Способ получения гидрофильного геля

Способ получения гидрофильного геля

Реферат

 

Описывается способ получения гидрофильного геля для жидкостной хроматографии путем суспензионной поликонденсации водно-щелочного раствора полисахарида со сшивающим агентом в среде не смешивающегося с водой органического растворителя, содержащего стабилизатор суспензии, с последующим выделением целевого продукта, причем в водно-щелочной раствор полисахарида вводят сшивающий агент при температуре 4-9^oС. Способ позволяет получить декстрановый гель в виде гранул правильной сферической формы, обладающих осмотической стабильностью.

Изобретение относится к способу получения гидрофильного геля - хроматографического носителя, применяемого в лабораторной практике, медицинской и фармацевтической промышленности для очистки биологически активных веществ от примесей.

Известен ряд способов получения гидрофильных гелей для хроматографии, по которым водно-щелочные растворы полисахаридов (декстран, декстрин, гидроксиэтилцеллюлоза) диспергируют в несмешивающихся с водой стабилизированных органических средах, создавая трехмерную полимерную сетку в образовавшихся сферических частицах за счет реакции поликонденсации гидроксиметильных групп остатков глюкопиранозы со сшивающим агентом. После достаточно продолжительной выдержки (наиболее часто при 40-60^oС), проводимой для завершения реакции поликонденсации, полученные гидрофильные гели выделяют, промывают и высушивают.

В известном способе (пат. Швеции 358894, МКИ С 08 h 19/00, опубликован 13.08.1973) проводят поликонденсацию декстрана, декстрина или гидроксиэтилцеллюлозы с эпихлогидрином, используя в качестве органической несмешивающейся с водой среды толуол, о-дихлорбензол, дихлорметан, 1,2-дибромметан, 1,2-дихлорэтан, а в качестве стабилизатора дисперсии - поливинилацетат (ПВА) или ацетобутират целлюлозы. Процесс проводят, диспергируя в органической стабилизированной среде водно-щелочной раствор полисахарида и вводя затем в нее сшивающий агент (эпихлоргидрин, 1,2-3,4 диэпоксибутан или диглицидный эфир этиленгликоля). После введения сшивающего агента реакционную массу нагревают до 50^oС и выдерживают при перемешивании в течение 18 часов. После завершения реакции поликонденсации целевой продукт выделяют, промывают толуолом, этиловым спиртом и водой. Недостатком этого способа является необходимость многоступенчатой отмывки полученного целевого продукта, а также большая общая продолжительность процесса. Целевой продукт отмывают от ПВА соответствующим растворителем, чаще всего толуолом. Толуол, в свою очередь, удаляют путем промывки этиловым спиртом, от которого целевой продукт отмывают водой. Таким образом, процесс отмывки полученного гидрофильного геля состоит из трех стадий и при его осуществлении образуется большое количество стоков, утилизация которых требует дополнительных затрат.

По другому известному способу (пат. Англии 1087964, МКИ С 08 b 19/08, опубликован 18.10.1967) водно-щелочной раствор декстрана диспергируют в эпихлоргидрине, содержащем в качестве стабилизатора суспензии высшие жирные кислоты С₁₀-C₁₈. Далее реакционную смесь нагревают при перемешивании и оставляют на ночь для завершения реакции поликонденсации. Целевой продукт отделяют и промывают горячей (60-90^oС) дистиллированной водой. Из-за присутствия жирных карбоновых кислот в реакционной смеси расходуется большое количество горячей дистиллированной воды, что приводит к увеличению как энергозатрат, так и объема сточных вод. Кроме того, из-за присутствия жирных кислот в случае неполной отмывки от них целевого продукта он приобретает катионообменные свойства, что ухудшает его разделяющую способность как нейтрального гель-фильтра.

Еще один известный способ (пат. США, 4794177, МКИ С 08 В 37/02; В 01 D; С 02 F 1/28, опубликован 27.12.1988) близок по основным приемам осуществления к двум вышеописанным способам. В этом случае в водно-щелочной раствор полисахарида дополнительно вводят борогидрид натрия или обрабатывают полисахарид этим реагентом предварительно, что позволяет получить гидрофильные гели с более низким, чем обычно, содержанием карбоксильных групп, образующихся в процессе синтеза за счет окисления и ухудшающих разделительную способность этих гелей как нейтральных хроматографических носителей.

