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DE69127805T2 - Cyclodextrin-polymer sowie daraus hergestellter cyclodextrin-film - Google Patents

Cyclodextrin-polymer sowie daraus hergestellter cyclodextrin-film

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DE69127805T2
DE69127805T2 DE69127805T DE69127805T DE69127805T2 DE 69127805 T2 DE69127805 T2 DE 69127805T2 DE 69127805 T DE69127805 T DE 69127805T DE 69127805 T DE69127805 T DE 69127805T DE 69127805 T2 DE69127805 T2 DE 69127805T2
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cyclodextrin
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water
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Masanobu Yoshinaga
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Toppan Printing Co Ltd
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein cyclodextrinhaltiges Polymer und eine Cyclodextrinmembran, die unter Verwendung des Polymers hergestellt wird.
  • Cyclodextrin kann in seinem röhrenförmigen Hohlraum verschiedene Verbindungen einschließen und derartige Einschlußverbindungen können als Adsorptions/Abtrennungsmittel verwendet werden. Jedochist Cyclodextrin nicht nur in Wasser sondern auch in bestimmten organischen Lösungsmitteln löslich. Zur Isolierung war es daher schwierig eine Verbindung aus verschiedenartigen Systemen in Cyclodextrin einzuschließen. Unter solchen Umständen wurde vorgeschlagen, Cyclodextrin als eine unlösliche Verbindung mit hohem Molekulargewicht zu verwenden.
  • Ein derartiger Ansatz zur Verwendung von Cyclodextrin als eine Verbindung mit hohem Molekulargewicht beinhaltet: die Verwendung eines Reaktionsproduktes von chlormethyliertem Polystyrol mit einem Cyclodextrinderivat wie es in den Japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschriften Nr. 61290/1979 und 61291/1979 beschrieben ist; die Verwendung eines immobilisierten Cyclodextrin-Aminoderivats, das durch Umsetzung einer unlöslichen Substanz mit hohem Molekulargewicht mit einem Cyclodextrinderivat hergestellt wird, wie es in der Japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 227906/1984 beschrieben ist; und die Verwendung von Cyclodextrin, das mit Epichlorhydrin unter Bildung einer Verbindung mit hohem Molekulargewicht vernetzt ist, wobei die verbliebenen Hydroxylgruppen in dem Cyclodextrin in andere funktionale Gruppen übergeführt werden oder Cyclodextrin wird an den funktionalen Endgruppen eines Copolymers durch eine Polymerreaktion immobilisiert, wie es in der Japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 275102/1987 beschrieben ist.
  • Bei Immobilisierung von Cyclodextrin an Polymeren durch die Polymerreaktion ist jedoch der Immobilisierungsgrad so gering, daß die vorstehend erwähnte Funktion von Cyclodextrin kaum erwartet werden kann. Das vernetzte Produkt hat eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, so daß nur unter Schwierigkeiten erwartet werden kann, daß Cyclodextrin die Fähigkeit zur Bildung einer rohrförmigen Struktur beibehält. Ferner bereitete die Überführung von Cyclodextrin in ein unlösliches Polymer Probleme hinsichtlich des Abfalls.
  • Auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Eigenschaften von Cyclodextrin wird erwartet, daß eine immobilisierte cyclodextrinhaltige Membran einzigartige Abtrennungs-, Permeationsfähigkeiten sowie weitere Fähigkeiten besitzt. Weiter erwartet man, daß Cyclodextrin auf einem Polymerträger verschiedene physikalische Eigenschaften besitzt, die durch Cyclodextrin allein nicht erreicht werden konnten, wodurch die Anwendbarkeit von Cyclodextrin erweitert wird. Daher besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zur einfachen Herstellung einer cyclodextrinhaltigen Membran.
  • Zur Herstellung einer derartigen Cyclodextrinmembran offenbart die Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 232210/1985 ein Verfahren, mit dem ein Polymer umfassend den Kristall einer Cyclodextrin-Einschlußverindung und einer Isocyanatgruppen enthaltenden Verbindung auf eine kommerzielle Ultrafiltrationsmembran gegossen wird; die Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 258702/1987 offenbart ein Verfahren, bei dem Cyclodextrin mit verschiedenen Monomeren umgesetzt wird und danach mit einem Acrylnitrilderivat unter Herstellung eines Polymers copolymerisiert wird, welches dann zu einer Membran durch bekannte Verfahren weiterverarbeitet wird.
  • Das in der Japanische ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 232210/1985 offenbarte Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß die hergestellte cyclodextrinmembran nicht als Membran des Polymers an sich verwendet werden kann und das in der Japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 258702/1987 offenbarte Verfahren besitzt den Nachteil, daß der Einschlußgrad von Cyclodextrin in der Polymermembran nicht ausreichend hoch ist.
  • Ferner offenbart US-A-4, 432,802 wasserlösliche Cyclodextrinpolymere einschließlich hochmolekularer Verbindungen mit wenigstens zwei Cyclodextrinmolekülen, die durch eine Diether-, Diester- oder Diamidbindung miteinander verknüpft sind, die mit hochmolekularen Verbindungen wie Polystyrol und Polyvinylalkoholen verbunden sind. Diese CD-Polymere und eine aktive Komponente werden in einen Behälter eingeschlossen, der als durchlässige Membran dient. Die wasserlöslichen Cyclodextrinpolymere sind jedoch nur für sehr begrenzte Anwendungen verwendbar.
  • US-A-4,917,956 offenbart polyisocyanatvernetzte Cyclodextrine, die im wesentlichen wasserunlöslich und in organischen Lösungsmitteln löslich sind sowie Filme aus diesen Cyclodextrinen. Diese dreidimensionalen Cyclodextrinpolymere sind jedoch nicht in der Lage, große Mengen an Cyclodextrin in dem Polymer zu immobilisieren und können die rohrförmige Struktur von Cyclodextrin nicht aufrechterhalten. Darüber hinaus besteht ein Umweltproblem, da diese Polymere nicht leicht abbaubar sind.
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Cyclodextrinpolymer mit einer erhöhten Menge an immobilisierten Cyclodextrineinheiten bereitzustellen, um eine beträchtliche Verbesserung von dessen Funktion zu erreichen.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Cyclodextrinpolymer bereitzustellen, daß in Wasser etc. unlöslich ist aber durch ein Enzym zersetzt werden kann, indem eine spezielle Verbindung mit hohem Molekulargewicht verwendet wird, wodurch das Cyclodextrinpolymer als abbaubares Polymer verwendet werden kann.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Cyclodextrinmembran bereitzustellen, die Cyclodextrin mit hohem Anteil enthält und dennoch allein als Membran verwendet werden kann.
  • Die Erfinder führten intensive Untersuchungen unter den vorstehend beschriebenen Umständen durch und fanden, daß die oben erwähnten Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht werden können, indem ein wasserunlösliches Cyclodextrinpolymer bereitgestellt wird, das Cyclodextrin in der Hauptkette einer Verbindung mit hohem Molekulargewicht ausgewählt aus einem Polyurethan, einem Polyharnstoff, einem ungesättigten Polyester, einem Polyester einem Polycarbonat, einem Polyamid und einem Polysulfon aufweist, und synthetisiert wird, indem ein Cyclodextrinderivat mit Schutzgruppen in allen außer zwei der Hydroxylgruppen des unsubstituierten Cyclodextrins verwendet wird und durch Bereitstellung einer Cyclodextrinmembran, die unter Verwendung des vorstehenden Cyclodextrinpolymers hergestellt wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend genau beschrieben.
  • Die Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, die Cyclodextrin in der Hauptkette enthalten (nachstehend abgekürzt als "CD"), sind Polyurethane, Polyharnstoffe, ungesättige Polyester, Polyester, Polycarbonate, Polyamide und Polysulfone.
  • Die zur Synthese der erfindungsgemäßen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht verwendeten CD-Derivate sind solche, die Schutzgruppen nur in allen außer zwei der Hyroxylgruppen des unsubstituierten CD besitzen (Verbindungen [A] - 1 bis [A] - 14) wie folgt: wobei und ist
  • oder eine Einfachbindung ist;
  • oder eine Einfachbindung ist;
  • Als konkrete Beispiele der vorstehenden Verbindung (7) können folgende erwähnt werden:
  • (wobei an Si gebundenes - CH&sub3;- ersetzt werden kann durch --
  • Als konkrete Beispiele der vorstehenden Verbindungen (8) und (9) seien folgende genannt:
  • Die typischen Syntheseschemata zur Herstellung der CD- Polymere durch Einverleibung von CD in die Hauptkette einer Verbindung mit hohem Molekulargewicht sind die folgenden: (1) Synthese von Polyurethan und Polyharnstoff
  • (CD stellt Cyclodextrin dar und kann entweder die α-, β oder γ - Form sein; wenn α-CD verwendet wird ist n=6; wenn β-CD verwendet wird ist n=7; und wenn γ-CD verwendet wird ist n=8)
  • Ein aromatisches Diisocyanat, ein CD-Diisocyanat [C], etc. kann auch als Diisocyanat verwendet werden, das mit [A] umgesetzt wird.
