SE465155B - Metallkelatbildande hydrofil polymer foer adsorption etc samt ett saett foer framstaellning av polymeren - Google Patents

Description

465 155 2 10 15 20 25 30 35 2) vattenolöslig, men svâllbar i vatten.

Den vattenolösliga polymeren 2) kan ha olika fysikaliska former, t.ex. som 2a) partiklar, Zb) fibrer, isolerade eller som tyg eller papper, 2c) membraner t.ex. av substituerad cellulosa, 2d) rör t.ex. kapillärer 2e) ytskikt i väggar, 2f) svampartade massor, etc.

Den hydrofila polymeren kan ha olika kemisk sammansättning, vara poljhydrisk 3) dvs. innehålla ett stort antal hydroxigrupper, t.ex. minst en hydroxigrupp per monomerenhet. Polyhydrisk polymer an- vändbar enligt uppfinningen är 3a) polysackarid eller tvärbunden polysackarid I cellulosa eller cellulosaderivat II stärkelse eller stärkelsederivat III agar eller agaros IV tvärbunden dextran eller dextranderivat V polyetylenglykol. 3b) polyvinylalkohol eller derivat därav. 4) polyakrylater eller polyakrylamider inklusive tvärbundna derivat, 5) blandpolymerer av en eller flera av grupperna 1-4, 6) med epoxisilaner hydrofiliserade kiselgeler.

Polymerens kemi anpassas sà att den och/eller dess derivat en- ligt uppfinningen a) kan lösas i vatten vid rumstemperatur till minst 1% eller svâllas och upptas i vatten till minst halva polymervik- ten, b) innehåller funktionella grupper till vilka ligander enligt uppfinningen kan kopplas direkt eller indirekt.

Direkt koppling kan ske t.ex. om polymeren innehåller epoxigrup- per eller primära aminogrupper och indirekt om de reaktiva grupperna kan införas via funktionella grupper i polymeren, 10 15 20 25 30 35 3 465 155 t.ex. hydroxyl- eller aminogrupper. För att vara löslig eller svällbar i vatten mäste polymeren innehàlla ett stort antal polära grupper, t.ex. hydroxylgrupper, amino-karbaminogrupper, eller med lägre effekt etergrupper.

Till dessa kategorier av polymerer hör polysackarider, polyak- rylater, polyvinylalkohol, polyakrylamider, polyalkylenglykoler, särskilt polyetylenglykol.

Formen pà produkten enligt uppfinningen kan väljas godtyckligt efter den önskade användningen, t.ex. partiklar för kromato- grafi, hoppressade filtermassor, papper, membraner eller partik- lar för satsvis adsorption, lösliga polymerer för vätske-vâtske- extraktion, ytbelâggning av en fast icke permeabel fas. Partik- lar som inte permeeras av metaljoner etc. och belagda med ett gelskikt av polymer enligt uppfinningen är av intresse för ana- lytiker och för medicinska diagnostiska användningar.

Vid en utformning av produkten är en kompakt, hydrofil eller hydrofob kärna omgiven av ett mono- eller flermolekylärt skikt, vid vilket liganden är fixerad. Med metalljoner som bryggbildare kan man binda ämnen fràn omgivande lösning när dessa ämnen visar affinitet för metalljoner. Som exempel pà användning kan anföras följande modell för en vägg i rör eller kärl i en extra korpo- real shunt. hydrofilt skikt med ytbelagda metallbindande ligander enligt Bild 1 uppfinningen _ _ A Ds. är exempelvis hepariner till vilket en enkel metallbindande grupp \*|\\\ \\\\ vägg (kärna) impermeabel kopplats för heparin 465 155 Variationer pá detta är tänkbara bl.a. för diagnostiska reagens där A kan vara en antikrøpp, antigen eller antigen-antikropps- komplex. 5 En variant av uppfinningen är vattenlöslig. Den karakteristiska gaffelgrenade eller makrocykliska liganden är dà kovalent bunden till en hydropolymer, exempelvis dextran, dextrin, lösliga deri- vat av cellulosa och stärkelse, icke tvärbunden polyvinylalko- hol, etc. Ett exempel pà en lämplig ligand är cyklam, 1,4,8,1l- 10 tetraazacyklotetradekan.

CH -CH -CH /223 NH NH / \ CHg CHg 15 CH2 CH2 \ / NH NH /' \CH2'CH2°CH2 20 Ett annat exempel är 1,5,9-triazacyklododekan.

H //CH3-N \\\\ CH2 CH2 / 25 /cHz \ Hï CH2 CH2 // \ CH; CH; \ 30 H H Polyeterglykoler och polypropylenglykoler 35 H-o- (cl-IZ-cnz-(nn-H HO-(CH2-CH2~CH2-O)n H 10 15 20 25 30 35 5 465 155 HO-(CH2-?H-CH2“O)n H CH3 är begränsat vattenlösliga med tvá terminala hydroxylgrupper där substitution kan ske per molekyl. Med polyetylenglykol kan man alltså framställa monoterminalt substituerat eller diterminalt substituerat derivat med metallbindande gaffelligander eller makrocyklisk ligand. T.ex. med monosubstituerad makrocyklisk ligand: *F CH -N-CH // 2 2 CH2 CH2 / \ NH /N-CH2~CH2-O-(CH2~CH2~O)n-CH2-CH2-OH \ CH2 CH2 \\CH2 CHÉ/ /' \~NH eller med diterminalt substituerad gaffelligand t.ex. cH2NH RNB-CH2-cní\ /cH2 N-cH2-cH2-NH-cn2-ca2-o-(cnz-cflzo)n-ca;-ca;-NH-cflz-cH2-N RNH-CH;-CH2 \:§3 CH2-NH Sådana lösliga derivat enligt uppfinningen har andra användningsområden än de vattenolösliga, endast svällbara derivaten. De kan exempelvis användas som modifierare av polymera fassystem för att införa metalljonaffinitet som separationsprincip vid extraktion, som förträngare vid ad- sorption och för att belägga ytor med fixerade metalljoner.

