DD228461B1 - Verfahren zur herstellung von anionenaustauschern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von anionenaustauschern

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von chemisch eluierbaren, mechanisch stabilen Anionenaustauschern. Aus WP 245 785 bekannte geformte oder nicht geformte makromolekulare Massen mit chemisch aktiven Füllkörpern wie z. B. Cyanurchlorid werden erfindungsgemäß mit Verbindungen der allgemeinen Formel

Description

X - fl - N _
in der X NH2-, OH-oder SH-Gruppen
R Alkylgruppen mit 1-10 C-Atomen, Aromaten, photolytische Gruppen wie
substituierte o-Nitrobenzyl- oder substituierte Methyl-phenancylester, Heterocycler R1, R2, R3 Alkylgruppen mit 1-4 C-Atomen oder H-Atome Y Halogen, Hydroxylgruppen
sind, in an sich bekannter Weise umsetzt.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungen der allgemeinen Formel I intermediär durch Reaktion von Verbindungen der allgemeinen Formel Il
Ϋ NH3-R-Y II
mit tertiären Aminen der allgemeinen Formel III
-R1
N-R2 III
-R3
in der R, R1, R2, R3, Y die oben genannte Bedeutung haben,gebildet werden.
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von chemisch eluierbaren, mechanisch stabilen Anionenaustauschern auf der Basis makromolekularer Massen. Die Anionenaustauscher werden für analytische und präparative Aufgaben in der Molekularbiologie, Biochemie und Gentechnik angewandt.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Flächenträger mit Anionenaustauscheigenschaften sind bekannt. Zur Zeit befinden sich zwei Flächenträger mit Anionenaustauscheigenschaften auf der Grundlage von Cellulose-Papier und einer Kunststoffmembran auf dem Markt. Im ersten Fall handelt es sich um ein DEAE-Papier (DE 81 DEAE Cellulose Papier, Hersteller Whatman [England]), das dadurch erhalten wird, daß zunächst Cellulose nach der US-PS 3823133 mit Diethylaminoethylchlorid derivatisiert und anschließend mit entsprechenden Dispersionsmitteln zu einem flächigen Cellulose-Papier weiterverarbeitet wird. Obwohl dieser Anionenaustausch-Flächenträgereine hohe max. Bindungskapazität von etwa 300-400 μg/cm2 für Nucleinsäuren aufweist, sind seine zu geringen mechanischen Stabilitätsmerkmale wie Abrieb, Reißen, Abfledern ganzer Schichten die Ursache dafür, daß er kaum für biochemische Untersuchungen eingesetzt werden kann. Im zweiten Fall handelt es sich um eine DEAE-Kunststoffmembran (NA-45, Hersteller Schleicher & Schüll [USA]),die zwar über hohe mechanische Stabilität verfügt, deren Bindungskapazität mit 10-20 pg/cm allerdings zu niedrig liegt.
Beiden Trägern ist der Substituent, die Diethylaminoethylgruppe, gemeinsam. Von Trägermaterialien mit diesem Substituenten als ionisch bindender Gruppe sind jedoch Nucleinsäuren (Oligonucleotide, DNS) chemisch, z. B. durch Piperidin, nicht eluierbar.
Die Erfindung hat das Ziel, billig mechanisch stabile und chemisch eluierbare Anionenaustauscher herzustellen, die insbesondere in der Molekularbiologie und Biochemie einsetzbar sind.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Anionenaustauscher auf makromolekularer Basis herzustellen, die eine hohe Bindungskapazität besitzen und die chemisch eluierbar sind.
Es werden aus WP 245785 bekannte geformte oder nicht geformte makromolekulare Massen mit chemisch aktiven Füllkörpern,
— aus einer makromolekularen Verbindung in einer Konzentration von 5-80VoI.-%
— aus einer makromolekularen Verbindung mit 4,6-Dihalogen-1,3,5-triazin-Gruppierungen in einer Konzentration von 1-80Vol.-%
— aus 2,4,6-Trihalogen-1,3,5-triazin in einer Konzentrationvon 0,5-50Vol.-%
— aus Halogeniden in einer Konzentration bis zu 20 Vol.-%
— gegebenenfalls aus puffernden Substanzen bis zu 5 Vol.-% bestehen, erfindungsgemäß mit Verbindungen der allgemeinen Formel I
- Λ-
R-N-R -K3
in an sich bekannter Weise umgesetzt, wobei
X NH2-, OH-oder SH-Gruppierungen
R Alkylgruppen mit 1-10 C-Atomen, Aromaten, photolytische Gruppen wie substituierte o-Nitrobenzylester oder
Methylphenancylester sowie Heterocyclen R1, R2, R3 Alkylgruppen mit 1-4 C-Atomen oder H-Atome Y Halogenide oder Hydroxyl-Gruppen.
sind. Anstelle der direkten Umsetzung der geformten und nicht geformten makromolekularen Massen mit chemisch aktiven Füllkörpern mit Verbindungen der allgemeinen Formel I kann vorteilhafterweise Verbindungen der Formel I intermediär durch Reaktion von Verbindungen der allgemeinen Formel Il
Y-R-NH3 + Y" Il
mit tertiären Aminen der allgmeinen Formel III
-R1 N-R2III
erzeugt werden.
