Способ получения тиолсодержащих сорбентов
ОП НИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик („)771106
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.10.78 (21) 2669297/23-04 (53)М. Кл.
С 07 F 7/18
С 08 F 18/34
С 07 G 7/00 с присоединением заявки М (23) Приоритет
Государственный комитет
СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 547, 245. ,07(088,8) Опубликовано 15.10.80.Бюллетень Но 38
Дата опубликования описания 151080 (72) Авторы изобретения
В,И, Лозинский, В,П, Варламов и С,В. Рогожин
Ордена Ленина институт элементоорганических соединений
AH СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТИОЛСОДЕРЖАЦИХ
СОРБЕНТОВИзобретение относится к способам получения хемоспецифических сорбентов, конкретно к способу получения тиолсодержащих сорбентов на неорганической основе, Хемоспецифические носители, тйМеющие реакционноспособные тиоль ные группы, используются в различных областях химии и биохимии, например для избирательной хемосорбции ионов тяжелых металлов в том числе и для очистки биологических жидкостей от таких ионов; для иммобилизации белков и ферментов; для очистки биополимеров методом хемоспецифической (ковалентной) хроматографии и др.. Благодаря хорошей механической прочности, устойчивости к микробному заражению, доступности и т,д, довольно широкое распространение в качестве .матриц различных носителей получили такие, неорганические материалы, как пористое стекло, макропористые кремнеземы, диатомиты, керамики и др.
Известны и SH-содержащие сорбенты на неорганической основе. Такие соединения получают, например, модификацией аминопропилированного макропористого кремнезема (силохрома) 1-оксо-2-этокси-3-тиолан-5-оном что дает сорбент емкостью no SHгруппам до 40 мкм/г (1.) или обработкой N-ацетилгомоцистеинтиолактоном аминопропилированного пористого стекла, что дает сорбент емкостью по SH-группам до 30 мкм/г (2), Известные способы включают обработку неорганической основы, имеющей привитые функциональные группы, избытками тиосодержащих соединений в мягких условиях, как правило, при комнатной температуре в среде раст15 ворителя, Известные варианты способов получения тиолсодержащих сорбентов на неорганической основе обладают рядом недостатков: они позволяют по.лучать производные с.недостаточно высокой емкостью по SH-группам, ассортимент носителей, получаемых известными способами, также ограни25 чент кроме того, устойчивость при хранении сорбентов со свободной тиольной группой из-sa подверженности последней окислению невысока, поэтому необходима либо инертная атмо3п сфера, либо защита SH-групп сорбен771106
g — R— - Х где R: -CHn-, -СН(СН ) -, -СН2СН -, -СН)CH(NHCOCHg)-, -сн сн(соосн );
Х - указано выше, а обработку проводят в органической или водной среде при соотношении количества функциональных групп неорганической основы и количества тиосодержащего соединения (в молях)
1: 1-20 при 0-40 С в течение 1-24 ч с последующей обработкой полученного соединения восстанавливающим агентом, Согласно изобретению описывается
Щ способ получения тиолсодержащего сорбента на неорганической основе путем обработки последнего общей . формулы: P-R-Х, где P - макропористый кремнезем (силохром), диатомит (хромосорб), макропористый кремнезем, покрытый окисью алюминия (алюсил), а значения R и Х определены выше, тиосодержащим соединением общей формулы Снг), — МНг +
0 — C=O
+ С,н5а — -(30 МОг
40
Укаэанная цель достигается тем, что в качестве неорганической основы используют соединение общей формулыг
P-R X где P - макропористый кремнезем (силохром), диатомит (хромосорб), макропористый кремнезем, покрытый окисью алюминия (алюсил) г
R - - (СН )з -, - (CHg ) g -NHCO-CH 2-, (СНя)3 УНСО (СНУ)2 г (CH ), -NHCO-СН2-NHCO- (CH )2 -,Я полиакриловая кислота, полиакрил-N-Вминоэтиламидг
Х - -NH<, -COOY, где Y - карбос имид, N-сукцинимидил, A - нитрофенил, этоксикарбонил, д5
ЯОг та последующими химическими превращениями, Наиболее близким по технической сущности является способ, заключающийся в обработке аминопропилированного макропористого кремнезема в среде сухого апротонного органического растворителя (бензола,толуола) 5-кратным и выше избытком
1-оксо-2-этокси-3-тиолан-5-она в течение 6 ч при комнатной температуре(Я.
