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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Reihe einzelner, gut definierter
Koordinationskomplexe. Spezieller betrifft die Erfindung Komplexe,
die als Polymerisationsstarter und speziell in Lactid-Polymerisationen brauchbar
sind.
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Während der
vergangenen Jahre gab es ein wachsendes Interesse an der Ausgestaltung
von Polymeren für
Anwendungen in vivo, wie für
medizinische Garne, künstliche
Gewebenetze und Arzneimittel-Abgabemittel. Für diese Anwendungen ist es
erwünscht,
daß das
Polymer nicht giftig, biologisch verträglich und resorbierbar ist.
Eine der am meisten Erfolg versprechenden Polymerklassen auf diesem
Gebiet sind die Polylactide (J. C. Middleton, A. J. Tipton, Biomaterials
2000, 21, 2335).
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Starter
für Lactid-Polymerisation
basieren typischerweise auf Alkoxid- oder Alkanoat-Komplexen von Metallen,
wie Al, Mg, Sn, Zn und der Seltenen Erden. Zinn(II)-Katalysatoren,
wie Sn-(Ethylhexanoate)2 sind allgemein
bevorzugt bei der industriellen Produktion von Polylactiden [E.
E. Schmitt und R. A. Rohistina, US-Patent 3297033, 1967 (Chem. Abstr.
1967, 66, P38656u); E. E. Schmitt und R. A. Rohistina, US-Patent 346158,
1969 (Chem. Abstr. 1969, 71, P92382t); H. R. Kricheldorf, I. Kreiser-Saunders
und C. Boettcher, Polymer, 1995, 36, 1253 und Bezugsangaben darin]
für medizinische
oder pharmazeutische Anwendungen aufgrund der niedrigen Toxizität von Sn(II)
im Vergleich mit anderen Metallionen. Tatsächlich ist Sn-(Ethylhexanoat)2 in vielen Ländern ein zugelassenes Nahrungsmitteladditiv.
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Bis
heute wird die Ringöffnungspolymerisation
von zyklischen Ethern und Estern gewöhnlich mit Hilfe sogenannter "Koordinatenkatalysatoren" durchgeführt, die
gut definiert sind in Bezug auf ihren exakten Mechanismus und ihre
Struktur. Bei der Lactid-Polymerisation werden die exakte Struktur
und die detaillierte Reaktionsweise der oben erwähnten Zinncarboxylate, M(O2CR)2, nicht vollständig verstanden.
In der Tat legen einige Hinweise nahe, daß das aktive Material in der
Polymerisation von Lactiden unter Verwendung von Zinnoctanoaten
tatsächlich
ein Hydrolyseprodukt sein kann, welches nur als eine geringfügigere Komponente
vorliegt.
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Eine
Anzahl von Systemen, welche die lebende Ringöffnungspolymerisation von Lactid
starten, wurden in der Literatur beschrieben. Beispielsweise wurden
Systeme auf Aluminiumbasis [P. Dubois, C. Jacobs, R. Jérome,
P. Teyssié,
Macromolecules 1991, 24, 2266; P. A. Cameron, D. Jhurry, V. C. Gibson,
A. J. P. White, D. J. Williams, S. Williams, Macromol. Rapid. Commun.
1999, 20, 616; N. Spassky, M. Wisniewski, C. Pluta, A. LeBorgne,
Macromol. Chem. Phys. 1996, 197, 2627] und in jüngerer Zeit auf Magnesiumbasis
[M. H. Chrisholm, N. W. Eilerts, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1996,
853] und Zinkbasis [M. Cheng, A. B. Attygalle, E. B. Lobovsky, G.
W. Coates, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 11583] alle beschrieben.
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Ein
anderer wichtiger Fortschritt in der modernen Polymersynthese ist
die Kontrolle, die über
die Taktizität
von Polymeren erreichbar ist, die von prochiralen Monomeren oder
Monomeren, die stereogene Zentren haben, stammen. Dies wird am drastischsten
verdeutlicht durch die Propylenfamilie, welche unter Verwendung von
ansa-Metallocen-Polymerisationskatalysatoren
erhalten werden, die zu Materialien mit neuen und erheblich anderen
Eigenschaften führen.
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Zum
Vergleich, es wurde relativ wenig Forschung auf Poly-Lactide gerichtet,
die aus der Polymerisation von rac- und meso-Lactiden stammen, welche
die zyklischen Diester von Milchsäure sind. Diese erfahren zunehmend
gesteigerte Aufmerksamkeit aufgrund ihrer medizinischen, pharmazeutischen
und landwirtschaftlichen Anwendungen sowie ihrer Verwendungen als
umweltverträgliche
Verpackungsmaterialien.
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Ohne Überraschung
sind die physikalischen Eigenschaften der Polylactide auch stark
abhängig
von ihrer Taktizität.
Beispielsweise ist isotaktisches Poly-(R,R-Lactid) ein semikristalliner
Thermoplast hoher mechanischer Festigkeit und Zähigkeit (Tg~57°C, Tm~174°C, während syndiotaktisches
Poly-(R,S-Lactid) eine geringere Erweichungstemperatur hat (Tg~45°C, Tm~152°C) und Anwendungen
in der kontrollierten Freisetzung von Arzneimitteln gefunden hat.
Ataktisches Polylactid, das gewöhnlich
bei der Polymerisation von rac-(R,R/S,S)-Lactid
erhalten wird, ist ein amorphes Polymer mit einer Glasübergangstemperatur
nahe Raumtemperatur.
