DE102022002240A1

DE102022002240A1 - Poly(oxazolin)- und Poly(oxazin)-basierte Lipide, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102022002240A1
Application number: DE102022002240.0A
Authority: DE
Inventors: Caroline Holick; Tobias Klein; Ulrich Sigmar Schubert
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Ngp Polymers De GmbH
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2023-12-21
Also published as: WO2023247064A1

Abstract

Beschrieben werden Polymere der Formeln (I) oder (II)oder Polymere enthaltend, bezogen auf alle Struktureinheiten, 10 bis 95 mol % an Struktureinheiten der Formel (III), 5 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (IV) und 0 bis 20 mol % an Struktureinheiten der Formel (V)oder enthaltend 10 bis 95 mol % an Struktureinheiten der Formel (VI), 5 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (VII) und 0 bis 20 mol % an Struktureinheiten der Formel (VIII)-NH-CHR8-CHR9-CHR10-(VIII),wobei mindestens eine der Struktureinheiten der Formel (III), (IV) oder (V) oder der Formel (VI), (VII) oder (VIII) mit der Gruppierung -CHR4-, -CHR5- oder -CHR7- oder mit der Gruppierung -CHR5- -CHR7- oder -CHR10- kovalent mit einem Rest R2verbunden ist,worinIni ein von einem Initiator der kationischen Polymerisation abgeleiteter Rest ist, R1ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff oder C1-C4Alkyl,R2ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus -OR11, -OCO-R11, -OCO-R14-CO-OR11, -OCO-R14-CO-NR12R13, -NR12-R14-CO-NR13R15, -O-R16-(O-OC-R18)mundR3, R4, R5, R6, R7, R8, R9und R10unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl bedeuten,R11C6-C20-Alkyl ist,R12und R15unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl sind,R13C6-C20-Alkyl bedeutet,R14Alkylen, Cycloalkylen, Arylen oder Aralkylen bedeutet,R16ein m+1-wertiger aliphatischer Kohlenwasserstoffrest ist,R18C6-C20-Alkyl bedeutet, mit der Maßgabe, dass mehrere Reste R18eines Restes R16im Rahmen der gegebenen Definitionen unterschiedlich sein können, m eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist,R17ein dreiwertiger bicyclischer Rest ist, undw eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 5000 bedeutet.Diese Polymeren sind amphiphil und eignen sich als Ersatz für Polyethylenglykole, beispielsweise in Wirkstoff-Formulierungen.

Description

Die Erfindung betrifft neue polymere Lipide, die sich als Ersatz für Polyethylenglykole (nachstehend auch als „PEG“ bezeichnet) eignen. Weiterhin betrifft die Erfindung die Herstellung dieser Polymere und deren Verwendung bei der Herstellung von Arzneimittel-Formulierungen.
Biokompatible Polymere stellen hochattraktive Materialien für biomedizinische Anwendungen wie für die Arzneimittelabgabe dar. PEG werden aufgrund der Vorteile, die mit ihrer Verwendung einhergehen, in großem Umfang in pharmazeutischen Produkten eingesetzt. In den SARS-CoV-2-mRNA-Impfstoffen werden beispielsweise Lipid-Nanopartikel für den Transport der mRNA verwendet, die PEG-Lipide als entscheidenden Bestandteil enthalten. In diesen Lipid-Nanopartikeln beeinflussen die PEG-Lipide nicht nur die Partikelgröße bei der Herstellung, sondern verhindern auch die Aggregation der Partikel und tragen zu ihrer Lagerstabilität bei. Darüber hinaus verlängert PEG durch seinen Tarnkappeneffekt die Zirkulationszeit der Partikel im Blut und verhindert so eine schnelle Erkennung durch das Immunsystem und die Beseitigung (vergl. X. Hou, T. Zaks, R. Langer, Y. Dong, Nat. Rev. Mater. 2021, 6, 1078-1094).
Die so genannte PEGylierung bringt jedoch auch erhebliche Nachteile mit sich, die als „PEG-Dilemma“ bezeichnet werden. Durch die Stimulierung von Anti-PEG-Antikörpern, die aufgrund der übermäßigen Verwendung von PEG auch in Kosmetika beim Menschen weit verbreitet sind, kommt es zu einer beschleunigten Beseitigung im Blut, so dass PEGylierte Partikel ihren gewünschten Wirkort nicht effizient erreichen können, was zu einer geringeren Wirkung führt. Neben einer geringeren Transfektionseffizienz, z.B. bei SARS CoV 2 mRNA-Impfstoffen, können Anti-PEG-Antikörper auch zu Überempfindlichkeitsreaktionen führen, die sich beim Menschen als Pseudoallergie manifestieren (vergl. T. Ishida, M. Ichihara, X. Wang, K. Yamamoto, J. Kimura, E. Majima, H. Kiwada, J. Controlled Release 2006, 112, 15-25 und S. S. Nogueira, A. Schlegel, K. Maxeiner, B. Weber, M. Barz, M. A. Schroer, C. E. Blanchet, D. I. Svergun, S. Ramishetti, D. Peer, P. Langguth, U. Sahin, H. Haas, ACS Appl. Nano Mater. 2020, 3, 10634-10645).
Neben diesen Nachteilen ist ein weiteres Problem bei der Verwendung von PEG die Bildung von toxischen Nebenprodukten wie 1 ,4-Dioxan bei der Synthese und von PEG-Oligomeren durch sequenzielle Oxidation bei der Verwendung von PEG mit niedrigeren Molmassen (vergl. K. Knop, R. Hoogenboom, D. Fischer, U. S. Schubert, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6288-6308). Daher ist es wichtig, PEG-Alternativen zu schaffen.
Poly(2-n-alkyl-2-oxazoline) (nachstehend auch „PAOx“ genannt) mit kurzen Seitenketten zeigen eine ähnliche Hydrophilie, Biokompatibilität und „Stealth-Effekt“ und scheinen daher vielversprechende Kandidaten für einen Ersatz von PEG zu sein, was darüber hinaus in einem detaillierten Vergleich ihres Lösungsverhaltens bestätigt wurde (vergl. M. Grube, M. N. Leiske, U. S. Schubert, I. Nischang, Macromolecules 2018, 51, 1905-1916). Im Gegensatz zu PEG weisen PAOx aufgrund ihrer Seitenketten-Modifizierbarkeit auch eine höhere strukturelle Vielseitigkeit auf.
PAOx mit längeren Seitenketten sind hydrophob und können zur Herstellung von amphiphilen Copolymeren, Materialien mit geringer Oberflächenenergie oder Beschichtungen mit geringer Haftung verwendet werden. Thermische und kristalline Eigenschaften können auch durch Variationen in den PAOx-Seitenketten angepasst werden (vergl. R. Hoogenboom, M. W. M. Fijten, H. M. L. Thijs, B. M. van Lankvelt, U. S. Schubert, Designed Monomers and Polymers 2005, 8, 659-671; E. F. J. Rettler, J. M. Kranenburg, H. M. L. Lambermont-Thijs, R. Hoogenboom, U. S. Schubert, Macromolecular Chemistry and Physics 2010, 211, 2443-2448; K. Kempe, M. Lobert, R. Hoogenboom, U. S. Schubert, Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 2009, 47, 3829-3838; M. Beck, P. Birnbrich, U. Eicken, H. Fischer, W. E. Fristad, B. Hase, H. J. Krause, Die Angewandte Makromolekulare Chemie 1994, 223, 217-233; J. M. Rodriguez-Parada, M. Kaku, D. Y. Sogah, Macromolecules 1994, 27, 1571-1577; N. Oleszko-Torbus, A. Utrata-Wesolek, M. Bochenek, D. Lipowska-Kur, A. Dworak, W. Walach, Polymer Chemistry 2020, 11, 15-33; A. L. Demirel, P. Tatar Güner, B. Verbraeken, H. Schlaad, U. S. Schubert, R. Hoogenboom, Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 2016, 54, 721-729). Schubert und Kollegen berichteten zuvor von einer Abnahme der Glasübergangstemperatur (T_g) mit zunehmender Seitenkettenlänge für eine Reihe von Poly(2-n-alkyl-2-oxazolinen) bis Poly(2-pentyl-2-oxazolinen). Bei PAOx mit längeren Seitenketten wurden kristalline Eigenschaften mit einer von der Seitenkettenlänge unabhängigen Schmelztemperatur T_m beobachtet.
Polyoxazoline PAOx, wobei Poly(2-ethyl-2-oxazoline) von besonderem Interesse sind, scheinen also eine Alternative zu PEG darzustellen, da diese ebenfalls einen Tarnkappeneffekt wie PEG aufweisen. Es wird angenommen, dass PAOx-Lipide eine Alternative für PEG-Lipide darstellen können, beispielsweise für das PEG-Lipid ALC-0159, das im BioNTech mRNA Vakzin „Comirnaty^®“ eingesetzt wird.
Es gibt bereits Arbeiten, in denen PEG-Lipid-Alternativen synthetisiert worden sind. S. NOGUEIRA et al. stellten in Zusammenarbeit mit BioNTech Lipide aus Polysarcosin (pSar) her. Diese pSar-Lipide zeigten jedoch eine geringere Transfektion im Vergleich zu einer PEG-Lipid-Referenz, was sie zu einer unattraktiven Alternative für die Impfung macht (vergl. S. S. Nogueira, A. Schlegel, K. Maxeiner, B. Weber, M. Barz, M. A. Schroer, C. E. Blanchet, D. I. Svergun, S. Ramishetti, D. Peer, P. Langguth, U. Sahin, H. Haas, ACS Appl. Nano Mater. 2020, 3, 10634-10645).
M. BENTLEY et al. synthetisierten Lipide aus Polyoxazolinen, bei denen Phospholipide an das PAOx gekoppelt wurden (vergl. US 9,284,411 B2 und US 8,883,211 B2 ).
PAOx und PEG sind nicht biologisch abbaubar, aber für viele biomedizinische Anwendungen ist es wichtig, eine lange Akkumulation von Polymeren mit höheren Molekularmassen zu verhindern.
Es wäre daher wünschenswert, Lipide auf der Basis von biologisch abbaubaren Polyoxazolinen (nachstehend auch „degPAOx“ genannt) zur Verfügung zu haben, um die biologische Abbaubarkeit zu gewährleisten. Über die Synthese von degPAOx wurde bereits berichtet (vergl. N. E. Göppert, M. Kleinsteuber, C. Weber, U. S. Schubert, Macromolecules 2020, 53, 10837-10846) sowie WO 2022/106049 A1 .
Der Einsatz von PAOx-Lipiden und degPAOx-Lipiden ist nicht auf Impfstoffanwendungen beschränkt, sondern diese Lipide können allgemein als Trägermaterial für die Abgabe von Arzneimitteln oder Genen verwendet werden.
Mit Hilfe der analytischen Ultrazentrifugation können die hydrodynamischen Radien der PEG-Lipid-Alternativen gemessen werden. Auf diese Weise kann die molare Masse der PAOx-Lipide und degPOx-Lipide genau auf das hydrodynamische Volumen von kommerziellen PEG-Typen, z.B. des kommerziellen PEG-Lipids ALC-0159 abgestimmt werden, was einen potenziellen Ersatz der PEG-Lipide durch die PAOx-Lipide und degPAOx-Lipide in bestehenden biomedizinischen Anwendungen vereinfacht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung neuer polymerer Lipide, die sich als Ersatz von PEG-Lipiden eignen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von einfachen Methoden zur Herstellung dieser polymeren Lipide.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Bereitstellung von einer ersten Gruppe von Polymeren der Formeln (I) oder (II)

