СЕЛЕКТИВНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ НИТРОЗОСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2017 года по МПК B01D15/26 A24B15/24 B01J20/26 B01J20/28 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу удаления нитрозосодержащих соединений из материала, содержащего такие соединения. В одном варианте осуществления оно относится к пористым шарикам абсорбирующего материала и к их применению для удаления нитрозосодержащих соединений из содержащего их материала. Оно также относится к способам получения шариков с помощью суспензионной полимеризации. Оно также относится к табаку и его производным, в которых содержание нитрозосодержащих соединений уменьшено по сравнению с никотином с помощью способов или с применением пористых шариков, предлагаемых в настоящем изобретении.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В табачной промышленности сорбенты используют для селективного количественного определения опасных соединений, содержащихся в продуктах на основе табака или удаления таких соединений из таких продуктов и эти соединения изначально содержатся в самих свежих листьях табака или образуются при обработке продукта (например, при завяливании) или его потреблении (например, путем курения или жевания). Примерами таких соединений являются нитрозосодержащие соединения, такие как нитрозамины, в особенности нитрозосоединения, известные, как специфические для табака нитрозамины (“СТНА”) и их предшественники. СТНА включают:

4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1 -бутанон (“NNK”),

4-(метилнитрозамино)-4-(3-пиридил)бутаналь (“NNA”),

N-нитрозонорникотин (“NNN”),

N-нитрозоанабазин (“NAB”),

N-нитрозоанатабин (“NAT”),

4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанол (“NNAL”),

4-(метилнитрозамино)-4-(3-пиридил)-1-бутанол (“изо-NNAL”) и

4-(метилнитрозамино)-4-(3-пиридил)бутановую кислоту (“изо-NNAC”).

Материалы, полученный с помощью молекулярного впечатывания (молекулярно впечатанные полимеры или “МВП”), являются полимерами, содержащими центры, которым придана способность селективно связываться с целевыми соединениями.

Предпринята попытка удаления никотина из табачного дыма с использованием МВП, как это описано в публикации Liu, Y., et al., Molecularly imprinted Solid-Phase Extraction Sorbent for Removal of Nicotine from Tobacco Smoke, Analytical Letters, Vol. 36, No. 8, pp. 1631-1645 (2003). МВП, описанные в этой публикации разработаны для связывания никотина, а не нитрозаминов. Остается неясным, действительно ли МВП является селективным по отношению к никотину, поскольку в научной методике, использованной для получения данных, отсутствовали основные проверочные элементы.

В WO 2005/112670, раскрытие которой включено в настоящее изобретение в качестве ссылки, раскрыты МВП, которые более селективны по отношению к СТНА, чем по отношению к никотину. А именно, при взаимодействии со смесью СТНА и никотина МВП адсорбируют пропорционально больше СТНА, чем никотина. МВП получают путем полимеризации кислого или сильно кислого мономера, такого как метакриловая кислота (“МАА”), трифторметакриловая кислота (“TFMAA”), 4-винилбензойная кислота или 4-винилбензолсульфоновая кислота, с использованием сшивающего реагента, такого как этиленгликольдиметакрилат (“ЭДМА”), триметилолпропантриметакрилат (ТРИМ) или пентаэритриттетраакрилат, в присутствии молекулы-шаблона, такой как 4-(метилпропениламино)-1-пиридин-3-илбутан-1-ол (“4МРАРВ”) или пиридинкарбинол. Полученные материалы описаны в примерах, как находящиеся в порошкообразной форме, полученной измельчением и размолом твердого полимера.

В WO 2008/068153, раскрытие которой включено в настоящее изобретение в качестве ссылки, также раскрыты МВП, селективные по отношению к СТНА, которые получены путем полимеризации нейтральных мономеров, таких как 2-гидроксиэтилметакрилат (“ГЭМА”), с гидрофобными сшивающими реагентами, такими как ЭДМА, в присутствии молекулы-шаблона, такой как енаминовый, амидный или сульфонамидный аналог СТНА. В WO 2008/068153 для сопоставления также раскрыт не подвергнутый молекулярному впечатыванию полимер ГЭМА и ЭДМА. Полимеры описаны в примерах, как находящиеся в форме монолита, который можно измельчить и размолоть в порошок.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению было установлено, что некоторые не подвергнутые молекулярному впечатыванию полимеры (“НВП”), которые в широком смысле включают не подвергнутые молекулярному впечатыванию полимеры некислотного мономера (например, моноалкенильного мономера) и сшивающего реагента (например, ди-, три- или полиалкенильного мономера), содержащих полярные функциональные группы, один мономер или сшивающий реагент является гидрофильным, другой является гидрофобным, можно использовать для удаления одного или большего количества нитрозосодержащих соединений из материала, содержащего соединение или соединения.

Одним объектом настоящего изобретения является способ селективного удаления нитрозосодержащего соединения из материала, содержащего соединение, указанный способ включает взаимодействие материала с не подвергнутым молекулярному впечатыванию полимером некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной.

НВП также могут быть применимы для селективного удаления нитрозосодержащих соединений из их смесей с никотином. Другим объектом настоящего изобретения является способ селективного удаления нитрозосодержащего соединения из материала, содержащего соединение и никотин, указанный способ включает взаимодействие материала с селективно адсорбирующим не подвергнутым молекулярному впечатыванию полимером некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной.

Никотин формулы

,

как можно видеть, содержит гетероароматический и гетероциклоалифатический атомы азота, но не содержит в своей молекулы нитрозо-, карбонильную, гидроксильную или карбоксилатную группы. Предполагается, хотя настоящее изобретение не зависит от этой теории, что применение сополимера, полученного из мономеров, которые обладают разной гидрофобностью, приводит к конфигурации участков или доменов, которые предпочтительно связываются с неполярными фрагментами соответствующих небольших молекул, и участков или доменов, с которыми полярные фрагменты соответствующих небольших молекул могут легче связаться и, возможно, образовать водородные связи, эти участки или домены приводят к наблюдаемым различиям в адсорбции без необходимости молекулярного впечатывания.

Другим объектом настоящего изобретения являются пористые шарики из не подвергнутого молекулярному впечатыванию полимера некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, и дополнительно содержащего остатки поливинилового спирта.

Настоящее изобретение также относится к способу получения шариков полимера некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, и дополнительно содержащего остатки поливинилового спирта, способ включает суспензионную полимеризацию (а) мономерной фазы, содержащей порообразователь, инициатор, некислотный мономер и сшивающий реагент, содержащие полярные функциональные группы, и (b) водной фазы, содержащей поливиниловый спирт в таком количестве, что остатки поливинилового спирта находятся в шариках в количестве, эффективном для промотирования селективности.

Установлено, что условия для суспензионной полимеризации, которые эффективны для получения полимерных шариков, обладающих селективностью по отношению к нитрозосоединениям, в особенности по отношению к СТНА по сравнению с никотином, являются более требовательными, чем условия для обычной блок-полимеризации. Предполагается (хотя настоящее изобретение не зависит от этой теории), что комбинация относительно больших количеств нерастворимого в воде инициатора и относительно больших количеств поливинилового спирта приводит к тому, что остатки поливинилового спирта прививаются к полученному полимеру. Предполагается, что эти остатки вместе со свободными радикалами, образующимися из относительно больших количеств инициатора, которые промотируют прививку, по меньшей мере частично определяют селективность и также могут влиять на характеристики полимера, например, приводить к укорачиванию цепей и увеличению степени сшивки. Хотя поливиниловый спирт известен, как диспергирующее средство при суспензионной полимеризации виниловых и дивиниловых мономеров, например, в присутствии толуола в качестве неводного растворителя для смеси мономеров, его способность промотировать селективность по отношению к нитрозосоединениям ранее не описана. Okay et al., J. App. Polymer Sci., 46, 401-410 раскрыли получение сополимерных шариков 2-гидроксиэтилметакрилата и этиленгликольдиметакрилата. Полимеризацию проводят в 20% водном растворе хлорида натрия с бентонитом в комбинации с желатином в качестве стабилизатора суспензии и с 1,5 мас. % бензоилпероксида в качестве инициатора. Не ожидается, что эти шарики обладают такой же селективностью, как описанные в настоящем изобретении. Кроме того, установлено, что водные среды, не содержащие растворимых солей, эффективны для получения шариков, обладающих указанной выше селективностью.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к молекулярно впечатанным пористым шарикам полимера некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, и дополнительно содержащего остатки поливинилового спирта.

Для получения молекулярно впечатанных полимерных шариков настоящее изобретение включает суспензионную полимеризацию некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, в присутствии структурного аналога СТНА и поливинилового спирта с получением молекулярно впечатанного полимера, связанного со структурным аналогом СТНА и содержащего остатки поливинилового спирта, и удаление структурного аналога СТНА из шариков.

Материалы, из которых удаляют нитрозосоединения, могут содержать только нитрозосоединения или содержать их вместе с другими соединениями, включая никотин. В некоторых вариантах осуществления материал содержит табак (этот термин включает листья табака, средние жилки табачных листьев, заменители табака и смеси табака и заменителей табака). В другом варианте осуществления материал содержит производные табака, включая, например, экстракт табака, полученный взаимодействием табака с растворителем. Другими примерами производных табака являются дым или аэрозоль, образующийся при горении или термическом разложении табака. В этих случаях материал обычно содержит никотин вместе с нитрозосоединениями, а именно, СТНА.

В одном варианте осуществления, например, табак можно обработать водой или другой экстрагирующей жидкостью с получением экстракта; экстракт можно обработать полимером, определенным выше; и материал, оставшийся в экстракте, можно повторно объединить с табаком. Полимер можно промыть после обработки экстракта и никотин извлечь из промывочных растворов, и никотин, содержавшийся в промывочных растворах повторно объединить с обработанной жидкостью.

Настоящее изобретение также относится к сигарете или другому продукту, содержащему табачный материал, в котором уменьшено содержание нитрозаминов по сравнению с никотином, уменьшение проведено путем обработки табачного материала водой или другой экстрагирующей жидкостью с получением экстракта; обработки экстракта селективно адсорбирующим не подвергнутым молекулярному впечатыванию полимером некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной; и объединение материала, оставшегося в экстракте, с табачным материалом.

Настоящее изобретение также относится к набору, включающему шарики полимера некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, полимер содержит остатки поливинилового спирта и более селективен по отношению по меньшей мере к одному нитрозосодержащему соединению, чем по отношению к никотину, и дополнительно включающий один или большее количество следующих объектов:

(a) инструкции по применению шариков для проведения по меньшей мере одного из следующих действий: анализа, обнаружения, количественного определения, отделения, экстракции, уменьшения содержания или удаления нитрозосодержащих соединений, содержащихся в образце;

(b) колонку для твердофазной экстракции (“ТФЭ”), хроматографии или другой методики фильтрования;

(c) некоторое количество любых из указанных выше шариков, разделенное на отдельные порции, пригодные для загрузки в колонку для фильтрования;

(d) колонку для ТФЭ, хроматографии или другого фильтрования, заполненную некоторым количеством любых из указанных выше шариков;

(e) реагенты для кондиционирования колонки;

(f) реагенты для элюирования колонки и регенерации шариков; и

(g) один или большее количество следующих объектов: шпатель, мерный цилиндр, стакан или другое средство для операций с ингредиентами.

В частности, к указанным выше шарикам или набору или другому применению, указанному в настоящем изобретении, может относиться одно или большее количество из следующих:

(a) шарики могут содержать остатки поливинилового спирта;

(b) шарики могут быть молекулярно впечатанными для удаления нитрозосодержащих соединений из содержащего их материала;

(c) шарики могут удалять нитрозосодержащие соединения из содержащего их материала, но не являются молекулярно впечатанными;

(d) некислотный мономер можно выбрать из группы, включающей 2-гидроксиэтилметакрилат (ГЭМА), 2-гидроксипропилметакрилат, 3-гидроксипропилметакрилат, глицеринмоноакрилат, глицеринмонометакрилат, 2-(4-винилфенил)-1,3-пропандиол, акриламид, N-метилакриламид и их смеси, и сшивающий реагент является гидрофобным;

(e) сшивающий реагент можно выбрать из группы, включающей этиленгликольдиметакрилат (ЭДМА), триметилолпропантриметакрилат (“ТРИМ”), тетраметиленгликольдиметакрилат, N,N'-метиленбисакриламид, N,N'-этиленбисакриламид, N,N'-бутиленбисакриламид, N,N'-гексаметиленбисакриламид и их смеси;

(f) некислотный мономер можно выбрать из группы, включающей стирол, метилстирол, этилстирол, 2-винилпиридин, винилтолуол, этилгексилакрилат (ЭГА), бутилметилакрилат (БМА), метилметакрилат и их смеси, и сшивающий реагент является гидрофильным;

(g) сшивающий реагент можно выбрать из группы, включающей N,N'-метиленбисакриламид, ди(этиленгликоль)диметакрилат (“ДЭДМА”), пентаэритриттетраакрилат, три(этиленгликоль)диметакрилат, тетра(этиленгликоль)диметакрилат, поли(этиленгликоль)диметакрилат и пентаэритриттриакрилат (ПЭТРА) и их смеси;

(h) полимером может быть сополимер 2-гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА) и гидрофобного сшивающего реагента;

(i) полимером может быть сополимер 2-гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА) и этиленгликольдиметакрилата (ЭДМА);

(j) полимером может быть сополимер 2- или 3-гидроксипропилметакрилата (ГПМА) и гидрофобного сшивающего реагента;

(k) полимером может быть сополимер 2- или 3-гидроксипропилметакрилата (ГПМА) и этиленгликольдиметакрилата (ЭДМА);

(l) фрагменты сшивающего реагента в полимере могут находиться в молярном избытке по отношению к количеству фрагментов мономера; или

(m) фрагменты сшивающего реагента и мономера могут содержаться в полимере в молярном отношении, составляющем от 3:1 до 10:1; или

(n) молярное отношение фрагментов сшивающего реагента и некислотного мономера в полимере может составлять от 4:1 до 6:1.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В приведенных ниже примерах описаны конкретные варианты осуществления НВП и их применение, но только в качестве примеров и для иллюстрации, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:

на фиг. 1 приведен вид сбоку частичного продольного сечения с разрывом курительного изделия с фильтром для табачного дыма, предлагаемым в настоящем изобретении;

на фиг. 2 приведен аналогичный представленному на фиг. 1 вид курительного изделия с альтернативным фильтром для табачного дыма, предлагаемым в настоящем изобретении;

на фиг. 3 приведено продольное сечение колонки, использованной для хроматографического или твердофазного разделения, включенной в набор;

фиг. 4а-4г графически иллюстрируют некоторые из данных, приведенных в примере 11;

фиг. 5 и 6 графически иллюстрируют некоторые из данных, приведенных в примере 12;

фиг. 7а, 7б, 8а-8г, 9а, 9б и 10 графически иллюстрируют некоторые из данных, приведенных в примере 13.