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In
den zurückliegenden
Jahren gab es eine Anzahl von Studien bezüglich der stereoselektiven
Polymerisation von Lactidmonomeren unter Verwendung von Katalysatoren
mit einer einzelnen Stelle. Spassky und Mitarbeiter beschrieben
die selektive Polymerisation eines der Enantiomeren von rac-Lactid
(im wesentlichen eine kinetische Auflösung) zu isotaktischem Polylactid
unter Verwendung eines aufgelösten
Tetradentat-Schiff'schen
Base-Komplexes von Aluminium [Spassky et al., a.a.O.]. Baker und
Smith haben gezeigt, daß ein
racemisches Gemisch eines ähnlichen
Komplexes verwendet werden kann, um beide Enantiomere von rac-Lactid
zu dem isotaktischen Stereokomplex zu polymerisieren, der den zusätzlichen
Vorteil hat, einen Schmelzpunkt etwa 50°C höher als die homochiralen Polymere
zu besitzen [C. P. Radano, G. L. Baker, M. R. Smith III, J. Am.
Chem. Soc. 2000, 122, 1552]. Darüber
hinaus haben Studien mit meso-Lactid gezeigt, daß syndiotaktisches Polylactid
auch erhalten werden kann [Cheng et al., a.a.O.]. Das Aluminiumkatalysatorsystem
jedoch neigt dazu, ein Voranschreiten mit niedrigen Geschwindigkeiten
zu ergeben, und stärker
aktive Katalysatoren wären
günstig
für die
gewerbliche Produktion solcher Materialien. Eine signifikante Entwicklung war
die kürzlich
erfolgte Einführung
eines Zinkkatalysators mit β-Diketiminat-Liganden, welcher
als ein äußerst effizienter
Katalysator für
die Polymerisation von rac-Lactid
zu heterotaktischem Polylactid über
einen Kettenabbruchmechanismus wirkt [Cheng et al., a.a.O.].
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Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt, alternative, gut definierte
Metallkomplexe mit einer einzigen Stelle bereitzustellen, die geeignet
für eine
Verwendung zum Starten der Polymerisation von Lactid sind.
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Nach
einem breiten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Reihe
gut definierter Metallkomplexe.
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Spezieller
stellt die Erfindung einen Komplex der folgenden Formel I bereit,
worin
M unter Sn(II),
Sn(IV), Al(III) und Mg(II) ausgewählt ist,
jede der Gruppen
R
1 und R
2 unabhängig voneinander
Hydrocarbyl ist,
R
3 H oder Hydrocarbyl
ist und
die Linkergruppe X ein C
1-4-Kohlenstoffgrundgerüst oder
ein Heteroatom enthaltendes C
1-4-Kohlenstoffgrundgerüst besitzt.
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Vorzugsweise
ist jede der Gruppen R1, R2 und
R3 unabhängig
voneinander Hydrocarbyl.
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Wie
hier verwendet, betrifft der Ausdruck „Hydrocarbyl" eine Gruppe, die
wenigstens C und H umfaßt und
die gegebenenfalls einen oder mehrere andere geeignete Substituenten
enthält.
Beispiele solcher Substituenten können Halogen-, Alkoxy-, Nitrogruppen,
eine Alkylgruppe oder eine zyklische Gruppe einschließen. Wenn
die Hydrocarbylgruppe mehr als ein C umfaßt, dann brauchen diese Kohlenstoffatome
nicht notwendigerweise miteinander verbunden zu sein. Beispielsweise
können
wenigstens zwei der Kohlenstoffatome über ein geeignetes Element
oder eine geeignete Gruppe miteinander verbunden sein. So kann die
Hydrocarbylgruppe Heteroatome enthalten. Geeignete Heteroatome werden
für den
Fachmann auf der Hand liegen und schließen beispielsweise Schwefel,
Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Silicium ein.
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Nach
einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung ist jede Gruppe
R1 und R2 unabhängig voneinander
unter Alkyl, Cycloalkyl, Halogenalkyl, Aryl, Halogenaryl oder Heteroaryl
ausgewählt,
und R3 ist Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl,
Halogenalkyl, Aryl oder Halogenaryl.
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Wie
hier verwendet, betrifft der Ausdruck „Alkyl" eine gesättigte kohlenstoffhaltige Kette,
die gerade oder verzweigt sein kann und substituiert (mono- oder
poly-) oder unsubstituiert sein kann. Geeignete Substituenten schließen jene
ein, die keine signifikante nachteilige Wirkung auf die Aktivität des Komplexes
als Polymerisationsstarter haben.
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Vorzugsweise
ist die Alkylgruppe eine C1-20-Alkylgruppe,
stärker
bevorzugt eine C1-10-Alkylgruppe.
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Demnach
bezieht sich der Begriff „Halogenalkyl" auf eine Alkylgruppe,
die mit wenigstens einem Halogen, beispielsweise Chlor, Brom, Fluor
oder Jod, substituiert ist.
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Wie
hier verwendet, betrifft der Begriff „Aryl" einen aromatischen, substituierten
(mono- oder poly-) oder unsubstituierten Arylrest. Wiederum schließen geeignete
Substituenten jene ein, die keine signifikante nachteilige Wirkung
auf die Aktivität
des Komplexes als einen Polymerisationsstarter haben.
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Dementsprechend
betrifft der Ausdruck „Halogenaryl" eine durch ein Halogen,
wie beispielsweise Chlor, Brom, Fluor oder Jod, substituierte Arylgruppe.
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Wie
hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Cykloalkyl" auf eine zyklische
Alkylgruppe.
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Wie
weiterhin hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Heteroaryl" auf einen aromatischen
Heterozyklus, der ein oder mehrere Heteroatome umfaßt. Bevorzugte
Heteroarylgruppen umfassen Pyrrol, Pyrimidin, Pyrazin, Pyridin,
Chinolin und Furan.
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Nach
einem bevorzugten Aspekt ist die Linkergruppe X konjugiert.