  • Ein aromatisches Diisocyanat, ein CD-Diisocyanat [C] etc. kann auch als Diisocyanat verwendet werden, daß mit [B] umgesetzt wird.
  • Ein aromatisches Glykol, CD-Glykol [A], etc. kann auch als Glykol verwendet werden, das mit [C] umgesetzt wird.
  • Ein aromatisches Diamin, CD-Diamin [B], etc. kann auch als Diamin verwendet werden, das mit [C] umgesetzt wird.
  • In den vorstehend gezeigten Reaktionsschemata stellt R
  • CH&sub3;-, CH&sub3; - -, CH&sub2; = CH-CH&sub2;-, etc.dar; R' stellt
  • etc. dar; n ist 6, wenn CD α- CD ist, n ist 7, wenn β-CD ist und n ist 8, wenn CD γ-CD ist; und m stellt eine ganze Zahl von 2 - 10 dar.
  • Die vorstehend genannten Reaktionen können insbesondere auf die nachstehend beschriebene Weise durchgeführt werden. In den gezeigten Reaktionen können in (1)-a, (1)-b, (1)-c, (1)-d, (1)-e, (1)-f, (1)-g, (1)-h, (1)-i, (1)-j, (1)-k, (1)-l, (1)-m und (1)-n verbliebene Hydroxylgruppen mit einer der Gruppen
  • geschützt werden.
  • In den in (1)-e, (1)-f, (1)-g und (1)-h gezeigten Reaktionen kann auch
  • zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Gruppen verwendet werden, um die restlichen Hydroxylgruppen zu schützen.
  • (Konkrete Beispiele zum Schutz der restlichen Hydroxylgruppen)
  • (A) Einführung von CH&sub3; - oder CH&sub2;=CH-CH&sub2;--
  • Eine Verbindung mit zwei geschützten Hydroxylgruppen wird in wasserfreiem DMF gelöst und die Mischung wird auf bis 5ºC gekühlt. NaH wird unter Stickstoffstrom dazugegeben. Nach vollständiger Zugabe wird die Mischung bei dieser Temperatur zwei Stunden lang umgesetzt und danach wird Methyliodid (lichtgeschützt) oder Allylbromid (ohne Lichtschutz) langsam dazugetropft. Nach tropfenweiser Zugabe wird die Mischung bei 0 bis 5ºC zwei Stunden lang und dann bei Raumtemperatur 24 Stunden lang gerührt. Dann wird die Reaktionsmischung filtriert und DMF bei reduziertem Druck abdestilliert. Eine geringe Menge an Ethanol wird dem Rückstand zugegeben, gefolgt von der Wiederausfällung aus einer großen Menge Wasser. Der Niederschlag wird gut mit Wasser gewaschen und getrocknet. Danach wird das getrocknete Produkt durch Chromatographie auf einer Kieselgel-Säule gereinigt und ergibt eine Verbindung, in der die restlichen Hydroxylgruppen geschützt sind.
  • (B) Einführung von CH&sub3;- -
  • Eine Verbindung mit zwei geschützten Hydroxylgruppen wird in wasserfreiem Pyridin gelöst und Essigsäureanhydrid wird bei Raumtemperatur langsam tropfenweise zugegeben. Nach vollständiger tropfenweiser Zugabe wird die Mischung bei 60ºC 12 Stunden lang umgesetzt. Nach der Umsetzung wird die Mischung bei reduziertem Druck zur Entfernung des Pyridins konzentriert und der Rückstand wird mit einer großen Menge Eiswasser ausgefällt. Der Niederschlag wird gut mit Wasser gewaschen und getrocknet. Danach wird das getrocknete Produkt durch Chromatographie auf einer Kieselgel-Säule gereinigt und es ergibt sich eine Verbindung, in der die restlichen Hydroxylgruppen geschutzt sind.
  • (C) Einführung von
  • Eine Verbindung mit zwei geschützten Hydroxylgruppen wird in wasserfreiem DMF gelöst und p-Toluolsulfonsäure wird bei Raumtemperatur zugegeben. Zu der entstehenden Mischung wird in DMF gelöstes 2,3-Dihydro-4H-pyran oder 2,3- Dihydro-4H-thiin tropfenweise zugegeben. Nach der tropfenweisen Zugabe wird die Mischung bei Raumtemperatur 24 Stunden lang umgesetzt und nach vollständiger Umsetzung wird das DMF bei reduziertem Druck abdestilliert. Eine geringe Menge Ethanol wird dem Rückstand zugegeben, gefolgt von der Wiederausfällung aus einer großen Menge Wasser. Der Niederschlag wird gut mit Wasser gewaschen und getrocknet. Danach wird das getrocknete Produkt durch Chromatographie auf einer Aluminiumoxid-Säule gereinigt und ergibt eine Verbindung, in der die restlichen Hydroxylgruppen geschützt sind.
  • (D) Einführung von
  • Eine Verbindung, in der die restlichen Hydroxylgruppen geschützt sind, wird durch Wiederholung des Verfahrens der Reaktion [A] erhalten, außer daß Benzylbromid ohne Lichtschutz anstelle von Methyliodid oder Allylbromid verwendet wird.
  • Nun wird der Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in (1)-a bis (1)-n und die Entfernung der Schutzgruppen (wenn R CH&sub3; ist) beschrieben.
    • (1) -a Synthese der Verbindung [2] (n = 7 und β-CD)
  • β-CD wird in Pyridin bei Raumtemperatur gelöst und der entstehenden Mischung wird in Pyridin gelöstes Diphenylmethan-p,p'-disulfonylchlorid bei 5ºC tropfenweise zugegeben. Nach der tropfenweisen Zugabe wird die Mischung einen Tag lang bei einer Temperatur von 20ºC oder darunter gerührt. Nach der Reaktion wird das Pyridin bei reduziertem Druck abdestilliert, wobei die Temperatur bei 40ºC oder darunter gehalten wird und der Rückstand wird aus einer großen Menge Aceton wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird gesammelt und durch wiederholte Umkristallisation aus Wasser gereinigt, wobei sich die Verbindung [1] ergab. (Ausbeute: 15 %)
  • Die entstehende Verbindung [1] wird mit KI in DMF bei 70 - 80ºC einen Tag lang zur Umsetzung gerührt und nach vollständiger Umsetzung wird DMF bei reduziertem Druck abdestilliert und der Rückstand wird aus einer großen Menge Aceton wieder ausgefällt. Der Rückstand wird durch Umkristallisation aus n-Butanol/Ethanol/Wasser gereinigt, wodurch sich die Verbindung [2] ergibt.
  • NaH und Benzylalkohol werden in DMF in einer Stickstoffatmosphäre umgesetzt und eine Lösung Von Verbindung [2] in DMF wird bei Raumtemperatur zugegeben. Danach läßt man die Mischung bei 70 - 80ºC einen Tag lang reagieren und nach vollständiger Umsetzung wird die Mischung abfiltriert. Dann wird DMF bei reduziertem Druck abdestilliert und der Rückstand wird aus einer großen Menge Aceton wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird durch Umkristallisation aus Ethanol gereinigt und es wird dadurch Verbindung [3] (Ausbeute: 45 %) erhalten.
  • Verbindung [3] wird in wasserfreiem DMF gelöst und die Mischung wird auf 0 - 5ºC abgekühlt. NaH wird in Stickstoffstrom dazugegeben. Nach der Zugabe läßt man die Mischung bei dieser Temperatur 2 Stunden lang reagieren. Dann wird Methyliodid (lichtgeschützt) oder Allylbromid (ohne Lichtschutz) langsam tropfenweise zugegeben. Nach vollständiger tropfenweiser Zugabe wird die Mischung bei 0 - 5ºC zwei Stunden lang und dann bei Raumtemperatur 24 Stunden lang gerührt. Nach der Umsetzung wird die Mischung abfiltriert und DMF wird bei reduziertem Druck abdestilliert. Eine kleine Menge Ethanol wird dem Rückstand zugegeben, gefolgt von der Wiederausfällung aus einer großen Menge Wasser. Der Niederschlag wird gut mit Wasser gewaschen und getrocknet. Danach wird das getrocknete Produkt durch Chromatographie auf einer Kieselgel-Säule gereinigt, wodurch sich die Verbindung [4] ergibt.
