Гидрофильный полимерный сорбент

 

Использование: синтез органического полимерного гидрофильного сорбента для жидкостной хроматографии и для разделения биополимеров. Сущность изобретения: гидрофильный полимерный сорбент представляет собой продукт взаимодействия сополимера эпоксиалкил - (мет) акрилата общей формулы, приведенной в тексте описания, и сшивающего мономера, выбранного из группы, содержащей ди-, три-, тетра (мет) акрилаты пентаэритрита или их смеси, с органическим гидроксилсодержащим модификатором - активированным эпихлоргидрином соединением, выбранным из группы высших многоатомных спиртов, поливиниловых спиртов, или декстранов при массовом соотношении сополимер: модификатор = (90,2 - 98,9):(1,1 - 9,8).

Изобретение относится к органическим полимерным гидрофильным сорбентам для жидкостной хроматографии и может быть использовано для разделения биополимеров (белков, ферментов, аминокислот и их фрагментов, олиго- и полисахаридов и т.п.).

Известен ряд полимерных сорбентов (носителей) для жидкостной хроматографии на основе (мет)акриловых мономеров и сшивающих агентов, которые легко модифицируются, удобны в приготовлении и эффективны для различных вариантов хроматографического применения [1-2] Известен носитель для жидкостной хроматографии, представяляющий собой пористый гранулированный сополимер глицидилмоновиниловых простых или сложных эфиров с алкиленгликольдивиниловым эфиром, модифицированный алкиленгликолем, полиэтиленгликолем или триолом в результате раскрытия эпоксидного кольца [3] Недостатком такого носителя является низкая гидрофильность из-за отсутствия гидроксильных групп в сополимере до модификации и их недостаточное количество после модификации, т.е. используемые модификаторы несут мало гидроксильных групп, а количество реактивных эпоксидных групп в сополимере также небольшое. Такие носители неэффективны для разделения высокомолекулярных белковых молекул.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гидрофильный разделяющий носитель для жидкостной хроматографии, получаемый водно-суспензион- ной гомополимеризацией диметакрилата пентаэритрита или водно-суспензионной сополимеризацией диметакрилата пентаэритрита и метакрилатного мономера, имеющего гидрофильную и/или гидрофильно превращаемую группу и модифицированный гидрофильным эпоксидсодержащим соединением. Причем сополимер, содержащий эпоксидные группы, перед модификацией подвергается щелочному гидролизу для раскрытия эпоксидных колец. Этот носитель имеет достаточно высокую неспецифическую сорбцию белковых молекул вследствие недостаточной гидрофильности и сложен в получении [4] Задачей изобретения является получение гидрофильного полимерного макропористого сорбента, обладающего высокой механической и химической устойчивостью, высокой разрешающей способностью и эффективностью в процессах разделения биополимеров.

Указанный результат достигается гидрофильным полимерным сорбентом, представляющим собой продукт взаимодействия эпокси(мет)акрилатного сополимера и органического гидроксилсодержащего модификатора. Эпокси(мет)акрилатным сополимером является сополимер эпоксиалкил(мет)-акрилата общей формулы CH₂= - -O-Q-CHH₂ где Q (chr₂)_n, CH₂CH₂Ochr₂, CH₂CH₂OCH₂CH₂Ochr₂, n 1-11, R₁, R₂ H, CH₃, и сшивающего мономера, выбранного из группы, содержащей ди-, три-, тетра(мет)акрилаты пентаэритрита или их смеси.

Количество органического гидроксилсодержащего модификатора 1,1-9,8% от массы смеси модификатора и сополимера.

Органическим гидроксилсодержащим модификатором является соединение, выбранное из группы активированных эпихлоргидрином многоатомных спиртов или декстранов.

Максимальная гидрофильность сорбентов достигается при использовании в качестве органического гидроксилсодержащего модификатора активированных многоатомных спиртов, выбранных из группы пептитов и гекситов (ксилит, D- и L-сорбит, маннит, дульцит и т.д.) поливиниловых спиртов или активированных декстранов.

