CS277545B6

CS277545B6 - Způsob přípravy oligoesterů hydroxykyselin

Info

Publication number: CS277545B6
Application number: CS911431A
Authority: CS
Inventors: Milan Rndr Dittrich; Vera Pharmdr Smetanova; Lubos Pharmdr Melichar
Original assignee: Farmaceuticka Fakulta Uk
Priority date: 1991-05-15
Filing date: 1991-05-15
Publication date: 1993-03-17
Also published as: CS143191A3

Abstract

Způsob přípravy oligoesterů hydroxykyselin dehydratací odvodněných hydroxykyselin, popřípadě jejich směsi v přítomnosti kyselého katalyzátoru při postupně se snižujícím tlaku a postupně se zvyšující teplotě spočívá v tom, že se při zvyšování teploty na90až210°Ck reakční směsi přidává alkohol s počtem uhlíků 8 až 24, s výhodou ve stadiu 60 až 99 % požadovaného stupně konverze, po 2 až 5ti hodinách se odebírají z reakční směsi vzorky a koncentrace alkoholů v reakční směsi se upravuje v rozmezí 0,001 až 0,3 % hmot.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu přípravy biokompatibilních oligoesterů alifaticikých hydroxykyšelín.

Dosavadní stav techniky

Zahříváním některých hydroxykyselin při sníženém tlaku dochází k polyesterifikaci. Prvním podrobněji prozkoumaným polyesterem uvedeného typu je produkt odvozený od kyseliny mléčné, který se nazývá kyselina polymléčná nebo polylaktid. Dosavadní znalosti o průběhu reakce byly shrnuty již v roce 1944. Zvýšená pozornost kyselině polymléčné a obdobným polyesterům byla věnována od počátku 70. let, po vypracování její dvoustupňové syntézy z cyklického dimeru - laktidu. Výsledkem polymerace s otevřením kruhu jsou vysokomolekulární polymery o molekulové hmotnosti až několik set tisíc Daltonů. Reakce tohoto typu probíhá v přítomnosti katalyzátorů, nejčastěji sloučenin cínu.

Polykondenzační reakce, která vychází z hydroxykyselin, probíhá při teplotě vyšší než 100 °C. Kontinuálním odstraňováním vody z alifatické hydrosykyseliny s počtem uhlíkových atomů do 6 při sníženém tlaku a prodloužením doby reakce na několik desítek hodin je možno dosáhnout maximální hmotnostně střední relativní molekulovou hmotnost až 10 tisíc při stupni dehydratace 99,28 %. Reakce probíhá s malým výtěžkem, v závislosti na druhu a čistotě vstupních monomerů. Produkty jsou nestandardní, mají vysoký rozptyl molekulových hmotností. Pro dosažení vyšších hodnot molekulových hmotností produktů polykondenzační reakce se s výhodou používají kyselé katalyzátory. Při použití katexů byly připraveny polymery o hmotnostně střední relativní molekulové hmotnosti až 35 tisíc. (Pat. Franc. FR 2 464 973, Ogawa, Y. et al., Chem. Pharm. Bull., 36, 1988, s. 1095). Přidání kysliny pyrofosforečné do reakční soustavy v pokročilém stádiu reakce vede ke zvýšení maximálně dosažitelné molekulové hmotnosti (Pat. Jap. JP 62 25, 121) při teplotě 245 °C.

Pro zvýšení rychlosti jednostupňové polykondenzační reakce se s výhodou používají směsi různým mechanismem působících katalyzátorů. Směs oxidu antimonitého a kyseliny fosforečné byla přidána na začátku reakce (Cohn, D. et al., Adv. Biomater., 7, 1987, s. 503). Je popsáno použití směsi chloridu cínatého a kyseliny pyrofosforečné přidávaných postupně po několika hodinách (Pat. Jap. JP 62 25, 121. In: Chem. Abstr., 107, P 78 491 h.).

Při polymeraci s otevřením kruhu vycházející z laktorů bylo s úspěchem využito směsi chloridu zinečnatého nebo cínatého s cetolalkoholem (Barskaja, J. G. et al., Vysokomolekul. Soedin., Ser. A, 25, 1983, s. 1289). Polymer.· žací L(-)laktidu nebo jeho směsi s glykolidem (do 10 %) v přítomnosti cínoktoátu s layrulalkoholem byly připraveny vysokomolekulární ternicky odolné polymery specificky vhodné pro výrobu protetických vláken (Pat. Evrop. EP 241 252).

