Способ получения гидрофильных полиорганофосфазенов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЩРОФИПЬНЫХ ПОШЮРГАНОФОСФАЗЕНОВ реакцией поляд5«лорфосфазена с нуклеофильньвреагентом , отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса, реакцию проводят в,присутствии малонового эфира или его натриевого производного, взятого в количестве 5-50 мол.% от полидихлорфосфазена . (О 1.@№ СО ОО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

3(5)) С 08 С 79/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР1ЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 3545176/23-05 (22) 24. 01. 83 (46) 15.04.84. Бюл. Ф 14 (72) М.Г.Яклаков, В.И.Астрина, В.В.Киреев, Е.М.Мясоедов и Г.N.Ðàãèêñêàÿ (71) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д.Менделеева (53) 678.85(088.8) (56) 1. Киреев В.В. и др. Полифосфадены. — "Успехи химии", 1982, N- 1, вып. 2, с. 266.

2. Allcock Н.R. et al Phoshonit

rilic Compound s. VR High molecular

Meight ро1у(diaminophosphagenes) .)поги, Chem, 1966, 5, 1716

3. А11сос1 Н.R. et al Sicle-Gronp

Construction in High polymeric phosphagenes via Lithiophenoxy Intermediates Macromolecule s, 1980, 13, 1325.

4. Allcock Н.R. et аl. 5упйЬея1а

of poly P(amino acidalkyl ester)

phosphagenesj Nacromolecules, 1977, 10, Ф 4, 824.

5. Salamone I.C. et аl.Mater-Soluble poly(orhanophosphagenes).Amer.

Chem. Soc,, Polym. Prepr, 1981, 22

)(- 2, с. 371 (прототип).

6. Aliccck Н.К. Polyphosphagenes

and th= inorganic approach to polymer сЬепп з(..ry. Sci. prog. (oxford), 1979, бб (263),.335. (54) (57) СПОСОБ ПОЛЬ"ЧЕВИЯ ПЩРОФЕП.:-HbK ПОЛИОРГАНОФОСФАЗЕНОВ реакцией полидихлорфосфазена с нуклеофильнь : реагентом, отличающийся с тем, что, с целью упрощения технологич процесса, реакцию провоцят в,присутствии малонового эфира или его натриевого производного, взятого в количестве 5-50 мол.Е от поли-. дихлорфосфазена.

ОС, Н

P =N

1 аС 4В

ace,=и „вЂ”

ОС6п

P -"й (ОС6 Н4СО() CO (Н

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, н частности к синтезу полиорганофосфазе нов (ПОФ), обладающих гидрофиль— ностью, т. е. способных растворяться или набухать в водных средах.

Известны ПОФ с основной неорга— нической цепью и различными боковы— ми группами (1 j. Практически все

ПОФ получают способом полимераналогичных превращений — нуклеофильным замещением атомов хлора в полидихлорфосфазене (ПДХФ) на остатки соединений, имеющих подвижный атом водорода — спиртов, фенолов, аминов и др.

Возможность варьирования боковым органическим обрамлением и необычные свойс гна главной неорганической фосфоразотистой цепи позволяет регулировать свойства ПОФ и открывают перспективы использования их в различных областях техники.

Возможно применение ПОФ н медицине, например в качестве рассасываемых имплантантных материалов, что обусловлено биологической безвредностью продуктов их разложения, н качестве полимерных носителей биологически активных соединений, например лекарств, ферментов, аминокислот и др. Такие полимеры способны под действием физиологический среды регулированно во времени выделять указанные препараты, а продукты их распада легко выводятся из организма в результате естественного обмена веществ.

Подавляющее большинство ПОФ гидрофобны и не способны растворяться о или набухать в водных средах. В то же время, для некоторых целей, главным образом медицинских (для носителей биоактивных препаратов), необходимо иметь водорастворимые ПОФ, а н ряде случаев и вододеструктируемые полимеры, которые, растворяясь в водных средах, деетруктируют.

Среди водорастворимых ПОФ, получаемыхпрямым взаимодействием ПДХФ с нуклеофильными реагЬнтами, известны поли-бис-(метиламино)-фосфазен

Р-Р(NHCH>) -N-.j q поли-бис-(этиламино)фосфазен j- Р(ИНИН )=И вЂ” )> последний растворим только в водных растворах кислот.

