专利名称：含咪唑啉基团的阴离子交换树脂的制备方法及用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由丙烯腈(ACN)、二乙烯基苯(DVB)为基本原料，在致孔剂存在下一步合成大孔聚丙烯腈珠体，然后再和乙二胺进行高分子化学反应而制得弱碱阴离子交换树脂的制备方法及该离子交换树脂用于分离提纯人尿胰蛋白酶抑制剂(UTI)的新用途。
生物活性大分子分离提纯技术为各国研究的重点。而整个分离技术的关键在于选择合适的分离介质。因此，研制适合生物活性大分子分离提纯的新型分离介质则成为问题的核心。目前各国用于UTI分离提纯的分离介质有无机、天然高分子和合成高分子三大类。无机类的有高岭土、斑脱土、酸性粘土、活性氢氧化铝、硅胶等。该类吸附剂选择性差，吸附量不高，因此所得产品收率不高、活性较低。天然高分子分离材料有聚氨基葡聚糖，DEAE纤维素、琼脂糖等。该类吸附剂价格昂贵、操作条件要求高、易受微生物腐蚀，难以实现工业化生产。目前用于UTI分离提取的合成高分子分离材料主要是聚丙烯酸系列的AmberliteXAD-7及一些弱碱阴离子交换树脂。这些分离材料同样存在选择性差等缺点。因此，研制对UTI的选择性好、吸附量大、易洗脱且洗脱后仍能保持其活性的新型分离介质是发展UTI分离提纯技术迫切需要解决的问题。
本发明的目的在于经过高分子化学和生物化学原理的设计，选择出对UTI亲和性较好的弱碱基团，合成出孔结构适于吸附UTI的新型分离介质，从而提高其对UTI的选择性及吸附量。
本发明合成的UTI分离介质的制备方法分为两步。第一步是，以ACN为基本原料，以DVB为交联剂，芳烃为致孔剂，通过悬浮聚合工艺合成聚丙烯腈珠体。其反应方程式如下
第二步，以上式产物和乙二胺在催化剂作用下经过高分子化学反应制得含咪唑啉基的弱碱性分离介质。反应式如下
聚丙烯腈珠体的制备采用通常的悬浮聚合工艺进行。制备过程为首先将分散介质、分散剂、助剂按规定比例加入反应釜，升温搅拌使之全部溶解，然后加入反应单体、引发剂、致孔剂，升温固化再继续反应一段时间，然后降温、水洗、除去致孔剂、风干、过筛即得聚丙烯腈珠体。
分散介质为去离子水或蒸馏水。为防止单体在水中溶解、乳化而损失，可加入3-5%(基于水重量，下同)的NaCl或其它可溶性盐类，如CaCl2、Na2SO4、Na2SO3等作助分散剂。也可加入次甲基兰水液作助分散剂。为防止悬浮聚合过程中出现粘球、结块现象，可加入0.2-0.7%的生化级明胶和0.4-1.2%的CaCl2或者聚乙烯醇(PVA)，用量为0.05-0.1%。同时加入上述盐类助分散剂。
引发剂可以是偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化二苯甲酰(BPO)，用量为聚合单体的1-1.5%。
为使制备的聚丙烯腈珠体的孔结构适合于吸附UTI，必须控制其交联度，本发明所确定的反应单体投料重量比为ACN∶DVB＝100∶8～14。
制备大孔聚丙烯腈珠体所用致孔剂种类和用量对孔结构有重大影响，本发明所选用致孔剂为芳烃类，如二乙苯、二甲苯、甲苯及苯等。可单独使用其中一种或两种的混合物。用量一般为聚合单体总重量的80-120%。为防止致孔剂的过早损失而影响珠体的孔结构，聚合温度必须控制在在致孔剂沸点以下，一般为70-85℃之间。致孔剂的去除可以用水蒸汽蒸馏法、热空气抽提法或溶剂萃取法中的任何一种。
聚丙烯腈珠体的反应时间为8-10小时。反应温度为前3～5小时为70～80℃、后几小时为80-90℃。
本发明所制备的聚丙烯腈珠体的粒径可通过调节搅拌速度和悬浮分散剂的用量而从20-100目之间任意调节以满足各种分离技术的要求。
本发明制备聚丙烯腈珠体所用反应器最好采用园柱体形的。长径比在2.5-1.1范围内。搅拌杆可采用锚式或框式，以后者为更佳。搅拌器最好位于油相和水相之间，以求获得较佳的油相分散效果。
