DE10126158A1 - Eine Methode zur Synthese von Gemischen einfach aktivierter und nicht aktivierter Polyoxyalkylene zur Modifizierung von Proteinen - Google Patents
Eine Methode zur Synthese von Gemischen einfach aktivierter und nicht aktivierter Polyoxyalkylene zur Modifizierung von ProteinenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Methode zur Herstellung von hochreinen, spezifisch einseitig aktivierten/funktionalisierten Polyoxyalkylenen, die vorwiegend zur Kopplung an Proteine und anderen biologisch aktive Moleküle eingesetzt werden. Die Methode ist geeignet, Gemische von einfach aktivierten Polyoxyalkylene mit nicht reaktiven Polyoxyalkylenen zur Verfügung zu stellen, die eine Vernetzung der Proteine durch mehrfach aktivierte Polyoxyalkylenmoleküle ausschließt und damit vielfältige Komplikationen bei der Modifizierung biologisch aktiver Moleküle und Proteine vermeidet.
Description
Biologisch aktive Moleküle, vor allem Proteine und Enzyme steuern und regulieren
vielfältige Lebens- und Stoffwechselvorgänge in lebenden Organismen. Für viele
medizinische Indikationen und Anwendungen wurden daher chemisch oder
biochemisch hergestellte Proteine entwickelt, die ein außergewöhnliches
Wirkungsspektrum entfalten. Als nachteilig bei diesen auf reinen Proteinen
basierenden Therapien haben sich mögliche antigene Wirkungen der verabreichten
Proteine erwiesen. Darüber hinaus können diese auf Proteinen basierenden
Medikamente im allgemeinen nicht oral sondern nur per Injektion verabreicht werden.
Auch werden sie relativ schnell über die Niere ausgeschieden, das heißt sie haben
im Organismus nur eine sehr begrenzte Halbwertszeit. Eine Vielzahl von Arbeiten
haben sich mit der Kopplung verschiedenster synthetischer wasserlöslicher
Polymere an solche biologisch aktiven Moleküle beschäftigt, mit dem Ziel mögliche
antigene Wirkungen zu verhindern, sowie die Halbwertszeit im Organismus zu
erhöhen. (Delgado C. Francis, G. E. Fisher, D. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst.
1992, 9, 2549-304). Als besonders geeignet haben sich dabei Polyoxyalkylene
insbesondere Polyoxyethylene gemäß der Strukturformel 1 erwiesen. (Reza
Mehvar, J. Pharmaceut Sci, 3 (1) 125, 2000).
ROCH2
CH2
(OCH2
CH2
)n
OH (=RO-POE-OH)
mit R = H: alpha-omega-Dihydroxypolyoxyethylen
mit R = Aryl oder Alkyl alpha-hydroxy-omega-Alkoxypolyoxyethylen bzw. alpha-hydroxy-omega-Aryloxypolyoxyethylen
und n = 5 bis 2000
mit R = Aryl oder Alkyl alpha-hydroxy-omega-Alkoxypolyoxyethylen bzw. alpha-hydroxy-omega-Aryloxypolyoxyethylen
und n = 5 bis 2000
Polyoxyethylene vereinen für diese Anwendung eine Vielzahl von Vorteilen. Sie sind
hervorragend wasserlöslich. Sie zeigen praktisch keine antigene Wirkung. Sie
werden enzymatisch nicht abgebaut, sind jedoch bakteriell abbaubar. Sie weisen in
wässriger Lösung bedingt durch ihre Koordinationsphäre mit Wassermolekülen ein
extrem großes hydrodynamisches Volumen auf. Üblicherweise werden zur
Modifizierung von Proteinen die Polyoxyethylene chemisch an freie Amino-, Hydroxy,
Thiol- oder Carboxygruppen des Proteinmoleküls gekoppelt. Die meisten Arbeiten
beschäftigen sich mit der Kopplung der Polyoxyethylene an die freien primären
Aminogruppen der Proteine, vor allem der Aminosäure Lysin (Veronese, F. M.,
Caliceti, P, Schiavon, O., Sartore, L. in Poly(ethylene glycol) Chemistry, Biotechnical
and Biomedical applications; Plenum Press; New York 1992, Seite 127-136). Ziel ist
eine einzelne oder eine definierte Anzahl Polyoxyethylenketten an ein Proteinmolekül
zu binden, ohne die biologische Aktivität wesentlich zu verändern, jedoch die
Halbwertszeit des Proteins im Körper zu erhöhen und die antigene Wirkung zu
vermindern. Vielfältige Untersuchungen haben gezeigt, dass die gewünschten
Wirkungen wie z. B. Erhöhung der Halbwertszeit des Proteins im Körper mit
zunehmender Molmasse der Polyoxyalkylene verbessert werden konnten.
Für die Kopplung an die Proteine werden Polyoxyalkylene an den freien
Hydroxygruppen aktiviert, das heißt die freien Hydoxygruppen chemisch so
umgesetzt, dass reaktive Gruppen entstehen, die in einfacher Weise mit den freien
Amino-, Hydroxy-, Thiol oder Carboxylgruppen des biologisch aktiven Moleküls
reagieren. Es wurde eine Vielzahl von Kopplungsreaktionen entwickelt um
Polyoxyethylene/Polyoxyalkylene an biologisch aktive Moleküle chemisch zu binden.
(Zalipsky, S., Lee, C. in Poly(ethylene glycol) Chemistry, Biotechnical and
Biomedical applications; Plenum Press; New York 1992, Seite 347-370; Kinstler,
O. B., Gabriel, N. E., Farrar C. E., Deprince, R. B. US 5,985,265). Beispiele für
Reaktionen die zur Aktivierung von Polyoxyethylenen führen sind, einschließlich der
resultierenden aktivierten Polyoxyethylenderivate in den folgenden
Reaktionsgleichungen 1-4 wiedergegeben.
Im Fall von alpha-omega-Dihydroxypolyoxyethylenen entstehen bei der Aktivierung
alpha-omega-diaktivierte Polyoxyethylene.
Im Fall von alpha-hydroxy-omega-Alkoxypolyoxyethylenen bzw. alpha-hydroxy-
omega-Aryloxypolyoxyethylenen entstehen bei der Aktivierung einfach alpha-
aktivierte-omega-Alkoxypolyoxyethylene bzw. einfach alpha-aktivierte-omega-
Aryloxypolyoxyethylene. Für die Kopplung an Proteine und biologisch aktive
Moleküle werden im allgemeinen alpha-hydroxy-omega-alkoxy-Polyoxyethylene zu
monoaktivierten Polyoxyethylenen umgesetzt, da di-aktivierte Polyoxyethylene
mehrere Proteine vernetzen können. Die Vernetzung von Proteinen durch zweifach
aktivierte Polyoxyalkylene hat die auf der nächsten Seite beschriebenen, nachteiligen
Effekte wie z. B. erhöhte antigene Aktivität der Proteine oder zusätzliche, aufwendige
Reinigung der modifizierten Proteine zur Folge.
Die Synthese der Polyoxyalkylenen selbst erfolgt durch anionische, alkalische
Polymerisation von Alkylenoxiden, ausgehend von einem Initiatormolekül, das noch
mindestens ein aktives, acides Wasserstoffatom enthält. Das Initiatormolekül wird mit
einer Base, im allgemeinen Alkali-, Erdalkalimetallen, Alkalimetallalkoholaten,
Alkalimetallhydriden oder Alkalimetallalkylen in ein Initiatoranion (Alkoholat-, Amid-
oder im einfachsten Fall ein Hydroxidanion) umgesetzt, das die Polymerisation des
Alkylenoxid einleitet (Reaktionsgleichung 5a, 5b) (Lit.: Ullmann's Encyclopedia of
Industrial Chemistry 5. Ed. Vol. A21, S. 583). Durch Verwendung von Glycidol als
Comonomer können nach dem gleichen Reaktionsschema verzweigte
Polyoxyalkylene (Reaktionsgleichung 6a, 6b) hergestellt werden.
mit R2 = Alkyl, Aryl, H oder CnH2nXH, X = O oder NR3 und n = 5 bis 2000
R1 = Alkyl oder H und R3 = Alkyl, Aryl oder H, B = Base und m, p, n ganze Zahlen, für
die gilt dass m + p kleiner als n ist.
wird im weiteren als Alkylenoxid bezeichnet
wird im weiteren als Glycidol bezeichnet
R2XH wird im weiteren als Initiatormolekül für die anionische Polymerisation des Alkylenoxids bezeichnet.