Известен способ получения водорастноримьи ПОФ, содержащих СООН-группы в качестве боковых замес085993 2 тителей (3). Для этого ПДХФ обрабатывают и -бромфенолятом натрия, затем замещают атом Br íà Li взаимодействием с бутиллитием с последую5 щим замещением Li на СООН-группу по следующей схеме:!

Некоторую гидрофильность проявляют ПОФ с боковыми заместителями на

2О основе алкиловых эфиров аминокислот 4 ).

Указанные способы позволяют получить ограниченное количество гидрофильных полимеров. Кроме того, процессы многостадийны, требуют особых условий синтеза и затруднены в технологическом осуществлении.

Так, используемый в способе (2) метиламин — газ ообр аз ное вещество, 5б вследствие чего технологический процесс требует его сжижения и применения соответствующих низкотемпературных холодильников-конденсаторов. Многостадийность неудобна, осложняется возможностью протекания побочны< про35 цессов. и может представлять интерес лишь в препаративном смысле.

Наиболее близким к изобретению является способ получения гидрофильных (водорастворимых) ПОФ E5)q согласно которому ПОФ, имеющие формулу

g Р (" з "(" ) ), =, где Х вЂ” 0 или ЫН, получают многостадийным способом. Сначала проводят взаимодействие ПДХФ с нуклеофильным

45 реагентом формулы HX(CH ) N(CH ) аминоспиртом (диметиламиноэтанол ом, Х = О) или диамином (Х = NH) при кипяче нии н ТГФ в присутс твин триэ тиламина в качестве акцептора хлористо50 го водорода. Полученный полимер выделяют из раствора, растворяют в

ТГФ и затем обрабатывают СНЭ1 + НС1 или С1СН СООИа. Конечные нодорастноримые ПОФ имеют формулу

j/(CHq J>Ч(СН5) (й)), где R = СН 1 или СН,СООДанный способ позволяет получить ограниченный ряд ПОФ вЂ” четыре полиме-35

3 1085 ра. Кроме того, способ обладает многостадийностью (стадии синтеза про-, межуточного полимера, вьделение его и обработка CH>I или C1CX COONa) и в связи с этим сложностью процесса.

Целью изобретения является упрощение технологии получения гидрофильных ПОФ.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения

ПОФ, включающему взаимодействие ПДХФ с нуклеофильным реагентом, указанное взаимодействие проводят в присутствии малонового эфира (МЭ) или его натриевого производного в количестве 5-50 мол.X в расчете на исходный ПДХФ (на звено РИСУ ) °

В качестве нуклеофильных реагентов можно испольэовать широкий ряд соединений — спирты, фенолы или 20 амины, среди которых необходимо выбирать те, для которых достаточными условиями являются температура о

SO-100 С и продолжительность про— цесса до 75 ч. Таким требованиям 25 удовлетворяют спирты С, фенолы С6 „,амины С.1,1. Вместо спирта, . фенола и МЭ предпочтительнее использовать их натриевые производные— алкоголяты, феноляты и натриймалоно- ЗО вый эфир соответственно (алкоголятный способ). В случае аминов возможен акцепторный способ замещения— в присутствии третичных аминов в качестве акцептора хлористого водорода.

Получение гидрофильных ПОФ проводят следующим образом.

ПДХФ, получаемый термической полимеризацией гексахлорциклотрифосфазена, растворяют в бензоле или

ТГФ (или их смеси). Этот раствор постепенно, по каплям, прибавляют к раствору нуклеофильного реагента, например алкоголята, МЭ или его натриевого производного, которое получают предварительным взаимодействием натрия и МЭ . Прикапывание проводят обычно при комнатной температуре, а затем раствор нагревают и вьдерживают

50 при температуре кипения растворителя 25-70 ч. Все операции проводят в атмосфере инертного газа, растворитель и реагенты должны быть тщательно высушены. По окончании процесса раствор охлаждают, отфильтровывают

55 вьделившуюся соль и полимер вьделяют осаждением, например в гексан.

Для дополнительной очистки полиме993 ра от соли можно использовать переосажценне из воды в гидрофильный органический растворитель, в котором ПОФ нерастворим, например спирт.

Способ очистки и вьделения, также как и условия синтеза гидрофнльных

ПОФ по предлагаемому способу определяются, главным образом типом исходного спирта, фенола или амина.

