Способ получения полиэлектролитов,содержащих амино-имидные группы

 

Союз Советских

Социалистических республик

О П

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<,795490

К ПАТЕНТУ (6!) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 210778 (2!) 2641107/05 (23) Приоритет - (32) 25.07.77 (3!) 818919 (33) QQA

<я)м. кл.

lC 08 F 265/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 070181.Бюллетень NP 1 (53) УДК 678. .675 (088.8) Дата опубликования описания 100180 (72) Авторы Иностранцы

Джозеф Эдвард Фильдс и Роберт Джэксен Сколомб изобретения (США) Иностранная фирма

Монсанто Компани (7!) Заявитель (СШЛ) (54 ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИсОВ, СОДЕРЖЖЦИХ АМИНО-ИМИДНЫЕ ГРУППЫ

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, конкретно, к способам получения полиэлектролитов, содержащих амнно-имидные группы, которые могут найти применение при фракционировании крови.

Известен способ получения полиэлектролитов, содержащих амино-имидные группы, путем обработки полимера на основе ненасыщенного мономера (С - С®) и ненасыщенных кислот или ангидридов кислот (С4- С ) низшими алкиламино-низшими алкиламинами с замещением большей части кислотных групп на амино-имидные и сшивкой полимера f1). По этому способу применяют общеизвестные сшивающие агенты.

Полимеры могут быть использованы для адсорбции белков..

Физико-химические свойства получаемого целевого продукта недостаточно высокие. Так, например, целевой продукт трудно фильтровать от маточного раствора после реакции полиме- 25 ризации. Образуется густой полимерный шпам, который фильтруется лишь медленно и образует очень плотный жмых, который трудно разломать. Во время сушки эти продукты образуют 30 твердый комковатый материал, требующий дополнительного дробления.

Цель изобретения — улучшение фильтруемости полиэлектролита и его сушки, а также улучшение и упрощение адсорбции альбумина целевым продуктом.

Цель осуществляется тем, что получаемый по способу на основе этилена и малеиновой кислоты или ее ангидрида полимер предварительно нагревают s инертном органическом растворителе или в их смеси при 115160 С в течение 15-60 мин.

Полученный при этой обработке продукт является агрегатированным полимером, который быстро фильтруется, и жмых которого так легко отделяется, что в большинстве случаев от. падает необходимость дробления в шаровой мельнице. B случае агрегатированного полимера сушка происходит тоже быстрее, чем неагрегатированного.

Способность поглощать белок у получаемого затем поперечно сшитого мате. риала, содержащего амино-имидные функциональные группы, существенно не уменьшается, а способность поглощать:альбумин у агрегатированного

795490 продукта оказывается более чем в три раза выше по сравнению с этим пока.зателем неагрегатированного продукта.

Критическим для изобретения является тот факт, чтобы процесс агрегации проводился перед„поперечным сшиванием и замещением большим количест- вом амино-имидных групп. Обнаружено, что если образование поперечных свя-. зей и/или .замещение избыточным количеством амино-имидных функциональных групп проводить перед предполагаемым процессом агрегации, которая не происходит, и преимущества изобретения теряются. Этот факт можно считать: неожиданным, поскольку он противоположен ожиданию, что присутствие функ- 15 циональной группы в полимере делает

его более мягким, и следовательно, легче он поддается агрегации путем простого слияния частиц. Выражение

"большее количество" означает более чем 50% амино-имидных групп.

Агрегацию полимеров на основе этилена и малеиновой кислоты(ЭМКА)или ее ангидрида согласно изобретению ведут путем перемешивания полимера в виде 3$ суспензии в нагреваемом и дефлегмуемом органическом растворителе, не реагирующем с полимером дефлегмацию или нагрев проводят при температуре примерно 115-160 С, но ниже ЗЕ точки размягчения полимера..Предпочтительный растворитель-ксилол. К другим пригодным растворителям относятся, например этилбензол, монои дихлорбензол и кумол. Растворители, такие как бензол и толуол с точками кипения примерно ниже 115 С, непригодны для осуществления изобре- тения.Однако диоксан с т.ки .101,5 С дает ценные результаты при коагуляции. Обнаружено, что при обработке полимера в кипящем растворителе при температурах ниже примерно 115 С не происходит существенной агрегации продукта, как требуется согласно изоб.ретению при использовании слабого 45 растворителя такого, как углеводородный. Агрегация может происходить в высококипящих растворителях при температурах ниже точки кипения, но температуры выше температуры кипения яЕ полимера непригодны, так как нельзя получить материал с требуемыми свой-: ствами.

