高分子システムを変性する方法
【課題】高分子を変性する方法を提供する。
【解決手段】（ｉ）；高分子を提供する工程、（ｉｉ）；式（Ｉ）を有する化合物を提供する工程、および（ｉｉｉ）；式（Ｉ）の化合物を前記高分子と反応させて高分子にグラフトを形成する工程、を包含する高分子を変性する方法。
（Ｎは保護基Ｐで保護されたアミノ基で、ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり、Ｒ１およびＲ２は独立して水素およびＣ１−４−アルキルからなる群から選択され、Ｘは反応性基である。）
【解決手段】（ｉ）；高分子を提供する工程、（ｉｉ）；式（Ｉ）を有する化合物を提供する工程、および（ｉｉｉ）；式（Ｉ）の化合物を前記高分子と反応させて高分子にグラフトを形成する工程、を包含する高分子を変性する方法。
（Ｎは保護基Ｐで保護されたアミノ基で、ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり、Ｒ１およびＲ２は独立して水素およびＣ１−４−アルキルからなる群から選択され、Ｘは反応性基である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高分子を変性する方法、特に反応性部分、アルキレンオキシドスペーサーアームおよび保護された第１級アミンを有する官能性基を有する分子体との官能化によってポリマーマトリックスを変性する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大きな生体分子およびポリマー材料を包含する種々の高分子システム（ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｙｓｔｅｍ）（要するに高分子物（ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ））を特殊な官能化をする必要性が高い。第１級アミンは大変有用な官能性基であって、種々の化学反応の反応点のみならず高分子システムの物理化学性能を変性するのに用いられ得る。
【０００３】
多くの用途において、官能基に好適なアクセスを確保するために、官能基を長い化学的なスペーサーを介して高分子系に付加することが要求されることがある。ポリ−またはオリゴ−アルキレンオキシドはそのような官能性アームのために用いられ得る分子フラグメントの一群であって、用途による生物学的または化学的環境に対する高い適合性を示す。
【０００４】
そのような分子体がアミン官能化された生成物を形成するのに有用な高分子システムには、生物分子（例えば、タンパク質やヌクレオチド）、ペプチド合成のためのビーズ材料、クロマトグラフィーのための樹脂、濾過用ポリマー材料ならびに医学用成分に用いられる表面層、生体内および生体外診断成分、分析システムなどが挙げられる。
【０００５】
文献中には、固体相合成やクロマトグラフィーなどの用途に用いられるポリマー樹脂に第１級アミンを官能性基として導入する多くの方法が存在する。これらの方法の多くはアミン基をポリマー骨格に直接または短い（１０原子以下）つなぎを介して結合する。その例としては脱プロトン化されたフタルイミドと第１級アルキルハライドとを反応した後、イミドをヒドラジン分解（ｈｙｄｒａｚｉｎｏｌｙｓｉｓ）する方法およびアジドとアルキルハライドまたはトシレートを反応した後還元する方法である。また、ブロモエチルフタルイミドと高分子上のアルコキシド残基とを反応した後、ヒドラジン分解する方法も多くの場合有用であることが分かっている。多くの場合、第１級アミン官能性はポリマー樹脂に付加された長いアルコキシドスペーサーアーム上の末端官能基として得られる。これらの場合は、第１級アミン−アルコキシドスペーサーアーム部分は段階的方法、すなわちアルコキシドスペーサーアームを付加して、その後第１級アミンを上記反応を用いてアルコキシドスペーサーアームに付加することにより形成されている。上記方法を包含する化学は異常に厳しい条件が必要であり、しばしば高分子システムと不適合であったりする。特に、生物学的高分子は劣下し、またクロマトグラフィーに用いる樹脂はそのような条件下で損害を受ける。後者の場合、多孔性樹脂にとって特に重要であって、厳しい条件が樹脂の多孔性を変化する。また、上記反応はほとんど定量的でなく、不必要な副生成物を形成する。
【０００６】
一端がアミンで一端がヒドロキシドであるエチレングリコールから調製された非対称アルキレンオキシドも存在する。これらの化合物は主として短いオリゴマー状で存在し、対称アルキレンオキシドからの分離が可能である。さらに、これらの化合物の高い製造コストや高分子システムに強く反応する反応基にヒドロキシル基を選択的に変更することの難しさが、高分子システムの官能化のためにこれらの化合物を工業的に用いることを非常に制限する。
【０００７】
エタノールアミンをアミドまたはイミド保護基と直接エトキシ化することによって調製される非対称ｐｅｇの例が以下の文献に記載されている。
【０００８】
ランジ・アンド・ワール（Ｌａｎｇｅ ａｎｄ Ｗａｈｌ）（Ｂｕｌｌ．Ｃｈｉｍ．Ｓｏｃ．Ｆｒ．１９５１、３４０−３４２）には、Ｎ−アセチルエタノールアミンのエトキシル化からモノおよびジエタノール化誘導体を形成することが記載されている。ロントジェンツ（Ｌｏｎｔｊｅｎｓ）ら（Ｐｏｌｙｍ．Ｂｕｌｌ．３０、１９３３、ｐｐ４８９−４９４）には、モノアミノポリエチレングリコールを高温のエトキシル化反応で合成することが記載されているが、多くの副生成物を生成する。Ｙ−Ｉフアング（Ｙ−Ｉ Ｈｕａｎｇ）（Ｊ．ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．２３、１９８５、ｐｐ．７９５−７９９）には、エタノールアミン−ベンズアルデヒドシッフ塩基をエトキシル化した後、加水分解してモノアミン置換ポリエチレングリコールを形成することが記載されている。後者の２つの例は、生成物を第１級アミンと反応して遊離のヒドロキシル基を有するポリマーを形成してしまう。いずれの場合も、第１級アミン誘導体が得られない。
【０００９】
従って、高分子システムをアルコキシドスペーサーアームおよび第１級アミン官能性で効果的かつ安価に官能化することが可能な分子材料が望まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一般式（Ｉ）の化合物の調製を示す図であり、ｍは１であり、ｎは式（Ｉ）中、ｎ−１に対応し、かつ図１中Ｚは式（Ｉ）中Ｘに相当する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は高分子、特に合成もしくはクロマトグラフィー用途の固体状支持体として用いられるポリマーマトリックスを変性する方法に関する。
【００１２】
特に、本発明は
（ｉ）高分子を提供する工程；
（ｉｉ）一般式（Ｉ）：
【化１】
（式中、Ｎは保護基Ｐで保護された第１級アミノ基であって、保護基は第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含し、；
ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２は独立して水素およびＣ１−４−アルキルからなる群から選択され；および
Ｘは反応性基である。）
を有する化合物を提供する工程；および
（ｉｉｉ）一般式（Ｉ）の化合物を前記高分子と反応させて高分子にグラフトを形成する工程；
を包含する高分子を変性する方法
に関する。
【００１３】
（一般式（Ｉ）の化合物）
高分子、特にポリマーマトリックスの変性に有用な化合物は一般式（Ｉ）：
【化２】
（式中、Ｎは保護基Ｐで保護された第１級アミノ基であって、保護基は第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含するものであり；
ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２は独立して水素およびＣ１−４−アルキルからなる群から選択され；および
