Способ получения тиолсодержащих сорбентов

Способ получения тиолсодержащих сорбентов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.