專利名稱：酶分解聚合物中的殘留甲酰胺的制作方法
酶分解聚合物中的殘留甲酰胺
本發(fā)明涉及一種減少由N-乙烯基甲酰胺單體構(gòu)成的聚合物制劑中的 甲酰胺的方法。
背景技術(shù)：
乙烯基甲酰胺的聚合物和共聚物溶液可包含作為源自其制備的雜質(zhì)的 曱酰胺。甲酰胺濃度通?？蔀?00-20 000ppm。對許多應(yīng)用領(lǐng)域如化妝品 而言，希望降低甲酰胺含量。取決于應(yīng)用領(lǐng)域，希望降低至小于500ppm 以下至小于10ppm的水平。同時必要的是所應(yīng)用的方法不改變聚合物結(jié) 構(gòu)，尤其是必須不通過水解聚合物的曱酰胺側(cè)鏈而產(chǎn)生氨基。
已經(jīng)證明通過物理除臭方法如蒸餾、蒸氣汽提或氣體汽提而降低聚合 物溶液的曱酰胺含量的嘗試是不適合的。
WO 00/09573描述了通過用酸或堿處理聚合物而將甲酰胺水解為甲酸 鹽和氨。然而，該程序沒有產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果，因為水解不充分，或聚 合物的顯著比例的甲酰胺單元同樣被水解。
通過氧化或還原除去曱酰胺的嘗試同樣是不成功的。用許多試劑將其 化學(xué)轉(zhuǎn)化的嘗試同樣不成功。
在所有這些情況下，或者不存在甲酰胺的轉(zhuǎn)化，或者引發(fā)聚合物上不 希望的副反應(yīng)如分子量降低、交聯(lián)或水解。
已知能夠水解甲酰胺的各種酶刀豆脲酶(Jack bean urease)[EC 3.5.1.51高活性地催化脲水解，明顯較低活性地催化甲酰胺水 解為甲酸和氨(Dixon等人，Can. J. Biochem. 1980， 58 1335-1344; Fishbein， Biochim. Biophys. Acta 1977， 484,433-442; Blakeley and Zerner， J. Mol. Cat. 1984， 23， 263-292)。
Greenwood等人(FEMS Microbiol. Lett. 1998， 160， 131國135)描述了 來自Methylophilus methylotrophus[EC 3.5丄5]的能夠在水溶液中使曱酰 胺水解的脲酶。
Clarke (Adv. Microbial Physiol. 1970， 4， 179-222)研究了來自綠^Uf 菌(Pseudomonas aeruginosa)的脂族酰胺酶的底物特異性。這需要在活性測
定中研究各種脂族酰胺如甲酰胺、乙酰胺。
Wyborn等人(Eur. J. Biochem. 1996, 240， 314-322; Microbiology 1994， 140， 191-195)研究了來自Methylophilus methylotrophus的甲酰胺 酶。在提純酶和異種表達(dá)的過程中進(jìn)行甲酰胺水解活性測定。
Cornelius等人(J. General Microbiol., 1981， 125， 367畫374)描述了來 自Alcaligenes eutrophus的兩種酰胺酶。在活性測定中對甲酰胺和其它脂 族酰胺研究了底物特異性。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的為在使得聚合物結(jié)構(gòu)不受攻擊的溫和條件下減少含水聚 合物制劑中的甲酰胺含量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種通過使酶分類E.C. 3.5的水解酶與制劑(P)接觸而減少 由N-乙晞基曱酰胺單體通過聚合制備的(P)中的曱酰胺含量的方法。
適合本發(fā)明方法的水解酶為作用于非肽碳氮鍵的那些水解酶(E.C.分 類3.5.x.x.)。
