Способ получения тиолсодержащих сорбентов Советский патент 1980 года по МПК C07K7/18 C07K1/16 

1

Изобретение относится к способгиу получения хемоспецифических сорбентов, конкретно к способу получения тиолсодержащих сорбентов на неорганической основе.

Хемоспецифические носители, }Мёю1чие реакционноспособные тиольйые группы, используются в различных областях химии и биохимии,например для избирательной хемосорбции ионов тяжелых металлов в том числе и для очистки биологических жидкостей от таких ионов; для иммобилизации белков и ферментов для очистки биополимеров методом хемоспецифической (ковалентной) хроматохтэафии и др.- Благодаря хорошей механической прочности, устойчивости к микробному заражению, доступности и т.д. довольно широкое распространение в качестве матриц ра;зличных носителей получили такие . неорганические материалы, как пористое стекло, макропористы кремнеземы, диатомиты, керамики и др.

Известны и SH-содержащие сорбенты на неорганической основе. Такие соединения получают, например, модификацией аминопропилированного

макропористого кремнезема (сияохрома) 1-оксо-2-зтокси-3-тиолан-5-оном что дает сорбент емкостью по SHгруппам до 40 мкм/г 1- или обработкой N-ацетилгомоцистеинтиолактоном аминсзпропилированного пористого стекла, что дает сорбент емкостью по SH-группам до 30 мкм/г 2,

Известные способы включают обра10ботку неорганической основы, имеющей привитые функциональные группы, из(йатками тиосодержащих соединений в мягких условиях, как правило, при комнатной температуре в среде раст15ворителя.