Сорбент получают водно-суспензионной сополимеризацией эпоксилалкил(мет)акрилата и сшивающего мономера, взятых в соотношении от 10:90 до 90: 10, предпочтительно от 40:60 до 60:40, в присутствии органических растворителей порообразо- вателей, не реагирующих с эпоксидным кольцом. Пригодными растворителями являются н-бутанол, бутилацетат, изо-амиловый спирт, циклогексанол, октанол, додеканол, монохлорбензол и их смеси.

В качестве инициатора радикальной полимеризации может использоваться динитрилазобисизомасляной кислоты (ДИНИЗ) или пероксидные инициаторы.

В качестве стабилизаторов суспензии могут использоваться поливиниловые спирты, поливинилпирролидон, карбоксиметилцеллюлоза и/или другие органические и неорганичесие диспергаторы.

Полимеризацию проводят при непрерывном перемешивании в течение 5-10 ч при 70-80^оС.

Активирование многоатомных спиртов или декстранов проводится следующим образом. В реактор с мешалкой, термометром и обратным холодильником загружают 100 мас.ч. гидроксилсодержащего агента, 100 мас.ч. воды и 20 мас.ч. гидроксида натрия. Смесь перемешивают до растворения реагентов, затем к ней прибавляют 40 мас.ч. эпихлоргидрина и перемешивание продолжают еще 2 ч при 50^оС с получением активированного многоатомного спирта или декстрана.

П р и м е р 1. Раствор, содержащий 52 мас.ч. глицидилоксиэтилметакрилата, 48 мас.ч технической смеси ди-, три- и тетраметакрилатов пентаэритрита, 3 мас.ч. ДИНИЗа, 65 мас.ч. бутилацетата и 65 мас.ч. изоамилового спирта, суспензируют в 1000 мл 1%-ного раствора поливинилового спирта в воде. При непрерывном перемешивании со скоростью 400 об/мин проводят сополимеризацию при 70^оС в течение 6 ч. Гранульную суспензию фильтруют и промывают горячей водой и спиртом, получая сферические частицы с количеством поверхностных эпоксидных групп 2,8 мг-экв/г сух. сорбента (определено потенциометрическим титрованием избытка бромоводородной кислоты в ацетоне). Гранулы подвергают модификации активированным маннитом в массовом соотношении 1:1 при 70^оС в течение 4 ч. После промывки водой получают гидрофильный сорбент с содержанием связанного маннита 5,7 мас. и неспецифической сорбцией белковых стандартов не более 2% Предел эксклюзии (предел исключаемой молекулярной массы) по декстранам от 10000 до 10000000 Дальтон. Сорбенты выдерживают давление до 100 атм.

П р и м е р 2. Раствор, содержащий 48 мас.ч. глицидилоксиэтилакрилата, 52 мас.ч. диметакрилата пентаэритрита, 1 мас.ч. ДИНИЗа, 100 мас.ч. н-бутанола и 40 мас.ч. бутилацетата, суспендируют в 1000 мл 2%-ного раствора поливинилпирролидона в воде. Сополимеризацию проводят аналогично примеру 1. Получают сферические частицы, содержащие 2,3 мг-экв./г сух. сорбента эпоксидных групп. Полимерные гранулы модифицируют активированным ксилитом в массовом соотношении 1: 0,5 с получением сорбента, содержащего 1,1% связанного ксилита. Сорбент имеет неспецифическую сорбцию белковых стандартов до 5% и предел эксклюзии от 100-10000 Дальтон. Сорбент выдерживает давление до 30 атм.

П р и м е р 3. Раствор, содержащий 50 мас.ч. глицидилметакрилата, 50 мас.ч. технической смеси ди-, три- и тетраметакрилатов пентаэритрита, 2 мас. ч. ДИНИЗа, 60 мас.ч. бутилацетата, 60 мас.ч. изо-амилового спирта и 20 мас. ч. н-октанола, суспендируют в 1000 мл 1%-ного раствора поливинилового спирта в воде. Сополимеризацию проводят аналогично примеру 1. Получают сферические частицы, содержащие 2,8 мг-экв/г сух. сорбента эпоксидных групп, которые модифицируют активированным D-сорбитом в массовом соотношении 1:2 с получением сорбента, содержащего 7,2% связанного D-сорбита. Сорбент имеет неспецифическую сорбцию менее 3% и предел эксклюзии от 10000 до 2000000 Д. Сорбент выдерживает давление до 100 атм.