Желательно полимер нагревать с обратным холодильником в растворителе по меньшей мере в течение примерно 15 мнн, хороших результатов достигают при нагреве примерно до

1 ч. Более длительный нагрев, в частности свыше 1 ч, не .нужен, хотя агрегаты остаются стабильными в слабых ф6 растворителях даже в течение времени до. 7 ч. Чем сильнее применяемые растворители (хлорбензол, дихлорбензол, диоксан и й,N-диметиламин) тем менее они предпочтительны эа счет избыточной коагуляции . во время более длительного времени агрегации °

11о осуществлении процесса агрегации агрегатированный полимер поперечно сживается и замещается желаемой аминоимидной функциональной группой в последовательности, оптимирующей свойства продукта, что осуществляется надлежащим распределением специфических групп внутри частиц.

Исходные.сополимеры можно перевести в карбоксилсодержащие сополимеры путем взаимодействия их с водой их соли аммония, щелочных и щелочноземельных металлов и алкиламиновые соли — путем .взаимодействия с соединениями щелочных и щелочноземельных металлов, аминами или аммонием. К прочим пригодным производным вышеприведенных полимеров относятся алки ловые и другие эфиры,алкиламиды,диал киламиды, фенилалкиламиды или фуиламиды, полученные путем вз аимодействия карбоксильных групп сополимера с,выбранными аминами или алкиловым или с фенилалкиловым спиртом, а также сложные амино-эфиры, оксиамиды и сложные оксиэфиры, где функциональные группы отделяют алкеленом, фенилом, фенилалкилом, фенилалкилфенилом или алкилфенилалкилом или иными арильными группами. Звенья, содержащие амины или аминосоли, включая группы четвертичных солей,.обычным способом получают взаимодействием карбоксильных групп их предшественников, где это возможно с полифункциональными аминами, как диметнламинопропиламино, при повышенных температурах с образованием имидной связи с вицинальными карбоксильными группами. Такие дополнительные, свободные аминогруппы могут переводиться в соответствующем случае в их простые или четвертичные соли.

Пример 1, В колбу емкостью

5 л, оснащенную обратным холодильником, ловушкой Дина-Старка, мешал- кой, емкостью для добавления реагента, термометром и оборудованием для очистки азотом, загружают 193,05 r сополимера типа ЗИКА, содержащего этилен и ангидрид малеиновой кислоты (1,5 моль, ангидридная основа) и 2700 мп ксилола. Смесь перемешивают со скоростью 200 об/мин с помощью мешалки и нагревают до температуры дефлегмацни, которая колеблется от 135 до 139 С в зависимости от содержания воды в ЭИКА и аэеотропного удаления воды в течение периода дефлегмации.В этом примере шлам обрабатывают с обратным холодильником полностью в течение 60 мин при 135 С.

После 1 ч реактор охлаждают до 125 С под атмосферой азота, добавляя затем раствор 10,89 r (0,075 моль) метилиминобиспропиламина (МИБПА) и 1,5 мл воды.

795490

Смесь нагревают с обратным холодильником (134 C) и выдерживают при этой температуре 1 ч, непрерывно . удаляя азеотропным способом воду (конечная температура 137ОС) . Температуру реакционной смеси снова понижают в атмосфере азота до 125©С, добавляя смесь 153,3 r (1,5 моль)

„циметиламинопропиламина и 4,5 мл воды.

Затем смесь нагревают до 133 С, выдерживают-при этой температуре до начала дефлегмации (через 1-10 мин)„ ®

Перемешивание с .обратным холодилънйком продолжают до завершения удаления воды азеотропной дистилляцией.

Конечная температура 139ОC.