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Bei
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung umfaßt die Linkergruppe X eine
Vinylen- oder eine Arylengruppe.
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Bei
einem bevorzugten Aspekt hat der Komplex der Erfindung die Formel
II,
worin jede der Gruppen R
4, R
5 und R
6 unabhängig
voneinander unter Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Halogenalkyl,
Aryl, Halogenaryl und Heteroaryl ausgewählt sind und R
1–3 sowie
M wie oben definiert sind.
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Bei
einem stärker
bevorzugten Aspekt der Erfindung sind alle Gruppen R4,
R5 und R6 unabhängig voneinander
unter H, Methyl, t-Butyl, Phenyl und Trifluormethyl ausgewählt. Noch
stärker
bevorzugt ist R5 H und sind R4 sowie
R6 Alkyl, noch stärker bevorzugt Methyl.
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Für den Fachmann
wird es auf der Hand liegen, daß,
wenn das Metall Al(III) ist, der Komplex eine Gesamtladung von 1+
haben wird, und wenn das Metall Sn(IV) ist, der Ligand dianionisch
sein wird und der Komplex eine Gesamtladung von 1+ haben wird. Demnach
ist der Komplex neutral, wenn das Metall Sn(II) oder Mg(II) ist.
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Bei
einem besonders bevorzugten Aspekt ist M Sn(II).
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Bei
einem anderen besonders bevorzugten Aspekt ist M Mg(II).
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
hat der Komplex nach der Erfindung die Formel III,
worin Ar o-Diisopropylphenyl
ist.
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Im
Gegensatz zu den schlecht definierten Zinn-„Koordinaten-Katalysatoren" nach dem Stand der Technik
liefert die Erfindung einen Zinnkomplex mit einer gut definierten
Struktur, die für
eine Verwendung als Polymerisationsstarter geeignet ist.
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Der
Komplex der Formel III wird gemäß dem Schema,
das in 1 gezeigt ist, hergestellt. Behandlung von SnCl2 mit (HC{C(Me)NAr}2]Li
in Diethylether, gefolgt von Kristallisation aus Pentan, ergibt [HC{C(Me)NAr}2]SnCl, IIIa, als einen gelben kristallinen
Feststoff. Dieser wird durch Behandlung mit LiOPri,
gefolgt von einer Umkristallisation aus Pentan, in III umgewandelt.
Kristalle von III, die für
eine Röntgenstrukturbestimmung
geeignet waren, wurden aus Pentan gezüchtet; die Struktur ist in 2 gezeigt.
Weitere Einzelheiten der Röntgenstruktur
können
in den beigefügten
Beispielen gefunden werden.
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Der
Komplex der Formel III hat eine nicht-kristallographische Cs-Symmetrie mit dem dreifach koordinierten
Zinnatom, das eine dreischenklige Geometrie mit Zwischenverbindungswinkeln
im Bereich 83,6(2)–94,1(2)° hat, wobei
der spitzeste mit dem Zahn des chelatisierenden NN'-Liganden verbunden ist. Die Sn-N- und
die Sn-O-Abstände
sind gewöhnlich,
und es gibt das erwartete Muster von Delokalisierung in dem β-Diketiminat-Liganden.
Der sechsgliedrige Chelatring hat eine Bootkonformation, bei der
C(2) und Sn 0,12 und 0,87 Å "über" der N(1)-, C(1)-, C(3)-, N(3)-Ebene
liegen. Das Isopropoxid-Sauerstoffatom liegt 0,74 Angstrom „unter" dieser Ebene. Als
Folge der gefalteten Chelatringkonformation und der Beibehaltung
einer nahezu trigonalen ebenen Geometrie an den beiden Stickstoffzentren
werden die C(12)- und C(27)-Isopropylgruppen zueinander gezogen,
und jene, die mit C(15) und C(24) verbunden sind, werden weggefaltet
und zeigen das nichtkoordinierte „Gesicht", welches das stereochemisch aktive
freie Elektronenpaar an dem Zinnatom enthält. Der kürzeste intermolekulare Weg
zu dem Zinnzentrum ist 3,84 Å von
C(13)-H aus.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines
Komplexes mit der Formel I,
worin
M unter Sn(II),
Sn(IV), Al(III) und Mg(II) ausgewählt ist,
jede der Gruppen
Rund R
2 unabhängig voneinander Hydrocarbyl
ist,
R
3 H oder Hydrocarbyl ist und
X
eine Linkergruppe ist,
als Polymerisationsstarter bei der Polymerisation
von Lactid.
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Vorzugsweise
umfaßt
die Linkergruppe X in diesem Aspekt ein C1-4-Kohlenstoffgrundgerüst oder
ein Heteroatom enthaltendes C1-4-Kohlenstoffgrundgerüst.
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Wie
hier verwendet, betrifft der Begriff „Polymerisationsstarter" ein Mittel, das
verwendet wird, die Polymerisation eines Lactidmonomers zu starten.
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Der
Begriff „Lactid" schließt rac-Lactid,
meso-Lactid und die isolierten L- und D-Formen von Lactid ein.
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Insbesondere
können
die Komplexe nach der Erfindung als Starter in der „lebenden
Polymerisation" von
Lactid verwendet werden. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „lebende
Polymerisation" auf
eine Polymerisation, in welcher es keine Abbruchstufe gibt, d.h.,
daß der
Starterkomplex mit dem Ende der sich fortpflanzenden Polymerkette
verbunden ist und nicht freigesetzt wird.
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Noch
stärker
bevorzugt liegt das Lactid in der Form des rac-Lactids vor. Wie
darin verwendet, betrifft der Ausdruck „rac-Lactid" ein racemisches
Gemisch von L(S,S)- und D(R,R)-Lactid.