其中優(yōu)選與線性酰胺反應(yīng)的水解酶分類[EC 3.5丄x]，非常特別優(yōu)選脲 酶分類[E.C. 3.5.1.5.]和甲酰胺酶分類[EC 3.5.1.49。
特別合適的脲酶為來自刀豆的脲酶，其為來自乳酸桿菌 (Lactobacillus), 尤其是發(fā)酵乳酸桿菌(Lactobacillus fermentum)的脲酶 ("酸性脲酶，，)和來自桿菌(Bacillus),尤其是巴氏芽孢桿菌(Bacillus pasteurii) 的脲酶。
特別合適的甲酰胺酶為開頭由Wyborn等人所述的來自Methyl叩hilus methylotrophus的曱酰胺酶。
酶可以各種純度水平的提純形式用于本發(fā)明方法中，或作為較不純的 萃取物如豆粉(刀豆粉；可市購)使用。酶優(yōu)選作為固體使用。
酶可以純凈形式或作為多種不同酶的混合物("雞尾酒")使用。
取決于方法程序，可將溶解形式的酶與(P)接觸，或?qū)⒚甘┘又脸Ｒ?guī)載
體并使其以固定形式與(P)接觸。
在本發(fā)明方法中使用的水解酶的量取決于酶制劑的純度。對本發(fā)明方
法而言，酶的典型用量為每g聚合物固體10-10 000單位，優(yōu)選100-1000 單位。 一單位定義為在PH=7.5和25'C下每分鐘水解ljimol脲的酶的量。 這些酶的量僅為大約的指導(dǎo)量，尤其是當(dāng)反應(yīng)條件如溫度和誘導(dǎo)時間改變 時，其也可向上或向下偏移。對本發(fā)明的具體轉(zhuǎn)化最佳的水解酶量可通過 常規(guī)的系列試驗容易地建立。
本發(fā)明方法可適用于包含N-乙烯基甲酰胺單元的所有聚合物。就此而 言，合適的是N-乙烯基曱酰胺的均聚物和共聚物及其接枝共聚物。適合于 N-乙烯基甲酰胺的可行共聚單體的實例為其它N-乙烯基羧酰胺如N-乙烯 基-N-甲基曱酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基-N-甲基乙酰胺、N-乙烯基 -N-乙基曱酰胺、N-乙烯基-N-正丙基甲酰胺、N-乙烯基-N-異丙基甲酰胺、 N-乙烯基-N-異丁基甲酰胺、N-乙烯基-N-甲基丙酰胺、N-乙烯基-N-丁基乙 酰胺和N-乙烯基-N-甲基丙酰胺。
適合N-乙烯基甲酰胺的其它共聚單體為具有3-8個C原子的單烯屬不 飽和羧酸，以及這些單體的水溶性鹽。該組單體例如包括丙烯酸、甲基丙 烯酸、二甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、馬來酸、檸康酸、亞甲基丙二酸、烯 丙基乙酸、乙烯基乙酸、巴豆酸、富馬酸、中康酸和衣康酸。該組的優(yōu)選 使用單體為丙烯酸、曱基丙烯酸、馬來酸或所述羧酸的混合物，尤其是丙 烯酸和曱基丙烯酸的混合物。不飽和羧酸可以游離形式和以例如用氫氧化 鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氫氧化鈣或氨部分或完全中和形式聚合。
其它合適的共聚單體的實例為所述羧酸的酯、酰胺和腈。丙烯酸酯和 甲基丙烯酸酯優(yōu)選源自具有1-4個碳原子的飽和單羥基醇或包含2-4個碳 原子的飽和二羥基醇。
這些酯的實例為丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸曱酯、丙烯酸乙酯、甲基丙 烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯、甲基丙烯 酸異丙酯和源自異構(gòu)丁醇的丙烯酸和甲基丙烯酸的酯，以及丙烯酸羥乙酯、 甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丁酯、 丙烯酸羥基異丁酯和曱基丙烯酸羥基異丁酯。