  • Die rohe Verbindung [4] wird in Ethanol gelöst und mit 5 % Pd/C hydriert. Die Hydrierung wird fortgesetzt bis keine Abnahme des Wasserstoffdruckes mehr beobachtet wird, dann wird die Reaktionsmischung filtriert und Ethanol aus dem Filtrat bei reduziertem Druck abdestilliert. Der Rückstand wird getrennt und durch Chromatographie auf einer Kieselgel-Säule gereinigt, wodurch sich die Verbindung [A]- 1 ergab (Di-6-hydroxy-per-0-methyl β-CD) (Ausbeute: 30 %).
    • (1) -b
  • β-CD wird in Wasser gelöst und Essigsäure wird bei Raumtemperatur dazugegeben, gefolgt von langsamer tropfenweiser Zugabe von Benzaldehyd. Nach einer kurzen Zeit beginnt die Kristallabscheidung, aber die Zugabe wird fortgesetzt und nach Beendigung der tropfenweise Zugabe wird wei tere 6 Stunden lang gerührt. Danach wird die Mischung filtriert und der Niederschlag mit eiskaltem Wasser und dann mit einer wäßrigen Natriumhydrogen-carbonatlösung gewaschen und getrocknet. Der Niederschlag wird durch wiederholte Umkristallisation aus Wasser gereinigt, wodurch sich die Verbindung [9] ergibt (Ausbeute: 45 %)
  • Die restlichen Hydroxylgruppen in Verbindung [9] werden gemäß der vorstehend beschriebenen Reaktion [A], [B] oder [C] geschützt, wodurch sich die Verbindung [10] ergibt.
  • Die Verbindung [10] (z.B. das Methylierungsprodukt) wird in Essigsäure gelöst und mit 5 % Pd/C hydriert (bei Raumtemperatur und 5 atm/cm²). Die Hydrierung wird beendet, nachdem keine Abnahme des Wasserstoffdrucks mehr beobachtet wird, Pd/C wird durch Futration entfernt und die Essigsäure wird bei reduziertem Druck abdestilliert. Der Rückstand wird abgetrennt und mit Chromatographie auf einer Kieselgel-Säule gereinigt, wodurch sich das gewünschte Produkte [A]-2 ergibt.
    • (1) -c
  • β-CD wird in wasserfreien DMF gelöst und p-Toluolsulfonsäure wird bei Raumtemperatur zugegeben. Nach einstündigem Rühren bei Raumtemperatur wird in DMF gelöstes Methylorthoacetat tropfenweise zugegeben. Nach der tropfenweisen Zugabe wird die Temperatur der Reaktions-mischung langsam erhöht und diese bei 90 bis 100ºC eine Stunde lang gerührt. Nach Beendigung der Reaktion läßt man die Mischung bei Raumtemperatur abkühlen, gefolgt von der) Neutralisation und Filtration. DMF und Trimethylorthoacetat werden bei reduziertem Druck abdestilliert und der Rückstand wird aus einer großen Menge Aceton wieder ausgefällt und filtriert. Der Niederschlag wird gut mit Wasser gewaschen und durch Umkristallisation aus Methanol gereinigt, wodurch sich die Verbindung [11] ergibt.
  • Der Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in Verbindung [11] wird wie in (1)-b durchgeführt, wodurch Verbindung [12] erhalten werden kann.
  • Verbindung [12] (z.B. das acetylierte Produkt) wird in Essigsäure gelöst und die entstehende Mischung läßt man bei 50 - 60ºC zwölf Stunden lang reagieren. Nach der Reaktion wird die Essigsäure bei reduziertem Druck abdestilliert.
  • Der Rückstand wird abgetrennt und durch Chromatographie auf einer Kieselgel-säule gereinigt, wodurch sich das gewünschte Produkt [A]-3 ergibt.
    • (1) -d
  • β-CD wird in Wasser gelöst und die Mischung wird auf 30 - 40ºC gehalten. Der Mischung wird eine Lösung von Phenylborsäure in Methanol langsam tropfenweise zugegeben. Nach einer kurzen Zeit beginnt die Kristallisation aber die Zugabe wird fortgesetzt und nach Beendigung der tropfenweisen Zugabe wird die Mischung eine Stunde lang gerührt. Nach vollständiger Reaktion läßt man die Mischung abkühlen und filtriert danach. Der Niederschlag wird mit Wasser und Methanol gewaschen und dann getrocknet. Der Niederschlag wird durch Umkristallisation aus Methanol gereinigt, wodurch sich die Verbindung [13] ergibt. (Ausbeute: 60 %).
  • Der Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in Verbindung [13] wird wie in (1)-b durchgeführt, wodurch die Verbindung [14] erhalten werden kann.
  • Die Verbindung [14] (z.B. das allylierte Produkt) wird in Aceton gelöst und 1,3-Propandiol wird langsam tropfenweise bei Raumtemperatur zugegeben. Nach der tropfenweisen Zugabe läßt man die Mischung bei 40 - 50ºC 12 Stunden lang reagieren. Nach vollständiger Reaktion wird das Aceton bei reduziertem Druck abdestilliert und der Rückstand mit Chloroform/Wasser extrahiert. Die Chloroformschicht wird ge trocknet und danach bei reduziertem Druck konzentriert. Der Rückstand wird abgetrennt und mit Chromatographie auf einer Kieselgel-Säule gereinigt, wodurch sich das gewünschte Produkt [A]-4 ergibt.
    • (1)-e
  • β-CD wird in wasserfreiem Pyridin gelöst und auf 0 bis 5ºC abgekühlt. Der Mischung wird in Pyridin gelöstes 1,1,4,4-Tetramethyl-1,4-dichlordisilylmethylen tropfenweise zugegeben. Nach Beendigung der tropfenweisen Zugabe wird die Mischung bei 0 bis 5ºC eine Stunde lang und dann bei Raumtemperatur drei Stunden lang gerührt. Nach vollständiger Umsetzung wird die Pyridinlösung in Wasser gegossen und gut gerührt. Der Niederschlag wird gut mit kaltem Methanol gewaschen und durch Umkristallisation aus Ethanol und dann aus Methanol gereinigt, wodurch sich die Verbindung [15] ergibt. (Ausbeute: 30 %).
  • Der Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in der Verbindung [15] wird wie in (A), (B), (C) oder (D) in der vorstehend beschriebenen Reaktion von (1)-a durchgeführt, wodurch Verbindung [16] erhalten werden kann.
  • Verbindung [16] (z.B. das methylierte Produkt) wird in Methylenchlorid gelöst und der entstehenden Mischung wird eine 47%ige Bortrifluorid-Lösung in Ether langsam tropfenweise zugegeben. Nach Beendigung der tropfenweisen Zugabe wird die Mischung bei Raumtemperatur sechs Stunden lang gerührt und nach vollständiger Reaktion wird die Mischung in eiskaltes Wasser gegossen. Die organische Schicht wird abgetrennt und mit wäßriger Natriumcarbonatlösung und Wasser gewaschen, getrocknet und bei reduziertem Druck konzentriert. Der Rückstand wird durch Chromatographie auf Kieselgel abgetrennt, wodurch sich das gewünschte Produkt [A]- 5 ergibt.
    • (1)-f
  • β-CD wird in wasserfreiem Pyridin gelöst und die Mischung wird auf 0 bis 5ºC abgekühlt. Der Mischung wird in Pyridin gelöstes 1,1,4,4-Tetramethyl-1,4-dichlordisilylethylen langsam tropfenweise zugegeben. Nach Beendigung der tropfenweisen Zugabe wird die Mischung bei 0 bis 5ºC eine Stunde lang und dann bei Raumtemperatur drei Stunden lang gerührt. Nach vollständiger Umsetzung wird die Pyridinlösung in Wasser gegossen und gut gerührt. Der entstehende Niederschlag wird gut mit kaltem Methanol gewaschen und durch wiederholte Umkristallisation aus Ethanol gereinigt, wodurch sich die Verbindung [17] Ausbeute: 25 %) ergibt.