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Beispielhalber
wurde die Polymerisation von rac-Lactid anfangs untersucht, wobei
der Komplex III in CH2Cl2 bei
Umgebungstemperatur verwendet wurde. Unter diesen Bedingungen wurde
gefunden, daß 100 Äquivalente
von Monomer 96 Stunden für
vollständige
Umwandlung (> 99%,
bestimmt durch 1H-NMR) erforderten. Das
resultierende Polymer hat ein Molekulargewicht nahe dem berechneten
Verhältnis
von Monomer:Starter (beobachtetes Mn = 17100, berechnetes Mn = 14400)
und zeigt eine enge Polydispersität (MW/Mn = 1,11), Cha rakteristika eines lebenden
Verfahrens. Die Polymerisation wurde dann bei 60°C in Toluol wiederholt und ergab
85% Umwandlung nach 4 Stunden, was wieder zu einem Produkt mit enger
Molekulargewichtsverteilung führte
(MW/Mn = 1,05).
Die Aktivität
des Zinnkatalysators ist geringer als jene, die man bei dem verwandten
Zinksystem beobachtet [Cheng et al, a.a.O.], welches teils eine
Folge der geringeren Elektrophilizität des Zinnzentrums und teils
eine Folge des stereochemisch aktiven freien Elektronenpaares sein
kann, was eine Monomerbindung benachteiligen kann. Die Lebendcharakteristika
der Polymerisation werden durch die lineare Steigerung im Mn bestätigt,
wobei die Umwandlung in jedem Fall ein Produkt mit niedriger Polydispersität ergibt
(3).
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Um
zu bestätigen,
daß der
Starter in der Tat der Isopropoxid-Komplex III ist, wurde eine 1H-NMR-Untersuchung
durchgeführt,
worin zunehmende Mengen von Lactid zu III in CDCl3 zugegeben
wurden. Die iso-Propoxid-Methin-Septettresonanz am Ende der sich
fortpflanzenden Kette wird etwas zu höherer Frequenz (0,005 ppm)
in Bezug auf den nicht verbrauchten Starter (δ 4,01) verschoben. Neue Resonanzen
für den β-Diketiminat-Ligantsubstituenten
werden auch für
die sich fortpflanzende Spezies beobachtet. Wenn die Anzahl der
Monomeräquivalente
gesteigert wird, nehmen die Intensitäten der Signale, welche den
sich fortpflanzenden Spezies zuzuordnen sind, in Bezug auf jene
von unverbrauchtem III zu. In Folge der sich überlappenden Natur der Resonanzen
war eine genaue Integration nicht möglich, doch führt der
Zusatz von 5 Äquivalenten von
Monomer zu einem Gemisch von Starter:fortschreitende Spezies von
etwa 1:1. Dies zeigt ein günstiges Verhältnis von
kp/ki (die Ratenkonstante der Fortpflanzung zur Ratenkonstante der
Initiation), was erwünscht ist
für die
Minimierung der Polydispergierbarkeit.
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Das 1H-NMR-Spektrum des Polylactids, das sich
von III (4) herleitet, unterscheidet
sich von dem Spektrum, das durch eine Bernoulli-Analyse von vollständig willkürlichem
Poly-(rac-Lactid)
vorhergesagt wird, wobei die rmr- und mrm-Tetraden viel intensiver
sind als erwartet. Diese Beobachtungen stimmen mit einem heterotaktisch
vorgespannten Produkt überein,
da die rmr-Mikrostruktur nur aus zwei aufeinanderfolgenden D-L-
oder L-D-Austauschen entstehen kann. Jede rmr-Tetrade geht mit zwei
mrm-Tetraden einher, in Übereinstimmung
mit der NMR-Integration. Dies repräsentiert das erste Beispiel
für Taktizitätsvorspannung,
die aus der Polymerisation von rac-Lactid unter Verwendung eines
Zinnkatalysators resultiert.
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Wie
hier verwendet, bezieht sich der Begriff „heterotaktisch" auf ein Polymer,
in welchem die benachbarten Monomereinheiten sich in der Form [-L-D-L-D-L-D
....] abwechseln. Ein wirklich heterogenes Polymer ist eines, in
welchem die Monomereinheiten perfekt in dieser Weise alternieren.
Ein Polymer mit einer „heterotaktischen
Vorspannung" bezieht
sich daher auf ein Polymer, in welchem eine Vorspannung zu der Heterotaktizität vorliegt
im Vergleich zu einem „ataktischen" Polymer, in welchem
es keine regelmäßige Anordnung von
Monomereinheiten entlang der Kette gibt.
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Bei
einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform hat der Komplex
nach der Erfindung die Formel IV,
worin Ar ein o-Diisopropylphenyl
ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
hat der Komplex nach der Erfindung die Formel V,
worin R
1–3 und
M wie oben definiert sind und worin jede der Gruppen R
7 und
R
8 unabhängig
voneinander unter H, Alkyl, Cycloalkyl, Halogenalkyl, Aryl, Halogenaryl
und Heteroaryl ausgewählt
sind.
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Vorzugsweise
sind R7 und R8 unabhängig voneinander
unter H und Alkyl, stärker
bevorzugt H und Methyl ausgewählt.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist R7 H und R8 Methyl.
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Noch
stärker
bevorzugt hat der Komplex die Formel VI,
worin Ar o-Diisopropylphenyl
ist.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Aspekt umfaßt der Komplex nach der Erfindung
ein Dimeres eines Komplexes, wie oben beschrieben.
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Vorzugsweise
hat das Dimere die Formel VII.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat der Komplex die Formel VIII,
worin Ar o-Diisopropylphenyl
ist.