R2X- wird im weiteren als Initiatoranion bezeichnet
R2XH wird im weiteren als Initiatormolekül für die anionische Polymerisation des Alkylenoxids bezeichnet.
R2X- wird im weiteren als Initiatoranion bezeichnet
Im Falle von R2 = Alkyl oder Aryl und X = O entstehen alpha-hydroxy-omega-
Alkoxypolyoxyethylen bzw. alpha-hydroxy-omega-Aryloxypolyoxyalkylene. Im Falle
von R2 = H oder R2 = Alkenyl-OH entstehen alpha-omega-Dihydroxypolyoxyalkylene
Bedingt durch die gängige Synthese der alpha-hydroxy-omega-
Alkoxypolyoxyethylene gemäß Reaktionsgleichung 5a, b enthalten diese wegen der
Reaktion des Alkylenoxids mit Spuren von im Alkylenoxid oder Initiatormolekül
enthaltenen Wassers und bedingt durch Kettenübertragungsreaktionen immer einen
mehr oder weniger großen Anteil an alpha-omega-dihydroxy-Polyoxyethylenen
(Leonard, M., Dellacherie, E. Makromol. Chem. 189, 1809-1817 (1988)). Dieser Anteil
an alpha-omega-dihydroxy-Polyoxyethylenen nimmt mit zunehmender Molmasse der
alpha-hydroxy-omega-Alkoxypolyoxyethylene ebenfalls zu. Die alpha-omega-
dihydroxy-Polyoxyethylene reagieren bei der Aktivierungsreaktion wie oben
beschrieben zu alpha-omega-di-aktivierten Polyoxyethylenen, die bei der
Kopplungsreaktion mehrere Proteine vernetzen. Diese vernetzten Proteinspezies
zeigen im allgemeinen deutlich verringerte biologische Aktivität und verursachen bei
der Applikation antigene Reaktionen im Organismus (Zalipsky, S., Lee, C. in
Poly(ethylene glycol) Chemistry, Biotechnical and Biomedical applications; Plenum
Press; New York 1992, Seite 347-370; Kinstler, O. B., Gabriel, N. E., Farrar C. E.,
Deprince, R. B. US 5,985,265). Aus diesem Grunde erfordert die Gegenwart der
alpha-omega-dihydroxy-Polyoxyethylen- bzw. der alpha-omega-diaktivierten
Polyoxyethylen-Verunreinigungen aufwendige und teuere Nachreinigungen der
Polyoxyethylen-modifizierten Proteine. Zudem geht ein nicht unwesentlicher Teil des
teuren Ausgangsproteins durch die Vernetzungsreaktion verloren.
Im Gegensatz dazu stören alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylene die
Proteinmodifizierung und Proteinkopplung nicht, da sie in Folge der vollständigen
Veretherung der Endgruppen nicht weiter aktiviert werden können und nicht an
Proteine koppeln können.
Die vorliegender Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand somit darin
Gemische aus spezifisch alpha-hydroxy-omega-alkoxy-Polyoxyalkylene mit alpha-
omega-dialkoxy-Polyoxyalkylenen, die keine oder nur minimale Verunreinigungen
an alpha-omega-dihydroxy-Polyoxyalkylenen enthalten sowie eine Methode zu deren
Herstellung zu entwickeln. Diese Gemische müssen leicht in spezifisch einfach
aktivierte Polyoxyalkylene und alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylene überführbar
sein und dürfen keine oder nur minimale Anteile mehrfach aktivierter
Verunreinigungen enthalten. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann auch
durch direkte Herstellung von Gemischen, die aus spezifisch einseitig aktivierten
Polyoxyalkylenspezies (alpha-aktivierte-omega-alkoxy-Polyoxyalkylene oder alpha-
aktivierte-omega-hydroxy-Polyoxyalkylene) mit nicht aktivierten alpha-omega-
dialkoxy- oder nicht aktivierten alpha-omega-dihydroxy-Polyoxyalkylenen bestehen,
die keine oder nur minimale Anteile alpha-omega-mehrfach aktivierte Polyoxyalkylen-
Verunreinigungen enthalten, erreicht werden.
Überraschenderweise konnte diese Aufgabe wie im weiteren beschrieben durch
einen aus vier Schritten zusammengesetzten Prozess gelöst werden, ausgehend von
einem Initiatormolekül für die anionische, alkalische Polymerisation von
Alkylenoxiden, das folgende Voraussetzungen erfüllt:
Das Initiatormolekül muss mindestens ein acides Wasserstoffatom an einer Sauerstoff oder Stickstoffgruppe aufweisen und gleichzeitig eine aktivierte oder aktivierbare Gruppe A, die durch eine Schutzgruppe (im weiteren gekennzeichnet durch R4), die unter alkalischen Bedingungen stabil geschützt ist, enthalten. Das acide Wasserstoffatom (H), wird im 1. Reaktionsschritt mit einer Base wie zum Beispiel Alkali- oder Erdalkalimetallen, Alkalimetallalkoholaten, Alkalimetallhydriden oder Alkalimetallalkylen zum entsprechende Initiatoranion umgesetzt, das die anionischen Polymerisation von Alkylenoxid einleitet. Die Schutzgruppe R4 schützt die aktivierte oder aktivierbare Gruppe A unter den Bedingungen der Alkylenoxidpolymerisation. Die Schutzgruppe R4 des Initatormoleküls muss nach der Polymerisation leicht entfernbar sein. Die geschützte aktivierte oder aktivierbare Gruppe stellt eine Gruppe dar, die nach der Abspaltung der Schutzgruppe direkt mit einem Protein regieren kann oder durch chemische Umsetzung wie z. B. Veresterung, Amidierung leicht in eine aktivierte Gruppe umgewandelt werden kann.
Das Initiatormolekül muss mindestens ein acides Wasserstoffatom an einer Sauerstoff oder Stickstoffgruppe aufweisen und gleichzeitig eine aktivierte oder aktivierbare Gruppe A, die durch eine Schutzgruppe (im weiteren gekennzeichnet durch R4), die unter alkalischen Bedingungen stabil geschützt ist, enthalten. Das acide Wasserstoffatom (H), wird im 1. Reaktionsschritt mit einer Base wie zum Beispiel Alkali- oder Erdalkalimetallen, Alkalimetallalkoholaten, Alkalimetallhydriden oder Alkalimetallalkylen zum entsprechende Initiatoranion umgesetzt, das die anionischen Polymerisation von Alkylenoxid einleitet. Die Schutzgruppe R4 schützt die aktivierte oder aktivierbare Gruppe A unter den Bedingungen der Alkylenoxidpolymerisation. Die Schutzgruppe R4 des Initatormoleküls muss nach der Polymerisation leicht entfernbar sein. Die geschützte aktivierte oder aktivierbare Gruppe stellt eine Gruppe dar, die nach der Abspaltung der Schutzgruppe direkt mit einem Protein regieren kann oder durch chemische Umsetzung wie z. B. Veresterung, Amidierung leicht in eine aktivierte Gruppe umgewandelt werden kann.