Ｘは反応性基を示す。）
によって表わされる化合物であり得る。
【００１４】
一般式（Ｉ）の化合物は「保護アミノ」−ポリ（オキシアミキレン）型を有すると認識される。従って、本発明の方法は高分子（例えば、ポリマーマトリックス）に一般に親水結合体を介して第１級アミノ基を導入するのに好適である。
【００１５】
一般式（Ｉ）の化合物は保護基Ｐで保護された第１級アミノ基である｛Ｐ｝−Ｎ部分を含有し、該保護基は第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含する。
【００１６】
第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含する保護基は典型的にはイミド型（ＲＣ（＝Ｏ））２Ｎ−］およびイミン型［Ｒ−Ｃ＝Ｎ−］で表わされるものである。
【００１７】
例えば、イミド型保護基はコハク酸無水物／コハク酸（コハク酸イミド）およびフタル酸無水物／フタル酸（フタル酸イミド）から選択されるものであってよい。
【００１８】
好ましい態様では、保護基はイミド型であり、最も好ましい保護基はコハク酸無水物／コハク酸（コハク酸イミド）およびフタル酸無水物／フタル酸（フタル酸イミド）、特にフタル酸無水物／フタル酸（フタルイミド）である。
【００１９】
ｍは１〜１２、例えば１〜６、具体的には１〜４、または１〜３、または１〜２の整数であり、特に１である。ｎは１〜２０００、より典型的には１〜１００、または１〜５０、または１〜１０または１〜８、例えば１〜６、または１〜５、または１〜４、または１〜３、または１〜２、または２〜６、または２〜４、または１である。
【００２０】
Ｒ１およびＲ２は独立して水素またはＣ１−４−アルキルからなる群から選択される。
【００２１】
Ｃ１−４−アルキルはメチル、エチル、１−プロピル、２−プロピル、１−ブチル、２−ブチル、ｔ−ブチルおよび（２−メチル）−プロプ−１−イルを包含する。
【００２２】
特定の例はＲ１およびＲ２が水素およびメチルから選択されているもの、即ちエチレングリコールおよびプロピレングリコール部分を有する化合物である。現在最も好ましい態様ではＲ１およびＲ２は全て水素であるものであり、すなわちエチレングリコール部分を有する化合物である。
【００２３】
反応性基は高分子（例えばポリマーマトリックス）上の単純官能基、例えばアミン、アルコールおよびチオール官能性、必要であればそれらの基の活性化されたものと反応し得るものであってよい。この目的のためには、小さな環状エーテル、例えばオキシラン（エポキシド）およびオキシエタンを包含する反応性基を用いてもよく、官能基、例えばイソシアネート、カルボン酸、酸無水物または活性化ビニル化合物を用いてもよい。特定の例としてはオキシランまたはオキセタンを有する反応性基であり、好適なオキシラン含有反応性基（Ｘ）はエピクロロヒドリンから誘導されたものであってよい（実施例５）。反応性基の別の例としてはカルボン酸−含有反応性基（例えば実施例７に記載したもの）である。これらの実施例のいずれも、ＣＨ２基は反応性基Ｘの一部（実施例５におけるＣＨ２（Ｏ）ＣＨＣＨ２−および実施例７におけるＨＯＯＣＣＨ２−参照）として包含する。
【００２４】
（一般式（Ｉ）の化合物の調製）
本発明の好ましい態様では、分子体はＮ−保護ヒドロキシアルキルアミンのポリアルコキシル化およびその後反応性部分をＣ−Ｏ結合を介しての付加することによって形成される。これは非対称ポリアルキレンオキシドに対するコスト効果の優れたルートであり、触媒および反応時間を注意深く選択することによって鎖長および純度の調整も得られる。さらに、アルキレンオキシド、例えばエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの含有量を調節することにより、生成物の分子構造および親水性をコントロールすることもできる。
【００２５】
（保護ポリエチレングリコール−アルキルアミンの合成）
この合成の出発点は保護ヒドロキシアルキルアミン（ｂ）である。簡単で有用なアルキルアミンの例は、エタノールアミン、３−ヒドロキシプロピルアミン、２−ヒドロキシプロピルアミンである。またより複雑なアミン、例えば３−オキシ−５−ヒドロキシ−１−ペンタンアミンまたは４−ヒドロキシメチル−ベンジルアミンを用いてもよい。
【００２６】
ヒドロキシアルキルアミン（ａ）上のアミン基はエトキシル化およびその後の反応性部分への付加を可能にする保護基で保護される。保護基、例えばイミド、アミド、イミンまたは尿素誘導体がこの目的には有用である。エタノールアミンおよびフタル酸無水物から形成されたフタルイミド保護アミンが市販されている。単純なアミド保護と比べて窒素原子上に水素原子が存在せず、その結果その後の変性における求核攻撃に対して安定であるという利点を有する。一般のアミド保護アミン中のアミドプロトンがポリアルコキシド中の末端ヒドロキシル基と同等の酸性力を有し、それが不明確な置換反応を引き起こすので、このことは特に重要である。
【００２７】
アミン基が保護されたら、遊離ヒドロキシル基が触媒の存在下にオキシランと反応して、ポリアルコキシ誘導体（ｃ）を形成することができる。一般に使用されるオキシランには、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドまたはそれらの混合物が含まれる。触媒の選択および反応条件の選択は特に重要である。２−ヒドロキシエチルフタルイミドおよびエチレンオキシドとの間の反応に以前報告されている条件は、高濃度の水酸化ナトリウム触媒で１６０℃以上の温度を包含し、大きな分子量分布と高い濃度の不純物を有する濃い着色された生成物を形成する。本発明に例示されたように、温度および触媒の濃度を低くすることは許容される純度の生成物を提供する。ランタまたはランタニドベースの触媒を適用することは分子量分布の小さい非常に純粋な、ほとんど着色のない生成物を提供する。
【００２８】
エチレンオキシドに基づくポリアルコキシドは親水性が高く生物的適合性が高い。エチレンオキシドの代わりにプロピレンオキシドを使用することは、水に比較的に溶けにくく、生物分子との疎水的相互反応をある程度を示す分子になる。２つのモノマーが共重合して、さらに親水性を制御してもよい。
【００２９】
次に、ポリアルコキシ誘導体を反応性部分で官能化して、所望の分子体を得て、それが高分子システムを変性するのに用いられる。反応部分は高分子システム上の官能基、例えば前述のアミン、アルコール、チオールなどとの反応し得るべきである。
【００３０】
本発明は、ある態様では一般式（Ｉ）：
【化３】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎはフタルイミド基であり、ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり、Ｒ１およびＲ２は共に水素であり、およびＸは反応性基である。）の化合物の調製方法を提供し、この方法は（ａ）フタルイミドＮ−保護ａ−ヒドロキシ−ω−アミノ−Ｃ２−１３−アルカンを提供する工程；（ｂ）上記アルカンとエチレンオキシドとを触媒の存在下に反応する工程；および（ｃ）工程（ｂ）で得られた生成物の末端ＯＨ基を官能化することによる変性する工程を包含する。
【００３１】
工程（ｂ）中の反応は好ましくは大気（特に酸素）の不存在下で行われる。さらに、反応は典型的には圧力下、例えば２〜１０バールおよび高温、例えば８０〜２００℃、具体的には１００〜１９０℃で行われる。触媒の量は典型的にはフタルイミドＮ−保護ａ−ヒドロキシ−ω−アミノ−Ｃ２−１３−アルカンの量に基づいて１〜３％であり、この量はエチレンオキシドの当量で変化し、すなわちより高い量のエチレンオキシドを用いると、より高い触媒の量が必要である。使用されるエチレンオキシドの当量数は所望の鎖長、すなわち一般式（Ｉ）中の数字「ｎ」に対応する。好適な触媒はＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＫＯＣＨ３、ＭＥＯ−３およびＭＥＯ−ＬＡから選択されるものである。