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Der
Komplex der Formel VIII wird nach einem der zwei Verfahren hergestellt,
die in 5 gezeigt sind. Die Reaktion von Dimethyl-Magnesium
mit 2-(2,6-Diisopropylphenylamino)-4-(2,6-diisopropylphenylimino)-2-penten
in Toluol ergibt das verbrückte
Methyldimere VIIIa. Alkoholyse verläuft glatt bei Zugabe von 2 Äquivalenten
von iPrOH in Toluol unter Erhalt der verbrückten Alkoxidspezies
VIII. Alternativ kann VIII auch durch Rühren einer Toluollösung von
[HC(CMeNAr)2]MgiPr,
VIIIb, unter einer Disauerstoffatmosphäre hergestellt werden.
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Die
Kristallstruktur von Komplex VIII ist in 6 gezeigt.
Beide Magnesiumzentren zeigen eine verzerrte Tetraedergeometrie
(N-Mg-N = 92°;
O-Mg-O = 81°).
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Jüngste Untersuchungen
durch den Anmelder ergaben die Synthese eines Bereiches von Magnesiumalkylkomplexen,
die β-Diketiminat-Liganden
tragen [V. C. Gibson, J. A. Segal, A. J. P. White, D. J. Williams, J.
Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7120]. Die vorliegende Erfindung beschreibt,
daß die
Alkoxidderivate dieser Magnesiumkomplexe, wie hier beschrieben,
in der Tat hochwirksame Katalysatoren für die Lebendpolymerisation von
Lactid sind.
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Noch
ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren für die Polymerisation
von Lactid, und dieses Verfahren umfaßt das Inkontaktbringen einer
Startermenge eines Komplexes nach der Erfindung mit Lactidmonomer
in Gegenwart eines geeigneten Lösungsmittels.
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Wie
hier verwendet, betrifft der Ausdruck „Startermenge" eine ausreichende
Menge eines Starters, um die chemische Reaktion der Polymerisation
zu einzuleiten.
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Nach
einem bevorzugten Aspekt beträgt
das Verhältnis
von Lactidmonomer zu dem Starterkomplex nach der Erfindung zwischen
100:1 und 20000:1.
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Beispielhalber
schließen
geeignete Lösungsmittel
Dichlormethan und Toluol ein. Andere Lösungsmittel, die für die vorliegende
Erfindung brauchbar sind, liegen für den Fachmann auf der Hand.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen nach dem oben beschriebenen
Verfahren hergestellten Gegenstand.
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Vorzugsweise
ist der Gegenstand ein medizinischer Gegenstand. Typische Gegenstände können medizinische
Nahtmaterialien, Arzneimittelabgabeeinrichtungen und medizinische
Implantate, wie beispielsweise orthopädische Befestigungseinrichtungen,
sein.
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Noch
ein anderer Aspekt der Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung
eines Komplexes der Formel I, wobei dieses Verfahren die folgenden
Stufen umfaßt:
- (i)
Umsetzen einer Verbindung der Formel IX, worin jede Gruppe Z' und Z'' unabhängig H ist, wenn -NR1 und/oder -NR2 eine
Aminogruppe ist, oder nicht vorhanden ist, wenn -NR1 und/oder
-NR2 eine Iminogruppe ist, mit nBuLi
unter Bildung einer Verbindung der Formel X;
- (ii) Umsetzen dieser Verbindung der Formel X mit MCln unter Bildung einer Verbindung der Formel
XI, worin M unter Sn(II), Mg(II), Al(III) und Sn(IV) ausgewählt ist
und n 2, 2, 3 bzw. 4 ist,
- (iii) Umsetzen dieser Verbindung der Formel XI mit LiOR3, um einen Komplex der Formel I zu bilden,
worin X und R1–3 wie oben definiert
sind.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines Komplexes der Formel XIII, wobei dieses Verfahren die folgenden
Stufen umfaßt:
- (i) Umsetzen einer Verbindung der Formel IX,
worin jede der Gruppen Z' und
Z'' unabhängig voneinander H
ist, wenn -NR1 und/oder -NR2 eine
Aminogruppe ist, oder nicht vorhanden ist, wenn -NR1 und/oder
NR2 eine Iminogruppe ist, mit MgMe2 unter Bildung einer Verbindung der Formel
XII;
- (ii) Umsetzen dieser Verbindung der Formel XII mit R3OH unter Bildung einer Verbindung der Formel
XIII,
worin X und R1–3 wie oben definiert
sind.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung
eines Komplexes der Formel XIII, wobei dieses Verfahren die folgenden
Stufen umfaßt:
- (i)
Umsetzen einer Verbindung der Formel IX, worin jede der Gruppen
Z' und Z'' unabhängig voneinander H ist, wenn
-NR1 und/oder -NR2 eine
Aminogruppe ist, oder nicht vorhanden ist, wenn -NR1 und/oder
-NR2 eine Iminogruppe ist, mit (a) nBuLi und (b) R3MgCl
unter Bildung einer Verbindung der Formel XIV,
- (ii) Umsetzen dieser Verbindung der Formel XIV mit O2 unter Bildung eines Komplexes der Formel
XIII,
worin X und R1–3 wie oben definiert
sind.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun durch Beispiele und unter Bezugnahme
auf die folgenden Figuren beschrieben:
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1 zeigt
das Reaktionsschema für
die Herstellung des Sn(II)-Komplexes III.
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2 zeigt
die Molekularstruktur des Komplexes III. In weiteren Einzelheiten
sind die ausgewählten Bindungslängen (Å) und Winkel
(°) in der
Molekularstruktur von III wie folgt: Sn-O 2,000(5), Sn-N(1) 2,206(4), Sn-N(3)
2,208(4), C(1)-N(1) 1,323(6), C(1)-C(2) 1,404(7), C(2)-C(3) 1,387(7), C(3)-N(3)
1,331(6), O-Sn-N(1) 94,1(2), O-Sn-N(3) 92,5(2), N(1)-Sn-N(3) 83,6(2).
