Способ получения поли-и сополимеров N-виниламидоянтарной кислоты Советский патент 1981 года по МПК C08F20/02 C08F8/12 

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, в частности к получению поли- и сополимеров N-виниламидоянтарной кислоты (ВАЯК), и может быть использовано при синтезе полимерных матриц - пролонгаторов лекарственных препаратов а также селективных сорбентов ионов тяжелых металлов. Известен способ получения поли- и сополимеров ВАЯК, заключающийся в полимеризации N-винилсукцинимида (ней) в растворителе (бензоле, этиловом спирте, дихлорэтане), с выделением продуктов очисткой путем двух кратного переосаждения-и сушкой под вакуумом с последующим щелочным гидролизом водным раствором NaOH и переводом щелочной формы в кислотную путем ионного обмена 1 . Недостатком этого способа является сложность его осуществления, обус ловленная его длительностью, трудоемкостью операций выделения и очистки промежуточных продуктов, большие расходы органических растворителей.. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения поли- и сополимеров N-виниламидоянтарной кислоты путем радикальной полимеризации или сополимеризации N-винилсукцинимида с винильными мономерами (с винилацетатом) в органическом растворителе (дихлорэтане), в присутствии радикального инициатора (перекиси бе зоила, 0,3 мае. %) при нагревании (65°С, 8 ч),с последующим гидролизом получаемых поли- и сополимеров в присутствии водного раствора щелочи и переводом в кислотную форму образующихся солей ионным обменом. В этом способе промежуточные продукты реакции полимеризации .(сополимеры . ВСИ и виниладетата) выделяют осаждением в диэтиловый эфир и очищают путем двухкратного переосаждения из растворов в хлороформе в петролейный эфир, с последующей сушкой под вакуумом до постоянной массы. Гетерогенный щелочной гидролиз сополимеров проводят 5%-ным раствором NaOH при 60°С в течение б ч. Охлажденную реакционную массу пропускают затем через колонку, содержащую катионит КУ-2 в водородной форме. Элюат (раствор сополимера ВСИ и винилового спирта) концентрируют отгонкой воды в вакууме, осаждают в ацетон, многократно промывают ацетоном

и сушат при 20С до постоянной массы. Продукт представляет собой белый порошок, выход менее 66S 2 .

Однако этот способ также является технологически сложным, вследствие длительности, трудоемкости операций выделения -и очистки промажу- . точных продуктов,- проведения гидролиза длительное время- при повышенных температурах, расхода значительного количества растворителей.

Цель изобретения - упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что .согласно способу получения поли- и сополимеров N-виниламидоянтарной кислоты путем радикальной полимеризации или сополимеризации Nвинилсукцинимида с виниловыми мономерами в органическом растворителе в присутствии радикального- инициатора при нагревайии с последующим гидролизом получаемых поли- и сополимеров в присутствии водного раствора щелочи и переводом в кислотную форму образующихся солей ионным обменом в качестве органического- растворителя используют диметилсульфоксид (ДМСО) полит и сополимеризацию проводят при концентрации мономеров 0,25-3,5 моль/л., а гидролиз осуществляют при мольном соотношении щелочи и поли- или сополимера, равном (1,011,10):1, и температуре 20-25°С.

Проведение поли- и сополимеризации при концентрации -ВСИ в МДСО выше 3,5 моль/л или ниже 0,25 моль приводит к снижению скорости процесса и уменьшению выхода продукта.

Количество инициатора равно О,0,30% по отношению-к Мономерам, что обеспечивает необходимую величину молекулярной- массы получаемых полимеров, пригод«ых-для медицинских целей и достаточную -скорость (СО) полимеризации.

Стадию гидролиза проводят.с - использованием 1-5%-ных. растворов NaOH В более, концентрированных растворах наблюдается дальнейший -гидролиз амидной свйзи с образованием аминогрупп .

Йредлагаемый способ позволяет исключить стадии выделения и очистки полупродуктов,- ускорить стадии (со) сополимеризации и щелочного гидролиза, снизить температуру гидролиза до комнатной и упростить стадию сополимеризации за счет одновременной загрузки мономеров в случае получения сополимеров ВАЯК, кроме того, существенно.снизить расход органических растворителей.

Указанный положительный эффект достигается в результате- применения диметйлсульфоксида -(ДМСО). ДМСО выполняет функции регулятора молекулярной массы и развётвленности (СО) полимеров ВСИ на первой стадии син-.

теза, регулятора активности мономеров в случае получения сополимеров ВСИ с виниловыми мономерами, вследствие чего возможна одновременная загрузка мономеров в случае получения сополимеров ВАЯК, катализатора процесса гидролиза (СО) полимеров ВСИ.