На чертежах сходные элементы обозначены одинаковыми номерами. Если не указано иное, то материалы, указанные в примерах, имеются в продаже или можно получить по обычным методикам.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Полимеры

Термин “некислотный” включает нейтральные, щелочные и основные соединения. Мономер-предшественник полимера является некислотным. Он может быть щелочным или основным, но использование основных гидрофильных полимеров может привести к затруднениям при изготовлении, в особенности при образовании полимерных шариков. Поэтому предпочтительно, чтобы мономеры-предшественники НВП были нейтральными. Соединение обычно считается нейтральным, если оно не обладает зарядом и неспособно отдавать или присоединять протон, или если оно обладает значением рН, равным или близким к 7 (например, 6,5-7,5).

Химические структуры НВП сходны со структурами всех сшитых полимеров в том отношении, что каждый НВП состоит из множества аналогичных групп атомов или молекул, обладающих относительно низкой молекулярной массой, связанных друг с другом в каркасе молекулы с образованием более крупных молекул, обладающих намного большей молекулярной массой. В структуре каждый фрагмент соответствует материалу, который обычно используют для получения полимера, но отличается от него в основном тем, что внутренняя связь в мономере перегруппирована с образованием связей между фрагментами в полимере. НВП включают фрагменты по меньшей мере двух типов, по структуре соответствующих структуре некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной.

Хотя НВП можно считать не подвергнутыми молекулярному впечатыванию полимерами предшественников, включающих мономер и сшивающий реагент, который способен к полимеризации с мономером, любое описание НВП в настоящем изобретении со ссылкой на мономеры, которые обладают структурами, которые соответствуют или аналогичны фрагментам, из которых состоят НВП и которые способны к сополимеризации, не следует интерпретировать, как означающее, что для производства или получения НВП использует или следуют использовать какую-либо конкретную методику или способ.

Эти два фрагмента НВП могут соответствовать мономеру и сшивающему реагенту, которые способны к сополимеризации по любому механизму, включая свободнорадикальную полимеризацию, такую как происходящая при полимеризации ненасыщенных соединений, или поликонденсацию, такую как происходящая при образовании сложных полиэфиров или полиамидов. Мономер обычно содержит одну функциональную группу, которая способна к полимеризации; сшивающий реагент обычно содержит множество функциональных групп, способных к полимеризации.

Если мономер и сшивающий реагент являются ненасыщенными, то мономер может быть моно- или полиненасыщенным, обычно ненасыщенным элементом является одна двойная углерод-углеродная связь. Сшивающий реагент может быть полиненасыщенным (например, содержать 2 или 3, 4, 5 или большее количество кратных связей), обычно содержащим две или большее количество двойных углерод-углеродных связей.

Ненасыщенные фрагменты в мономере и сшивающем реагенте могут содержаться по отдельности в виде алкенильной или акриловой функциональной группы. Примерами алкенильных функциональных групп являются алкенильные группы, содержащие 1-10 или 1-6 атомов углерода, в частности, винильная, винилиденовая, аллильная и изопропинильная группы. Примерами акриловых функциональных групп являются неалкилированные и алкилированные акрилоильные группы, такие как акрилатная, метакрилатная и этакрилатная группы. Например, мономер может быть моноалкенильным и сшивающий реагент может быть ди-, три-, или полиалкенильным.

Гидрофильные и гидрофобные характеристики НВП могут быть приданы с помощью любого из их предшественников, т.е. сшивающим реагентом или мономером. Например, НВП могут представлять собой полимеры некислотного гидрофильного мономера и гидрофобного сшивающего реагента. Альтернативно НВП могут представлять собой полимеры некислотного гидрофобного мономера и гидрофильного сшивающего реагента.

Гидрофобные и гидрофильные характеристики соединения, например, НВП, мономера или сшивающего реагента, отражают полярность молекулярной структуры соединения, которая, в свою очередь, обусловлена неравномерным распределением электронов между атомами или группами, которые расположены одна за другой в молекуле. Если один атом обладает большей электроотрицательностью, чем другой, то он притягивает большее количество электронов связи, чем соседний, и образует электрический диполь. Например, если атом углерода связан с атомом галогена, кислорода или азота, то атом углерода обладает меньшим количеством электронов и поэтому обладает частичным положительным зарядом, а соседний атом обладает частичным отрицательным зарядом. Образовавшиеся в молекуле диполи влияют на взаимодействие с другими молекулами. Например, вследствие полярности молекулы воды (Н₂О), полярные молекулы обычно могут диссоциировать в воде и поэтому обычно являются более гидрофильными, чем неполярные молекулы.

Мономер может быть гидрофобным или гидрофильным, выбранным в соответствии с гидрофильным или гидрофобным характером сшивающего реагента.

В некоторых вариантах осуществления фрагменты сшивающего реагента в полимере находятся в молярном избытке по отношению к количеству фрагментов некислотного мономера. Такое молярное отношение фрагментов сшивающего реагента и некислотного мономера соответственно может составлять от 3:1 до 10:1, в других вариантах осуществления от 4:1 до 6:1.

Мономеры, содержащие полярные функциональные группы (такие как гидроксигруппу, амидную, имидную, аминогруппу, галоген, гидроксиалкильные или галогеналкильные группы, например, C₁-С₆-гидроксиалкильные группы, простые эфирные или сложноэфирные группы), могут быть особенно подходящими в комбинации с гидрофобным сшивающим реагентом. Мономер может, например, представлять собой акриловое соединение, такое как акриламид, метакриламид, N-метилакриламид. Мономер также можно выбрать из числа частично этерифицированных акриловых эфиров многоатомных спиртов, таких как 2-гидроксиэтилметакрилат (ГЭМА), глицеринмоноакрилат и глицеринмонометакрилат, или из числа алкенильных соединений, содержащих полярные функциональные группы, например, 2-(4-винилфенил)-1,3-пропандиол. Также можно использовать смеси любых из указанных выше.

В комбинации с гидрофильным сшивающим реагентом можно использовать некислотный гидрофобный мономер, такой как стирол. Можно использовать гидрофобные мономеры, содержащие полярные функциональные группы, такие как 2-этилгексилакрилат (“ЭГА”), бутилметилакрилат (“БМА”), винилпиридин, или метилметакрилат.

Так, в одном варианте осуществления некислотный мономер можно выбрать из группы, включающей 2-гидроксиэтилметакрилат (ГЭМА), 2-гидроксипропилметакрилат, 3-гидроксипропилметакрилат, глицеринмоноакрилат, глицеринмонометакрилат, 2-(4-винилфенил)-1,3-пропандиол, акриламид, метакриламид, N-метилакриламид, диэтиламиноэтилметакрилат (ДЭАЭМ) и их смеси, и сшивающий реагент может быть гидрофобным. В этом случае сшивающий реагент можно выбрать из группы, включающей этиленгликольдиметакрилат (ЭДМА), триметилолпропантриметакрилат (“ТРИМ”), тетраметиленгликольдиметакрилат, N,N'-метиленбисакриламид, N,N'-этиленбисакриламид, N,N'-бутиленбисакриламид, N,N'-гексаметиленбисакриламид и их смеси. В другом варианте осуществления мономер можно выбрать из группы, включающей стирол, метилстирол, этилстирол, 2-винилпиридин, винилтолуол, этилгексилакрилат (ЭГА), бутилметилакрилат (БМА), метилметакрилат и их смеси, и сшивающий реагент может быть гидрофильным. В последнем случае сшивающий реагент можно выбрать из группы, включающей N,N'-метиленбисакриламид, ди(этиленгликоль)диметакрилат (“ДЭДМА”), пентаэритриттетраакрилат, три(этиленгликоль)диметакрилат, тетра(этиленгликоль)диметакрилат, поли(этиленгликоль)диметакрилат и пентаэритриттриакрилат (ПЭТРА) и их смеси.

В некоторых вариантах осуществления полимером является сополимер 2-гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА) и гидрофобного сшивающего реагента, например, сополимер 2-гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА) и этиленгликольдиметакрилата (ЭДМА). Им также может быть сополимер 2- или 3-гидроксипропилметакрилата (ГПМА) и гидрофобного сшивающего реагента например, сополимер 2- или 3-гидроксипропилметакрилата (ГПМА) и этиленгликольдиметакрилата (ЭДМА).

В одном варианте осуществления мономером является некислотный мономер, не представляющий собой ГЭМА.

В другом варианте осуществления мономер представляет собой комбинацию ГЭМА и по меньшей мере одного другого способного к полимеризации мономера, такого как любой из мономеров, перечисленных выше.

Сшивающий реагент может быть мономерным или полимерным. Он может быть гидрофобным или гидрофильным, выбранным в соответствии с гидрофильным или гидрофобным характером мономера. Он предпочтительно содержит по меньшей мере несколько полярных функциональных групп. Можно использовать сшивающие реагенты, содержащие по меньшей мере одну полярную функциональную группу в молекуле (такую как гидроксигруппу, амидную, аминогруппу, имидную, простую эфирную, сложноэфирную, гидроксиалкильную или галогеналкильную, например, С₁-С₆ гидроксиалкильную или галогеналкильную группу. Например, сшивающим реагентом может быть акриловое соединение, такое как акриловый эфир, в частности, полиакриловый эфир многоатомного спирта, такой как ЭДМА или триметилолпропантриметакрилат (“ТРИМ”), тетраметиленгликольдиметакрилат, ди(этиленгликоль)диметакрилат (“ДЭДМА”) или пентаэритриттетраакрилат. Можно использовать акриламиды, такие как N,N'-метиленбисакриламид, N,N'-этиленбисакриламид, N,N'-бутиленбисакриламид и N,N'-гексаметиленбисакриламид. В зависимости от количества и типа полярных функциональных групп, содержащихся в молекуле, указанные выше сшивающие реагенты по характеристикам находятся в диапазоне от умеренно гидрофобных, например, ЭДМА и ТРИМ, до гидрофильных, например, ДЭДМА. Другие гидрофильные сшивающие реагенты, которые можно использовать, включают три(этиленгликоль)диметакрилат, тетра(этиленгликоль)диметакрилат, поли(этиленгликоль)диметакрилат и пентаэритриттриакрилат (ПЭТРА). Также можно использовать смеси указанных выше сшивающих реагентов.

В одном варианте осуществления сшивающим реагентом является соединение, не представляющее собой ЭДМА.

В другом варианте осуществления сшивающий реагент представляет собой комбинацию ЭДМА и по меньшей мере одного другого сшивающего реагента, такого как сшивающие реагенты, перечисленные выше.

Не подвергнутый молекулярному впечатыванию сополимер 2-гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА), который является нейтральным, и этиленгликольдиметакрилат (ЭДМА) представляет особый интерес. Другие представляющие интерес НВП включают следующие:

(i) не подвергнутые молекулярному впечатыванию полимеры ГЭМА и сшивающего реагента, выбранные из группы, включающей ТРИМ, тетраметиленгликольдиметакрилат, пентаэритриттетраакрилат, N,N'-метиленбисакриламид, N,N'-этиленбисакриламид, N,N'-бутиленбисакриламид, N,N'-гексаметиленбисакриламид и ДЭДМА, и

(ii) не подвергнутые молекулярному впечатыванию полимеры мономера, выбранного из группы, включающей акриламид, метакриламид, N-метилакриламид, глицеринмоноакрилат, глицеринмонометакрилат, 2-(4-винилфенил)-1,3-пропандиол, метилметакрилат (“ММА”), N-винилпирролидон (“NVP”), диэтиламиноэтилметакрилат (“ДЭАЭМ”), стирол, этилгексилакрилат (“ЭГА”), бутилметакрилат (“БМА”) и винилпиридин, и сшивающего реагента, выбранного из группы, включающей ЭДМА, ТРИМ, тетраметиленгликольдиметакрилат, пентаэритриттетраакрилат, N,N'-метиленбисакриламид, N,N'-этиленбисакриламид, N,N'-бутиленбисакриламид, N,N'-гексаметиленбисакриламид, ДЭДМА три(этиленгликоль)диметакрилат, тетра(этиленгликоль)диметакрилат, поли(этиленгликоль)диметакрилат и пентаэритриттриакрилат (ПЭТРА).

НВП могут находится в любой твердой форме, походящей для выбранного назначения, например, гранулы, порошки, шарики, монолиты, формованные изделия, волокна, бумага или ткани.

Шарики

В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к шарикам полимера некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной.

Использование полимеризующегося мономера и сшивающего реагента для получения полимера часто может дать полимер, обладающий молекулярной структурой в виде сетки из разветвленных и взаимосвязанных молекулярных цепей. Молекулярные сетки такого типа дают готовый полимер, обладающий относительно низкой способностью к набуханию. Способность полимера к набуханию является мерой количества жидкого материала, которое может впитать полимер, обычно выражаемой в мас. %. Низкая способность к набуханию (например, составляющая менее 100%) желательна, когда полимер необходимо использовать для анализа или экстракции.