【００３２】
工程（ｃ）中の転換は反応性基の分子への酸素原子を介してのカップリング化または末端ヒドロキシ官能を対応するカルボン酸に、例えば酸化によって変更することによって、反応性基Ｘを導入するために行われる。これは実施例の部分に例示的に記載している。
【００３３】
（一般式（Ｉ）の化合物の高分子へのグラフト化）
完全な分子体を次いで高分子システム（高分子）、例えばポリマーマトリックス、生体分子（酵素、タンパク質など）および材料表面を変性するために用い得る。高分子システム上での反応性基がアミン基である場合、反応が触媒なしでも進行し得るが、ヒドロキシル基（すなわち、アルコール）との反応においては触媒がしばしば用いられる。
【００３４】
適当なポリマーマトリックスの例としては、ＰＳ、ＰＯＥＰＳ、ＰＯＥＰＯＰ、ＳＰＯＣＣ、ＰＥＧＡ、ＣＬＥＡＲ、ＨＹＤＲＡ、ＰＥＧ−ポリアクリレート共重合体、ポリエーテル−ポリアミン共重合体および架橋ポリエチレンジ−アミン、エキスパンシン（Ｅｘｐａｎｓｉｎ）、ポリアミド、ジャンダゲル（Ｊａｎｄａｇｅｌ）、ＰＳ−ＢＤＯＤＭＡ、ＰＳ−ＨＤＯＤＡ、ＰＳ−ＴＴＥＧＤＡ、ＰＳ−ＴＥＧＤＡ、ＧＤＭＡ−ＰＭＭＡ、ＰＳ−ＴＲＰＧＤＡ、アルゴゲル（ＡｒｇｏＧｅｌ）、アルゴポール（Ａｒｇｏｐｏｒｅ）樹脂、トーヨーパール（Ｔｏｙｏｐｅａｒｌ）、他の架橋ポリアクリレート高容量ＰＥＧＡ、グラフトゲル（Ｆｒａｃｔｏｇｅｌ）、セファデックス（Ｓｅｐｈａｄｅｘ）、セファロース（Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ）、他の架橋アガロースおよび上記の誘導体から選択されるものである。
【００３５】
最終段階で、アルコキシド側鎖上の末端第１級アミンの保護基を除去してもよい。フタルイミド保護基をヒドラジンまたはエチレンジアミンを含有する溶液で処理することによって外してもよく、イミンタイプの保護基は水中で低濃度の酸または塩基を用いる緩やかな条件下で加水分解してもよい。アミド型保護基はまた高温下に強塩基処理を必要とし、あまり好ましくない。
【００３６】
上記方法を用いる場合、高分子システムを末端基として容易に入手できる第１級アミンで所望の親水性の官能化側鎖としてもよい。そのような高分子システムはそのように、またアミン基の化学変性によりさらに変性してもよい。
【００３７】
アミン基を固体相化学のための出発点として用いてもよく、また、より複雑な分子、例えばタンパク質、ヌクレオチド、または親和リガンドに対する付着点として用いてもよい。そのような高分子システムはアミノ基の化学変性を介してそのようなまたは更に変性されてもよい。
【００３８】
要するに、本発明は特定の高分子体の形成、およびそのような高分子体の高分子システムの変性への利用からなる。形成は以下の４つの工程からなる：
１．Ｎ−保護ヒドロキシアルキルアミンのアルコキシル化。
２．反応部分のポリアルキレンオキシドの遊離ヒドロキシ末端を介する付加。
３．反応性部分の高分子システムの官能基との反応。
４．Ｎ−保護基の解離による第１級アミンの放出。
【００３９】
（特定の態様）
特定の態様において、本発明は高分子、特に高分子マトリックスの変性方法に関し、その方法は：
（ｉ）高分子（例えば、ポリマーマトリックス）を提供する工程：
（ｉｉ）一般式（Ｉ）：
【化４】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎはフタルイミド基であり；
ｍは１であり、ｎは１〜１００の整数を示し；
Ｒ１およびＲ２は両方とも水素であり；かつ
Ｘが反応性基、例えばオキシラン含有反応性基およびオキシラン含有オキセタン含有反応性基から選択され、特にオキセタン含有反応性基またはオキシタン含有反応性基である。）
の化合物を提供する工程；および
（ｉｉｉ）一般式（Ｉ）の化合物を高分子（例えば、ポリマーマトリックス）と反応させて、高分子上にグラフトを形成する工程；
を包含する。
【００４０】
さらに特定の態様では、本発明は一般式（Ｉ）
【化５】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎがフタルイミド基であり；
ｍが１で、ｎが１〜１００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２が共に水素であり；および
Ｘがオキセタン含有反応基またはオキシラン含有反応基である。）
で表わされる化合物を提供する。
【００４１】
この態様では、Ｘは好ましくはＣＨ２（Ｏ）ＣＨＣＨ２−（オキシラニル−メチル）を示す。
【００４２】
（別の態様）
高分子は本明細書中において有機分子から誘導される骨格に基づくものを言うが、また本発明の方法はガラス基材（例えば、プレート、ビーズ、スティックなど）を変性するのにも有用である。そのような場合、反応性基（一般式（Ｉ）化合物におけるＸ）は問題のガラス基材のＳｉ−ＯＨ表面基またはすでに変性されたガラス基材の表面基と反応し得るべきである。従って、好適な反応性基は時にはシラン型であってもよい。
【００４３】
さらに別の態様でおいては、一般式（Ｉ）の化合物の反応性基Ｘはポリアルキレンオキシド鎖の脱水素末端−ＣＨ２−ＯＨに対応する電子ペア、すなわち−ＣＨ２−Ｏ−Ｘが−ＣＨ２−Ｏ−であるものであってもよい。そのような反応性基は高分子のエポキシド基と反応してもよい。
【実施例】
【００４４】
実施例１−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−フタルイミドのアルコキシル化
合成を加熱マントル、内部冷却コイルおよび機械的攪拌装置を備えた３リットルオートクレーブ中で行う。
【００４５】
触媒をＮ−（２−ヒドロキシエチル）−フタルイミド（ＨＰＩ、Ｋａｔｗｉｊｋ Ｃｈｅｍｉｅ ｂｖ、オランダ）３００ｇに添加した。反応器の内容物を１３０℃で窒素パージによって２０分間乾燥した。その後、エチレンオキシドを選択した温度で３〜５バールのレベルで加圧をキープして加えた（以下参照）。エチレンオキシド（ＥＯ）６４０ｇを導入した後、生成物を反応温度で３０分間処理した。得られたエトキシレートを４０℃で取り出し、秤量した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
ＭＥＯ−３およびＭＥＯ−ＬＡ触媒はメキセオ（Ｍｅｘｅｏ）、ＰＩによって開発された不均質ランタン触媒である。純度はＭａｌｄｉ Ｔｏｆスペクトルに基づいて推測した。
【００４８】
実施例２−アルコキシル化Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−フタルイミドのエピクロルヒドリンによる官能化
ＭＥＯ−３触媒を用いて実施例１により調製したアルコキシル化Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−フタルイミドをアセトニトリル（５ｍＬ／ｇＰＥＧ、２ｘ）の共沸蒸留により乾燥し、攪拌下におよび水分排出下にＴＨＦ中に溶解した。ナトリウムヒドリド（ミネラルオイル中６０重量％分散体）を攪拌下に湿度を除去してＰＥＧ溶液に小さく区切って加えた。脱プロトン化反応が室温で２時間攪拌し、エピクロルヒドリンを滴下し、反応を４０℃で１２時間攪拌した。溶液を真空中で蒸気蒸留し、残渣をアセトニトリル（２５ｍＬ）と混合した。沈殿したナトリウム塩を８０００ｒ．ｐ．ｍの遠心分離により２０分間分離し、上澄み液を真空中で蒸留した。得られた生成物をヘプタン（３×２５ｍＬ）で洗って、ミネラルオイルを除去し、高真空下に乾燥した。
【００４９】
実施例３−ポリマーマトリックス上へのグラフト化
実施例２で得られた生成物を実施例９の記載の通りポリマーマトリックス上にグラフト化した。
【００５０】
実施例４−フタルイミド誘導ポリマーマトリックスの加水分解