In einem bevorzugten Fall der Erfindung ist die aktivierbare Gruppe eine
Hydroxygruppe. Das Initiatormolekül wird durch die allgemeine Formel R4-(A)-
(R10)j(XH)e (mit e = 1 bis 12, R4 die oben beschriebene Schutzgruppe, A die
geschützte aktivierbare oder aktivierte Gruppe, XH die OH oder NHR3-Gruppe, R10
eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen
an denen XH-Reste gebunden sind, j = 0 oder 1) wiedergegeben. Im Falle von
Verbindungen mit zwei und mehreren XH-Endgruppen (e größer oder gleich 2)
entstehen verzweigte Polyoxyalkylene. Einen Sonderfall der Erfindung ist gegeben
wenn die Sauerstoff- oder Stickstoffgruppe, die das acide H Atom aufweist
gleichzeitig die geschützte aktivierbare Gruppe darstellt. In diesem Fall, wie
beispielsweise bei t-Butanol, Benzylalkohol, Di- oder Triphenylmethanol ist j = 0 und
(A-X) = Sauerstoff.
Unter einer aktivierten Gruppe werden im weiteren reaktive Endgruppen von
Polyoxyalkylenen verstanden, die aus der aktivierbaren Gruppe hergestellt werden
können und die befähigt sind das Polyoxyalkylen chemisch an eine reaktive Amino-,
Thiol-, Hydroxy- oder Carboxylatgruppe eines Proteins oder Biomoleküls zu koppeln.
Insbesondere werden folgende Gruppen unter einer aktivierten Gruppe verstanden:
Eine Aldehyd-, Keto- oder Carboxylendgruppe, eine prim. Aminoendgruppe, eine
Succinimidylcarbonat-, Nitrophenylcarbonat-, Imidazolylcarbonat- und andere
Carbonatesterendgruppen, eine Succinimidylsuccinatendgruppe, eine
Succinimidylcarbonylendgruppe, eine Tosylat- oder Tresylatendgruppe, eine
Glyoxalendgruppe, eine Imidoesterendgruppe, eine Dichlor-triazinendgruppe, eine
Isocyanatgruppe, eine Maleinimidgruppe, eine 2,2,2-Trifluorethansulfonsäuregruppe.
Einen erfindungsgemäß bevorzugten Sonderfall stellen Aldehyd- und Ketogruppen
dar, da sie geschützt als Acetal eine geschützte aktivierte Endgruppe darstellen.
Der zusammengesetzte Prozess ausgehend von dem erfindungsgemäßen
Initiatormolekül besteht aus den folgenden 4 Schritten (Die Reaktionsgleichungen
werden am Beispiel eines Initaitormoleküls mit einer XH-Gruppe dargestellt (e = 1), bei
mehreren freien XH-Gruppen, entsteht in Reaktionsschritt 1 analog ein
Initiatorpolyanion, das in Schritt 2 zu einem verzeigten einfach alpha-geschützten-
omega-polyhydroxy-Polyoxyalkylen mit e Hydroxyendgruppen reagiert. In Schritt 3
wird dieses zu einem verzweigten einfach alpha-geschützten-omega-polyalkoxy-
Polyoxyalkylen umgesetzt aus dem in Schritt 4 schließlich ein in alpha-Stellung
einfach aktivierbares oder einfach aktiviertes poly-omega-alkoxy-Polyoxyalkylen
resultiert.)
mit H = acides Wasserstoffatom, R4 = Schutzgruppe, die unter alkalischen
Bedingungen stabil ist, A = aktivierte oder aktivierbare Gruppe, X = O oder NR3 und
R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl und a = 1 bis 7 und R10 eine beliebige lineare oder
verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH-Reste
gebunden sind und e = 1 bis 12, j = 0 oder 1).
Anionische Polymerisation des Alkylenoxids an der Alkoholat- bzw. Amid-Gruppe
des Initiatormoleküls zu einem alpha-geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen
(Reaktionsgleichung 8). Durch Copolymerisation eines Alkylenoxids mit Glycidol (3-
Hydroxypropenoxid) (Reaktionsgleichung 9) können an dieser Stelle auch zusätzlich
Verzweigungen geschaffen werden und damit auch hier alpha-geschützte-poly
omega-hydroxy-Polyoxyalkylene hergestellt werden, die aufgrund der Verzweigung
weit größere Molmassen wie lineare alpha-geschützte-omega-hydroxy-
Polyoxyalkylene aufweisen können.
für e = 1
bzw. für e < 1
Mit den oben genannten Bedeutungen von n, A, R4, R1, R10, X und m, p ganze
Zahlen zwischen 0 und 2000 wobei gilt m + p < n.
Veretherung der im Schritt 2 gemäß Reaktionsgleichung 8 entstandenen freien -
CH2CHR1OH-omega-Endgruppe bzw. der entsprechenden freien omega-
Alkoholatfunktion des alpha-geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen bzw. der
gemäß Reaktionsgleichung 9 entstanden freien omega-hydroxy-Endgruppen mit
einem Alkylierungsreagens R5Y wie beispielsweise einem Alkylhalogenid oder einem
Dialkylsulfat. Dabei entstehen gemäß Reaktionsgleichung 10 aus den alpha-
geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen alpha-geschützte-omega-alkoxy-
Polyoxyalkylene. Aus den alpha-geschützten-omega-poly-hydroxy-Polyoxyalkylene
entstehen dabei alpha-geschützte-omega-poly-alkoxy-Polyoxyalkylene. In jedem Fall
werden bei diesem Reaktionschritt alpha-omega-Dihydroxy-Polyoxyalkylene und
alpha-omega-polyhydroxy-Polyoxyalkylene, die im Schritt 2 als unerwünschte
Nebenprodukte anfallen zu nicht reaktiven alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylenen
und alpha-omega-polyalkoxy-Polyoxyalkylene.
mit R5 = C1 bis C12-Alkyl und Y = Halogen oder SO4-R5,
n, e, j, A, R4, X, R1, R10 haben die Bedeutungen wie oben.
Abspaltung der Schutzgruppe (R4) zur direkten Freisetzung der aktivierten Gruppe
(A) oder zur Freisetzung der aktivierbaren Gruppe A und nachfolgenden Aktivierung
der freigesetzten aktivierbaren Gruppe (A). Entsteht nach der Entfernung der
Schutzgruppe direkt ein Gemisch aus alpha-aktivierten-omega-alkoxy-
Polyoxyalkylenen und alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylenen kann dieses direkt mit
Proteinen umgesetzt werden. Ist (A) nur eine aktivierbare Gruppe wie zum Beispiel
eine Hydroxygruppe, muß das Gemisch aus alpha-hydroxy-omega-alkoxy-
Polyoxyalkylenen und alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylenen an der freien
Hydroxygruppe weiter zu einer aktiven, zu einer Reaktion mit einem Protein
befähigten Gruppe umgesetzt werden.
Einen Sonderfall der Erfindung stellt insbesondere die Abspaltung der Schutzgruppe
R4 aus einem Gemisch von geschützten alpha-aktivierten-omega-hydroxy-
Polyoxyalkylenen und alpha-omega-dihydroxy-Polyoxyalkylenen unter Auslassung
des Schritts 3 dar. In diesem Fall, der nur möglich ist wenn die Abspaltung direkt zu
einem alpha-aktivierten-Polyoxyalkylen führt, kann dieses Gemisch direkt zur
Kopplung an Proteine eingesetzt werden ohne Vernetzungen der Proteine zu
verursachen. Eine weiter Aktivierung dieser spezifischen Gemische aus alpha-
aktivierten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylenen und alpha-omega-dihydroxy-
Polyoxyalkylenen ist nicht möglich, da sie unweigerlich zu zweifach aktivierten
Polyoxyalkylenen führen würde.
Bevorzugt wird für den beschriebenen Prozess die Verwendung von Ethylenoxid zur
Herstellung von Gemischen linearer einfach alpha-aktivierter-omega-alkoxy-
Polyoxyethylene bzw. alpha-aktivierbarer-omega-alkoxy-Polyoxyethylene mit nicht
reaktiven alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyethylenen und die Verwendung eines
Monomergemischs von Ethylenoxid mit 0,1-4 Gew.-%, bevorzugt 0,1-1 Gew.-%
Glycidol zur Herstellung von Gemischen verzweigter einfach alpha-aktivierter-poly
omega-hydroxy-Polyoxyethylene oder einfach alpha-aktivierter-poly-omega-alkoxy-
Polyoxyethylene mit nicht reaktiven alpha-omega-polyalkyl-Polyoxyethylenen.