CS 277545 B6 2

Podstata vynálezu

Způsob přípravy oligoesterů alifalických hydroxykyselin . popřípadě jejich směsi při sníženém tlaku dehydratací v přítomnosti kyselého katalyzátoru spočívá podle vynálezu vtom, že se při postupně zvyšované teplotě na 90 až 210 °C přidává alkohol s počtem uhlíků 8 až 24, s výhodou ve stadiu 60 až 99% požadovaného stupně konverze, po 2 až 5ti hodinách se odebírají z reakční směsi vzorky a upravuje se koncentrace alkoholů v rozmezí 0,001 až 0,3 % hmot.

Přerušení reakce se podle potřeby několikrát opakuje zvýšením tlaku, reagující soustavu je možno ponechat pod vysoušedlem (^p2°5' silikagel, CaCl₂) delší dobu bez zahřívání. Celková doba působení vakua a zvýšené teploty je od 6 do 120 hodin.

Po dosažení požadovaných parametrů se působení vakua ukončí, •tavenina se nalije do forem, ochladí, rozdrobní, rozpustí ve vhodném rozpouštědle (dichlormetan, chloroform, aceton, ethanol, benzen, toluen, octan ethylnatý, éter nebo jejich směsi), částice iontoméniče se odfiltrují, polyester se přečistí srážením nebo jiným vhodným způsobem, separuje dekantací, filtrací nebo centrifugací, suší se ve vakuu, uchovává při snížené teplotě pod vysoušedlem.

Způsobem podle vynálezu se docílí zrychlení reakce a zvýšení výtěžku polyesterifikace, zejména vlivem synergického působení směsi kyselého katalyzátoru s alkoholem. Aktivovaný iontoměnič váže jednomocné kationty a zároveň uvolňuje stopy kyseliny, mastný alkohol podporuje průběh reakce. Přerušování syntézy zvyšováním tlaku umožňuje postupné přidávání katalyzátoru a alkoholu dle analýzy vzorků. Reakce je možno průběžně kontrolovat. Při proměnlivém množství a kvalitě monomerů, různé čistotě monomerů, nepřesnostech dodržení tlaku a teploty a měnících se parametrech aparatury je možno standardisovat produkt. Postupným přidáváním katalyzátoru a alkoholu lze dosáhnout dostatečně vysokých hodnot molekulových hmotností oligoesterů s nízkým stupněm polydisperzity. Nízký stupeň polydisperzity produktů s esterifikovanými koncovými karboxylovými skupinami se stává podstatným kvalitativním faktorem z hlediska standardnosti chování při hydrolýze. Rychlost hydrolýzy oligoesterů je značně závislá na jejich molekulové hmotnosti. Rozptyl středních hodnot molekulových hmotností produktů získaných při opakovaných syntézách a vysoký stupeň polydisperzity produktů je příčinou nestandardního chování oligomerů při jejich hydrolýze.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1 , X

V baňce pro vakuovou destilaci se smísí 100,0 g kyseliny L-mléčné s 10,5 g kyseliny α-hydroxymáselné. Při 3,0 kPa se postupným zahříváním na 80 °C odstraní voda (11 g). Teplota soustavy se po odlití vody zvýší na 115 °C, přidá se 3,0 g Dowexu a 0,02 g alkoholu cetylstearového. Směs se zahřívá 10 hodin při 1,5 kPa, vakuum se přeruší nebo sníží a přidá se 0,6 g Dowexu · CS 277545 B6 a 0,03 g alkoholu cetystearylového. Tlak se sníží na 0,3 kPa a v intervalech 2 až 5 hodin se odebírají vzorky, celkem se soustava zahřívá při tomto tlaku 5 až 30 hodin. Získá se 85,0 g taveniny, která se odleje do forem, ponechá zchladnout, rozdrobní, rozpustí, filtrací se odstraní iontoměnič. Produkt se přečistí srážením nebo jiným vhodným způsobem, separuje z kapalné fáze a usuší. Získá se 75 g kopolymeru, který má číselně střední relativní molekulovou hmotnost 2060, stupeň polydispersity 1,91 a t.t. 125 °C.