Если полимеры предназначены для использования в селективном разделении веществ, они предпочтительно находятся в форме пористого твердого материала, например, пористых гранул или шариков.

Пористость материала может быть такой, что площадь поверхности БЭТ (определенная по изотерме Брунауэра - Эметта - Теллера) находится в любом диапазоне, обладающем верхним предельным значением, равным, например, 1200, 1000, 800, 600, 500 или 400 м²/г, и нижним предельным значением, равным, например, 100, 200, 300, 400 500 или 600 м²/г. Площадь поверхности может, например, находиться в любом из следующих диапазонов: 200-1000, 300-800, 300-600 или 200-500 м²/г. Варианты осуществления обладают площадью поверхности БЭТ, равной 20-500 м²/г, например, 50-500 м²/г, и/или объемом пор, равным 0,2-1,5 мл/г, например, 0,5-1,5 мл/г. Средние диаметры пор могут равняться 30-300 Å, например, 0-200 Å.

Мономер, сшивающий реагент и условия проведения полимеризации (например, растворитель или порообразователь, инициатор и температура) могут влиять на физические и химические характеристики НВП. Так, если гидрофобный предшественник обеспечивает объем полимера, то полимер обычно также будет гидрофобным. Если не ограничиваться какой-либо теорией, то можно полагать, что использование комбинации предшественников, которые являются гидрофильными и гидрофобными, может сбалансировать гидрофильные характеристики одного предшественника с гидрофобными характеристиками другого и таким образом повлиять на адсорбцию нитрозосодержащих соединений полимером и на более высокую селективность полимера по отношению к нитрозосоединениям, чем по отношению к никотину. На селективность НВП также может повлиять наличие полярных функциональных групп в мономере и сшивающем реагенте. Типичные полярные функциональные группы включают гидроксигруппу, сложноэфирную группу, карбоксигруппу, амидную, имидную и простую эфирную группы.

Наличие одной или большего количества полярных функциональных групп в мономере и сшивающем реагенте также может быть желательным при условии, что полярная группа в гидрофобном предшественнике не подавляет гидрофобность предшественника.

НВП можно получить с помощью сополимеризации содержащего функциональную группу мономера (или мономеров) и сшивающего реагента (или сшивающих реагентов) при подходящих условиях проведения реакции, например, с помощью блок-полимеризации, эмульсионной полимеризации или суспензионной полимеризации. Полимеризацию можно инициировать термически, фотохимически (например, с помощью УФ-излучения) или по любой методике, подходящей для используемых материалов и способа.

Если используют блок-полимеризацию, то полученный твердый материал обычно измельчают и просеивают и получают фракцию материала желательной степени измельчения. Если получают по методикам суспензионной или эмульсионной полимеризации, то измельчение и просеивание не требуются, поскольку размер частиц можно регулировать с помощью соответствующих граничных условий во время полимеризации.

Эмульсионную полимеризацию обычно проводят путем диспергирования мономеров в водном растворе, содержащем поверхностно-активное вещество, свободнорадикальный инициатор и эмульгаторы и стабилизаторы. Это обычно дает полимерные частицы или шарики, обладающие средним по объему диаметром, равным менее 1 мкм.

Суспензионную полимеризацию проводят для образования полимерных шариков и ее можно, например, проводить с использованием водной суспензии реакционной смеси, которая содержит мономер и сшивающий реагент. Суспензию можно перемешивать для исключения агломерации суспендированных капелек реакционной смеси во время реакции полимеризации. Полученные сферы или шарики полимера обычно крупнее, чем полученные с помощью эмульсионной полимеризации, обычно обладающие средним по объему диаметром, равным более 10 мкм.

После полимеризации предшественников полимеризованный материал обычно выделяют из реакционной смеси, например, фильтрованием, и промывают для отделения полимера от непрореагировавших мономеров и других материалов, содержащихся в реакционной смеси или образовавшихся во время реакции, например, порообразователей. Промывку можно провести с помощью воды и органических растворителей или их смеси. Затем отделенный полимер можно высушить.

Целый ряд переменных при условиях, при которых проводят реакцию полимеризации также может влиять на физические и химические характеристики полученного полимера. Эти переменные включают количество и тип стабилизатор, количество использующегося инициатора, содержание твердых веществ в реакционной смеси, наличие порообразователя, относительные количества использующихся мономера и сшивающего реагента и степень перемешивания реакционной смеси.

Условия проведения реакции могут сильно влиять на качество шариков. Согласно изобретению было установлено, что в реакционных системах, включающих полимеризацию гидрофильных и гидрофобных предшественников, наличие стабилизатора может способствовать образованию хорошо сформированных отдельных шариков полимера, и может уменьшить образование кластеров или агломератов частиц и образование мелких частиц.

Поэтому в другом варианте осуществления способ получения полимера включает полимеризацию их предшественников, включающих некислотный мономер и сшивающий реагент, содержащие полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, полимеризацию проводят в присутствии стабилизатора.

Предпочтительными являются стерические стабилизаторы, например, поливиниловые спирты, блок-сополимеры полиэтиленоксида и/или полипропиленоксида и модифицированные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза. Такие стабилизаторы характеризуются молекулами с длинными цепями, которые способны удлиняться над и вокруг поверхностей капелек реакционной смеси, суспендированных в водной среде, содержащей стабилизатор, и снижать скорость слияния капелек друг с другом и увеличения их размера, что влияет на физическую форму полимера, полученного в реакции.

Согласно изобретению также было установлено, что образование полимера в присутствии стабилизатора может повлиять на химические свойства поверхности полимера. Например, использование поливинилового спирта в качестве стабилизатора для получения НВП может благоприятно повлиять на увеличение селективности НВП по отношению к СТНА по сравнению с селективностью по отношению к никотину.

Полимеризацию можно провести с использованием суспензии реакционной смеси, содержащей мономер и сшивающий реагент в водной среде, содержащей стабилизатор.

Можно использовать водные растворы стабилизатора, содержащие, например, по меньшей мере 0,1%, 0,5% или 1 мас. % стабилизатора, обычно по меньшей мере 1,75% или по меньшей мере 2 мас. %. Большие концентрации стабилизатора приводят к более вязким растворам, что приводит к затруднениям при обработке. Концентрация стабилизатора в водном растворе не должна превышать 10 мас. % и обычно используют более низкие концентрации, например, растворы, содержащие не более 6 мас. % стабилизатора. Например, стабилизатор может содержаться в количестве, равном от 2,5 до 6 мас. %, например, 2,5-4,5 мас. %.

В качестве стабилизаторов обычно используют поливиниловые спирты (“PVOH”). Поливиниловые спирты в промышленном масштабе получают путем гидролиза поливинилацетата и они выпускаются в формах, которые обеспечивают в растворе диапазон вязкостей, значения которых меняются в зависимости от молекулярной массы полимера и степени его гидролиза (что характеризует выраженную в процентах долю поливинилацетата, превратившегося в поливиниловый спирт). Обладающие большой молекулярной массой поливиниловые спирты со степенью гидролиза, равной 85-90%, обычно обладают молекулярной массой, находящейся в диапазоне 85000-124000 и вязкостями, находящимися в диапазоне 23-27 сП, измеренными в 4 мас. % водном растворе при 20°C. Обладающие меньшей молекулярной массой поливиниловые спирты обычно обладают молекулярной массой, находящейся в диапазоне 13000-23000 и вязкостями, находящимися в диапазоне 3,5-4,5 сП (измеренными при сравнимых условиях). Подходящие композиции поливинилового спирта включают частично (например, 80-90%) гидролизованные поливиниловые спирты, такие как выпускающиеся фирмой Celanese Corporation под торговым названием CELVOL 523.

Для увеличения площади поверхности частиц полимера полимеризацию можно провести в присутствии порообразующего растворителя или порообразователя. Порообразователь часто выбирают из числа апротонных растворителей, обладающих полярностью от низкой до средней, например, включая толуол, хлороформ, ацетонитрил или их смеси (например, 1:1 об./об. смесь ацетонитрила и толуола). Толуол является особенно эффективным порообразователем, в особенности когда реакцию проводят в присутствии поливинилового спирта.

Обычно порообразователь содержится в количестве, составляющем по меньшей мере 0,5 мл/г мономера и сшивающего реагента. Более значительные количества, например, до 2 мл/г, могут улучшить селективность НВП по отношению к СТНА, в особенности селективность по отношению к NNN, по сравнению с селективностью по отношению к никотину. Обычно порообразователь содержится в количестве, составляющем примерно 1,5 мл/г мономера и сшивающего реагента. Относительные содержания мономера и сшивающего реагента, использующиеся при полимеризации, зависят от конкретных использующихся веществ, их относительных молекулярных масс и необходимой степени сшивки полимера. При получении НВП, можно использовать молярный избыток сшивающего реагента по отношению к количеству мономера. Обычно молярное отношение сшивающего реагента и мономера может быть больше, чем 1:1, например, до 10:1, 12:1 или 15:1. Обычно молярное отношение сшивающего реагента и мономера может находиться в диапазоне от 3:1 до 10:1. Более значительные отношения сшивающего реагента и мономера могут улучшить селективность НВП по отношению к СТНА, в особенности селективность по отношению к NNN, по сравнению с селективностью по отношению к никотину. Обычно мономер и сшивающий реагент полимеризуют в количествах, составляющих от 4, 5 или 6 молей сшивающего реагента на 1 моль мономера. Эти массовые соотношения являются особенно подходящими, когда мономером является ГЭМА и сшивающим реагентом является ЭДМА.

Если способ полимеризации осуществляют в жидкой фазе, реакционную смесь можно смешивать, например, путем перемешивания. При суспензионной полимеризации интенсивность, с которой перемешивают реакционную смесь, может повлиять на размер частиц полученного полимера, более интенсивное перемешивание приводит к более мелким частицы.

Если полимер получают в форме шариков, их размер обычно находится в диапазоне от 10 до 1000 мкм. Шарики, полученные с помощью полимеризации, можно просеять или иным образом рассортировать и получить продукт, обладающий частицами с размером в необходимом диапазоне.

Настоящее изобретение предпочтительно относится к не подвергнутому молекулярному впечатыванию полимеру некислотного мономера и сшивающего реагента, который является по меньшей мере частично полярным, один из которых является гидрофильным, второй из которых является гидрофобным, где полимер находится в форме шариков.

Настоящее изобретение также предпочтительно относится к способу получения полимерных шариков, способ включает суспензионную полимеризацию мономера и сшивающего реагента в водной среде в присутствии стерического стабилизатора и порообразователя и выделение полимеризованного материала из реакционной смеси.

Фазовое отношение в реакционной смеси мономера и сшивающего реагента, выраженное в мас. % твердых веществ в суспензии, обычно составляет не более 25 мас. %, часто не более 20% или 15 мас. %. Обычно содержание твердых веществ составляет по меньшей мере 5 мас. % или по меньшей мере 10 мас.%. Например, содержание твердых веществ может находиться в диапазоне 5-25 мас. % или составлять примерно 10, 15 или 20 мас. %.

Полимеризацию можно провести в присутствии инициатора. Например, можно использовать пероксидные свободнорадикальные инициаторы, такие как лауроилпероксид или бензоилпероксид, или свободнорадикальные азоинициаторы, такие как 2,2'-азобис(2-метилпропионитрил) (“AIBN”), 2,2'-азобис(2-метилбутиронитрил) (“AMBN”). Обычно инициатор содержится в количестве, составляющем по меньшей мере 0,1 мас. % в пересчете на мономер и сшивающий реагент и обычно по меньшей мере 0,5% или 1 мас. %, или более, например, по меньшей мере 2% или 3 мас. %. Инициатор может содержаться в количестве, составляющем до 5%, 6% или 10 мас. % в пересчете на мономер и сшивающий реагент, например, в количестве, находящемся в диапазоне от 0,5 до 6 мас. %. Количество инициатора может оказать небольшое, но заметное влияние на размер частиц полимера, полученного с помощью суспензионной полимеризации, более значительные количества инициатора приводят к более крупным частицы.

Способы получения полимеров, раскрытые в настоящем изобретении, применимы для получения и НВП, и МВП. При получении НВП молекула-шаблон не содержится. Поэтому полученный полимер не является молекулярно впечатанным. При получении МВП молекулярно впечатанный материал шаблона содержится в реакционной смеси для полимеризации. Примеры молекул-шаблонов, пригодных для получения МВП, селективных по отношению к нитрозосоединениям, описаны в WO 2005/112670 и WO 2008/068153.

Поэтому вариант осуществления настоящего изобретения относится к молекулярно впечатанным пористым шарикам селективно адсорбирующего полимера некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, и дополнительно содержащего остатки поливинилового спирта.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу получения молекулярно впечатанных полимерных шариков, который включает суспензионную полимеризацию некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, в присутствии структурного аналога СТНА и поливинилового спирта с получением молекулярно впечатанного полимера, связанного со структурным аналогом СТНА и содержащего остатки поливинилового спирта, и удаление структурного аналога СТНА из шариков.

Молекулярное впечатывание обычно состоит из следующих стадий: (1) соединению-шаблону, которым может быть целевая молекула или ее структурный аналог, дают взаимодействовать с выбранным содержащим функциональную группу мономером или мономерами, в растворе с образованием комплекса шаблон-мономер; (2) комплекс шаблон-мономер сополимеризуют со сшивающим мономером с получением полимерной матрицы, включающей соединение-шаблон; (3) соединение-шаблон экстрагируют из полимерной матрицы с образованием МВП, который можно использовать для селективного связывания целевой молекулы. Реакционно-способные центры в молекулярно впечатанном полимере, ставшие доступными после удаления соединения-шаблона, будут находиться в стереохимической конфигурации, пригодной для реакции со свежими молекулами целевого соединения. В результате молекулярно впечатанные полимер можно использовать для селективного связывания молекул целевого соединения.

