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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydrophilen polymeren Gelen, welche in ihrer Struktur gleichzeitig kationische und anionische funktionelle Gruppen oder dipolare Ionen enthalten.
Die Ionenaustauscher aus hydrophilen polymeren Gelen mit regulierbarer Porosität, welche nach bekannten Vorschlägen hergestellt werden, enthalten in ihrer Struktur entweder anionische (Kationenaustauscher) oder kationische funktionelle Gruppen (Anionenaustauscher). Es wurde nachgewiesen,
dass diese Materialien durch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften bisher gebräuchliche Kationen- und Anionenaustauscher mit Cellulose- oder Polydextranmatrix bei Sorption und Chromatographie von verschiedenen Biopolymeren übertreffen.
Neben gebräuchlichen Kationen- und Anionenaustauschern wurden aber schon früher synthetische organische Polystyrol-Divinylbenzolionenaustauscher, welche in ihrer Struktur gleichzeitig basische und saure funktionelle Gruppen enthalten, hergestellt. Auf den Anionenaustauscher aus Polystyrol wurde durch Ionenaustausch eine saure Komponente (z.B. Acrylsäure) sorbiert, welche nach Eindringen in das Netz des Anionenaustauscherteilchens vorwiegend durch Hineinkeilen ihrer makromolekularen Kette, einpolymerisiert wurde. Auf ähnliche Weise kann man basische Komponenten an Kationenaustauscher binden. Durch diese Verfahren wurden handelsübliche amphotere Ionenaustauscher, z.B. vom Retardion-Typ, hergestellt, die besonders in dem als «Ionenbremsen» genannten Prozess zur Geltung kamen. Dieses Trennverfahren setzt sich sowohl im Labor als auch im Produktionsmasstab durch.
Die neuere Entwicklung der Chromatographie von Biopolymeren zeigt die grosse Bedeutung von amphoteren Ionenaustauschern, wenn ihre funktionellen Gruppen an die die Penetration von Makromolekülen erlaubende Matrix, wie z.B. Polydextran, gebunden werden (J. Porath, L. Fryklund: Nature 226 [1970] 1169; J. Porath, N. Fornstadt: J. Chromatogr. 51 [1970] 479). Durch die vorteilhaften chemischen und mechanischen Eigenschaften von hydrophilen Hydroxyacrylat- und Hydroxymethacrylatgelen, welche nach dem Tschechoslow. Patent Nr. 148 828 und Nr. 150 819 hergestellt werden und welche in manchen Hinsichten Derivate von Polysacchariden übertreffen, sind diese synthetischen polymeren Gele als Träger auch für amphotere oder dipolare ionogene Gruppen sehr geeignet.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von hydrophilen makroporösen Ionenaustauschern von amphoterem Charakter, die insbesondere für die Isolierung und Trennung von biologischen Materialien geeignet sind, ist im Patentanspruch 1 definiert.
Die Mischpolymerisation kann man auch so durchführen, dass zunächst ein makroporöser Kationenaustauscher durch Suspensionsmischpolymerisation des anionogenen Monomeren mit einer grösseren Menge (mehr als 10 Mol-%) von Vernetzungsmittel hergestellt wird, so dass das Polymere nach durchgeführter Polymerisation einen gewissen Anteil von nicht umgesetzten Acryloyl- und Methacryloyldoppelbindungen enthält. Wenn man nun zu diesem Kationenaustauscher Monomere aus der Gruppe von Aminoalkylacrylaten, Aminoalkyl-methacrylaten, Amino alkylacrylamiden oder Aminoalkylmeth-acrylamiden oder ihren quaternären Ammoniumverbindungen zugibt, können die verbliebenen Doppelbindungen des zunächst erhaltenen Kationenaustauschers mit den Doppelbindungen des neuen basischen Monomeren, welches in der ersten Phase durch den Kationenaustauscher nur sorbiert wird, miscbpolymerisieren. So entsteht ein gepfropftes Mischpolymerisat mit amphoteren Eigenschaften.
Wenn man das Gel, das neben Anionenaustauschergruppen einen gewissen Anteil von nicht umgesetzten Acryloyl- und Methacryloylgruppen enthält, verwendet, führt man zuerst eine Sorption des Monomeren aus der Gruppe von Sulfoalkyl-acrylaten, Sulfoalkylmethacrylaten, Sulfoalkylacrylamiden, Sulfoalkylmethacrylamiden, Acryl- und Methacrylsäure durch, und in zweiter Stufe pfropft man dieses adsorbierte Monomere unter Radikal-Initiierung durch Mischpolymerisation mit den freien Acryloyl- und Methacryloylgruppen des Anionenaustau-schers auf.
Amphotere hydrophile Ionenaustauschergele haben grosse
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Bedeutung für die Entwicklung von feinen Fraktionierungsme-thoden. Sie werden zum Trennen der Gemische von Eiweiss-stoffen und Nucleinsäuren schon bei linearer Chromatographie verwendet, ohne die Anwendungsmöglichkeit von Elutionsgra-dienten auszuscheiden. Durch die erreichten Resultate über- s trifft die Trennung auf amphoteren Ionenaustauschern das Trennen auf üblichen monofunktionellen Ionenaustauscherderivaten. (J. Porath: Chromatographie Methods in Fractionation of Enzymes [in Biotechnology and Bioengineering Symp. No. 3,145-166,1972]). Zu diesen Zwecken bisher verwendete io Derivate der Polydextrane, von Sephadex oder Sepharose (geschützte Wortmarken) besitzen im Vergleich mit hydrophilen Derivaten der Hydroxyacrylat- und Hydroxymethacrylat-gele wesentlich geringere chemische und mechanische Stabilität. Überdies quellen die neuen Ionenaustauscher, die nach is vorliegender Erfindung hergestellt werden, nur sehr wenig auf; bei höheren Durchflussraten kommt es nicht zum Verstopfen der Säulen, welche mit diesen Materialien gefüllt werden. Gele sind gegen microbielle Infektion beständig, und man kann sie im Bedarfsfall durch Kochen sterilisieren. 20
Die unten angeführten Beispiele illustrieren Herstellungsverfahren von amphoteren Ionenaustauschern nach dieser Erfindung, ohne dadurch den Schutzumfang zu beschränken.