Растворы (СО) полимеров ВСИ в ДМСО образуют гомогенные реакционные массы с добавляемыми растворами щелочей, поэтому процесс гидролиза с самого начала-является-гомогенным, при этом обеспечиваются условия наиболее быстрого и полного растсрытия циклов ВСИ с образованием звеньев Nа-соли ВАЯК.

Способ осуществляется следующим образом.

ВСИ растворяют в ДМСО при концентрации 0,25-3,5 моль/л. При получении сополимеров с виниловыми-мономерг1ми туда добавляют винилацетат, оксиэтилметакрилат и др. Инициатор (динитрилазоизомасляной-кислоты и др.) вводят в количестве -0,1-0,3 мае. % к мономеру. Реакционную массу продувают азотом, стадию (СО) полимеризации проводят при бО-вО С в течение 30 180 мин.

В полученный раствор (СО) полимера. ВСИ- в ДМСО вйодят 1-5%-ный водный раствор едкого натра в количес-тве 1,05-1,10 моль на 1 моль полимера и проводят гидролиз без нагревания при комнатной температуре (20-25 С) в течение 30-60. мин до получения Naсоли ВАЯК или сополимера На-соли ВАЯ с виниловыми мономерами.- Затем реакционную массу выливают в 10 кратный избыток ацетона,- осадок полимера отфильтровывают , -растворяют в воде и переводят в кислотную форму, ионным обменом, используя катионит КУ-2, или методом высоковольтного- электродиализа. Полимер ПВЛЯК-или сополимеры ВАЯК с виниловыми 4 номерс1ми выделяют из водных растворов оса кдением в ацетон или лиофильной сушкой.

Пример 1. Процесс получения поли- N -виниламидоянтарной кислоты. (ПВАЯК) проводят -по следующей рецептуре, мае.ч. :

I-Bинилcyкцини ш, . 10,0

Динитрил азоиэомасляной-КИСЛОТЫ 0,015

Диметилсульфоксид 150

2%-ный водный раствор едкого натра 165.

В трехтубусную колбу, помещен-ную в термостат () и снабженную мешалкой и гидравлическим-затвором, обратным холодильником и устройством для ввода азота в токе инертного, газа, загружают раствор мономера ВСИ и инициатора ДАК в 15 . ДМСО (концентрация ВСИ, -3,5 моль/л)-. Через 1ч прекращают поступление азота в колбу и выключают нагрев-термостата.- В реакционную колбу загружают 135 мае.ч ДМСО и водный р.аствор едкого натра (Дрй перемешивании проводят гидролиз в течение 1 ч. Раствор омыленного полимера осаждают в 10-кратное количество ацетона, выпавший осадок Насоли ПВАЯК отфильтровывают, растворяют в воде, получая 2%-ный раствор пропускают его через колонку, заполненную катионитом КУ-2, Полученный водный раствор ПВАЯК лиофилизуют.

Выход ПВАЯК составляет 72%.

Вычислено, %: N 9,78.

Найдено, %: М 9,69 9,67.

Молекулярная масса 820 000.

Пример 2.. Процесс получения ПВАЯК проводят по следующей рецептуре, мае.ч.;

N-Винилсукцинимид 3/1

Динитрил-азоизомасляной

кислоты0,010

Диметилсульфоксид 97,0

2%-ный водный раствор

едкого натра60,0

Процесс проводят аналогично примеру 1, но полимеризацию ВСИ проводят в 97 мае.ч. ДМСО (концентрация ВСИ О,25моль/л). Для проведения гидролиза в раствор полученного ПВС вводят только раствор едкого натра, не. вводя дополнительного количества ДМСО.

Выход ПВАЯК составляет 66%, молекулярная масса 250.000.

Пример 3. Процесс получения Na-соли ПВАЯК аналогичен примеру 1, но перевод ее в кислотную форму осуществляют с помощью высоковольтного электродиализа. Na-соль ПВАЯК помещают в среднюю камеру элетродиализатора, добавляют дистиллированную воду и перемешивают в течение всего процесса.- Боковые камеры заполняют соответственно: анодную 0,05 н. раствором-серной кислоты, катодную - 0,05 н. раствором едкого натра. Подаваемое напряжение постепенно увеличивают от 50 до 1000 В. Процесс электродиализа ведут до установления минимального- значения тока - 20 мл, не изменяющегося по величине в течение 1 ч, постоянного кислотного числа - содержимого средней камеры, свидетельствующей о полном переводе солевой формы полимера в кислотную. Бромное число раствора в анодной камере должно быть равно нулю. В качестве мембин используют целлофановую пленку или, с целью ускорения процесса электродиализа и снижения приложенного напряжения до 550 В, в качестве мембин используют анионитовую мембрану марки МА-40 и катиОнитовую мембрану марки МК-40.