本发明第一步制得的聚丙烯腈珠体用反应液兼溶剂乙二胺于室温下浸泡1-2小时，加入催化剂升华硫升温至65～75℃下反应5-10小时即得含咪唑啉基的弱碱阴离子交换树脂。催化剂升华硫的用量为0.5-0.8%(基于反应液乙二胺的体积)。
本发明制备工艺第二步所用乙二胺可以是无水的，也可以是水溶液或无水乙醇溶液。用量一般为聚丙烯腈珠体∶乙二胺＝1∶3-5(W/V)之间。
上述高分子反应完毕后，先滤出树脂，再以自来水冲洗数遍至液体无色。最后以1mol，HCl、1Mol，NaOH分别处理即得产品。
本发明所制备的弱碱阴离子交换树脂具有如下性能含水量60-70%湿视密度0.65-0.70g/ml弱碱当量5.0-6.0meq/g(干)。
取本发明所制备的弱碱阴离子交换树脂50ml，装于柱中，让总活性单位为100万单位，纯度为250u/m.g.p的粗品UTI过柱，吸附完毕后用硫酸铵溶液洗脱。所得产物比活为1500u/m.g.p，收率76.4%。
本发明制备的弱碱阴离子交换树脂用于UTI纯化工艺主要有以下特点1.机械强度好，柱操作中流体力学性能较佳，耐酸碱及微生物腐蚀，可反复使用10-20个周期。
2.对UTI选择性好，吸附量大，所得UTI产品的比活可达1500u/mg.p，总收率达76.4%。
3.该分离介质对分离提纯设备要求不高，操作及提纯工艺简单，生产成本较低，适于UTI的工业化生产。
实施例一向一装有机械搅拌的5000ml园柱体反应釜内加入2600ml去离子水，2.2克1788PVA，128克NaCl，13克CaCl2。同时开动搅拌，升温至60-70℃。搅拌约30分钟使分散剂全部溶解。再加入150克DVB(纯度41.9%，下同)，300克ACN、450克甲苯、4.5克AIBN的油相混合物。调节搅拌速度使油相分散为所要求的粒径。升温至75℃下待珠体固化，此温下反应5小时，85℃下反应5小时。降温、滤出树脂用温水洗涤数遍，再以大量自来水洗涤。最后用水蒸汽蒸馏以去除致孔剂，风干、过筛即得聚丙烯腈珠体，备用。
实施例二向一装有机械搅拌的5000ml园柱体反应釜中加入3420ml去离子水，34.2克CaCl2、34ml0.1%次甲基兰水液和2.9克1788PVA。开动搅拌并升温至60℃，待分散剂全部溶解后，加入由107克DVB、343克ACN、200克二甲苯、160克甲苯及4.5克AIBN组成的油相混合物，升温至70℃下固化。此后，80℃反应5小时，85℃反应3小时，90℃反应2小时。降温、温水洗涤、大量自来水洗涤。水蒸汽蒸馏去除致孔剂，风干、过筛、备用。
实施例三将96克DVB、404克ACN和400克甲苯、200克苯、5.0克AIBN搅匀，加于盛有3500ml去离子水、175克NaCl、35ml0.1%次甲基兰水液、30克生化级明胶及3.3克1788PVA混合水溶液中。开动搅拌于70℃下使油相分散成所要求的粒度，75℃下固化、80℃下反应5小时，90℃下反应5小时。降温、过滤、温水洗涤、自来水冲洗，水蒸汽蒸馏去除致孔剂、风干、过筛、备用。
实施例四由实施例一所制备的聚丙烯腈珠体400克于5000ml具冷凝器、机械搅拌、温度计的三口反应器中，加入2000ml无水乙二胺于室温(15-25℃)下浸泡2小时。加入10克升华硫催化剂，同时升温至70±2℃下反应8小时，反应完毕后，滤出树脂，大量水洗。再以1Mol，HCl和1Mol，NaOH反应浸泡树脂数次。最后以自来水洗至中性即得产品。产品水含量68.34%、湿视密度0.69g/ml，弱碱交换容量5.71meq/g(干)。
实施例五将比活为200-250u/mg.p的UTI粗品溶于生理盐水中，让其通过装有本发明所制造的分离介质柱。控制流速，通至终点(以流出物中UTI含量为准)。以硫酸钠水溶液为洗脱剂进行洗脱。洗脱液经浓缩干燥即得UTI纯化品。产物比活1500u/mg.p，总收率76.4%。
权利要求
