DE60315440T2

DE60315440T2 - Trennmittel für optische isomere und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE60315440T2
Application number: DE60315440T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Nagoya-shi OKAMOTO; Chiyo Kasugai-shi YAMAMOTO; Takateru Toyota-shi KUBOTA
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: EP1498404A4; US7323101B2; EP1498404B1; ATE369328T1; US20080081897A1; DE60315440D1; US20050222454A1; US7938962B2; WO2003091185A1; EP1498404A1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trennmittel für enantiomere Isomere, ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein Verfahren zum Trennen von enantiomeren Isomeren. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Trennmittel, das in geeigneter Weise verwendet wird für die Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie (HPLC) und eine hervorragende Lösungsmittelbeständigkeit aufweist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung, sowie ein Verfahren zum Trennen von enantiomeren Isomeren unter Verwendung desselben.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass Polysaccharide und ihre Derivate, wie Ester- und Carbamat-Derivate von Zellulose und Amylose, ein hohes optisches Trennvermögen aufweisen. Es ist ebenfalls bekannt, dass chromatographische Trennmittel, bei denen diese Substanzen auf Silicagel physikalisch adsorbiert und aufgetragen sind, hervorragende Trennmittel sind, die über einen breiten Bereich ein optisches Trennvermögen, eine gute theoretische Bodenzahl und eine gute Beständigkeit aufweisen (Y. Okamoto, M. Kawashima und K. Hatada, J. Am. Chem. Soc., 106, 5357, 1984).
Solche Trennmittel können jedoch nur unter sehr beschränkten Trennbedingungen eingesetzt werden, da die Polysaccharid-Derivate auf dem Silicagel über physikalische Adsorbtion aufgebracht sind und somit Lösungsmittel, in denen die Polysaccharid-Derivate löslich sind, nicht als mobile Phase etc. verwendet werden können. Ebenso sind die Lösungsmittel, in denen die Proben gelöst werden können, beschränkt. Wenn eine Probe eine geringe Löslichkeit in einem als mobile Phase einsetzbaren Lösungsmittel aufweist, tritt insbesondere bei chromatographischer Trennung ein schwerwiegendes Problem auf. Darüber tritt ein weiteres Problem auf, dass nur beschränkte Auswahl an Waschflüssigkeiten zum Auswaschen von stark adsorbierten Verunreinigungen auf den Trennmitteln verwendet werden kann. Im Hinblick auf diese Probleme wird ein Trennmittel, das ein Polysaccharid-Derivat trägt und eine hohe Lösungsmittel-Beständigkeit aufweist, benötigt.
Um diese Probleme zu lösen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Polysaccharid-Derivat auf einem Träger immobilisiert ist. Beispielsweise beschreibt JP 4-202141 A ein Trennmittel für enantiomere Isomere, bei dem ein Polysaccharid-Derivat, in das eine Vinylgruppe in eine Hydroxy-Position des Polysaccharids über eine Esterbindung oder eine Urethanbindung eingeführt wurde, direkt mit einem porösen Träger copolymerisiert wird, in den ebenfalls eine Vinylgruppe eingeführt wurde.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindungen haben auch vor kurzem eine Technologie gezeigt, bei der ein Polysaccharid-Derivat chemisch über ein Isocyanat-Derivat an ein Silicagel gebunden ist, um Stabilität sicher zu stellen (JP 7-30122 B) und haben außerdem in JP 11-171800 A ein Verfahren zur Immobilisierung vorgeschlagen, umfassend die Durchführung einer radikalen Copolymerisation und Vernetzen von Styrol und Divinylbenzol auf Silicagel, auf das ein Zellulose-Derivat aufgebracht wurde.
Da es dabei notwendig ist, ein spezielles Isocyanat-Derivat herzustellen, es viele Herstellungsstufen gibt und die Produktionsschritte kompliziert werden, waren diese Verfahren jedoch problematisch und nicht geeignet für die industrielle Produktion. Außerdem geht die hohe optische Trennkraft der Polysaccharid-Derivate verloren, wenn die Immobilisierungsrate eines Polysaccharid-Derivats erhöht wird. Um andererseits die hohe optische Trennkraft beizubehalten, ist es notwendig, die Immobilisierungsrate des Polysaccharid-Derivats zu verringern. Daher gab es bisher kein Trennmittel für enantiomere Isomere, welches die hohe optische Trennkraft, die das Polysaccharid-Derivat besitzt, mit einer ausreichenden Lösungsmittelbeständigkeit kombiniert.