Uppfinningen kännetecknas av att liganderna innehåller minst 3 heteroatomer exempelvis aminogrupper àtskiljda genom alifatiska kedjor -(CR2)n- där R är H eller alkyl, företrädesvis H, och n är 2 eller 3, varvid förankringen i en polymer sker så att en gaf- felformad struktur erhålles: 465 155 10 15 20 25 30 35 _ _. 1 ./ CH2 CH2 N \\\ P-N4H-cH2-cf12-N3 / CH2-CH2-N2\\\ Alla kväveatomerna N1 - N4 kan koordinativt binda övergångs- metaller av typen Cu2+, Ni2+, Co2+, Zn2+ och dessutom Hg2+, platinametaller, Ag+, etc., men de terminala kväveatomerna har av steriska skäl den största koordinationsbenägenheten.

Enligt uppfinningen förstärkes koordinationsbenägenheten omkring N1 och N2 pà två sätt, genom att en brygga R5 àstadkommes mellan N1 och N2, så att ett ringsystem bildas, eller genom att grupper R med minst en koordinerande atom, O, N eller S substitueras i N1 och/eller N2.

I det förstnämnda ringsystemet bindes metaller starkt till kväveatomerna och andra eventuellt koordinerande atomer (O,N,S) i bryggan mellan N1 och N2.

Enligt en variant av uppfinningen vid uttömmande alkylering får liganden strukturen cH2-cH2-N1=R2 -N4H-cH2cH2N3 II CH2-CH2-N2=R2 där R betecknar substituenter innehållande minst en koordine- rande N, O eller S-atom. Exempel pá R är här CH2 -COOH.

Här fås således en steriskt mycket gynnsam gruppbildning av koordinerande atomer av samma slag som i EDTA, etylendiamintet- raättiksyra, varvid den bindande effekten dessutom förstärkes av N3 och N4 samt av karboxymetylgruppen på N4. En produkt erhàllen genom att koppla tris(2-aminoetyl)amin till agaros och andra po- lymerer följt av behandling med bromacetat vid pH 10 har resul- terat i en produkt som binder kopparjoner utomordentligt starkt. 10 15 20 25 30 35 7 465 155 En produkt med större specificitet i metallaffiniteten kan er- hállas med val av andra substituenter R, och mànga föreningar med kända metallbindande egenskaper är lämpliga som substituen- ter.

Genom den gaffelgrenade strukturen pà liganden fàs även här en förstärkning av metalljonbindningen. Skillnaden i bindnings- styrka mellan ligandgrupperna i fri och bunden form framgår av följande approximativa överslag.

Med en bidentat ligand och en hexavalent metalljon kan i fri lösning bildas ett “trikomplex" C33 Uwe/f III där x och y är elektrofila N, O eller S.

R x.. y .z i n: blir då R/ “Hw-Y Iv y____R förankras i en polymer kan endast en v Om fiš/j utbildas.

Om bildningskonstanten för III är t.ex. 1018, är den approxima- tivt 3 1018 106 för V.

Detta är en försvagning med 1012 dvs. en biljon gànger. dvs.

Med en gaffelformad, sammansatt ligand med tva Q\/ø fás en im- mobiliserad kelatstruktur eífš W 465 155 8 10 15 20 25 30 35 Bildningskonstanten blir här approximativt (\§/rlD18)2 = 1012, dvs. en förstärkning av V med en miljon gänger. Med en tregrenad gaffel kan man sàlunda nä upp till en bildningskonstant 1018 el- ler t.o.m. ännu större. Detta är endast en ytterst grov upp- skattning, men polymerfixeringen torde genom entropiändringen öka bindnings- eller komplexkonstanterna, vilket styrker bär- kraften i argumenteringen. Detta understryker betydelsen av li- gandfixeringen och de unika egenskaperna hos den metallimmobi- lisrande produkten.

Det ovanstående gäller givetvis alla typer av gaffelgrenade li- gander.

En fördel med aldehyd respektive ketonkondensering är att man har tämligen god kontroll pà reaktionsprodukten. Man kan med RCHO fä -N--N och N N (NH¿) \\-N=cHR a) b) Det är b) vi önskar inte a) eller en blandning av a) och b). Ge- nom att använda ett stort överskott RCHO kan vi öka mängden bildad b).

Vi kan också substituera NH-grupperna med en substans innehål- lande en "elektrofil“ grupp t.ex. en epoxigrupp, en aktiv halo- gen osv. Med bromacetat fär vi t.ex.

NHcH2co0H NHcH2cooH NHcH2cooH < ( cs coon NH2 <::NH-cH2cooH . N'/ 2 \*cH2cooH c) d) G) N/,cH2cooH \*cH2cooH /,cH2cooH N\ cH coon 2 10 15 20 25 30 35 9 465 155 Det är f) vi önskar och behandlar därför den ursprungliga amino- liganden med ett stort överskott bromacetat i alkalisk miljö.