還應(yīng)提及丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙蹄酰胺、N-叔丁基 丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二 甲基M乙酯、丙烯酸二乙基M乙酯、甲基丙烯酸二乙基M乙酯，以 及最后提及的單體與羧酸或無機(jī)酸的鹽，以及季銨化產(chǎn)物。
作為可用于N-乙烯基曱,共聚的共聚單體，額外可使用乙烯酯如曱酸 乙烯酯、乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯。還合適的是N-乙烯基P比咯烷酮、N-乙烯 基己內(nèi),、1-乙烯基咪哇、2-甲基-l-乙烯基咪喳和4-甲基-l-乙烯基咪唑、 乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、乙烯膦酸、烯丙 基膦酸和二烯丙基二曱基氯化銨。當(dāng)然也可使用所述單體的混合物。
所述共聚單體的單元例如可構(gòu)成1-99摩爾％的含N-乙烯基甲酰胺的 共聚物。
此外也可以使得聚合在分子中具有至少兩個烯屬不飽和非共軛雙鍵的 化合物存在下進(jìn)行，以使N-乙烯基甲酰胺的均聚物和共聚物改性。聚合中 包含這些單體具有增加聚合物分子量的效果。
特別合適的實例為亞烷基二丙烯酰胺如亞曱基二丙烯酰胺和N,N，-丙 烯?；叶?、N，N，-二乙烯基亞乙基脲、N,N，-二乙烯基亞丙基脲、乙叉 基二 3-(N-乙烯基吡咯烷酮)、N，N，-二乙烯基二咪唑基-(2，2，)丁烷和l，l，-二 (3，3'-乙烯基苯并咪唑啉-2-酮)-1,4-丁烷。其它合適的交聯(lián)劑例如為亞烷基
二醇二(曱基)丙烯酸酯如乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、四 乙二醇二丙烯酸酯、四乙二醇二曱基丙烯酸酯、二甘醇丙烯酸酯、二甘醇
甲基丙烯酸酯，芳族二乙烯基化合物如二乙烯基苯和二乙烯基甲苯，以及 丙烯酸乙烯酯、丙烯酸烯丙酯、曱基丙烯酸烯丙酯、二乙烯基二 悉烷、季 戊四醇三烯丙基醚，以及交聯(lián)劑的混合物。交聯(lián)劑的用量基于用于聚合的 單體為0.1-10重量％，優(yōu)選1-4重量％。
改性的另一可行性由將N-乙烯基曱酰胺接枝至其它聚合物上而提供。 該類接枝聚合物通過在接枝基質(zhì)存在下，以上述方式使N-乙烯基曱酰胺， 合適的話與其它上述共聚單體一起聚合而制備。
US-A-5334287例如描述了將N-乙烯基甲酰胺接枝至基于糖的天然物 質(zhì)上。就此而言，合適的接枝基質(zhì)為單糖和寡糖如葡萄糖、果糖、半乳糖、
核糖、甘露糖、蔗糖、乳糖和棉子糖，或多糖如果膠、藻酸銨、甲殼質(zhì)、 脫乙酰殼多糖、肝素、瓊脂、阿拉伯樹膠、刺槐豆膠、瓜耳豆膠、黃原膠、 葡聚糖等，以及戊聚糖如木聚糖和阿聚糖。還合適的是來自下列的天然淀
粉玉米淀粉、土豆淀粉、小麥淀粉、米淀粉、木薯淀粉、西米淀粉、高 粱淀粉、樹薯淀粉、豌豆淀粉和具有至少80重量％支鏈淀粉含量的淀粉如 蠟質(zhì)玉米淀粉或蠟質(zhì)土豆淀粉，酶或水解降解的淀粉如白糊精和黃糊精以 及麥芽糖糊精，或氧化淀粉如雙醛淀粉。
最后，在該系列中還應(yīng)提及化學(xué)改性的糖如羧曱基纖維素。
適合作為接枝基質(zhì)的其它聚合物為包含氧化烯單元的那些，尤其是可 通過使氧化乙烯、氧化丙烯、氧化正丁烯、氧化異丁烯或四氫呋喃聚合而 獲得的C2-C4氧化烯的均聚物和共聚物。這類聚氧化烯描述在 DE-A-19515943中。這些聚合物還可為C2-C4氧化烯與主要為長鏈醇、酚 類、羧酸和胺的加成產(chǎn)物。DE-A-19526626公開了在包含飽和的Cl-C4羧 酸的乙烯酯如甲酸乙烯酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯和正丁酸乙烯酯的單 元和/或乙烯醇單元的聚合物上的相應(yīng)的接枝聚合物。