oder durch die Bereitstellung von einer zweiten Gruppe von Polymeren enthaltend, bezogen auf alle Struktureinheiten, 10 bis 95 mol % an Struktureinheiten der Formel (III), 5 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (IV) und 0 bis 20 mol % an Struktureinheiten der Formel (V)
oder enthaltend 10 bis 95 mol % an Struktureinheiten der Formel (VI), 5 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (VII) und 0 bis 20 mol % an Struktureinheiten der Formel (VIII)
wobei mindestens eine der Struktureinheiten der Formel (III), (IV) oder (V) oder der Formel (VI), (VII) oder (VIII) mit der Gruppierung -CHR⁴-, -CHR⁵- oder -CHR⁷- oder mit der Gruppierung -CHR⁵-, -CHR⁷- oder -CHR¹⁰- kovalent mit einem Rest R² verbunden ist,
worin
Ini ein von einem Initiator der kationischen Polymerisation abgeleiteter Rest ist,
R¹ ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff oder C₁-C₄ Alkyl,
R² ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus -OR¹¹, -OCO-R¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³, -NR¹²-R¹⁴-CO-NR¹³R¹⁵, -O-R¹⁶-(O-OC-R¹⁸)_m und
R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl bedeuten,
R¹¹ C₆-C₂₀-Alkyl ist,
R¹² und R¹⁵ unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl sind,
R¹³ C₆-C₂₀-Alkyl bedeutet,
R¹⁴ Alkylen, Cycloalkylen, Arylen oder Aralkylen bedeutet,
R¹⁶ ein m+1-wertiger aliphatischer Kohlenwasserstoffrest ist
m eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist,
R¹⁸ C₆-C₂₀-Alkyl bedeutet, mit der Maßgabe, dass mehrere Reste R¹⁸ eines Restes R¹⁶ im Rahmen der gegebenen Definitionen unterschiedlich sein können,
R¹⁷ ein dreiwertiger bicyclischer Rest ist, und
w eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 5000 bedeutet.
Unter „Polymeren“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die oben genannten organischen Verbindungen zu verstehen, die durch Wiederholung von bestimmten Einheiten (Monomereinheiten oder Wiederholungseinheiten) gekennzeichnet sind. Polymere können aus einer Art oder aus mehreren Arten verschiedener Wiederholungseinheiten bestehen. Polymere werden durch die chemische Reaktion von Monomeren unter Ausbildung von kovalenten Bindungen hergestellt (Polymerisation) und bilden durch Verknüpfen der polymerisierten Einheiten das sogenannte Polymerrückgrad. Dieses kann Seitenketten aufweisen, an denen sich funktionelle Gruppen befinden können. Besitzen Polymere zum Teil hydrophobe Eigenschaften, können sie in wässriger Umgebung nanoskalige Strukturen (z.B. Nanopartikel, Mizellen, Vesikel) ausbilden. Homopolymere bestehen nur aus einer Monomereinheit. Copolymere bestehen hingegen aus mindestens zwei unterschiedlichen Monomereinheiten, welche statistisch, als Gradient, alternierend oder als Block angeordnet sein können.
Bei den erfindungsgemäßen Polymeren handelt es sich um funktionalisierte Poly(oxazoline) oder Poly(oxazine). Erstere leiten sich von Oxazolinen ab und letztere von Oxazinen. In der folgenden Beschreibung wird hauptsächlich auf die Herstellung und Verwendung von Poly(oxazolinen) abgestellt. Diese Ausführungen gelten sinngemäß auch für die homologen Poly(oxazine).
Unter „Lipiden“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Substanzen zu verstehen, welche ganz oder zumindest größtenteils wasserunlöslich (hydrohob) sind und die sich gut in hydrophoben (lipophilen) Lösungsmitteln lösen. Lipide sind amphiphil und stellen eine Untergruppe der Tenside dar. In polaren Lösungsmitteln wie Wasser bilden Lipide of Mizellen, Vesikel oder Membranen.
Unter „Wirkstoffen“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Verbindungen oder Gemische von Verbindungen zu verstehen, die auf einen lebenden Organismus eine gewünschte Wirkung ausüben. Dabei kann es sich z.B. um pharmazeutische Wirkstoffe oder um agrochemische Wirkstoffe handeln. Wirkstoffe können nieder- oder hochmolekulare organische Verbindungen sein. Bevorzugt handelt es sich bei den Wirkstoffen um niedermolekulare pharmazeutisch wirksame Substanzen oder um höhermolekulare pharmazeutisch wirksame Substanzen, wobei inbesondere hydrophile Wirkstoffe aus potentiell therapeutisch nutzbaren Nukleinsäuren (z.B. short interferin RNA, short hairpin RNA, micro RNA, messenger RNA, plasmid DNA) oder aus potentiell nutzbaren Proteinen (z.B. Antikörper, Interferone, Zytokine) eingesetzt werden können. Bevorzugte Beispiele für Wirkstoffe sind Vakzine oder Nukleinsäuren.
Wirkstoffe können dabei solche sein, die ohne Einschluss in einen Nanopartikel oder ein Liposom lediglich eine geringe oder keine Bioverfügbarkeit haben, eine geringe bzw. keine Stabilität in vivo aufweisen oder nur in bestimmten Zellen eines Organismus wirken sollen.
Unter „Hilfs- und Zusatzstoffen“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Substanzen zu verstehen, die einer Formulierung zugesetzt werden, um dieser bestimmte zusätzliche Eigenschaften zu verleihen und/oder um deren Verarbeitung zu erleichtern. Beispiele für Hilfs- und Zusatzsstoffe sind Tracer, Kontrastmittel, Trägerstoffe, Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Parfums, Gleitmittel, UV-Stabilisatoren, Antioxidantien oder Tenside. Insbesondere ist unter „Hilfs-und Zusatzstoffen“ jede pharmakologisch verträgliche und therapeutisch sinnvolle Substanz zu verstehen, die kein pharmazeutischer Wirkstoff ist, jedoch zusammen mit einem pharmazeutischen Wirkstoff in einer pharmazeutischen Zusammensetzung formuliert werden kann, um qualitative Eigenschaften der pharmazeutischen Zusammensetzung zu beeinflussen, insbesondere zu verbessern. Bevorzugt entfalten die Hilfs- und/oder Zusatzstoffe keine oder im Hinblick auf die beabsichtigte Behandlung keine nennenswerte oder zumindest keine unerwünschte pharmakologische Wirkung.
Bei Ini handelt es sich um einen Rest, der sich von dem Initiator der kationischen Polymerisation ableitet, welche zur Ausbildung des Poly-(oxazolins) führt. Bei Ini kann es sich um einen organischen Rest, wie Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl oder Heterocyclyl handeln. Es kommen aber auch andere Reste in Frage. Beispiele für solche Reste finden sich in US 8,883,211 B2 .
Reste R¹²,R¹⁵ und Ini können Alkyl bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um Alkylgruppen mit ein bis zwanzig Kohlenstoffatomen, die geradkettig oder verzweigt sein können. Beispiele dafür sind Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl oder Eicosyl.
Reste R¹¹, R¹³ und R¹⁸ können C₆-C₂₀ Alkyl bedeuten. Dabei handelt es sich um Alkylgruppen mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, die geradkettig oder verzweigt sein können. Beispiele dafür sind Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl oder Eicosyl.
Rest R¹ kann C₁-C₄ Alkyl bedeuten. Dabei handelt es sich um Alkylgruppen mit ein bis vier Kohlenstoffatomen, die geradkettig oder verzweigt sein können. Beispiele dafür sind Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl.
Vorzugsweise handelt es sich bei R¹ um Methyl, Ethyl oder Propyl, besonders bevorzugt um Methyl oder Ethyl.
Rest Ini kann Cycloalkyl bedeuten Dabei handelt es sich in der Regel um Cycloalkylgruppen mit fünf bis sechs Ringkohlenstoffatomen. Besonders bevorzugt ist Cyclohexyl.
Rest Ini kann Aryl bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um aromatische Kohlenwasserstoffreste mit fünf bis zehn Ringkohlenstoffatomen. Bevorzugt ist Phenyl.
Rest Ini kann Aralkyl bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um Arylgruppen, die über eine Alkylengruppe mit dem Rest des Moleküls verbunden sind. Bevorzugt ist Benzyl.
Rest Ini kann Heterocyclyl bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um aromatische oder nicht-aromatische Kohlenwasserstoffreste mit fünf bis zehn Ringkohlenstoffatomen, die ein oder zwei Heteroatome, wie Stickstoff und/oder Sauerstoff und/oder Schwefel im Ring aufweisen.
Rest R¹⁴ kann Alkylen bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um Alkylenylgruppen mit ein bis sechs Kohlenstoffatomen, die geradkettig oder verzweigt sein können. Beispiele für Alkylenreste sind Methylen, Ethylen, Propylen, Butylen, Pentylen, und Hexylen. Bevorzugt sind Ethylen, Propylen und Butylen und insbesondere Ethylen.
Rest R¹⁴ kann Cycloalkylen bedeuten Dabei handelt es sich in der Regel um Cycloalkylengruppen mit fünf bis sechs Ringkohlenstoffatomen. Besonders bevorzugt ist Cyclohexylen.
Rest R¹⁴ kann Arylen bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um zweiwertige aromatische Kohlenwasserstoffreste mit fünf bis zehn Ringkohlenstoffatomen. Bevorzugt ist Phenylen.
Rest R¹⁴ kann Aralkylen bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um Arylengruppen, die eine Alkylengruppe aufweisen, wobei die Verbindung des Aralkylenrests mit dem Rest des Moleküls über die Arylengruppe und die Alkylengruppe erfolgt. Bevorzugt ist Benzylen.
R¹⁶ ist ein zwei- bis sechswertiger (m+1-wertiger) aliphatischer Kohlenwasserstoffrest, der sich von einem m+1-wertigen aliphatischen Alkohol ableitet. Eines der OH-Sauerstoffatome dieses Alkohols ist kovalent mit dem Polyoxazolin verbunden. Die übrigen OH-Reste dieses Alkohols sind mit Fettsäuren verestert. Bei Vorliegen von mehreren Estergruppen im Rest können diese sich jeweils von gleichen oder unterschiedlichen Fettsäuren ableiten. Beispiele für zweiwertige Alkohole sind Ethylenglykol oder Propylenglykol; Beispiele für dreiwertige Alkohole sind Glycerin oder Trimethylolpropan; ein Beispiel für einen vierwertigen Alkohol ist Pentaerythrit; und Beispiele für sechswertige Alkohole sind Zuckeralkohole. Bevorzugt ist R¹⁶ ein Rest, der sich von Glycerin ableitet.
Rest R¹⁷ ist ein dreiwertiger bicyclischer Rest. Dabei handelt es sich in der Regel um dreiwertige Reste, die aus zwei Cycloalkylgruppen aufgebaut sind, wobei einer dieser Reste drei Ringkohlenstoffatome und der andere dieser Reste fünf bis acht Ringkohlenstoffatome aufweist. Der größere dieser Ringe enthält eine Doppelbindung. Die Verbindungen mit dem Rest des Moleküls erfolgen über eine kovalente Bindung, die vom Rest mit den drei Ringkohlenstoffatomen ausgeht und über zwei weitere kovalente Bindungen, die vom Rest mit den fünf bis acht Ringkohlenstoffatomen ausgehen.
Bei der ersten Gruppe der erfindungsgemäßen Polymere handelt es sich um lineare Polymere.
Bei der zweiten Gruppe der erfindungsgemäßen Polymere kann es sich um lineare oder verzweigte Polymere handeln. Bevorzugt sind hier lineare Polymere.
Lineare Polymere dieser zweiten Gruppe haben Strukturen der Formel (IX) oder (X)