Erfindungsgemäße Schutzgruppen R4 sind leicht entfernbare Schutzgruppen für
Hydroxygruppen, Amino- oder Aldehydgruppen, die unter alkalischen Bedingungen
stabil sind. Demgemäß sind bevorzugte Initiatormoleküle einfach geschützte Di- und
Polyhydroxyverbindungen (einfach geschützte Glykole, einfach geschütztes
Pentaerythrol, Glycerin, Trimethylolpropan oder einfach geschützte Zuckeralkohole)
Initiatormoleküle gemäß der vorliegenden Erfindung sind demgemäß Verbindungen
der Strukturformel 2, 3, 4 und 5, bei denen die R4-Sauerstoffbindung, nach der
Umsetzung mit Alkylenoxid in Schritt 2 und der Alkylierung in Schritt 3 unter sauren
oder hydrierenden Reaktionsbedingungen in Schritt 4 leicht gespalten werden.
Erfindungsgemäße Alkohole sind in den Strukturformel 2, 3, 4, 5 und 6 wiedergegeben.
R4
-O-(CH2
CH2
O)d
H
R4
-O-CH2
-C(CH2
OH)3
R4
-O-CH2
-CR11
(CH2
OH)2
R4
-O-CH2
-(CHOH)a
-CH2
OH
mit R4 = Benzyl, tert-Butyl, Triphenylmethyl, Methyltriphenylmethyl, Diphenylmethyl
Trimethoxybenzyl, Di-methoxybenzyl, 2-Tetrahydopyranyl, 2-Tetrahydrofuranyl,
Methoxymethyl, Benzyloxymethyl, t-Butoxymethyl, 2-Methoxyethoxymethyl, 1-
Ethoxyethyl, 1-Methyl-1-methoxyethyl, 1-Methyl-1-benzyloxymethyl, p-
Methoxybenzyl, Trialkylsilyl
und d = 0 bis 6, a = 0 bis 8, f = 0 bis 4, g = 0 bis 4 und R11 = C1-C6-Alkyl.
und d = 0 bis 6, a = 0 bis 8, f = 0 bis 4, g = 0 bis 4 und R11 = C1-C6-Alkyl.
Besonders bevorzugte Initiatormoleküle (R4-(A)-(R10)j(XH)e) sind darüber hinaus
alpha-hydroxy-omega-Aldehyde bzw. Ketone oder alpha-amino-omega-Aldehyde
bzw. Ketone sowie Di- und Polyhydroxyaldehyde und Ketone, deren jeweilige
Aldehyd- oder Ketogruppe durch ein Acetal oder ein Thioacetal geschützt sind (R4 =
Acetal- oder Thioacetalgruppe (A) = R6-CO-R7-) (siehe Strukturformel 7, 8).
R8 = C1 bis C18-Alkyl
R6 = H oder C1 bis C18-Alkyl
R7 = eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH-Reste gebunden sind, X = O oder NR3 mit R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl
Z = O oder S
R9 = C1 bis C12-Alkenylrest und e = 1 bis 12.
R6 = H oder C1 bis C18-Alkyl
R7 = eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH-Reste gebunden sind, X = O oder NR3 mit R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl
Z = O oder S
R9 = C1 bis C12-Alkenylrest und e = 1 bis 12.
Das heißt in der Formel für das erfindungsgemäße Initiatormoleküle (R4-(A)-
(R10)j(XH)e) ist R4 gleich zwei R8 Gruppen bzw. eine -(CH2)k-Gruppe und die
geschützte aktivierte Gruppe (A) ein Aldehyd- bzw. Ketonhydrat R6-C(OH)2-R7-
oder Thioaldehydhydrat R6-C(SH)2-R7-, die als solche natürlich nicht existieren
sondern in die korrespondierenden Aldehyde oder Ketone umlagern und nur in der
Form der jeweiligen Acetale bzw. Ketale stabil sind.
Gegenstand der Erfindung sind auch die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren
(Schritt 1 bis 4) hergestellten Gemische aus einfach aktivierten Polyoxyalkylenen und
nicht aktivierten unreaktiven alpha-omega-dihydroxy-Polyoxyalkylenen
beziehungsweise Gemische von alpha-aktivierten-omega-alkoxy-Polyoxyalkylenen
und unreaktiven alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylenen sowie Gemische aus
alpha-hydroxy-omega-alkoxy-Polyoxyalkylenen und alpha-omega-dialkoxy-
Polyoxyalkylenen, die einfach in die genannten Gemische, die nur mono-aktivierte
Polyoxyalkylene enthalten überführt werden können. Die mittlere molare Massen der
erfindungsgemäßen Gemische liegt zwischen 1000 und 150 000 g/mol, bevorzugt
zwischen 3000 und 75 000 g/mol.
Die Gemische enthalten im allgemeinen 70 bis 99,5 Gew.-%, bevorzugt 90 bis 99,5 Gew.-%
einfach aktivierte Polyoxyalkylene bzw. einfach aktivierbare alpha-hydroxy-
omega-alkoxy-Polyoxyalkylene und 0,5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-%
unreaktive alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylene. Der Anteil an diaktivierten bzw.
diaktivierbaren Verunreinigungen ist kleiner 1 Gew.-% bevorzugt kleiner als
0,2 Gew.-%.
Bevorzugte Gegenstände der Erfindung sind Gemische aus Polyoxyethylenen, die in
alpha Stellung als aktivierende Gruppe eine Aldehyd- oder Ketogruppe enthalten und
in omega Stellung eine oder mehrere Hydroxygruppen enthalten mit alpha-omega-
dihydroxy-Polyoxyethylenen, die gemäß der Abfolge von Schritt 1, 2, 4 aus einem
alpha-hydroxy-omega-Aldehyd bzw. Keton oder alpha-amino-omega-Aldehyd bzw.
Keton sowie aus Di- und Poly-hydroxy-Aldehyden oder Poly-hydroxy-Ketonen, die an
der jeweiligen Aldehyd- oder Ketofunktion mit einer Acetal- oder Thioacetalgruppe
geschützt sind, als Initiatormolekül (Strukturformel 7 und 8) und Ethylenoxid oder
einem Gemisch aus Glycidol und Ethylenoxid mit einem Anteil von 0,1-4 Gew.-%
bevorzugt 0,1-1 Gew.-% Glycidol als Monomere hergestellt werden können. Die
Gemische enthalten im allgemeinen 70 bis 99,5 Gew.-%, bevorzugt 90 bis 99,5 Gew.-%
monoaldehyd- bzw. -monoketofunktionelle Polyoxyalkylene und 0,5 bis 30 Gew.-%,
bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% unreaktive alpha-omega-dihydroxy-
Polyoxyalkylene. Der Anteil an diaktivierten bzw. diaktivierbaren Verunreinigungen ist
kleiner 1 Gew.-% bevorzugt kleiner als 0,2 Gew.-%.
Besonders bevorzugte Gegenstände der Erfindung sind Gemische aus
Polyoxyethylenen, die in alpha Stellung als aktivierende Gruppe eine Aldehydgruppe
enthalten und in omega-Stellung eine oder im Falle von Verzweigungen mehrere
Alkoxygruppe(n) enthalten mit nicht reaktiven alpha-omega-dialkoxy-
Polyoxyethylenen bzw. im Falle von Verzweigungen alpha-omega-polyalkoxy-
Polyoxyethylenen, die gemäß der Abfolge von Schritt 1, 2, 3, 4 aus einem, an der
Aldehydfunktion mit einer Acetal- oder Thioacetalgruppe geschützten alpha-hydroxy-
omega-Alkanal oder alpha-amino-omega-Alkanal bzw. Di- und Poly
hydroxyaldehyden und Ketonen (Strukturformel 7 und 8) als Initiatormolekül und
Ethylenoxid bzw. einem Gemisch aus Glycidol und Ethylenoxid mit einem Anteil von
0,1-4 Gew.-% bevorzugt 0,1-1 Gew.-% Glycidol als Monomer hergestellt werden
können. Die Polyoxyalkylengemische enthalten im allgemeinen 70 bis 99,5 Gew.-%,
bevorzugt 90 bis 99,5 Gew.-% monoaldehyd- bzw. monoketofunktionelle
Polyoxyalkylene und 0,5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% unreaktive
alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylene. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass sie
kleiner 1 Gew.-% bevorzugt kleiner 0,2 Gew.-% alpha-omega-dialkanaloxyl- oder
alpha-omega-polyalkanaloxyl-Polyoxyethylene enthalten.