Известен наиболее близкий к заявленному способ, по которому суспензионную поликонденсацию водно-щелочного раствора декстрана и эпихлоргидрина проводят в среде эпихлоргидрина, содержащем в качестве стабилизатора суспензии линейные полимеры (главным образом поливинилбутираль /ПВБ/ и этилцеллюлоза), растворимые в эпихлоргидрине и этиловом спирте (пат. РФ 2076871, МКИ С 08 В 37/02, опубликован 10.04.1997). Способ позволяет сократить количество технологических стадий промывки и исключить образование большого количества промывных и сточных вод, сократить продолжительность процесса.

Однако для этого способа, как и для других, описанных выше, общим и наиболее существенным недостатком является весьма низкая осмотическая стабильность получаемых гелей, проявляющаяся в процессе эксплуатации при циклической гидравлической нагрузке.

Изобретение решает задачу ускорения процесса поликонденсации и получения декстранового геля в виде гранул правильной сферической формы с более высокой осмотической стабильностью.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения гидрофильного геля путем суспензионной поликонденсации водно-щелочного раствора полисахарида со сшивающим агентом в среде несмешивающегося с водой органического растворителя, содержащего стабилизатор суспензии, в водно-щелочной раствор полисахарида дополнительно вводят сшивающий агент. Введение сшивающего агента в водно-щелочной раствор полисахарида проводят при пониженной температуре.

Сущность предлагаемого способа получения гидрофильного геля состоит в суспензионной поликонденсации водно-щелочного раствора полисахарида со сшивающим агентом с дополнительным введением последнего в водно-щелочной раствор полисахарида до начала собственно суспензионной поликонденсации. При осуществлении способа могут быть использованы различные полисахариды, например декстран, декстрин, амилоза, а также различные сшивающие агенты: эпихлоргидрин, 1,2-3,4 диэпоксибутан, диглицидный эфир этиленгликоля и их смеси. В качестве органического несмешивающегося с водой растворителя используют эпихлоргидрин, толуол, 1,2-дихлорэтан, дихлорметан, другие органические растворители и их смеси.

Процесс получения гидрофильного геля по предлагаемому способу проводят следующим образом.

Полисахарид растворяют в водном растворе гидроокиси натрия и полученный водно-щелочной раствор охлаждают до температуры 4-9^oС, после чего добавляют к нему сшивающий агент и реакционную массу гомогенизируют путем механического перемешивания. Далее водно-щелочной раствор полисахарида с равномерно распределенным в нем сшивающим агентом диспергируют в органическом несмешивающимся с водой растворителе, содержащем сшивающий агент и стабилизатор суспензии, после чего температуру повышают (40-60^oС) и выдерживают реакционную смесь при перемешивании для завершения реакции поликонденсации. При этом продолжительность процесса по сравнению с известным способом сокращается на 15-30%. В качестве стабилизатора суспензии, предотвращающего агрегирование сферических частиц в процессе получения геля, используют линейные полимеры, растворимые в эпихлоргидрине и этиловом спирте (поливинилбутираль, этилцеллюлоза), а также поливинилацетат, ацетобутират целлюлозы, некоторые другие линейные полимеры и их смеси или жирные алифатические кислоты С₁₀-C₁₈ и их смеси, а также смесь жирной кислоты и линейного полимера. Для уменьшения содержания карбоксильных групп в полученных гидрофильных гелях используют добавку борогидрида натрия. После завершения выдержки и охлаждения реакционной массы целевой продукт отделяют от дисперсионной среды, промывают в зависимости от состава этой среды органическими растворителями и этиловым спиртом, отфильтровывают, высушивают и фракционируют.

Готовый продукт имеет размер частиц в пределах от 10 до 150 мкм. Выход готового продукта - количественный.

Полученные по предлагаемому способу гидрофильные гели, представляющие собой неагрегированные частицы белого цвета правильной сферической формы, подвергают гидравлическим испытаниям.

Испытания проводят на хроматографических колонках фирмы Pharmacia с внутренним диаметром 16 и высотой 200 мм, заполненных соответствующими гидрофильными гелями. Один испытательный цикл включает пропускание через слой геля со скоростью 0,5 см³/мин последовательно пяти колоночных объемов 0,5М фосфатного буферного раствора с рН 7,0 и дистиллированной воды. После завершения пяти циклов количество разрушенных гранул подсчитывают под микроскопом, выражая в % средний результат из трех подсчетов по 200 гранул.

По сравнению с гидрофильными гелями, полученными по известному способу, новые гидрофильные гели характеризуются более высокой осмотической стабильностью. Так, гидрофильные гели, полученные по известному способу, после пяти испытательных циклов, содержат от 2 до 4% разрушенных гранул. Для гидрофильных гелей, полученных по предлагаемому способу, количество разрушенных гранул не превышает 1%.

Изобретение иллюстрируют примеры.