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3 zeigt
Mn des resultierenden Polymers gegen den
Prozentsatz der Umwandlung. Insbesondere bestätigt 3 die Lebendeigenschaften
der Polymerisation und zeigt eine lineare Steigerung von Mn mit der Umwandlung, wobei man ein Produkt
niedriger Polydispersität
bekommt.
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4 zeigt
das 1H-NMR-Spektrum des Polylactids, das
sich von III herleitet.
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5 zeigt
das Reaktionsschema für
die Herstellung des Magnesium(II)-Komplexes VIII.
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6 zeigt
die Kristallstruktur des Magnesium(II)-Komplexes VIII.
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Beispiele
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Synthese von [HC{C(Me)NAr}2]SnCl, Komplex IIIa
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Zu
75 cm3 Et2O-Lösung von
5,00 g ArN=C(Me)CH=C(Me)NHAr (1,19 mmol) wurden bei 0°C 7,5 cm3 n-BuLi (1,6 M in Hexanen; 1,20 mmol) zugesetzt.
Nach Rühren
bei Raumtemperatur während
16 Std. wurde das Gemisch zu 40 cm3 Et2O-Suspension von SnCl2 (2,26
g; 1,19 mmol) zugegeben, und das Reaktionsgemisch wurde 18 Std.
gerührt.
Entfernung von flüchtigen
Bestandteilen im Vakuum ergab einen gelb-orangefarbigen Feststoff,
welcher aus kaltem Pentan als fahlgelbe Kristalle (3,70 g; 0,72
mmol; 60%) umkristallisiert wurde.
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Spektroskopische Daten
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- Komplex IIIa: 1H-NMR (250 MHz, C6D6, 25°C) δ 1,06 (d,
6H, 3JHH = 6,8 Hz,
CHMeMe), 1,18 (d, 6H, 3JHH =
6,9 Hz, CHMeMe), 1,22 (d, 6H, 3JHH = 6,8 Hz, CHMe'Me'),
1,45 (d, 6H, 3JHH =
6,6 Hz, CHMe'Me'), 1,61 (s, 6H, HC{C(Me)NAr}2), 3,12 (sept, 2H, 3JHH = 6,8 Hz, CHMe2),
3,95 (sept, 2H, 3JHH =
6,8 Hz, CHMe2), 5,06 (s, 1H, HC{C(Me)NAr}2), 7,15 (m, 6H, HAryl),
MS: m/z 572 [M]+. Analyse ber. (gefunden)
für C29H41ClN2Sn:
C, 60,91 (60,77); H, 7,22 (7,32); N, 4,90 (5,07).
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Synthese von [HC{C(Me)NAr}2]Sn(OiPr), Komplex
III
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Lithium-iso-Propoxid
(0,4365 g, 7,27 mmol) in 70 cm3 Toluol wurden
zu einer schnell gerührten
Lösung von
[HC{C(Me)NAr}2]SnCl (2,0811 g, 3,64 mmol)
in 50 cm3 Toluol bei 0°C zugesetzt. Nach 18-stündigem Rühren bei
Umgebungstemperatur wurden flüchtige
Bestandteile entfernt, um dabei einen hellgelben Feststoff zu gewinnen,
der aus Heptan bei –30°C (1,8857
g, 3,16 mmol, 87%) umkristallisiert wurde.
-
Spektroskopische Daten
-
- Komplex III: 1H-NMR (250 MHz, C6D6, 25°C) δ 0,90 (d,
6H, 3JHH = 6,8 Hz,
OCHMe2), 1,14 (d, 3H, 3JHH = 6,8 Hz, CHMeMe), 1,24 (d, 3H, 3JHH = 6,9 Hz, CHMeMe),
1,27 (d, 3H, CHMe'Me'), 1,54 (d, 3H, CHMe'Me'), 1,59 (s, 6H, HC{C(Me)NAr}2), 3,25 (sept, 2H, 3JHH = 6,8 Hz, CHMe2)
3,86 (sept, 2H, 3JHH =
6,8 Hz, CHMe2), 4,15 (sept, 1H, 3JHH = 6,0 Hz, OCHMe2), 4,73 (s, 1H, HC{C(Me)NAr}2),
7,16 (m, 6H, HAryl). Analyse ber. (gefunden)
für C32H48N2OSn:
C, 64,55 (64,28); H, 8,13 (8,08); N, 4,70 (4,90).
-
Kristallographische Daten
für Komplex
III
-
- C32H48N2OSn, M = 595,4, monoklin, Abstandsgruppe
P21/n (Nr. 14), a = 13,205(2), b = 16,680(2),
c = 15,527(2) Å, β = 107,42(1)°, V = 3263,1(6) Å3, Z = 4, Dc = 1,212
g cm–3, μ(Mo-Kα) = 8.07 cm–1,
T = 293 K, gelbe Blöcke; 5742
unabhängig
gemessene Reflektionen, F2-Veredelung, R1 = 0,049. wR2 =
0,112, 4038 unabhängig
beobachtete Reflektionen, [|Fo| > 4σ (|Fo|),
2θ ≤ 50°], 326 Parameter.
-
Synthese von [{HC(CMeNAr)2}Mg(OiPr)]2, Komplex VIII
-
Weg A
-
0,15
cm3 Propan-2-ol (1,96 × 10–3 mol)
wurden tropfenweise zu einer Lösung
von [{HC(CMeNAr)2}MgMe]2 (1,001
g, 1,067 × 10–3 mol
in 50 cm3 Toluol) zugegeben. Das Reaktionsgemisch
wurde dann für
60 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, während welcher Zeit sich ein
weißer
Niederschlag bildete, der durch Filtration (0,410 g, 0,400 × 10–3 mol,
37,5%) gewonnen wurde.