П р и м е р 4. Все операции проводят аналогично примеру 1, кроме того, что в качестве сшивающего агента берут триметакрилат пентаэритрита, а активированный маннит берут в соотношении 1:3 к сополимеру. Получают сорбент, содержащий 9,8% связанного маннита, с неспецифической сорбцией белковых стандартов менее 2% Сорбент выдерживает давление до 70 атм и имеет предел эксклюзии от 10000-5000000 Дальтон.

П р и м е р 5. Раствор, содержащий 45 мас.ч. 10,11-эпоксиундецилметакрилата, 55 мас. ч. диметакрилата пентаэритрита, 2 мас.ч. ДИНИЗа, 60 мас.ч. бутилацетата, 60 мас.ч. циклогексанола и 20 мас.ч. додеканола, суспендируют в 100 мл 2% -ного раствора поливинилового спирта в воде. Сополимеризацию проводят аналогично примеру 1. Полученные сферические частицы, содержащие 1,7 мг-экв/г сухого сорбента эпоксидных групп модифицировали активированным поливиниловым спиртом (мол.м. 10000) в массовом соотношении 1:1 с получением сорбента, содержащего 1,7% связанного ПВС. Сорбент имеет неспецифическую сорбцию белковых молекул до 5% предел эксклюзии от 1000-100000 Дальтон. Сорбент выдерживает давление до 50 атм.

П р и м е р 6. Все операции проводят аналогично примеру 1, кроме того, что в качестве эпоксиалкил(мет)акрилатного мономера используют глицидилоксиэтилоксиэтилметакрилат и в качестве модификатора активированный декстран. До модификации сорбент содержит 2,2 мг-экв/г сух. сорбента эпоксидных групп. После модификации получают гидрофильный сорбент с содержанием связанного декстрана 5,2 мас. и неспецифической сорбцией белковых стандартов не более 2% Предел эксклюзии 1000-1000000 Дальтон. Сорбент выдерживает давление до 100 атм.

Условия определения предела эксклюзии молекулярной массы одинаковы для всех носителей: колонка хроматографическая 0,9х12 см, элюент дистиллированая вода, скорость элюирования 0,3-0,4 см³/мин, концентрация декстранов в пробе 0,1% объем пробы 50˙10^-3 см, детектор проточный рефрактометр, температура 20^оС, диаметр сферических частиц носителя 40-120 мкм.

Условия определения неспецифической сорбции белковых молекул: колонка 0,9х12 см, элюент 0,1 н. фосфатный буфер рН 7, скорость элюирования 0,6 см³/мин, детектор спектрофотометр 280 нм и 410 нм, температура 20^оС, диаметр носителя 10-40 мкм: белковые стандарты бычий сывороточный альбумин, цитохром С, ферритин, яичный алюбумин.

Определение поверхностных эпоксидных групп проводят потенциометрически на приборе И-120.

Условия выделения: колонка 90х2,5 см, элюент 0,02 М НСl буфер рН 6,8, скорость 0,6 мл/мин, температура 20^оС, детектор UV 280 нм.

Использование заявляемого сорбента позволяет достигнуть высокой эффективности в процессе разделения биополимеров.

Формула изобретения

ГИДРОФИЛЬНЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ СОРБЕНТ, представляющий собой пористый продукт взаимодействия сополимера эпокси(мет)акрилата общей формулы где Q -(chr₂-)_n, -CH₂CH₂Ochr₂-, -CH₂CH₂OCH₂CH₂Ochr₂-; n 1 11; R₁ и R₂ -H, -CH₃,
и сшивающего мономера соединения, выбранного из группы, содержащей ди-, три-, тетра(мет)акрилаты пентаэритрита или их смеси с модификатором - активированным эпихлоргидрином многоатомным спиртом, выбранным из группы, содержащей пентиты, гекситы, поливиниловые спирты или декстраны, при соотношении модификатор сополимер 1,1 9,8 98,9 90,2 мас. при этом пористый продукт имеет предел эксклюзии 10000 10000000.