Известные варианты способов получения тиолсодержащих сорбентов на неорганической основе обладают ря20 дом недостатков: они позволяют по.лучать производные с- недостаточно высокой емкостью по SH-группам, ассортимент носителей, получаемых известными способами, также ограни25 чен; кроме того, устойчивость при хранении сорбентов со свободной тиольной группой из-за подверженности последней О1шслению невысока, поэтому необходима либо инертная атмэ30 сфера, либо защита SH-групп сорбента последующими химическими превращениями, Наиболее близким по технической сущности является способ, заключающийся в обработке аминопропилированного макропористого кремнезема в среде сухого апротонного органического растворителя (бензола,толуола) 5-кратным и выше избытком 1-оксо-2-этокси-3-тиолан-5-она в течение б ч при комнатной температуре Ш. манропор истый .г) -йнг - нремнезем Этот способ обладает следующими недостатксьми: -Способ дает возможность получать сорбент емкостью по SH-группам около 40 мкм/г, что составляет лишь примерно 20% от теоретической, -Способ дает возможность получать производное лишь одной частной структуры (III), т.е. не обладает универсальностью. Кроме того, реакция избытка (II) с (1) осложнена no6o4HbnvQi процессами, трудно поддающимися контро лю и ведущими к нецелесообразному расходованию ценного реактива, реге нерации избытков которого данный способ не предусматривает. Целью изобретения является увели чение емкости сорбентов на неоргани ческой основе по SH- группам и выход конечного продукта, а также расширение ассортимента получаемых струк тур сорбентов. Указанная цель достигается тем, что в качестве неорганической основ используют соединение общей формулы P-R-X, где Р - макропористый кремнезем (си лохром), диатомит (хромосор макропористый кремнезем, п крытый окисью алюминия (алю сил) ; R - -(СН)- -(CH2)a-NHCO-CH2 -(CH-2)a-NHCO-(CH2)2 -, -(CH2)a-NHCO-CHz-NHCO-(CH2 полиакриловая кислота, пол акрил-К- миноэтиламиду X - -NHj, -COOY, где Y - карбО имид, N-сукдинимидил, Ч нитрофенил, этоксикарбонил качестве тиосодержащего соединения спользуют соединение общей формулы , 1 где R: -CHj-, -СН{СНз)-, -CHjCH,-, -CHjCHCNHCOCH)-, (СООСНз); X - указано выше, а обработку проводят в органической или водной среде при соотношении количества функциональных групп неорганической основы и количества тиосодержащего соединения (в молях) 1: 1-20 при в течение 1-24 ч с последующей обработкой полученного соединения восстанавливающим агентом. Согласно изобретению описывается способ получения тиолсодержащего сорбента на неорганической основе путем обработки последнего общей . формулы: P-R-X, где Р - макропористый кремнезем (силохром), диатомит (хромосорб), макропористый кремнезем, покрытый окисью алюминия (алюсил), а значения R и X определены выше, тиосодержащим соединением общей формулы где значения Rи X определены выше, в органической или водной среде при соотношении количества функционалыйлх групп неорганической основы количества тиосодержащего соединения (в молях) 1: 1-20 при 0-40°С в течение 1-24 ч с последующей обработкой полученного соединения восстанавливающим агентом, В качестве восстанавливающего агента обычно используют 2-меркаптоэтанол, или борогидрид натрия , или дитиотреитол, Механизм описываемого способа заключается в следующем. При синтезе сорбента для введения серы на неорганическую основу применяют соединения с защищенной тиольной функцией, причем в качестве S-защитных группировок в изобретении используют нитрофенилсульфенильные производные (например, о -нитрофенилсульфенильную группу), которые просто получают по известному методу 3 взаимодействием нитросульфенилхлорида с тиолом в кислой среде fl-б1,+Н -Л-КН« «/ДИЙООН.) iz ж - -К -У1Н z (или d 0 OH) .ЕГ Образующиеся смешанные дисульфиды (VI) устойчивы в отсутствие восстановителей и сильных окислителей но легко дают тиолы при восстановлении. Кроме того, S-нитрофенилсул фенильная защита является удобной формой предохранения тиольных функций сорбента от окисления кисл родом воздуха при хранении продукта, Электроно-акцепторное действие ароматической системы позволяет использовать такие S-защитные груп пировки в качестве активирующих S-S-связь для хемоспецифической хр матографии посредством тиолдисульфидного обмена. В качестве исходного тиосодержа щего соединения V используют досту ные вещества: либо меркаптокарбоно вые кислоты, например, тиогликолевую, oi -меркаптопропионовую, N-аце тилцистеин, либо аминотиолы, напри 2-меркаптоэтиламин, метиловый эфир цистеина. Что касается способа присоедине ния смешанного дисульфида YI к неор ганической основе, то химизм этой стадии определяется как структурой исходного тиола V, так и природой функциональных групп неорганической основы, Если например, используется S-нитрофенилсульфенильное производное меркаптокарбоновой кислоты, то предпочтительнее брать в реакцию ЫН -производное неорганической основы, активируя известным методом, например карбодиимидом, активи рованным эфиром, смешанным ангидридом, карбоксильную группу соединени VI:КО г -f- |р-К-кнео-в- -Й Ш«.р-к-мне о -к- н or (значения Р, R, R и У указаны выше Если используется S-нитрофенилсульфенильное производное аминотиола, то предпочтительнее применять СООНсодержа1дий носитель, активируя известным методом, например - карбодиимидом, активированным эфиром, смешанным ангидридом, его карбоксил ные группы: P-B-doOY4N H-R- - IK. NO г P-R-eONH-B- 31Р-K-eONH-R- H {значения Р, R, R и У указаны выше). В реакциях синтеза соединений VIII, 1Х,Х1, и XII согласно изобретению предусматривается в основном комнатная ..температура, так как ее повышение, хотя и приводит к ускорению процессов, но может оказать нежелательное разрушающее действие на лабильные соединения серы. Поэтому предпочтительнее применение умеренных температур (0-40°С). Время синтеза определяется реакционной способностью конкретных соединений, которое по изобретению. равно 1-24 ч, В качестве среды для проведения реакций используют обычно органические растворители, но возможно применение и водной среды (например, в случае водорастворимого карбодиимида). При присоединении к неорганической основе S-нитрофенилсульфенильное производное (VII или X) берут в избытке (обычно не более 20-кратного) , причем избыток реагента легко регенерируется и может быть использован вновь, что улучшает экономические показатели процесса. Описываемый способ обладает следующими преимуществами: -Дает возможность получать сорбенты с более высокой, по сравнению с прототипом, емкостью по SH-группам, достигающей 90 мкМ/г для сорбентов без полимерного покрытия и 300 мкМ/г для сорбентов, модифицированных полимерами. -Способ позволяет получать широкий ассортимент тиолсодержащих сорбентов на разли.чных неорганических матрицах. -Способ предусматривает использование химических реакций обеспечивающих практически однозначное течение процессов без заметных по-, бочных превращений, что позволяет поднять выход целевого продукта тиольных функций, присоединенных к неорганической основе, -Способ предусматривает получение хемосорбентов в удобном для хранения виде - с защищенной тиольной функцией, которая перед использованием может быть легко высвобожена в мягких условиях. - Способ предусматривает регенеацию избытка наиболее ценного компонента - используемого тиосоержащего соединения.