Med en enkel aldehyd eller keton erhålles en produkt enligt “gaffelvarianten" t.ex. med salicylaldehyd.

® - NH-CHZ-cHZ-N + ___; \NH 2 cHo OH /cH2-cH2-NH=c . _ _ _ H . IX ._ - NH cnz cnz N\ H cH2-cH2-NH=c I "Salenliganden“ som ju är en Schiffsk bas kan dubbelbind- ningarna reduceras bort med natriumborhydrid.

Med 8-hydroxi-kinolin-karbaldehyd erhålles /cH2-cH2-N=cH- H X - NH-CHZ-CHZ-N OH \ N CHz-CHz-N-CH- Û denna "dubbla oxin"-liganderade variant av produkten användes som metalladsorbent.

Uppfinningen avser en produkt där vid syntesen liganden fixerats till polymeren via syreeter och/eller en amino- eller iminogrupp och eventuellt också en tioetergrupp, Och grundar sig därigenom 10 465 155 lO 15 20 25 30 35 på ett utgångsmaterial som enkelt kan syntetiseras och som också innehåller adsorptionsförstärkande strukturer (exempelvis amino N). Man kan även koppla aminoderivat till N-terminaler via isocyanat, isotiocyanat eller cyanamid: HN \\ NH NHcN H NR NH - c - NHR f 2 f 2 f -N + BrcN-> -N _-> -N /NHR \.. NHZ \NHCN \_NH - c šun men troligast fås i sådana fall ringslutning: NHcN cnz-CHZNH / -N _-> -N c = NH \ NHcN \ cnz-CHZNH/ Med bara 8 atomer i ringen blir de bildade metallkomplex sva- gare, men kan förstärkas kraftigt genom karboximetylering.

En lämplig syntesväg till produkten enligt uppfinningen består i 1, 2 eller 3 steg utgående från en hydrofil gel innehållande re- aktiva grupper, t.ex. epoxigrupper, isocyanat, vinylsulfon, ak- tivt halogen. Exempelvis omsättes en preformerad, makrocyklisk substans med minst tre alifatiskt bundna aminogrupper med epoxi- polymeren. Den på så sätt i polymeren fixerade makroheterocyk- liska liganden kan därefter alkyleras, karboxialkyleras, etc. för att ytterligare förstärka den adsorberande förmågan hos pro- dukten.

Enligt en annan syntesväg kan tris(2-aminoetyl)amin kondenseras till en aldehydgruppsinnehàllande polymer t.ex. perjodatoxiderad stärkelse, "aldehydstärkelse" och därefter eventuellt reduceras för Stabilisering. Schematiskt kan detta beskrivas: CH2-CH2-NH2 - cHo+NH2-cH2-cH2-N\ ----> CH2-CH2-NH2 10 15 20 25 30 35 ll CH3-CH2'NH2 - CH=N~CHz-CH2-N ~ GHz-NH-Cflz-Cfiz-N \\\ CH2-CH2-NH2 CH-CH-NH / 2 2 2 CH2'CH2-NH2 465 155 reduktion ---+ t.eX. NaBH4 VII varefter de båda primära aminogrupperna substitueras.

En gaffelformad ligand kan innehålla extra grenar. En sådan bör betraktas som en variant av uppfinningen. Exempel är just Älg COOH /N -N CH2COOH k K CH; - cooH N \\cH2 cooH men det är svårt att få tre grenar från samma förgreningspunkt.

Teoretiskt går detta från kväve men dä erhålles en +laddning.

K CHZNHR -N*--CH2-CH;-NHR \\~_CH2'CH2-NHR Det är möjligt att vid vissa reaktionsbetingelser erhålla denna struktur med tris(2-aminoetyl)amin i små mängder (i stark alka- lisk miljö).

Att just strukturen /\N/ N \N 12 465 155 10 15 20 25 30 35 är så framträdande beror på tillgängligheten av den symmetriska aminen tris(2-aminoetyl)amin med tre symmetriskt belägna primära aminogrupper.

CH2-CH2-NH2 H2N-CH2-CH2~N CH2-CH2-NH2 De primära aminogrupperna är angreppspunkter ("nukleofila“) för reaktion med polymer aktiverad med epoxigrupper, etc. Om, som vanligen är fallet, de aktiva grupperna inte sitter för tätt på polymeren reagerar endast en aminogrupp och föreningen förankras med en sidokedja till polymeren och bildar en gaffelgrenad li- gand med det tertiära kvävet som grenpunkt och de icke reagerade primära aminogrupperna som terminaler. Vi får alltså en mellan- produkt CH2-CH2-NH2 ® NH-cnz-cnz-N / \\ CH2-CH2-NH2 som har 4 heteroatomer, kväveatomer, som kan koordinera en tung- metall, t.ex. Cu2+. Metallbindningen är emellertid svag och kon- kurreras bort av många lösliga, relativt svaga kelatbildare och det gäller därför att förstärka metallbindningen. Ringslutning förstärker kväveatomernas förmåga att tillsammans binda och fixera vissa tungmetaller som Ni2+, Cu2+, Zn2+ m.fl. Ett annat sätt att förstärka den metallbindande förmågan är att “bygga ut" grenarna genom att haka på substituenter med lämpligt belägna "nukleofila“ heteroatomer N, O och S. Denna påbyggnad kan göras med olika reaktioner, t.ex. genom kondensering av aminogrupper- na med aldehyder eller ketoner, då s.k. Schiffska baser bildas.