Die mittlere molare Massen dieser bevorzugten Gemische liegt zwischen 1000 und
150 000 g/mol, besonders bevorzugt zwischen 3000 und 75 000 g/mol.
Gegenstand der Erfindung sind weiter Gemische aus alpha-carboxy-omega-alkoxy-
Polyoxyethylenen mit nicht reaktiven alpha-omega-dialkoxy- oder alpha-omega-
polyalkoxy-Polyoxyethylenen, die gemäß der Abfolge von Schritt 1, 2, 3, 4 aus einem,
an der Aldehydfunktion mit einer Acetalgruppe geschützten alpha-hydroxy-omega-
Alkanal oder alpha-amino-omega-Alkanal bzw. Di- und Poly-hydroxyalkanal
(Strukturformel 7 und 8) als Initiatormolekül und Ethylenoxid bzw. einem
Ethylenoxid/Glycidol-Gemisch als Monomer, mit abschließender Oxidation der in
Schritt 4 freigesetzten Aldehydgruppe zur Carbonsäure hergestellt werden können.
Die Gemische sind dadurch gekennzeichnet, dass sie kleiner 1 Gew.-% bevorzugt
kleiner als 0,2 Gew.-% alpha-omega-dicarboxy-Polyoxyethylene enthalten.
Die mittlere molare Massen dieser bevorzugten Gemische liegt zwischen 1000 und
150 000 g/mol, besonders bevorzugt zwischen 3000 und 75000 g/mol. Die Gemische
enthalten im allgemeinen 70 bis 99,5 Gew.-%, bevorzugt 90 bis 99,5 Gew.-%
monocarboxy-aktivierte Polyoxyalkylene und 0,5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 10
Gew.-% nicht reaktive alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylene.
Die Gemische können in bekannter Weise z. B. durch Reaktion der Carboxylgruppe
mit N-Hydroxy-Succinimid in Gegenwart von Dicyclohexylcarbodiimid weiter zu
Gemischen aus alpha-aktivierten-omega-alkoxy-Polyoxyethylenen umgesetzt
werden, die kleiner 1 Gew.-% bevorzugt kleiner 0,2 Gew.-% di-aktivierte
Polyoxyethylene enthalten.
Gegenstand der Erfindung sind weiter Gemische aus 70 bis 99,5 Gew.-%, bevorzugt
90 bis 99,5 Gew.-% alpha-hydroxy-omega-alkoxy-Polyoxyethylene mit 0,5 bis 30 Gew.-%,
bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% nicht reaktiven alpha-omega-dialkoxy-
Polyoxyethylenen, die gemäß der Abfolge von Schritt 1, 2, 3, 4 aus den einfach
geschützten Di- und Polyhydroxyverbindungen (Strukturformel 2, 3, 4, 5) als
Initiatormolekül und Ethylenoxid bzw. einem Gemisch von Ethylenoxid mit geringen
Mengen Glycidol (0,1 bis 4 Gew.-%, Glycidol bevorzugt 0,1-1 Gew.-%) als
Monomer hergestellt werden können. Schritt 4 beinhaltet dabei die Spaltung der
ursprünglichen R4-Sauerstoff-Bindung. Die Gemische sind in allen Fällen dadurch
gekennzeichnet, dass sie weniger als 1 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,2 Gew.-%
alpha-omega-dihydroxy-Polyoxyethylene bzw. alpha-omega-polyhydroxy-
Polyoxyethylene enthalten.
Die mittlere molare Massen dieser bevorzugten Gemische liegt zwischen 1000 und
150 000 g/mol, besonders bevorzugt zwischen 3000 und 75 000 g/mol. Die Gemische
können in bekannter Weise zu Gemischen aus alpha-aktivierten-omega-alkoxy-
Polyoxyethylenen und alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyethylenen bzw. zu Gemischen
aus alpha-aktivierten-poly-omega-alkoxy-Polyoxyethylenen und alpha-omega-
polyalkoxy-Polyoxyethylenen umgesetzt werden, die die genannten niedrigen
Konzentrationen an di-aktivierten oder poly-aktivierten Polyoxyethylenen enthalten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung der
genannten erfindungsgemäßen Gemische von spezifisch einfach alpha-aktivierten-
Polyoxyalkylenen mit nicht reaktiven Polyoxyalkylenen, die gemäß Schritt 1 bis 4
und gegebenenfalls nachfolgender Aktivierungsreaktion zugänglich sind, für die
Reaktion mit Proteinen und anderen biologisch aktiven Molekülen.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung der
genannten erfindungsgemäßen Gemische aus alpha-alkanaloxy-omega-hydroxy-
Polyoxyethylenen und alpha-omega-dihydroxy-Polyoxyethylenen sowie auf die
Verwendung der alpha-alkanaloxy-omega-alkoxy-Polyoxyethylenen und alpha-
omega-dialkoxy-Polyoxyethylenen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die
Gemische keine oder nur minimale alpha-omega-dialkanaloxy-Polyoxyethylene
enthalten, für die Reaktion mit Proteinen und anderen biologische aktiven Molekülen.
Die Erfindung wir nun anhand von einigen Beispielen näher verdeutlicht.
Zu einer Lösung von 1,48 g 3,3-Diethoxy-1-propanol in 10 ml THF in einem
Druckreaktor bei Raumtemperatur werden unter Stickstoff 2,1 g
Diphenylmethylkalium gelöst in 10 ml THF gegeben bis die Färbung verschwindet.
Anschließend werden 55 g Ethylenoxid zugegeben und bei Raumtemperatur für 48
Stunden gerührt. Nach der Abreaktion des Ethylenoxids werden 0,2 g NaOH
zugegeben und anschließend 1-Chlorbutan im Überschuss zugegeben (4 g) und bei
40°C für 24 Stunden gerührt. Das Reaktionsgemisch wird in Diethylether gegossen
und das unlösliche Polymergemisch aus alpha-(1,1-Diethoxy-3-oxy-propan)-omega-
butoxy-Polyoxyethylenen und alpha-omega-Dibutoxypolyoxyethylen abfiltriert. Das
Polymer wird in Wasser gelöst mit Salzsäure bis pH 2 angesäuert und 2 Stunden auf
90°C erhitzt. Anschließend wird das entstandene Ethanol als Ethanol-
Wassergemisch unter Vakuum abdestilliert, die Lösung mit Natronlauge neutralisiert
und das Polymergemisch erneut in Diethylether gefällt und filtriert. Wässrige
Gelchromatographie des resultierenden Polymergemischs mit
Polyoxyethylenstandards zeigt eine Verteilung mit einem Hauptpeak bei einer
mittleren molaren Masse von 4950 g/mol überlagert von einem kleinen Peak bei
9500 g/mol. Die Endgruppenuntersuchung mittels 1H-NMR ergibt ein Verhältnis von
Butyl- zu Aldehydendgruppen von 1,15 zu 1 was einem molaren Gemischverhältnis
von alpha-(propan-1-al-3-oxy)-omega-butoxy-Polyoxyethylen (mittlere molare Masse
4950 g/mol) zu alpha-omega-di-butoxy-Polyoxyethylen (mittlere molare Masse 9500
g/mol) von 93 zu 7 entspricht. Hydroxyendgruppen sind nicht nachweisbar. Das
resultierende Polymergemisch kann über die freie Aldehydgruppe direkt an freie
primäre Aminogruppen (Lysinreste) von Proteinen gekoppelt werden, ohne die
unerwünschte Vernetzung der Proteine zu verursachen.