В целях переработки в виде свобод- 15 ного амина шлам фильтруют в горячем состоянии, после чего жмых снова растворяют с получением шлама в

2700 мл смеси ксилола с этанолом {3:1) перемешивают с обратным.холодильни- 2О ком 1 ч и снова фильтруют в горячем виде. Этот прием повторяют второй. раз в течение 2 ч и третий раз в течение 3 ч, фильтруя .каждый раэ в горячем виде. Полученный экстрагированный жмых снова растворяют в 2700 мл. гексана в течение 1 ч при комнатной температуре и фильтруют. Экстрагирование гексана повторяют еще 4 раза.

Целевой продукт сушат на воздухе

30 мин и затем сушат в вакуумной печи при 55О C.

Для переработки в виде гидрохлорид ной соли целевой шлеи фильтруют в горяяем виде, а жмых снова растворяют с образованием шлама с обратным холодильником в смеси.ксилола со спиртом (3i1) три раза указанным способом, а затем — при комнатной температуре дважды экстрагируют

2700 мл ацетона в течение 1 ч. Фильтрованный продукт превращают в гидро:хлорид путем повторного растворения либо в 2700 мл спирта или ацетона с постепенным добавлением, перемешивая, в течение 10 мин 112 мл .кон- фф центрированной 12 н. соляной кислоты, перемешивая, затем при комнатной температуре 2 ч.

Фильтрованный продукт далее промывают (в случае шлама с перемеши- у) ванием) трижды подряд с 10 л воды (деионизированной) в течение 2 ч B каждом случае и затем фильтруют.

Фильтрованный жмьи (соль) дважды повторно растворяют в 2700 мл ацетона (по 1 ч каждый раз) в целях удаления воды, фильтруют, сушат на воздухе полчаса и сушат в вакуумной печи при 55 С.

Высушенный целевой продукт либо в виде свободного амина, либо в Й) виде соли — пропускают через сито без дроблениями при этом, 95% продукта проходит через сито с отверстиями

100 меш; затем его разливают по бутьлям 6S

Пример 2. Агрегатированное производное диэтиламиноэтила получают по примеру 1, за исключением того, что ДМАПА примера 1 заменяют

174,32 r (1,5 моль)диметиламиноэтиламина (ДЭАЭА). Целевой продукт получают в виде свободного амина по примеру 1, по которому продукт взаимодействия экстрагируют смесью ксилола со спиртом(3:1), а затем б раз — гексаном. Продукт пропуска.ют через сито без дробления. (100 меш) получая 229 г продукта более тонкого чем 100 меш и 13 0 г продукта более крупного чем 100 меш.

Пример 3. В этом примере применяют ту же аппаратуру, что и в примере 1, а также тот же способ и ту же исходную смесь(ЭМКА и ксилол).

После агрегации (1 ч с обратным холодильником)температуру шлама понижают до 125 С, добавляя затем 10,98 г (0,075 моль) NHBHA. Шлам перемешивают при 120-125ОC 1 ч без обратного холодильника. По истечении 1 ч добавляют 7,66 r (0,075 моль) ДМАПА, шлам снова перемешивают при 120125 С 1 ч без обратного холодильника, после чего шлам нагревают до температуры дефлегмации и всю воду от реакции конденсации удаляют азеотропной дистилляцией. Конечная температура 139 С. Реакционную смесь охлажо дают до 120 С, добавляют. 87 05 г м оэтаноламина (МОЭтА) шлам выдерживают 1 ч при 120 С. Далее температуру повышают до де )легмационной, удаляя всю воду .от этой окончательной реакции конденсации в течение 6 ч путем азеотропной дистилляции. Конечная температура 140 С. Продукт перерабатывают в виде свободного амина по примеру 1. Получают 230 г продукта, проходящего через отверстия 100 меш без дробления, и 17 г продукта, задерживаемого на сите.

Пример 4. В целях улучшения дисперсионных свойств продукта получаемого по примеру 3 меняют последовательность добавления 16ИБПА и ДМАПА по окончании реакции агрегатирования.

Применяют те же количества. аминов и прочих продуктов примера 3. Процесс ведут идентично, включая стадию агрегации. По охлаждении агрегатированного шлама до 125 С добавляют 7, 66 г

ДМАПА, выдерживают шлам 1 ч при температуре 120-125 С. Затем добавляют

10,89 МИБПА, выдерживая шлам снова

1 ч при 120-125 С. Далее процесс ведут по примеру 3. Целевой продукт перерабатывают в виде свободного амина.