Для получения молекулярно впечатанных связывающих центров широко применяют методику “нековалентного связывания”. Это делает возможной нековалентную самосборку соединения-шаблона и содержащих функциональную группу мономеров с образованием комплекса шаблон-мономер, с последующей радикальной полимеризацией в присутствии сшивающего мономера и заключительной экстракцией соединения-шаблона. По известным методикам также можно провести ковалентное впечатывание, при котором молекула-шаблон и подходящий мономер или мономеры ковалентно связываются друг с другом до полимеризации. Характеристики связывания МВП, полученных по любой из указанных выше методик, можно исследовать путем повторного связывания молекулы-шаблона.

Полимеризацию проводят в присутствии порообразующего растворителя, называемого порообразователем. Для стабилизации электростатических взаимодействий между содержащими функциональные группы мономерами и соединением-шаблоном порообразователь часто выбирают из числа апротонных растворителей, обладающих полярностью от низкой до средней. Соединения-шаблоны часто обладают от умеренной до высокой растворимостью в полимеризационной среде и поэтому их, а также их структурные аналоги можно использовать непосредственно по такой стандартной методике. Если в качестве шаблона можно использовать саму целевую молекулу, то обычно предпочтительно использовать структурный аналог целевой молекулы, поскольку: (а) целевая молекула может быть нестабильной при условиях проведения полимеризации или может ингибировать полимеризацию; (b) целевая молекула может быть недоступна в достаточном количестве вследствие сложности ее синтеза или высокой стоимости или по обеим причинам; (с) шаблон может быть нерастворимым или плохо растворимым в предварительно приготовленной смеси для полимеризации; (d) МВП может оставаться загрязненным небольшими количествами целевых молекул, сохранившихся в труднодоступных областях полимерной сетки, которые могут выделяться из МВП во время использования; и/или (е) целевое анализируемое вещество (вещества) может представлять значительную опасность для здоровья и его не следует использовать в качестве шаблона (шаблонов). В особенности в случае нитрозосоединений, известных, как СТНА и описанных ниже, в качестве соединений-шаблонов часто удобнее использовать их аналоги, содержащие функциональные группы. Например, соединениями-шаблонами могут быть сульфонамидные, енаминовые или амидные, например, формамидные производные СТНА.

Если МВП получают с использованием аналога целевого соединения, содержащего функциональные группы, то этот аналог должен быть изостерическим и предпочтительно также изоэлектронным с целевым соединением или он может содержать субструктуру целевого соединения, в которой могут быть вероятными сильные взаимодействия.

При использовании в настоящем изобретении “структурный аналог” молекулы не идентичен исходной молекуле, а является частью или целым, сходным с частью исходной молекулы или всей исходной молекулой по форме молекулы, распределению электронной плотности или другим характеристикам. Нитрозосодержащие соединения, в особенности нитрозамины, которые описываются общей формулой

O=N-N(R₁)(R₂),

входят в число многочисленных ингредиентов табака и табачного дыма, для которых предположено, что они оказывают вредное воздействие на потребителей. Для настоящего изобретения представляет интерес группа нитрозаминов, которые находятся в натуральном табаке, СТНА.

В особенности в случае нитрозосоединений, известных, как СТНА, i в качестве соединений-шаблонов часто удобнее использовать их аналоги, содержащие функциональные группы. Например, соединениями-шаблонами могут быть сульфонамидные, енаминовые или амидные, например, формамидные производные СТНА.. Если МВП получают с использованием аналога целевого соединения, содержащего функциональные группы, то этот аналог должен быть изостерическим и предпочтительно также изоэлектронным с целевым соединением или он может содержать субструктуру целевого соединения, в которой могут быть вероятными сильные взаимодействия. Возможные изостерические аналоги целевых нитрозаминов представлены ниже. Все приведенные молекулы являются производными исходного амина и могут быть синтезированы в одну стадию из вторичного амина и соответствующего альдегида или хлорангидрида кислоты.

Селективность

Предпочтительные НВП обладают селективностью по отношению по меньшей мере к одному нитрозосоединению, большей, чем селективность по отношению к никотину, и в особенности такой селективностью по отношению по меньшей мере к одному СТНА.

Селективность адсорбирующего материала по отношению к первому веществу относительно селективности по отношению ко второму веществу можно рассчитать, как отношение выраженных в мас. % количеств первого и второго веществ, экстрагированных адсорбирующим материалом из раствора, содержащего оба вещества. Например, если адсорбирующий материал взаимодействует с раствором, содержащим смесь нитрозамина и никотина, то селективность адсорбирующего материала рассчитывают по следующей формуле:

Предпочтительные НВП могут найти применение для селективной адсорбции нитрозосоединений, таких как нитрозамины, и, в частности, СТНА, включая NNK, NNA, NNN, NAB, NAT, NNAL, изо-NNAL или изо-NNA. НВП также могут найти применение для анализа и количественного определения нитрозосоединений in vivo, в частности, для количественного определения соединений, содержащихся в биологических жидкостях человека, например, в связи с потреблением табачных продуктов и изготовлением и оценкой нетабачных продуктов.

Наборы

Один вариант осуществления относится к применению НВП для анализа, обнаружения, количественного определения, отделения, препаративной экстракции, хроматографии, предварительной обработки анализируемого образца, в химических сенсорах или фильтре для твердофазной экстракции и, в частности к применению НВП, которые селективны по отношению к нитрозосоединениям, таким как СТНА.

Другой вариант осуществления относится к набору, включающему не подвергнутый молекулярному впечатыванию полимер некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, полимер более селективен по отношению по меньшей мере к одному нитрозососоединению, чем по отношению к никотину, где полимер помещен в колонку, пригодную для твердофазной экстракции или хроматографии.

Другой вариант осуществления относится к набору, включающему любой из указанных выше НВП, который более селективен по отношению по меньшей мере к одному нитрозососоединению, чем по отношению к никотину, и инструкции по применению НВП для проведения по меньшей мере одного из следующих действий: анализа, обнаружения, количественного определения, отделения, экстракции, уменьшения содержания или удаления нитрозаминов, содержащихся в образце.

Такой набор может, например, включать один или большее количество следующих объектов: колонку для твердофазной экстракции (“ТФЭ”), хроматографии или другой методики фильтрования, некоторое количество любых из указанных выше НВП, возможно, разделенное на отдельные порции, пригодные для загрузки в колонку для фильтрования, колонку для ТФЭ, хроматографии или другой методики фильтрования, заполненную некоторым количеством любых из указанных выше НВП, реагенты для кондиционирования колонки, реагенты для элюирования колонки и регенерации НВП, и одно или большее количество средств для операций с ингредиентами, таких как шпатель, мерный цилиндр и стакан.

Оборудование можно использовать, например, для анализа материалов, содержащих нитрозосоединения, таких как биологические образцы, которые могут содержать такие соединения вместе с другими соединениями, включая никотин или его метаболиты.

Применение

НВП также могут найти применение в случае потребительских продуктов, основанных на никотине, в частности, средств для прекращения курения, содержащих никотин, таких как жевательная резинка, пастилки, накожные пластыри и спреи. Потребление таких содержащих никотин продуктов может привести к образованию нитрозаминовых метаболитов никотина in vivo с помощью естественных метаболических процессов во время пребывания никотина в тканях организма. Если НВП селективен по отношению к нитрозосоединениям, то его, например, можно использовать для мониторинга небольших количеств нитрозосодержащих метаболитов никотина in vivo и также для мониторинга количеств никотина и продуктов его окисления во время изготовления.

НВП также могут найти применение для распознавания молекул и в твердофазной экстракции (ТФЭ), использующейся, например, при биологических анализах, анализах пищевых продуктов и окружающей среды и обычно для селективного удаления компонентов из продуктов.

НВП также могут найти применение в материалах для анализа и методиках анализа, обнаружения, количественного определения, отделения, экстракции, уменьшения содержания или удаления из табака и табачного дыма компонентов, в частности, СТНА.

НВП также могут найти применение для уменьшения вредного воздействия потребительского материала, содержащего табак, заменители табака или их смеси, путем уменьшения содержания целевых соединений, таких как нитрозосоединения и, в частности, СТНА.

Поэтому в другом варианте осуществления способ доставки никотина субъекту включает получение листового табака, обработку листьев не подвергнутым молекулярному впечатыванию полимером некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, который более селективен по отношению к СТНА, чем по отношению к никотину, для уменьшения содержания СТНА в листьях, изготовление из них предназначенного для потребления табачного продукта и поставку табачного продукта потребителю, так чтобы доставить никотин.

В другом варианте осуществления способ уменьшения содержания по меньшей мере одного нитрозосоединения, в частности, по меньшей мере одного СТНА, в табачном продукте включает обработку табачного продукта любым из указанных выше НВП, который более селективен по отношению по меньшей мере к одному нитрозосоединению, чем по отношению к никотину, так чтобы уменьшить содержание нитрозосоединения в табачном продукте.

Обрабатываемым табачным продуктом может быть материал, содержащий табак (включая листья табака или средние жилки табачных листьев), заменитель табака или смесь табака и заменителей табака, и производные табака, включая, например, экстракт табака, полученный путем взаимодействия материала с растворителем, или дым, или аэрозоль, полученный путем сжигания или термического разложения табака.

Если табачный продукт получают путем термического разложения материала, содержащего табак или заменитель табака, то разложение можно провести путем сжигания путем сжигания материала, как, например, в обычной сигарете, или путем нагревания материала до температуры, меньшей температуры его горения, в соответствии с методикой, использующейся для некоторых известных альтернативных табачных продуктов с целью получения аэрозоля, который вдыхается потребителем. В другом способе продукты термического разложения материала взаимодействуют с фильтром, который адсорбирует из него нежелательные компоненты.

В другом варианте осуществления табачный продукт получают путем взаимодействия материала, содержащего табак или заменитель табака, или их смесь, с растворителем.

Другой вариант осуществления относится к способу обработки табака, в котором табачный материал обрабатывают экстрагирующей жидкостью с получением экстракта, экстракт обрабатывают любым из указанных выше NIP, селективным по отношению к нитрозосоединениям, обработка эффективно уменьшает содержание нитрозосоединения в экстракте и материал, оставшийся в экстракте, повторно объединяют с табачным материалом.

В этом способе материал может находиться в любой обычной форме, например, в форме тонкоизмельченного продукта, средних жилок, табачных отходов, фарматуры, крошенных средних жилок или любой их комбинации. Способ в равной степени применим и к самому табаку, и к заменителям табака, т.е. природным или синтетическим материалам, обладающим характеристиками, сходными с характеристиками натурального табака, что позволяет потреблять их сходным с потреблением табака образом, путем курения, жевания, вдыхания или другим образом.

Экстрагирующей жидкостью может быть водный или неводный растворитель, такой как вода, необязательно содержащая поверхностно-активное вещество, метанол или этанол или надкритическая жидкая экстракционная среда, такая как надкритический жидкий диоксид углерода. Экстракцию можно проводить в любых условиях, подходящих для экстракции азотсодержащих соединений из табака.

Если НВП используют для экстракции СТНА из табака, например, путем обработки табачного материала экстрагирующей жидкостью и обработки жидкости с помощью НВП для удаления СТНА, может быть полезным промывка НВП после взаимодействия с экстрагирующей жидкостью для извлечения адсорбированного никотина, который может быть менее прочно связан с НВП, чем СТНА. Затем никотин, содержащийся в промывочных растворах можно повторно объединить с жидкостью после обработки с помощью НВП.

Другой вариант осуществления относится к курительному материалу, в котором содержание нитрозосоединения, предпочтительно содержание СТНА, было уменьшено путем обработки любым из указанных выше НВП, селективных по отношению к указанному нитрозосоединению.

Курительные материалы и продукты

В другом варианте осуществления курительное изделие содержит любой из указанных выше НВП, и предпочтительно любой из указанных выше НВП, которые селективны по отношению по меньшей мере к одному нитрозосоединению, в частности, по отношению по меньшей мере к одному СТНА.

Курительное изделие может находиться в любой обычной форме, например, в форме сигареты, сигары или сигарильо. В частности, курительное изделие может включать стержень из курительного материала, необязательно в обертке, с фильтром или без него. Оберткой может быть бумага, табачный лист, восстановленный табак или заменитель табака. Альтернативно, если, например, курительное изделие предназначено для образования небольшой боковой струи дыма или обеспечения меньших количеств продуктов пиролиза в главной струе дыма, обертка может состоять из негорючего неорганического материала, такого как керамический материал. Фильтр может быть изготовлен из любого подходящего материала, например, волокнистой ацетилцеллюлозы, полипропилена или полиэтилена, или бумаги.

Предпочтительно, чтобы курительный материал являлся табаком, но им может быть и заменитель табака, такой как нетабачный курительный материал. Примерами нетабачных курительных материалов являются высушенный и завяленный растительный материал, включая плодовые материалы, и синтетический курительный материал, такой как который можно изготовить из альгинатов и образующего аэрозоль вещества, такого как глицерин. Курительный материал также может включать смесь табака и нетабачных курительных материалов. Если курительный материал включает табак, то табак может быть любого подходящего типа или их смесью, включая листья или средние жилки воздушной, огневой, дымовой или солнечной сушки, и затем они могут быть обработаны по любой подходящей технологии. Например, табак может быть нарезанным, скрошенным, вытянутым или восстановленным. Курительный материал также может включать обычные добавки, такие как улучшающие вещества, красители, увлажнители (такие как глицерин и пропиленгликоль), инертные наполнители (такие как мел) и вкусовые вещества (такие как сахар, лакрица и какао).

НВП можно включать в курительный материал и в соответствии с этим другой вариант осуществления относится к курительному материалу, содержащему любой из указанных выше НВП.

Если курительное изделие включает стержень курительного материала в обертке, то НВП можно включить в обертку. Оберткой может быть материал на основе целлюлозы, такой как бумага, или материал на основе табака, такой как восстановленный табак.