Zu einer Lösung von 0,27 g 1,1-Dimethoxy-cyclohexan-2-ol in 2 ml THF in einem
Druckreaktor bei Raumtemperatur werden unter Stickstoff 0,42 g
Diphenylmethylkalium in 2 ml THF gegeben bis die Färbung verschwindet.
Anschließend werden 45 g Ethylenoxid zugegeben und bei Raumtemperatur für 48
Stunden gerührt. Nach der Abreaktion des Ethylenoxids wird mit 0,2 g NaOH erneut
alkalisch gestellt und Benzylchlorid im Überschuss zugegeben (3 g) und bei 40°C für
24 Stunden gerührt. Das Reaktionsgemisch wird in Diethylether gegossen und das
unlösliche Polymergemisch aus alpha-(1,1-Dimethoxy-2-oxy-cyclohexan)-omega-
benzyloxy-Polyoxyethylenen und alpha-omega-Dibenzyloxy-Polyoxyethylen
abfiltriert. Das Polymer wird in Wasser gelöst mit Salzsäure bis pH 2 angesäuert und
2 Stunden auf 90°C erhitzt. Anschließend wird das entstandene Methanol als
Methanol-Wassergemisch unter Vakuum abdestilliert, die Lösung mit Natronlauge
neutralisiert und das Polymergemisch erneut in Diethylether gefällt und filtriert.
Wässrige Gelchromatographie des resultierenden Polymergemischs mit
Polyoxyethylenstandards zeigt eine Verteilung mit einem Hauptpeak bei einer
mittleren molaren Masse von 19000 g/mol überlagert von geringen Anteilen
höhermolekularer Produkte. Die Endgruppenuntersuchung mittels 1H-NMR ergibt ein
Verhältnis von Benzyl zu Ketoendgruppen von 1,4 zu 1, was unter der Annahme
gleicher mittlerer molarer Massen von 19000 g/mol, einem molaren
Gemischverhältnis von alpha-(1-Keto-2-oxy-cyclohexan)-omega-benzyloxy-
Polyoxyethylenenes zu alpha-omega-di-benzyloxypolyoxyethylen von 84,4 zu 16,6
entspricht. Hydroxyendgruppen sind nicht nachweisbar.
Das resultierende Polymergemisch kann über die freie Ketogruppe direkt an freie
primäre Aminogruppen (Lysinreste) von Proteinen gekoppelt werden ohne die
unerwünschte Vernetzung der Proteine zu verursachen.
Zu einer Lösung von 0,272 g 2-Tetrahydopyranyl-oxy-ethanol in 5 ml THF in einem
Druckreaktor bei Raumtemperatur werden unter Stickstoff 47 mg Natrium in 5 ml
THF gegeben. Nach der Reaktion des Natriums zum Alkoholat werden 25 g
Ethylenoxid zugegeben und bei Raumtemperatur für 48 Stunden gerührt. Nach der
Abreaktion des Ethylenoxids wird Methylchlorid im Überschuss zugegeben (1 g) und
bei Raumtemperatur für 4 Stunden gerührt. Das Reaktionsgemisch wird in
Diethylether gegossen und das unlösliche Polymergemisch aus alpha-(2-oxy-
Tetrahydropyranyl)-omega-methoxy-Polyoxyethylenen und alpha-omega-
Dimethoxypolyoxyethylen abfiltriert. Die Endgruppenuntersuchung mittels 1H-NMR
ergibt ein Verhältnis von Tetrahydropyranyl zu Methylendgruppen von 1 zu 1,15 was,
unter der Annahme gleicher mittlerer molarer Massen, einem molaren
Gemischverhältnis von alpha-(2-oxy-Tetrahydropyranyl-)-omega-methoxy-
Polyoxyethylenen zu alpha-omega-di-methoxypolyoxyethylen von 93 zu 7 entspricht.
Entscheidend ist, dass nach diesem Reaktionsschritt keine Hydroxyendgruppen
nachweisbar sind. Das Polymer wird zur Abspaltung der 3,4-Dihydro-2H-
pyrangruppe in Wasser gelöst mit Salzsäure bis pH 2 angesäuert und 2 Stunden auf
90°C erhitzt. Anschließend wird das entstandene 3,4-Dihydro-2H-pyran unter
Vakuum abdestilliert, die Lösung mit Natronlauge neutralisiert und das
Polymergemisch erneut in Diethylether gefällt und filtriert. In diesem Reaktionschritt
entstehen ein Gemisch aus alpha-hydroxy-omega-methoxy-Polyoxyethylen und
alpha-omega-dimethoxy-Polyoxyethylen. Wässrige Gelchromatographie des
resultierenden Polymergemischs mit Polyoxyethylenstandards zeigt eine Verteilung
mit einem Hauptpeak bei einer mittleren molaren Masse von 10200 g/mol.
Das resultierende Polymergemisch wird anschließend durch Umsetzung mit 4-
Nitrophenylchlorformiat in ein Gemisch aus alpha-(4-Nitrophenylformiat)-aktivierten-
omega-methoxy-Polyoxyethylen und Dimethoxypolyoxyethylen umgesetzt, das zur
Kopplung an Proteine eingesetzt werden kann. Da vor der Aktivierung mit
Nitrophenylchlorformiat keine alpha-omega-di-hydroxy-Polyoxyethylene vorhanden
waren, entstehen keine alpha-omega-diaktivierten-Polyoxyethylene und die
Kopplung an Proteine verläuft ohne die unerwünschte Vernetzung der Proteine zu
verursachen.
Zu einer Lösung von 0,3 g 4,4-Dimethoxy-2-methyl-2-butanol in 10 ml THF in einem
Druckreaktor bei Raumtemperatur werden unter Stickstoff 0,41 g
Diphenylmethylkalium in 5 ml THF gegeben bis die Färbung verschwindet.
Anschließend werden ein Gemisch aus 55 g Ethylenoxid und 0,16 g Glycidol
zugegeben und bei Raumtemperatur für 48 Stunden gerührt. Nach der Abreaktion
des Ethylenoxids/Glycidol Gemisch wird 1-Chlorbutan im Überschuss zugegeben (2 g)
und bei 40°C für 24 Stunden gerührt. Das Reaktionsgemisch wird in Diethylether
gegossen und das unlösliche Polymergemisch aus verzweigten alpha-(4,4-
Dimethoxy-2-methyl-2-oxy-butan)-omega-poly-butoxy-Polyoxyethylenen und alpha-
omega-poly-butoxy-Polyoxyethylen abfiltriert. Das Polymer wird in Wasser gelöst mit
Salzsäure bis pH 2 angesäuert und für 2 Stunden auf 90°C erhitzt. Anschließend
wird das entstandene Methanol unter Vakuum abdestilliert, die Lösung mit
Natronlauge neutralisiert und das Polymergemisch erneut in Diethylether gefällt und
filtriert. Die Endgruppenuntersuchung mittels 1H-NMR ergibt ein Verhältnis von Butyl
zu Aldehydendgruppen von 2, 3 zu 1 was, unter der Annahme gleicher mittlerer
molarer Massen, einem molaren Gemischverhältnis von alpha-(-2-methyl-2-oxy-
butan-4-al)-omega-poly-butoxy-Polyoxyethylenen zu alpha-omega-poly-butoxy-
Polyoxyethylen von 91 zu 9 entspricht. Bedingt durch die Verzweigungen ist eine
Molmassenbestimmung über Gelpermeationschromatographie mit
Polyethylenglykolstandards nur schlecht möglich. Entscheidend ist jedoch, dass
keine Hydroxyendgruppen nachweisbar sind.