  • Der Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in Verbindung [17] wird wie in (1)-e durchgeführt, wodurch die Verbindung [18] erhalten werden kann.
  • Die anschließende Verfahrensweise wird genauso wie in der Reaktion für Verbindung [16] in (1)-e durchgeführt, wodurch das gewünschte Produkt [A]-6 erhalten wird.
    • (1)-g
  • Die Verbindung [19] wird durch Wiederholung der Reaktion von (1)-f erhalten, außer daß 1,1,4,4-Tetramethyl-1,4- dichlordisilylethylen durch 1,3-Dichlortetramethyl-disiloxan ersetzt wird (Ausbeute: 25 %).
  • Der Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in Verbindung [19] wird wie in (1)-e durchgeführt, wodurch Verbindung [20] erhalten werden kann.
  • Die anschließende Verfahrensweise wird genauso wie in der Reaktion für die Verbindung [16] in (1)-e durchgeführt, wodurch die gewünschte Verbindung [A]-7 erhalten wird.
    • (1)-h
  • Verbindung [21] wird durch Wiederholung der Reaktion von (1)-f erhalten, außer daß 1,1,4,4-Tetramethyl-1,4- dichlordisilylethylen durch 1,1,3,3,5,5-Hexamethyl-1,5- dichlortrisiloxan ersetzt wird und daß Isopropylalkohol als Lösungsmittel für die Umkristaliisation verwendet wird (Ausbeute: 30 %).
  • Der Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in Verbindung [21] wird wie in (1)-e durchgeführt, wodurch Verbindung [22] erhalten werden kann.
  • Die anschließende Verfahrensweise wird genauso wie in der Reaktion für die Verbindung [16] in (1)-e durchgeführt, wodurch das gewünschte Produkt [A]-8 erhalten wird.
    • (1)-i
  • β-CD wird in wasserfreiem DMSO (oder DMF) gelöst und es werden zwei Volumenanteile NaH bei Raumtemperatur unter Stickstoffstrom zugegeben. Nach der Zugabe wird die Mischung bei 40 bis 50ºC 30 Minuten lang gerührt und filtriert. Dem Filtrat wird in DMSO (oder DMF) gelöstes 2,2'- Bbis(brommethyl)-1,1'-biphenyl bei 40 - 50ºC. tropfenweise zugegeben und nach Zugabe wird die Mischung bei 80ºC 24 Stunden lang gerührt. Nach vollständiger Umsetzung wird die Mischung filtriert und das Lösungsmittel wird durch Destillation entfernt und der Rückstand wird aus einem großen Volumen Aceton wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird mit Wasser und dann mit Aceton gewaschen und nach Trocknung wird der Niederschlag durch Umkristallisation aus Ethanol gereinigt, wodurch sich die Verbindung [23] ergibt. (Ausbeute: 20 %)
  • Der Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in Verbindung [23] wird wie in (1)-b durchgeführt, wodurch die Verbindung [24] erhalten werden kann.
  • Die Verbindung [24] (z.B. das Methylierungsprodukt) wird in Essigsäure gelöst und unter Verwendung von 10 % Pd/C hydriert (60ºC, atm/cm²). Die Reaktion wird fortgeführt, bis keine Abnahme des Wasserstoffdrucks mehr beobachtet werden kann und nach Beendigung der Reaktion wird Pd/C durch Futration entfernt und die Essigsäure wird bei reduziertem Druck abdestilliert. Der Rückstand wird abgetrennt und durch Chromatographie auf einer Kieselgel-Säule gereinigt, wodurch sich die gewünschte Verbindung [A]-9 ergibt.
    • (1) -j
  • Verbindung [25] wird durch Wiederholung der Reaktion (1)-i erhalten, außer daß 2,2'-Bis(brommethyl)-1,1'- biphenyl durch 1,2-Dibrom-1,2-diphenylethan ersetzt wird (Ausbeute: 15 %).
  • (i) Der Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in Verbindung [25] wird wie in (1)-b durchgeführt, wodurch Verbindung [26] erhalten werden kann.
  • (ii) Verbindung [25] wird in wasserfreiem DMF gelöst und p- Toluolsulfonsäure wird bei Raumtemperatur zugegeben. Der entstehenden Mischung wird in DMF gelöstes 2,3-Dihydro-4H- pyran oder 2,3-Dihydro-4H-thiin tropfenweise zugegeben. Nach Beendigung der tropfenweisen Zugabe läßt man die Mischung bei Raumtemperatur 24 Stunden lang reagieren und nach vollständiger Reaktion wird DMF bei reduziertem Druck abdestilliert. Eine geringe Menge Ethanol wird dem Rückstand zugegeben und die Wiederausfällung aus einem großen Volumen Wasser durchgeführt. Der Niederschlag wird gut mit Wasser gewaschen und getrocknet. Danach wird der getrocknete Niederschlag durch Chromatographie auf einer Aluminiumoxid-Säule gereinigt, wodurch sich Verbindung [26] ergibt.
  • Die anschließende Verfahrensweise wird wie in der Reaktion für die Verbindung [24] in (1)-i durchgeführt, wodurch das gewünschte Produkt [A]-10 erhalten wird.
    • (1)-k
  • β-CD wird in wasserfreiem Pyridin gelöst und auf 0 bis 5ºC abgekühlt. Der gekühlten Mischung wird in Pyridin gelöstes p-Nitrophenylchlorformiat langsam tropfenweise zugegeben. Nach Beendigung der tropfenweisen Zugabe wird die Mischung bei Raumtemperatur 24 Stunden lang gerührt. Nach vollständiger Reaktion wird der Rückstand mit einem großen Volumen Aceton wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird filtriert, gut mit Wasser gewaschen und getrocknet. Der Niederschlag wird aus Isopropylalkohol umkristallisiert, wodurch sich Verbindung [27] ergibt (Ausbeute: ca. 15 %).
  • Die restlichen Hydroxylgruppen in Verbindung [27] werden wie in (1)-b geschützt, wodurch Verbindung [28] erhalten werden kann.
  • Verbindung [28] (z.B. das tetrahydropyranylierte Produkt) wird in Dioxan gelöst. Der entstehenden Mischung wird eine wäßrige Lösung von 0,5 M NaOH und 50 %Dioxan tropfenweise zugegeben. Nach Beendigung der tropfenweisen Zugabe wird die Mischung bei Raumtemperatur 3 Stunden lang gerührt. Nach vollständiger Reaktion wird das Dioxan bei reduziertem Druck destilliert und vor Beginn der Kristallisation wird die Mischung durch eine Kationenaustauschersäule geleitet und das Lösungsmittel wird wieder abdestilliert. Der Rückstand wird unter Verwendung eines Chloroform- /Wasser-systems extrahiert und die Chloroformschicht getrocknet, gefolgt von der Konzentration bei reduziertem Druck. Der Rückstand wird abgetrennt und durch Chromatographie auf einer Aluminiumoxid-Säule gereinigt, wodurch sich die gewünschte Verbindung [A]-11 ergibt.
    • (1)-l
  • β-CD wird in wasserfreiem DMSO (oder DMF) gelöst und zwei Volumenanteile NaH werden bei Raumtemperatur unter Stickstoffstrom zugegeben. Nach der Zugabe wird die Mischung bei 40 - 50ºC 30 Minuten lang gerührt und futriert. Dem Filtrat wird in DMSO (oder DMF) gelöstes Di(bromphenyl ethyl)sulfid unter Stickstoffstrom tropfenweise zugegeben, wobei die Temperatur bei 10ºC oder darunter gehalten wird und nach Zugabe läßt man die Mischung unter Rühren bei dieser Atmosphäre und bei Raumtemperatur 60 Stunden lang reagieren. Nach vollständiger Reaktion wird die Mischung filtriert und das Lösungsmittel dann bei reduziertem Druck bei 30ºC oder darunter abdestilliert und der Rückstand wird mit einem großen Volumen Diethylether wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird mit Aceton und dann wiederholt mit Wasser gewaschen und getrocknet, gefolgt von der Reinigung durch Umkristallisation aus Ethanol, wodurch sich Verbindung [29] ergibt.
  • Dann wird die Verbindung [29] genauso wie zum Schutz der restlichen Hydroxylgruppen in (1)-b behandelt, wodurch die Verbindung [30] erhalten werden kann.
  • Die anschließende Verfahrensweise wird genauso wie zur Entfernung der Schutzgruppen in (1)-j durchgeführt, wodurch die gewünschte Verbindung [A]-12 erhalten werden kann.