1.一种含咪唑啉基团的弱碱阴离子交换树脂的制备方法，系由丙烯腈(ACN)与二乙烯基苯(DVB)在引发剂、致孔剂、分散剂、助剂存在下经悬浮聚合制得聚丙烯腈珠体，然后与乙二胺在催化剂存在下反应制得，其特征在于a.ACN与交联剂DVB的投料重量比为100∶8～14；b.所用致孔剂为芳烃类物质，用量为聚合单体总重量的80～120%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用致孔剂为二乙苯、二甲苯、甲苯或苯中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于聚丙烯腈珠体与乙二胺的投料比为1∶3～5(W/V)，反应温度为65～75℃，反应时间为5～10小时，催化剂为升华硫。
4.根据权利要求1所述的制备方法制得的弱碱阴离子交换树脂的用途用于分离提纯人尿胰蛋白酶抑制剂。
全文摘要
本发明公开了一种含咪唑啉基团的阴离子交换树脂的制备方法及用途，以丙烯腈(ACN)为反应单体；二乙烯基苯(DVB)为交联剂，芳烃为致孔剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，经悬浮聚合制得聚丙烯腈珠体，然后在催化剂升华硫存在下与乙二胺反应制得，其特征在于ACN与DVB的投料重量比为100∶8～14，致孔剂用量为聚合单体总重量的80～120％，聚丙烯腈珠体与乙二胺的投料比为1∶3～5(W/V)，反应温度为65～75℃反应时间为5～10小时，由此制得的离子交换树脂用于分离提纯人尿胰蛋白酶抑制剂具有吸附容量大、选择性好、易洗脱且洗脱后仍能保持其活性等突出优点。
文档编号C07K1/14GK1094333SQ93110978
公开日1994年11月2日 申请日期1993年4月23日 优先权日1993年4月23日
发明者何琦, 张博达, 徐元 申请人:化学工业部晨光化工研究院成都分院, 南京大学生物化学厂
技术领域：
本发明涉及一种由丙烯腈(ACN)、二乙烯基苯(DVB)为基本原料，在致孔剂存在下一步合成大孔聚丙烯腈珠体，然后再和乙二胺进行高分子化学反应而制得弱碱阴离子交换树脂的制备方法及该离子交换树脂用于分离提纯人尿胰蛋白酶抑制剂(UTI)的新用途。
生物活性大分子分离提纯技术为各国研究的重点。而整个分离技术的关键在于选择合适的分离介质。因此，研制适合生物活性大分子分离提纯的新型分离介质则成为问题的核心。目前各国用于UTI分离提纯的分离介质有无机、天然高分子和合成高分子三大类。无机类的有高岭土、斑脱土、酸性粘土、活性氢氧化铝、硅胶等。该类吸附剂选择性差，吸附量不高，因此所得产品收率不高、活性较低。天然高分子分离材料有聚氨基葡聚糖，DEAE纤维素、琼脂糖等。该类吸附剂价格昂贵、操作条件要求高、易受微生物腐蚀，难以实现工业化生产。目前用于UTI分离提取的合成高分子分离材料主要是聚丙烯酸系列的AmberliteXAD-7及一些弱碱阴离子交换树脂。这些分离材料同样存在选择性差等缺点。因此，研制对UTI的选择性好、吸附量大、易洗脱且洗脱后仍能保持其活性的新型分离介质是发展UTI分离提纯技术迫切需要解决的问题。
本发明的目的在于经过高分子化学和生物化学原理的设计，选择出对UTI亲和性较好的弱碱基团，合成出孔结构适于吸附UTI的新型分离介质，从而提高其对UTI的选择性及吸附量。
本发明合成的UTI分离介质的制备方法分为两步。第一步是，以ACN为基本原料，以DVB为交联剂，芳烃为致孔剂，通过悬浮聚合工艺合成聚丙烯腈珠体。其反应方程式如下
第二步，以上式产物和乙二胺在催化剂作用下经过高分子化学反应制得含咪唑啉基的弱碱性分离介质。反应式如下
聚丙烯腈珠体的制备采用通常的悬浮聚合工艺进行。制备过程为首先将分散介质、分散剂、助剂按规定比例加入反应釜，升温搅拌使之全部溶解，然后加入反应单体、引发剂、致孔剂，升温固化再继续反应一段时间，然后降温、水洗、除去致孔剂、风干、过筛即得聚丙烯腈珠体。