Пример 1. Методика получения тиолсодержа цих сорбентов типа IX.

Отвешенное количество NH,,-производного неорганической основы суспендируют в растворителе и прибавляют раствор S-нитрофенилсульфенильного соединения VII в 1-20кратном количестве (в молях) по отношению к числу NHg-rpynn неорганической основы. Суспензию перемешивают 1-24 ч при , затем нерастворимую фазу отделяют фильтрованием, промывают на фильтре растворителем и сушат в вакуумэксикаторе над СаСЙ2| Объединенные фильтрат и промывки упаривают в вакууме досуха, а из остатка выделяют непрореагировавший избыток тиосодержащего реагента известными приемами: переосаждением, перекристаллизацией. Восстановление дисульфидных связей сорбента VIII осуществляют известными методами.

например действием избытка 2-мер каптоэтанола, спиртовым раствором ЫаВНд, с помощью дитиотреитола и другими известными методами восстановления S-S-связей.

. Конкретные примеры и условия синтеза продуктов по изложенной методике приведены в табл. 1,

Пример 2. Методикаполучения тиолсодержащих сорбентов типа

g XII.

Синтез соединений типа XII осуществляют по такой же методике, что и в примере 1, но с той разницей, что используют производное неорганической основы с активированной

5 карбоксильной группой, которое обрабатывают 1-20-кратным количеством (в молях) по отношению к числу ССОНгрупп неорганической основы тиосодержащего соединения X,

0 Конкретные примеры и условия синтеза сорбентов по этой методике приведены в табл. 2,

Формула изобретения

1, Способ получения тиолсодержащих.сорбентов путем обработки неорганической основы тиосодержащим соединением в среде растворителя, о тличающийся тем, что, с целью увеличения емкости сорбентов по SH-группам и выхода конечного продукта, а также расширения ассортимента получаемых структур сорбентов, в качестве неорганической основы используют соединение общей формулы

P-R-X,

где Р - макропористый кремнезем

(силохром), диатомит(хромосорб), макропористый кремнезем, покрытый окисью алюкмния (алюсил) R - -(СН.2)з-, -(CH4)3-NHCO-CH -,

-(СН2)э-МНСО-(СН2)2 7

- (сн j )2 -NHCO-CHJ-NHCO- (сн.j ) полиакриловая кислота, полиакрил-Н-аминоэтиламидX - -NHj, СООУ, где Y -карбодиимид, N - сукцинимидил, П- нитрофенил, этоксикарбонил, в качестве тиосодержащего соедине;Ния используют соединение общей формулы

NOo

где R : , -СН(СН, )-, -СН.,

-CHj СН (NHCOCHj )-, -CHj СН (COOCHi X - указано выше,

а обработку проводят в органической или водной среде при отношении количества функциональных групп неорганической основы к количеству тиосоPдержащего соединения (в молях) 1: 1-20 при 0-40С в течение 1-24 чс последующей обработкой полученного соединения восстанавливающим агентом, 2, Способ по п, 1, отлича ю5м и и с я тем, что в качестве, восстанавливающего агента используют 2-меркаптоэтанол, или борогидрид натрия, или дитиотреитол.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

1.Каталог фирмы Pierce (США), 1977-78, с.228.

2.Авторское свидетельство СССР 540870, кл. С 07 F 7/18,

1975 (прототип).

5

3.А. Fontana Сульфенилгалоидиды Э качестве модифицирующих реагентов для полипептидов и белков, Biochemistry, 2, 3, 1968, р.980.