worin R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ die weiter oben definierte Bedeutung besitzen,
x und y unabhängig voneinander ganze Zahlen im Bereich von 1 bis 5000 bedeuten, z eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis 1000 ist, mit der Maßgabe, dass der molare Anteil der mit []_x bezeichneten Struktureinheiten 10 bis 95 mol.-% beträgt, der molare Anteil der mit []_y bezeichneten Struktureinheiten 5 bis 90 mol.-% beträgt, und der molare Anteil der mit []_z bezeichneten Struktureinheiten 0 bis 20 mol.-% beträgt, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der mit []_x, []_y und []_z bezeichneten Struktureinheiten.
Die Löslichkeit der erfindungsgemäßen Polymere kann durch Co-Polymerisation mit geeigneten Monomeren und/oder durch Funktionalisierung beeinflusst werden. Dem Fachmann sind solche Techniken bekannt.
Die erfindungsgemäßen Polymere können einen weiten Molmassenbereich umfassen. Typische Momassen (M_n) bewegen sich im Bereich von 1.000 bis 500.000 g/mol, insbesondere von 1.000 bis 50.000 g/mol. Diese Molmassen können durch ¹H-NMR-Spektroskopie des gelösten Polymers bestimmt werden. Insbesondere lassen sich zur Bestimmung der Molmassen eine analytische Ultrazentrifuge oder chromatographische Methoden, wie die Größenausschlusschromatographie, einsetzen.
Bevorzugte erfindungsgemäße Polymere weisen eine mittlere Molmasse (Zahlenmittel) im Bereich von 1.000 bis 50.000 g/mol, insbesondere von 3.000 bis 10.000 g/mol auf, ermittelt durch ¹H-NMR-Spektroskopie oder durch Verwendung einer analytischen Ultrazentrifuge.
R¹ bedeutet Wasserstoff oder C₁-C₄ Alkyl. Bevorzugt bedeutet R¹ Wasserstoff oder C₁-C₃-Alkyl, insbesondere C₁-C₂-Alkyl, und ganz besonders bevorzugt Ethyl.
R² bedeutet-OR¹¹, -OCO-R¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³, -NR¹²-R¹⁴-CO-NR¹³R¹⁵, -O-R¹⁶-(O-OC-R¹⁸)_m und
Bevorzugt bedeutet R²-OR¹¹, -OCO-R¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹ und -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³.
Besonders bevorzugt bedeutet R² -OCO-R¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹ und -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³.
Ganz besonders bevorzugt bedeutet R² -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³.
Bei R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ handelt es sich unabhängig voneinander um Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl.
Vorzugsweise handelt es sich bei R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ unabhängig voneinander um Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und insbesondere nur um Wasserstoff.
R¹¹ und R¹⁸ sind C₆-C₂₀-Alkyl. Vorzugsweise handelt es sich bei R¹¹ und R¹⁸ um C₈-C₁₈ Alkyl und insbesondere um C₁₀-C₁₄ Alkyl.
R¹² und R¹⁵ bedeuten unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl. Vorzugsweise handelt es sich bei R¹² und R¹⁵ um C₈-C₁₈ Alkyl und insbesondere um C₁₀-C₁₄ Alkyl.
R¹³ bedeutet C₆-C₂₀-Alkyl. Vorzugsweise handelt es sich bei R¹³ um C₈-C₁₈ Alkyl und insbesondere um C₁₀-C₁₄ Alkyl.
R¹⁴ bedeutet Alkylen, Cycloalkylen, Arylen oder Aralkylen. Vorzugsweise handelt es sich bei R¹⁴ um C₁-C₆ Alkylen, insbesondere um C₂-C₄ Alkylen insbesondere um C₂ Alkylen.
m ist eine ganze Zahl von 1 bis 5, vorzugsweise 2 oder 3 und insbesondere 2.
R¹⁶ ist ein zwei- bis sechswertiger aliphatischer Kohlenwasserstoffrest. Dieser leitet sich von einem zwei- bis sechwertigen aliphatischen Alkohol ab. Vorzugsweise ist R¹⁶ ein dreiwertiger aliphatischer Kohlenwasserstoffrest. Besonders bevorzugt leitet sich R¹⁶ von Glycerin ab.
R¹⁷ ist ein dreiwertiger bicyclischer Rest. Bevorzugt sind Reste der Formel
w ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 5000. Bevorzugt ist w eine ganze Zahl im Bereich von 5 bis 500 und insbesondere im Bereich von 10 bis 200.
x und y sind unabhängig voneinander ganze Zahlen im Bereich von 1 bis 5000. Bevorzugt sind x und y unabhängig voneinander ganze Zahlen im Bereich von 5 bis 500 und insbesondere im Bereich von 10 bis 200.
z ist eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis 1000. Bevorzugt ist z eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis 100 und insbesondere im Bereich von 0 bis 50.
Die Werte für x, y und z sind im Enzelfall so zu wählen, dass der molare Anteil der mit []_x bezeichneten Struktureinheiten 10 bis 95 mol.-% beträgt, der molare Anteil der mit []_y bezeichneten Struktureinheiten 5 bis 90 mol.-% beträgt, und der molare Anteil der mit []_z bezeichneten Struktureinheiten 0 bis 20 mol.-% beträgt. Diese Prozentangaben beziehen sich dabei jeweils auf die Gesamtmenge der mit []_x, []_y und []_z bezeichneten Struktureinheiten.
Der molare Anteil der mit []_x bezeichneten Struktureinheiten in den erfindungsgemäßen Copolymeren beträgt vorzugsweise 20 bis 90 mol % und insbesondere 30 bis 70 mol %, bezogen auf die Gesamtmenge der mit []_x, []_y und []_z bezeichneten Struktureinheiten.
Der molare Anteil der mit []_y bezeichneten Struktureinheiten in den erfindungsgemäßen Copolymeren beträgt vorzugsweise 10 bis 80 mol % und insbesondere 30 bis 70 mol %, bezogen auf die Gesamtmenge der mit []_x, []_y und []_z bezeichneten Struktureinheiten.
Der molare Anteil der mit []_z bezeichneten Struktureinheiten in den erfindungsgemäßen Copolymeren beträgt vorzugsweise 0 bis 10 mol % und insbesondere 0 bis 5 mol %, bezogen auf die Gesamtmenge der mit []_x, []_y und []_z bezeichneten Struktureinheiten.
Ini ist ein von einem Initiator der kationischen Polymerisation abgeleiteter Rest, vorzugsweise ein organischer Rest. Dabei kann es sich um Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl oder Heterocyclyl handeln. Bevorzugt sind Alkyl und Aryl, besonders bevorzugt C₁-C₆ Alkyl, insbesondere Methyl.
Bevorzugt sind Polymere der Formeln (I) oder (IX), insbesondere Polymere der Formel (I).
Bevorzugt sind Polymere mit einem Rest Ini ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Aralkyl oder Carboxyalkyl.
Ebenfalls bevorzugt sind Polymere, bei denen R¹ C₁-C₃-Alkyl bedeutet, insbesondere Methyl oder Ethyl.
Außerdem bevorzugt sind Polymere, bei denen R² ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³ und
besonders bevorzugt ist R² ein Rest der Formel -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³.
Weiterhin bevorzugt sind Polymere, bei denen R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ Wasserstoff bedeuten.
Auch sind Polymere bevorzugt, bei denen R¹¹ oder R¹⁸ C₈-C₁₆-Alkyl ist.
Ferner bevorzugt sind Polymere, bei denen R¹² und R¹⁵ C₆-C₂₀ Alkyl sind, insbesondere C₈-C₁₆-Alkyl.
Außerdem sind Polymere bevorzugt, bei denen R¹³ C₈-C₁₆-Alkyl ist.
Auch sind Polymere bevorzugt, bei denen R¹⁴ C₂-C₄ Alkylen bedeutet, insbesondere Ethylen.
Bei weiteren bevorzugten Polymeren bedeutet m 2 oder 3, insbesondere 2.
Zu weiteren bevorzugten Polymeren zählen solche, bei denen R¹⁶ ein von Glycerin abgeleiteter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest ist.
Auch sind Polymere bevorzugt, bei denen R¹⁷ ein Rest der Formel
ist.
Ganz besonders bevorzugt werden Polymere, bei denen w eine ganze Zahl im Bereich von 5 bis 500 bedeutet, x und y unabhängig voneinander ganze Zahlen im Bereich von 5 bis 500 bedeuten, z eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis 100 ist, mit der Maßgabe, dass der molare Anteil der mit []_x bezeichneten Struktureinheiten 20 bis 90 mol.-% beträgt, der molare Anteil der mit []_y bezeichneten Struktureinheiten 10 bis 80 mol.-% beträgt, und der molare Anteil der mit []_z bezeichneten Struktureinheiten 0 bis 20 mol.-% beträgt, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der mit []_x, []_y und []_z bezeichneten Struktureinheiten.