В другом варианте осуществления табачный продукт включает табак и любой из указанных выше НВП, предпочтительно любой НВП, который более селективен по отношению по меньшей мере к одному СТНА, чем по отношению к никотину.

Табачным продуктом может быть сигарета, которая включает стержень из табака, обертку и фильтр.

Другим вариантом осуществления является фильтр для табачного дыма, который включает любой из указанных выше НВП. Обычно НВП расположен в фильтре так, чтобы при использовании на НВП воздействовал дым или аэрозоль, проходящий через фильтр. Для этой цели НВП можно включить в фильтр в гранулированной форме. В некоторых случаях НВП можно изготовить в форме волокон и включить в фильтр в виде фильтрующего жгута. Альтернативно НВП можно включить в фильтрующую бумагу, накладную бумагу или сигаретную бумагу. Фильтр для табачного дыма можно изготовить отдельно от курительного изделия, например, в виде держателя для сигареты или сигары или он может быть встроен в курительное изделие, например, в виде сигареты с фильтрующим мундштуком.

Фильтры для табачного дыма в виде фильтрующих мундштуков могут обладать любой обычной конструкцией. Например, он может представлять собой фильтр “далматинского” типа, включающий секцию волокнистого фильтрующего материала, такого как ацетилцеллюлоза, и НВП находится в измельченном виде и распределен по всей секции. Альтернативно фильтр может представлять собой фильтр типа полости, включающий несколько секций, в котором НВП может находиться между двумя соседними секциями волокнистого фильтрующего материала. Фильтр для табачного дыма также может включать другие поглощающие материалы, такие как ионообменная смола, цеолит, диоксид кремния, оксид алюминия или амберлит.

При использовании дым проходит через фильтр, НВП селективно поглощает из дыма и удерживает целевые соединения и профильтрованный дым поступает к курильщику.

Фильтры для табачного дыма и курительные изделия, предлагаемые в настоящем изобретении, могут включать средства защиты НВП при его использовании от воздействия дыма или уменьшения его воздействия. Это можно обеспечить с помощью целого ряда различных методик. Например, фильтр для табачного дыма может включать фильтрующий элемент для поглощения веществ из паровой или дисперсной фазы дыма. Такие фильтрующие элементы могут включать обычный адсорбент, такой как активированный уголь, который может находиться в любой обычной форме, такой как пряди, частицы, гранулы, ткань или бумага. Фильтрующий элемент также может быть селективным поглотителем, таким как ионообменная смола, цеолит, диоксид кремния, оксид алюминия или амберлит. Средства защиты НВП могут включать два или большее количество таких фильтрующих элементов разного состава, например, первый фильтрующий элемент из ацетилцеллюлозы и второй фильтрующий элемент из активированного угля. Применение нескольких фильтрующих элементов в фильтрах для табачного дыма и курительных изделиях хорошо известно и можно использовать любую обычную конфигурацию фильтра и соответствующие технологии изготовления.

Методики возможного осуществления настоящего изобретения дополнительно описаны в приведенных ниже примерах.

Пример 1

Получение НВП для исследования

Получают 3 образца каждого из 4 разных НВП с использованием двух моноалкенильных мономеров метакриловой кислоты (МАА), который является кислотным, и 2-гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА), который является нейтральным, и двух сшивающих реагентов (в этом случае ди- или триалкенильные мономеры), а именно, пентаэритриттриакрилат (ПЭТРА), который является гидрофильным, и этиленгликольдиметакрилата (ЭДМА) который является гидрофобным. При полимеризации не используют материал шаблона, который подвергает полимер молекулярному впечатыванию.

Для каждой комбинации, раствор для полимеризации предварительно готовят путем растворения моноалкенильного мономера, сшивающего реагента и свободнорадикального инициатора, такого как 2,2'-азобис-(2-метилпропионитрил) (AIBN), в хлороформе или другом апротонном растворителе. Раствор переносят в сосуд для полимеризации и герметизируют. Полимеризацию инициируют при 70°C и эту температуру поддерживают в течение 24 ч. Полученный НВП грубо измельчают, экстрагируют сначала смесью метанол: уксусная кислота 4:1 и затем метанолом для удаления непрореагировавших мономеров и сушат.

Пример 2

Применение НВП для селективной адсорбции нитрозамина

Характеристики НВП примера 1 при селективной адсорбции нитрозамина по сравнению с никотином можно определить путем обработки 1:1 исследуемой смеси N-нитрозопиперидина и никотина в воде с разными НВП. Результаты приведены в таблице 1, где представлены средние значения для трех экспериментов по адсорбции для трех образцов каждого НВП.

Как видно из таблицы 1, не подвергнутые молекулярному впечатыванию полимеры, полученные из гидрофобного сшивающего реагента, связывают значительно больше нитрозамина, чем НВП, полученные из гидрофильного сшивающего реагента, и НВП, полученные из нейтрального мономера и гидрофобного сшивающего реагента, более селективны по отношению к нитрозамину, чем по отношению к никотину, чем НВП, полученные из кислотного мономера и гидрофобного сшивающего реагента.

Пример 3

Дополнительное сопоставление НВП

Вследствие неожиданно благоприятных характеристик некислотных, гидрофобных НВП, как это показано в таблице 1, НВП, полученные из нейтрального мономера ГЭМА и гидрофобного сшивающего реагента ЭДМА (НВП 1), сопоставляли с не подвергнутым молекулярному впечатыванию полимером, полученным из нейтрального моноалкенильного мономера ГЭМА и гидрофильного триалкенильного мономера пентаэритриттриакрилата (ПЭТРА) (NIP2).

Подготовлены две колонки ТФЭ, одна из которых содержала 25 мг NIP1, размолотого и просеянного с получением частиц размером 20-90 мкм, а вторая содержала 25 мг NIP2, размолотого и просеянного с получением частиц размером 20-90 мкм. В каждую колонку добавляли 1 мл водного раствора, содержащего примерно по 80 нг/мл NNN, NNK, NAT, 40 нг/мл NAB и 0,2 мкг/мл никотина. Для определения количества СТНА, которое не экстрагировалось из каждой колонки, использовали HPLC, и это позволяло рассчитать количество экстрагированного материала.

Затем через каждую колонку пропускали 1 мл воды и определяли количество выделившегося СТНА, если это происходило. В таблице 2 приведены результаты, которые являются средними значениями двух экспериментов.

Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что при промывке водой из НВП выделилось небольшое количество СТНА и это является неожиданным ввиду отсутствия молекулярного впечатывания. Кроме того, удерживание СТНА с помощью НВП, видимо, является более прочным, чем удерживание никотина.

Регенерацию НВП можно выполнить путем промывки НВП смесью кислотного и спиртового растворителей, такой как 0,5% об./об. раствор трифторуксусной кислоты (ТФК) в метиловом спирте.

Пример 4

Исследование НВП с конкретными СТНА и никотином

Эффективность НВП в качестве селективных адсорбентов СТНА проведено в следующих экспериментах. Подготавливают колонку ТФЭ, которая содержит 25 мг размолотого и просеянного НВП, и 5 мл исследуемого раствора последовательно загружают в колонку пятью порциями по 1 мл. Исследуемый раствор содержит примерно по 80 нг/мл NNN, NNK, NAT, 40 нг/мл NAB и 4 мкг/мл никотина в фосфатном буфере при рН 6,3 (ионная сила 0,09). После загрузки каждого образца количества неудержанного никотина и каждого СТНА (т.е. выраженное в процентах количество каждого компонента в каждой загрузке, которое прошло через колонку) определяют с помощью HPLC. Результаты приведены в таблице 3, в которой количество каждого компонента, не удержанного в колонке в каждой составляющей 1 мл загрузке выражен в процентах от полного количества каждого компонента.

Как видно из таблицы, на последовательных стадиях загрузки уменьшается количество никотина, связывающегося с помощью НВП. На первой стадии НВП насыщается никотином. Из последующих загрузок удерживается постепенно уменьшающееся количество никотина.

Из числа СТНА слабее всего с НВП связывается, хотя и значительно прочнее, чем никотин. Хотя на первой стадии загрузки NNN не проходит через колонку, после второй стадии загрузки через колонку проходит постепенно увеличивающееся количество образца. НВП лучше удерживает NNK, NAB и NAT. Таким образом, комбинация нейтрального содержащего функциональную группу мономера и гидрофобного ди- или полиолефинового мономера приводит к неожиданно большему удерживанию СТНА из смешанного образца при удерживании лишь минимального количества никотина.

Пример 5

Применение НВП для обработки экстрактов табака

НВП, полученные, как это описано выше, можно включить в колонку ТФЭ и колонку можно кондиционировать по методике, известной специалистам в данной области техники. Нарезанные или крошеные листья табака экстрагируют водой в течение 15-25 мин при 60°C. Табак отделяют от раствора фильтрованием и сушат. Раствор пропускают через колонку ТФЭ и СТНА адсорбируется из экстракта. Через колонку необязательно пропускают воду и объединяют с обработанным экстрактом. Затем содержимое колонки сливают и раствор концентрируют с помощью пленочного испарителя, затем концентрат повторно объединяют с экстрагированным табаком и сушат воздухом. Характеристики НВП можно определить путем элюирования связанных соединений из НВП с использованием 2×1 мл метанола, содержащего 0,5% ТФК, и экстракт анализируют с помощью HPLC-УФ.

Пример 6

Применение НВП для обработки экстрактов табака

С использованием методики непрерывной экстракции крошеные листья табака типа американской смеси помещают в первую экстракционную камеру, в которую загружен надкритический диоксид углерода. После взаимодействия с табаком диоксид углерода подают во вторую экстракционную камеру, содержащую НВП. После взаимодействия с полимером диоксид углерода возвращают в первую экстракционную камеру и повторно вводят во взаимодействие с табаком. Эту циклическую процедуру повторяют, пока содержание СТНА в табаке не уменьшится до необходимого значения, после чего диоксид углерода сбрасывают из системы и табак извлекают из первой камеры. Затем НВП, находящийся во второй камере, регенерируют для повторного использования.

Пример 7

Применение НВП для анализа образца

Колонку ТФЭ подготавливают путем введения 25 мг НВП. В колонку вводят исследуемый образец, например, 5 мл мочи человека, предположительно содержащей СТНА. Образец пропускают через колонку и затем колонку подключают к вакуумной линии для удаления всех жидкостей и высушивания НВП. Для удаления всех мешающих соединений, которые могут неспецифически связываться с НВП, можно провести промывку, например, с помощью 1 мл дистиллированной воды. После сушки СТНА можно извлечь из НВП, например, с помощью 1 мл ДХМ (дихлорметан) и провести количественное определение с помощью HPLC.

Пример 8

Применение НВП в курительных изделиях

На фиг. 1 и 2 в качестве иллюстрации представлены курительные изделия в виде сигарет, содержащих стержень табака 1 в обертке 2, прикрепленный к фильтру для табачного дыма 3 с помощью накладной бумаги 4. Для наглядности накладная бумага 4 показана отделенной от обертки 2, но в действительности они непосредственно соприкасаются друг с другом.

На фиг. 1 фильтр для табачного дыма 3 включает три цилиндрических фильтрующих элемента 3а, 3б, 3в. Первый фильтрующий элемент 3а, расположенный на обращенном ко рту конце фильтра, обладает длиной 7 мм, состоит из ацетилцеллюлозного жгута, пропитанного с помощью 7 мас. % триацетинового пластификатора, и перепад давления по его длине составляет 25 мм водяного столба. Второй фильтрующий элемент 3б, расположенный в середине, является полостью длиной 5 мм, содержащей 150 мг гранул активированного угля. Третий фильтрующий элемент 3в, расположенный рядом со стержнем 1, обладает длиной 15 мм и перепад давления по его длине составляет 90 мм водяного столба и он содержит 80 мг ацетил целлюлозного жгута. Жгут пропитан с помощью 4 мас. % триацетина и содержит 80 мг НВП, специфичного по отношению к СТНА, полученного так, как описано в настоящем изобретении, который равномерно распределен по его объему в “далматинском” стиле.

Сигарета, представленная на фиг. 2, аналогична приведенной на фиг. 1, за тем исключением, что фильтр для табачного дыма 3 содержит четыре коаксиальных цилиндрических фильтрующих элемента 3а, 3б, 3в и 3г. Первый фильтрующий элемент 3а, расположенный на обращенном ко рту конце сигареты, обладает длиной 5 мм и состоит из ацетилцеллюлозного жгута, пропитанного с помощью 7 мас. % триацетинового пластификатора. Второй фильтрующий элемент 3б, расположенный рядом с первым фильтрующим элементом 3а, является полостью длиной 5 мм, содержащей 200 мг НВП, специфичного по отношению к СТНА, полученного так, как описано в настоящем изобретении. Третий фильтрующий элемент 3в, расположенный рядом со вторым фильтрующим элементом 3б, обладает длиной 10 мм и содержит ацетилцеллюлозный жгут, пропитанный с помощью 7 мас. % триацетина. Четвертый фильтрующий элемент 3г, расположенный рядом с третьим фильтрующим элементом 3в, обладает длиной 7 мм и содержит 80 мг гранулированного активированного угля. В радиальной плоскости А-А в накладной бумаге 4 сформировано кольцо вентиляционных отверстий 5, отстоящее примерно на 3 мм от соединения с четвертым фильтрующим элементом 3г, по которым во время вдыхания дыма через сигарету воздух поступает в третий фильтрующий элемент 3в.