実施例３で得られたポリマーマトリックスをガラスフィルター漏斗中で１５０ｍＬメタノールで洗浄し、次いでブタノール１５０ｍＬで洗浄した。溶媒を取除いた後、さらに５０ｍＬのブタノールをビーカーに加えて室温で２時間放置した。ブタノールを取除いた後、樹脂を丸底フラスコに移した。樹脂に対しエチレンジアミン１１ｍＬを加えた後、ブタノール３０ｍＬを加えた。混合物を９０℃で１５時間不活性雰囲気下に攪拌および加熱した。得られた生成物を水で洗浄した後、０．５Ｍ塩酸でｐＨ約１〜２になるまで加えた。次いで樹脂を溶媒から取除き、２Ｍ塩酸で処理した。混合物を９０℃で２時間攪拌および加熱した。最後に、樹脂を１Ｍ水酸化ナトリウムで完全に洗浄し、水でまた洗浄した。
【００５１】
実施例５−オキシラン−ＰＥＧフタルイミドの調製
【化６】
ＭＥＯ−３触媒（１当量）を用いて実施例１で記載のように調製したＰＥＧ−フタルイミドをＴＨＦ（５ｍＬ）に溶解し、攪拌下にナトリウムヒドリド（６０％オイル）（１当量）を添加した。６時間後、エピクロロヒドリン（１．５当量）を反応混合物に４５℃で滴下し、１６時間攪拌した。ＤＣＭを反応混合物に加え、非溶解不純物を濾過した。溶媒を真空中で除去し、生成物を得た。
【００５２】
実施例６−ＶＯ−２０００−ＰＥＧ−アミンの調製
【化７】
ＶＯ−２０００樹脂（バーサマトリックスＡ／Ｓから市販のオキセタン架橋ＰＥベース樹脂）（０．５ミリモルＯＨ）をＤＭＦで水洗し、ＤＭＦ（５ｍＬ）中ＫＯＢｕｔ（４当量）を添加した。反応混合物を１００℃に保持し、アルゴンでフラッシュした。ＭＥＯ−３触媒（４当量）を用いて実施例１で記載のように調製したＤＭＦ（５ｍＬ）中反応混合物オキシラン−ＰＥＧフタルイミドを添加し、反応を１夜続けた。樹脂を濾過し、ＤＭＦ、エタノール、水、エタノールおよびブタノールで洗浄した。エチレンジアミン（５当量）をブタノール中の樹脂に添加し、反応混合物を９０℃１夜保持した。樹脂をブタノール、エタノール、水、エタノール、ＤＭＦおよびＤＣＭで洗浄した。
【００５３】
分析：カイザーテストはポジティブであった。
ローディング：Ｆｍｏｃ−Ｇｌｙ−ＯＨを樹脂にＴＢＴＵ／ＮＥＭ活性方法で付加した。予め測定した樹脂上のＦｍｏｃ基をＤＭＦ中の２０％ピペリジンで解離し、ピペリジン−フルビーン（ｆｕｌｖｅｎｅ）付加物の吸収を２９０ｎｍで測定し、樹脂のアミノ量をＯＤ値から計算した。測定値は＝０．６９ミリモル／ｇであった。
【００５４】
実施例７−カルボキシルＰＥＧ−フタルイミドの調製
【化８】
実施例１の記載のようにＭＥＯ−３触媒で調製されたＰＥＧ−フタルイミド（１当量）を２５ｍＬ水／８ｍＬ濃硫酸に溶解し、水５ｍＬ中ＣｒＯ３を添加した。溶液を室温で１６時間攪拌した。水２５ｍＬを反応混合物に添加し、ＤＣＭ（３ｘ）に抽出した。有機層を加えて水（２ｘ）で洗浄し、ＮａＯＨ（２ｘ）で飽和し、有機部分を硫酸ナトリウムで乾燥し、真空中で濃縮した。
【００５５】
実施例８−ＶＡ−１９００ＰＥＧ−アミンの調製
【化９】
ＶＡ−１９００樹脂（バーサマトリックスＡ／Ｓによって市販されている１９００ダルトンを有する平均ＰＥＧ鎖長を有するアクリルアミド架橋ＰＥＧベース樹脂）（０．１７ミリモルＮＨ２）をＤＭＦで洗浄し、実施例７で得られたカルボキシル−ＰＥＧフタルイミド（１０当量）、ＴＢＴＵ（９．６当量）およびＮＥＭ（１３．３当量）をＤＭＦ中で樹脂に添加し、反応を３時間継続した。樹脂を濾過し、ＤＭＦ、エタノール、水、エタノールおよびブタノールで洗浄した。エチレンジアミン（５当量）を樹脂にブタノール中で添加し、反応混合物を９０℃で１夜保持した。樹脂をブタノール、エタノール、水、エタノール、ＤＭＦおよびＤＣＭで洗浄した。
【００５６】
分析：カイザーテストがポジティブであった。
ローディング：Ｆｍｏｃ−Ｇｌｙ−ＯＨを樹脂にＴＢＴＵ／ＮＥＭ活性方法で付加した。予め測定した樹脂上のＦｍｏｃ基をＤＭＦ中の２０％ピペリジンで解離し、ピペリジン−フルビーン（ｆｕｌｖｅｎｅ）付加物の吸収を２９０ｎｍで測定し、樹脂のアミノ量をＯＤ値から計算した。測定値は＝０．２７ミリモル／ｇであった。
【００５７】
実施例９−アクリレート樹脂の誘導
１５ｍＬエポキシアクリレート樹脂を蒸留水、エタノールおよびＴＨＦで洗浄し、さらにＴＨＦを吸引除去した。ＰＥＧ−フタルイミド１１．４ｇ（４当量）をＴＨＦ６ｍＬ中に溶解し、ナトリウムヒトリド７２０ｍｇ（４当量）を添加した。反応は激しく、多くの泡が形成された。溶液を次いで樹脂＋４ｍＬＴＨＦに添加した。カップリングを４５℃で１夜行った。樹脂をＴＨＦ、エタノール、水、エタノールおよびブタノールで洗浄した。１．５ｍＬエチレンジアミンを９ｍＬブタノールに添加し、樹脂に添加した。反応を９０℃で１夜継続した。樹脂をブタノール、エタノールおよび水で洗浄した。
【００５８】
分析：カイザーテストをいくつかのビーズ上で行い、青に変化し、正であることは樹脂上に第１級アミンの存在を示す。
ローディング：１５ｍＬアミノ−ＰＥＧ−樹脂を水、エタノールおよびＤＭＦで洗浄したが、格子間のＤＭＦは吸引では除去されなかった。Ｆｍｏｃ−Ｇｌｙ５．３ｇ（４当量）およびＴＢＴＵ５．７８ｇ（４当量）およびＮＥＭ２．２７ｍＬ（４当量）を１８ｍＬ中に混合し、樹脂に加えた。カップリングを室温で週末の内行った。週末後、ビーズの１００μＬアリコートをＦｍｏｃ−付加テストのために取り出し、３０７μモルＮＨ２／ｇ乾燥樹脂の量を得た。
【技術分野】
【０００１】
本発明は高分子を変性する方法、特に反応性部分、アルキレンオキシドスペーサーアームおよび保護された第１級アミンを有する官能性基を有する分子体との官能化によってポリマーマトリックスを変性する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大きな生体分子およびポリマー材料を包含する種々の高分子システム（ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｙｓｔｅｍ）（要するに高分子物（ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ））を特殊な官能化をする必要性が高い。第１級アミンは大変有用な官能性基であって、種々の化学反応の反応点のみならず高分子システムの物理化学性能を変性するのに用いられ得る。
【０００３】
多くの用途において、官能基に好適なアクセスを確保するために、官能基を長い化学的なスペーサーを介して高分子系に付加することが要求されることがある。ポリ−またはオリゴ−アルキレンオキシドはそのような官能性アームのために用いられ得る分子フラグメントの一群であって、用途による生物学的または化学的環境に対する高い適合性を示す。
【０００４】
そのような分子体がアミン官能化された生成物を形成するのに有用な高分子システムには、生物分子（例えば、タンパク質やヌクレオチド）、ペプチド合成のためのビーズ材料、クロマトグラフィーのための樹脂、濾過用ポリマー材料ならびに医学用成分に用いられる表面層、生体内および生体外診断成分、分析システムなどが挙げられる。
【０００５】
文献中には、固体相合成やクロマトグラフィーなどの用途に用いられるポリマー樹脂に第１級アミンを官能性基として導入する多くの方法が存在する。これらの方法の多くはアミン基をポリマー骨格に直接または短い（１０原子以下）つなぎを介して結合する。その例としては脱プロトン化されたフタルイミドと第１級アルキルハライドとを反応した後、イミドをヒドラジン分解（ｈｙｄｒａｚｉｎｏｌｙｓｉｓ）する方法およびアジドとアルキルハライドまたはトシレートを反応した後還元する方法である。また、ブロモエチルフタルイミドと高分子上のアルコキシド残基とを反応した後、ヒドラジン分解する方法も多くの場合有用であることが分かっている。多くの場合、第１級アミン官能性はポリマー樹脂に付加された長いアルコキシドスペーサーアーム上の末端官能基として得られる。これらの場合は、第１級アミン−アルコキシドスペーサーアーム部分は段階的方法、すなわちアルコキシドスペーサーアームを付加して、その後第１級アミンを上記反応を用いてアルコキシドスペーサーアームに付加することにより形成されている。上記方法を包含する化学は異常に厳しい条件が必要であり、しばしば高分子システムと不適合であったりする。特に、生物学的高分子は劣下し、またクロマトグラフィーに用いる樹脂はそのような条件下で損害を受ける。後者の場合、多孔性樹脂にとって特に重要であって、厳しい条件が樹脂の多孔性を変化する。また、上記反応はほとんど定量的でなく、不必要な副生成物を形成する。