Пример 1. 40 г декстрана растворяют в смеси 35 см³ дистиллированной воды и 25 см³ раствора гидроокиси натрия 5М концентрации. Полученный раствор охлаждают до 9^oС, после чего его смешивают с 1,64 см³ эпихлоргидрина, добиваясь получения гомогенного раствора. Приготовленный раствор добавляют при температуре 30^oС при перемешивании к заранее приготовленному 3%-ному раствору поливинилбутираля в эпихлоргидрине (12,42 г поливинилбутираля на 340 см³ эпихлоргидрина). Скорость перемешивания регулируют таким образом, чтобы размер частиц дисперсии находился главным образом в пределах 10-50 мкм. Далее реакционную смесь нагревают до 40^oС и выдерживают при перемешивании в течение 1 ч. Затем производят нагревание реакционной массы до 50^oС, выдерживают при этой температуре в течение 2 ч, затем нагревают реакционную массу до 60^oС и выдерживают при указанной температуре в течение 2 ч.

Реакционную массу охлаждают и отфильтровывают, отделяют дисперсионную среду от целевого продукта - гидрофильного декстранового геля. Далее полученный гель переносят в химический стакан вместимостью 0,5 дм³, добавляют 0,3 дм³ этилового спирта и тщательно перемешивают, после отстаивания в течение 15 мин этиловый спирт декантируют, Промывку этиловым спиртом проводят еще два раза (по 0,3 дм³), отработанный этиловый спирт направляют на регенерацию перегонкой. Отмытый от эпихлоргидрина и ПВБ гидрофильный гель, о чем свидетельствует отсутствие агрегированных частиц, отфильтровывают под вакуумом от водоструйного насоса.

Полученный гидрофильный гель высушивают в течение 12 ч на воздухе, а затем в вакуум-сушильном шкафу при 60^oС в течение 4 ч.

Готовый продукт имеет удельный объем в воде 8,1 см³/г и водоудерживающую способность 4,0 г воды/г сухого продукта. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 0,5%.

Пример 2 (сравнительный). 40 г декстрана растворяют в смеси 35 см³ дистиллированной воды и 25 см³ раствора гидроокиси натрия 5М концентрации. Приготовленный водно-щелочной раствор декстрана подвергают дальнейшей обработке в соответствии с примером 1, лишь с той разницей, что реакционную массу выдерживают при 40^oС 2 ч, при 50^oС 2 ч и при 60^oС 3 ч.

Готовый продукт имеет удельный объем в воде 8,2 см³/г и водоудерживающую способность 4,0 г воды/г сухого продукта. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 3,0%.

Пример 3. 800 г декстрана растворяют в 800 см³ дистиллированной воды, смешивают с 400 см³ раствора гидроокиси натрия 5М концентрации, охлаждают до 4^oС и добавляют 3,5 см³ эпихлоргидрина. Смесь гомогенизируют и добавляют при перемешивании к заранее приготовленному раствору ПВБ (180 г) и этилцеллюлозы (60 г) в 7,0 дм³ эпихлоргидрина. Далее процесс проводят в соответствии с примером 1. Готовый продукт имеет удельный объем в воде 9,2 см³/г и водоудерживающую способность 4,5 г воды/г сухого геля. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 1,0%.

Пример 4. 100 г декстрина растворяют в 200 см³ дистиллированной воды, смешивают со 125 см³ раствора гидроокиси натрия 5М концентрации, охлаждают до 6^oС и смешивают с 2,05 см³ эпихлоргидрина. Приготовленный раствор диспергируют при 50^oС в растворе 15 г ацетобутирата целлюлозы в 500 см³ 1,2-дихлорэтана. В реакционную смесь вводят 40 см³ эпихлоргидрина и выдерживают ее при 50^oС при перемешивании в течение 6 ч. После охлаждения реакционную массу отфильтровывают, промывают последовательно 1,2-дихлорэтаном и этанолом. Далее полученный гидрофильный гель обрабатывают в соответствии с примером 1. Готовый продукт имеет удельный объем в воде 9,7 см³/г и водоудерживающую способность 4,8 г воды/г сухого геля. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 1,0%.

Пример 5. 50 г декстрана растворяют в 50 см³ дистиллированной воды, смешивают с 4 см³ раствора гидроокиси натрия 2М концентрации, охлаждают до 4^oС, вводят 1,5 см³ эпихлоргидрина и тщательно перемешивают. Приготовленную смесь диспергируют в 100 см³ 1,2-дихлорэтана, содержащем 3 г растворенного в нем ацетобутирата целлюлозы, вводят 10 г 1,2-3,4-диэпоксибутана, нагревают реакционную смесь до 50^oС и выдерживают при перемешивании в течение 6 ч. Далее обработку проводят в соответствии с примером 4. Готовый продукт имеет удельный объем 10,1 см³/г и водоудерживающую способность 5,0 г воды/г сухого геля. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 1,0%.