Det är lättast och effektivast att i reaktionsblandningen endast ha en sorts aldehyd eller keton närvarande, då symmetriska grenar fås, vilket underlättar utbildningen av starkt me- tallkomplex (symmetriskt). Kondensationsprodukten innehåller dubbelbindningar och står i jämvikt med utgángs-mellanprodukten.

Den kan stabiliseras genom reduktion, varvid dubbelbindningen försvinner och metallbindningsförmågan kan minskas något. I de anförda exemplen är dock förmågan att binda t.ex. kopparjoner 10 15 20 25 30 35 13 H 465 155 mycket stark, ofta så stark att metalljonen inte förträngs med den starka, lösliga komplexbildaren EDTA, etylenamintetraacetat.

Ytterligare ett sätt att framställa grenade ligander med N och fenolisk OH i rätt position har visat sig effektivt.

OH ON /" NH2 .

Nr”\N + alkali; \-NH2 2-nitroso-1-naftol (l-nitroso-2-naftol) går också bra en bis-azoförening som > 1 'H reducerad ger motsvaran- .H de hydrazoföreningen J Dessa geler ger synnerligen starka gröna kopparkomplex. Substan- serna faller utom ramen för de andra ämnena genom att tvà kväve- atomer i vardera grenen inte är skilda från varandra genom 2 el- ler flera C-atomer utan är vicinala. Andra liknande nitrosoföre- ningar ger liknande komplex, t.ex. o-nitrosofenol).

Man kan tänka sig andra utgàngsmaterial för samma eller liknande gaffelformade ligander t.ex.

CH2-CH2~CHO -N kan kondenseras med primära aminer \ cng -cng-cno t.eX. CH2-CH2-CHO HZNR CH2-CH2-CH=NR -N + --%> -N CH2~CH2-CHO HQNR CH2-CH2-CH=NH 14 465 155 10 15 20 25 30 För detta mäste man ha tillgängligt CHZ-CHZ-cflo HN A) X CHg-CHg-CHO troligen med aldehydgrupperna skyddade under kopplingssteget, varefter de deblockeras (i stark syra) före kondenseringen.

Veterligt finns inte substans A kommersiellt tillgänglig.

Man kan också tänka sig CH -CH -Cl / 2 2 HN B) \ CHg-CHg-Cl Detta är s.k. kvävesenapsgas, (eng. nitrogen mustard), ett kraf- tigt verkande cellgift. I detta fall måste man reagera B) med kelatbildare före kopplingen av produkten till polymeren, t.ex.

CH2-CH2 -Cl NHR- / / CHg-CHg -NR- (IQ NH + O --> NH \ cH2-cH2-c1 NHR- N \cH2-cH2-NR-@NJ C) blivande förgreningspunkt varefter C) kopplas in i polymeren. Detta är en framkomlig men krånglig väg, och varianter är tänkbara.

Ytterligare tänkbart men f.n. ej särskilt praktiskt är att an- vända ett trifunktionellt reagens t.ex. trisepoxid, som kan framställas ur glycerol och epiklorhydrin. 10 15 20 25 30 35 15 / O \ HgC-O-CHZ-CH -- CH2 Hc-c-cnz-cfi -- C112 I ,/°\ O / \ HgC-O-CHZ-CH _- CHZ Polymer + D) @-O-CH2-CHOH-CH2-O-CH2 E) + lämplig kelatbildare, t.ex.

I I 465 155 D) ,f°\\ CH-O-CHg-CH __ CH2 E) CH2-O-CH2-CH -i CH2 / E) +2NH2-CH2-CH2'NHCH~ Q Ü <:)-o-cH2-cHoH-cH2-o-cH2 o cH2*”” cHoH 6% / 2 NH / cnz ,,,, HZC-'icfi X \ \\ \ \ \ \ x x H OH O _--> 465 155 16 10 15 20 25 30 35 Här finns en gaffel, men grenpunkten är en kolatom.

Man kan också tänka sig en annan väg till "gaffelgren“, t.ex.

CH2~CH2'CH2-N=CH-COOH / ®-cH;-cH-cH; + NH ---à \ / \ 0 cH; - cH; - cH; - N=cHcooH /cH; - cH; - cH; -N=cH- cooH ® - cH; - cHoH- cH; - N reduktion --:> \\ CH2-CH2'CH2-N=CHCOOH / (cH;) 3-NH-cH;-cooH @ -cH; - cHoH- cH; -N (cH;) 3 -NH-cH;cooH eller makrocykel, t.ex.