Příklad 2

Od 1.170,0 g 90 % kyseliny DL-mléčné a 530,0 g 85 % kyseliny glykolové se oddělí 250 g vody. Přidají se 0,2 g cetylalkoholu a 20,0 g Dowexu, vakuum se sníží na 0,8 kPa a teplota zvýší na 120 °C. Po 15 hodinách se odebere vzorek a přidá dalších 20,0 g Dowexu a 0,2 g cetylalkoholu a teplota se zvýší na 175 °C. Po 10 hodinách se odebere vzorek a přidá 5,0 g Dowexu. Po každých 3 hodinách se odebírá vzorek, po dosažení požadovaných vlastností se sníží teplota na 100 °C. , tavenina odleje do forem a dále zpracuje. Získaný produkt má číselně střední relativní molekulovou hmotnost 5210 a hmotnostně střední relativní molekulovou hmotnost 10590, t.t. 60 °C, výtěžek reakce je 68 % kopolymeru.

Příklad 3

V baňce pro vakuovou destilaci se smísí 100,0 g kyseliny L-mléčné s 10,5 g kyseliny α-gydroxymáselné. Při 3,0 kPa se postupným zahříváním na 80 °C odstraní voda (11 g). Teplota soustavy se po odlití vody zvýší na 115 °C, přidá se 0,5 g iontoměniče katexového typu (Ostion LG KS 0805). Směs se zahřívá 10 hodin při 0,3 kPa. Vakuum se přeruší a přidá se 0,8 g Ostionu a 0,15 laurylalkoholu, tlak se sníží na 0,3 kPa při 115 °C a v intervalech 2 až 4 hod. se odebírají vzorky ke zjišťování molekulové hmotnosti. Po dosažení M_n 2000 se přidá 0,50 g cetylstearylového alkoholu a směs se zahřívá při 0,3 kPa a 115 °C 6 hodin. Po zrušení vakua se tavenina odleje do forem, ponechá zchladnout, rozdrobní a rozpustí v dichlormethanu. Filtrací se odstraní částice iontoměniče. Produkt se přečistí srážením nebo jiným vhodným způsobem, separuje z kapalné fáze a usuší. Získá se 75 g kopolymeru, který má číselně střední relativní molekulovou hmotnost 2060, stupeň polydispersity 1,39 a teplotu tání 125 °C.

Tělíska tvaru válce průměru 2 mm a délky 10 mm připravená litím taveniny do forem byla testována na rychlost degradace ve fosfátovém pufru pH 7,4, konc. 0,154 mol.l“¹ při 37 °C. Průměrný úbytek hmotnosti tělísek byl 20 % za 20 dní, 50 %0 za 29 dní s odchylkou nepřevyšující 10 % hranici při počtu vzorků 4.

Příklad 4

Ze směsi 440 g kyseliny L-mléčné a 45 g kyseliny DL-mléčné se oddestiluje 53 g vody. Přidá se 5 g Dowexu a teplota se zvýší na 140 °C při tlaku 1 kPa. Po 10ti hodinách se přidá dalších 5 g Dowexu a teplota se zvýší na 170 °C. Tlak se sníží na 0,3 kPa. Po dalších 10ti hodinách se přidá dalších 5 g Dowexu a teplota se zvýší na 170 °C. Tlak se sníží na 0,3 kPa. Po dalších 10ti hodinách se odebere vzorek a přidá se 5 g Dowexu a 0,3 g laurylalkoholu. Vzorky se odebírají každé 2 hodiny a analyzují vhodnou metodou na parametr molekulové hmotnosti. Po dosažení molekulové hmotnosti M_n 2800 se přidá 2,9 g cetylalkoholu a soustava se zahřívá 5 hodin, potom se teplota sníží na 140 °C, zruší vakuum a tavenina se nechá ztuhnout po nalití do formy. Kopolymer se rozdrobní na prášek, rozpustí a vysráží snížením polarity rozpouštědla. Po separaci se sraženina usuší nebo znovu přečistí opakovaným srážením a usuší. Získá se 298,5 g produktu, který má číselně střední relativní molekulovou hmotnost 2965 a stupeň polydispezity 1,44.

Mikrosféry připravené z kopolymeru emulsní odpařovací metodou ve velikostní frakci 80 až 140 se rozpadly v destilované vodě za 65 dní, v'isoosmotickém pufru s krevní plasmou pH 6,0 za 53 dní, v isoosmotickém pufru s krevní plasmou pH 7,4 za 43 dní.

