Eredmények összefoglalása

A címvegyületek olyan karbodiimidek, amelyekben a funkciós csoporthoz egy lipofil és egy kvaterner ammónium-csoportot tartalmazó hidrofil oldallánc kapcsolódik. Jellemzõjük, hogy semleges, vagy közel semleges pH-n vízzel csak lassan reagálnak, így nemcsak szerves oldószerben, hanem vízben is használhatók kondenzálószerként mind peptid szintézisben, mind a biotechnológiában immobilizált (szilárd hordozóhoz kovalensen kötött) enzimek elõállítására. Csaknem negyven vízoldható karbodiimidet állítottunk elõ, amelyeknek nagy része új molekula.

Elõállításukra három új, az irodalomban leírtnál lényegesen egyszerûbben kivitelezhetõ és eredményesebb módszert dolgoztunk ki. Mindhárom módszer közös jellemzõje a szilárd-folyadék fázistranszfer katalitikus körülmények között végrehajtott acilezés, az így képzõdõ labilis intermedier átrendezõdése és az azt követõ elimináció.

Az elsõ módszerben foszforamidátot acileztünk izocianáttal, a másodikban diszubsztituált karbamidot alifás-, ill. aromás szulfonsav-kloriddal, a harmadikban ugyancsak diszubsztituált karbamidot "in situ" elõállított dietil-foszforil-kloriddal.

A második módszert üzemi méretekben alkalmazható eljárássá fejlesztettük.

A karbodiimideket öt különbözõ hidrolitikus enzim immobilizálásában teszteltük és megkíséreltünk összefüggést találni a karbodiimid funkciós csoporthoz kapcsolódó oldallánc szerkezete és a kötött enzim aktivitása között. Megállapítottuk, hogy a karbodiimid mindkét oldalláncának sztérikus-, és elektronikus szerkezete nagymértékben befolyásolja mind az enzim kötés hatásfokát, mind a kötött enzim aktivitását. Ez azt jelenti, hogy minden egyes enzimhez külön-külön meg lehet keresni az adott célnak legmegfelelõbb karbodiimidet.

Vizsgáltuk a karbodiimidek hidrolízisének sebességét vizes oldatban egy kiválasztott homológ sor példáján FT-IR spektroszkópiás módszerrel és megállapítottuk, hogy a hidrolízis relatíve lassú és függ a kvaterner nitrogénatomnak a karbodiimid csoporttól mért távolságától. Ugyancsak megvizsgáltuk a karbodiimid kvaterner sók hidrolízisre való hajlamát kristályos állapotban is és megállapítottuk, hogy a legtöbb só többféle kristálymódosulatban létezik, amelyeknek hidrolízis iránti hajlama különbözõ.

A karbodiimidek szintézisére karbamidokból alifás-, ill. aromás-szulfonsav-kloridokkal, fázistranszfer katalitikus körülményekre kidolgozott intramolekuláris dehidratálási módszert kiterjesztettük savamidokat és észtereket eredményezõ kondenzációs reakciókra is. Ílymódon érzékeny karbonsavakból külön származékképzés nélkül, kíméletes körülmények között lehetett ezeket a preparatív szerves kémiában fontos vegyületeket elõállítani.

Water-soluble carbodiimides are known as disubstituted carbodiimides having a lipophilic and a quaternary ammonium containing substituent, the latter can be called as hydrophilic part.

Their use in biochemistry and in organic chemistry is well established. After their first application as coupling reagents for peptide synthesis either in homogenous phase or on solid support their usefulness has been proved in the preparation of immobilised enzymes and other reagents, in the carboxy group modification, and in organic chemical ring closure reactions as condensing agents.

Nearly forty new representatives of carbodiimides of this type have been synthesised and tested for enzyme immobilisation.

Three new, solid/liquid phase transfer catalytic acylation methods have been elaborated for the preparation of the title compounds.

1. By acylation of the appropriate phosphoramidate by means of isocyanate in heterogeneous circumstances, followed by N® O 1,3-phosphoryl migration and elimination of the phosphate anion.

2. Dehydration of the appropriate disubstituted ureas by means of alkyl or aryl sulfonyl chlorides via a very labile acylium adduct intermediate, which could be isolated in some cases.

3. Dehydration of the appropriate disubstituted ureas by means of phosphoryl chloride generated "in situ" from dialkyl phosphite and carbon tetrachloride.

The hydrolytic stability of the carbodiimides was studied, both in aqueous solution and in crystalline form.

Immobilisation experiments have been carried out for five enzymes. From the activities of the immobilised enzymes can be concluded that both the structure of the carbodiimide and the characteristics of the enzyme strongly influence the activity of the immobilised enzyme. This fact gives a chance to select the most adequate carbodiimide for activation of the support on the basis of the structural characteristics of the enzyme.

The combination of aryl-, and alkyl sulfonyl chlorides, solid potassium carbonate and a phase transfer catalyst used in the intramolecular dehydration of substituted urea derivatives could also be applied in the preparation of carboxamides and esters from carboxylic acids in a "one pot" reaction with alcohols and amines, respectively.

Publications

 1. M. Jászay Zs., Petneházy I.,, Tõke L., Szajáni B.: Preparation of carbodiimides from phosphoramidates Synthesis, 1988, 397. 

2. M. Jászay Zs., Petneházy I.,, Tõke L., Szajáni B.: Preparation of carbodiimides using phase transfer catalysis Synthesis, 1987, 520. 

3. Szajáni B., Südi P., Klamár G., M. Jászay Zs., Petneházy I., Tõke L.: Effects of carbodiimide structure on the immobilization of enzymes Appl. Biochem. Biotechnol. 30 225 (1991). 

4. Egyed O., M. Jászay Zs., Petneházy I.: Investigation of hydrolisis of carbodiimides by FT-IR method Acta Chim. Hung. 128, 139 (1990). 

5. M. Jászay Zs., Petneházy I., Tõke L.: Phase-transfer catalyzed synthesis of amides and esters of carboxylic acids Synthesis, 1989, 745.