//R 1) kondensation /,CH;-CH;-N=C 2) reduktion 'CH2'CH2'SO2-CH=CH2 + NH Q i \ cH; - cH; -N=c /,,R cH; -cH;-NH-cH // -CHg°CH2'SO2-CH2'CH2'N I CH2~CH2-NH-CH \R Exempel pà ligander 10 15 20 25 30 35 17 CH - NH // 2 I CH2 ' // I _-0- " N - ~ ~ - - - - - -M:' \\ "~~ _ CH2\\ f | CH2 - NH C112 - Np: CHZ CH \ \ I / 2 \ : _«o- -N-- - - - - - - - -- šmf X I, | \~_ _ f' ä O ~cfi2 _ NH- _ CI42 ö I 9 ffflz ?HOH :H2 IfH CHg 1 f* N /¿\_ cngß CH; / I \~ R__ CHZ , cH2_,~R N: \ _ I » 'ÉN / \ \ b' , ” ,. " \ R M-' R R = (CH2)n-COOH, n företrädesvis l och 2. 465 155 465 10 15 20 25 30 35 155 18 I 9 CH; l fsflz %°2 CH; 1 CH; I /WC CH / GHz: 2 CH; x CH; / , \ CH; _ CH; - \ CH; ,* \ \ CH; I - \ \ l C/ C\ , \ C \ H N N” CH . . u ; C) | é <3 å ë____ pyrldlnkarna HC\ /CH H \ , H C C H H I 9 CH; x çHoH CH; I W* <.=H=> CH; l /É\ cH2 . cH2 / 1 \ CH; CH; / ' \ ä- _ -I _ f ïl (samt reducera- H "' M- ' ø CH de formler I I I \ \ \ l \ \ HC/C\ 'I \\ /C\ äIH ~o vw > HC\ /CH Hc\ ,cn I C c H H 10' 15 20 25 30 35 w 4 465 155 möjliga bindnings- ställen till en multikoordinerad metalljon. oxin-(8-hydro- kinolingrupp) 465 155 20 10 15 20 25 30 35 | O 1 ?H2 Epiklorhydrinkoppling çHOH vid exocyklisk amino~ CH2 grUPP I NH m2 N / 1 /CH2| CH3 \ CH; I cH2 f l \ HN- - - - - - - - - - -NH en ' \ ÄH å 2 ,' “\ 2 OH HO HÖ&:;C/ \F CH I Åc /åfi Hc /ÅH C C H H I O 1 CHZ 1 çHOH CH2 | N /'I \\ /}CH2)¿ (CH2)2 N - - - - »a ---- - -\-N u f \ 1 \ \ C _ JJ @@°H Enligt en variant av uppfinningen innehåller produkten makrocyk- liska ligander. “Dubblerade" kelatbildare av gaffelform har inte tidigare beskrivits, men däremot har polymera produkter med mak- rocykliska ligander där polymeren är starkt hydrofob 10 15 20 25 30 35 21 465 155 (polystyren) beskrivits av Cram m.fl. Den hydrofila karaktären är emellertid en essentiell egenskap hos produkten enligt upp- finningen, som avser hydrofila polymerer innehållande hydroxy- ler, amino, amido, karboxyl eller etergrupper i de monomera en- heter som bygger upp polymeren och därigenom gör den löslig el- ler svällbar i vatten. Sålunda kan produkten enligt uppfinningen som ej löser sig i vatten uppta vatten till mer än 50 vikt%, företrädesvis mer än 70 vikt%.

Cyklodextriner kan uppfattas både som polymerer och makrocyk- liska ligander. Cyklodextriner har substituerats med ftalocyani- ner och heminliknande ligander. Dessa produkter är hydrofila men till sin natur skilda fràn föreliggande uppfinning bl.a. genom molekylstorleken, där produkten enligt uppfinningen i alla va- rianter har en molekylvikt överstigande 3000 dalton. Om sådana cyklodextrinkopplade metallkelatorer i sin tur kopplas till hyd- rofila polymerer med molekylvikter överstigande 3000 dalton in- begripes de som varianter av produkten enligt föreliggande upp- finning.

Molekylvikten 3000 är arbiträr men är vald med hänsyn till att den osubstituerade polymerens egenskaper i produkten enligt upp- finningen skall förläna den senare egenskaper som gör den sär- skilt lämpad för separationsändamàl baserade pá selektiv extrak- tion eller adsorption. Det är därför viktigt att förutom mole- kylstorleken närmare definiera begreppet hydrofil polymer.

Enligt en variant av uppfinningen omsättes epoxipolymer, vinyl- sulfonpolymer eller aldehydinnehàllande polymer med tris(2-ami- noetyl)-amin, t.ex. i alkalisk lösning, varefter den bildade produkten kondenseras med en dialdehyd eller en diketon.

CH /// 3 /CHg-CHg-NHZ CO ® -NH-cH2-c112-N\ + ----> CH2 -CHg -NI-Ig CO \\\ CH3 465 155 22 10 15 20 25 30 CH3 CH2 ° CHg ' =C | VIII CH; - CH; -N=c -NH-CH2-CH2-N CH3 Dubbelbindningarna kan i samtliga förekommande fall reduceras med exempelvis natriumborhydrid.

Om vi behandlar aminoliganden med en bifunktionell "aktivator“ som epiklorhydrin, epibromhydrin, bisepoxid, bisisocyanat, divi- nylsulfon, etc. kan manga slutprodukter erhållas.

Om det bifunktionella reagenset tillföres i làg koncentration och ligandfunktionen pà polymeren är lág styres reaktionen hu- vudsakligen till "kortslutning" emellan de tvà aminogrupperna ytterst pà gaffeln, dvs. en ring bildas. En ring bildas också om kondensering sker med en dialdehyd, diketon eller en parakinon.

Den enklaste parakinonen kan alltså kondenseras: OH f\ N N + I __). /\N N reduktion \-NH2 \-NH“ O ÛH Denna grupp är förmodligen ytterst intressant i andra samman- hang. Den oxideras lätt till: 23 ' 465 155 ° f I //\ //-NH /_ /,xu§§ /“\N N I I och kanske ci11f“N N 5 \~NH/ \\N4'I 0 o vilka alla kan reduceras tillbaka. Alla formerna är kapabla att binda Cu2+. Med naftazarin erhåller man ett starkt färgat metall- 10 kelaterande ligandsystem. 0 OH on on H /\/_N\ \ /\/N mN N resp. ^N N 15 O OH OH OH En ring kan slutas med heteroaromatiska dialdehyder med aldehyd- grupperna substituerade närmast heteroatomen, t.ex.