【０００６】
一端がアミンで一端がヒドロキシドであるエチレングリコールから調製された非対称アルキレンオキシドも存在する。これらの化合物は主として短いオリゴマー状で存在し、対称アルキレンオキシドからの分離が可能である。さらに、これらの化合物の高い製造コストや高分子システムに強く反応する反応基にヒドロキシル基を選択的に変更することの難しさが、高分子システムの官能化のためにこれらの化合物を工業的に用いることを非常に制限する。
【０００７】
エタノールアミンをアミドまたはイミド保護基と直接エトキシ化することによって調製される非対称ｐｅｇの例が以下の文献に記載されている。
【０００８】
ランジ・アンド・ワール（Ｌａｎｇｅ ａｎｄ Ｗａｈｌ）（Ｂｕｌｌ．Ｃｈｉｍ．Ｓｏｃ．Ｆｒ．１９５１、３４０−３４２）には、Ｎ−アセチルエタノールアミンのエトキシル化からモノおよびジエタノール化誘導体を形成することが記載されている。ロントジェンツ（Ｌｏｎｔｊｅｎｓ）ら（Ｐｏｌｙｍ．Ｂｕｌｌ．３０、１９３３、ｐｐ４８９−４９４）には、モノアミノポリエチレングリコールを高温のエトキシル化反応で合成することが記載されているが、多くの副生成物を生成する。Ｙ−Ｉフアング（Ｙ−Ｉ Ｈｕａｎｇ）（Ｊ．ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．２３、１９８５、ｐｐ．７９５−７９９）には、エタノールアミン−ベンズアルデヒドシッフ塩基をエトキシル化した後、加水分解してモノアミン置換ポリエチレングリコールを形成することが記載されている。後者の２つの例は、生成物を第１級アミンと反応して遊離のヒドロキシル基を有するポリマーを形成してしまう。いずれの場合も、第１級アミン誘導体が得られない。
【０００９】
従って、高分子システムをアルコキシドスペーサーアームおよび第１級アミン官能性で効果的かつ安価に官能化することが可能な分子材料が望まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一般式（Ｉ）の化合物の調製を示す図であり、ｍは１であり、ｎは式（Ｉ）中、ｎ−１に対応し、かつ図１中Ｚは式（Ｉ）中Ｘに相当する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は高分子、特に合成もしくはクロマトグラフィー用途の固体状支持体として用いられるポリマーマトリックスを変性する方法に関する。
【００１２】
特に、本発明は
（ｉ）高分子を提供する工程；
（ｉｉ）一般式（Ｉ）：
【化１】
（式中、Ｎは保護基Ｐで保護された第１級アミノ基であって、保護基は第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含し、；
ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２は独立して水素およびＣ１−４−アルキルからなる群から選択され；および
Ｘは反応性基である。）
を有する化合物を提供する工程；および
（ｉｉｉ）一般式（Ｉ）の化合物を前記高分子と反応させて高分子にグラフトを形成する工程；
を包含する高分子を変性する方法
に関する。
【００１３】
（一般式（Ｉ）の化合物）
高分子、特にポリマーマトリックスの変性に有用な化合物は一般式（Ｉ）：
【化２】
（式中、Ｎは保護基Ｐで保護された第１級アミノ基であって、保護基は第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含するものであり；
ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２は独立して水素およびＣ１−４−アルキルからなる群から選択され；および
Ｘは反応性基を示す。）
によって表わされる化合物であり得る。
【００１４】
一般式（Ｉ）の化合物は「保護アミノ」−ポリ（オキシアミキレン）型を有すると認識される。従って、本発明の方法は高分子（例えば、ポリマーマトリックス）に一般に親水結合体を介して第１級アミノ基を導入するのに好適である。
【００１５】
一般式（Ｉ）の化合物は保護基Ｐで保護された第１級アミノ基である｛Ｐ｝−Ｎ部分を含有し、該保護基は第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含する。
【００１６】
第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含する保護基は典型的にはイミド型（ＲＣ（＝Ｏ））２Ｎ−］およびイミン型［Ｒ−Ｃ＝Ｎ−］で表わされるものである。
【００１７】
例えば、イミド型保護基はコハク酸無水物／コハク酸（コハク酸イミド）およびフタル酸無水物／フタル酸（フタル酸イミド）から選択されるものであってよい。
【００１８】
好ましい態様では、保護基はイミド型であり、最も好ましい保護基はコハク酸無水物／コハク酸（コハク酸イミド）およびフタル酸無水物／フタル酸（フタル酸イミド）、特にフタル酸無水物／フタル酸（フタルイミド）である。
【００１９】
ｍは１〜１２、例えば１〜６、具体的には１〜４、または１〜３、または１〜２の整数であり、特に１である。ｎは１〜２０００、より典型的には１〜１００、または１〜５０、または１〜１０または１〜８、例えば１〜６、または１〜５、または１〜４、または１〜３、または１〜２、または２〜６、または２〜４、または１である。
【００２０】
Ｒ１およびＲ２は独立して水素またはＣ１−４−アルキルからなる群から選択される。
【００２１】
Ｃ１−４−アルキルはメチル、エチル、１−プロピル、２−プロピル、１−ブチル、２−ブチル、ｔ−ブチルおよび（２−メチル）−プロプ−１−イルを包含する。
【００２２】
特定の例はＲ１およびＲ２が水素およびメチルから選択されているもの、即ちエチレングリコールおよびプロピレングリコール部分を有する化合物である。現在最も好ましい態様ではＲ１およびＲ２は全て水素であるものであり、すなわちエチレングリコール部分を有する化合物である。
【００２３】
反応性基は高分子（例えばポリマーマトリックス）上の単純官能基、例えばアミン、アルコールおよびチオール官能性、必要であればそれらの基の活性化されたものと反応し得るものであってよい。この目的のためには、小さな環状エーテル、例えばオキシラン（エポキシド）およびオキシエタンを包含する反応性基を用いてもよく、官能基、例えばイソシアネート、カルボン酸、酸無水物または活性化ビニル化合物を用いてもよい。特定の例としてはオキシランまたはオキセタンを有する反応性基であり、好適なオキシラン含有反応性基（Ｘ）はエピクロロヒドリンから誘導されたものであってよい（実施例５）。反応性基の別の例としてはカルボン酸−含有反応性基（例えば実施例７に記載したもの）である。これらの実施例のいずれも、ＣＨ２基は反応性基Ｘの一部（実施例５におけるＣＨ２（Ｏ）ＣＨＣＨ２−および実施例７におけるＨＯＯＣＣＨ２−参照）として包含する。
【００２４】
（一般式（Ｉ）の化合物の調製）
本発明の好ましい態様では、分子体はＮ−保護ヒドロキシアルキルアミンのポリアルコキシル化およびその後反応性部分をＣ−Ｏ結合を介しての付加することによって形成される。これは非対称ポリアルキレンオキシドに対するコスト効果の優れたルートであり、触媒および反応時間を注意深く選択することによって鎖長および純度の調整も得られる。さらに、アルキレンオキシド、例えばエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの含有量を調節することにより、生成物の分子構造および親水性をコントロールすることもできる。
【００２５】
（保護ポリエチレングリコール−アルキルアミンの合成）
この合成の出発点は保護ヒドロキシアルキルアミン（ｂ）である。簡単で有用なアルキルアミンの例は、エタノールアミン、３−ヒドロキシプロピルアミン、２−ヒドロキシプロピルアミンである。またより複雑なアミン、例えば３−オキシ−５−ヒドロキシ−１−ペンタンアミンまたは４−ヒドロキシメチル−ベンジルアミンを用いてもよい。