包含N-乙烯基曱酰胺單元的聚合物通過已知的溶液、沉淀、懸浮或乳 液聚合方法，并使用在聚合條件下保持自由基的化合物而制備。聚合溫度 通常為例如30-200X:，優(yōu)選40-110"C。合適的引發(fā)劑例如為偶氮和過氧化 合物，以及通常的氧化還原引發(fā)劑體系如過氧化氫和肼的組合。這些體系 合適的話可額外包含少量重金屬鹽。優(yōu)選使用水溶性偶氮化合物如2，2，-偶 氮二(2-甲基丙酰胺)二鹽酸鹽、2，2，-偶氮二(4-甲氧基-2，4-二曱基戊腈)和 2，2，-偶氮二(2-甲基-N-苯基丙酰胺)二鹽酸鹽作為聚合引發(fā)劑。低K值聚合 物通過在調(diào)節(jié)劑如巰基化合物、烯丙基化合物、醛或肼存在下方便地進(jìn)行 聚合而制備。
可以該方式獲得的聚合物具有10-300,優(yōu)選30-250的K值。K值通 過H. Fikentscher， Cellulose曙Chemie， 第13巻，58-64和71-74(1932)的 方法，在pH為7和25匸的溫度和0.1重量％的聚合物濃度下，在5%濃度 的氯化鈉水溶液中測定。
在以該方式制備的聚合物中的甲酰胺濃度為10-100 OOOppm。典型的值為5000-10 000卯m。本發(fā)明方法現(xiàn)在使該甲酰胺含量顯著減少。
使水解酶與(P)接觸的反應(yīng)溫度可在約5'C至至多100。C的寬范圍內(nèi)選擇。優(yōu)選選擇的溫度為所用水解酶具有高催化活性的溫度，其通常為10-40°C,優(yōu)選20-35'C。然而，如果使用來自嗜熱孩吏生物的水解酶或特定選擇的耐熱的酶，則反應(yīng)溫度還可明顯更高。
本發(fā)明的pH范圍通常為3-10，優(yōu)選4-8。最佳范圍取決于所用水解酶的pH穩(wěn)定性。
反應(yīng)時間極大地取決于酶的所選擇用量、溫度和(P)中聚合物的濃度， 以及所需的"殘留甲酰胺含量"。反應(yīng)時間通常為數(shù)小時至至多數(shù)天，優(yōu) 選5-24小時。
在本發(fā)明方法中，聚合物制劑通常存在于水*體或溶劑，優(yōu)選緩沖 溶劑中。(P)可呈^t體或優(yōu)選分子溶液的形式。在制劑(P)中的聚合物的量 可在約1重量％至至多99重量％，優(yōu)選5-50重量％，特別優(yōu)選10-30重 量％聚合物的寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
本發(fā)明方法可不連續(xù)地或連續(xù)地進(jìn)行。在不連續(xù)(分批)程序中，酶可 在緊鄰聚合之后或在分離和合適的話提純聚合物之后加入。在曱酰胺已通過水解酶降解之后，取決于使用目的，可從反應(yīng)介質(zhì)中除去酶。然而，酶 還可留在反應(yīng)介質(zhì)中并僅在需要時例如通過加熱或通過酸化介質(zhì)而失活。
對本發(fā)明優(yōu)選實施方案中的連續(xù)程序而言，使用負(fù)載型酶與聚合物制 劑(P)接觸。例如，可將負(fù)載型水解酶填充入柱中，將(P)在所需反應(yīng)條件下 泵送通過該柱。對特定應(yīng)用而言，還可串聯(lián)酶反應(yīng)器級聯(lián)，以特別有效地 減少甲酰胺。
使用本發(fā)明方法可顯著降低由N-乙烯基甲酰胺通過聚合制備的聚合 物制劑中的甲酰胺含量，并因此獲得小于50卯m，優(yōu)選小于20ppm，尤其 是小于10ppm的殘留甲酰胺含量。
實施例部分
除非另有說明，酶活性單位指將脲水解為氨。
水溶液中甲酰胺含量由HPLC定量。
實施例1:
用刀豆粉萃取物降解殘留的甲酰胺
用水萃取刀豆粉(由Sigma提供)，通過離心澄清并通過超濾濃縮。獲 得每ml含有1101U脲酶的萃取物。
將各種量的該脲酶萃取物加入16重量％的聚(乙烯基甲酰胺)水溶液 (批料的總質(zhì)量為50g)，并在40X:和7.0的pH下攪拌。酶通過酸化變性以 停止反應(yīng)。
酶的量[kU] 反應(yīng)時間 殘留甲酰胺含量[ppm]
無0小時1600
無24小時 17005 6小時 990
5 24小時420
10 6小時 600
1024小時 80
156小時 320
15 24小時 40
實施例2:
用刀豆粉的冷凍干燥產(chǎn)物降解殘留甲酰胺
將實施例1中所述的萃取物冷凍干燥。獲得活性為17926U/g的含脲酶 的粉末。
將各種量的該脲酶粉末加入50g的16重量％的聚(乙烯基甲酰胺)水溶液，并在40℃和7.0的pH下攪拌。酶通過酸化變性以停止反應(yīng)。
酶的量[kU]反應(yīng)時間殘留甲酰胺含量[ppm]
無 24小時 1700
1.25 24小時 790
2.5 24小時 390
524小時 100
10 24小時 10
15 6小時 230
15 24小時 <10
實施例3:
用大豆粉的萃取物降解殘留的甲酰胺
用水萃取大豆粉(由Sigma提供)，通過離心澄清并通過超濾濃縮。獲 得每ml含有292U脲酶的萃取物。
將各種量的該脲酶萃取物加入16重量％的聚(乙烯基甲酰胺)水溶液 (批料的總質(zhì)量為50g),并在40。C和7.0的pH下攪拌。酶通過酸化變性以 停止反應(yīng)。
酶的量 無 5 5
7.3
實施例4: 用市售
無1200
10 kU400
20 kU120
權(quán)利要求
1.一種通過使酶分類E.C.3.5的水解酶與制劑(P)接觸而減少由N-乙烯基甲酰胺單體通過聚合制備的(P)中的甲酰胺含量的方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述水解酶具有酶分類E.C. 3.5.1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述水解酶具有酶分類E.C.3.5丄5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使(P)和水解酶在3-10的pH下接觸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中使(P)和水解酶在5-100匸的溫度下接觸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中(P)呈水溶液形式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中(P)為N-乙烯基曱酰胺的均聚物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中所述方法連續(xù)進(jìn)行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將所述甲酰胺含量降至低于50ppm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減少由N-乙烯基甲酰胺單體通過聚合生產(chǎn)的制劑(Z)中的甲酰胺含量的方法。
文檔編號C08F6/00GK101203534SQ200680022205
公開日2008年6月18日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者B·豪爾, D·黑林, H-J·哈恩勒, L·克里斯托弗爾斯, M·盧本納克, M·安格爾, T·弗里德里希, V·布賴格 申請人:巴斯福股份公司