H-fi-IL /H-CHO Och H-äï O O O N O 20 25 varvid ytterligare en koordinerande atom erhàlles i det kelate- rande systemet .

CH;-CH;-N=cH 30 _N^N/ ZF; \\\ \e==l CH;-cH2-N=cH respektive 465 155 24 10 15 20 25 30 cflz - CH; - N=CH I q/ _\ @ I CHZ - CH2 ' N=CH och efter reduktion CH; ' CHg -NH- CHg l -NANÅH - S-fl-NG \ 1 CH; - cH2 CH; CH2'N=CH-CH'*-CH2 CH2-N=CH-CHOH~CH2 / \ / / t' \ CHg O NH; CH; NH // ' f/ \ ' N + ä - N\ šš \ CH2 O NH; CHg NH CHQ-N=CH-CH'CH -'CH2 CH2-N=CH-CHOH-CHg CH2'CH2'NH'CH2~CHOH-CH2-NH . \\\ red ktlo -N R __E__1i> / \ cH2-cH2-NH-cH2-cHoH-cH2-NH Den makrocykliska liganden kan förses med ett "handtag". dvs. en sidoarm med en primär aminogrupp eller en tiolgrupp, t.ex.

I) l0 15 20 25 30 25 465 155 X CHg -NH- CHQ _\ /CHg CH2\ /CHZ CH2V\ H - N;\ //NH CH2 CH; \ CH; CH/ \ CHZ-NH-CHZ/ \ (CH2)n'X där X är NH; eller SH och n = l, 2...

En makrocykel av detta slag ansluter närmare till de ligander man erhåller genom att brygga över avståndet mellan de primära aminogrupperna i "gaffelliganden" än till de preformade mak- rocykler som direkt förankras i polymeren genom kväve i ringen.

Exempel pà ligander ringen kan vara CH; ,' cH2\ N ,/ .

-N-ïï _ __ _. M \ \ / CH2 \_ 'CH3 \ // \\ CH3 - NH 465 155 10 15 20 26 CH; - NH - CH; I /CH; t' \ CH; - \ -N-------M------}X X=O,SellerNH \ i CH; ' CH; \ \ CH; - NH ' CH; CH - O ~ CH / 2 _ 2\ CH; ' CH; / I \ CH; I CH; / \ ~N;-'~---------M - - - - - - - - ~-NH CH; f CH; \ CH; i CH; \ o K CH; ' O - CH; CHOH ~ CH; -/,NH CH2 I r I \ / I / -N:____ _ ___M\ \CHz “ C \ CHOH - CH; “NH cyklohexyl IA 27 465 155 -ft-ffl-í-í-W-"s Polymer 9 5 Divinyl- ?H2 sulfon kopplad çH2 och även ring- 502 sluten med çH2 ___ divinylsulfon QH2 lol 10 Hooc ICI~ CHZ - CH; - s \ / ~ t . cH \ I o| CHZ \ - \ I \ \ GHz CH; ,,M::~-~--\-N-R \ a? é J \ \ i S: s \ Il-IC- COOH 15 CHZ \ \ \ clnz \ cH2 I o! * s \/ s - cH2- CHZ LOJ 20 Makrocyklisk ring framställd ur cystin. 18 ring med 6 heteroato- mer varav 4 svavel.

~ I Q epiklorhydrinkopplad çH2 och epiklorhydrin- çHOH sluten <.=H2 / N: CH2-CHOH-CH3\ Hooc-cH ~\\ I_,-N\-R :M_-:' /CH - COOH 14 ring med CH2 ,»' *\\ CH2 25 od12 N \\S,/ ~\š/ \ CHQ ' CHOH - CHg :S komplexar tämligen starkt endast med s.k. mjuka metaller Hg2+, 25 platina metaller, silver och guld. 465 155 28 10 15 20 25 30 35 Polymerkedja / »\ (CH2)2I (CHz) 2 /É\ HN-n-M ---- »NH \ / (GHz) 2 Bisepoxid kopplad direkt till makrocykliskt ringkväve. 10 15 20 25 30 35 29 465 155 epiklorhydrin (epibromhydrin) koppling / (CH2) / HN\ I '"~\ - (CH2)2 '“Mï \ Iz, \\\ NH I/ NH \\ _ (CH2)2 \ (Cflz) gfïmn (CHz)s / 1 Sidokedjor i ringen kan förekomma, t.ex. j:N - CH; - cooH *~NH \\ en -~cH2 -NH; CH X 2 //NH där COOH och NH2 kan förstärka metallbindningarna.

Exempel l 10 g epoxiderad polyakrylamid i partikelform uppslammades i 30 ml 33 % etylenglykol, 5 ml tris(2-aminoetyl)amin tillsattes och blandningen skakades en timme.

Gelpartiklarna uppfàngades i büchnertratt med grovt glasfilter och tvättades med stora mängder vatten omväxlande med 0,1 M ät- tiksyra. En liten mängd av produkten packades till en 1 x 5 cm bädd, till vilken därefter tillfördes en 0,05 M kopparsulfatlös- ning. Denna frontanalys visade att gelen upptog 60 pmol Cu per ml bäddvolym. 465 155 30 10 15 20 25 30 35 Exempel 2 620 g agarosgel (Sephadex® 6 B) försattes med 130 ml vatten, 750 ml 2 M Na2C03, 0,6 g NaBH4 och 75 ml divinylsulfon. Suspensionen ' omrördes över natten vid rumstemperatur. Den aktiverade produk- I\ ten tvättades med vatten. 150 ml aktiverad produkt försattes med 150 ml dest. vatten och 5 20 ml tris(2-aminoetyl)amin. pH justerades till 9,0 och bland- ningen skakades i 80 timmar vid rumstemperatur. Produkten tvåttades med stora mängder vatten. 50 g aminokopplad gel försattes med 2 g salicylaldehyd och 50 ml 0,1 M natriumfosfat samt omskakades över natt. Produkten tvätta- _ des och prövades pà förmága att ta upp Cu2*, Fe3+ och Ni2+. Alla joner adsorberades starkt. Endast en ringa mängd joner tvättades ut med l M glycin.