Daher war es ein starkes Bedürfnis, ein Trennmittel für enantiomere Isomere zu schaffen, das die den Polysaccharid-Derivaten eigene hohe optische Trennkraft mit Lösungsmittelbeständigkeit kombiniert und außerdem in wenigen Schritten hergestellt werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Umstände gemacht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Trennmittel bereit zu stellen, welches die den Polysaccharid-Derivaten eigene hohe optische Trennkraft mit einer ausreichenden Lösungsmittelbeständigkeit kombiniert, und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, in dem das Trennmittel effizient in wenigen Schritten hergestellt werden kann.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die vorliegende Erfindung als Ergebnis intensiver Studien an Trennmitteln für enantiomere Isomere fertiggestellt, welche die den Polysaccharid-Derivaten eigene hohe optische Trennkraft mit einer ausreichenden Lösungsmittelbeständigkeit kombiniert, um das oben genannte Problem zu lösen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trennmittel für enatiomere Isomere, umfassend

a) ein polymerisierbares Polysaccharid-Derivat eines Polysaccharid-Derivats mit polymerisierbaren funktionellen Gruppen, erhältlich durch Umsetzen einer Hydroxygruppe oder eines Teils der Hydroxygruppen des Polysaccharids mit einem ungesättigten Säurehalogenid oder einem ungesättigten Isocyanat mit einer oder mehreren polymerisierbaren ungesättigten Gruppen, um Esterbindungen oder Urethanbindungen zu bilden, wobei das Polysaccharid-Derivat gewählt wird aus β-1,4-Glucan, α-1,4-Glucan, α-1,6-Glucan, β-1,6-Glucan, β-1,3-Glucan, α-1,3-Glucan, β-1,2-Glucan, β-1,4-Galactan, β-1,4-Mannan, α-1,6-Mannan, β-1,2-Fructan, β-2,6-Fructan, β-1,4-Xylan, β-1,3-Xylan, β-1,4-Chitosan, α-1,4-N-Acetylchitosan, Pullulan, Agarose, Algicinsäure und Amylose-enthaltender Stärke;
b) ein polymerisierbares Monomer mit einer ethylenischen Doppelbindung, und
c) einen porösen organischen oder anorganischen Träger mit einer polymerisierbaren ungesättigten Gruppe,

Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Trennmittels für enantiomere Isomere zur Verfügung, umfassend den Schritt des Copolymerisierens von

d) einem polymerisierbaren Polysaccharid-Derivat eines Polysaccharid-Derivats mit polymerisierbaren funktionellen Gruppen, erhältlich durch Umsetzen einer Hydroxygruppe oder eines Teils der Hydroxygruppen des Polysaccharids mit einem ungesättigten Säurehalogenid oder einem ungesättigtem Isocyanat mit einer oder mehreren polymerisierbaren ungesättigten Gruppen, um Esterbindungen oder Uretanbindungen zu bilden, wobei das Polysaccharid-Derivat gewählt wird aus β-1,4- Glucan, α-1,4-Glucan, α-1,6-Glucan, β-1,6-Glucan, β-1,3-Glucan, α-1,3-Glucan, β-1,2-Glucan, β-1,4-Galactan, β-1,4-Mannan, α-1,6-Mannan, β-1,2-Fructan, β-2,6-Fructan, β-1,4-Xylan, β-1,3-Xylan, β-1,4-Chitosan, α-1,4-N-Acetylchitosan, Pullulan, Agarose, Algicinsäure und Amylose-enthaltender Stärke;
e) einem polymerisierbaren Monomer mit einer ethylenischen Doppelbindung, und
f) einem porösen organischen oder anorganischen Träger mit einer polymerisierbaren ungesättigten Gruppe,

Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Trennen von enantiomeren Isomeren zur Verfügung, umfassend die Verwendung des oben genannten Trennmittels für enantiomere Isomere oder des Trennmittels für enantiomere Isomere, das nach dem oben beschriebenen Verfahren erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf die Verwendung des oben genannten Trennmittels oder des nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Trennmittels für enantiomere Isomere gerichtet.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Möglichkeiten zur Durchführung der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detailliert beschrieben.
Das in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Polysaccharid wird gewählt aus β-1,4-Glucan (Zellulose), α-1,4-Glucan (Amylose, Amylopectin), α-1,6-Glucan (Dextran), β-1,6-Glucan (Postulan), β-1,3-Glucan (beispielsweise Curdlan, Schizofillan, etc.), α-1,3-Glucan, β-1,2Glucan (Crown Gall Polysaccharid), β-1,4-Galactan, β-1,4-Mannan, α-1,6-Mannan, β-1,2-Fructan (Inulin), β-2,6-Fructan (Levan), β-1,4-Xylan, β-1,3-Xylan, β-1,4-Chitosan, α-1,4-N-Acetylchitosan (Chitin), Pullulan, Agarose, Alginsäure, sowie Amylose enthaltende Stärke. Unter diesen sind Zellulose, Amylose, β-1,4-Xylan, β-1,4-Chitosan, Chitin, β-1,4-Mannan, Inulin und Curdlan, von denen hochreine Polysaccharide leicht erhältlich sind, bevorzugt, wobei Zellulose und Amylose insbesondere bevorzugt sind.
Der zahlenmittlere Polymerisationsgrad (mittlere Zahl von Pyranose- oder Furanoseringen, die in einem Molekül enthalten sind) dieser Polysaccharide ist vorzugsweise 5 oder mehr, weiter bevorzugt 10 oder mehr. Es gibt keine besondere Obergrenze für den zahlenmittleren Polymerisationsgrad, sie ist aber unter dem Gesichtspunkt der leichten Handhabbarkeit vorzugsweise 1000 oder weniger.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Polysaccharid-Derivate sind Verbindungen, die durch Derivatisierung wie folgt erhalten werden: Verbindungen mit funktionellen Gruppen, die mit einer Hydroxygruppe oder einem Teil der Hydroxygruppen des Polysaccharids, wie oben beschrieben, über Esterbindungen oder Urethan-Bindungen reagieren können, werden unter Anwendung von Verfahren, die üblich sind und bekannt sind, gebunden. Die Verbindungen mit funktionellen Gruppen, die mit einer Hydroxygruppe reagieren können, werden hier gewählt aus Isocyanat-Derivaten und Säurehalogeniden, und es ist möglich, aliphatische, alicyclische, aromatische und heteroaromatische Verbindungen davon zu verwenden. Von diesen Verbindungen werden insbesondere Phenylisocyanat-Verbindungen, die mit Halogenatomen oder Alkylgruppen mit jeweils 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert sind, verwendet. Besonders bevorzugte Polysaccharid-Derivate, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden, sind Ester- oder Carbamat-Derivate von Polysacchariden mit jeweils 0,1 oder mehr Ester- oder Urethan-Bindungen pro Monosaccharid.