Выход ПВАЯК составляет 79%.

Пример 4. Процесс получения сополимера ВАЯК с 2-оксиэтилметаэинатом (ОЭМА) проводят по следующей рецептуре, мае.ч.:

N-Винилсукцинимид 7,5 2-Оксиэтилметакрилат 2,5 Динитрил азоизомасляной кислоты0,015

Диметилсульфоксид 150 с 2%-ны-й водный раствор

едкого натра165

Процесс проводят аналогично примеру. 1, но при проведении сополимеризации используют раствор мономеров в 60 мл ДМСО, продолжительность coin

полимеризации 3 ч, а затем для проведения гидролиза в раствор полученного сополимера ВСИ - ОЭМА вводят 90 МП ДМСО и раствор едкого натра, продолжительность гидролиза 30 ми-н. 5 Выход сополимера ВАЯК составляет 62%.

Пример 5. Процесс получения сополимера ВАЯК с винилацетатом (ВА) проводят по следующей рецептуре, мае. ч.:

N-Винилсукцинимид 5 , о Винилацетат5,0

Динитрил азоизомасляной кислоты0,020 5 Диметилсульфоксид. 90 5%-ный водный раствор едкого натра 85 Процесс проводят ангшогично примеру 1, но при проведении сополимериQ зации используют раствор мономеров в 90 мл ДИСО, продолжительность сополимеризации 3 ч, а затем для проведения гидролиза в раствор полученного сополимера вводят раствор едкого натра, продолжительность гидролиза 2 ч. Выход сополимера ВАЯК - ВС еоетавляет 65%.

Примеры 6-8 проводятея в качеетве отрицательных для доказательства необходимых параметров- процесса. 0 Пример 6. Стадию получения ПВСИ ВЫПОЛНЯЮТ-аналогично примеру -1, но при концентрации ВСИ и ДМСО 4 , О- моль/л.

Б результате полимеризации образуется набухший гель ПВСИ, нерастворимый в органических растворителях, с ограниченными областями применения.

Пример 7. Стадию получения ПВСИ выполняют аналогично примеру 1, Q но при концентрации ВСИ в ДМСО 0,20 моль/л.

Полимеризация протекает медлен«о, конверсия за 3 ч составляет 76%.

Пример 8.. Стадию гидролиза ПВСИ проводят аналогично примеру 1/

5 но при концентрации едкого натра 5%. Через 10 мин продукт темнеет, данные анализа показывают наличие аминогрупп в сополимере.

В результате осуществления предлагаемого способа получения (СО) сополимера В.АЯК получены соответствующие продукты с высоким выходом, нмещщие практически 100%-ную степень превращения звеньев ВСИ до кислотных 5 групп.

При реализации способа расходуется значительно /меньшее количество органических растворителей и образуется незначительное количество отходов производства. Сравнительный анализ известных способов получения (со) полимеров:ВАЯК и предлагаемого показывает наличие преимуществ, в. стадии полимернаaции большая скорость процесса, меньший расход растворителей ,. поскольку процесс проводится в более концентрированных pacTBOpcix. KpoNse того, не требуется введения переносчиков цепи, возможна одновременная загрузка мономеров при. сополимериза1ши. Стадию гидролиза можно осуществлять- баз выделения и. предварительной очистки (СО)- полимеров, от примесей реакционной среды и без нагревания (при комнатной температуре ) .

Формула изобретения

Способ -получения .поли- и сополимеров N-виниламидоявтарной -кислоты путем радикальной полимеризации или еополимериздции N-винилсукцинимида с виниловыми мономерами.в органическом растворителе а присутствии радикального инициатора, при нагревании с последующим гидролизом получаемых поли- и сополимеров -в присутствии водного раствора щелочи и переводом в кислотную форму -образующихся солей ионным обменом, отличающийся- тем, что, с целью упрощения способа, в качестве органического растворителя используют диметилсульфоксид, поли- и сополиме0ризадиЮ:проводят-при концентрации мономеров 0,25-3,5 моль/л, а гидролиз осуществляют при мольном соотношении щелочи и поли-.или сополимера, равном (1,01-1,10):, и температуре 20-25 С.

s

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Николаев А.Ф. и др. Получение и свойства пРли- N -винилсукционовой кислоты. - Высокомолекулярные соеди0нейия, 1964, т. 6, № 2, с. 292-296.

2.Николаев А.Ф. и др. Вискозиметрическое исследование-водных растворов сополимера винилового спирта и N-виниламида янтад ной кислоты. 5Известия вузов. Химия и химическая технология , 1973, т. 16, О 11,

с. 1732-1735 (прототип).