Beispiel 1 25
34,8 Mol-% 2-Hydroxyäthylmethacrylat, 31,8 Mol-% Äthylendimethacrylat, 16,7 Mol-% Methacrylsäure und 16,7 Mol-% N,N-Diäthylaminoäthylmethacrylat wurden in wässri-ger Dispersion in Gegenwart von Laurylalkohol und Cyclohe-xanol, durch Azoisobuttersäuredinitril ausgelöst, bei 70°C 3» innerhalb von 13 Stunden mischpolymerisiert. Nach dem Reaktionsende wurde das Mischpolymerisationsgemisch abfiltriert und mit Äthanol, Benzol, Äthanol und Wasser gewaschen. Durch potentiometrische Titration wurden die Austauschkapazitäten der sauren und basischen Funktionsgruppe, welche übereinstimmend waren, bestimmt; sie betrugen 0,6 mäq/g.
Beispiel 2
30 Mol-% 2-Hydroxyäthylmethacrylat, 30 Mol-% Äthylendimethacrylat und 20 Mol-% Diäthylaminoäthylmethacrylat wurden in wässriger Dispersion in Gegenwart von Laurylalkohol und Cyclohexanol, durch Azoisobuttersäuredinitril ausgelöst, bei 70°C innerhalb von 13 Stunden mischpolymerisiert. Nach dem Reaktionsende wurde das Mischpolymerisationsgemisch abfiltriert und mit Äthanol, Benzol, Äthanol und Wasser gewaschen.
Beispiel 3
30 Mol-% 2-Hydroxyäthylmethacrylat, 30 Mol-% Äthylendimethacrylat, 20 Mol-% Diäthylaminoäthylmethacrylat und 20 Mol-% Sulfoäthylacrylat wurden in wässriger Dispersion in Gegenwart von Laurylalkohol und Cyclohexanol, durch Azoisobuttersäuredinitril ausgelöst, bei 70°Cinnerhalb von 13 Stunden mischpolymerisiert. Nach dem Reaktionsende wurde das Mischpolymerisationsgemisch abfiltriert und mit Äthanol, Benzol, Äthanol und Wasser gewaschen.
Beispiel 4
40 Mol-% 2-Hydroxyäthylmethacrylat, 50 Mol-% Äthylendimethacrylat, 5 Mol-% Acrylsäure und 5 Mol-% Dimethyl-aminoäthylmethacrylamid wurden in wässriger Dispersion in Gegenwart von Laurylalkohol und Cyclohexanol, durch Azoisobuttersäuredinitril ausgelöst, bei 70°C innerhalb von 13 Stunden mischpolymerisiert. Nach dem Reaktionsende wurde das Mischpolymerisationsgemisch abfiltriert und mit Äthanol, Benzol, Äthanol und Wasser gewaschen.
B
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von hydrophilen, makroporösen Ionenaustauschern von amphoterem Charakter, insbesondere zur Isolierung und Trennung von biologischen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass man
(a) anionogene Monomere vom Acrylat- und/oder Methacry-lattyp mit
(b) kationogenen Monomeren vom Aminoacrylat- und/oder Aminomethacrylattyp und
(c) vernetzenden Monomeren vom Acrylat- oder Methacrylat-typ in einem Arbeitsgang oder in zwei Stufen in beliebiger Reihenfolge in Gegenwart von inerten organischen, aus der Gruppe von Alkoholen, organischen Säuren, Aminen und Nitrilen ausgewählten Verbindungen in wässriger Dispersionsphase mischpolymerisiert.
2. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend die in den erhaltenen vernetzten Mischpolymerisaten von Acrylat-, Methacrylat-, Aminoacrylat- und Aminomethacrylatmonomeren vorhandenen reaktiven Gruppen durch weitere Umsetzungen modifiziert werden.
3. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Komponente (a) Sulfoalkylmethacrylate, Sulfoalkylacryl-
ate, Sulfoalkylacrylamide, Sulfoalkylmeth-acrylamide, Acryl- oder Methacrylsäure, als Komponente (b) Aminoalkylacrylate, Aminoalkylmeth-acrylate, Aminoalkylacrylamide, Amino-alkylmethacrylamide oder deren quater-nisierte Ammoniumverbindungen und als Komponente (c) Alkyldiacrylate, Alkyldimethacrylate, Oligoglykol- oder Polyglykoldiacrylate oder -dimethacrylate, Bisacrylamide, Bismethacrylamide oder Divinylbenzol einsetzt.
4. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen zuerst aus den Monomeren der Stufen (a) und (c) erhaltenen makroporösen hydrophilen Kationenaustauscher mit Monomeren der Stufe (b) neutralisiert und das Neutralisationsprodukt einer Radikal-Mischpolymerisation über die Doppelbindungen der Monomeren (b) und die im polymeren Kationenaustauscher zurückgebliebenen Doppelbindungen unterwirft.
5. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen aus den Monomeren der Stufen (b) und (c) erhaltenen, makroporösen hydrophilen Anionenaus-tauscher mit Monomeren der Stufe (a) neutralisiert und das Neutralisationsprodukt einer Radikal-Mischpolymerisation über die Doppelbindungen der Monomeren (a) und die im polymeren Anionenaustauscher verbliebenen Doppelbindungen unterwirft.
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