    • (1)-m
  • Die Verbindung [31] wird durch Wiederholung des Verfahrens von (1)-l erhalten, außer daß Di(bromphenylethyl)sulfid durch p,p'-Dibrommethyl-diphenylsulfid ersetzt wird.
  • Dann wird die Verbindung [31] wie in (1)-b zum Schutz der restlichen Hydroxylgruppen behandelt, wodurch die Verbindung [32] erhalten werden kann.
  • Die Entfernung der Schutzgruppen in Verbindung [32] wird wie in (1)-i durchgeführt, wodurch die gewünschte Verbindung [A]-13 erhalten werden kann.
    • (1) -n
  • β-CD wird in wasserfreiem DMF gelöst und mit NaH unter Stickstoffstrom umgesetzt. Die entstehende Mischung wird auf 0 - 5ºC abgekühlt und eine Lösung von Dimethylcarbonat in DMF wird langsam tropfenweise zugegeben. Nach der tropfenweisen Zugabe wird das Rühren bei 0 - 5ºC 2 Stunden lang fortgesetzt. Nach vollständiger Reaktion wird das unumgesetzte NaH mit Methanol umgesetzt, um es in ein Alkoholat überzuführen und das Lösungsmittel wird bei reduziertem Druck bei 30ºC abdestilliert. Der Rückstand wird mit einem großen Volumen Aceton wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird abfiltriert, gut mit Wasser gewaschen und getrocknet. Der Niederschlag wird unter Verwendung von Isopropylalkohol gereinigt, wodurch sich die Verbindung [33] ergibt.
  • Dann wird die Verbindung [33] genauso wie in (1)-b zum Schutz der restlichen Hydroxylgruppen behandelt, wodurch die Verbindung [34] erhalten werden kann.
  • Die Entfernung der Schutzgruppen in Verbindung [34] erfolgt wie in (1)-k, wodurch die gewünschte Verbindung [A]-14 erhalten werden kann.
  • iii) Synthese von Verbindung [B] (R' : CH&sub3;- -)
  • Natriumazid wird in DMF gelöst und eine Lösung der Verbindung [2] in DMF bei Raumtemperatur zugegeben. Nach der Zugabe wird die Reaktion bei 80 bis 90ºC 6 Stunden lang fortgeführt. Nach vollständiger Reaktion läßt man die Mischung zur Abkühlung auf Raumtemperatur stehen und filtriert, DMF wird bei reduziertem Druck abdestilliert und der Rückstand wird aus einem großen Volumen Methanol wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird gesammelt und aus Wasser umkristallisiert, wodurch sich Verbindung [5] ergibt (Ausbeute: 80 %).
  • Die so erhaltene Verbindung [5] wird in Pyridin gelöst und Essigsäureanhydrid wird bei Raumtemperatur zugegeben. Die Mischung wird 30 Stunden lang gerührt. Nach der Reaktion werden Pyridin und Essigsäureanhyrid bei reduziertem Druck abdestilliert und der Rückstand in einer geringen Menge Ethanol gelöst, gefolgt von der Wiederaus-fällung aus einer großen Menge eiskaltem Wasser. Der Niederschlag wird gut mit eiskaltem Wasser gewaschen und getrocknet, wodurch sich Verbindung [6] ergibt.
  • Die rohe Verbindung [6] wird in Ethanol gelöst und unter Verwendung von 10 % Pd/C hydriert. Die Hydrierung wird fortgeführt bis keine Abnahme des Wasserstoffdrucks mehr beöbachtet wird und nach der Reduktion wird die Mischung filtriert, Ethanol wird bei reduziertem Druck abdestilliert, und der Rückstand wird abgetrennt und durch Chromatographie auf Kieselgel gereinigt, wodurch sich die Verbindung [B] ergibt (Di-6-amino-per-O-acetyl β-CD (Ausbeute: 60 %).
  • (iv) Synthese der Verbindung [C] (R' ist CH&sub2;=CH-CH&sub2;-)
  • Glykolsäure wird mit NaH in DMF unter Stickstoffatmosphäre umgesetzt und der entstehenden Mischung wird eine Lösung von Verbindung [2] in DMF bei Raumtemperatur zugegeben. Nach der Zugabe wird die Reaktion bei 70 - 80ºC einen Tag lang fortgeführt und nach Reaktion wird DMF bei reduziertem Druck abdestilliert. Der Rückstand wird aus einem großen Volumen Aceton wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird durch Umkristallisation aus Methanol gereinigt, wodurch sich Verbindung [7] ergibt (Ausbeute: 25 %).
  • Die entstehende Verbindung [7] wird in DMF gelöst und NaH wird bei 0ºC unter Stickstoffatmosphäre zugegeben. Nach der Zugabe wird die Mischung bei 0ºC eine Stunde lang, dann bei Raumtemperatur zwei Stunden lang gerührt und wieder auf 0ºC abgekühlt und bei dieser Temperatur Allylbromid zugegeben, gefolgt von Rühren bei Raumtemperatur während eines Tages. Nach Ende dieses Zeitraums wird die Mischung filtriert und DMF bei reduziertem Druck abdestilliert. Eine geringe Menge Ethanol wird dem Rückstand zugegeben, gefolgt von der Wiederausfällung aus einem großem Volumen Wasser. Der Niederschlag wird gut mit Wasser gewaschen und durch Umkristallisation aus Benzol/Ethylacetat gereinigt, wodurch sich Verbindung [8] ergibt (Ausbeute: 65 %).
  • Dann wird die Verbindung [8] in Tetrahydrofuran (THF) gelöst und der entstehenden Mischung wird Thionylchlorid zugegeben. Nach Zugabe läßt man die Mischung unter Rückfluß 6 Stunden lang reagieren. Nach der Umsetzung läßt man die Mischung abkühlen und THF und Thionylchlorid werden bei reduziertem Druck bis zur Trockene abdestilliert, wodurch sich Verbindung [9] ergibt.
  • Getrennt davon wird Natriumazid in Wasser gelöst und mit Eis gekühlt. Dieser Lösung wird eine Acetonlösung von Verbindung [9] bei 10-15ºC zugegeben. Nach Zugabe wird die Mischung bei dieser Temperatur weitere zwei Stunden gerührt, dann stehengelassen, bis Raumtemperatur erreicht ist. Die Schichten werden getrennt, wodurch eine Acetonlösung von Verbindung [10] erhalten wird.
  • Die entstehende Lösung von Verbindung [10] wird langsam in heißes Benzol bei 60 - 70ºC gegossen und zwei Stunden lang gerührt. Nach vollständiger Reaktion wird die Mischung filtriert und Aceton/Benzol werden bei reduziertem Druck abdestilliert und es wird getrocknet, wodurch sich Verbindung [C] ergibt (Di-6-isocyanat-per-0-allyl β-CD) (Rohausbeute: 50 %)
  • Die Synthese (Polyaddition) des CD-Polymers wird wie folgt durchgeführt.
  • 1. Eine der Verbindungen [A]-1 bis [A]-11 (n = 7, R: CH&sub3;-) wird in Chlorbenzol (oder Anisol) gelöst und die Mischung wird in einer Stickstoffatmosphäre gerührt. Der entstehenden Mischung wird in Chlorbenzol (oder Anisol) gelöstes Hexamethylendiisocyanat (m = 6) tropfenweise unter Rückfluß zugegeben. Nach Zugabe von etwa der halben Menge läßt man die Mischung 4-5 Stunden lang reagieren. Danach wird die restliche Menge tropfenweise zugegeben und die Reaktion weitere 2-3 Stunden lang fortgeführt. Nach der Reaktion läßt man die Mischung zur Abkühlung stehen und das ausgefällte Polymer wird in einer geringen Menge DMF gelöst, gefolgt von der Wiederausfällung mit einer großen Menge Methanol. Der Niederschlag wird gesammelt, gut mit Methanol gewaschen und unter Vakuum getrocknet, wodurch sich Polyurethan (I) ergibt.
  • 2. Verbindung [B] (n = 7, R': CH&sub3;- -) wird in Anisol gelöst und ca. 80 % der Gesamtmenge des in Anisol gelösten Hexamethylendiisocyanats (m = 6) wird langsam unter Eiskühlung tropfenweise zugegeben. Unmittelbar nach der Zugabe kristallisiert der Polyharnstoff [II] aus. Nach Beendigung der tropfenweisen Zugabe wird die Reaktion bei 70 - 80ºC eine Stunde lang fortgeführt und danach werden die restlichen 20% der Diisocyanatlösung zugegeben und die Reaktion bei 90-100ºC 6 Stunden lang fortgeführt. Nach Beendigung der Reaktion wird die Mischung filtriert und der Niederschlag gut mit Methanol gewaschen. Das Oligomer mit geringem Molekulargewicht wird mit heißem Ethanol unter Verwendung eines Soxhlet-Extraktionsapparats extrahiert. Das verbleibende Polymer wird unter Vakuum getrocknet und es ergibt sich Polyharnstoff [II].