Пример 5. Повторяют пример 4, за исключением того, что целевой продукт перерабатывают в виде соли хлористоводородной кислоты по примеру

1. Для этой цели применяют лишь

14 мл концентрированной кислоты

795490 (12 н. ) вместо 112 мл по примеру 1.

После сушки получают 24 О г целевого продукта.

П р и и е р б. Процесс ведут по примеру 3, эа исключением того, что воду от реакции конденсации удаляют

-азеотропной дистилляцией-после каждой аминовой реакции и каждой выдержки, т. е. после реакции MHBIIA, ДМАПА и МОЭтА, а не по примеру 3. Продукт получают в виде гидрохлоридной соли с выходом 240 r..

Пример 7. Изготовляют ряд проб, изменяя состав аминов, применяемых в качестве сшивающих агентов или функциональных звеньев как по типу, так и концентрации. Эти arpera-.èðîâaííûå составы указаны в табл.1.

П р и и е р 8. Применяют ту we аппаратуру и ту же исходную смесь (ЭМКА и ксилол ) что и в примере 1.

Агрегации, аналогичной примеру 1, достигают одним из двух способов: а)нагрев шлама ЭМКА до 90ОC при

200 об/мин с добавлением 10,89 r

МИБПА и 1,5 мя воды, дальнейшее перемешивание при 90 С в течение 1 ч, повышение температуры до дефлегмации (136 C) и удаление всей воды от реакции конденсации с помощью ловушки Дина-Старка путем нагрева с обратным холодильником .(конечная температура 139 С); б) нагрев шлама ЭМКА при 200 об/мин до 125 С с добавлением МИБПА и воды при непосредственном повышении температуры до дефлегмационной (136 С) с продолжением дефлегмации до удаления всего количества воды от реакции конденсации путем азеотропной дистилляции при кбнечной температуре 139 С. По окончании способа а) или б) температуру содержимого колбы снижают до

125 С, добавляя затем 153,3 г ДМАПА и 4,5 мл воды. Шлам нагревают до

133 С до начала дефлегмации, продолжая ее до полного удаления всей воды от конденсации путем азеотропной дистилляции до конечной температуры 139140 С.

Целевой,шлам фильтруют в горячем виде (выше 100 С). Длительность фильтрации на этой стадии 30-60 мин, в отличие от времени менее 5 мин для агрегатированного материала, полученного по примерам 1-7. фильтрованный продукт перерабатывают либо в виде свободного амина, либо гидрохлоридной соли способами, описанными в примере 1. Снова — ao время переработки — длительность фильтрации высокая (от 30 мин до 2 ч),в отличие от продолжительности агрегатированных продуктов по примерам 17, составляющей 5-10 мин. Неагрегатированные продукты, полученные по этому и приведенным ниже способам, высыхают плохо и требуют дробления или обработки на шаровой мельнице до прохождения через сито с отверстиями 100 меш, в отличие от агрегатированных продуктов примеров 1-7, не требующих дробления или обработки на шаровой мельнице перед пропусканием через сито (100 меш) после сушки.

Пример 9. В этом примере применяют то же оборудование и ту >ке исходную смесь (ЭМКА и ксилол) что и в примере 8. Шлам нагревают до 9095 С, затем добавляют 10,89 r (0,075 моль)МИБПА и 1 ч перемешивают при 959С. После этого добавляют 7,66г (0,075 моль) ДМАПА и 1 ч перемешивают при 95©С. Шпам нагревают с обратным холодильником (134 С) воду

)$ реакции конденсации полностью удаляют азеотропной дистилляцией до конечо ной температуры 139 С: После этого шлам охлаждают до 95 С, добавляют

87,05 г оксиэтиламина, перемешивая шлам 1 ч при 95 С. Температуру киама повышают до 134 С, а все количество воды от реакции конденсации полностью удаляют аэеотропной дистилляцией до конечной температуры 139-140 С. Целе25 вой шлам. фильтруют в горячем виде

30 мин и перерабатывают в виде свободного амина способом примера 1, сушатинтенсивно дробят на шаровой мельнице и пропускают через сито

gg (100 меш.) Вьщеленные после 12 прогонов количества колеблются от 219 до

244 г в зависимости от эффективности обработки на шаровой мельнице перед пропусканием через .сито.