Das resultierende Polymergemisch kann über die freie Aldehydgruppe direkt an freie
primäre Aminogruppen (Lysinreste) von Proteinen gekoppelt werden, ohne die
unerwünschte Vernetzung der Proteine zu verursachen.
Claims (21)
1. Gemische aus mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 Gew.-% alpha-
hydroxy-omega-alkoxy-Polyoxyalkylenen und 0,5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,5
bis 10 Gew.-% alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylenen dadurch gekennzeichnet,
dass der Anteil an Dihydroxy-Polyoxyalkylenen als Verunreinigungen kleiner 1 Gew.-%
bevorzugt kleiner als 0,2 Gew.-% ist.
2. Gemische aus mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 Gew.-% alpha-
aktivierten-omega-alkoxy-Polyoxyalkylenen und 0,5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,5
bis 10 Gew.-% alpha-omega-dialkoxy-Polyoxyalkylenen, dadurch
gekennzeichnet, dass der Anteil an di-aktivierten Polyoxyalkylene als
Verunreinigungen kleiner 1 Gew.-% bevorzugt kleiner als 0,2 Gew.-% ist.
3. Gemische aus mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 Gew.-% alpha-
aktivierten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylenen und 0,5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt
0,5 bis 10 Gew.-% di-hydroxy-Polyoxyalkylenen, dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil an di-aktivierten Polyoxyalkylen Verunreinigungen kleiner 1 Gew.-%
bevorzugt kleiner als 0,2 Gew.-% ist.
4. Gemische gemäß Anspruch 1-3, erhältlich nach einem Verfahren gemäß
Anspruch 13-18, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Initiatormolekülen der
allgemeinen Formel
R4-(A)-(R10)j(XH)e
mit H = acides Wasserstoffatom, R4 = Schutzgruppe, die unter alkalischen Bedingungen stabil ist, A = aktivierte oder aktivierbare Gruppe, X = O oder NR3 und R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl, b = 0 bis 7
und e = 1 bis 12, R10 eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH-Reste gebunden sind, j = 0 oder 1
die mindestens ein acides Wasserstoffatom an einer Sauerstoff oder Stickstoffgruppe (X) aufweisen und gleichzeitig eine aktivierte oder aktivierbare Gruppe A, die durch eine Schutzgruppe, die unter alkalischen Bedingungen stabil ist, geschützt ist, hergestellt werden.
R4-(A)-(R10)j(XH)e
mit H = acides Wasserstoffatom, R4 = Schutzgruppe, die unter alkalischen Bedingungen stabil ist, A = aktivierte oder aktivierbare Gruppe, X = O oder NR3 und R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl, b = 0 bis 7
und e = 1 bis 12, R10 eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH-Reste gebunden sind, j = 0 oder 1
die mindestens ein acides Wasserstoffatom an einer Sauerstoff oder Stickstoffgruppe (X) aufweisen und gleichzeitig eine aktivierte oder aktivierbare Gruppe A, die durch eine Schutzgruppe, die unter alkalischen Bedingungen stabil ist, geschützt ist, hergestellt werden.
5. Gemische gemäß den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,
dass der mehrstufige Herstellungsprozess aus folgenden 4 Schritten besteht:
1. Schritt: Überführung des Initiatormoleküls gemäß Anspruch 4 R4-(A)-((R10)j(XH)e) in das entsprechende Initiatoranion R4-(A)-(R10)jX- (für e = 1) bzw. in das Initiatorpolyanion R4-(A)-(R10)j(X-)e (für e < 1)
2. Schritt: Anionische Polymerisation eines Alkylenoxid oder eines Gemisch von Alkylenoxiden mit dem Initiatoranion als Startmolekül zu einem alpha-geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen.
3. Schritt: Veretherung der im Schritt 2 entstehenden omega- Hydroxygruppen des alpha-geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen mit einem Alkylierungsreagens.
4. Schritt: Abspaltung der Schutzgruppe (R4) des alpha-geschützten- omega-alkoxy-Polyoxyalkylens bzw. des alpha-geschützten-omega-poly-alkoxy- Polyoxyalkylens zur Freisetzung der aktivierten Gruppe oder aktivierbaren Gruppe (A) des ursprünglichen Initiatormoleküls.
1. Schritt: Überführung des Initiatormoleküls gemäß Anspruch 4 R4-(A)-((R10)j(XH)e) in das entsprechende Initiatoranion R4-(A)-(R10)jX- (für e = 1) bzw. in das Initiatorpolyanion R4-(A)-(R10)j(X-)e (für e < 1)
2. Schritt: Anionische Polymerisation eines Alkylenoxid oder eines Gemisch von Alkylenoxiden mit dem Initiatoranion als Startmolekül zu einem alpha-geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen.
3. Schritt: Veretherung der im Schritt 2 entstehenden omega- Hydroxygruppen des alpha-geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen mit einem Alkylierungsreagens.
4. Schritt: Abspaltung der Schutzgruppe (R4) des alpha-geschützten- omega-alkoxy-Polyoxyalkylens bzw. des alpha-geschützten-omega-poly-alkoxy- Polyoxyalkylens zur Freisetzung der aktivierten Gruppe oder aktivierbaren Gruppe (A) des ursprünglichen Initiatormoleküls.
6. Gemische gemäß den Ansprüchen 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass sie
durch einen mehrstufigen Prozess aus Hydroxy- oder Aminoacetalen oder
Hydroxy- oder Aminothioacetalen gemäß folgender allgemeiner Formel als
Initiatormolekül hergestellt werden.
R8 = C1 bis C18-Alkyl
R6 = H oder C1 bis C18-Alkyl
R7 = eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH-Reste gebunden sind, X = O oder NR3 mit R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl
Z = O oder S, R9 = C1 bis C12-Alkenylrest und e = 1 bis 12.
R6 = H oder C1 bis C18-Alkyl
R7 = eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH-Reste gebunden sind, X = O oder NR3 mit R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl
Z = O oder S, R9 = C1 bis C12-Alkenylrest und e = 1 bis 12.
7. Gemische nach Anspruch 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktivierte
Gruppe eine Aldehyd- oder Ketogruppe ist.
8. Gemische gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das
beschriebene Initiatormolekül eine einfach geschützte Di- oder
Polyhydroxyverbindung darstellt, deren Schutzgruppe unter alkalischen
Bedingungen stabil ist, jedoch unter sauren oder hydrierenden
Reaktionsbedingungen in Schritt 4 leicht gespalten werden kann.
9. Gemische gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 und Anspruch 7 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das beschriebene Initiatormolekül eine der folgenden
allgemeinen Strukturformeln aufweist.
mit R4 = Benzyl, tert.-Butyl, Triphenylmethyl, Methyltriphenylmethyl, Diphenylmethyl Trimethoxybenzyl, Di-methoxybenzyl, 2-Tetrahydopyranyl, 2-Tetrahydrofuranyl, Methoxymethyl, Benzyloxymethyl, t-Butoxymethyl, 2-Methoxyethoxymethyl, 1- Ethoxyethyl, 1-Methyl-1-methoxyethyl, 1-Methyl-1-benzyloxymethyl, p- Methoxybenzyl, Trialkylsilyl
und d = 0 bis 6, a = 0 bis 8, f = 0 bis 4, g = 0 bis 4 und R11 = C1-C6-Alkyl.
mit R4 = Benzyl, tert.-Butyl, Triphenylmethyl, Methyltriphenylmethyl, Diphenylmethyl Trimethoxybenzyl, Di-methoxybenzyl, 2-Tetrahydopyranyl, 2-Tetrahydrofuranyl, Methoxymethyl, Benzyloxymethyl, t-Butoxymethyl, 2-Methoxyethoxymethyl, 1- Ethoxyethyl, 1-Methyl-1-methoxyethyl, 1-Methyl-1-benzyloxymethyl, p- Methoxybenzyl, Trialkylsilyl
und d = 0 bis 6, a = 0 bis 8, f = 0 bis 4, g = 0 bis 4 und R11 = C1-C6-Alkyl.