  • 3. Die Verbindung [C] (n = 7, R': CH&sub2;=CH-CH&sub2;-) kann mit Hexamethylenglykol (m = 6) gemäß dem Synthesebeispiel 1 umgesetzt werden und die Verbindung [C] kann mit Hexamethylendiamin (m = 6) gemäß dem Reaktionsbeispiel 2 umgesetzt werden. (2) Synthese von ungesättigtem Polyester
  • [E] oder [D] können auch als Säureanhydrid oder als Dicarbonsäure zur Reaktion mit [A] verwendet werden.
  • [E] oder [A] können auch als Säureanhydrid oder als Glykol zur Reaktion mit [D] verwendet werden.
  • CD-Diol [A] kann auch als Glykol zur Reaktion mit [E] verwendet werden.
  • Es ist klar, daß das Säureanhydrid zur Reaktion mit [E] auch eine aromatische Verbindung sein kann und ferner daß die Dicarbonsäuren (aliphatisch, aromatisch und (D)) auch in die Hauptkette eingeführt werden können. (3) Synthese von Polyester
  • Ein aliphatischer Diester, CD-Diester [F] etc. können auch als Diester zur Reaktion mit [A] verwendet werden.
  • Ein aromatisches Diol, CD-Diol [A] etc. kann auch als Diol zur Reaktion mit [F] verwendet werden.
  • Ein aliphatisches Diol, CD-Diol [A] etc. kann auch als Diol zur Reaktion mit [G] verwendet werden.
  • In den oben gezeigten Reaktionsschemata haben R, R' und n die gleiche Bedeutung wie sie für die Reaktionsschemata zur Synthese des Polyurethans und Polyharnstoffs definiert wurden und R'' bedeutet
  • etc.
  • Das Verfahren in (2) zur Synthese des ungesättigten Polyesters wird insbesondere wie folgt durchgeführt:
  • i) Verbindung [2] wird auf gleiche Weise wie zur Synthese des Polyurethans und Polyharnstoffs synthetisiert.
  • ii) Synthese von Verbindung [D] (R' ist CH&sub3;- -)
  • Glykolsäure wird mit NaH in DMF und in Stickstoffatmosphäre umgesetzt und eine DMF-Lösung von Verbindung [2] wird der entstehenden Mischung bei Raumtemperatur zugegeben. Nach der Zugabe wird die Reaktion bei 70 bis 80ºC einen Tag lang fortgeführt und nach der Reaktion wird DMF bei reduziertem Druck abdestilliert und der Rückstand aus einem großen Volumen Aceton wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird durch Umkristallisation aus Methanol gereinigt, wodurch sich Verbindung [7] ergibt (Ausbeute: 25 %).
  • Die so gebildete Verbindung [7] wird in Pyridin gelöst und Essigsäureanhydrid wird bei Raumtemperatur zugegeben. Die Mischung wird 30 Stunden lang gerührt. Nach Reaktion werden Pyridin und Essigsäureanhydrid bei reduziertem Druck abdestilliert, der Rückstand wird in einer geringen Menge Ethanol gelöst, gefolgt von der Wiederausfällung aus einem großen Volumen von eiskaltem Wasser. Der Niederschlag wird durch Umkristallisation aus n-Hexan/Aceton gereinigt, wodurch sich Verbindung [D] ergibt (Ausbeute: 80 %).
  • iii) Synthese von Verbindung [E]
  • Verbindung [D] wird mit Acetylchlorid gemischt und nachdem sich Verbindung [D] unter Rückfluß vollständig gelöst hat, wird die Mischung 2-3 Stunden lang umgesetzt. Nach der Reaktion läßt man die Mischung bei Raumtemperatur zur Abkühlung stehen und danach beginnt bei Abkühlung auf 0-5ºC mit Eis die Abscheidung von Kristallen. Die Kristalle werden gesammelt und mit Ethylether gewaschen, wodurch sich Verbindung ergibt (Ausbeute: 80 %).
  • Die Synthese (Polykondensation) des CD-Polymers wird auffolgende Weise durchgeführt.
  • 1. In einen Kolben wird eine DMSO-Lösung von Verbindung [A] (n = 7, R: CH&sub3;-), Maleinsäureanhydrid und Terephthalsäure eingefüllt und die Mischung wird schrittweise unter Stick stoffstrom erhitzt. Unter Rühren bei 140 - 150ºC während zwei Stunden wird die Temperatur weiter auf 170 - 180ºC erhöht und die Reaktion wird ca. 3 Stunden lang fortgeführt, bis kein Wasserkondensat mehr abdestilliert wird.
  • Nach der Reaktion läßt man die Mischung zur Abkühlung in Stickstoffstrom stehen und fällt aus einem großem Volumen Wasser aus. Das entstehende Polymer wird mit Wasser gewaschen und unter Vakuum getrocknet, wodurch sich Verbindung [V] ergibt.
  • Alternativ kann nach Fortführung der Reaktion während drei Stunden die Temperatur der Mischung auf 120-130ºC abgesenkt werden, wonach Hydrochinon und Styrol zugegeben werden und es wird ca. 2 Stunden lang gerührt. Durch eine ähnliche Aufarbeitung wie vorstehend erwähnt kann ein styrolhaltiger ungesättigter Polyester erhalten werden.
  • 2. In einen Kolben werden Verbindung [D] (n = 7, R': CH&sub3;- -
  • Maleinsäureanhydrid und 1,3-Propandiol (m=3) eingefüllt und die Mischung wird schrittweise unter Stickstoffstrom erhitzt. Nach 2-stündigem Rühren bei 150 - 160ºC wird die Temperatur weiter auf 200 - 210ºC erhöht und die Reaktion wird ca. 3 Stunden lang fortgeführt bis keine Destillation von Wasserkondensat mehr beobachtet wird.
  • Nach vollständiger Reaktion wird das entstehende Polymer sorgfältig mit Wasser gewaschen und unter Vakuum getrocknet, wodurch sich Verbindung [VI] ergibt.
  • Alternativ kann nach Fortführung der Reaktion während drei Stunden die Temperatur der Mischung auf 140-150ºC gesenkt werden, wonach Hydrochinon und Styrol zugegeben werden, gefolgt von Rühren während ca. 2 Stunden und Aufarbeitung in einer folgenden Stufe und in analoger Weise, wodurch sich ein styrolhaltiger ungesättigter Polyester ergibt.
  • 3. In einen Kolben werden Verbindung (E] (n = 7, R': CH&sub3;- -),
  • Maleinsäureanhydrid und 1,3-Propandiol (m = 3) gefüllt und die Mischung wird schrittweise unter Stickstoffstrom erhitzt. Nach 2-stündigem Rühren bei 150-160ºC wird die Temperatur weiter auf 200-210ºC erhöht und die Reaktion fortgeführt bis keine Destillation von Wasserkondensat mehr beobachtet wird (ca. 3 Stunden).
  • Nach der Reaktion wird das entstehende Polymer sorgfältig mit Wasser gewaschen und unter Vakuum getrocknet, wodurch sich die Verbindung [VII] ergibt. Alternativ kann nach Fortführung der Reaktion während drei Stunden die Temperatur der Mischung auf 140-150ºC abgesenkt werden, wonach Hydrochinon und Styrol zugegeben werden, gefolgt von Rühren (während ca. 2 Stunden). Annliche Aufarbeitung in dem folgenden Schritt ergibt einen styrol-haltigen ungesättigten Polyester.
  • Das Verfahren von (3) zur Synthese des Polyesters wie sie vorstehend beschrieben wurde, wird insbesondere wie folgt durchgeführt:
  • i) Verbindung [2] wird auf gleiche Weise wie zur Synthese von Polyurethan oder Polyharnstoff synthetisiert.