Пример 10. Процесс ведут по примеру 8, за исключением того, что воду от реакции не удаляют после добавления МИБПА, а оставляют в раеционном шлаие, пока не будет добавлен ДМАПА. После этого всю воду от

4О обеих аминовых реакций удаляют за одну ступень азеотропной дистилляции до конечной температуры шлама 140ОC.

Продукт перерабатывают в виде свободного амина.

4$ П р и и е р 11. Процесс ведут по примеру 1, за исключением того, что воду от реакции-не удаляют по добавлении МИБПА после агрегации, а лишь после добавления ДМАПА, удаляя ее щ полностью (от обеих аминовых реакций) за одну ступень азеотропной дистилляции. Целевой шлам фильтруют в горячем виде менее чем за 5 мин, перерабатывая затем .продукт в виде свободного амина по примеру 1.

П р и и е р 12. Рассматривают влияние времени и скорости перемешивания в ходе агрегации с учетом скорости фильтрации горячих целевых шламов.

60 Проводят серию сопоставимых прогонов, ведя процесс по примеру 1, изменяя длительность процесса агрегации и скорости перемешивания. Все продукты перерабатывают как свобод65 ные амины по примеру 1.

795490

Т а б л и ц а 1

СА

77

С A u цитрат

С A

С A

С A

С A

С A

НС2

Полученные результаты приведены в табл. 2 и сопоставляются в ней с неагрегатированными продуктами, полу-. ченными по примеру 8.

Пример 13. В целях более точного определения требований относительно температуры и растворителя

5 для агрегации проводят ряд опытов с применением ЭМКА в виде сырого продукта в.ряде растворителей и при различных температурах и скоростях пере" © мешивания. Обнаружено, что изменение скорости перемешивания в диапазоне

150-400 об/мин действует только лишь на размер получаемого агрегатированного продукта. Большую роль играет вид растворителя и температурный диа- »э паэон процесса агрегации.

В этом примере применяют колбу емкостью 1 л, в которую загружают

700 мл растворителя и 50 г ЭМКА. В разное время и при различных темпера-;Щ турах отбирают 20 мп аликвоты шлама и помещают в пробирки. По охлаждении пробирки встряхивают, замеряя время, эа которое полимер выпадает из растворителя. 2$

Результаты приведены в табл. 3.

Пример 14. Показателем величины частиц в дисперсии, агрегатиро« ванных или нет является индекс набухания, выражающийся количеством воды или иного диспергатора в граммах, абсорбируемого в равновесных условиях на 1 г полимерного производного.

Образец соответствующих размеров дисп4ргируют в избЫтке диспергатора, доводя рН до 4 или до другого значения. Дисперсии дают достичь равновесных условий в течение 1 ч, центрифугируя затем в течение получаса при

750 ф в предварительно взвешенной колбе-центрифуге. Непрореагировавший материал сливают определяя вес центрифугированного набухшего геля.

Все данные получены с применением

0,04 М рассола в качестве диспергатора при рН 4,0. Таким образом, значение индекса набухания равно весу

0,04 N р а с с оo»л» а, поглощенного 1 r полимера.

Известно,что набухание обратно пропорционально плотности поперечных связей сшитых нерастворимых смол. В ряде случаев при увеличе-. нии добавления к производному количества ИИБПА наблюдается ожидаемое уменьшение набухания» все остальные параметры остаются равными.

Однако для агрегатированного материала согласно изобретению обнаружено, что набухание агрегатиро- ванного продукта при любой постоянной концентрации МИБПА и равной плот. ности поперечных связей можно изменять беэ затруднений и оно сильно отличается от иеагрегатированных производных, если изменять количество воды, добавляемой во время получения агрегатированного полиэлектролита, и модифицировать ступени удаления воды из реакции.