Das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat, das für die vorliegende Erfindung verwendet wird, wird hergestellt durch Durchführen einer chemischen Modifikation des Polysaccharids unter Verwendung derelben Verbindungen, wie oben beschrieben, mit einer polymerisierbaren ungesättigten Gruppe, beispielsweise Vinyl-Bindungen, unter Bildung der vorher beschriebenen Polysaccharid-Derivate. Verbindungen mit polymerisierbaren ungesättigten Gruppen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung, die mit den Hydroxygruppen des Polysaccharids reagieren, um Ester-Bindungen oder Urethan-Bindungen zu bilden, sind ungesättigte Säurehalogenide, wie Acryloylchlorid, Methacryloylchlorid und Vinylbenzoylchlorid; und ungesättigte Isocyanate, wie Vinylphenylisocyanat und Isocyanatethylmethacrylat. Es können außerdem eine einzelne oder mehrere polymerisierbare ungesättigte Gruppen vorhanden sein.
Der prozentuale Anteil an polymerisierbaren ungesättigten Gruppen, der in dem polymerisierbaren Polysaccharid-Derivat vorhanden ist, reicht von 5 bis 50% und ist vorzugsweise 5 bis 35%, bezogen auf die Hydroxygruppen des Polysaccharids.
Das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat in der vorliegenden Erfindung wird dargestellt durch: Umwandeln eines Teils der Hydroxygruppen des vorher genannten Polysaccharids in Estergruppen oder Carbamatgruppen; und Substituieren eines Teils der Substituenten durch die vorher bestimmten polymerisierbaren ungesättigten Gruppen.
Es ist bevorzugt, dass die polymerisierbaren ungesättigten Gruppen selektiv in einen Teil der Hydroxygruppen an der Position 6 des Polysaccharids eingeführt werden.
Alternativ gibt es auch ein Verfahren bei dem die Einführungsposition der polymerisierbaren ungesättigten Gruppen nicht beschränkt wird, indem gleichzeitig ein Teil der Hydroxygruppen eines Teils des Polysaccharids durch Estergruppen oder Carbamatgruppen substituiert wird und polymerisierbare ungesättigte Gruppen über die Estergruppen oder die Carbamatgruppen eingeführt werden. Die Verwendung eines solchen Syntheseverfahrens kann die Synthese des polymerisierbaren Polysaccharid-Derivats einstufig machen und die Synthese zu einem hohen Grad vereinfachen.
Der in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Träger ist ein poröser organischer Träger oder ein poröser anorganischer Träger, wobei poröse anorganische Träger bevorzugt sind. Geeignete Beispiele für poröse organische Träger umfassen Hochpolymere, wie Polystyrol, Polyacrylamid und Polyacrylat. Geeignete Beispiele für poröse anorganische Träger umfassen Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Glas, Kaolin, Titanoxid, Silicate, Hydroxyapatit, etc.. Ein besonders bevorzugter Träger ist Silicagel, dessen Teilchengröße vorzugsweise 1 bis 300 μm, weiter bevorzugt 1 bis 100 μm, beträgt. Seine mittlere Porengröße ist vorzugsweise 200 bis 8000 Angström, weiter bevorzugt 200 bis 4000 Angström. Um den möglichen Einfluss von verbleibendem Silanol auf der Oberfläche auszuschließen, ist es bevorzugt, dass eine Oberflächenbehandlung durchgeführt wird. Es gibt jedoch kein Problem, wenn überhaupt keine Oberflächenbehandlung durchgeführt wird.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Träger mit einer polymerisierbaren ungesättigten Gruppe verwendet, welcher hergestellt wird durch ein bekanntes Verfahren unter Verwendung von Isocyanat-Derivaten, Carbonsäuren, Estern, Säurehalogeniden, Säureamiden, Halogeniden, Epoxyverbindungen, Aldehyden, Alkoholen oder Verbindungen mit anderen Abgangsgruppen, die aliphatische, alicyclische, aromatische oder heteroaromatische Verbindungen sein können, und eine polymerisierbare ungesättigte Gruppe aufweisen, wie beispielsweise eine Vinyl-Bindung. JP-A 4-202141 beschreibt ein spezielles Verfahren zum Einführen der polymerisierbaren ungesättigten Gruppe in den Träger.
Umfasst von der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Einführen einer Acrylgruppe oder einer Methacrylgruppe als polymerisierbare ungesättigte Gruppe, welches die folgenden Schritte umfasst: Durchführen einer Aminoalkylierung der Silicagel-Oberfläche unter Verwendung von 3-Aminopropylsilan für die Hydroxygruppe (Silanol-Gruppe) auf der Silicagel-Oberfläche; und Umsetzen von (Meth)Acryloyloxyalkylisocyanat mit der Aminogruppe, oder ein Verfahren zum Einführen einer gewünschten polymerisierbaren ungesättigten Gruppe, umfassend die direkte Umsetzung eines Silan-Behandlungsmittels, enthaltend eine ungesättigte Gruppe, z.B. 3-(Trimethoxysilyl)propylmethacrylat, mit Silicagel.
In der vorliegenden Erfindung können die in das Polysaccharid-Derivat eingeführte polymerisierbare ungesättigte Gruppe und die in den Träger eingeführte polymerisierbare ungesättigte Gruppe gleich oder verschieden sein.