  • ii) Synthese der Verbindungen [F] und [G] (R' ist CH&sub3;- -)
  • Glykolsäure wird mit NaH in DMF unter Stickstoffatmosphäre umgesetzt und der Reaktionsmischung wird eine Lösung der Verbindung [2] in DMF bei Raumtemperatur zugegeben. Nach Zugabe wird die Reaktion bei 70-80ºC einen Tag lang fortgeführt. Nach vollständiger Umsetzung wird DMF bei reduziertem Druck abdestilliert und der Rückstand wird aus einem großen Volumen Aceton wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird durch Umkristallisation aus Methanol gereinigt, wodurch sich Verbindung [7] ergibt (Ausbeute: 25 %).
  • Die so erhaltene Verbindung [7] wird in Pyridin gelöst und Essigsäureanhydrid wird der Lösung bei Raumtemperatur zugegeben und danach wird die Mischung 30 Stunden lang gerührt. Nach der Reaktion werden Pyridin und Essigsäureanhydrid abdestilliert und der Rückstand wird in einer kleinen Menge Ethanol gelöst und aus einem großen Volumen eiskaltem Wasser wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird durch Um kristallisation aus n-Hexan/Aceton gereinigt, wodurch sich Verbindung [8] ergibt (Ausbeute: 80 %).
  • Wenn R'' CH&sub3;- ist:
  • Verbindung [8] wird in Ether gelöst und die Lösung wird auf 0ºC abgekühlt. Der Mischung wird eine etherische Lösung von Diazomethan langsam zugegeben. Das Rühren wird bei dieser Temperatur fortgesetzt, bis sich kein Stickstoff mehr entwickelt und nach der Reaktion wird der Überschuß an Diazomethan durch Zugabe von Essigsäure zersetzt. Die Reaktionsmischung wird einer großen Menge an Methanol/Wasser zur Bewirkung der Wiederausfällung zugegeben. Der entstehende Niederschlag wird in Methanol gelöst und durch Umkristallisation aus einer großen Menge Wasser gereinigt, wodurch sich Verbindung [F] ergibt (Ausbeute: 55 %).
  • Getrennt davon wird Verbindung [8] in Benzol gelöst und mit Thionylchlorid unter Rückfluß 6 Stunden lang umgesetzt. Nach Reaktion werden Benzol und Thionylchlorid bei reduziertem Druck und bis zur Trockene abdegtilliert, wodurch sich Verbindung [G] ergibt (Ausbeute: 70 %) ei Die entstehenden weißen Kristalle werden unmittelbar für die Kondensationsreaktion verwendet (da sie sehr labil sind).
  • Die Synthese der CD-Polymere (Polykondensation) wird wie folgt durchgeführt:
  • 1) (i) Verbindung [A]-1 oder eine der Verbindungen [A]-2 bis [A]-11 (n --7, R: CH&sub3;-), welche in (1) bei der Synthese von Polyurethan und Harnstoff erhalten wird, und eine Lösung von Dimethylterephthalat, Calciumacetatdihydrat und Antimontrioxid in DMF werden in ein Polykondensationsrohr gefüllt. Die Mischung wird erhitzt und Stickstoff wird durch ein Kapillarrährchen eingeführt, das so eingesetzt wurde, daß es den Boden des Reaktionsrohrs erreicht. Nach Abdestillation des Methanols in der Mischung bei 100-120ºC während zwei Stunden wird der Rückstand auf 150-160ºC während eines Zeitraums von 2 Stunden erhitzt. Dann wird die Mischung bei reduziertem Druck für weitere 5 Stunden erhitzt; nach der Reaktion läßt man die Mischung in Stickstoffstrom abkühlen. Die DMF-Lösung wird aus einem großen Volumen Wasser wieder ausgefällt. Der Niederschlag wird gut mit Wasser gewaschen und unter Vakuum getrocknet, wodurch sich Polyester (VIII) ergibt.
  • 2. Eine Mischung der Verbindung [F] (n = 7, R': CH&sub3;- -, R" = CH&sub3;-)
  • Ethylenglykol und Isopropyltitanat werden in ein Polymensationsrohr gefüllt. Die Mischung wird erhitzt und drei Stunden lang bei 140 - 160ºC unter Stickstoff umgesetzt, der durch ein Kapillarröhrchen eingeführt wird, welches so eingesetzt wurde, daß es den Boden des Reaktionsrohrs erreicht. Dann wird Methanol abdestilliert und die Reaktion zwei Stunden lang bei 180 - 200ºC fortgeführt, gefolgt von schrittweiser Reduktion des Druckes und weiüerer Reaktion während fünf Stunden. Nach der Reaktion läßt man die Mischung in Stickstoffstrom abkühlen, und es wird unter Vakuum getrocknet, wodurch sich die Verbindung [IX] ergibt.
  • 3. In einen Kolben werden Verbindung [G] (n = 7, R' : CH&sub3;- -)/
  • Hydrochinon und Nitrobenzol gefüllt und die Mischung wird bei 120 - 140ºC 8 Stunden lang unter Stickstoffstrom umgesetzt. Nach der Reaktion wird Nitrobenzol bei reduziertem Druck bis zur Trockene abdestilliert. Die entstehenden Feststoffe werden gesammelt und unter Vakuum getrocknet, wodurch sich Verbindung [X] ergibt. (3) Synthese von Polycarbonat, Polyamid und Polysulfon (3a) Synthese von Polycarbonat (3b) Synthese von Polyamid
  • Eine aromatische Dicarbonsäure, CD-Dicarbonsäure [H] etc. kann auch als Dicarbonsäure zur Reaktion mit verwendet werden.
  • Ein aromatisches Diisocyanat, CD-Diisocyanat [J] etc. kann auch als Diisocyanat zur Reaktion mit [H] verwendet werden.
  • Ein aromatisches Diamin, CD-Diamin [B] etc. kann auch als Diamin zur Reaktion mit [I] verwendet werden. (3c) Synthese von Polysulfon
  • In den oben gezeigten Reaktionsschemata haben R, R' und n die gleiche Bedeutung wie sie in den Reaktionsschemata für die Synthese von Polyurethan und Polyharnstoff definiert wurde.
    • (3a) Synthese von Polycarbonat
  • Das Verfahren zur Synthese von Polyurethan und Polyharnstoff wird wiederholt, um die Verbindungen [A], [B], [H], [I] und [J] zu synthetisieren.
  • 1. Die Verbindung [A] (n = 7, R: CH&sub3;-) wird in Pyridin gelöst und die Lösung wird bei 30ºC oder darunter gerührt. In die Mischung wird Phosgen unter Rühren eingeführt, bis die gelbe Farbe des Phosgenhydrochlorid-Komplexes verschwindet. Nach der Reaktion wird Methanol zugegeben, um das Polymer auszufällen, das filtriert und getrocknet wird. Dann wird das getrocknete Produkt in THF gelöst und durch Wiederausfällung mit Methanol gereinigt und vakuumgetrocknet, wodurch sich Polycarbonat [XI] er4ibt.
    • (3b) Synthese von Polyamid
  • 1. Eine Ethanollösung von Verbindung [B] (n = 7, R': CH&sub3;- -)
  • wird einer Ethanollösung von Adipinsäure (m = 4) zugegeben und die Mischung wird 1-2 Stunden lang gerührt. Dann wird die Reaktion beendet und die Mischung läßt man über Nacht bei Raumtemperatur stehen, gefolgt von der Filtration. Der Filterkuchen wird mit Ethanol gewaschen und unter Vakuum getrocknet.
  • Das so erhaltene Amidsalz wird zu einer 80%igen wäßrigen Lösung verarbeitet und in einen Autoklaven gegeben. Nach Spülung mit Stickstoff wird der Autoklav unter Rühren erhitzt (während 5 Stunden), wobei Dampf bei einer Innentemperatur von 180 - 200ºC und bei einem Druck von 15 - 18 kg/cm² erzeugt wird. Danach wird der Druck aufgehoben und die Innentemperatur auf 250ºC erhöht, gefolgt von Erhitzen während einer weiteren Stunde. Die Mischung läßt man auf Raumtemperatur abkühlen und es wird mit Methanol gewaschen, gefolgt von der Trocknung unter Vakuum, wodurch sich Polyamid [XII] ergibt.
  • 2. Verbindung [H] (n = 7, R': CH&sub2;=CH-CH&sub2;-) und Hexamethylendiisocyanat (m=6) werden in Xylol gelöst und die Lösung in ein Polymerisationsrohr gefüllt, das nach Spülen mit Stickstoff versiegelt wird. Danach wird die Reaktion während 5 h bei 100 - 110ºC, dann während 3 h bei 150 - 160ºC durchgeführt. Nach Stehenlassen zur Abkühlung auf Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung in ein großes Volumen Methanol gegossen, um die Wiederausfällung zu bewirken.