-
Weg B
-
Ein
Schlenk-Rohr, das 0,604 g {HC(CMeNAr)2}Mg(iPr) (1,215 × 10–3 mol),
gelöst
in 15 cm3 Toluol unter einer Distickstoffatmosphäre enthielt,
wurde evakuiert, und dann wurde eine Atmosphäre von Disauerstoff eingeführt. Der
Evakuierungs-/Wiederbefüllungszyklus
wurde insgesamt dreimal wiederholt. Fast unmittelbar wurde die Lösung wolkig,
wobei sich während
des zeitlichen Verlaufs der Reaktion mehr Niederschlag bildete.
-
Nach
30 Minuten Rühren
bei Raumtemperatur wurde die Lösung
filtriert, um einen weißen
Feststoff zu erhalten.
-
Spektroskopische Daten
-
- Komplex VIII: 1H NMR δ (CDCl3, 250 MHz): 0,15 (d, 6H, 3JHH = 6,84 Hz, OCHMe2), 0,94 (d, 3H, 3JHH = 6,58 Hz, CHMeMe),
1,02 (d, 3H, 3JHH =
6,58 Hz, CHMeMe), 1,03 (d, 3H, 3JHH = 6,58 Hz, CHMe'Me'),
1,26 (d, 3H, 3JHH = 6,58
Hz, CHMe'Me'), 1,42 (s, 6H, Meα),
2,89 (sept, 3JHH =
6,84 Hz, CHMeMe), 3,28 (sept, 3JHH = 6,84 Hz, CHMe'Me'),
3,63 (sept, 3JHH =
6,84 Hz, OCHMe2), 4,77 (s, 1H, Hβ),
7,11 (m, 6H, HAryl). Analyse ber. für C70H102N4Mg2O2: C 77,83, H 9,52,
N 5,19%. Gefunden C 77,18, H 9,27, N 5,78%.
-
Kristallographische Daten
für Komplex
VIII
-
Die
kristallographischen Daten für
Komplex VIII sind in Anlage 1 beigefügt.
-
Synthese von (NN)Sn(OiPr), Komplex VI
-
(NN)Sn(OiPr) wurde gemäß dem nachfolgend gezeigten
Syntheseschema hergestellt.
-
-
Synthese von 3-(N-(2,6-Diisopropylphenyl)-amino)-2-(N-(2,6-diisopropylphenyl)-imino)-propan, (NN)H
-
86,5
g ArNCHCHNAr (0,230 mol) wurden in 300 cm3 Toluol
gelöst.
Zu dieser Lösung
wurde eine 2,0 M Toluollösung
von Me3Al (120 cm3,
0,240 mol) tropfenweise während
30 Minuten bei Raumtemperatur zugesetzt und ergab eine tiefrote
Färbung.
-
Das
Reaktionsgemisch wurde bei 80°C
für 16
Stunden gerührt,
dann in einem Bad von festem CO2/Aceton
bei –78°C gekühlt. Das
Produkt [{ArN=C(Me)CH2NAr}AlMe2)
wurde dann langsam durch Zugabe von 200 cm3 entgastem,
destilliertem Wasser hydrolysiert. Die resultierende Suspension
wurde filtriert und die organische Schicht unter Stickstoff dekantiert.
Die wäßrige Schicht
wurde mit Portionen von 3 × 50
cm3 Diethylether extrahiert. Die Etherextrakte
wurden mit der Toluollösung
vereinigt und über
wasserfreiem MgSO4 getrocknet. Dieses Gemisch
wurde dann filtriert, und flüchtige
Bestandteile wurden im Vakuum entfernt, um ein viskoses gelbes Öl zu ergeben,
welches sich unter weiterem Vakuum verfestigt.
-
Spektroskopische Daten
-
- (NN)H: 1H-NMR (C6D6, 250 MHz, 298 K): 7,20–7,11 (m, 6H) Hmeta und
Hpara, 5,24 (t, 3JHH = 4,6 Hz, 1H) NH, 3,70 (d, 3JHH = 4,7 Hz, 2H) NCH2,
3,59 (sept, 2H) und 2,85 (sept, 2H) CHMe2,
1,29 (d, 12H), 1,19 (d, 6H), 1,12 (d, 6H), alles CHMe2,
1,24 (s, 3H) N=C(Me)
-
Synthese von (NN)Li
-
Handhabungsschwierigkeiten,
die mit der öligen
Natur von (NN)H einhergehen, können
durch Umwandlung in dessen Lithiumsalz, ein fahlgelbes Pulver, welches
leicht aus heißen
Kohlenwasserstofflösungsmitteln
(z.B. Heptan, Toluol) umkristallisiert werden kann, überwunden
werden.
-
45,46
g (NN)H (0,118 mol) wurden in 200 cm3 Et2O gelöst
und in einem Bad von festem CO2/Aceton bei –78°C abgekühlt. Zu
dieser gerührten
Lösung
wurden 50 cm3 nBuLi
(2,5 M in Hexanen, 0,125 mol) tropfenweise während 20 Minuten zugesetzt.
Nach Rühren
bei Raumtemperatur für
3 Stunden wurde das Reaktionsgemisch filtriert und der Niederschlag
mit 2 × 50
cm3 Pentan gewaschen. Ausbeute: 42,92 g,
93%.