Äußerst bevorzugt sind Polymere der Formel (I), bei denen R¹ Ethyl ist, R² -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³ bedeutet, R³ und R⁴ Wasserstoff bedeuten, R¹² und R¹³ unabhängig voneinander C₈-C₁₆ Alkyl bedeuten, R¹⁴ C₂-C₄ Alkylen, insbesondere Ethylen bedeutet, und w eine ganze Zahl im Bereich von 5 bis 200 bedeutet.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polymere kann mit den üblichen Polymerisationsverfahren erfolgen. Beispiele dafür sind die Polymerisation in Substanz, die Polymerisation in Lösung oder die Emulsions- bzw. Suspensionspolymerisation. Dem Fachmann sind diese Vorgehensweisen bekannt. Bevorzugt ist die Lösungspolymerisation.
Als Oxazoline zur Herstellung der erfindungsgemäßen Poly(oxazolin)e werden 2-Oxazoline (4,5-Dihydrooxazole) mit einer C=N-Doppelbindung zwischen dem Kohlenstoffatom 2 und dem Stickstoffatom eingesetzt. Diese können am 2-, 4- und/oder 5-Kohlenstoffatom und/oder am 3-Stickstoffatom substituiert sein, vorzugsweise am 2-Kohlenstoffatom und/oder am 3-Stickstoffatom.
Bevorzugt werden 2-Oxazoline eingesetzt, welche an 2-Position einen Substituenten enthalten. Beispiele für solche Substituenten sind Methyl oder Ethyl.
Die erfindungsgemäßen Polymere leiten sich von Poly(oxazolinen) oder Poly-(oxazinen) mit ausgewählten Endgruppen ab. Diese Endgruppen werden durch Funktionalisierung modifiziert. Die dafür nötigen Techniken sind dem Fachmann bekannt.
Beispiele für Endgruppen der Poly(oxazolin)- oder Poly(oxazin)- Ausgangsmaterialien der erfindungsgemäßen Polymere sind Halogenatome, wie Fluor, Chlor, Brom oder lod; oder Azidgruppen -N₃; oder Fluor(alkyl)-sulfonsäureestergruppen, wie die Nonaflatgruppe -OSO₂C₄F₉, die Trifluormethansulfonatgruppe -OSO₂CF₃ oder die Fluorsulfonatgruppe -OSO₂F; oder Aryl- bzwl Alkylsulfonsäuregruppen, wie die Tosylgruppe CH₃-C₆H₄-SO₂- oder die Mesylgruppe CH₃-SO₂-; die unsubstituierte, einfach- oder zweifach-substitutierte Aminogruppe -NH₂, -NHR oder -NR₂ (mit R = einwertiger organischer Rest), die Hydroxylgruppe -OH, die Thiolgruppe -SH, oder die Estergruppe -OCOR, die Thioestergruppe -SCOR; die Phthalimidgruppe oder die Cyanogruppe -CN sowie weitere funktionelle Gruppen, die durch Modifikation dieser Endgruppen erhalten werden können.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polymeren kann in Analogie zu bekannten Verfahren der organischen Chemie erfolgen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polymeren kann nach unterschiedlichen Verfahren erfolgen.
Gemeinsam den Verfahren zur Herstellung der Polymeren der Formeln (I), (II), (IX) oder (X), dass die Herstellung von Poly(oxazolinen) oder von Poly/oxazinen) durch kationische Ringöffnungspolymerisation von Oxazolinen oder Oxazinen erfolgt. Die Polymerisation wird vorzugsweise in Lösung durchgeführt und in Gegenwart eines Initiators. Beispiele für Initiatoren sind Elektrophile, wie Salze oder Ester von aromatischen Sulfonsäuren oder Carbonsäuren oder Salze oder Ester von aliphatischen Sulfonsäuren oder Carbonsäuren oder aromatische Halogenverbindungen. Beispiele für bevorzugte Initiatoren sind Ester der Arylsulfonsäuren, wie Methyltosylat, Ester der Alkan-sulfonsäuren, wie Trifluormethansulfonsäure, oder Mono- oder Dibrombenzol.
Als Lösungsmittel werden üblicherweise polare aprotische Lösungsmittel eingesetzt, beispielsweise Acetonitril, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Ethylencarbonat oder Dimethylsulfon.
Die Reaktionstemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 20 und 180°C, insbesondere im Bereich von 70 bis 130°C.
Die Reaktionsdauer bei der Polymerisation beträgt im Allgemeinen zwischen 5 Minuten und 24 Stunden.
Die Hydrolyse von Poly(oxazolinen) oder Poly(oxazinen) wird vorzugsweise in Lösung durchgeführt, insbesondere in wässriger oder alkoholisch-wässriger Lösung. Als Säuren können anorganische oder organische Säuren verwendet werden. Vorzugsweise werden Mineralsäuren oder Carbonsäuren eingesetzt. Beispiele dafür sind Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Essigsäure oder Ameisensäure, vorzugsweise Essigsäure. Als Basen eignen sich beispielsweise Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid.
Die Reaktionstemperatur bei der Hydrolyse liegt im Allgemeinen zwischen 20 und 120°C, insbesondere im Bereich von 30 bis 80°C.
Die Reaktionsdauer bei der Hydrolyse beträgt im Allgemeinen zwischen 5 Minuten und 24 Stunden.
Die Herstellung von „degPAOx“ als Ausgangsmaterialien für die Erzeugung der zweiten Gruppe der erfindungsgemäßen Polymeren wird beispielsweise in WO 2022/106049 A1 beschrieben.
Bevorzugt werden Verfahren, bei denen das eingesetzte Poly-(oxazolin) oder Poly(oxazin) durch Hydrolyse, insbesondere durch saure Hydrolyse erhalten wird.
Die Endgruppen der als Ausgangsstoffe eingesetzten Poly(oxazoline) oder Poly(oxazine) können vor einer Weiterverarbeitung weiter modifiziert werden.
So lassen sich beispielsweise Polymere mit einer Carboxylat-Endgruppe zu Polymeren mit einer Hydroxyl-Endgruppe umsetzen. Dieses kann durch Verseifung in einer wässrigen oder wässrig-alkoholischen Lösung in Gegenwart einer starken Lauge, beispielsweise eines Alkalialkoholats, wie Natriuimmethanolat, erfolgen.
Die Reaktionstemperatur bei der Verseifung liegt im Allgemeinen zwischen 10 und 120°C, insbesondere im Bereich von 20 bis 60°C.
Die Reaktionsdauer bei der Verseifung beträgt im Allgemeinen zwischen 1 und 24 Stunden.
Polymere mit einer Hydroxyl- oder mit Amino-Endgruppe können durch Umsetzung mit Dicarbonsäureanhydriden weiter modifiziert werden. Dabei entstehen Polymere mit Carboxyl-Endgruppen. So lassen sich beispielsweise Polymere mit einer Hydroxyl-Endgruppe zu Polymeren mit einer Endgruppe umsetzen, die von Dicarbonsäuren abgeleitet ist, beispielsweise bei einer Umsetzung eines hydroxyl-terminierten Polymeren mit dem Anhydrid einer aliphatischen Dicarbonsäure, wie Bernsteinsäureanhydrid. Die Umsetzung kann in einem aprotischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, in Gegenwart von tertiären Aminen, wie Dimethylaminopyridin und Triethylamin, erfolgen.
Die Reaktionstemperatur bei dieser Umsetzung liegt im Allgemeinen zwischen 10 und 120°C, insbesondere im Bereich von 20 bis 60°C.
Die Reaktionsdauer bei dieser Umsetzung beträgt im Allgemeinen zwischen 1 und 24 Stunden.
Schließlich können Polymere mit einer Endgruppe, die von Dicarbonsäuren abgeleitet ist, durch Umsetzung mit einem primären oder sekundären Amin weiter modifiziert werden. Dabei entstehen Polymere mit Amid-Endgruppen. So lässt sich beispielsweise die Carboxyl-Endgruppe von Polymeren mit einer Endgruppe, die von Dicarbonsäuren abgeleitet ist, durch Umsetzung mit einem primären oder sekundären Amin ein ein entsprechendes Carbonsäureamid überführen. Die Umsetzung kann in einem polaren, aprotischen Lösungsmittel, wie Chloroform, in Gegenwart von tertiären Aminen, wie Dimethylaminopyridin, erfolgen. Die Umsetzung erfolgt außerdem in Gegenwart von bekannten Kopplungsreagenzien, beispielsweise N-Hydroxysuccinimidester (NHS-Ester), N-Hydroxysuccinimid (NHS), Dicyclohexylcarbodiimidester (DCC-Ester) oder 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimidester (EDC-Ester) bzw. 1-Ethyl-3-(3-dimethylamino-propyl)-carbodiimid-hydrochlorid (EDC-HCL).
Die Reaktionstemperatur bei dieser Umsetzung liegt im Allgemeinen zwischen 10 und 120°C, insbesondere im Bereich von 20 bis 60°C.
Die Reaktionsdauer bei dieser Umsetzung beträgt im Allgemeinen zwischen 1 und 24 Stunden.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polymere können in Abhängigkeit von der Natur des Restes R² unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polymeren mit degPAOx-Resten können darüber hinaus noch weitere Variationen bei den Herstellungsverfahren zum Einsatz gelangen.
Die Polymeren der Formel (I) oder (II), in denen R² -OR¹¹ oder -OCO-R¹¹ bedeutet, können durch ein Verfahren mit den folgenden Maßnahmen hergestellt werden:

a) Bereitstellen eines Polymeren der Formel (Ia)) oder (IIa) durch kationische Polymerisation eines 2-Oxazolins oder eines 2-Oxazins in Gegenwart eines Initiators der kationischen Polymerisation
b) Terminieren der kationischen Polymerisation durch Zusatz einer Verbindung der Formel (XI) (XII) oder (XIIa) R¹¹-OH (XI), R¹¹-COOH (XII), R¹¹-CO-O-OC-R¹¹ (XIIa),

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Die Polymeren der Formel (I) oder (II), in denen R²
bedeutet,
können durch ein Verfahren mit den folgenden Maßnahmen hergestellt werden:

a) Bereitstellen eines Polymeren der Formel (Ia)) oder (IIa) durch kationische Polymerisation eines 2-Oxazolins oder eines 2-Oxazins in Gegenwart eines Initiators der kationischen Polymerisation

worin Ini, R¹, R³, R⁴, R⁵ und w die weiter oben definierte Bedeutung besitzen, i eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und An ein i-wertiges Anion ist,
c) Terminieren der kationischen Polymerisation durch Zusatz eines anorganischen oder organischen Azids, wobei ein Azid-terminiertes Polymer der Formel (Ib) oder (IIb) entsteht,
d) Umsetzen des aus Schritt c) erhaltenen Azid-terminierten Polymeren der Formel (Ib) oder (IIb) mit einem Cycloalkin der Formel (XIII) zu einem Ester-terminierten Polymeren der Formel (Ic) oder (IIc)

mit R =
und
e) Umsetzen des Ester-terminierten Polymeren der Formel (Ic) oder (IIc) mit einem Amin der Formel (XIV) R¹²R¹³NH ( XV) zu einem Polymeren der Formel (I) oder (II), in dem R² die oben definierte Bedeutung besitzt, worin in diesen Formeln Ini, R¹, R³, R⁴, R⁵, R¹², R¹³ und w die weiter oben definierte Bedeutung besitzen, i eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und An ein i-wertiges Anion ist.

Die Polymeren der Formel (I) oder (II), in denen R² -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹ oder -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³ bedeutet, können durch ein Verfahren mit den folgenden Maßnahmen hergestellt werden:

a) Bereitstellen eines Polymeren der Formel (Ia)) oder (IIa) durch kationische Polymerisation eines 2-Oxazolins oder eines 2-Oxazins in Gegenwart eines Initiators der kationischen Polymerisation
f) Terminieren der kationischen Polymerisation durch Zusatz einer Verbindung der Formel (XII) oder (XIIa) zu einem Hydroxyl-terminierten Polymeren der Formel (Id) oder (IId) R¹¹-COOH (XII), R¹¹-CO-O-OC-R¹¹ (XIIa),
g) Umsetzen der Polymeren der Formel (Id) oder (IId) mit einem Anhydrid der Formel (XVI) zu Polymeren der Formeln (Ie) oder (IIe)

und
h) Umsetzen der Polymeren der Formel (Ie) oder (IIe) aus Schritt g) mit einem Alkohol der Formel (XI) oder mit einem Amin der Formel (XV) zu Polymeren der Formeln (I) oder (II), in denen R² die weiter oben definierte Bedeutung besitzt, R¹¹ -OH (XI), R¹²R¹³NH (XV) worin in diesen Formeln Ini, R¹, R³, R⁴, R⁵, R¹¹, R¹², R¹³, R¹⁴ und w die weiter oben definierte Bedeutung besitzen, i eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und An ein i-wertiges Anion bedeutet.

Die Polymeren der Formel (I) oder (II), in denen R² -O-R¹⁶-(O-OC-R¹⁸)_m bedeutet, können durch ein Verfahren mit den folgenden Maßnahmen hergestellt werden:

a) Bereitstellen eines Polymeren der Formel (la) oder (Ila) durch kationische Polymerisation eines 2-Oxazolins oder eines 2-Oxazins in Gegenwart eines Initiators der kationischen Polymerisation
i) Terminieren der kationischen Polymerisation durch Zusatz einer Carbonsäure, vorzugweise von Essigsäure zu einem Carboxylterminierten Polymeren der Formel (If) oder (IIf)
j) Umsetzen der Polymeren der Formel (If) oder (IIf) aus Schritt i) mit einem Alkalialkoholat, vorzugsweise mit Natriummethanolat, zu Polymeren der Formeln (Ig) oder (IIg)
k) Umsetzen der Polymeren der Formel (Ig) oder (IIg) aus Schritt j) mit einem Dicarbonsäureanhydrid der Formel (XVI), vorzugsweise mit Bernsteinsäureanhydrid, zu Polymeren der Formeln (Ih) oder (IIh)

und
l) Umsetzen der Polymeren der Formel (Ih) oder (IIh) aus Schritt k) mit einem Alkohol der Formel (XVII) zu Polymeren der Formeln (I) oder (II), in denen R² die weiter oben definierte Bedeutung besitzt, H-O-R¹⁶-(O-OC-R¹⁸)_m (XVII)

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Die Polymeren der Formel (I) oder (II), in denen R² -NR¹²-R¹⁴-CO-NR¹³R¹⁵ bedeutet, können durch ein Verfahren mit den folgenden Maßnahmen hergestellt werden:

a) Bereitstellen eines Polymeren der Formel (Ia)) oder (IIa) durch kationische Polymerisation eines 2-Oxazolins oder eines 2-Oxazins in Gegenwart eines Initiators der kationischen Polymerisation
m) Terminieren der kationischen Polymerisation durch Zusatz eines Alkalimetal-Phthalmids zu einem N-Phthalimid-terminierten Polymeren,
n) Umsetzen der Polymeren aus Schritt m) mit Hydrazin zu Polymeren der Formeln (Ii) oder (IIi)
o) Umsetzen der Polymeren der Formel (Ii) oder (IIi) aus Schritt n) mit einem Dicarbonsäureanhydrid der Formel (XVI), vorzugsweise mit Bernsteinsäureanhydrid, zu Polymeren der Formeln (Ij) oder (IIj)

und
p) Umsetzen der Polymeren der Formel (Ij) oder (IIj) aus Schritt o) mit einem Amin der Formel (XV) zu Polymeren der Formeln (I) oder (II), in denen R² die weiter oben definierte Bedeutung besitzt, R¹²R¹³NH (XV)

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Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Copolymeren der zweiten Polymergruppe, also von Copolymeren, die degPAOx Reste enthalten also Struktureinheiten der Formeln (III), (IV) und gegebenenfalls (V) oder der Formeln (VI), (VII) und gegebenenfalls (VIII), kann von unterschiedlichen Ausgangsmaterialien ausgegangen werden.
Diese Copolymeren können linear oder verzweigt sein.
Bei den linearen Typen handelt es sich um Copolymere der Formeln (IX) oder (X). Diese können in Analogie zu den linearen Polymeren der ersten Gruppe, also den Polymeren der Formeln (I) oder (II) hergestellt werden. Dazu werden mit Resten R² funktionalisierte Polyoxazoline oder Polyoxazine ganz oder teilweise hydrolysiert. Die erhaltenen Copolymeren werden sodann oxidiert und im Falle einer vollständigen Hydrolyse reacyliert, was direkt zu den erfindungsgemäßen Copolymeren der zweiten Polymergruppe führt. Einzelheiten zur Herstellung von Copolymeren der Formeln (IX) und (X) sind weiter unten aufgeführt.
Die verzweigten Typen der degPAOx enthaltenden Copolymere können durch eine partielle Oxidation von mit Resten R² funktionalisierten Polyalkylenimine partiell oxidiert werden und das resultierende Produkt kann beispielsweise über eine Umsetzung mit einem aktivierten Acylderivat, wie einem aktivierten Ester oder mit einem Acylhalogenid zu einem Copolymeren der zweiten Polymergruppe funktionalisiert werden. Einzelheiten zur Herstellung dieser Copolymeren sind weiter unten aufgeführt. Kommerziell erhältliche Polyethylenimine besitzen üblicherweise eine verzweigte Struktur; daher sind auch die davon abgeleiteten Polymere verzweigt.
Diese Herstellungsverfahren von degPAOx-Copolymeren werden in der WO 2022/106049 A1 offenbart.
Die linearen Polymeren der Formel (IX) oder (X), in denen R²-OR¹¹ oder -OCO-R¹¹ bedeutet, können durch ein Verfahren mit den folgenden Maßnahmen hergestellt werden:

q) Bereitstellen eines Polymeren der Formel (I)) oder (II), worin R²-OR¹¹ oder -OCO-R¹¹ bedeutet,
r) partielle Hydrolyse des Polymeren der Formel (I) oder (II) aus Schritt q) zu einem Copolymer der Formel (Ik) oder der Formel (IIk)
s) Umsetzung des Copolymeren der Formel (Ik) oder (IIk) aus Schritt r) mit einem Oxidationsmittel, wodurch ein Copolymer der Formel (IX) oder der Formel (X) erhalten wird, in dem R² die weiter oben definierte Bedeutung besitzt,