Příklad 5

Od 1170,0 g 90% kyseliny DL-mléčné a 530,0 g 85% kyseliny glykolové se oddělí 250 g vody. Přidá se 8,5 g Dowexu MSC-1, vakuum se sníží na 0,8 kPa a teplota se zvýší na 120 °C. Po 20ti hodinách se odebere vzorek a přidá dalších 8,5 g Dowexu a teplota se zvýši na 175 °C při tlaku 0,8 kPa. Po 10 hodinách se přidá 0,75 g cetanolu a každé 2 hodiny se odebírají vzorky, které se analyzují na parametry molekulových hmotností. Po dosažení 90 % podílu požadovaného stupně konverze (M 5000) se přidá 8,3 g cetanolu a soustava se zahřívá 4 hodiny. Po ochlazení na 120 °C a zrušení vakua se tavenina odleje do forem a dále zpracuje. Získaný produkt má číselně střední relativní molekulovou hmotnost 5210 a hmotnostně střední relativní molekulovou hmotnost 8330, teplotu tání 62 °C. Výtěžek reakce je 68 % kopolymeru. Film připravený odpařováním acetonového roztoku kopolymeru ponořený do fosfátového pufru pH 7,4 při 37 °C se rozpadl za 57 dní.

Příklad 6 ' ·

Z 2000,0 g kyseliny DL-mléčné se odstraní 200 g vody při 80 °C a tlaku 3 kPa. Po přerušení vakua se přidá 10 g ostionu. Teplota se zvýší na 130 °C a za 1 hod. se sníží tlak na 0,5 kPa. Po 15ti hodinách se přidá 10 g Ostionu a 0,3 g dekanolu. Vakuum se sníží na 0,2 kPa a soustava se dále zahřívá. Každé 3 hodiny se odebírají vzorky do dosažení M_n 5000. Přidá se 3,5 g dekanolu a soustava se zahřívá 10 hodin při 130 °C a 2 kPa. Po zrušení vakua se tavenina okamžitě vylije do forem a dále zpracuje. Produkt má číselně střední relativní molekulovou hmotnost 5.055, hmotnostně střední relativní mole.kulovou hmotnost 8900, teplotu skelného přechodu 56 °C. Výtěžek reakce je 76 %.

Destičky tvaru válce, průměru 6 mm, výšky 2 mm, připravené lisováním produktu reakce s příměsí 10 % cholesterolu je modelové substance při 70 °C liberovaly kontinuálně cholesterol. 20 % cholesterolu liberovalo za 9 dní, 50 % za 26 dní, 80 % za 41 dní.

ft

Přítomnost alkoholu a jeho postupné přidávání během reakce má významný vliv na stupeň polydisperzity a hodnotu molekulových hmotností, které významně ovlivňují vlastnosti získaných oligoesterů.

V tabulce 1 jsou hodnoty číselně střední relativní molekulové hmotnosti M_n pro opakovanou syntézu podle příkladu 3. Produkty připravené bez cetylstearylalkoholu měly větší variabilitu parametru molekulové hmotnosti vyjádřenou směrodatnou odchylkou n-1 než produkty syntetizované s cetylstearylalkoholem. Hodnoty M_nbyly zjišťovány pomocí metody gelové permeační chromatografie (GPC).

V tabulce 2 jsou uvedeny hodnoty stupně polydisperzity produktů připravených opakovanou syntézou v přítomnosti laurylalkoholu, které mají nižší průměrnou hodnotu X než vzorky připravené bez laurylalkoholu. Hodnoty stupně polydisperzity p byly vypočteny z podílu hmotnostně střední relativní molekulové hmotnosti a číselně střední relativní molekulové hmotnosti zjištěných metodou GPC s kalibrací na polystyrénové standardy. Vzorky byly připraveny postupem podle příkladu 6. V tabulce 3 jsou produkty syntézy podle postupu uvedeného v příkladu 5 prezentovány z hlediska ztráty integrity tvaru (rozpadu). Vzorky byly připraveny tavením eterů, litím taveniny do formy a jejich ochlazením. Tělíska měla tvar válce délky 10 mm, průměru 2 mm. Byla ponořena do fosfátového pufru pH 7,4, konc. 0,154 mol.I”¹ při 37 °C.