Exem e 3 50 g divinylsulfonaktiverad gel enligt exempel 2 blandades med f 50 ml 0,2 M natriumkarbonatbuffert justerad till pH 9. 2,45 g “ cyclam tillsattes och suspensionen fick stà i 7 dygn, varefter gelen sögs av pá filter och tvättades med vatten omväxlande med 0,1 M ättiksyra. Gelen bildade ett violett, fixerat kopparkomp- lex.

Exempel 4 10 g bomull aktiverades med 100 ml 0,6 M NaOH och 30 g bu- tandiolglycidyleter under 18 timmar. Bomullen tvâttades därpå med vatten och sedan med 0,1 M natriumkarbonat justerat till pH 11,0. Bomullen suspenderades i 50 ml av denna buffert och för- sattes med 1 g cyclam och efter 3 dygn tvättades gelen. Smà prov prövades med Cu2*, Fe3+ och Ni2+. Bomullen färgades respektive violett, gul och grön och färgen var beständig mot 1 M glycin och 0,01 M EDTA. 10 15 20 25 30 35 31 465 155 Exempel 5 5 g hydroxypropylerad kiselgel aktiverades med 5 ml divinylsul- fon i 100 ml 0,1 M NaHC03 i 18 timmar under skakning vid rums- temperatur. Produkten tvättades med vatten och omsattes därpå med 2 ml tris(2-aminoetyl)amin i 20 ml vatten.

Efter 15 timmar tvättades kiselgelen med vatten och därefter med 0,1 M natriumfosfatbuffert. Gelen slammades upp i 20 ml av buf- ferten och 1 ml glutaraldehyd tillsattes. Efter 1 timmes reak- tionstid tvättades gelen med stora mängder vatten.

Gelen adsorberade koppar-, järn-, nickel- och koboltjoner star- kare än aminogel som inte behandlats med glutaraldehyd.

Exempel 6 25 g tris(2-aminoetyl)amin-kopplad agaros enligt exempel 1 be- handlades med 8-hydroxy-kinolin-2-karbaldehyd i 2 dygn vid 50°C i 0,2 M Na-fosfatbuffert pH 7,0. Produkten tvättades och testa- des med avseende pà förmågan att adsorbera koppar- och nickeljo- ner, och en mycket stark adsorption konstaterades.

Exempel 7 2 g polyvinylalkohol med en medelmolekylvikt av 49 000 löstes i 50 ml 0,1 M natriumbikarbonat och försattes med 0,5 ml divinyl- sulfon. Efter 1 timme neutraliserades lösningen och dialyserades mot 4 l vatten i tva omgàngar och en tredje gàng mot 0,1 M NaHCO3.

Hälften av lösningen, a) försattes med 0,2 g cyclam, och andra hälften, b) med 2 ml tris(2-aminoetyl)amin. Efter ett dygn dia- lyserades lösning a) mot dest. vatten, och b) mot 0,1 M fosfat.

Till b) tillsattes 0,5 g salicylaldehyd och efter 5 timmar dia- lyserades lösningen mot dest. vatten. Lösningarna a) och b) för- sattes sedan med 2 ml 0,1 M kopparsulfatlösning och dialyserades pá nytt. Efter upprepad dialys förblev innehàllen i dialys- säckarna färgade, vilket visar att kopparjonerna komplexbundits till det högpolymera polyvinylalkoholderivatet. 465 155 32 10 15 20 25 30 Exempel 8 En gaffelligand med tva aminogrupper behandlades med 8-hydroxi- kinolin-karbaldehyd i en blandning av etylenglykol och 0,1 M NaHCO3 med och utan uppvärmning. Denna ligand med den troliga formeln X ger mycket starka komplex med kobolt, rödorange färg, nickel, rödorange, koppar, olivgrön och järn, mörkbrun.

Vid omsättning av den enkla gaffelliganden med 2-nitroso-l- naftol i 0,1 M NagCO3 erhölls en gulfärgad produkt som bildade olivgröna komplex. Vid reduktion med NaBH4 försvann den gula färgen och en Vit eller ofärgad gel erhölls. Även denna gel bildade ett mörkgrönt komplex med tvàvärd koppar. Liganden har troligen-strukturen fm OH \=N oH C) dvs. är en azoligand som vid reduktion övergår i en hydrazo- ligand. Även här finns sàledes tvà steriskt närliggande kelat- bildare som tillsammans bildar ett starkt, immobiliserat kelat.

Om Cu-gelen får sedimentera genom en neutral 0,1 M EDTA-lösning förblir lösningen ofärgad, vilket visar att de mycket starka komplexen inte brytes ned.

I?