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Die linearen Polymeren der Formel (IX) oder (X), in denen R²
bedeutet,
können durch ein Verfahren mit den folgenden Maßnahmen hergestellt werden:

t) Bereitstellen eines Polymeren der Formel (I)) oder (II), worin R²
bedeutet,
u) partielle Hydrolyse des Polymeren der Formel (I) oder (II) aus Schitt t) zu einem Copolymer der Formel (II) oder der Formel (III)
v) Umsetzung des Copolymeren der Formel (II) oder (III) aus Schritt u) mit einem Oxidationsmittel, wodurch ein Copolymer der Formel (IX) oder der Formel (X) erhalten wird, in dem R² die weiter oben definierte Bedeutung besitzt,

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Die linearen Polymeren der Formel (IX) oder (X), in denen R² -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹ oder -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³ bedeutet, können durch ein Verfahren mit den folgenden Maßnahmen hergestellt werden:

w) Bereitstellen eines Polymeren der Formel (I) oder (II), worin R² -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹ oder -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³ bedeutet,
x) partielle Hydrolyse des Polymeren der Formel (I) oder (II) aus Schitt wo) zu einem Copolymer der Formel (Im) oder der Formel (Ilm)
y) Umsetzung des Copolymeren der Formel (Im) oder (IIm) aus Schritt x) mit einem Oxidationsmittel, wodurch ein Copolymer der Formel (IX) oder der Formel (X) erhalten wird, in dem R² die weiter oben definierte Bedeutung besitzt,

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Die verzweigten Copolymeren der zweiten Polymergruppe, in denen R² -OR¹¹, -OCO-R¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³, -NR¹²-R¹⁴-CO-NR¹³R¹⁵, -O-R¹⁶-(O-OC-R¹⁸)_m oder
bedeutet, können durch ein Verfahren mit den folgenden Maßnahmen hergestellt werden:

z) Bereitstellen eines verzweigten Polyethylenimins oder Polypropylenimins, von dem mindestens eine Endgruppe mit einem Rest R² funktionalisiert ist,
- aa)partielle Oxidation des funktionalisierten Polymeren aus Schritt z), und
- bb)Einführen von -CO-R¹ Gruppen in das Polymere aus Schritt aa) durch Umsetzung mit einem Acylhalogeid R¹-CO-Hal zu einem verzweigten Copolymer enthaltend die Struktureinheiten der Formeln (III), (IV) und gegebenenfalls (V) oder enthaltend die Struktureinheiten der Formeln (VI), (VII) und gegebnenefalls (VIII).

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Die Oxidation in den Schritten s), v), y) und aa) wird vorzugsweise in Lösung durchgeführt, insbesondere in wässriger oder alkoholisch-wässriger Lösung. Als Oxidationsmittel können an sich bekannte Oxidantien verwendet werden. Beispiele dafür sind Perverbindungen, Hypochlorite, Chlor oder Sauerstoff, insbesondere Wasserstoffperoxid.
Bevorzugt werden Perverbindungen eingesetzt. Beispiele dafür sind Wasserstoffperoxid, Persäuren, organische Peroxide oder organische Hydroperoxide, insbesondere Wasserstoffperoxid.
Bevorzugt werden Verfahren, bei denen das verwendete Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist.
Die Menge an Oxidiationsmittel wird so gewählt, dass der gewünschte Anteil an oxidierten Struktureinheiten im Polymerrückgrat entsteht.
Die Reaktionstemperatur bei dieser Umsetzung liegt im Allgemeinen zwischen 10 und 80°C, insbesondere im Bereich von 20 bis 40°C.
Die Reaktionsdauer bei der Oxidation beträgt im Allgemeinen zwischen 5 Minuten und 5 Tagen.
Die erfindungsgemäßen Polymere können zur Herstellung von Formulierungen eingesetzt werden, welche pharmazeutische oder agrochemische Wirkstoffe enthalten.
Bevorzugt verwendet man die erfindungsgemäßen Polymere zur Herstellung von Formulierungen, die pharmazeutische oder agrochemische Wirkstoffe enthalten. Dabei handelt es sich insbesondere um Formulierungen enthaltend Vakzine oder Nukleinsäuren, wie Ribonukleinsäuren oder Desoxynukleinsäuren.
Infolge ihrer guten Tensidwirkung, Biokompatibilität sowie wegen des Tarnkappeneffekts eignen sich die erfindungsgemäßen Polymere hervorragend für Anwendungen im Bereich der Wirkstoffabgabe. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere die Polymere der zweiten Gruppe eignen sich aufgrund ihrer Bioabbaubarkeit bevorzugt zur Herstellung von Formulierungen enthaltend pharmazeutische oder agrochemische Wirkstoffe.
Die erfindungsgemäßen Polymere sind aufgrund ihrer amphiphilen Natur als Lipide einsetzbar. Sie können in hydrophilen Flüssigkeiten dispergiert vorliegen, beispielsweise als Emulsionen oder als Suspensionen.
Vorzugsweise liegen die erfindungsgemäßen Polymeren in hydrophilen Flüssigkeiten, wie Wasser oder Wasser-Alkohol-Gemischen, der Form von Partikeln vor, insbesondere in der Form von Nanopartikeln.
Die Erfindung betrifft daher auch Partikel, insbesondere Nanopartikel enthaltend die oben beschriebenen Polymere.
Bevorzugt sind Nanopartikel deren mittlerer Durchmesser D₅₀ weniger als 1 µm, vorzugsweise 20 bis 500 nm beträgt.
Ganz besonders bevorzugt sind Partikel die einen oder mehrere pharmazeutische oder agrochemische Wirkstoffe enthalten.
Besonders bevorzugte Partikel enthalten neben dem erfindungsgemäßen Polymer mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff sowie geeignete Hilfs- und Zusatzstoffe.
Bevorzugt bilden die Partikel eine disperse Phase in einer Flüssigkeit enthaltend Wasser und/oder mit Wasser mischbare Verbindungen.
Der Anteil der Partikel in einer Dispersion kann einen weiten Bereich umfassen. Typischerweise beträgt der Anteil der Partikel in dem Dispersionsmedium 0,5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%.
Die Partikel können durch Fällung, vorzugsweise durch Nanofällung hergestellt werden. Dazu werden die erfindungsgemäßen Polymere, welche durch die Anwesenheit hydrophober Gruppen wenig oder nicht hydrophil sind in einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie Aceton gelöst. Diese Lösung wird in ein hydrophiles Dispergiermedium eingetropft. Dieses erfolgt vorzugsweise unter starkem Rühren. Dadurch kann die Herstellung kleinerer Partikel gefördert werden. Das Polymer wird im Dispergiermedium in feinverteilter Form abgeschieden.
Alternativ können die Partikel auch durch Emulgieren erzeugt werden, vorzugsweise durch Nanoemulsion. Dazu werden die erfindungsgemäßen Polymere, welche durch die Anwesenheit hydrophober Gruppen wenig oder nicht hydrophil sind, in einem nicht mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie Dichlormethan oder Ethylacetat, gelöst. Diese Lösung wird mit einem hydrophilen Dispergiermedium kombiniert, wodurch sich vorzugsweise zwei flüssige Phasen ausbilden. Anschließend wird dieses Gemisch durch Energieintrag emulgiert, vorzugsweise durch Beschallen mit Ultraschall.
Zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Polymer können bei dessen Dispergierung im Dispergiermedium ein oder mehrere Wirkstoffe und/oder ein oder mehrere Hilfs-und Zusatzstoffe zugegen sein. Alternativ können diese Wirkstoffe und/oder Hilfs-und Zusatzstoffe nach dem Dispergieren des Polymers in der hydrophilen Flüssigkeit hinzugefügt werden.
Als Formulierungmethode eignet sich hier insbesondere die Mikrofluidik zur Herstellung von Lipid-Nanopartikeln („LNP“).
So lassen sich beispielsweise LNP durch die Ethanol-Verdünnungsmethode unter Verwendung einer mikrofluidischen Vorrichtung herstellen. Dazu wird eine Lipidlösung in Ethanol hergestellt und ein Wirkstoff, z.B. eine RNA wird in geeigneten Pufferlösungen gelöst. Zum Einkapseln des Wirkstoffs in LNP wird ein kationisches Lipid oder ein pH-empfindliches kationisches Lipid für die Lipidkomponenten verwendet. Die Lipidlösungen und die gepufferten Wirkstofflösungen werden in die Mikrofluidikvorrichtung eingebracht, wo z.B. positiv geladene Lipide und negativ geladene RNAs über elektrostatische Wechselwirkungen Komplexe bilden. Die kationischen RNA-Lipidkomplexe werden dann mit anderen Lipiden zusammengefügt, um LNP zu bilden. Beispiele für andere Lipide sind Cholesterol, Phospholipd, PEG-Lipid oder PAOx-Lipid.
Die Abtrennung von Polymerpartikeln aus hydrophilen Flüssigkeiten kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Beispiele dafür sind Zentrifugation, Ultrafiltration oder Dialyse.
Die Polymerdispersion kann nach der Herstellung weiter aufgereinigt werden. Gängige Verfahren beinhalten das Reinigen mittels Dialyse, mittels Ultrafiltration, mittels Filtration oder mittels Zentrifugieren.
Die folgendenBeispiele erläutern die Erfindung ohne diese zu begrenzen.
Im Folgenden wird die Synthese von Poly(2-ethyl-2-oxazolin)-Lipiden beschrieben.
In findet sich eine schematische Darstellung der Synthese von PEtOx-Lipiden.
In den Beispielen wurden folgende Abkürzungen verwendet:

MeOH: Methanol
EtOH: Ethanol
NaOMe: Natriummethanolat
DMAP: Dimethylaminopyridin
DMF: Dimethylformamid
NHS: N-Hydroxysuccinimid
EDC-HCI: 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimid-hydrochlorid

Materialien
Alle Chemikalien und Lösungsmittel wurden von kommerziellen Lieferanten gekauft und ohne weitere Reinigung verwendet, sofern nicht anders angegeben. 2-Ethyl-2-oxazolin (EtOx, 99+%), Triethylamin (NEt₃, 99,7%) und EtOx wurden von Sigma Aldrich bezogen. 2-Ethyl-2-oxazolin wurde über Calciumhydrid getrocknet und unter Argonatmosphäre destilliert. Methyltosylat (MeOTs, 98%), Methyltosylat wurde über Bariumoxid getrocknet und unter Argonatmosphäre destilliert. Salzsäure (37%) wurde von Fisher Chemicals bezogen. Wässrige Wasserstoffperoxidlösung (30% w/w) wurde von Carl Roth erhalten. Acetylchlorid (ca. 90 %) wurde von Merck Schuchardt bezogen. Amberlite IRA-67 wurde von Merck erhalten und wurde vor Gebrauch mehrfach mit entionisiertem Wasser gewaschen. N, N-Dimethylformamid (DMF) und Acetonitril wurden in einem Lösungsmittel-reinigungssystem getrocknet (MB-SPS-800 von M Braun). Phosphatgepufferte Salzlösung (PBS) wurde von Biowest erhalten. Bernsteinsäureanhydrid (≥99%), N-Hydroxysuccinimid (NHS, ≥99%), Natriummethanolat (0.5 M in Methanol) und BCN-NHS wurden von Sigma Aldrich erhalten. Ditetradecylamin (95%) wurde von AmBeed gekauft. N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-Ethylcarbodiimide Hydrochloride (EDC-HCL) wurde von Apollo Scientific erworben. Triethylamin (>99%) und 4-Dimethylaminopyridin (DMAP, >99%) wurden von TCI erworben.
Durchführung von Messungen
Proton (¹H) Kernspinresonanzspektren (NMR) wurden auf einem Bruker AC 300 MHz bzw. einem Bruker AC 400 MHz Spektrometer gemessen. Korrelationsspektroskopische (COSY) NMR, heteronukleare Einzelquanten-Korrelationsspektroskopische (HSQC) NMR, heteronukleare Multiple-Bond-Korrelations (HMBC) NMR-Spektren und DOSY NMR-Spektren wurden auf einem Bruker AC 400 MHz Spektrometer aufgenommen. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt, wobei entweder D₂O, d₄-Methanol oder deuteriertes Chloroform als Lösungsmittel verwendet wurden. Chemische Verschiebungen (δ) werden in Teilen pro Million (ppm) relativ zum verbliebenen nicht deuterierten Lösemittelresonanzsignal angegeben. Die Infrarotspektroskopie (IR) wurde auf einem Shimadzu IRAffinity-1 CE-System durchgeführt, das für die Messung in einem erweiterten Bereich mit einer einfach reflektierenden ATR-Küvette mit Diamantkristall des Typs Quest ATR ausgestattet war.
Die Größenausschlusschromatographie (SEC) wurde mit zwei verschiedenen Aufbauten durchgeführt. Messungen in N,N-Dimethylacetamid (DMAc) wurden mit Hilfe eines Agilent Systems der 1200-er Serie durchgeführt, das mit einem PSS-Entgaser, einer G1310A-Pumpe, einem G1329A-Autosampler, einem Techlab-Ofen, einem G1362A-Brechungsindexdetektor (RID) und einer PSS GRAM-guard/30/1000 Å-Säule (10 µm Partikelgröße) ausgestattet war. Als Eluent wurde DMAc mit 0,21 Gew.-% LiCl eingesetzt. Die Durchflussgeschwindigkeit betrug 1 mL min^-1 und die Ofentemperatur betrug 40 °C. Für die Berechnung von Molmassen wurden Polystyrol (PS) bzw. Polymethylmethacrylat (PMMA) Standards von 400 bis 1.000.000 g mol^-1 verwendet. Die Messungen in Chloroform wurden mit Hilfe eines Shimadzu-Systems (Shimadzu Corp., Kyoto, Japan) durchgeführt, das mit einem SCL-10A VP-Systemregler, einem SIL-10AD VP-Autosampler, einer LC-10AD VP-Pumpe, einem RID-10A RI-Detektor, einem CTO-10A VP-Ofen und einer PSS SDV guard/lin S-Säule (5 mm Partikelgröße) ausgestattet war. Ein Gemisch aus Chloroform/Isopropanol/-Triethylamin (94/2/4 Vol%) wurde als Eluent verwendet. Die Durchflussrate betrug 1 mL min^-1 und die Ofentemperatur betrug 40 °C. PS-Standards von 400 bis 100.000 g mol^-1 wurden zur Kalibrierung des Systems verwendet.
Charakterisierung der Polymere durch ¹H-NMR Spektroskopie
Der erste Schritt der Herstellung von PEtOx-Lipiden bestand in der Synthese von PEtOx verschiedener Wiederholungseinheiten (20, 40, 50, 60 & 100) über CROP (vgl. Synthese von PEtOx-OAc). Die CROP wurde durch Zugabe von Essigsäure beendet. Der Polymerisationsgrad wurde mittels ¹H-NMR-Spektroskopie über den Umsatz von Monomer zu Polymer bestimmt. Die Hydrolyse wurde unter basischen Bedingungen durchgeführt (vgl. Synthese von POx-OH). Um eine vollständige Hydrolyse zu erhalten, wurde die Reaktion über Nacht mit NaOMe durchgeführt. Die erfolgreiche Synthese wurde durch das ¹H-NMR bestätigt, welche das Verschwinden der den CH₃-Gruppen der OAc-ω-Endgruppe von PEtOx-OAc zugeordneten Signale deutlich zeigte. Zur Erweiterung der Linkereinheit wurde PEtOx-OH mit Bernsteinsäureanhydrid zur Reaktion gebracht (vgl. Synthese von succinyliertem PEtOx). Produkt wurde ebenfalls mittels ¹H-NMR-Spektroskopie charakterisiert. Zur Einführung der Lipid-Gruppe wurde die Endgruppe des succinylierten PEtOx mittels EDC-Kopplung und NHS aktiviert und mit Ditetradecylamin umgesetzt. Das Produkt wurde mittels ¹H-NMR charakterisiert.
Kationische Ringöffnungspolymerisation von Ethyloxazolin (PEtOx-OAc)
Die Synthese erfolgte gemäß M. Dirauf, A. Erlebach, C. Weber, S. Hoeppener, J. R. Buchheim, M. Sierka, U. S. Schubert, Macromolecules 2020, 53, 3580-3590.
Methyltosylat (1 Äq.) und Ethyloxazolin (20, 40, 50, 60, 100 Äq., je nach gewünschter Kettenlänge) wurden in wasserfreiem Acetonitril aufgelöst und unter Rückfluss erhitzt. Das Gemisch wurde abgekühlt, Essigsäure (1,5 Äq.) und Triethylamin (2 Äq.) wurden nacheinander zugegeben und über Nacht bei 50 °C gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde mit CHCl₃ (100 mL) verdünnt, mit gesättigter NaHCO₃-Lösung (3 × 200 mL) und Salzlösung (200 mL) gewaschen. Die vereinigten organischen Phasen wurden über Na₂SO₄ getrocknet, der flüchtige Anteil wurde unter vermindertem Druck entfernt und über Nacht bei 40 °C im Vakuum getrocknet.
PEtOx₅₀-OAc: ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 0.99 - 1.23 (br, 150H, CH₂-CH₃); 2.01 - 2.13 (br, 3H, CO-CH₃); 2.18 - 2.56 (m, 100H, CH₂-CH₃); 2.98 - 3.13 (br, 3H, CH₃-N), 3.30 - 3.66 (br, 200H, N-CH₂-CH₂, backbone) ppm.
SEC (DMAc + 0.21 wt% LiCI): M_n = 8820 g mol^-1, Ð = 1.06.
Synthese von PEtOx-OH
Die Synthese erfolgte ebenfalls gemäß M. Dirauf, A. Erlebach, C. Weber, S. Hoeppener, J. R. Buchheim, M. Sierka, U. S. Schubert, Macromolecules 2020, 53, 3580-3590.
PEtOx-OAc (1 Äq.) wurde in wasserfreiem MeOH (0,15 g mL^-1) gelöst und NaOMe (0,1 Äq., 0,5 M in MeOH) unter kräftigem Rühren zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt und anschließend wurde das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt. Der Rückstand wurde in CHCl₃ aufgenommen und mit gesättigtem NaHCO₃ (3 × 200 mL) und Salzlösung (200 mL) gewaschen. Die vereinigten organischen Phasen wurden über Na₂SO₄ getrocknet und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt. Das Produkt wurde sodann in CH₂Cl₂ gelöst und in eiskaltem Diethylether ausgefällt. Das Polymer wurde über Nacht bei 40 °C im Vakuum getrocknet.
PEtOx₅₀-OH: ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 0.99 - 1.25 (br, 150H, CH₂-CH₃); 2.19-2.59 (m, 100H, CH₂-CH₃); 3.00 - 3.12 (br, 3H, CH₃-N), 3.31 - 3.69 (br, 200H, N-CH₂-CH₂, backbone) ppm.
SEC (DMAc + 0.21 wt% LiCl): M_n = 9240 g mol^-1, Ð = 1.05.
Synthese von succinyliertem PEtOx
PEtOx-OH (1 Äq.) und DMAP (1,05 Äq.) wurden in wasserfreiem DMF (c = 0,145 M) gelöst. Triethylamin (0,1 Äq.) und Bernsteinsäureanhydrid (3 Äq.) wurden dem Gemisch zugegeben und über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde dann in eiskaltem Diethylether ausgefällt und sodann in Dichlormethan gelöst. Anschließend wurde das Gemisch mit gesättigter NH₄Cl-Lösung gewaschen und die vereinigten organischen Phasen über MgSO₄ getrocknet. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter vermindertem Druck entfernt und in Dichlormethan wieder gelöst und in eiskaltem Diethylether ausgefällt. Der erhaltene Feststoff wurde über Nacht im Vakuum getrocknet.
PEtOx₅₀-COOH: ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 0.96 - 1.13 (br, 150H, CH₂-CH₃); 2.13- 2.43 (m, 100H, CH₂-CH₃); 2.44 - 2.67 (br, 4H, CO-CH₂-CH₂-CO); 2.95 - 3.01 (br, 3H, CH₃-N), 3.28 - 3.58 (br, 200H, N-CH₂-CH₂, backbone) ppm.
SEC (DMAc + 0.21 wt% LiCl): M_n = 8900 g mol^-1, Ð = 1.07.
Synthese von succinyliertem PEtOx mit Ditetradecylamin
Succinyliertes PEtOx (1 Äq.) wurde in wasserfreiem CHCl₃ gelöst und DMAP (0,1 Äq.), NHS (2,5 Äq.) und EDC-HCl (3 Äq.) wurden zugegeben und 3 h bei Raumtemperatur gerührt. Ditetradecylamin (4 Äquivalente) wurde zugegeben und das Gemisch wurde über Nacht bei 45 °C gerührt. Anschließend wurde das Gemisch in eiskaltem Diethylether ausgefällt, in CH₂Cl₂ wieder gelöst und für 3 bis 5 h auf -20 °C gekühlt. Der Niederschlag wurde filtriert (0,25 µm PTFE-Filter), in eiskaltem Diethylether ausgefällt und 3 Tage gegen EtOH:Wasser (1:1, 1000 Da MWCO Dialysemembran) dialysiert, 2 Tage gegen Wasser dialysiert und anschließend gefriergetrocknet.
PEtOx₅₀-Lipide: ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 0.81 (t, 6H, lipide CH₂-CH₃); 0.97 - 1.12 (br, 150H, CH₂-CH₃); 1.13 - 1.27 (br, 36H, lipide alkylchain); 1.38 - 1.45 (br, 2H, N-CH₂-CH₂); 1.45 - 1.57 (br, 2H, N-CH₂-CH₂); 2.14- 2.42 (m, 100H, CH₂-CH₃); 2.51 - 2.61 (m, 4H, CO-CH₂-CH₂-CO); 2.94 - 3.02 (br, 3H, CH₃-N), 3.15 (t, 2H, N-CH₂); 3.17 - 3.23 (m, 2H, N-CH₂); 3.28 - 3.58 (br, 200H, N-CH₂-CH₂, backbone) ppm.
SEC (DMAc + 0.21 wt% LiCl): M_n = 9300 g mol^-1, D = 1.06.
In findet sich eine schematische Darstellung der Synthese eines degPOx-Lipids. Dabei wird der Linker durch strain promoted Azid-Alkyn-Cycloadditon (SPAAC) aktiviert und danach wird das Lipid an den Linker gekoppelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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US 8883211 B2 [0009, 0023]
WO 2022/106049 A1 [0011, 0093, 0115]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