【００２６】
ヒドロキシアルキルアミン（ａ）上のアミン基はエトキシル化およびその後の反応性部分への付加を可能にする保護基で保護される。保護基、例えばイミド、アミド、イミンまたは尿素誘導体がこの目的には有用である。エタノールアミンおよびフタル酸無水物から形成されたフタルイミド保護アミンが市販されている。単純なアミド保護と比べて窒素原子上に水素原子が存在せず、その結果その後の変性における求核攻撃に対して安定であるという利点を有する。一般のアミド保護アミン中のアミドプロトンがポリアルコキシド中の末端ヒドロキシル基と同等の酸性力を有し、それが不明確な置換反応を引き起こすので、このことは特に重要である。
【００２７】
アミン基が保護されたら、遊離ヒドロキシル基が触媒の存在下にオキシランと反応して、ポリアルコキシ誘導体（ｃ）を形成することができる。一般に使用されるオキシランには、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドまたはそれらの混合物が含まれる。触媒の選択および反応条件の選択は特に重要である。２−ヒドロキシエチルフタルイミドおよびエチレンオキシドとの間の反応に以前報告されている条件は、高濃度の水酸化ナトリウム触媒で１６０℃以上の温度を包含し、大きな分子量分布と高い濃度の不純物を有する濃い着色された生成物を形成する。本発明に例示されたように、温度および触媒の濃度を低くすることは許容される純度の生成物を提供する。ランタまたはランタニドベースの触媒を適用することは分子量分布の小さい非常に純粋な、ほとんど着色のない生成物を提供する。
【００２８】
エチレンオキシドに基づくポリアルコキシドは親水性が高く生物的適合性が高い。エチレンオキシドの代わりにプロピレンオキシドを使用することは、水に比較的に溶けにくく、生物分子との疎水的相互反応をある程度を示す分子になる。２つのモノマーが共重合して、さらに親水性を制御してもよい。
【００２９】
次に、ポリアルコキシ誘導体を反応性部分で官能化して、所望の分子体を得て、それが高分子システムを変性するのに用いられる。反応部分は高分子システム上の官能基、例えば前述のアミン、アルコール、チオールなどとの反応し得るべきである。
【００３０】
本発明は、ある態様では一般式（Ｉ）：
【化３】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎはフタルイミド基であり、ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり、Ｒ１およびＲ２は共に水素であり、およびＸは反応性基である。）の化合物の調製方法を提供し、この方法は（ａ）フタルイミドＮ−保護ａ−ヒドロキシ−ω−アミノ−Ｃ２−１３−アルカンを提供する工程；（ｂ）上記アルカンとエチレンオキシドとを触媒の存在下に反応する工程；および（ｃ）工程（ｂ）で得られた生成物の末端ＯＨ基を官能化することによる変性する工程を包含する。
【００３１】
工程（ｂ）中の反応は好ましくは大気（特に酸素）の不存在下で行われる。さらに、反応は典型的には圧力下、例えば２〜１０バールおよび高温、例えば８０〜２００℃、具体的には１００〜１９０℃で行われる。触媒の量は典型的にはフタルイミドＮ−保護ａ−ヒドロキシ−ω−アミノ−Ｃ２−１３−アルカンの量に基づいて１〜３％であり、この量はエチレンオキシドの当量で変化し、すなわちより高い量のエチレンオキシドを用いると、より高い触媒の量が必要である。使用されるエチレンオキシドの当量数は所望の鎖長、すなわち一般式（Ｉ）中の数字「ｎ」に対応する。好適な触媒はＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＫＯＣＨ３、ＭＥＯ−３およびＭＥＯ−ＬＡから選択されるものである。
【００３２】
工程（ｃ）中の転換は反応性基の分子への酸素原子を介してのカップリング化または末端ヒドロキシ官能を対応するカルボン酸に、例えば酸化によって変更することによって、反応性基Ｘを導入するために行われる。これは実施例の部分に例示的に記載している。
【００３３】
（一般式（Ｉ）の化合物の高分子へのグラフト化）
完全な分子体を次いで高分子システム（高分子）、例えばポリマーマトリックス、生体分子（酵素、タンパク質など）および材料表面を変性するために用い得る。高分子システム上での反応性基がアミン基である場合、反応が触媒なしでも進行し得るが、ヒドロキシル基（すなわち、アルコール）との反応においては触媒がしばしば用いられる。
【００３４】
適当なポリマーマトリックスの例としては、ＰＳ、ＰＯＥＰＳ、ＰＯＥＰＯＰ、ＳＰＯＣＣ、ＰＥＧＡ、ＣＬＥＡＲ、ＨＹＤＲＡ、ＰＥＧ−ポリアクリレート共重合体、ポリエーテル−ポリアミン共重合体および架橋ポリエチレンジ−アミン、エキスパンシン（Ｅｘｐａｎｓｉｎ）、ポリアミド、ジャンダゲル（Ｊａｎｄａｇｅｌ）、ＰＳ−ＢＤＯＤＭＡ、ＰＳ−ＨＤＯＤＡ、ＰＳ−ＴＴＥＧＤＡ、ＰＳ−ＴＥＧＤＡ、ＧＤＭＡ−ＰＭＭＡ、ＰＳ−ＴＲＰＧＤＡ、アルゴゲル（ＡｒｇｏＧｅｌ）、アルゴポール（Ａｒｇｏｐｏｒｅ）樹脂、トーヨーパール（Ｔｏｙｏｐｅａｒｌ）、他の架橋ポリアクリレート高容量ＰＥＧＡ、グラフトゲル（Ｆｒａｃｔｏｇｅｌ）、セファデックス（Ｓｅｐｈａｄｅｘ）、セファロース（Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ）、他の架橋アガロースおよび上記の誘導体から選択されるものである。
【００３５】
最終段階で、アルコキシド側鎖上の末端第１級アミンの保護基を除去してもよい。フタルイミド保護基をヒドラジンまたはエチレンジアミンを含有する溶液で処理することによって外してもよく、イミンタイプの保護基は水中で低濃度の酸または塩基を用いる緩やかな条件下で加水分解してもよい。アミド型保護基はまた高温下に強塩基処理を必要とし、あまり好ましくない。
【００３６】
上記方法を用いる場合、高分子システムを末端基として容易に入手できる第１級アミンで所望の親水性の官能化側鎖としてもよい。そのような高分子システムはそのように、またアミン基の化学変性によりさらに変性してもよい。
【００３７】
アミン基を固体相化学のための出発点として用いてもよく、また、より複雑な分子、例えばタンパク質、ヌクレオチド、または親和リガンドに対する付着点として用いてもよい。そのような高分子システムはアミノ基の化学変性を介してそのようなまたは更に変性されてもよい。
【００３８】
要するに、本発明は特定の高分子体の形成、およびそのような高分子体の高分子システムの変性への利用からなる。形成は以下の４つの工程からなる：
１．Ｎ−保護ヒドロキシアルキルアミンのアルコキシル化。
２．反応部分のポリアルキレンオキシドの遊離ヒドロキシ末端を介する付加。
３．反応性部分の高分子システムの官能基との反応。
４．Ｎ−保護基の解離による第１級アミンの放出。
【００３９】
（特定の態様）
特定の態様において、本発明は高分子、特に高分子マトリックスの変性方法に関し、その方法は：
（ｉ）高分子（例えば、ポリマーマトリックス）を提供する工程：
（ｉｉ）一般式（Ｉ）：
【化４】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎはフタルイミド基であり；
ｍは１であり、ｎは１〜１００の整数を示し；
Ｒ１およびＲ２は両方とも水素であり；かつ
Ｘが反応性基、例えばオキシラン含有反応性基およびオキシラン含有オキセタン含有反応性基から選択され、特にオキセタン含有反応性基またはオキシタン含有反応性基である。）
の化合物を提供する工程；および
（ｉｉｉ）一般式（Ｉ）の化合物を高分子（例えば、ポリマーマトリックス）と反応させて、高分子上にグラフトを形成する工程；
を包含する。
【００４０】
さらに特定の態様では、本発明は一般式（Ｉ）
【化５】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎがフタルイミド基であり；