Пример 9

Применение НВП в наборах для исследования

На фиг. 3 приведена типичная колонка, подходящая для хроматографии или ТФЭ. Колонка включает трубку 11, которая может быть цилиндрической и может, например, быть изготовлена из металла, стекла или пластмассы, первый конец которой содержит порт для впуска 12 и второй конец которой содержит порт для выпуска 13 соответственно, и эти порты используются для соединения колонки с другим хроматографическим оборудованием. Первый и второй концы могут независимо представлять собой отдельные куски, соединенные или соединяемые с колонкой с помощью резьбового соединения, посадки с натягом, сварки и т.п., а также могут составлять одно целое с колонкой. Колонка может быть снабжена нижней прослойкой из фритты (пористый материал) 14, соседней с портом для выпуска, и на эту прослойку помещают полимер 15. Дополнительная верхняя прослойка из фритты может быть размещена, как это показано, на верхней поверхности полимера вблизи от верхнего конца колонки, оставляя пространство, подходящее для загрузки образца между верхней фриттой и первым концом.

Измельченный полимер, полученный из любого из указанных выше мономеров и сшивающих реагентов или любым из способов, описанных в настоящем изобретении, можно поместить в колонку для хроматографической или твердофазной экстракции и использовать для хроматографического отделения соединения, например, нитрозамина, от других компонентов смеси, включая молекулы со сходными структурой или функциональными группами. Колонку можно упаковать в набор вместе с другим принадлежностями для облегчения ее использования, включая, например, реагенты для кондиционирования колонки, реагенты для элюирования колонки и регенерации НВП и один или большее количество инструментов для операций с ингредиентами, таких как шпатель, мерный цилиндр и стакан, и инструкции для использования принадлежностями. НВП могут быть помещены в подходящий контейнер или представлены в виде отдельных порций, подходящих для помещения в колонку для фильтрование. В саму колонку можно предварительно загрузить НВП.

Пример 10

Формирование полимерных шариков с помощью суспензионной полимеризации

Следующая группа экспериментов иллюстрирует влияние на физические характеристики полимера, которое можно приписать изменениям в восьми переменных в условиях проведения реакции или параметров реакции полимеризации мономера и сшивающего реагента. 19 Образцов (№№ Е1-Е19) полимера ЭДМА и ГЭМА получали по разработанной схеме проведения экспериментов для обеспечения различных комбинаций значений условий проведения реакции, использующейся для получения каждого образца. Значения для каждого эксперимента выбирали так, чтобы можно было установить влияние на полимеризацию переменных условий проведения реакции независимо друг от друга. Выбранные параметры и диапазоны являются следующими:

Молярное отношение сшивающий реагент (XL): мономер (М) 4:1-6:1 Тип порообразователя: полярный (этилацетат (“EtOAc”)) или неполярный (толуол) Количество порообразователя 0,7-1,5 мас. % Количество инициатора 1,5-3,3 мас. %, бензоилпероксид Тип поливинилового спирта небольшая молекулярная масса/вязкость (“Celvol 203”) или большая молекулярная масса/вязкость (“Celvol 523”) Концентрация PVOH 1-3 мас. % в пересчете на массу водной фазы Содержание твердых веществ 10-20 мас. % Перемешивание (скорость перемешивания) Низкая (200 об/мин) - высокая (300 об/мин)

Значения параметров условий проведения реакции, выбранные для каждого эксперимента, приведены ниже в таблице 4. В каждом эксперименте сшивающий реагент и мономер полимеризуют по методике суспензионной полимеризации. В каждом эксперименте поливиниловый спирт растворяют в воде путем перемешивания при 50°C в течение 3 ч с образованием водной фазы для реакции полимеризации. После охлаждения до комнатной температуры мономерную фазу, содержащую мономеры, инициатор и порообразователь, объединяют с водной фазой в сосуде для проведения реакции, снабженной устройством для перемешивания с целью получения суспензии. Суспензию перемешивают при в течение 30 мин и затем нагревают до температуры, равной 65°C, и выдерживают при этой температуре в течение 18 ч при постоянном перемешивании для осуществления полимеризации. После охлаждения полученный полимер отфильтровывают от смеси и промывают теплой водой, метанолом и этилацетатом.

Физические характеристики полимеров, полученных в экспериментах, меняются в зависимости от конкретных условий проведения реакции и также 5 приведены ниже в таблице 4.

Влияние изменения условий проведения реакции на качество полимерных шариков, полученных в каждом из экспериментов, проиллюстрировано ниже в таблице 5. В таблице 5 результаты экспериментов приведены в ячейках, в которых также указан номер соответствующего эксперимента. Ячейки затенены 10 для указания качестве полученных шариков. В самых темных ячейках представлены эксперименты, в которых полимеризация не протекала; в более светлых ячейках представлены эксперименты, в которых образуются частицы неправильной формы; в еще более светлых ячейках представлены эксперименты, в которых образуются кластеры сферических частиц; в самых светлых ячейках представлены эксперименты, в которых образуются сферические шарики вместе с мелкими частицами. В незатененных ячейках представлены эксперименты, в которых образуются хорошо сформированные сферические шарики без мелких частиц. В каждой из приведенных ниже таблиц XL обозначает ЭДМА; М обозначает ГЭМА.

Описанные выше эксперименты показывают, что полимерные шарики хорошего качества можно получить с помощью суспензионной полимеризации сшивающего реагента и мономера в присутствии стабилизатора, представляющего собой водный раствор поливинилового спирта, предпочтительно содержащий более 2 мас.% PVOH, вероятно, до 4 или 5 мас.%, который также предпочтительно является маркой, обладающей большой молекулярной массой/вязкостью, такой как выпускающийся под торговым названием Celvol 523. Образованию хорошо сформированных шариков НВП также способствует использование любого одного или большего количества следующих: (а) относительно большого количества инициатора, например, по меньшей мере 3 мас.%; (b) неполярного порообразователя, например, толуола и (с) реакционной смеси, которая обладает относительно небольшим содержанием твердых веществ, например, составляющим примерно 10 мас.%. Предполагается, что вследствие относительно большой концентрации поливинилового спирта и, возможно, также вследствие относительно больших количеств инициатора остатки поливинилового спирта включаются в пористые шарики в количествах, эффективных для улучшения селективности по отношению к нитрозосодержащим соединениям по сравнению с селективностью по отношению к никотину.

Пример 11

Исследование шариков, полученных с помощью суспензионной полимеризации

Характеристики НВП, полученных в экспериментах №№ Е3-Е5 и Е7-Е19 примера 10, по адсорбции нитрозосоединений и селективности их адсорбции по сравнению с адсорбцией никотина продемонстрированы путем проведения описанных ниже 2-стадийных исследований экстракции для каждого полимера. Плохо полимеризованные продукты, полученные в экспериментах №№ E1, Е2 и Е6, не исследовали.

Готовят исследуемый раствор, содержащий 4 мкг/мл никотина (“NIC”), 80 нг/мл NNN, 80 нг/мл NNK, 80 нг/мл NAT и 40 нг/мл NAB в водном растворе буфера, содержащего 15 мМ фосфата при рН 6,3. Для каждого исследования 125 мг каждого НВП примера 10 сначала кондиционируют путем перемешивания образца НВП с 5 мл этанола при комнатной температуре, этанол удаляют путем фильтрования смеси через фритту с отверстиями размером 10 мкм, перемешивания образца с 5 мл дистиллированной воды в течение 2 мин при комнатной температуре и повторного фильтрования смеси через фритту с отверстиями размером 10 мкм. На стадии 1 исследования каждый образец НВП перемешивают с исследуемым раствором в течение 10 мин примерно при 5°C. Раствор отделяют от образца путем фильтрования смеси через фритту с отверстиями размером 10 мкм и раствор анализируют с помощью жидкостной хроматографии с детектированием с помощью ультрафиолетового излучения [“ЖХ-УФ”] для определения выраженных в % содержаний никотина и СТНА, экстрагированных из исследуемого раствора с помощью НВП. На стадии 2 исследования НВП, извлеченный на первой стадии, перемешивают с 5 мл дистиллированной воды при температуре, равной примерно 5°C, в течение 10 мин и воду удаляют фильтрованием через 10 мл фритты. Раствор анализируют с помощью ЖХ-УФ для определения выраженных в % содержаний никотина и СТНА, экстрагированных из исследуемого раствора и еще содержащихся в НВП после стадии промывки.

Результаты для отдельных НВП представлены ниже в таблице 6, где для каждого исследованного НВП приведены мас. % никотина (“NIC”), NNN, NNK и NAT, оставшихся в исследуемом растворе после (а) стадии 1 и (b) стадии 2 исследования. Средние значения для всех 19 экспериментов приведены в последней строке и они дают общее описание рабочих характеристик НВП.

Степени извлечения, превышающие 100%, приведенные в таблице 6, обусловлены колебаниями результатов измерений в пределах экспериментальной погрешности.

Все исследованные НВП обладают хорошей селективностью по отношению к СТНА по сравнению с селективностью по отношению к никотину, так что по меньшей мере 81,7% никотина остается в растворе после стадии 1, тогда как количество NNN, NNK и NAT, оставшихся в растворе, составляет самое большее 46,0%, 29,7% и 21,7% соответственно. Видно, что содержание никотина, оставшегося в растворе, увеличивается после стадии 2 и это показывает, что никотин относительно слабо адсорбируется с помощью НВП на стадии экстракции и может отделяться на стадии промывки, что в некоторых случаях приводит к степени извлечения, составляющей 100%.

Хотя степени экстракции СТНА, исследованных с помощью НВП, разные для четырех разных СТНА, относительные степени экстракции, полученные путем построения зависимости степеней экстракции NNK, NAT и NAT каждым НВП от степени экстракции NNN, характеризуются очень хорошей корреляцией и после стадии 1, и после стадии 2.

Экспериментальные данные можно подвергнуть компьютерному анализу с помощью программного обеспечения для анализа экспериментов, такого как продающееся под торговым названием MODDE фирмой Umetrics АВ, и получить для каждого исследуемого параметра коэффициенты, характеризующие благоприятное или неблагоприятное влияние параметра на рабочие характеристики НВП. На фиг. 4а и 4б приведены диаграммы соответственно для коэффициентов параметров реакции в зависимости от выраженного в мас. % содержания никотина, удержанного в исследуемом растворе, и выраженного в мас. % содержания NNN, удаленного из раствора с помощью полимера после стадии 1 (экстракция). На фиг. 4в и 4г приведены аналогичные диаграммы для коэффициентов после стадии 2 (экстракция и промывка). Вертикальные отрезки на каждой диаграмме описывают коэффициенты для следующих параметров реакции слева направо.

Молярное отношение ЭДМА (XL): ГЭМА (М) Тип порообразователя Полярный (“EtOAc)”) или неполярный (“Tol”) Количество порообразователя PoR Количество инициатора “I” Тип PVOH С небольшой молекулярной массой (“С523)” или большой молекулярной массой (“(С203)”) Количество PVOH “PVA” Содержание твердых веществ “SC” Скорость перемешивания “rpm” (об/мин)

На фиг. 4а-4г положительные значения указывают на желательные эффекты; отрицательные значения указывают на нежелательные эффекты.

Так, для никотина отрезок для каждого параметра показывает выраженную в процентных пунктах среднюю разность между количеством никотина, оставшегося в растворе, при использовании большого значения параметра, и оставшимся количеством при использовании среднего значения параметра. Поэтому положительный коэффициент показывает, что при использовании большого значения параметра в растворе остается больше никотина, а отрицательное значение коэффициента показывает, что в растворе остается меньшее количество никотина. Для NNN и других СТНА отрезок для каждого параметра также показывает среднюю разность между количествами никотина, оставшегося в растворе, при использовании большого и среднего значения параметра. Однако для облегчения сопоставления влияния параметра на никотин и NNN на диаграммах приведены обратные квадраты (NNN=NNN^-2) количеств процентных пунктов, так что положительный коэффициент показывает, что при использовании большого значения параметра в растворе остается меньше NNN, и отрицательный коэффициент показывает, что при использовании большого значения параметра в растворе остается большее количество СТНА и поэтому степени экстракции с помощью НВП являются меньшими.

Поскольку степени адсорбции всех исследованных СТНА хорошо коррелируют друг с другом, коэффициенты для NNN являются репрезентативными для всех четырех исследованных СТНА.

На каждой диаграмме приведен отрезок, характеризующий погрешность. Если отрезок, характеризующий погрешность, пересекает нулевую линию, то результат не считается статистически значимым.

При рассмотрении статистически значимых диаграмм можно видеть, что использование неполярного порообразователя (“Tol”) является благоприятным в том смысле, что количество никотина, оставшегося в исследуемом растворе после каждой стадии, увеличивается, тогда как использование полярного порообразователя является неблагоприятным в том смысле, что количество никотина, оставшегося после каждой стадии, уменьшается.

Хотя влияние увеличения количества порообразователя (“POR”) и инициатора (“I”) на количество никотина является неблагоприятным после стадии 1, эффект не остается значительным после стадии 2. Однако влияние увеличенных количеств порообразователя на количество СТНА является благоприятным на обеих стадиях исследования и это показывает, что никотин менее прочно связан с НВП, чем СТНА, и при желании его можно извлечь из НВП на следующей стадии обработки, такой как промывка водой.

Большее значение отношения XL:M (сшивающий реагент: мономер) (например, ди- или полиалкенильный мономер: моноалкенильный мономер) является благоприятным в том смысле, что оно приводит к увеличению степени адсорбции СТНА, в особенности NNN, на обеих стадиях.