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S. S. Nogueira, A. Schlegel, K. Maxeiner, B. Weber, M. Barz, M. A. Schroer, C. E. Blanchet, D. I. Svergun, S. Ramishetti, D. Peer, P. Langguth, U. Sahin, H. Haas, ACS Appl. Nano Mater. 2020, 3, 10634-10645 [0008]
N. E. Göppert, M. Kleinsteuber, C. Weber, U. S. Schubert, Macromolecules 2020, 53, 10837-10846 [0011]
M. Dirauf, A. Erlebach, C. Weber, S. Hoeppener, J. R. Buchheim, M. Sierka, U. S. Schubert, Macromolecules 2020, 53, 3580-3590 [0153, 0156]

Claims

Polymere der Formeln (I) oder (II)

oder Polymere enthaltend, bezogen auf alle Struktureinheiten, 10 bis 95 mol % an Struktureinheiten der Formel (III), 5 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (IV) und 0 bis 20 mol % an Struktureinheiten der Formel (V)
oder enthaltend 10 bis 95 mol % an Struktureinheiten der Formel (VI), 5 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (VII) und 0 bis 20 mol % an Struktureinheiten der Formel (VIII)
-NH-CHR⁸-CHR⁹-CHR¹⁰- (VIII), wobei mindestens eine der Struktureinheiten der Formel (III), (IV) oder (V) oder der Formel (VI), (VII) oder (VIII) mit der Gruppierung -CHR⁴-, -CHR⁵- oder -CHR⁷- oder mit der Gruppierung -CHR⁵-, -CHR⁷- oder -CHR¹⁰- kovalent mit einem Rest R² verbunden ist, worin Ini ein von einem Initiator der kationischen Polymerisation abgeleiteter Rest ist, R¹ ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff oder C₁-C₄ Alkyl, R² ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus -OR¹¹, -OCO-R¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³, -NR¹²-R¹⁴-CO-NR¹³R¹⁵, -O-R¹⁶-(O-OC-R¹⁸)_m und
R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl bedeuten, R¹¹ C₆-C₂₀-Alkyl ist, R¹² und R¹⁵ unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl sind, R¹³ C₆-C₂₀-Alkyl bedeutet, R¹⁴ Alkylen, Cycloalkylen, Arylen oder Aralkylen bedeutet, R¹⁶ ein m+1-wertiger aliphatischer Kohlenwasserstoffrest ist, R¹⁸ C₆-C₂₀-Alkyl bedeutet, mit der Maßgabe, dass mehrere Reste R¹⁸ eines Restes R¹⁶ im Rahmen der gegebenen Definitionen unterschiedlich sein können, m eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, R¹⁷ ein dreiwertiger bicyclischer Rest ist, und w eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 5000 bedeutet.
Polymere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Strukturen der Formel (IX) oder (X) besitzen

worin R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ die in Ansprch 1 definierte Bedeutung besitzen, x und y unabhängig voneinander ganze Zahlen im Bereich von 1 bis 5000 bedeuten, z eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis 1000 ist, mit der Maßgabe, dass der molare Anteil der mit []_x bezeichneten Struktureinheiten 10 bis 95 mol.-% beträgt, der molare Anteil der mit []_y bezeichneten Struktureinheiten 5 bis 90 mol.-% beträgt, und der molare Anteil der mit []_z bezeichneten Struktureinheiten 0 bis 20 mol.-% beträgt, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der mit []_x, []_y und []_z bezeichneten Struktureinheiten.
Polymere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese die Formeln (I) oder (IX) besitzen.
Polymere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese die Formel (I) besitzen.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Ini ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Aralkyl oder Carboxyalkyl.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass R¹ C₁-C₃-Alkyl bedeutet, insbesondere Methyl oder Ethyl.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass R² ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus -OCO-R¹⁴-CO-OR¹¹, -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³ und
insbesondere ein Rest der Formel -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³ ist.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ Wasserstoff bedeuten.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass R¹¹ C₈-C₁₆-Alkyl ist.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass R¹² und R¹⁵ C₆-C₂₀ Alkyl sind, insbesondere C₈-C₁₆-Alkyl.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass R¹³ C₈-C₁₆-Alkyl ist.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass R¹⁴ C₂-C₄ Alkylen bedeutet, insbesondere Ethylen.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass m 2 oder 3, insbesondere 2 bedeutet.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass R¹⁶ ein von Glycerin abgeleiteter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest ist.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass R¹⁷ ein Rest der Formel
ist.
Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass w eine ganze Zahl im Bereich von 5 bis 500 bedeutet, x und y unabhängig voneinander ganze Zahlen im Bereich von 5 bis 500 bedeuten, z eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis 100 ist, mit der Maßgabe, dass der molare Anteil der mit []_x bezeichneten Struktureinheiten 20 bis 90 mol.-% beträgt, der molare Anteil der mit []_y bezeichneten Struktureinheiten 10 bis 80 mol.-% beträgt, und der molare Anteil der mit []_z bezeichneten Struktureinheiten 0 bis 20 mol.-% beträgt, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der mit []_x, []_y und []_z bezeichneten Struktureinheiten.
Polymere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass R¹ Ethyl ist, R² -OCO-R¹⁴-CO-NR¹²R¹³ bedeutet, R³ und R⁴ Wasserstoff bedeuten, R¹² und R¹³ unabhängig voneinander C₈-C₁₆ Alkyl bedeuten, R¹⁴ C₂-C₄ Alkylen, insbesondere Ethylen bedeutet, und w eine ganze Zahl im Bereich von 5 bis 200 bedeutet.
Verwendung der Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Herstellung von Formulierungen, welche pharmazeutische oder agrochemische Wirkstoffe enthalten.
Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff ein pharmazeutischer oder agrochemischer Wirkstoff ist, insbesondere ein Vakzin oder eine Nukleinsäure.
Partikel, insbesondere Nanopartikel, enthaltend die Polymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17.