2. Введение функциональных групп в полимерную матрицу

В создании сорбентов для ионообменной хроматографии и особенно носителей для органического синтеза очень важной является проблема введения необходимых функциональных групп в полимерную матрицу. Эта проблема решается двумя путями: а) введением соответствующих групп в структуру мономера с последующей полимеризацией и б) химическими превращениями уже сформированного носителя

В первом случае, если проводится гомополимеризация, функциональные группы присутствуют в каждом мономерном звене. Во втором случае функциональные группы включаются не во все мономерные звенья, а распределяются в объеме полимерной матрицы по закону случая. Плотность и характер распределения функциональных групп в объеме зерен носителя сильно зависят от микроструктуры последнего. Так, в случае носителей гелевого типа распределение функциональных групп по объему зерна является более-менее равномерным. В случае микрогетерогенных носителей вводимые функциональные группы концентрируются, главным образом, на поверхности раздела фаз.

Наиболее наглядным примером введения в носитель функциональных групп полимеризацией мономеров, несущих эти группы, является сополимеризация акриловой или метакриловой кислот с дивиниловыми мономерами. Оба типа реакций очень детально разработаны для сополимеров на основе стирола. На приведенных ниже схемах даются только некоторые примеры получения функционализированных производных стирола, полимеризацией которых могут быть получены соответствующие полимеры (реакции типа “а”)

а также введения функциональных групп в уже сформированную полистирольную матрицу (реакции типа “б”).

Одной из реакций, наиболее часто используемых на первых стадиях химической модификации как растворимых, так и сшитых носителей на основе полистирола, является реакция хлорметилирования. Получающийся в результате хлорметилированный полистирол может быть трансформирован в самые разнообразные его производные на последующих стадиях (см. схему на с. хх).

Каждый подход имеет свои достоинства и свои недостатки. Способ введения функциональных групп выбирается в зависимости от химизма конкретной системы полимер — функциональная группа — реакция ее введения.

3. Получение носителей сшивкой готовых макромолекул

Еще одним важным способом создания нерастворимых полимерных носителей, имеющих структуру трехмерной сетки, является химическое сшивание уже сформированных полимерных цепей. Чаще всего этот подход используется для получения носителей на основе натуральных полимеров. Так, взаимодействием полисахарида бактериального происхождения — декстрана с эпихлоргидрином получают носитель для гель-проникающей хроматографии — сефадекс (формулу см. на с. хх).

Важным достоинством такого подхода является то, что сетки, полученные этим способом, имеют более равномерное распределение узлов сшивки по объему по сравнению с сетками, получаемыми сополимеризацией моно- и дивиниловых мономеров.

3. Некоторые примеры использования полимерных носителей в практике

Трудно представить себе современную лабораторную и производственную деятельность без использования полимерных носителей. Они применяются как ионообменники, носители для эксклюзионной хроматографии, в биохимии и медицине аффинные носители широко используются для разделения сложных смесей белков, для диагностики в иммунологических анализах и т.д.

Для рассмотрения в настоящем пособии наибольший интерес представляет использование нерастворимых полимерных носителей и реагентов в сложном органическом синтезе. Преимущества, которые дает их применение при проведении органических реакций, были впервые сформулированы Меррифилодом в его классической работе 1963 г., посвященной твердофазному синтезу пептидов:

1. Появляется возможность значительного увеличения выхода реакции за счет использования избытка реагентов.

2. Существенно упрощается завершающая стадия реакции — отделение продукта, иммобилизованного на носителе, от избытка реагентов и побочных продуктов. Как правило, это достигается простым фильтрованием и промывкой.

3. Использованные и выделенные из реакции реагенты можно легко регенерировать, что важно с экономической точки зрения.

4. Появляется возможность автоматизировать процесс, что является ценным для использования процесса в промышленных масштабах.

5. Сшитые полимерные носители нерастворимы и нелетучи. Поэтому вещества, на них хемосорбированные, теряют растворимость и летучесть. Это позволяет сделать значительно более безопасной работу с ядовитыми или сильно пахнущими веществами, например, производными серы или селена.

Сходными достоинствами обладают и растворимые поли-мерные носители, однако процедура отделения хемо-сорбированных на них продуктов реакции от избытка реагентов и побочных продуктов значительно сложнее.

Работа Меррифилда дала мощный импульс развитию новой области химии — созданию полимерных носителей и разработке новых принципов их использования. Поэтому рассмотрение примеров использования носителей в органическом синтезе целесообразно начать именно с этой работы.