Die vorliegende Erfindung soll die Immobilisierungsrate eines polymerisierbaren Polysaccharid-Derivats erhöhen und so die Lösungsmittel-Beständigkeit verbessern durch die weitere Verwendung eines polymerisierbaren ungesättigten Monomers zusammen mit dem polymerisierbaren Polysaccharid-Derivat und dem Träger mit der polymerisierbaren ungesättigten Gruppe; und Durchführen einer radikalischen Copolymerisation dieser drei polymerisierbaren ungesättigten Gruppen. Das hier verwendete polymerisierbare ungesättigte Monomer wird gewählt aus verschiedenen bekannten niedermolekularen Monomeren, die jeweils eine ethylenische Doppelbindung aufweisen. Beispiele dafür umfassen Kohlenwasserstoffverbindungen, die jeweils eine Vinylgruppe aufweisen, wie Styrol, Divinylbenzol, Butadien, Dimethylbutadien und Isopren; Methacrylat-Derivate, wie Methacrylat und Methacrylatamid; Acrylat-Derivate wie Acrylat und Acrylatamid; und Silicium enthaltende Verbindungen. Jedes von diesen kann allein verwendet werden oder es können verschiedene Arten in Kombination verwendet werden. Unter ihnen sind Styrol und Divinylbenzol besonders geeignet. Außerdem können die polymerisierbare ungesättigte Gruppe, die in das Polysaccharid-Derivat eingeführt wurde, und die polymerisierbare ungesättigte Gruppe, die in den Träger eingeführt wurde, und außerdem das polymerisierbare ungesättigte Monomer vom gleichen Typ oder von verschiedenen Typen sein, es ist jedoch bevorzugt, dass das polymerisierbare ungesättigte Monomer von der polymerisierbaren ungesättigten Gruppe, die in das Polysaccharid-Derivat eingeführt wurde, und von der polymerisierbaren ungesättigten Gruppe, die in den Träger eingeführt wurde, verschieden ist.
Das polymerisierbare ungesättigte Monomer wird in einem geeigneten Verhältnis so zugegeben, dass das Monomer die wirksame optische Trennkraft des polymerisierbaren Polysaccharid-Derivats, welches copolymerisiert werden soll, nicht nachteilig beeinflusst. Im allgemeinen wird das Monomer in einem Verhältnis von 1 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-Teilen, und weiter bevorzugt 5 bis 15 Gew.-Teilen, basierend auf 100 Gew.-Teilen des polymerisierbaren Polysaccharid-Derivats, zugegeben.
Wenn eine radikalische Copolymerisation des polymerisierbaren Polysaccharid-Derivats mit dem Träger mit den polymerisierbaren ungesättigten Gruppen und dem polymerisierbaren ungesättigten Monomer durchgeführt wird, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat vorher auf den Träger mit den polymerisierbaren ungesättigten Gruppen aufgetragen wird. Die Menge des auf dem Träger aufgebrachten Polysaccharid-Derivats liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 60 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 15 bis 45 Gew.-%, bezogen auf den Träger. Das polymerisierbaren Polysaccharid-Derivat wird auf den Träger mit den polymerisierbaren ungesättigten Gruppen aufgetragen und anschließend werden das polymerisierbare ungesättigte Monomer und ein Radikal-Initiator in einem geeigneten Lösungsmittel zugegeben, um das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat, den Träger mit der polymerisierbaren ungesättigten Gruppe und das polymerisierbare ungesättigte Monomer zu copolymerisieren. Als Radikal-Initiator werden in dieser Reaktion bekannte Materialien, wie α,α'-Azobisisobutyronitril (AIBN) in geeigneter Weise verwendet.
Die Immobilisierungsrate des Poysaccharid-Derivats wird in der vorliegenden Erfindung wie folgt berechnet. Das Trennmittel für enantiomere Isomere, gemäß dem oben beschriebenen Verfahren, das erhalten wurde durch Durchführung der radikalischen Copolymerisation des polymerisierbaren Polysaccharid-Derivats mit dem Träger mit der polymerisierbaren ungesättigten Gruppe und dem polymerisierbaren ungesättigten Monomer, wird mit einem Lösungsmittel gewaschen, welches in Abhängigkeit vom Typ des Polysaccharid-Derivats variiert. Beispiele sind Lösungsmittel, wie Tetrahydrofuran (THF), Aceton oder Chloroform, welche das Polysaccharid-Derivat lösen. Anschließend wird das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat oder das in der Waschlösung eluierte Polysaccharid-Derivat gesammelt. Das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat oder Polysaccharid-Derivat wird in einem schlechten (heavy) Lösungsmittel gelöst und eine bekannte menge Methanol wird zu der Lösung gegeben, gefolgt von einer NMR-Messung. Anschließend wird das Gewicht des ausgefällten polymerisierbaren Polysaccharid-Derivats oder Polysaccharid-Derivats aus dem Peak-Intensitätsverhältnis von Methanol zu dem polymerisierbaren Polysaccharid-Derivat oder dem Polysaccharid-Derivat berechnet. Die Immobilisierungsrate wird berechnet im Zusammenhang mit dem Gewicht des polymerisierbaren Polysaccharid-Derivats oder Polysaccharid-Derivats, das vor der Polymerisation auf dem Träger adsorbiert war. Die Immobilisierungsrate in der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise 70% oder mehr, und weiter bevorzugt 80% oder mehr. Ein Waschverfahren für das Trennmittel für enantiomere Isomere in diesem Verfahren umfasst ein Verfahren, in dem das Waschen 1 bis 3 Mal durchgeführt wird unter Verwendung von 5 bis 40 ml eines Polysaccharid-Derivat-lösenden Lösungsmittels pro 1 bis 5 g des Trennmittels für enantiomere Isomere.
Ein Mittelwert für die Trennleistung α für enantiomere Isomere kann wie folgt bestimmt werden. Ein Trennmittel wird als Füllmaterial verwendet und in eine Edelstahlsäule mit einer Länge von 25 cm und einem inneren Durchmesser von 2 mm durch ein Aufschlämmungsfüllverfahren eingefüllt, um eine Säule für enantiomere Isomere herzustellen. Eine optische Trennung von enantiomeren Verbindungen wird durch Flüssig-Chromatographie durchgeführt. Analytische Bedingungen sind die mobile Phase: Hexan (H)/Chloroform (C)/2-Propanol (I) = 90/10/1; die Fluss-Rate: 0,1 oder 0,2 ml/min; die Temperatur: 25°C; und die Detektion bei 254 nm. Der Trennkoeffizient (α) wurde nach der folgenden Formel bestimmt. Trennkoeffizient (α) = k2'/k1'
In der Formel bedeuten k1' = ((t₁ – t₀)/t₀) und k2' = ((t₂ – t₀)/t₀).
t₁ und t₂ stehen für Elutionszeiten von entsprechenden enantiomeren Isomeren und t₀ bedeutet die Elutionszeit von Tri-tert-butylbenzol.