Im ersten Fall können geformte makromolekulare Massen mit chemisch aktiven Füllkörpern wie z.B. mechanisch stabile Cellulose-Papiere, Vliese und Gewebe umgesetzt und auf diese Weise mechanisch stabile Anionenaustausch-Flächenträger mit hohen Bindungskapazitäten für Nucleinsäuren von bis zu 120pg/cm2 erhalten werden.
Im zweiten Fall können nichtgeformte makromolekulare Massen mit chemisch aktiven Füllkörpern wie z. B. sphärische, kristalline und fasrige Cellulose umgesetzt und auf diese Weise Anionenaustauscher erhalten werden, die entweder in dieser Form eingesetzt werden können oder mit flüssigen Dispersionsmitteln zu geformten Anionenaustausch-Flächenträgern verarbeitet werden.
Werden zur Umsetzung der geformten und nicht geformten makromolekularen Massen mit chemisch aktiven Füllkörpern Verbindungen der allgemeinen Formel I bzw. Verbindungen der allgemeinen Formel Il in Verbindung mit tertiären Aminen eingesetzt, wobei R = Alkylgruppen mit 1-10 C-Atomen oder Aromaten sind, ergeben sich Anionenaustauscher, die chemisch mit primären, sekundären und tertiären Aminen eluierbar sind. Diese chemische Elution hat besonders Bedeutung für die Entwicklung neuer Festphasen-Sequenzierungsverfahren von Nucleinsäurefragmenten bzw. zur Isolierung von DNA-Fragmenten aus Agarose- oder Polyacrylamid-Gelen. Werden zur Umsetzung der geformten und nicht geformten makromolekularen Massen mit chemisch aktiven Füllkörpern Verbindungen der allgemeinen Formel I eingesetzt, wobei R = substituierte o-Nitrobenzyl- oder substituierte Methylphenancylester sind, ergeben sich Anionenaustauscher, die photolytisch, d. h. unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung eluierbar sind.
Alle o.g. Ionenaustauscher sind zusätzlich mit ionischen Mitteln, d.h. mit hohen lonenstärken der Salze wie z.B. NH4HCO3, (NH4I2CO3, Et3NHCO3, Et3NHAc, NH4Ac, K2HPO4, NaCI u.a. eluierbar
Der Begriff „chemisch eluierbar" beinhaltet also im Rahmen der vorliegenden Erfindung:
1. Elution durch chemische Verbindungen, deren Gemische oder Lösungen in Lösungsmitteln einschließlich Wasser, gegebenenfalls unter Erwärmen,
2. Elution mit Ionen in Lösungen von Lösungsmitteln einschließlich Wasser,
3. Elution durch Spaltung von Bindungen mittels Strahlung einschließlich Licht
4. Elution durch thermische Behandlung in Substanz oder in Gegenwart von Lösungsmitteln einschließlich Wasser.
Die erfindungsgemäßen Anionenaustauscher besitzen eine hohe Bindungskapazität und weisen insbesondere in der Flächenform eine hervorragende mechanische Stabilität auf. Aus diesem Grund ist der Einsatz der geformten Anionenaustauscher in der molekularbiologischen und biochemischen Forschung besonders angezeigt. Gegenüber herkömmlichen Anionenaustauschern verfügen die erfindungsgemäßen Austauscher zusätzlich zur ionischen Elution über weitere Elutionsmöglichkeiten mit chemischen Mitteln oder elektromagnetischer Strahlung.
Ausführungsbeispiele Beispiel 1
Cellulose-Papier (Whatman 540) wird nach WP 245785 mit Cyanurchlorid aktiviert. Das auf diese Weise oberflächenbehandelte Papier (5 χ 7cm) wird aus seiner speziellen Verpackung (geschweißte Folie, die unter NrBegasung bei -200C gelagert wird) entnommen und in eine gläserne Reaktionskammer gelegt, in der 2mmol (450mg) Triethyl-1-amino-ethyl-ammoniumbromid in 7ml Acetonitril vorgelegt wurden. Die Reaktionskammer wird etwa 12h bei Raumtemperatur geschüttelt. Nach Beendigung der Reaktion wird das Papier mehrmals mit Wasser gewaschen und zwischen Fließpapier getrocknet. Anstelle des Lösungsmittels Acetonitril können auch wäßrige Puffersysteme verwendet werden.