Пример 6. 40 г декстрана растворяют в 25 см³ дистилированной воды, смешивают с 35 см³ раствора гидроокиси натрия 5М концентрации, охлаждают до 9^oС, вводят 1,5 г диглицидного эфира этиленглиноля и тщательно перемешивают. Далее процесс проводят в соответствии с примером 1. Готовый продукт имеет удельный объем в воде 3,5 см³/г и водоудерживающую способность 1,7 г воды/г сухого геля. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 0,5%.

Пример 7. 60 г декстрана растворяют в 40 см³ дистиллированной воды, смешивают с 47,5 см³ раствора гидроокиси натрия 5М концентрации, охлаждают до 9^oС, вводят 1,5 см³ эпихлоргидрина и тщательно перемешивают. Смесь диспергируют при 50^oС в заранее приготовленном растворе, содержащем 125 см³ дихлорэтана, 5 г ацетобутирата целлюлозы и 40 г диглицидного эфира этиленгликоля. Поликонденсацию проводят при 50^oС в течение 6 ч и далее проводят обработку в соответствии с примером 4. Готовый продукт имеет удельный объем в воде 4,2 см³/г и водоудерживающую способность 2,1 г воды/г сухого геля. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 0,5%.

Пример 8. 25 г декстрана и 2,75 г NaOH растворяют в 37,5 см³ дистиллированной воды, охлаждают до 4^oС, добавляют 1,0 см³ эпихлоргидрина и тщательно перемешивают. Полученный раствор диспергируют при комнатной температуре в 300 см³ эпихлоргидрина, содержащего 0,2% пальмитиновой кислоты. Перемешивание продолжают в течение 6 ч, затем избыток эпихлоргидрина отфильтровывают, а полученный гидрофильный гель диспергируют в 1 дм³ горячей (60-90^oС) дистиллированной воды. Набухшие в воде гранулы гидрофильного геля повторно промывают дистиллированной водой, а затем этанолом. Далее полученный гель высушивают в соответствии с примером 1. Готовый продукт имеет удельный объем в воде 4,5 см³/г и водоудерживающую способность 2,2 г воды/г сухого геля. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 0,5%.

Пример 9. 100 г декстрана растворяют в 390 см³ дистиллированной воды, содержащей 11,8 г растворенной в ней гидроокиси натрия, добавляют 1 г тонко измельченного борогидрида натрия, после чего смесь гомогенизируют и оставляют на 2 ч. Далее смесь охлаждают до 6^oС и вводят в нее при перемешивании 2,0 см³ эпихлоргидрина. Приготовленный раствор медленно добавляют при перемешивании в реактор, содержащий 1 л толуола с растворенными в нем 30 г поливинилацетата и 3 г олеиновой кислоты. Реакционную массу нагревают до 50^oС и добавляют в нее 50 см³ эпихлоргидрина. Процесс продолжают при указанной температуре и перемешивании в течение 6 ч. Реакционную массу охлаждают, отфильтровывают и обрабатывают далее в соответствии с примером 4. Готовый продукт имеет удельный объем в воде 15,0 см³/г и водоудерживающую способность 7,5 г воды/г сухого геля. Содержание карбоксильных групп, определенное путем титрования, составляет 4,1 мкмоль/г. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 1,0%.

Пример 10. 400 г амилозы растворяют в 800 см³ раствора гидроокиси натрия 2М концентрации, охлаждают до 6^oС, вводят 10 см³ эпихлоргидрина и тщательно перемешивают. Приготовленный раствор диспергируют в 7 дм³ толуола, содержащего 220 г растворенного в нем поливинилбутираля, нагревают смесь до 50^oС, вводят 200 см³ эпихлоргидрина и выдерживают при перемешивании в течение 6 ч. Дальнейшую обработку проводят в соответствии с примером 4. Готовый продукт имеет удельный объем 18,2 см³/г и водоудерживающую способность 9,0 г воды/г сухого геля. Количество разрушенных гранул после пяти испытательных циклов 1,0%.

Формула изобретения

Способ получения гидрофильного геля для жидкостной хроматографии путем суспензионной поликонденсации водно-щелочного раствора полисахарида со сшивающим агентом в среде не смешивающегося с водой органического растворителя, содержащего стабилизатор суспензии, с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в водно-щелочной раствор полисахарида вводят сшивающий агент при температуре 4-9^oС.