10. Gemische gemäß den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,
dass das Polyoxyalkylen Polyoxyethylen ist.
11. Gemische gemäß den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gemisch aus Alkylenoxiden in Schritt 2 des mehrstufigen Prozesses ein
Gemisch aus Ethylenoxid und Glycidol mit einem Anteil von 0,1-4 Gew.-%
bevorzugt 0,1-1 Gew.-% Glycidol ist.
12. Gemische gemäß den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,
dass die mittlere molare Masse der erfindungsgemäßen Gemische zwischen
1000 und 150 000 g/mol, bevorzugt zwischen 3000 und 75 000 g/mol liegt.
13. Verfahren zur Herstellung der Gemische aus Anspruch 1-13, durch einen
mehrstufigen Herstellungsprozess der aus folgenden 4 Schritten besteht:
1. Schritt: Überführung des Initiatormoleküls gemäß Anspruch 4 oder 9 in das entsprechende Initiatoranion gemäß folgender Reaktionsgleichung
2. Schritt: Anionische Polymerisation eines Alkylenoxid oder eines Gemisch von Alkylenoxiden mit dem Initiatoranion als Startmolekül zu einem alpha- geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen bzw. zu einem alpha-geschützten- omega-polyhydroxy-Polyoxyalkylen gemäß folgenden Reaktionsgleichungen:
oder
mit R4 = Schutzgruppe, die unter alkalischen Bedingungen stabil ist, A = aktivierte oder aktivierbare Gruppe, X = O oder NR3 und R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl, n = 5 bis 2000, R1 = C1 bis C12-Alkyl oder H und m, p ganze Zahlen zwischen 0 und 2000 wobei gilt m + p < n, e = 1 bis 12, R10 eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH- Reste gebunden sind, j = 0 oder 1
3. Schritt: Veretherung der im Schritt 2 entstehenden omega- Hydroxygruppe des alpha-geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen bzw. des entsprechenden Alkoholatanions mit einem Alkylierungsreagens gemäß folgender Reaktionsgleichung
mit R5 = C1 bis C12-Alkyl und Y = Halogen oder SO4-R5
n, e, A, R4, X, R1, R10 haben die Bedeutungen wie oben.
4. Schritt: Abspaltung der Schutzgruppe (R4) des alpha-geschützten- omega-alkoxy-Polyoxyalkylen zur Freisetzung der aktivierten oder aktivierbaren Gruppe (A) des ursprünglichen Initiatormoleküls.
1. Schritt: Überführung des Initiatormoleküls gemäß Anspruch 4 oder 9 in das entsprechende Initiatoranion gemäß folgender Reaktionsgleichung
2. Schritt: Anionische Polymerisation eines Alkylenoxid oder eines Gemisch von Alkylenoxiden mit dem Initiatoranion als Startmolekül zu einem alpha- geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen bzw. zu einem alpha-geschützten- omega-polyhydroxy-Polyoxyalkylen gemäß folgenden Reaktionsgleichungen:
oder
mit R4 = Schutzgruppe, die unter alkalischen Bedingungen stabil ist, A = aktivierte oder aktivierbare Gruppe, X = O oder NR3 und R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl, n = 5 bis 2000, R1 = C1 bis C12-Alkyl oder H und m, p ganze Zahlen zwischen 0 und 2000 wobei gilt m + p < n, e = 1 bis 12, R10 eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH- Reste gebunden sind, j = 0 oder 1
3. Schritt: Veretherung der im Schritt 2 entstehenden omega- Hydroxygruppe des alpha-geschützten-omega-hydroxy-Polyoxyalkylen bzw. des entsprechenden Alkoholatanions mit einem Alkylierungsreagens gemäß folgender Reaktionsgleichung
mit R5 = C1 bis C12-Alkyl und Y = Halogen oder SO4-R5
n, e, A, R4, X, R1, R10 haben die Bedeutungen wie oben.
4. Schritt: Abspaltung der Schutzgruppe (R4) des alpha-geschützten- omega-alkoxy-Polyoxyalkylen zur Freisetzung der aktivierten oder aktivierbaren Gruppe (A) des ursprünglichen Initiatormoleküls.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkylenoxid
Ethylenoxid ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch
aus Alkylenoxiden ein Gemisch aus Ethylenoxid und Glycidol mit einem Anteil
von 0,1-4 Gew.-% bevorzugt 0,1-1 Gew.-% Glycidol ist.
16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass das
Initiatormolekül ein Hydroxy- oder Aminoacetal oder ein Hydroxy- oder
Aminothioacetal gemäß einer der folgenden allgemeinen Formeln ist.
R8 = C1 bis C18-Alkyl
R6 = H oder C1 bis C18-Alkyl
R7 = eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH-Reste gebunden sind, X = O oder NR3 mit R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl
Z = O oder S
R9 = C1 bis C12-Alkenylrest
und e = 1 bis 12.
R8 = C1 bis C18-Alkyl
R6 = H oder C1 bis C18-Alkyl
R7 = eine beliebige lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 C-Atomen an denen XH-Reste gebunden sind, X = O oder NR3 mit R3 = H, Aryl oder C1 bis C12-Alkyl
Z = O oder S
R9 = C1 bis C12-Alkenylrest
und e = 1 bis 12.
17. Verfahren nach Anspruch 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass das
beschriebene Initiatormolekül eine einfach geschützte Di- oder
Polyhydroxyverbindungen darstellt, deren Schutzgruppe unter alkalischen
Bedingungen stabil ist, unter sauren oder hydrierenden Reaktionsbedingungen in
Schritt 4 leicht gespalten werden kann.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Initiatormolekül
eine der folgenden allgemeinen Strukturformeln aufweist.
mit R4 = Benzyl, tert-Butyl, Triphenylmethyl, Methyltriphenylmethyl, Diphenylmethyl Trimethoxybenzyl, Di-methoxybenzyl, 2-Tetrahydopyranyl, 2-Tetrahydrofuranyl, Methoxymethyl, Benzyloxymethyl, t-Butoxymethyl, 2-Methoxyethoxymethyl, 1- Ethoxyethyl, 1-Methyl-1-methoxyethyl, 1-Methyl-1-benzyloxymethyl, p- Methoxybenzyl, Trialkylsilyl
und d = 0 bis 6, a = 0 bis 8, f = 0 bis 4, g = 0 bis 4 und R11 = C1-C6-Alkyl.
mit R4 = Benzyl, tert-Butyl, Triphenylmethyl, Methyltriphenylmethyl, Diphenylmethyl Trimethoxybenzyl, Di-methoxybenzyl, 2-Tetrahydopyranyl, 2-Tetrahydrofuranyl, Methoxymethyl, Benzyloxymethyl, t-Butoxymethyl, 2-Methoxyethoxymethyl, 1- Ethoxyethyl, 1-Methyl-1-methoxyethyl, 1-Methyl-1-benzyloxymethyl, p- Methoxybenzyl, Trialkylsilyl
und d = 0 bis 6, a = 0 bis 8, f = 0 bis 4, g = 0 bis 4 und R11 = C1-C6-Alkyl.
19. Gemische aus einfach aktivierten oder einfach aktivierbaren Polyoxyalkylenen mit
nicht aktivierten und nicht aktivierbaren Polyoxyalkylenen gemäß Anspruch 1 bis
12, erhältlich nach dem Verfahren der Ansprüche 13 bis 18.
20. Verwendung der Gemische, die einfach aktivierte Polyoxyalkylenen enthalten
gemäß Anspruch 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12 und 19 zur chemischen Kopplung und
Modifizierung von Proteinen und biologisch aktiven Molekülen.
21. Verwendung der Gemische, die einfach aktivierbare Polyoxyalkylene enthalten
gemäß Anspruch 1, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 12 und 19 zur Herstellung von Gemischen aus
spezifisch einfach aktivierten Polyoxyalkylenen die zur chemischen Kopplung und
Modifizierung von Proteinen und anderen biologisch aktiven Molekülen eingesetzt
werden können.
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