分散介质为去离子水或蒸馏水。为防止单体在水中溶解、乳化而损失，可加入3-5%(基于水重量，下同)的NaCl或其它可溶性盐类，如CaCl2、Na2SO4、Na2SO3等作助分散剂。也可加入次甲基兰水液作助分散剂。为防止悬浮聚合过程中出现粘球、结块现象，可加入0.2-0.7%的生化级明胶和0.4-1.2%的CaCl2或者聚乙烯醇(PVA)，用量为0.05-0.1%。同时加入上述盐类助分散剂。
引发剂可以是偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化二苯甲酰(BPO)，用量为聚合单体的1-1.5%。
为使制备的聚丙烯腈珠体的孔结构适合于吸附UTI，必须控制其交联度，本发明所确定的反应单体投料重量比为ACN∶DVB＝100∶8～14。
制备大孔聚丙烯腈珠体所用致孔剂种类和用量对孔结构有重大影响，本发明所选用致孔剂为芳烃类，如二乙苯、二甲苯、甲苯及苯等。可单独使用其中一种或两种的混合物。用量一般为聚合单体总重量的80-120%。为防止致孔剂的过早损失而影响珠体的孔结构，聚合温度必须控制在在致孔剂沸点以下，一般为70-85℃之间。致孔剂的去除可以用水蒸汽蒸馏法、热空气抽提法或溶剂萃取法中的任何一种。
聚丙烯腈珠体的反应时间为8-10小时。反应温度为前3～5小时为70～80℃、后几小时为80-90℃。
本发明所制备的聚丙烯腈珠体的粒径可通过调节搅拌速度和悬浮分散剂的用量而从20-100目之间任意调节以满足各种分离技术的要求。
本发明制备聚丙烯腈珠体所用反应器最好采用园柱体形的。长径比在2.5-1.1范围内。搅拌杆可采用锚式或框式，以后者为更佳。搅拌器最好位于油相和水相之间，以求获得较佳的油相分散效果。
本发明第一步制得的聚丙烯腈珠体用反应液兼溶剂乙二胺于室温下浸泡1-2小时，加入催化剂升华硫升温至65～75℃下反应5-10小时即得含咪唑啉基的弱碱阴离子交换树脂。催化剂升华硫的用量为0.5-0.8%(基于反应液乙二胺的体积)。
本发明制备工艺第二步所用乙二胺可以是无水的，也可以是水溶液或无水乙醇溶液。用量一般为聚丙烯腈珠体∶乙二胺＝1∶3-5(W/V)之间。
上述高分子反应完毕后，先滤出树脂，再以自来水冲洗数遍至液体无色。最后以1mol，HCl、1Mol，NaOH分别处理即得产品。
本发明所制备的弱碱阴离子交换树脂具有如下性能含水量60-70%湿视密度0.65-0.70g/ml弱碱当量5.0-6.0meq/g(干)。
取本发明所制备的弱碱阴离子交换树脂50ml，装于柱中，让总活性单位为100万单位，纯度为250u/m.g.p的粗品UTI过柱，吸附完毕后用硫酸铵溶液洗脱。所得产物比活为1500u/m.g.p，收率76.4%。
本发明制备的弱碱阴离子交换树脂用于UTI纯化工艺主要有以下特点1.机械强度好，柱操作中流体力学性能较佳，耐酸碱及微生物腐蚀，可反复使用10-20个周期。
2.对UTI选择性好，吸附量大，所得UTI产品的比活可达1500u/mg.p，总收率达76.4%。
3.该分离介质对分离提纯设备要求不高，操作及提纯工艺简单，生产成本较低，适于UTI的工业化生产。
实施例一向一装有机械搅拌的5000ml园柱体反应釜内加入2600ml去离子水，2.2克1788PVA，128克NaCl，13克CaCl2。同时开动搅拌，升温至60-70℃。搅拌约30分钟使分散剂全部溶解。再加入150克DVB(纯度41.9%，下同)，300克ACN、450克甲苯、4.5克AIBN的油相混合物。调节搅拌速度使油相分散为所要求的粒径。升温至75℃下待珠体固化，此温下反应5小时，85℃下反应5小时。降温、滤出树脂用温水洗涤数遍，再以大量自来水洗涤。最后用水蒸汽蒸馏以去除致孔剂，风干、过筛即得聚丙烯腈珠体，备用。