Beispiel 2
400mg kristalline, underivatisierte Cellulose wird nach WP 245785 mit Cyanurchlorid aktiviert und anschließend in einem 25ml Rundkolben mit 2mmol (450mg) Triethyl-1-amino-ethyl-ammonium-brornid in 7ml Acetonitril 12h bei Raumtemperatur umgesetzt. Nach Beendigung der Reaktion wird die Cellulose auf einer Fritte mehrmals mit Wasser gewaschen und wie unter Beispiel 1 getrocknet.
Beispiel 3
Cellulose-Papier (Whatman 540) wird wie in Beispiel 1 mit Cyanurchlorid oberflächenaktiviert und anschließend in eine gläserne Reaktionskammer gelegt, in der 2mmol (410mg) 1-Brom-2-amino-ethan-hydrobromid in 7ml Acetonitril vorgelegt wurden. Die Reaktion wird sodann unter Zugabe von 5ml Triethylamin gestartet. Die Reaktionskammer wird mit Parafilm" abgedichtet und etwa 12h bei Raumtemperatur geschüttelt. Nach Beendigung der Reaktion wird das Papier wie im Beispiel 1 gewaschen und getrocknet.
Beispiel 4
400mg kristalline underivatisierte Cellulose z.B. Whatman wird wie in Beispiel 2 mit Cyanurchlorid aktiviert und anschließend in einem 25ml Rundkolben mit 2mmol (410mg) i-Brom-2-amino-ethan-hydrobromid in 7ml Acetonitril versetzt. Die Reaktion wird durch Zugabe von 5ml Triethylamin gestartet und nach 12h bei Raumtemperatur durch Waschen der Cellulose und Trocknen, wie im Beispiel 2 beschrieben, beendet.
Beispiel 5
Oberflächenaktiviertes Whatman 540 Papier (5 x 7cm) aus Beispiel 1 wird in einer Reaktionskammer mit 2mmol (574mg) p-Aminobenzyl-triethyl-ammonium-bromid in 7ml Acetonitril 12h bei Raumtemperatur umgesetzt und wie unter Beispiel 1 weiter aufgearbeitet.
Beispiel 6
400mg kristalline, nach Beispiel 2 oberflächenaktivierte Whatman Cellulose wird mit2mmol (574mg) p-Amino-benzyl-triethylammonium-bromid in 7ml Acetonitril, wie in Beispiel 2 beschrieben, umgesetzt und aufgearbeitet.
Beispiel 7
Oberflächenaktiviertes Whatman 540 Papier (5 χ 7cm) aus Beispiel 1 wird mit 2mmol (540mg) p-Amino-benzylbromid-hydrobromtd in 7ml Acetonitril in einem Reaktionsgefäß versetzt und die Reaktion mit 5ml Triethylamin gestartet. Nach 12h bei Raumtemperatur wird das Papier wie in Beispiel 1 gewaschen und getrocknet.
Beispiel 8
400mg kristalline, nach Beispiel 2 oberflächenaktivierte Whatman Cellulose wird analog Beispiel 4mit2mmol (540mg) p-Aminobenzylbromid-hydrobromid in Acetonitril und Triethylamin umgesetzt, nach Beendigung der Reaktion gewaschen und getrocknet.
Beispiel 9
Oberflächenaktiviertes Whatman 540 Papier (5 χ 7cm) aus Beispiel 1 wird mit 2mmol Glycin-(o-nitro-p-methyl-triethylammoniumbromid)-benzylester in 7ml Acetonitril 12h bei Raumtemperatur in einer Reaktionskammer umgesetzt und wie im Beispiel 1 weiter aufgearbeitet.
Beispiel 10
Halbsynthetisches Papier vom Typ Hekosyn® (Polyamid und Cellulose) wird wie in Beispiel 1 mit Cyanurchlorid oberflächenaktiviert und anschließend in eine gläserne Reaktionskammer gelegt, in der 2mmol (410mg) 1-Brom-2-amino-ethan-hydrobromid in 7ml Acetonitril vorgelegt wurden. Die Reaktion wird sodann unter Zugabe von 5ml Triethylamin gestartet. Die Reaktionskammer wird mit Parafilm abgedichtet und etwa 12h bei Raumtemperatur geschüttelt. Nach Beendigung der Reaktion wird das Papier wie im Beispiel 1 gewaschen und getrocknet.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von chemisch eluierbaren, mechanisch stabilen Anionenaustauschern auf der Basis makromolekularer Massen mit chemisch aktiven Füllkörpern, bestehend aus
— einer makromolekularen Verbindung in einer Konzentration von 5-80 Vol.-%
— einer makromolekularen Verbindung mit 4,6-Dihalogen-1,3,5-triazin-Gruppierungen in einer Konzentration von 1-80Vol.-%
— 2,4,6-Trihalogen-1,3,5-triazin in einer Konzentration von 0,5-50 Vol.-%
— Halogeniden in einer Konzentration bis zu 20VoI.-%
— gegebenenfalls aus puffernden Substanzen bis zu 5 Vol.-%,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Massen mit Verbindungen der allgemeinen Formel I
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