+dHg) — нн б Π— СН г — Н
Этот способ обладает следующими недост ат ками:
Способ дает возможность получать сорбент емкостью по SH-группам около 40 мкм/г, что составляет лишь примерно 20% от теоретической, Способ дает возможность получать производное лишь одной частной структуры (III), т.е. не обладает универсальностью.
Кроме того, реакция избытка (11) с (1) осложнена побочными процессами, трудно поддающимися контролю и ведущими к нецелесообразному ,расходованию ценного реактива, регенерации избытков которого данный способ не предусматривает.
Целью изобретения является увеличение емкости сорбентов на неорганической основе по SH-группам и выхода конечного продукта, а также расширение ассортимента получаемых структур сорбентов. в качестве тносодержащего соединения используют соединение общей формулы
ХОг где значения R и Х определены выше, в органической или водной среде при соотношении количества функциональьйих групп неорганической основы количества тиосодержащего соединения (в молях) 1г 1-20 при
0-40ОС в течение 1-24 ч с последующей обработкой полученного соединения восстанавливающим агентом, В качестве восстанавливающего агента обычно используют 2-меркаптоэтанол, или борогидрид натрия, или дитиотреитол.
Мех а ни э м о пи сывае мо го с посо б а з аключается в следующем. При синтезе сорбента для введения серы на неорганическую основу применяют соединения с защищенной тиольной функцией, причем в качестве S-защитных гру пировок в изобретении используют нитрофенилсульфенильные производные (например, 0 «нитрофенилсульфенильную группу), которые просто получают по известному методу (3) взаимодействием нитросульфенилхлорида с тиолом в кислой среде ф — 61+Нф-R-34Н г (ими. б О О H) -
771106
1чо г
) — $ -R NH Z (unv C 0 0+) 50
И02
- Способ предусматривает регенерацию избытка наиболее ценного компонента — используемого тиосодержащего соединения, Образующиеся смешанные дисульфиды (VI) устойчивы в отсутствие вос.становителей и сильных окислителей
У но легко дают тиолы при восстановлении. Кроме того, S-нитрофенилсульфенильная з ащита является удобной формой предохран ени я тиол ьных функций сорбента от окисления кислородом воздуха при хранении продукта, Электроно-акцепторное действие ароматической системы позволяет использовать такие S-защитные группировки в качестве активирующих
S-S-связь для хемоспецифической хроматографии посредством тиолдисульфидного обмена, В качестве исходного тиосодержащего соединения V используют доступные вещества: либо меркаптокарбоновые кислоты, например, тиогликолевую, K -меркаптопропионовую, N-ацетилцистеин, либо аминотиолы, например
2-меркаптоэтиламин, метиловый эфир цистеина, Что касается способа присоединения смешанного дисульфида YI к неорганической основе, то химизм этой стадии определяется как структурой исходного тиола V так и природой функциональных групп неорганической основы, Если, например, используется
S-нитрофенил сул ьфе нил ьное произ†водное меркаптокарбоновой кислоты, то предпочтительнее брать в реакцию NH -производное неорганической основы, активируя известным методом, например карбодиимидом, активированным эфиром, смешанным ангидридом, карбоксильную группу соединения
VI: 3T0 z
p — р — кн, + $-$-R-COFj
ХО
-В _#_HCО-З-4-g
E ) В2 р-к-мнС о -к — Фы (значения P, R, R и у указаны выше) .
Если используется S-нитрофенилсульфенильное производное аминотиола, то предпочтительнее применять COOHсодержащий носитель, активируя известным методом, например — карбодиимидом, активированным эфиром, смешанным ан гидридом, e ro кар бо ксильные группы:
P-E-боот+к и-R — $ -f
2 — Ю
t0
4О
45 Х р-R-C oNH-R- —
tHI — р — R — C ОЮН вЂ” R — 5H г
3ЕЕ (значения Р, R, R и у указаны выше)Б реакциях синтеза соединений Ч???, IX,XI, и XII согласно изобретению предусматривается в основном комнатная температура, так как ее повышение, хотя и приводит к ускорению процессов, но может оказать нежелательное разрушающее действие на лабильные соединения серы. Поэтому предпочтительнее применение о умеренных температур (0-40 С) .
Бремя синтеза определяется реакционной способностью конкретных соединений, которое по изобретению, равно 1-24 ч, B качестве среды для проведения реакций используют обычно органические растворители, Но возможно применение и водной среды (например, в случае водорастворимого карбодиимида).