实施例二向一装有机械搅拌的5000ml园柱体反应釜中加入3420ml去离子水，34.2克CaCl2、34ml0.1%次甲基兰水液和2.9克1788PVA。开动搅拌并升温至60℃，待分散剂全部溶解后，加入由107克DVB、343克ACN、200克二甲苯、160克甲苯及4.5克AIBN组成的油相混合物，升温至70℃下固化。此后，80℃反应5小时，85℃反应3小时，90℃反应2小时。降温、温水洗涤、大量自来水洗涤。水蒸汽蒸馏去除致孔剂，风干、过筛、备用。
实施例三将96克DVB、404克ACN和400克甲苯、200克苯、5.0克AIBN搅匀，加于盛有3500ml去离子水、175克NaCl、35ml0.1%次甲基兰水液、30克生化级明胶及3.3克1788PVA混合水溶液中。开动搅拌于70℃下使油相分散成所要求的粒度，75℃下固化、80℃下反应5小时，90℃下反应5小时。降温、过滤、温水洗涤、自来水冲洗，水蒸汽蒸馏去除致孔剂、风干、过筛、备用。
实施例四由实施例一所制备的聚丙烯腈珠体400克于5000ml具冷凝器、机械搅拌、温度计的三口反应器中，加入2000ml无水乙二胺于室温(15-25℃)下浸泡2小时。加入10克升华硫催化剂，同时升温至70±2℃下反应8小时，反应完毕后，滤出树脂，大量水洗。再以1Mol，HCl和1Mol，NaOH反应浸泡树脂数次。最后以自来水洗至中性即得产品。产品水含量68.34%、湿视密度0.69g/ml，弱碱交换容量5.71meq/g(干)。
实施例五将比活为200-250u/mg.p的UTI粗品溶于生理盐水中，让其通过装有本发明所制造的分离介质柱。控制流速，通至终点(以流出物中UTI含量为准)。以硫酸钠水溶液为洗脱剂进行洗脱。洗脱液经浓缩干燥即得UTI纯化品。产物比活1500u/mg.p，总收率76.4%。
权利要求
1.一种含咪唑啉基团的弱碱阴离子交换树脂的制备方法，系由丙烯腈(ACN)与二乙烯基苯(DVB)在引发剂、致孔剂、分散剂、助剂存在下经悬浮聚合制得聚丙烯腈珠体，然后与乙二胺在催化剂存在下反应制得，其特征在于a.ACN与交联剂DVB的投料重量比为100∶8～14；b.所用致孔剂为芳烃类物质，用量为聚合单体总重量的80～120%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用致孔剂为二乙苯、二甲苯、甲苯或苯中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于聚丙烯腈珠体与乙二胺的投料比为1∶3～5(W/V)，反应温度为65～75℃，反应时间为5～10小时，催化剂为升华硫。
4.根据权利要求1所述的制备方法制得的弱碱阴离子交换树脂的用途用于分离提纯人尿胰蛋白酶抑制剂。
全文摘要
本发明公开了一种含咪唑啉基团的阴离子交换树脂的制备方法及用途，以丙烯腈(ACN)为反应单体；二乙烯基苯(DVB)为交联剂，芳烃为致孔剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，经悬浮聚合制得聚丙烯腈珠体，然后在催化剂升华硫存在下与乙二胺反应制得，其特征在于ACN与DVB的投料重量比为100∶8～14，致孔剂用量为聚合单体总重量的80～120％，聚丙烯腈珠体与乙二胺的投料比为1∶3～5(W/V)，反应温度为65～75℃反应时间为5～10小时，由此制得的离子交换树脂用于分离提纯人尿胰蛋白酶抑制剂具有吸附容量大、选择性好、易洗脱且洗脱后仍能保持其活性等突出优点。
文档编号C07K1/14GK1094333SQ93110978
公开日1994年11月2日 申请日期1993年4月23日 优先权日1993年4月23日
发明者何琦, 张博达, 徐元 申请人:化学工业部晨光化工研究院成都分院, 南京大学生物化学厂
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