Claims (16)

10 15 20 25 30 35 33 465 155 P a t e n t k r a v

1. _ Hydrofil polymer produkt för metalljonbindning, adsorption, k ä n n e t e c k n a d a v strukturen P - X - A - Q P är en hydrofil, löslig eller olöslig polymer, etc., där X är en heteroatom, O, S eller N A är en atomsekvens med minst 3 kolatomer, och Q är en grupp med minst tvà grenar med terminala, metall- kelatbildande substituenter, där vardera grenen innehàller minst tvà heteroatomer, N, 0 eller S, skilda fràn varandra med tvá el- ler högst tre kolatomer i sekvens, eller där Q är en makrocyklisk ring med minst 8 och högst 30 atomer, varav minst 3 är kväveatomer, i sekvens i ringen.

2. Produkt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att den hydrofila polymeren är substituerad med gaffelgrenade ligan- der vardera innehållande minst tre alifatiskt bundna aminogrup- per med kväveatomerna N1, N2 och N3, där N1 och N2 är substitue- rade med tva eller flera av R1, R2, R3 och R4 med formeln /Rßn - N2 = cHR1 _N2 \R3m - NB = cHR2 eller efter reduktion R4 3 2// R n ' / CH; - Rl _.N1 \ CH; - Rl R3m - N3 \\\R4 där R1 och R2 som kan vara samma, betecknar substituenter inne- hállande minst en koordinerande N, 0 eller S-atom skild fràn N2 och N3 genom tvà eller tre kolatomer i kedja eller ring, R3 är 465 155 34 10 15 20 25 30 35 alkyl, karboxyalkyl eller karboxyalken, R4 är H, alkyl eller karboxyalkyl och n och m är 2, 3, 4 eller 5.

3. Produkt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att R1 och R2 är karboxylgrupper -COOH och R4 är en karboxymetylgrupp - cH2 cooH .

4. Produkt enligt nàgot av kraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d a v att i den gaffelformade liganden innehåller R1 och/eller R2 en aromatisk eller heteroaromatisk kärna med kar- boxyl- eller fenolsyre, eller med aminogrupp, skild fràn den närmaste kväveatomen genom tvà eller tre kolatomer.

5. Produkt enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att den gaffelformade liganden har struktu- rGn CH2 ' CH2 ' N = CH ' R _N/ \\\CH2 ' CH2 ' N = CH ° R eller CHg-CHQ-NH-CHQ-R “'N CH2 ' CH2 ' NH ' CH2 ' R där R är ett aromatiskt eller heterocykliskt ringsystem med minst en heteroatom i ringen eller minst en fenolisk OH eller NH2-grupp där dessa grupper eller ringheteroatomer är substitue- rade i ortoställning till kolatomen mellan kvävet i kedjan och ringen.

6. Produkt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att den gaffelformade liganden är ringsluten med ett bifunktionellt reagens till en makrocyklisk ligand med 8 till 30 kolatomer och minst tre kväveatomer, varav minst en NH-grupp i ringen, genom att den bringats att reagera med epoxy- eller vinylsulfonpolymer till 10 15 20 25 30 35 35 465 155 Ran _ Nz/ _N1/ :Rs \ RBU, - N3\ där R5 innehàller alkylen, azaalkylen, oxaalkylen eller tiaalky- len eller derivat därav.

7. Produkt enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att den hydrofila, vattenlösliga eller tvär- bundna polymeren är polyhydrisk och tillhör gruppen polysackarid eller polyvinylalkohol. ' att

8. Produkt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v den polyhydriska polymeren är agaros eller agarosderivat.

9. Produkt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a V att den polyhydriska polymeren är cellulosa eller cellulosaderivat.

10. Produkt enligt nàgot av kraven 1-7, k á n n e t e c k - n a d a v att den hydrofila polymeren är polyalkylenglykol, företrädesvis polyetylenglykol.

11. Produkt enligt nagot av kraven 1-7, k ä n n e t e c k - n a d a v att den hydrofila, vattenlösliga eller tvärbundna polymeren är ett polyakrylat eller en polyakrylamid.

12. Produkt enligt nágot av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att produkten utgöres av partiklar, filter- dukar, papper eller tyg för metalljonupptagning fràn lösningar i adsorptionsbäddar.

13. Produkt enligt nágot av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att polymeren har en molekylvikt översti- gande 3000 dalton och är löslig i vatten vid 20°C till minst 1 vikt%.

14. Produkt enligt nágot av föregående krav, k ä n n e - 465 155 36 t e c k n a d a v att den hydrofila polymeren omger eller ge- nom adsorption eller genom kovalent bindning är ytligt fixerad till ett olösligt stödmaterial sàsom en kiselgel, polystyrenpar- tikel, glasvägg eller liknande.

15. Sätt att framställa en produkt enligt kravet 1, k ä n - n e t e c k n a t a v att en hydrofil polymer aktiveras med epoxi- eller vinylsulfongrupper eller genom införande av alde- hydgrupper, kopplas med tris(2-aminoetyl)amin och därefter be- 10 handlas med reagens valda ur grupperna a-haloalkanoat, a-halo- alkanoylhalogenid, ortoamino- eller hydroxysubstituerad aroma- tisk eller heteroaromatisk aldehyd, dialdehyd eller diketon och att för ringslutning av bildad gaffelformig ligand minst tvà terminala N sammanbindes med en brygga till en makrocyklisk li- l5 gand.

16. Sätt enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a t a v att den ringslutande bryggan bildas med ett bifunktionellt reagens till- hörande följande kategorier: bisepoxid, halohydrin, divinylsul- 20 fon, a,a1-haloketon, a-haloacylhalogenid, orto- och parakinon, dialdehyd, diketon, eventuellt följt av reduktion och alkyle- ring.