Das erfindungsgemäße Trennmittel für enantiomere Isomere ist geeignet als Trennmittel für die Chromatographie, wie Gas-Chromatographie, Flüssig-Chromatographie oder Dünnschicht-Chromatographie. Es ist bevorzugt, das Trennmittel insbesondere als Trennmittel für die Flüssig-Chromatographie und weiter bevorzugt als Füllmaterial für die simulierte Wanderbett-Chromatographie zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Trennmittel für enantiomere Isomere kombiniert die hohe optische Trennkraft, die den Polysaccharid-Derivaten eigen ist, mit einer ausreichenden Lösungsmittel-Beständigkeit und kann außerdem wirksam in wenigen Schritten hergestellt werden und ist daher geeignet für die Trennung von verschiedenen enantiomeren Isomeren.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detailliert durch Beispiele beschrieben.
(A) Einführen von polymerisierbaren ungesättigten Gruppen in die Silicagel-Oberfläche
A-1: Synthese von ungesättigtem Silicagel, in das eine 2-Methacryloyloxyethyl-Gruppen eingeführt wurde (MA-Si)
A-1-1: Oberflächenbehandlung von Silicagel
Aminopropyliertes Silicagel (A-Si) wurde erhalten durch Umsetzen von 20 ml 3-Aminopropyltriethoxysilan mit den Hydroxy-Gruppen auf der Oberfläche von Silicagel, wie dies üblicherweise erfolgt unter Verwendung von 50 g Silicagel (Porendurchmesser 1000 Angström, Teilchengröße 7 μm), um eine Aminopropylierung der Oberfläche durchzuführen.
A-1-2: Einführung von polymerisierbaren funktionellen Gruppen
Eine Aminogruppe in einer Aminopropylgruppe auf der Silicagel-Oberfläche wurde mit einer Isocyanat-Gruppe von 2-Methacryloyloxyethylisocyanat umgesetzt durch: Verwendung von 3,5 g des in A-1-1 erhaltenen aminopropylierten Silicagels; Verwendung von 10 ml trockenem Toluol als Reaktionsmedium; Zugabe von 0,187 g 2-Methacryloyloxyethylisocyanat zu dem Medium; und Erwärmen der Mischung unter Rückfluss auf 90 bis 100°C für 5 Stunden, um dadurch 3,50 g ungesättigtes Silicagel (MA-Si) zu erhalten, bei dem eine 2-Methacryloyloxyethylgruppe als polymerisierbare ungesättigte Gruppe eingeführt wurde.
A-2: Synthese von ungesättigtem Silicagel in das eine Propylmethacrylat-Gruppe eingeführt wurde (M-Si)
Ungesättigtes Silicagel (10 g) bei dem eine eine Propylmethacrylat-Gruppe in die Silicagel-Oberfläche eingeführt wurde (M-Si), wurde erhalten durch: Verwendung von 10 g Silicagel (Porendurchmesser 1000 Angström, Teilchengröße 7 μm); Verwendung eines gemischten Lösungsmittels aus 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) und N,N-Diemethylformamid (DMF) als Reaktionsmedium; Zugabe von 4,3 ml 3-(Trimethoxy silyl)propylmethacrylat zu dem Medium; und Erwärmen der Mischung unter Rückfluss auf 120°C für 6 Stunden.
(B) Synthese von polymerisierbaren Polysaccharid-Derivaten
B-1: Synthese eines Zellulose-Phenylcarbamat-Derivats mit Vinylgruppen an einem Teil der Position 6 (6-CVDMPC)
B-1-1: Synthese von Zellulose-2,3-o-bis(3,5-dimethylphenylcarbamat)
Zellulose wurde gequollen durch: Trocknen von 6,02 g Zellulose (microkristallin, Avicel, vertrieben von Merck) und 4,06 g Lithiumchlorid; anschließend Zugabe von 60 ml wasserfreiem N,N-dimethylacetamid; und Erwärmen der Mischung unter Rückfluss auf 80°C für 12 Stunden. Anschließend wurde die Position 6 der Zellulose geschützt durch Zugabe von 20,6 g Triphenylmethylchlorid und 120 ml trockenem Pyridin und durch nochmaliges Erwärmen auf 80°C für 12 Stunden unter Rühren. Anschließend wurden die Hydroxy-Gruppen an den Positionen 2 und 3 der Zellulose durch Zugabe von 21,9 g 3,5-Dimethylphenylisocyanat und unter Erwärmen unter Rühren wie es war für einen Zeitraum von 12 Stunden, mit Carbamatgruppen versehen.
Danach wurden 17,5 g des gewünschten Zellulose-2,3-o-bis(3,5-dimethylphenylcarbamats) erhalten durch: Sammeln der erhaltenen Zellulose-Carbamat-Verbindung; Waschen der Verbindung mit Methanol; und anschließend Rühren der Verbindung in 800 ml 1%-igem HCl-Methanol, um die Schutzgruppen abzuspalten und die Hydroxy-Gruppen an der Position 6 wieder herzustellen.