  • Der Niederschlag wird sorgfältig mit Methanol gewaschen und es wird unter Vakuum getrocknet, wodurch sich das Polyamid [XIII] ergibt.
  • 3-1. Eine Methylenchloridlösung von Verbindung [I] (n 7, R': CH&sub2; = CH-CH&sub2;-) wird einem großen Volumen Wasser zugegeben, worin Ethylendiamin (m = 2) und Kaliumhydroxid gelöst sind und die Mischung wird heftig gerührt. Nach Rühren bei Raumtemperatur während 30 Minuten wird die Mischung filtriert und das durch Filtration abgetrennte Polymer in kochendes Wasser gegeben, um an dem Polymer adsorbiertes Methylenchlorid zu entfernen. Nach einer weiteren Filtration wird das Polymer unter Vakuum getrocknet, wodurch sich Polyamid [XIV] ergibt.
  • 3-2. 0,5 g Hexamethylendiamin (m = 6) und 0,4 g NaOH werden in 50 ml Wasser gelöst und die Mischung wird heftig gerührt. Eine DMF-Lösung von Dicarbonsäurechlorid β-CD (6 g) wird der Reaktionsmischung tropfenweise zugegeben. Dann wird die Mischung bei 60 - 70ºC 10 Stunden lang gerührt, Wasser und DMF werden unter reduzierten Druck abdestilliert und der Rückstand in Aceton wieder ausgefällt und futriert. Durch sorgfältiges Waschen des Niederschlags mit Wasser und Trocknen wird ein CD-Polymer erhalten. Das so erhaltene Polymer besitzt ein Molekulargewicht von 52.000.
  • 4. Diamino β-CD (4,5 g) und NaOH (0,4 g) werden in 50 ml Wasser gelöst und die Mischung wird heftig gerührt, wonach eine DMF-Lösung von Adipinsäuredichlorid (m = 4, 0,8 g) tropfenweise zugegeben wird. Dann wird die Mischung bei 60 - 70ºC 10 Stunden lang gerührt, Wasser und DMF werden bei reduziertem Druck durch Destillation entfernt und der Rückstand wird in Aceton wieder ausgefällt und filtriert. Durch sorgfältiges Waschen des Niederschlags mit Wasser und Trocknen wird ein CD-Polymer erhalten. Das Polymer besitzt ein Molekulargewicht von ca. 50.000.
    • (3c) Synthese von Polysulfon
  • Eine THF-Lösung von Verbindung [B] (n = 7, R': CH&sub3;- -)
  • wird mit destilliertem Wasser, einer 10%igen wäßrigen Natriumlauratlösung und Natriumcarbonat unter Bildung einer gleichmäßigen Lösung vermischt. Der Mischung wird eine Nethylenchloridlösung von m-Benzolsulfonyldichlorid unter Rühren während eines Zeitraums von 5 Minuten zugegeben, ge folgt von 30-minütigem Rühren. Dann wird Ethanol zugegeben und der entstehende Niederschlag wird futriert. Der Niederschlag wird nacheinander mit Ethanol, Aceton, heißem Wasser und Aceton gewaschen, dann unter Vakuum getrocknet, wodurch sich Polysulfon [XV] ergibt.
  • Beispiele des erfindungsgemäß verwendeten CD beinhalten α- CD, β-CD und γ-CD.
  • Die CD-Polymere der vorliegenden Erfindung, die wie vorstehend beschrieben erhalten werden, sind in Wasser oder in bestimmten organischen Lösungsmitteln unlöslich und sind dennoch mit speziellen Enzymen abbaubar und daher können die als abbaubare Polymere verwendet werden.
  • Tabelle 1 zeigt die Abbaubarkeit von CD-Polymeren der vorliegenden Erfindung: Tabelle 1
  • Es sollte hier erwähnt werden, daß die vorstehenden Ergebnisse erhalten wurden, indem die entsprechenden Polymere in 10 cm x 10 cm große Bahnen (Dicke: ca. 50 µm) zerschnitten wurden, welche im Boden vergraben wurden und in bestimmten Abständen auf ihren Zustand hin untersucht wurden.
  • Hinsichtlich der Fumbudungseigenschaft besitzen die durch die vorstehend beschriebenen Reaktionen erhaltenen Polymere vorzugsweise ein Molekulargewicht von wenigstens 50.000.
  • Die erfindungsgemäßen Cyclodetrinpolymere können zu einer Membran verarbeitet werden, die als Permeationsmembran oder als Adsorptions-/Abtrennungsmembran etc. verwendet werden kann oder sie können zu einem Pulver oder Kügel chen verarbeitet werden, welche als Füllmaterial für Trennungssäulen in der Gaschromatographie oder Flüssigchromatographie verwendet werden können oder sie können zu Kügelchen oder Pellets verarbeitet werden, die als Adsorbentien, Auffangmittel etc. verwendet werden können.
  • Erfindungsgemäß werden die Filme aus den vorstehend erhaltenen Polymeren gebildet. Es können verschiedene bekannte Verfahren zur Bildung der Filme verwendet werden, vorzugsweise wird das Gußverfahren eingesetzt.
  • Hierzu wird eine Lösung, die durch Lösen des erfindungsgemäßen Cyclodextranpolymers in einem Lösungsmittel hergestellt wurde, auf einen Träger gegossen und das Lösungsmittel wird danach entfernt, so daß ein Film zurückbleibt.
  • Beispielsweise wird das erhaltene Polymer in Dimethylformamid (DMF) oder Dimethylsulfoxid (DMSO) gelöst und die entstehende Lösung wird auf einen Träger wie eine Teflon - Bahn, eine Glasplatte oder eine Metallplatte gegossen, das Lösungsmittel dann entfernt (Z.B. verdampft), so daß sich eine Membran bildet. Da sowohl DMF als auch DMSO einen höheren Siedepunkt besitzen und nicht leicht verdampfen, kann ein Verfahren angewendet werden, bei dem Wärme von 4D - 60ºC angewandt wird und wenn die Lösungsmittel zu einem gewissen Ausmaß verdampft wurden, wird der Träger mit dem gegossenen Film in Wasser getaucht, wodurch der Film entfernt wird, dann wird mit Wasser gewaschen und getrocknet, so daß eine Cyclodextrinmembran hergestellt wird.
  • Alternativ kann ein Extrusionsverfahren verwendet werden, bei dem das erfindungsgemäße Cyclodextrinpolymer unter Erhitzen geschmolzen wird und unter Bildung eines Films extrudiert wird.
  • Wie vorstehend genau beschrieben wurde, kann durch Einbau von CD in die Hauptkette einer Verbindung mit hohem Molekulargewicht gemäß der Erfindung eine erhöhte Menge von CD-Einheiten immobilisiert werden, so daß CD-Polymere mit beträchtlich verbesserter Funktionalität bereitgestellt werden. Durch Verwendung spezieller Verbindungen mit hohem Molekulargewicht können weiter CD-Polymere erhalten werden, die in Wasser oder in bestimmten organischen Lösungsmitteln unlöslich sind aber die mit Enzymen abbaubar sind und so kann ein dissoziierbares Polymer bereitgestellt werden, das zum Einsatz geeignet ist.
  • Zusätzlich benötigen die Cyclodextrinmembranen, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Cyclodextrinpolymere hergestellt wurden, keine separaten Trägermembranen, da die Polymere selbst eine Filmbildungseigenschaft aufweisen und daher können derartige Membranen allein als Membran verwendet werden.
  • Die vorstehend beschriebenen CD-Polymere können insbesondere als Adsorptions-/Abtrennungsmittel verwendet werden und darüber hinaus können die CD-Membrane, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen CD-Polymere hergestellt wurden als Permeationsmembrane oder als Adsorptions/Abtrennungsmembrane verwendet werden.

Claims (2)

1. Wasserunlösliches Cyclodextrinpolymer, das Cyclodextrin in der Hauptkette einer Verbindung mit hohem Molekulargewicht ausgewählt aus einem Polyurethan, einem Polyharnstoff, einem ungesättigten Polyester, einem Polyester, einem Polycarbonat, einem Polyamid und einem Polysulfon enthält, welches unter Verwendung eines Cyclodextrinderivats mit Schutzgruppen in allen außer zwei der Hydroxylgruppen des unsubstituierten Cyclodextrins synthetisiert wird.
2. Cyclodextrinmembran hergestellt unter Verwendung des Cyclodextrinpolymers nach Anspruch 1.
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