Количество вводимого МЭ составляет 5-50 мол.X в расчете на исходный

ПДХФ. Использование меньших количеств практически не приводит к гидрофильности ПОФ, а введение более

50 мол.7 МЭ затруднено из-за стерических факторов и приводит к декструкции ПОФ. Варьирование количества

МЭ позволяет регулировать свойства

ПОФ. Так при 5-15 мол.Ж МЭ ПОФ способны только набухать в воде и частично растворяться в смеси органический растворитель — вода. При

20-S0 мол.X МЭ полимеры уже полностью растворимы в воде.

Тип растворителя, выбор метода замещения (алкоголятного или акцепторного), концентрация раствора ПДХФ, температура и время процесса определяются типом основного нуклеофильного реагента — спирта, фенола или амина. Предпочтительным является растворитель, в котором растворим натриймалоновый эфир и образующийся

ПОФ, например ТГФ.

П r> и м е р 1. К раствору 24,5 (0,34 моль) Н вЂ” бутиламина, 23,0 г (О, t44 моль) МЭ (30 мол.X) и 36,4 r (0,4 моль) пиридина в 300 мл ТГФ, находящемуся в 2-литровой колбе с мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой и устройством для ввода инертного газа, медленно, в течение 3 ч прикапывают раствор

23,2 г (0,2 моль в расчете на звено ИРС12) НДХФ в 1000 мл ТГФ. По окончании прикапывания перемешивают сутки при комнатной температуре, затем нагревают паствоо по кипения и перемешивают 25 ч. Полученный раствор полимера фильтруют и центрифугируют для полного удаления соли пиридина .. и ПОФ высаждают серным эфиром или хлороформом. Переосаждение проводят из ТГФ в гексан, В результате получают 35,8 г (выход 64X) ПОФ, который растворим в ТГФ, трифторзтаноле, ДМФА, их смеси с водой и воде, (= 0,7-0,8 дл/г (25, ТГФ). Соотношение звеньев МЭ:бутиламин 1:3,4..

1085993 что соответствует содержанию МЭ

30 мол.7. (определено с помощью

ЯМР H-спектроскопии);

fI р и м е р 2. К раствору 3,2 г (О, 02 моль) МЭ (5 мол.7) в 20 мл s

ТГФ прибавляют 0,56 r (0,01 г-атома) свежеобрезанного металлического натрия в виде маленьких кусочков и перемешивают раствор до полного растворения натрия в токе инертного. газа. Аналогичным образом получают

2,2,2-трифторэтилат натрия из

16,0 г (О, 16 моль) трифторэтанола и 3,7 (О, 16 r-атома) натрия в 40 мл

ТГФ. Оба раствора переносят в 15

2 — литровую колбу, как указано в примере 1, и к этому раствору при перемешивании по каплям в течение 1,5 ч прибавляют раствор 23,2 г (0,2 моль)

ПДХФ в 800 мп ТГФ. За счет самора в 20 зогрева температура повышается до температуры кипения ТГФ, после чего смесь кипятят 25 ч в токе азота.

По окончании процесса раствор охлаждают до 25 С, подкисляют концентрио рованной соляной кислотой для нейтрализации избытка алкоголята и цент— рифугируют для удаления хлорида натрия, Центрифугат фильтруют на мелкопористом фильтре до получения 30 прозрачного раствора, и полимер высаждают гексаном. Переосаждение проводят из ТГФ в бензол. В результате получают 35,9 г (выход 72%) твердого белого полимера, который растворим в ацетоне, ТГФ, этилацетате, хорошо набухает в воде и растворяется в смеси вода — указанный растворитель, I gj = 1,2-1,4 дл/г (25 ацетон). Соотношение звеньев ИЭ и

I трифторэтокси-групп по данным ЯМР Н-cråêòðîñêîïHè 5: 95 мол.7..

Пример 3. Взаимодействие

1S,2 г натриймалонового эфира (25 мол.7), полученного из 16,0 г (О, 1 мрль) малонового эфира и

2,3 г (О, 1 г-атома) натрия в 60 мл

ТГФ, и 36,6 г трифторэтилата натрия, полученного из 30.0 г (0,3 моль) трифторэтанола и 6,9 г (0,3 г-атома) натрия в 100 мл ТГФ), с 23,0 r (0,2 моль) ПДХФ в 800 мл ТГФ пповодят как указано в примере 2 в тече- ние ЗО ч. Выделенный аналогично примеру 2 ПОФ (37,2 г, выход 68, 1%) растворим в ацетоне, ТГФ, этилацетате, воде и их смесях; (1= 0,9

1,1 дл/г, содержание звеньев iÎ по данным ЯИР fi 25 мол.7.