В табл. 4 приведен, ряд агрегатированных и неагрегатированных полимеров, содержащих МИБПА и ДМАПА, согласно примерам 1,6,10 и 11, но с разным количеством вод@, добавляемой либо с МИБПА, либо с ДМАПА. Все полимеры содержат 5 мол.В ИИБПА и

90 мол.Ъ ДМАПА.

795490

Продолжение табл. 1

Вид про дукта

Номер примера

Прогон

82

С A

90

НС1

НС1

15

НС1

НС1

82

НС1

78

НС1

С A

60 Гексаметилендиамин (ГидА) Свободный амин(СА) Таблица2 . длительность фильтрации шлама продукта при 100 С, мин

Растворитель шлаMcL

Продукт примера длительность агрегации, мин

Скорость перемешиваиия, об/мнн

Температу- ра агрегации, С

200

Ксилол

150

60

200

230

250

7 ч

139

200

132- 134

200

Ксилол:бензол (95з3)+ а смесь раствоРов тРебУет темпеРатУРы деФлегмации 132 134 C

Табли

Ксилол

130

Более 15 (т кип. 139) 10

130

0-15

130

0-40

6"7

134

0-10

0-25

0-01

134

134

138

2,5-3

Количество (в моль) в пересчете на амин

МНБПА ГИДА ДМАПА ДЭАЗА МОЭТА

136-138

136-138

136-138

136-138

30-60

Менее 5

5

5

795490 температу- время, ра, С ч-мин

139

Ксилол

2-2,5

0-05

139

0.-10.

139

0-60

1,5

Выше 60

Выше 60 0-00

0-00

24

108

Выае 45.

110.

110

Выае

Выше

Выае

110, 24

1-00

2-00

0-00

0-00

23

100

Выае

Выае

Вы. ае

Диоксан (т. кип. 1026C) 1-00

3-00

102

Выае 15

102

0-00 (т. кип.) 130

131

1-00

131

131

24

140. 5

0-15

140 .140

3-30

3-30

1з00

2!00

145

Оз00

29

134

Оз00

О 15

5-30

134

3-30

1s00

134

2:00

Оз00

134

24

Кумол

Растворитель

Толуол (т. кип.11fC) Бенэол (т. кип. 80е С) Монохлорбензол о-Дихлорбе н з an (т. кип. 180 С } о-Дихлорбензол

Этилбен э ол (т. кип. 136 C ) Условия агрегации

1-00

2-00

6-00

0-00

0-00

0-00

0-15

0-30.

2-00

0-00

0-00

Продолжение табл, 3

Время охлаждения мин-с

Выше 45

Выае 45

Выше 45

4-26

3-26

2-40

2-36

795490

Продолжение табл 3

Растворитель

Условия агрегации

Время охлаждения мин-с (т. кип. 152 С) 29

0:ОО,140

2-30

0:15

140

2-15

140

145

145

150

150 Опыт на осаждение прекращают после установленного периода времени.

Таблица 4

МИБПА без водыу ДМАПА без воды

9,54

10,05

9,44

8,91

МИБПА без воды; ДМАПА с 1,0 мл воды г,о

10i71

11,23

1,0

1,0

8,85

1,0

8,99

МИБПА с 1,5 мп воды; ДМАПА с 4,5 мп воды

6,0

12,98

13,00

6,0

6,0

8,88

9,43

6,0 которых алкил является низшим, с замещением большей части кислотных групп на амино-имидные и сшивкой полимера, отличающийся тем, что, с целью улучшения фильтруемос.ти полиэлектролита и el"о сушки, а ,также улучшения и упрощения адсорбции альбумина целевым продуктом, полимер

Формула изобретения

1:00

О:00

О:30

0:00

Ог15

Способ получения полиэлектролитов, содержащих амино-имидные группы, путем.обработки полимера на основе этилена и малеиыовой кислоты или ее ангидрида алкилимино-алкиламинами, у Я

1-38

1-14

1-10

0-36

795490, 18

Составитель А. Переверзева

Редактор Л. Ушакова Техред Я.Вабурка КорректорВ. Синицкая

Заказ 9492 7 Тираж 9

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская иаб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 предварительно нагревают в инертном органическом растворителе или в их .смеси при 115-160 С в течение 1560 мин °

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США В 3554985, кл. 260-785, опубЛик 1971 (прототип).