B-1-2: Synthese eines Zellulose-Phenylcarbamat-Derivats mit Vinyl-Gruppen an einem Teil der Position 6 (6-CVDMPC)
Zellulose-2,3-o-bis(3,5-dimethylphenylcarbamat) wurde gelöst durch Zugabe von 90 ml trockenem Pyridin zu 4,46 g Zellulose-2,3-o-bis(3,5-dimethylphenylcarbamat), das oben in B-1-1 erhalten wurde, und Erwärmen der Mischung auf 90°C unter Rühren. Anschließend wurden 2,97 g von Zellulose-2,3-o-bis(3,5-dimethylphenylcarbamat)-6-o-(3,5-dimethylphenylcarbamat)/(4-Vinylphenylcarbamat)(6-CVDMPC), bei dem die Hydroxy-Gruppen in der Position 6 durch 4-Vinylphenylcarbamat-Gruppen substituiert waren, erhalten durch: Zugabe von 0,85 g 4-Vinylphenylisocyanat; anschließend Zugabe von 2,01 g 3,5-Dimehtylphenylisocyanat; Erwärmen der Mischung unter Rühren für 12 Stun den. Eine Analyse des Produktes durch ¹H-NMR zeigte dass der Anteil an Vinylgruppen, die in die Position 6 eingeführt worden waren, 27,6% betrug.
B-2: Synthese eines Zellulose-Phenylcarbamat-Derivats mit Methacrylgruppen an einem Teil der Position 6 (6-CMDMPC)
14 ml trockenes Pyridin wurden zu 2,0 g Zellulose-2,3-o-bis(3,5-dimethylphenylcarbamat), das oben in B-1-1 erhalten wurde, gegeben und das ganze wurde unter Rühren auf 90°C erwärmt, um das Derivat zu lösen. Anschließend wurden 0,31 g 2-Methacryloyloxyethylisocyanat zu der Mischung gegeben und das ganze wurde unter Rühren erwärmt, um sicher zustellen, dass das zugegebene Isocyanat vollständig umgesetzt und verbraucht wurde. Anschließend wurden 1,90 g des gewünschten Zellulose-2,3-o-bis(3,5-dimethylphenylcarbamat)-6-o-(2-methacryloyloxyethylcarbamat)/(3,5-dimethylphenylcarbamat)(6-CMDMPC) erhalten durch Zugabe von 0,71 g 3,5-Dimethylphenylisocyanat und Erwärmen der Mischung unter Rühren für 12 Stunden, um die verbleibenden Hydroxygruppen an der Position 6 mit Carbamatgruppen zu versehen. ¹H-NMR zeigte wiederum, dass der Anteil an Vinylgruppen, die in die Position 6 eingeführt worden waren, 27% betrug.
6-CMDMPC, bei dem der Anteil an in der Position 6 eingeführten Vinylgruppen 10% betrug, wurde erhalten wie oben beschrieben, außer dass die Menge an 2-Methacryloyloxyethylisocyanat geändert wurde.
Beispiel 1
Synthese eines Trennmittels, bei dem 6-CMDMPC auf MA-Si mit Styrol immobilisiert ist
6-CMDMPC, das oben in B-2 erhaltene Zellulose-Derivat, bei dem der Anteil an in die Position 6 eingeführten Vinylgruppen 10% betrug, wurde in THF gelöst und in einer Menge von 25 Gew.-%, bezogen auf MA-Si, das im oben beschriebenen Schritt A-1 erhalten wurde, aufgebracht. Anschließend wurde Sauerstoff aus der Reaktionslösung durch Vakuumbehandlung entfernt. Anschließend wurde unter einer Stickstoffatmosphäre trockenes α,α'-Azobisisobutyronitril (AIBN) in einer Molmenge entsprechend 1/30 bezogen auf die polymerischen Vinylgruppen, in 5,7 ml wasserfreiem Hexan gelöst und Styrol in einer Menge von 10 Gew.-%, bezogen auf das Polysaccharid-Derivat, wurde als dritte Komponente zu der Lösung gegeben. Anschließend wurden 1,9 ml der oben hergestellten Lösung zu 1,0 g trockenem Silicagel gegeben und die radikalische Polyme risation wurde 20 Stunden durchgeführt in einer Thermostat-Kammer bei 60°C. Nachdem die Polymerisation beendet war, wurde das erhaltene Silicagel zweimal unter Verwendung von 20 ml THF gewaschen, um das gewünschte Trennmittel zu erhalten.
Inzwischen wurde die THF-Lösung, die zum Waschen verwendet worden war, gesammelt und anschließend wurde das THF unter reduziertem Druck entfernt, um das ausgefällte Polysaccharid-Derivat zu sammeln. Das gesammelte Polysaccharid-Derivat wurde in einem schlechten (heavy) Lösungsmittel gelöst und 1 μl Methanol wurde zu der Lösung gegeben, um das NMR-Spektrum auszunehmen. Das Gewicht des ausgefällten Derivats wurde berechnet aus dem Peak-Intensitätsverhältnis von Methanol zu dem Polysaccharid-Derivat, das so erhalten wurde, und die Immobilisierungsrate wurde berechnet im Zusammenhang mit dem Gewicht des vor der Polymerisation auf dem Silicagel adsorbierten Derivats.
Beispiel 2
Synthese eines Trennmittels, worin 6-CMDMPC (bei dem der Anteil von in die Position 6 eingeführten Vinylgrupgen 10% betrug) auf M-Si mit Styrol immobilisiert ist
Das gewünschte Trennmittel wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass das ungesättigte Silicagel (MA-Si) in das 2-Methacryloyloxyethyl-Gruppen eigebracht worden waren, ausgetauscht wurde gegen das ungesättigte Silicagel M-Si, das oben in A-2 erhalten wurde, bei dem Polymethacrylatgruppen eingeführt wurden. Außerdem wurde die Immobilisierungsrate des Polysaccharid-Derivats nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 berechnet.
Beispiel 3
Synthese eines Trennmittels, worin (6-CMDMPC) auf MA-Si mit Dimethylbutadien immobilisiert ist
Das gewünschte Trennmittel wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass die dritte Komponente, Styrol, gegen Dimethylbutadien ausgetauscht wurde. Außerdem wurde die Immobilisierungsrate des Polysaccharid-Derivats nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 berechnet.