П P и м е р 4. Взаимодействие

36,2 г натриймалонового эфира (50 мол.%), полученного из 32,0 г (0,2 моль) МЭ и 4,6 г (0,2 r-атома) натрия в 100 мл ТГФ и 24,4 r трифторэтилата натрия, полученного из

20, О г (О, 2 моль) трифторэтанола и 4,6 г (0,2 r-атома) натрия в 100 мл

ТГФ, с 23, О г (О, 2 моль) ПДХФ в

800 мл ТГФ проводят как указано в примере 2 в течение 30 ч. Аналогичным образом проводят и выделение ПОФ,, В результате получают 37,9 r (выход 627) полимера, который растворим в ТГФ, ацетоне, воде, этилацетате, и смесях с водой, а также в метаноле, этаноле и их водных смесях:

CQ) = 0,6 дл/г, содержание звеньев

МЭ по данным ЯМР Н 50 мол.7.

Пример 5. Взаимодействие

8,74 г (10 мол.7) натриймалонового эфира, полученного из 8,6 r (0,05 моль) N3 и 1,1 г (0,05 r †атома) натрия в 80 мл ТГФ и 41,5 r бутилата натрия, полученного из

3,4 г (0,47 моль) H -бутилового спирта и 9,9ф(0,43 г-атома) натрия в 100 мл ТГФ, с 23,0 г (0,2 моль)

ПДХФ в 1000 мл ТГФ проводят как указано в примере 2 при кипении в течении 40 ч. Выделенный аналогично примеру 2 ПОФ (27,5 r, выход 667) растворим в бензоле, ТГФ, этаноле, ДМФА, в смесях спирт-вода, ТГФ-воца, ДМФА — вода, хорошо набухает в воце, 0,6-0,7 дл/г (25, бензол), содержание звеньев МЭ по данным

ЯМР Н вЂ спектроскоп 10 мол.%.

П р и и е р 6. Взаимодействие

17,44 г натриймалонового эфира (20 моп.7), полученного из 19,2 r (О, 12 моль) МЭ и 2,21 г (0,1 r-атома) натрия в 100 мл ТГФ, и 44,5 фэ— нолята натрия, полученного из 42,9 г (O,5 моль) фенола и 8,8 r (0„4 г-ато-ма) натрия в 100 мл бензола, с

2390 r (0,2 моль) ПДХФ в 800 мл бr:.Hзола проводят как указано в примере 2 при кипении 15 ч, затем отгоняют бензол, заменяя его на лисксан, и кипятят еще 15 ч. Перемешивают сутки при комнатной темп pëтуре и выделяют полимер как указано в при.-а ре 2. В результате получают Зб, 1 г (выход 707) ПОФ, которьгi растворим в бензоле, ТГФ, ДМФЛ, х нор зформе хорошо набухает в воде, астичнс

I растворяясь в ней:,", =- 1,4 дл г

Поли-бис-(трифторэтокси)фосфазен является тепло- и морозостойким эластомером 1 6 ). Однако этот полимер совершенно гидрофобен, что огра10 ничивает его применение в некоторых целях, например в качестве носителей биологически активных веществ в медицине. Введение в этот полимер

5 мол.Е МЭ, как видно ив примера 2, !

5 уже придает ему способность набухать в воде.

Составитель Л.Платонова

Техред М.Кузьма Корректор С.йекмар

Редактор Т.Веселова

Заказ 2 169/24 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государстенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

7 1085993 8 (25o толуол) . Содержание звеньев МЭ1 лагаемый способ не требует при своей по данным ЯМР Н-спектроскопии 20 мол.7 реализации каких-либо существенных

Как видно из приведенных примеров, изменений в оборудовании и технологидрофильные ПОФ можно получать на гии получения известных ПОФ. основе широкого ряда известных алкокси- и аминополифосфазенов. При этом способ их получения отличается значительйой простотой.По сравнению со способом-прототипом предлагаемый способ позволяет получать гидрофильные ПОФ в одну стадию без промежуточных операций, в умеренных условиях.

При этом необходимые для взаимодействия МЭ или его натриевого производного с ПХДФ условия не являются определяющими. В связи с этим прад