durch Ver-

4. Verfahren zur Herstellung von Einschluß- netzung wasserunlöslich würden, so war nicht vorausharzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 35 zusehen, daß das Einschlußvermögen des Cyclodaß man Cyclodextrin in eine polymere, wasser- dextrins auch nach der Vernetzung noch erhalten unlösliche Substanz einschließt, wobei die polymere bleiben würde. Eine Alternative der Erfindung beruht Substanz ein Polyamid, Polyvinylacetat, Epoxy- auf dieser Erkenntnis.

harz, Nitrocellulose, Acetylcellulose, Äthylcellu- Gegenstand der Erfindung sind Einschlußharze, lose, Polyacrylamid, Polymethacrylamid, Poly- 40 die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie durch Veracrylat oder Polymethacrylat ist und wobei ge- netzung mindestens eines Teils seiner Hydroxylgruppen gebenenfalls das Cyclodextrin in dem entsprechen- mit Epichlorhydrin, Dichlorhydrin, Diepoxybutan, den Monomeren oder in einem Monomeren- Diepoxypropyläther von Äthylenglykol oder Formgemisch dispergiert und darauf das Monomere aldehyd wasserunlöslich gemachtes oder in einer polypolymerisiert worden ist. 45 meren, wasserunlöslichen Substanz eingeschlossenes

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- Cyclodextrin enthalten, wobei die polymere Substanz kennzeichnet, daß man das Cyclodextrin in einer ein Polyamid, Polyvinylacetat, Epoxyharz, Nitro-Lösung der polymeren Substanz in einem Lösungs- cellulose, Acetylcellulose, Äthylcellulose, Polyacrylmittel dispergiert und das Lösungsmittel entfernt. amid, Polymethacrylamid, Polyacrylat oder PoIy-

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch 50 methacrylat ist und das Gewichtsverhältnis zwischen gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Ace- der polymeren Substanz und dem Cyclodextrin zwiton, Äthylacetat oder Butylacetat verwendet. sehen 1:1 und 100:1 liegt.

7; Verwendung der Einschlußharze nach An- Die wasserunlöslichen Einschlußharze nach der

spruch 1 zum Abtrennen,. Isolieren und/oder Erfindung üben eine Einschlußwirkung sowohl auf

Stabilisieren von chemischen Verbindungen. 55 organische, als auch auf anorganische Substanzen

aus. Sie zeichnen sich überdies durch ihre selektive Sorptionswirkung und dadurch aus, daß die Selek-

tivität von der Form der absorbierten Moleküle und

nicht von deren Ladung oder Gewicht abhängt. Durch 60 Anwendung der Einschlußharze nach der Erfindung

Unter der Bezeichnung »Einschlußharze« werden kann eine Art von Chromatogtaphie geschaffen wernachstehend Kunstharze oder Gemische aus Kunst- den, bei der mindestens zwei Strukturisomere vonharzen verstanden, die in Wasser unlöslich sind und einander getrennt werden können,
die bestimmte Sorptionseigenschaften aufweisen. Zur Herstellung der Einschlußharze gemäß der Gewisse Kohlehydrate wie Cyclodextrin neigen 65 Erfindung können alle Cyclodextrin-Modifikationen dazu, Komplexe zu bilden, die in der Lage sind, Ver- (alpha-, beta- und gamma-Form) und Gemische dieser bindungen mit einem niedrigen Molekulargewicht Cyclodextrine als Ausgangsstoffe verwendet werden, einzuschließen. Die Kohlehydrate, die diese Eigen- Die Herstellung kann auf drei verschiedenen Wegen