Пример 12

Влияние условий проведения реакции на размер шариков

Следующая группа экспериментов иллюстрирует влияние на размер частиц полимерных шариков, приписываемое изменениям четырех параметров полимеризации мономера и сшивающего реагента. 17 Образцов полимера (№№ N1-N17) получали с помощью суспензионной полимеризации ЭДМА и ГЭМА в присутствии порообразователя - толуола, обладающего большой молекулярной массой поливинилового спирта (Celvol 523) при температуре, равной 70°C, в реакционной смеси, обладающей содержанием твердых веществ, равным 10 мас. %, которую перемешивают при скорости, равной 250 об/мин. Значения трех выбранных параметров в каждом эксперименте по разработанной схеме проведения экспериментов, так чтобы с помощью программного обеспечения DoE, такого как продающееся под торговым названием MODDE фирмой Umetrics АВ, можно было проводить оценки влияния на размер частиц и селективности СТНА путем изменения каждого параметра как независимо, так и вместе с другими параметрами. Выбранные для этих экспериментов параметры являются следующими:

Отношение ЭДМА:ГЭМА (XL:M) 4:1-6:1 Количество инициатора 1,0-4,67 мас. % Количество PVOH 1,0-4,5 мас. % в пересчете на массу водной фазы Количество порообразователя 1,0-1,7 мл/г

В следующей группе экспериментов (А-С) исследовано влияние разных количеств порообразователя. Выбранные для этих экспериментов параметры являются следующими:

Отношение сшивающий реагент: мономер: 5:1 Количество инициатора 2,84 мас. % Количество PVOH 3,0 мас. % в пересчете на массу водной фазы Количество порообразователя 1,0-1,7 мл/г

Конкретные условия проведения реакции в каждом эксперименте приведены ниже в таблице 7. В таблице 7 также приведены средний диаметр шариков полимера, полученных в каждом эксперименте, и также объем образовавшихся мелких частиц.

Во всех экспериментах образуются сферические шарики из полимера без агломерации. В некоторых случаях также образуются мелкие частицы, но в количествах, составляющих не более 4 мас. %. Меньшие количества мелких частиц образуются, когда реакцию проводят с использованием PVOH в количестве, находящемся в середине диапазона от 1,5 до 4,5 мас. %, что свидетельствует об оптимальной концентрации, равной примерно 3 мас. %.

Фиг. 5 и 6 получены по данным анализа изменения размера частиц полимерных шариков в экспериментах N1-N17 при изменении параметров реакции с помощью программного обеспечения DoE, указанного выше. Фиг. 5 иллюстрирует изменение размера частиц полимерных шариков, полученных в экспериментах с использованием разных концентраций PVOH, выраженного в виде среднего по объему диаметра частиц (d4, 3V). На фиг. 6 представлены коэффициенты, описывающие влияние относительной концентрации PVOH, сшивающего реагента (XL), инициатора, квадрата концентрации PVOH (на фиг.6представлен, как PVOH*PVOH) и объединенное влияние на взаимодействие при использовании большого значения отношения сшивающий реагент : мономер вместе с большим содержанием инициатора. Анализ показывает, что на размер шариков сильнее всего влияет концентрация PVOH в реакции, более высокие концентрации склонны приводить к частицам меньшего размера. Количество использованного инициатора также слабо влияет на размер частиц, более высокие концентрации склонны приводить к частицам большего размера.

В другом эксперименте, проведенном так, как описано выше, использовали следующие условия:

Отношение ЭДМА:ГЭМА (XL:M) 4:1 Количество инициатора 3,3 мас. % Количество PVOH 2,8 мас. % в пересчете на массу водной фазы Количество порообразователя 1,27 мл/г

Продукт находится в форме шариков, обладающих насыпной плотностью в сухом состоянии, равной 0,35 г/мл, площадью поверхности БЭТ, равной 308 м²/г, объемом пор, равным 0,77 г/мл, и средним диаметром пор, равным 100 Å.

Пример 13

Влияние условий проведения реакции на селективность

Характеристики НВП, полученных в примере 12, при адсорбции нитрозосоединений и селективность их адсорбции по сравнению с адсорбцией никотина продемонстрирована путем проведения исследований экстракции для каждого соединения по методике, описанной в примере 11.

Исследуют каждый образец НВП и средние значения для двух наборов результатов приведены в таблице 8. В столбце под названием “Среднее значение” приведены средние значения степеней экстракции для всех четырех СТНА (NNN, NNK, NAT и NAB) для каждого эксперимента.

Результаты представлены графически на фиг. 7а и 7б. На фиг.7а приведены результаты для стадии 1 (мас. % экстрагировано из исследуемого раствора после стадии 1 (только загрузка)). На фиг. 7б приведены результаты для стадии 2 (мас. % экстрагировано из исследуемого раствора после стадий 1 и 2 (загрузка и промывка)). На каждой диаграмме слева направо горизонтальные отрезки указывают диапазон значений, полученных в исследованиях всех 20 НВП, мас. % никотина (NIC) NNN, NNK, NAT и NAB соответственно, экстрагированных из исследуемого раствора. Отрезок в коне справа (среднее значение СТНА) указывает диапазон значений для средней степени экстракции всех четырех СТНА с помощью 20 NIPS.

На фиг. 7а и 7б показано, что НВП являются намного более селективными адсорбентами всех СТНА, чем никотина, NAT адсорбируется сильнее всего, NNN адсорбируется слабее. В каждом случае выраженные в мас. % количества экстрагированных никотина и СТНА уменьшается после стадии промывки. Из числа СТНА на удерживание NNN сильнее всего влияет промывка. Никотин менее прочно связан с НВП, чем любые СТНА и при желании его можно извлечь из НВП на последующей стадии обработки, такой как промывка водой.

Коэффициенты, показывающие влияние каждого из параметров на экстракцию никотина и СТНА на стадии 1 исследования (только загрузка) и стадии 2 (загрузка и промывка), рассчитанные с помощью программного обеспечения MODDE, приведены на фиг. 8а-8г. Фиг. 8а и 8б относятся к экстракции никотина и приведены средние степени экстракции СТНА соответственно на стадии 1, фиг. 8в и 8г, соответствующие степени экстракции на стадии 2.

Из фиг. 8а и 8б можно видеть, что на стадии 1 исследования количество использующегося инициатора оказывает значительное благоприятное влияние на степени экстракции и никотина, и СТНА.

На фиг. 8в и 8г показано, что на стадии 2 степени экстракции никотина и СТНА увеличиваются при увеличении количества инициатора, как на стадии 1, но количество использующегося поливинилового спирта также оказывает благоприятное влияние, поскольку степень экстракции никотина уменьшается при увеличении количества поливинилового спирта. Поэтому при экстракции, включая промывку после экстракции, использование поливинилового спирта при получении НВП является благоприятным для селективной экстракции СТНА из смеси СТНА и никотина, поскольку поливиниловый спирт компенсирует влияние инициатора на степень адсорбции никотина. Как отмечено выше, предполагается, что это является результатом включения остатков поливинилового спирта в сшитый полимер.

На фиг. 9а и 9б приведены две диаграммы, полученные на основании приведенных выше данных, фиг. 9а относится к экстракции никотина после стадии 2, на фиг. 9б представлены средняя степень экстракции СТНА после стадии 2. Построена зависимость содержания PVOH в реакционной смеси, отложенного по оси x, от содержания инициатора, отложенного по оси y. Контурные линии на диаграммах соединяют точки, в которых выраженные в мас. % экстрагированные количества одинаковы, на каждой линии указаны значения экстрагированных количеств. Прямоугольный участок, очерченный штриховыми линиями, представляет собой область, в которой количества инициатора и PVOH, вероятно, обеспечивают хороший баланс между экстракцией СТНА и никотина. Она составляет от примерно 2,5 мас. % или более PVOH и 1,75 мас. % или более инициатора. Поэтому представляется вероятным, что использование больших количеств и PVOH, и инициатора может быть благоприятным для получения полимеров, которые более селективны по отношению к СТНА, чем по отношению к никотину. Если экстраполировать данные фиг. 9, то количества, вероятно, могут быть больше, чем максимальные количества, равные 4,5 мас. %, использованные в этих экспериментах. Однако использование более значительных количеств PVOH может увеличить затраты при реализации способа. Это обусловлено тем, что PVOH труднее растворяется при более высоких концентрациях, при полимеризации вероятно образование большего количества мелких частиц, обусловленное этим увеличение вязкости суспензии приводит к затруднениям при фильтровании и для удаления PVOH потребуется более интенсивная промывка. Поэтому оптимальные количества будут соответствовать компромиссу между этими двумя факторами.

Влияние PVOH на степени элюирования никотина и СТНА для исследуемого раствора может зависеть от относительных полярностей СТНА и никотина. На фиг. 10 на одной диаграмме приведены коэффициенты для экстракции никотина и каждого отдельного СТНА после стадии 2. Коэффициенты указаны в том порядке, в котором происходит элюирование в жидкостной хроматографии с обращенной фазой (“HPLC”), который, в свою очередь, зависит от полярности соответствующего соединения. Можно видеть, что увеличение количеств PVOH приводит к уменьшению экстракции наиболее полярного соединения (никотина) и увеличению экстракцию наименее полярного соединения (NAB). Инициатор увеличивает экстракцию всех соединений, но этот эффект проявляется в большей степени для более полярных соединений. Совместные эффект использования большого значения отношения ди- или полиалкенильный : моноалкенильный мономер в комбинации с большим содержанием инициатора (ЭДМА*I) приводит к уменьшению экстракции этих менее полярных соединений.

Эксперименты A-C показывают, что отсутствуют значительные отличия в степенях экстракции по сравнению с данными для экспериментов N15-17 и это показывает, что изменение количества порообразователя в диапазоне 1,0-1,7 мл/г не влияет на селективность НВП по отношению к СТНА по сравнению с селективностью по отношению к никотину.

Маловероятно, что тип использующегося инициатора влияет на характеристики НВП. Поэтому в реакции полимеризации можно использовать инициаторы, не представляющие собой бензоилпероксид.

Пример 14

Образование шариков при использовании разных мономеров

Следующая группа из 17 экспериментов (№№ Р1-Р16 и Р18) иллюстрирует попытки получения полимеров с использованием моноалкенильных мономеров (“мономеры”) и сшивающих реагентов (в вариантах осуществления ди- или полиалкенильных мономеров), обладающих разными полярностями, т.е. мономеров и сшивающих реагентов, которые являются более или менее гидрофобными и гидрофильными, и также с использованием кислотных и основных мономеров.

Использованы следующие мономеры, перечисленные в порядке увеличения полярности. Все мономеры являются нейтральными за исключением ДЭАЭМ, который является основным, и МАА, который является кислотным.

Стирол (неполярный, гидрофобный)

Метилметакрилат (ММА) (несколько полярных функциональных групп, гидрофобный)

2-Гидроксиэтилметакриловая кислота (ГЭМА) (гидрофильный)

N-Винилпирролидон (NVP) (полярная функциональная группа, гидрофильный)

2-Диэтиламиноэтилметакрилат (ДЭАЭМ) (сильно полярный, гидрофильный, основный)

Метакриловая кислота (МАА) (полярная функциональная группа, кислотный)

Использованы следующие сшивающие реагенты, перечисленные в порядке увеличения полярности:

Дивинилбензол (неполярный, гидрофобный)

Триметилолпропантриметакрилат (ТРИМ) (несколько полярных функциональных групп, гидрофобный)

Этиленгликольдиметакрилат (ЭДМА (несколько полярных функциональных групп, гидрофобный))

Диэтиленгликольдиметакрилат (ДЭДМА) (сильно полярный, гидрофильный)

С помощью суспензионной полимеризации получали 17 образцов полимеров. В каждом случае мономерную фазу, содержащую мономер (М) и сшивающий реагент (XL) в молярном отношении M:XL, составляющем 1:5, 2,84 мас. % инициатора бензоилпероксида и 1,27 мл/г порообразователя толуола, смешивают с водной фазой, содержащей 3 мас. % обладающего большой молекулярной массой поливинилового спирта (Celvol 523) при температуре, равной 70°C и получают суспензию, обладающую содержанием твердых веществ, равным 10 мас. %, которую для проведения полимеризации перемешивают при скорости, равной 250 об/мин, в течение 18 ч. После охлаждения полученный полимер отфильтровывают из смеси и промывают теплой водой, метанолом и этилацетатом.

Данные по полимеризации и качеству образовавшихся шариков приведены в таблице 9. Каждая ячейка в таблице, которая содержит числовые данные, включает номер примера (Р1-16 и Р18), средний по объему размер шариков в микрометрах, если они образовались, примерное содержание в мас. % образовавшихся мелких частиц и примерное содержание в мас. % образовавшихся кластеров или агрегатов полимерного материала.

Из данных таблицы 9 можно видеть, что шарики полимера не образуются, если используют основной мономер, в этом случае ДЭАЭМ. Агрегация или образование кластеров полимера частиц происходит во многих случаях вместе с образованием шариков. Хорошо сформированные шарики получены при использовании нейтральных или кислотных мономеров.

Пример 15

Характеристики шариков, полученных с использованием разных мономеров Характеристики НВП, полученного в примере 14, при адсорбции нитрозосоединений и селективность их адсорбции по сравнению с селективностью по отношению к никотину продемонстрированы путем проведения исследований экстракции по методике, описанной в примере 11. Результаты приведены в таблице 10. НВП, содержащие плохо сформированные шарики, не исследуют.

Эти результаты дополнительно приведены в таблице 11, которая представлена в том же формате, что и таблица 9. Для каждого эксперимента в ячейке приведены содержание в мас. % никотина и содержание в мас. % СТНА, экстрагированного из исследуемого раствора после стадии 2. В каждой ячейке, расположенной на одной горизонтали с соответствующим мономером, в верхнем ряду они указаны слева направо в порядке увеличения полярности или гидрофильной природы, и по вертикали указан соответствующий сшивающий реагент, приведенный в левом столбце сверху вниз в порядке увеличения полярности или гидрофильной природы. Таблица также включает значения для НВП, образованного из ЭДМА и ГЭМА, иллюстрированные в предыдущих примерах. НВП, обладающие наибольшей селективностью по отношению к СТНА по сравнению с селективностью по отношению к никотину указаны в ячейках с самыми широкими границами.

Можно видеть, что использование кислотного мономера (МАА) неблагоприятно влияет на селективность НВП по отношению к СТНА по сравнению с селективностью по отношению к никотину. Аналогичным образом, использование совершенно неполярного сшивающего реагента (DVB) приводит к полимеру, обладающему плохой селективностью по отношению к СТНА по сравнению с селективностью по отношению к никотину. Полимеры, полученные из некислотного мономера и сшивающего реагента, который является по меньшей мере частично полярным, обладают лучшей селективностью по отношению к СТНА по сравнению с селективностью по отношению к никотину.