При присоединении к неорганической основе S-нитрофенилсульфенильное производное (VII или Х) берут в избытке (обычно не более 20-кратного), причем избыток реагента легко регенерируется и может быть использован вновь, что улучшает экономические показатели процесса, Описываемый способ обладает следующими преимуществами:
Дает воэможность получать сорбенты с более высокой, по сравнению с прототипом, емкостью по SH-группам, достигающей 90 мкИ/г для сорбентов без полимерного покрытия и
300 мкМ/г для сорбентов, модифицированных полимерами, — Способ позволяет получать широкий ассортимент тиолсодержащих сорбентов на различных неорганических матрицах, — Способ предусматривает использование химических реакций обеспечивающих практически однозначное течение процессов беэ заметных по-. бочных превращений, что позволяет поднять выход целевого продукта тиольных функций, присоединенных к неорганической основе, - Способ предусматривает получение хемосорбентов в удобном для хранения виде — с защищенной тиольной функцией, которая перед использованием может быть легко высвобождена в мягких условиях, 771106
Пример 1. Методика получения тиолсодержащих сорбентов типа 1Х, Отвешенное количество NH>-производного неорганической основы суспендируют в растворителе и прибавляют раствор S-нитрофенилсульфенильного соединения VII в 1-20кратном количестве (в молях) по отношению к числу ИН -групп неорганической основы. Суспензию перемешивают 1-24 ч при 0-40 С, эао тем нерастворимую фазу отделяют фильтрованием, промывают на фильтре растворителем и сушат в вакуумэксикаторе над СаС32. Объединенные фильтрат и промывки упаривают в вакууме досуха, а из остатка выде- ляют непрореагировавший избыток тиосодержащего реагента известными приемами: переосаждением, перекристаллизацией, Восстановление дисульфидных связей сорбента Ч??Х осуществляют известными методами, например действием избытка 2-мер каптоэтанола, спиртовым раствором
NaBHg с помощью дитиотреитола и другими известными методами восстановления S-S-связей.
Конкретные примеры и условия син" теза продуктов по изложенной методике приведены в табл. 1, Пример 2. Методика получения тиолсодержащих сорбентов типа
1Р
Синтез соединений типа Х11 осуществляют по такой же методике, что и в примере 1, но с той разницей, что используют производное неорганической основы с активированной карбоксильной группой, которое обрабатывают 1-20-кратным количеством (в молях) по отношению к числу ССОНгрупп неорганической основы тиосодержащего соединения Х.
20 Конкретные примеры и условия синтеза сорбентов по этой методике приведены в табл. 2.
771106
I
1
О
О\
I а х 5
g v
З (Il
1 р,оо
Ф $ х
1 1 о х Н
ca v (((Ф е х е
I ((I I Ф оц5х
V (II e
О ((1 Ф 4
m X ((I ((! о
Ф о яан а
I ((I Ф
z а а(( (I! Ф о ч И
О (Ч.Ю
СЧ
I!
m zac 5m
КхФх
I I Х t(I r(I Р, сО
ФФНфЙ хцио
«(Ф 1 аФ оахххх (((v р, (х р, I
ЕЦ I
Ф I Е«t Ф!AхФ(ZМ
zca z4gvе(:ру
6(3а 6(оой(.ем
I 1 х
vaö юоФ а д оое Ф
1(QLQXW (1 о х их( (",О Н Х Р (Д D(> (." оФн(хо(хао l
4 Z л
° °
Ю (1
4 °
« °
C)
П(л
° 1
Ч
° Ф л! о о !.
Ю
Ю
1 ! 1
1(1! „
2I
1!
Vl еа о
Ю л
СЧ
I
Ю (Ч
О1
1!
1!
lI
I, 1
I, I !(8
1 Н
g o ах
Х
Х ((I «(oz3
И ((I
I с9
Ф ( х и
1!
I с ( х
v (1 !