Z tabulky č. 3 vyplývá, že cetylakohol hydrofobisuje produkt syntézy, prodlužuje dobu rozpadu tělísek připravených tavením (hodnoty x) a snižuje kolísavost této doby rozpadu (hodnoty S_n-i)·

Tabulka 1: Hodnoty číselně střední relativní molekulové hmotnosti -vliv přítomnosti cetylstearylalkoholu (příkl. 3)

Mn 1	Mn2	Mn3	Mn4	6n-l
bez alkoholu 2150	2340	1920	2450	232,4
s alkoholem 2030	1990	2120	2100	60,6
Tabulka 2: Hodnoty stupně laurylalkoholu	polydisperzity P - vliv přítomnosti (příkl. 6)
PÍ	P2	P3	P4	X
bez alkoholu 2,15	1,95	2,76	2,12	2,24
s alkoholem 1,78	1,57	1,84	1,85	1,76

Tabulka 3: Doba rozpadu (dny) tělísek z oligomerů kyseliny DL-mléčné a kyseliny glykolové, fosfátový pufr pH 7,4, konc. 0,154 mol.I^-1 (příkl. 5)

	tl	t2	t3	t4	X	^Sn-1
bez alkoholu	25	28	30	35	29,5	4,2 .
s alkoholem	36	40	37	37	37,5	0,7

Průmyslová využitelnost

V současnosti existuje několik set prací zabývajících se vlastnostmi a použitím biodegradabilních polyesterů. Význam tohoto materiálu spočívá v jeho vysoké biokompatabilitě s biologickým prostředím. Konečným produktem rozkladu polyesterů jsou ve vodě rozpustné netoxické monomerní jednotky, v případě kyseliny poly-L-mléčné může metabolismus končit oxidem uhličitým a vodou. K rozkladu polyesterů dochází neenzymatickou hydrolýzou. Při stálosti složení okolní tkáně je tedy proces hydrolýzy polyesteru standardní.

Významné je využití biodegradabilních materiálů ve funkci nosičů léčivých látek. Z lékových forem částicového charakteru jsou předmětem výzkumu mikrosféry, mikrokapsle, mikropelety, nanočástice určené k aplikaci perorální, nitrožilní, nitrosvalové, podkožní, do oka, do paritonea, do mozkových dutin, do mezikloubních dutin atd. Z lékových forem monolitického typu se připravují matricové systémy obsahující rozpuštěnou nebo částicově dispergovanou léčivou látku tvaru destiček, filmů, válečků, tyčinek, jehliček a vláken a porézních útvarů z tuhé pěny. Je možno je implantovat, např. do podkoží nebo do nádorové tkáně.

Soustavy obsahující oligoestery nebo polyestery ve funkci nosičů a léčivou látku, pro jejíž působení je výhodný dlouhodobý přestup do organismu, mají využití v humánní i veterinární medicíně. Potenciální sférou využitelnosti uvedených soustav jsou agrochemikálie určeně k ošetřování a ochraně rostlin.

Liberace hydrolytickou erozí je specifickou vlastností oligoesterů a polyesterů alifatických hydroxykyselin. Volbou vhodných podmínek, mezi něž patří.parametry molekulové hmotnosti a polárního charakteru, je možno optimalizovat chování materiálů uvedeného typu po jejich aplikaci ' do prostředí organismu. Dobu liberace látek obsažených ve směsi s oligomery a polymery alifatických hydroxykyselin je možno modifikovat v rozmezí od několika hodin po dobu několika měsíců.

Claims

Způsob přípravy oligoesterů hydroxykyselin dehydratací směsi odvodněných hydroxykyselin, popřípadě jejich směsi, v přítomnosti kyselého katalyzátoru při postupně se snižujícím tlaku a postupně se zvyšující- teplotě, vyznačující se tím, že se při zvyšování teploty na 90 až 210 ^eC k reakční směsi přidává alkohol s počtem uhlíků 8 až 24, a výhodou ve stadiu 60 až 99 % požadovaného stupně konverze, po 2 až 5ti hodinách se odebírají z reakční směsi vzorky a koncentrace alkoholů v reakční směsi se upravuje v roz-. mezí 0,001 až 0,3 % hmot.