Beispiel 4
Synthese eines Trennmittels, worin (6-CMDMPC) auf MA-Si mit Dimethylbutadien immobilisiert ist
Das gewünschte Trennmittel wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass die dritte Komponente, Styrol, ausgetauscht wurde gegen Dimethylbutadien in einer Menge von 20 Gew.-%, bezogen auf das Polysaccharid-Derivat. Außerdem wurde die Immobilisierungsrate des Polysaccharid-Derivats nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 berechnet.
Beispiel 5
Bestimmung der optischen Trennkraft
Die in den Beispielen 1 und 2 hergestellten Trennmittel wurden als Füllmaterialien verwendet und in Edelstahlsäulen jeweils mit einer Länge von 25 cm und einem inneren Durchmesser von 2 mm mit einem Aufschlämmungsfüllverfahren eingefüllt, um Säulen für enantiomere Isomere herzustellen.
Unter Verwendung dieser Säulen wurde die optische Trennung von enantiomeren Verbindungen, die in Tabelle 3 angegeben werden, durchgeführt durch Flüssig-Chromatographie. Die analytischen Bedingungen sind die mobile Phase: Hexan (H)/Chloroform (C)/2-Propanol (I) = 90/10/1; die Fuss-Rate: 0,1 oder 0,2 ml/min; die Temperatur: 25°C; und die Detektion bei 254 nm. Der Trenn-Koeffizient (α) in der Tabelle wurde nach der folgenden Formel bestimmt. Trennkoeffizient (α) = k2'/k1'
In der Formel bedeuten k1' = ((t₁ – t₀)/t₀) und k2' = ((t₂ – t₀)/t₀).
t₁ und t₂ stehen für Elutionszeiten von entsprechenden enantiomeren Isomeren und t₀ bedeutet die Elutionszeit von Tri-tert-butylbenzol.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, wenn die mobile Phase Hexan (H)/Chloroform (C)/2-Propanol (I) = 90/10/1 war.
Beispiel 6
Die optische Trennung von enantiomeren Verbindungen, die in Tabelle 3 gezeigt werden, wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 5 durchgeführt, außer dass die in den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Trennmittel als Füllstoffe verwendet wurden, die mobile Phase geändert wurde in Hexan (H)/2-Propanol (I) = 90/10 und die Flussrate auf 0,1 ml/min geändert wurde. Tabelle 2 zeigt die Ergenisse.
Vergleichsbeispiel 1
Synthese eines Trennmittels, worin 6-CVDMPC, bei dem der Anteil an in der Position 6 eingeführten Vinyl-Gruppen 27% beträgt, das auf Silicagel (A-Si) ohne polymerisierbare ungesättigte Gruppen mit Styrol immobilisiert ist
Das gewünschte Trennmittel wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass das aminopropylierte Silicagel (A-Si), das oben in A-1-1 erhalten wurde, anstelle des ungesättigten Silicagels, in das 2-Methacryloyloxyethylgruppen eingeführt worden waren (MA-Si), und eine Zugabemenge von AIBN von 1/50, bezogen auf das Polysaccharid-Derivat, verwendet wurde. Außerdem wurde die Immobilisierungsrate des Polysaccharid-Derivats nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 berechnet.
Vergleichsbeispiel 2
Synthese eines Trennmittels, worin 6-CVDMPC, bei dem der Anteil an in der Position 6 eingeführten Vinyl-Gruppen 27% beträgt, das auf MA-Si ohne Zugabe von Styrol immobilisiert ist
Das Zellulose-Derivat (6-CVDMPC), das oben in B-1 erhalten wurde, wurde in THF gelöst und in einer Menge von 25 Gew.-% auf MA-Si aufgebracht. Anschließend wurde Sauerstoff aus der Lösung durch Vakuumbehandlung abgetrennt. Danach wurde unter Stickstoffatmosphäre trockenes α,α'-Azobisisobutyronitril (AIBN) in einer Molmenge entsprechend einem 1/50, bezogen auf die polymerischen Vinyl-Gruppen, in 5,7 ml wasserfreiem Hexan gelöst. Anschließend wurden 1,9 ml der vorher hergestellten Lösung zu 1,0 g getrocknetem Silicagel gegeben und die radikalische Polymerisation wurde 20 Stunden in einer Termostat-Kammer bei 60°C durchgeführt. Nach Beendigung der Polymerisation wurde das erhaltene Silicagel zweimal unter Verwendung von 20 ml THF gewaschen und das Silicagel nach dem Waschen getrocknet, um das gewünschte Trennmittel zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 3
Synthese eines Trennmittels, worin 6-CVDMPC, bei dem der Anteil in 6-Position eingeführten Vinyl-Grupen 27% betrug, das auf A-Si ohne Zugabe von Styrol immobilisiert ist
Das gewünschte Trennmittel wurde auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 2 erhalten, außer dass MA-Si gegen A-Si ausgetauscht wurde.
Vergleichsbeispiel 4
Die optische Trennung von verschiedenen enantiomeren Verbindungen wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 3 durchgeführt, unter Verwendung der Trennmittel, die in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellt wurden. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 1 H/C/I = 90/10/1
Tabelle 2 H/I = 90/10
Die enantiomeren Verbindungen 1 bis 9 in den Tabellen 1 und 2 werden in der folgenden Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3
Die mittleren α-Werte in den Tabellen 1 und 2 sind Mittelwerte von α-Werten von neun enantiomeren Verbindungen. Eine nicht-trennbare Probe (ca. 1) wurde mit 1,0 berechnet. Es kann allgemein gesagt werden, dass die Trennwirkung um etwa 10 bis 20% bei einem chemisch gebundenen Füllmaterial verringert wird, verglichen mit einem bisher verwendeten aufgebrachten Füllmaterial. Die Trennwirkung wird jedoch in den Beispielen 1 und 2 ausreichend beibehalten.