I а Э х и
1 о L CQ а(. 6 МАРФЕ ((х a(I( ах pl! I н о aI - o („, -2 e5о ,ц х а Ф а(х а а - a" (""+ « -"8! о ИИ Ф аl.l хОФ мха е а х I л О I Z ОФ Х(4 о(о-ли и х а:к Ы VI 4E z. хоео I Н щФ I 0Х L4 oz и. I Х ! ZOO à —— I 1 ! I (1 1 х к 1 1 Х I о 4 Ю I о Э ж о-ст Ю ! ю 4 1 о о чъ о Ю о I т ж ж Ю-М 04 Ol Д Ю Я Ъ ь ъ Ъ Ъ Ь в D 4 ц. D + о О ! 771106 Ю Ю м 1 ф х х с % в Z Ф Е» I 1 ао е И 1 и> Ц о х Щ 0> и Ю и о и и о Ю СЧ 1 1 ! 1 х х к (б @too 1 Х 1 !»\ 1 Х1.ХХ Я I: VO»! ховоа,! хxuuli ч ° ° Ю л Ф В ! 1 ж ! I сР I 1 Ъ 1! 1 O I 1 1(ъ Ъ 1 ъ Ь lb Ц. t х х 1 В х I В о и 1 1 11Ж Е IO»d VO I: I ои х н Ю Ю Г Ю м л Ю C) (Ч »ч О4 1d о у аe Х е о Г 1 И 1 и 1 1 л н х о о в о»о 1 х а Z O»dИ Ы I I 1»d 1 К I Н Х Х vqБх од в 1 О»1! 4 дхюв 1 в I 1 в 1 e»d»d у аои ! — о 1 е 1 1 д1 аж 1 — —, i 1 н g»»! v а !". вов 1 f4 Д Е» I. I o e 1 1 и Х! ОО цохх о в 1 1 с» ! O I И !Х! C I I I 1 -»» I I а 1 И 1 » I а 1-» 1.» с I ! Я Е I Ж Ф 1 о О Ж 8 ! о О ! Л I о иФ в RI 3 eve »»! е а е а х! о о 4св4с ам 1 -1О Z avesta Фх ав аюэ <»1 Я ах е Х»» 1 1 el 3t4 24а Д !» ф Ф ° ° »Ъ »» 1 !,о -< р - сЭ ! »» 1 ! о .в Р 1.О-t3 — ×Ý Ф1 о .д о .-о — о о Х 1,» у I о 4с в R45 xveX!!хав Йах<»1 771106 Формула изобретения S-S-% -Х ) Составитель О. Скородумова Редактор Л. Емельянова Техред Ж. Кастелев ич Корректор Н, ВабинецЬ Подписное.,Заказ 7394/34 Тираж 495 ННИИПН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11 30 35, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5 Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 1, Способ получения тиолсодержащнх,сорбентов путем обработки неорганической основы тиосодержащим соединением в среде растворителя, о тл и чающий с я тем, что, с целью увеличения емкости сорбентов по SH-группам и выхода конечного продукта, а также расширения ассортимента получаемых структур сорбентов, в качестве неорганической основы.используют соединение общей формулы ! P-R-Х, где P - -макропористый кремнезем (силохром), диатомит(хромосорб), макропористый кремнезем, покрытый окисью алюминия (алюсил) R - - (CH2) > -t — (Сн )9 -NHCO-CHg-, . (CH )» «ИНСО (CHg)g у - (СН ) -NHCO-СН -NHCO-(СН ) . полиакрнловая кислота, полиакрил-N-аминоэтиламид Х вЂ” -NH1, СООУ, где Y -карбодиимид, N - сукцинимидил, ннтрофенил, этоксикарбонил, в качестве тиосодержащего соедине.ния используют соединение общей формулы где R : -Сн —, -СН(СН ) —, -СН Сн -CH< CH (NHCOCH )-, -СН, Сй (COOCQ Х - указано выше,,а обработку проводят в органической нли водной среде при отнссаении количества функциональных групп неорганической основы к количеству тиосоf0 держащего соединения (в молях) 1: 1-20 при 0-40 С в течение 1-24 ч" с последующей обработкой полученного „-оединения восстанавливающим агентом, 2. Способ по и. 1, о т л и и а ю15 g и и с я тем, что в качестве. вос- . станавливающего агента используют 2-меркаптоэтанол, или борогидрид натрия, илн дитиотреитол. Источники информации, 2О принятые во внимание при экспертизе 1, Каталог фирмы Pierce " (США), 1977-78 с.228. 2. Авторское свидетельство СССР 540870 кл, С 07 F 7/18, 1975 (прототип) . 3. А. Fontana> Сульфенилгалоидиды р качестве модифицирующих реагентов зля полипептидов и белков»вЂ” Biochemistry,,, ВЗ, 1968, . р.980.