Также можно видеть, что селективность улучшается при использовании мономеров и сшивающих реагентов с противоположными полярностями. Так, НВП, полученный из гидрофобного мономера (стирола) и гидрофильного сшивающего реагента (ДЭДМА), обладают хорошей селективностью по отношению к СТНА по сравнению с селективностью по отношению к никотину. НВП, полученные из гидрофильного мономера (ММА, ГЭМА и NVP) и гидрофобного сшивающего реагента (ЭДМА) также обладают хорошей селективностью.

Пример 16

Дополнительное исследование характеристик

Для определения характеристик НВП в среде, которая лучше соответствует процессу обработки табака, исследования селективности по отношению к СТНА проводят с использованием экстракта табака, жидкости, полученной путем взаимодействия заявленных листьев табака с водой, которая содержит никотин и СТНА вместе со многими другими соединениями, которые потенциально могут мешать адсорбции посредством НВП или маскировать адсорбцию посредством НВП.

Исследования проведены с использованием полимеров, описанных в таблице 12.

Каждый из полимеров исследуют дважды с использованием 2-стадийной процедуры, описанной в примере 11, за исключением того, что исследуемые растворы каждого образца получены путем добавления 5 мл экстракта табака, полученного нагреванием 12 г табака с 240 мл воды при 60°C в течение 30 мин, фильтрования и последующего охлаждения.

Средние результаты этих двух исследований приведены ниже в таблице 13.

Можно видеть, что НВП ведут себя с образцами экстракта табака таким же образом, как с исследуемым раствором, использованным в предыдущих примерах. Обычно степень экстракции никотина всеми полимерами является низкой даже после стадии 1, полимер на основе стирола и ДЭДМА (R10) экстрагирует наименьшее количество никотина даже после стадии 1. Полимер на основе ММА и ЭДМА (R8) экстрагирует немного больше СТНА, чем остальные. Селективность НВП, полученного с помощью суспензионной полимеризации, примерно такая же и в некоторых случаях даже больше, чем у молекулярно впечатанного полимера (R1).

Приведенные выше примеры и чертежи представлены в основном для иллюстрации настоящего изобретения и не предназначены для наложения ограничений. Поскольку специалисты в данной области техники могут предложить модификации раскрытых вариантов осуществления, соответствующие сущности и объекту настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение включает все, входящее в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Изобретение относится к шарикам, обладающим селективностью по отношению к удалению нитрозосодержащих соединений из материала. Шарики состоят из адсорбирующего полимера некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, а вторая - гидрофобной. Шарики получают суспензионной полимеризацией мономера и сшивающего реагента в водной среде в присутствии стерического стабилизатора и порообразователя и выделения полимеризованного материала из реакционной смеси. Шарики могут быть получены суспензионной полимеризацией в присутствии структурного аналога нитрозаминов, специфических для табака, с получением подвергнутого молекулярному впечатыванию полимера, связанного со структурным аналогом нитрозаминов и удалением указанного структурного аналога из шариков. Шарики можно применять, например, для анализа и выделения нитрозаминов из биологических жидкостей и для обработки и изготовления табачных продуктов и табачных материалов. Технический результат – обеспечение полимера в форме шариков, пригодного для более эффективного удаления одного или большего количества нитрозосодержащих соединений из материала, содержащего нитрозосодержащие соединения, в сравнении с полимером, находящимся в форме измельченных частиц. 10 н. и 45 з.п. ф-лы, 18 ил., 13 табл., 16 пр.

1. Шарики, которые обладают селективностью по отношению к удалению нитрозосодержащего соединения из материала, содержащего указанное по меньшей мере одно соединение и никотин, причем указанные шарики состоят из адсорбирующего полимера некислотного мономера и сшивающего реагента, содержащих полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, а вторая из которых является гидрофобной.

2. Шарики по п. 1, которые обладают селективностью по отношению к удалению по меньшей мере одного из соединений, перечисленных ниже, из материала, содержащего указанное по меньшей мере одно соединение и никотин:

4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанон ("NNK");

4-(метилнитрозамино)-4-(3-пиридил)бутаналь ("NNA");

N-нитрозонорникотин ("NNN"); N-нитрозоанабазин ("NAB");

N-нитрозоанатабин ("NAT");

4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанол ("NNAL");

4-(метилнитрозамино)-4-(3-пиридил)-1-бутанол ("изо-NNAL");

4-(метилнитрозамино)-4-(3-пиридил)бутановая кислота ("изо-NNAC").

3. Шарики по п. 1, которые состоят из не подвергнутого молекулярному впечатыванию полимера.

4. Шарики по п. 1, которые состоят из подвергнутого молекулярному впечатыванию полимера.

5. Шарики по п. 1, которые получены в результате суспензионной полимеризации.

6. Шарики по п. 5, где полимер дополнительно включает остатки поливинилового спирта.

7. Шарики по п. 6, где фрагменты сшивающего реагента в полимере находятся в молярном избытке по отношению к количеству фрагментов мономера.

8. Шарики по п. 7, где фрагменты сшивающего реагента и мономера, соответственно, содержатся в полимере в молярном отношении, составляющем от 3:1 до 10:1.

9. Шарики по п. 8, где молярное отношение фрагментов сшивающего реагента и мономера составляет от 4:1 до 6:1.

10. Шарики по любому из пп. 1-9, где некислотный мономер выбран из 2-гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА), глицеринмоноакрилата, глицеринмонометакрилата, 2-(4-винилфенил)-1,3-пропандиола, акриламида, метакриламида, N-метилакриламида, и их смеси, а сшивающий реагент является гидрофобным.

11. Шарики по любому из пп. 1-9, где некислотным мономером является диэтиламиноэтилметакрилат (ДЭАЭМ) и сшивающий реагент является гидрофобным.

12. Шарики по п. 10, где некислотный мономер выбран из 2-гидроксипропилметакрилата, 3-гидроксипропилметакрилата и их смеси и сшивающий реагент является гидрофобным.

13. Шарики по п. 10, где сшивающий реагент выбран из этиленгликольдиметакрилата (ЭДМА), триметилолпропантриметакрилата ("ТРИМ"), тетраметиленгликольдиметакрилата, N,N'-метиленбисакриламида, N,N'-этиленбисакриламида, N,N'-бутиленбисакриламида, N,N'-гексаметиленбисакриламида и их смеси.

14. Шарики по любому из пп. 1-9, где некислотный мономер выбран из стирола, 2-винилпиридина, 2-этилгексилакрилата (ЭГА), бутилметилакрилата (ВМА), метилметакрилата, метилстирола, этилстирола, винилтолуола и их смеси и сшивающий реагент является гидрофильным.

15. Шарики по п. 14, где сшивающий реагент выбран из ди(этиленгликоль)диметакрилата ("ДЭДМА"), пентаэритриттетраакрилата, три(этиленгликоль)диметакрилата, тетра(этиленгликоль)диметакрилата, поли(этиленгликоль)диметакрилата и пентаэритриттриакрилата (ПЭТРА) и их смеси.

16. Шарики по любому из пп. 1-9, где полимером является сополимер 2-гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА) и гидрофобного сшивающего реагента.

17. Шарики по любому из пп. 1-9, где полимером является сополимер 2-гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА) и этиленгликольдиметакрилата (ЭДМА).

18. Шарики по любому из пп. 1-9, где полимером является сополимер 2-или 3-гидроксипропилметакрилата (ГЭМА) и гидрофобного сшивающего реагента.

19. Шарики по любому из пп. 1-9, где полимер представляет собой сополимер 2- или 3-гидроксипропилметакрилата (ГПМА) и этиленгликольдиметакрилата (ЭДМА).

20. Шарики по любому из пп. 1-9, где полимер получен в результате полимеризации с использованием более 1,75 мас. % инициатора в пересчете на массу мономеров.

21. Шарики по п. 20, где полимер получен в результате полимеризации с использованием 1,75-10 мас. % инициатора в пересчете на массу мономеров.

22. Шарики по п. 21, где полимер получен в результате полимеризации с использованием 2,5-5 мас. % инициатора в пересчете на массу мономеров.

23. Шарики по п. 19, где полимер получен в результате полимеризации с использованием лауроилпероксида, бензоилпероксида, 2,2'-азобис(2-метилпропионитрила) или 2,2'-азобис(2-метилбутиронитрила).

24. Шарики по любому из пп. 1-9, которые обладают средним диаметром, равным 10-1000 мкм.

25. Шарики по любому из пп. 1-9, которые обладают средним диаметром, равным 10-100 мкм.

26. Шарики по любому из пп. 1-9 которые содержат <10 об. % мелких частиц диаметром <10 мкм.

27. Шарики по любому из пп. 1-9, которые представляют собой пористые шарики.

28. Шарики по п. 27, которые обладают объемом пор, равным 0,2-1,5 мл/г.

29. Шарики по п. 27, которые обладают объемом пор, равным 0,5-1,5 мл/г.

30. Шарики по п. 27, которые обладают площадью поверхности БЭТ, равной 20-500 м²/г.

31. Шарики по п. 27, которые обладают площадью поверхности БЭТ, равной 50-500 м²/г.

32. Шарики по п. 27, которые обладают средним диаметром пор, равным 30-300 .

33. Шарики по п. 32, которые обладают средним диаметром пор, равным 50-200 .

34. Способ получения шариков по любому из пп. 1-9, где указанный способ включает суспензионную полимеризацию

(a) мономерной фазы, содержащей порообразователь, инициатор, некислотный мономер и сшивающий реагент, содержащие полярные функциональные группы, одна из которых является гидрофильной, вторая из которых является гидрофобной, и

(b) водной фазы, содержащей поливиниловый спирт в количестве, составляющем 2,5-4,5 мас. % в пересчете на массу мономеров так, что остатки поливинилового спирта находятся в шариках,

причем количество инициатора составляет 2,5-5 мас. % в пересчете на массу мономеров.

35. Способ по п. 34, который проводят в присутствии неполярного порообразователя.

36. Способ по п. 35, в котором порообразователем является толуол.

37. Способ по п. 34, где суспензионную полимеризацию проводят в присутствии структурного аналога нитрозаминов, специфицеских для табака (СТНА), с получением подвергнутого молекулярному впечатыванию полимера, связанного со структурным аналогом СТНА, и удалением структурного аналога СТНА из шариков.

38. Табачный продукт, содержащий табак и шарики по любому из пп. 1-9.

39. Курительное изделие, содержащее шарики по любому из пп. 1-9.

40. Фильтр для табачного дыма для курительного изделия, содержащий шарики по любому из пп. 1-9.

41. Способ удаления нитрозосодержащего соединение из материала, содержащего указанное соединение, причем указанный способ включает взаимодействие материала с шариками по любому из пп. 1-9.

42. Способ по п. 41, где материал представляет собой табак или его производное.

43. Способ по п. 42, где:

табак обрабатывают экстрагирующей жидкостью с получением экстракта;

экстракт обрабатывают указанными шариками; и

материал, оставшийся в экстракте, повторно объединяют с табачным материалом.

44. Способ по п. 41, где шарики промывают после обработки экстракта и никотин извлекают из промывочных растворов.

45. Способ по п. 44, где никотин из промывочных растворов повторно объединяют с обработанной жидкостью.

46. Способ по п. 41, включающий:

получение табачного листа;

обработку листа шариками для уменьшения содержания СТНА в листе;

изготовление из него предназначенного для потребления табачного продукта.

47. Способ по п. 41, образующий часть анализа, обнаружения, количественного определения, отделения, экстракции, хроматографии, приготовления образца, химических сенсоров или твердофазной экстракции.

48. Способ по п. 41, выполненный в отношении биологической жидкости.

49. Способ по п. 41, где табачный продукт получают термическим разложением материала, содержащего табак, заменитель табака или их смесь.

50. Способ по п. 41, в котором табачный продукт получают нагревом материала до температуры, меньшей температуры его горения.

51. Способ по п. 41, где табачный продукт получают сжиганием материала.

52. Табак с уменьшенным содержанием нитрозаминов по сравнению с никотином, причем это уменьшение обеспечено путем обработки табака водой или другой экстрагирующей жидкостью с получением экстракта, обработки экстракта шариками по любому из пп. 1-9 и объединение оставшегося в экстракте материала с табаком.

53. Табачный продукт с уменьшенным содержанием нитрозаминов по сравнению с никотином, причем это уменьшение обеспечено путем обработки табачного продукта водой или другой экстрагирующей жидкостью с получением экстракта, обработки экстракта шариками по любому из пп. 1-9 и объединения оставшегося в экстракте материала с табачным продуктом.

54. Курительное изделие, содержащее табачный материал, с уменьшенным содержанием нитрозаминов по сравнению с никотином, причем это уменьшение обеспечено путем обработки табачного материала водой или другой экстрагирующей жидкостью с получением экстракта, обработки экстракта шариками по любому из пп. 1-9 и объединения оставшегося в экстракте материала с табачным материалом.

55. Набор, включающий шарики по любому из пп. 1-9 и дополнительно включающий один или большее количество следующих объектов:

(a) колонку для твердофазной экстракции ("ТФЭ"), хроматографии или другой методики фильтрования;

(b) некоторое количество любых из указанных выше шариков, разделенное на отдельные порции, пригодные для загрузки в колонку для фильтрации;

(c) колонку для ТФЭ, хроматографии или другого фильтрования, заполненную некоторым количеством любых из указанных выше шариков;

(d) реагенты для кондиционирования колонки;

(e) реагенты для элюирования колонки и регенерации шариков; и

(f) один или большее количество следующих объектов: шпатель, мерный цилиндр, стакан или другое средство для операций с ингредиентами.