Claims

Trennmittel für enatiomere Isomere, umfassend a) ein polymerisierbares Polysaccharid-Derivat eines Polysaccharid-Derivats mit polymerisierbaren funktionellen Gruppen, erhältlich durch Umsetzen einer Hydroxygruppe oder eines Teils der Hydroxygruppen des Polysaccharids mit einem ungesättigten Säurehalogenid oder einem ungesättigten Isocyanat mit einer oder mehreren polymerisierbaren ungesättigten Gruppen, um Esterbindungen oder Urethanbindungen zu bilden, wobei das Polysaccharid-Derivat gewählt wird aus β-1,4-Glucan, α-1,4-Glucan, α-1,6-Glucan, β-1,6-Glucan, β-1,3-Glucan, α-1,3-Glucan, β-1,2-Glucan, β-1,4-Galactan, β-1,4-Mannan, α-1,6-Mannan, β-1,2-Fructan, β-2,6-Fructan, β-1,4-Xylan, β-1,3-Xylan, β-1,4-Chitosan, α-1,4-N-Acetylchitosan, Pullulan, Agarose, Algicinsäure und Amylose-enthaltender Stärke; b) ein polymerisierbares Monomer mit einer ethylenischen Doppelbindung, und c) einen porösen organischen oder anorganischen Träger mit einer polymerisierbaren ungesättigten Gruppe, wobei das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat, das polymerisierbare Monomer und der Träger miteinander copolymerisiert wurden, um wechselseitig miteinander chemisch verbunden zu sein.
Trennmittel gemäß Anspruch 1, worin das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat auf einem Träger mit polymerisierbaren funktionellen Gruppen aufgebracht ist und anschließend mit dem polymerisierbaren Monomer copolymerisiert wird.
Trennmittel gemäß Anspruch 1, worin das Polysaccharid-Derivat die polymerisierbaren funktionellen Gruppen in der Position 6 aufweist.
Trennmittel gemäß Anspruch 1, worin der Träger gewählt wird aus Polystyrol, Polyacrylamid und Polyacrylat, oder aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Glas, Kaolin, Titanoxid, Silikaten und Hydroxyapatit.
Trennmittel gemäß Anspruch 1, worin das polymerisierbare Monomer gewählt wird aus Styrol, Divinylbenzol, Butadien, Dimethylbutadien, Isopren, Methacrylat, Methacrylatamid, Acrylat, Acrylatamid und Silicium enthaltenden Verbindungen.
Trennmittel gemäß Anspruch 1, worin die polymerisierbaren funktionellen Gruppen gewählt werden aus Acryloylchlorid, Methacryloylchlorid und Vinylbenzoylchlorid; oder Vinylphenylisocyanat und Isocyanatethylmethacrylat.
Verfahren zur Herstellung eines Trennmittels für enatiomere Isomere, umfassend den Schritt des Copolymeriserens von a) einem polymerisierbaren Polysaccharid-Derivat eines Polysaccharid-Derivats mit polymerisierbaren funktionellen Gruppen, erhältlich durch Umsetzen einer Hydroxygruppe oder eines Teils der Hydroxygruppen des Polysaccharids mit einem ungesättigten Säurehalogenid oder einem ungesättigtem Isocyanat mit einer oder mehreren polymerisierbaren ungesättigten Gruppen, um Esterbindungen oder Uretanbindungen zu bilden, wobei das Polysaccharid-Derivat gewählt wird aus β-1,4-Glucan, α-1,4-Glucan, α-1,6-Glucan, β-1,6-Glucan, β-1,3-Glucan, α-1,3-Glucan, β-1,2-Glucan, β-1,4-Galactan, β-1,4-Mannan, α-1,6-Mannan, β-1,2-Fructan, β-2,6-Fructan, β-1,4-Xylan, β-1,3-Xylan, β-1,4-Chitosan, α-1,4-N-Acetylchitosan, Pullulan, Agarose, Algicinsäure und Amylose-enthaltender Stärke; b) einem polymerisierbaren Monomer mit einer ethylenischen Doppelbindung, und c) einem porösen organischen oder anorganischen Träger mit einer polymerisierbaren ungesättigten Gruppe, miteinander, damit diese wechselseitig chemisch verbunden sind.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat auf einem Träger mit polymerisierbaren funktionellen Gruppen aufgebracht ist und anschließend mit dem polymerisierbaren Monomer copolymerisiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin die Derivatisierung des Polysaccharids und das Einführen der polymerisierbaren funktionellen Gruppen gleichzeitig durchgeführt werden, wenn das polymerisierbare Polysaccharid-Derivat synthetisiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin der Träger gewählt wird aus Polystyrol, Polyacrylamid und Polyacrylat, oder aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Glas, Kaolin, Titanoxid, Silikaten und Hydroxyapatit.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin das polymerisierbare Monomer gewählt wird aus Styrol, Divinylbenzol, Butadien, Dimethylbutadien, Isopren, Methacrylat, Methacrylatamid, Acrylat, Acrylatamid und Silicium enthaltenden Verbindungen.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin die polymerisierbaren funktionellen Gruppen gewählt werden aus Acryloylchlorid, Methacryloylchlorid und Vinylbenzoylchlorid; oder Vinylphenylisocyanat und Isocyanatethylmethacrylat.
Verfahren zum Trennen von enatiomeren Isomeren, umfassend die Verwendung des Trennmittels für enatiomere Isomere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 oder des Trennmittels für enantiomere Isomere, welches nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüch 7 bis 12 erhalten wird.
Verwendung des Trennmittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 oder des nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12 erhaltenen Trennmittels zum Trennen von enantiomeren Isomeren.