ｍが１で、ｎが１〜１００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２が共に水素であり；および
Ｘがオキセタン含有反応基またはオキシラン含有反応基である。）
で表わされる化合物を提供する。
【００４１】
この態様では、Ｘは好ましくはＣＨ２（Ｏ）ＣＨＣＨ２−（オキシラニル−メチル）を示す。
【００４２】
（別の態様）
高分子は本明細書中において有機分子から誘導される骨格に基づくものを言うが、また本発明の方法はガラス基材（例えば、プレート、ビーズ、スティックなど）を変性するのにも有用である。そのような場合、反応性基（一般式（Ｉ）化合物におけるＸ）は問題のガラス基材のＳｉ−ＯＨ表面基またはすでに変性されたガラス基材の表面基と反応し得るべきである。従って、好適な反応性基は時にはシラン型であってもよい。
【００４３】
さらに別の態様でおいては、一般式（Ｉ）の化合物の反応性基Ｘはポリアルキレンオキシド鎖の脱水素末端−ＣＨ２−ＯＨに対応する電子ペア、すなわち−ＣＨ２−Ｏ−Ｘが−ＣＨ２−Ｏ−であるものであってもよい。そのような反応性基は高分子のエポキシド基と反応してもよい。
【実施例】
【００４４】
実施例１−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−フタルイミドのアルコキシル化
合成を加熱マントル、内部冷却コイルおよび機械的攪拌装置を備えた３リットルオートクレーブ中で行う。
【００４５】
触媒をＮ−（２−ヒドロキシエチル）−フタルイミド（ＨＰＩ、Ｋａｔｗｉｊｋ Ｃｈｅｍｉｅ ｂｖ、オランダ）３００ｇに添加した。反応器の内容物を１３０℃で窒素パージによって２０分間乾燥した。その後、エチレンオキシドを選択した温度で３〜５バールのレベルで加圧をキープして加えた（以下参照）。エチレンオキシド（ＥＯ）６４０ｇを導入した後、生成物を反応温度で３０分間処理した。得られたエトキシレートを４０℃で取り出し、秤量した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
ＭＥＯ−３およびＭＥＯ−ＬＡ触媒はメキセオ（Ｍｅｘｅｏ）、ＰＩによって開発された不均質ランタン触媒である。純度はＭａｌｄｉ Ｔｏｆスペクトルに基づいて推測した。
【００４８】
実施例２−アルコキシル化Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−フタルイミドのエピクロルヒドリンによる官能化
ＭＥＯ−３触媒を用いて実施例１により調製したアルコキシル化Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−フタルイミドをアセトニトリル（５ｍＬ／ｇＰＥＧ、２ｘ）の共沸蒸留により乾燥し、攪拌下におよび水分排出下にＴＨＦ中に溶解した。ナトリウムヒドリド（ミネラルオイル中６０重量％分散体）を攪拌下に湿度を除去してＰＥＧ溶液に小さく区切って加えた。脱プロトン化反応が室温で２時間攪拌し、エピクロルヒドリンを滴下し、反応を４０℃で１２時間攪拌した。溶液を真空中で蒸気蒸留し、残渣をアセトニトリル（２５ｍＬ）と混合した。沈殿したナトリウム塩を８０００ｒ．ｐ．ｍの遠心分離により２０分間分離し、上澄み液を真空中で蒸留した。得られた生成物をヘプタン（３×２５ｍＬ）で洗って、ミネラルオイルを除去し、高真空下に乾燥した。
【００４９】
実施例３−ポリマーマトリックス上へのグラフト化
実施例２で得られた生成物を実施例９の記載の通りポリマーマトリックス上にグラフト化した。
【００５０】
実施例４−フタルイミド誘導ポリマーマトリックスの加水分解
実施例３で得られたポリマーマトリックスをガラスフィルター漏斗中で１５０ｍＬメタノールで洗浄し、次いでブタノール１５０ｍＬで洗浄した。溶媒を取除いた後、さらに５０ｍＬのブタノールをビーカーに加えて室温で２時間放置した。ブタノールを取除いた後、樹脂を丸底フラスコに移した。樹脂に対しエチレンジアミン１１ｍＬを加えた後、ブタノール３０ｍＬを加えた。混合物を９０℃で１５時間不活性雰囲気下に攪拌および加熱した。得られた生成物を水で洗浄した後、０．５Ｍ塩酸でｐＨ約１〜２になるまで加えた。次いで樹脂を溶媒から取除き、２Ｍ塩酸で処理した。混合物を９０℃で２時間攪拌および加熱した。最後に、樹脂を１Ｍ水酸化ナトリウムで完全に洗浄し、水でまた洗浄した。
【００５１】
実施例５−オキシラン−ＰＥＧフタルイミドの調製
【化６】
ＭＥＯ−３触媒（１当量）を用いて実施例１で記載のように調製したＰＥＧ−フタルイミドをＴＨＦ（５ｍＬ）に溶解し、攪拌下にナトリウムヒドリド（６０％オイル）（１当量）を添加した。６時間後、エピクロロヒドリン（１．５当量）を反応混合物に４５℃で滴下し、１６時間攪拌した。ＤＣＭを反応混合物に加え、非溶解不純物を濾過した。溶媒を真空中で除去し、生成物を得た。
【００５２】
実施例６−ＶＯ−２０００−ＰＥＧ−アミンの調製
【化７】
ＶＯ−２０００樹脂（バーサマトリックスＡ／Ｓから市販のオキセタン架橋ＰＥベース樹脂）（０．５ミリモルＯＨ）をＤＭＦで水洗し、ＤＭＦ（５ｍＬ）中ＫＯＢｕｔ（４当量）を添加した。反応混合物を１００℃に保持し、アルゴンでフラッシュした。ＭＥＯ−３触媒（４当量）を用いて実施例１で記載のように調製したＤＭＦ（５ｍＬ）中反応混合物オキシラン−ＰＥＧフタルイミドを添加し、反応を１夜続けた。樹脂を濾過し、ＤＭＦ、エタノール、水、エタノールおよびブタノールで洗浄した。エチレンジアミン（５当量）をブタノール中の樹脂に添加し、反応混合物を９０℃１夜保持した。樹脂をブタノール、エタノール、水、エタノール、ＤＭＦおよびＤＣＭで洗浄した。
【００５３】
分析：カイザーテストはポジティブであった。
ローディング：Ｆｍｏｃ−Ｇｌｙ−ＯＨを樹脂にＴＢＴＵ／ＮＥＭ活性方法で付加した。予め測定した樹脂上のＦｍｏｃ基をＤＭＦ中の２０％ピペリジンで解離し、ピペリジン−フルビーン（ｆｕｌｖｅｎｅ）付加物の吸収を２９０ｎｍで測定し、樹脂のアミノ量をＯＤ値から計算した。測定値は＝０．６９ミリモル／ｇであった。
【００５４】
実施例７−カルボキシルＰＥＧ−フタルイミドの調製
【化８】
実施例１の記載のようにＭＥＯ−３触媒で調製されたＰＥＧ−フタルイミド（１当量）を２５ｍＬ水／８ｍＬ濃硫酸に溶解し、水５ｍＬ中ＣｒＯ３を添加した。溶液を室温で１６時間攪拌した。水２５ｍＬを反応混合物に添加し、ＤＣＭ（３ｘ）に抽出した。有機層を加えて水（２ｘ）で洗浄し、ＮａＯＨ（２ｘ）で飽和し、有機部分を硫酸ナトリウムで乾燥し、真空中で濃縮した。
【００５５】
実施例８−ＶＡ−１９００ＰＥＧ−アミンの調製
【化９】
ＶＡ−１９００樹脂（バーサマトリックスＡ／Ｓによって市販されている１９００ダルトンを有する平均ＰＥＧ鎖長を有するアクリルアミド架橋ＰＥＧベース樹脂）（０．１７ミリモルＮＨ２）をＤＭＦで洗浄し、実施例７で得られたカルボキシル−ＰＥＧフタルイミド（１０当量）、ＴＢＴＵ（９．６当量）およびＮＥＭ（１３．３当量）をＤＭＦ中で樹脂に添加し、反応を３時間継続した。樹脂を濾過し、ＤＭＦ、エタノール、水、エタノールおよびブタノールで洗浄した。エチレンジアミン（５当量）を樹脂にブタノール中で添加し、反応混合物を９０℃で１夜保持した。樹脂をブタノール、エタノール、水、エタノール、ＤＭＦおよびＤＣＭで洗浄した。
【００５６】
分析：カイザーテストがポジティブであった。
ローディング：Ｆｍｏｃ−Ｇｌｙ−ＯＨを樹脂にＴＢＴＵ／ＮＥＭ活性方法で付加した。予め測定した樹脂上のＦｍｏｃ基をＤＭＦ中の２０％ピペリジンで解離し、ピペリジン−フルビーン（ｆｕｌｖｅｎｅ）付加物の吸収を２９０ｎｍで測定し、樹脂のアミノ量をＯＤ値から計算した。測定値は＝０．２７ミリモル／ｇであった。
【００５７】
実施例９−アクリレート樹脂の誘導
１５ｍＬエポキシアクリレート樹脂を蒸留水、エタノールおよびＴＨＦで洗浄し、さらにＴＨＦを吸引除去した。ＰＥＧ−フタルイミド１１．４ｇ（４当量）をＴＨＦ６ｍＬ中に溶解し、ナトリウムヒトリド７２０ｍｇ（４当量）を添加した。反応は激しく、多くの泡が形成された。溶液を次いで樹脂＋４ｍＬＴＨＦに添加した。カップリングを４５℃で１夜行った。樹脂をＴＨＦ、エタノール、水、エタノールおよびブタノールで洗浄した。１．５ｍＬエチレンジアミンを９ｍＬブタノールに添加し、樹脂に添加した。反応を９０℃で１夜継続した。樹脂をブタノール、エタノールおよび水で洗浄した。
【００５８】
分析：カイザーテストをいくつかのビーズ上で行い、青に変化し、正であることは樹脂上に第１級アミンの存在を示す。
ローディング：１５ｍＬアミノ−ＰＥＧ−樹脂を水、エタノールおよびＤＭＦで洗浄したが、格子間のＤＭＦは吸引では除去されなかった。Ｆｍｏｃ−Ｇｌｙ５．３ｇ（４当量）およびＴＢＴＵ５．７８ｇ（４当量）およびＮＥＭ２．２７ｍＬ（４当量）を１８ｍＬ中に混合し、樹脂に加えた。カップリングを室温で週末の内行った。週末後、ビーズの１００μＬアリコートをＦｍｏｃ−付加テストのために取り出し、３０７μモルＮＨ２／ｇ乾燥樹脂の量を得た。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）高分子を提供する工程；
（ｉｉ）一般式（Ｉ）：
【化１】
（式中、Ｎは保護基Ｐで保護された第１級アミノ基であって、保護基は第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含し、；
ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２は独立して水素およびＣ１−４−アルキルからなる群から選択され；および
Ｘは反応性基である。）
を有する化合物を提供する工程；および
（ｉｉｉ）一般式（Ｉ）の化合物を前記高分子と反応させて高分子にグラフトを形成する工程；
を包含する高分子を変性する方法。
【請求項２】
高分子がポリマーマトリックスである請求項１記載の方法。
【請求項３】
保護基｛Ｐ｝−Ｎがフルミド基である請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
保護基｛Ｐ｝−Ｎがフタルイミド基であり、ｍが１であり、ｎが１〜１０であり、Ｘがオキセタン−含有反応性基およびオキシラン−含有反応性基から選択される、請求項１〜３いずれかに記載の方法。
【請求項５】
（ｉ）高分子を提供する工程；
（ｉｉ）一般式（Ｉ）：
【化２】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎはフタルイミド基であり；
ｍは１で、ｎは１〜１００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２は共に水素であり；および
Ｘは反応性基、例えばオキセタン−含有反応性基およびオキシラン−含有反応性基から選択される反応性基である。）
を有する化合物を提供する工程；および
（ｉｉｉ）一般式（Ｉ）の化合物を前記高分子と反応させて高分子にグラフトを形成する工程：
を包含する請求項１記載の方法。
【請求項６】
一般式（Ｉ）：
【化３】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎがフタルイミド基であり；ｍが１で、ｎが１〜１００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２が共に水素であり；およびＸがオキセタン−含有反応性基またはオキシラン−含有反応性基である。）
で表わされる化合物。
【請求項７】
（ａ）フタルイミドＮ−保護ａ−ヒドロキシ−ω−アミノ−Ｃ２−１３アルカンを提供する工程；
（ｂ）該アルカンを触媒の存在下にエチレンオキシドと反応する工程；および
（ｃ）工程（ｂ）で得られた生成物の末端ＯＨ基を官能化して転換する工程、
を含有する一般式（Ｉ）：
【化４】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎはフタルイミド基であり、ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり、Ｒ１およびＲ２は共に水素であり、Ｘは反応性基である。）
で表される化合物の調製方法。
【請求項１】
（ｉ）高分子を提供する工程；
（ｉｉ）一般式（Ｉ）：
【化１】
（式中、Ｎは保護基Ｐで保護された第１級アミノ基であって、保護基は第１級アミノ基の２つの自由原子化を包含し、；
ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２は独立して水素およびＣ１−４−アルキルからなる群から選択され；および
Ｘは反応性基である。）
を有する化合物を提供する工程；および
（ｉｉｉ）一般式（Ｉ）の化合物を前記高分子と反応させて高分子にグラフトを形成する工程；
を包含する高分子を変性する方法。
【請求項２】
高分子がポリマーマトリックスである請求項１記載の方法。
【請求項３】
保護基｛Ｐ｝−Ｎがフルミド基である請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
保護基｛Ｐ｝−Ｎがフタルイミド基であり、ｍが１であり、ｎが１〜１０であり、Ｘがオキセタン−含有反応性基およびオキシラン−含有反応性基から選択される、請求項１〜３いずれかに記載の方法。
【請求項５】
（ｉ）高分子を提供する工程；
（ｉｉ）一般式（Ｉ）：
【化２】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎはフタルイミド基であり；
ｍは１で、ｎは１〜１００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２は共に水素であり；および
Ｘは反応性基、例えばオキセタン−含有反応性基およびオキシラン−含有反応性基から選択される反応性基である。）
を有する化合物を提供する工程；および
（ｉｉｉ）一般式（Ｉ）の化合物を前記高分子と反応させて高分子にグラフトを形成する工程：
を包含する請求項１記載の方法。
【請求項６】
一般式（Ｉ）：
【化３】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎがフタルイミド基であり；ｍが１で、ｎが１〜１００の整数であり；
Ｒ１およびＲ２が共に水素であり；およびＸがオキセタン−含有反応性基またはオキシラン−含有反応性基である。）
で表わされる化合物。
【請求項７】
（ａ）フタルイミドＮ−保護ａ−ヒドロキシ−ω−アミノ−Ｃ２−１３アルカンを提供する工程；
（ｂ）該アルカンを触媒の存在下にエチレンオキシドと反応する工程；および
（ｃ）工程（ｂ）で得られた生成物の末端ＯＨ基を官能化して転換する工程、
を含有する一般式（Ｉ）：
【化４】
（式中、｛Ｐ｝−Ｎはフタルイミド基であり、ｍは１〜１２の整数であり、ｎは１〜２０００の整数であり、Ｒ１およびＲ２は共に水素であり、Ｘは反応性基である。）
で表される化合物の調製方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１８０５１８（Ｐ２０１２−１８０５１８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−６２３３８（Ｐ２０１２−６２３３８）
【出願日】平成２４年３月１９日（２０１２．３．１９）
【分割の表示】特願２００８−５２７３０８（Ｐ２００８−５２７３０８）の分割
【原出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（３９５０１８０６６）ノヴォ ノルディスク アクティーゼルスカブ (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６２３３８（Ｐ２０１２−６２３３８）
【出願日】平成２４年３月１９日（２０１２．３．１９）
【分割の表示】特願２００８−５２７３０８（Ｐ２００８−５２７３０８）の分割
【原出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（３９５０１８０６６）ノヴォ ノルディスク アクティーゼルスカブ (7)
【Ｆターム（参考）】
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