-
Spektroskopische Daten
-
- (NN)Li: 1H-NMR (d8-THF,
250 MHz, 298 K): 7,16–6,91
(m, 3H), 6,72 (m, 2H), 6,27 (m, 1H) Hmeta und
Hpara, 4,57 (s, 2H) NCH2 3,49
(sept, 2H) und 3,04 (sept, 2H) CHMe2, 1,65
(s, 3H) N=C(Me), 1,17 (d, 6H), 1,15 (d, 6H), 1,14 (d, 12H), alles
CHMe2.
-
Synthese von (NN)SnCl
-
50
cm3 Et2O-Lösung von
(NN)Li (1,4680 g, 3,68 × 10–3 mol)
wurde zu 30 cm3 Et2O-Suspension von 0,6983
g SnCl2 (3,68 × 10–3 mol)
bei –78°C zugesetzt.
Das Gemisch ließ man
Raumtemperatur erreichen und wurde dann für 2 Stunden gerührt, um
eine fahlgelbe Suspension zu ergeben. Das Reaktionsgemisch wurde filtriert
und im Vakuum konzentriert, um einen fahlgelben Feststoff zu ergeben.
Umkristallisation aus Et2O ergab ein fahlgelbes
kristallines Material. Ausbeute: 1,192 g, 59%.
-
Spektroskopische Daten
-
- (NN)SnCl: 1N-NMR (C6D6, 250 MHz, 298 K): δ 7,22–7,00 (m, 6H) Hmeta und
Hpara, 4,65 (s, br, 2H) NCH2,
3,89 (br, 2H) und 3,19 (sept, 2H) CHMe2,
1,35 (d, 6H), 1,34 (d, 6H), 1,30 (d, 6H), 1,10 (d, 6H) alles CHMe2, 1,21 (s, 3H) N=C(Me)
-
Synthese von (NN)Sn(OiPr), Komplex VI
-
1,1427
g (NN)SnCl und 0,2765 g Li(OiPr) (2,094 × 10–3 mol
bzw. 4,187 × 10–3 mol;
2,00 Äquivalente) wurden
in ein Schlenk-Rohr eingewogen und in einem Bad von festem CO2/Aceton bei –78°C gekühlt. 20 cm3 Et2O wurden zugegeben, und das gerührte Gemisch
ließ man
sich auf Raumtemperatur erwärmen,
was eine orangebraune Suspension ergab. Diese wurde für weitere
30 Minuten gerührt,
filtriert und unter vermindertem Druck zu einem klebrigen orangefarbigen
Feststoff konzentriert. Der Feststoff wurde durch Rühren in
5 cm3 Pentan bei –78°C während 1 Stunde gereinigt. Ausbeute:
0,417 g; 35%.
-
Typisches Polymerisationsverfahren
-
Verwendung von [{HC(CMeNAr)2}Mg(OiPr)]2 als Starter (Komplex VIII)
-
200 Äquivalente
von rac-Lactid (0,121 g 0,840 × 10–3 mol,
vorher umkristallisiert aus Ethylacetat) wurden in 2 cm3 CH2Cl2 aufgelöst, und
diese Lösung
wurde auf 30°C
abgekühlt.
Dann wurde sie zu 2 cm3 CH2Cl2-Lösung
von [{HC(CMeNAr)2}Mg(OiPr)]2 (0,0043 g, 0,419 × 10–6 mol;
[M]/[I] = 100) auch bei –30°C zugegeben.
Das Reaktionsgemisch wurde dann während der zugemessenen Zeitdauer
gerührt,
dann zu der Atmosphäre
hin geöffnet,
um den Starter zu zerstören.
-
Das
Reaktionsgemisch wurde dann im Vakuum reduziert, um ein klebriges
weißes Öl zu bekommen, welches
durch 1H-NMR analysiert wurde, um die Umwandlung
zu bestimmen. Das Öl
wurde durch Auflösen
in 2 cm3 CH2Cl2 und anschließendes Umkristallisieren aus
einem Überschuß von kaltem
MeOH gereinigt.
-
Verwendung von (NN)Sn-(OiPr) als ein Starter (Komplex VI)
-
0,0057
g (NN)Sn(OiPr) (1,00 × 10–5 mol)
und 0,2885 g rac-Lactid (2,00 × 10–3;
200 Äquivalente)
wurden in eine Ampulle eingewogen, und 4 cm3 Toluol
wurden zugesetzt. Die Ampulle wurde dann in einem Ölbad von 60°C plaziert
und 60 Minuten gerührt.
Die Polymerisation wurde durch Öffnen
der Ampulle zur Luft hin beendet. Flüchtige Bestandteile wurden
unter vermindertem Druck entfernt, um einen cremefarbigen schaumigen
Feststoff zu bekommen.
-
1H NMR-Spektroskopie bestätigt, daß die Umwandlung von Lactid
zu Polylactid 40% beträgt
(d.h. 80 Äquivalente
Monomer wurden in 60 Minuten verbraucht).
GPC (CHCl
3): Mn = 4,980, Mw = 6110, pdi = 1,23. Anhang
1 Tabelle
1: Kristalldaten und Strukturverfeinerung für 1.
Identifikationscode | V00059 |
Empirische
Formel | C64H96N1O2Mg2 phH |
Formelgewicht | 1080,18 |
Temperatur | 203
(2) k |
Verwendetes
Diffraktometer | Siemens
P4/RA |
Wellenlänge | 1,54178
A |
Kristallsystem | monoklin |
Raumgruppe | P21/n |
Einheitszellendimensionen | a
= 13,5668 (8) Å alpha
= 90°
b
= 16,1541 (8) Å beta
= 98,339 (4)°
c
= 14,8933 (7) Å gamma
= 90° |
Volumen,
Z | 3229,5
(3) Å,
2 |
Dichte
(berechnet) | 1,111
Mg/m3 |
Absorptionskoeffizient | 0,674
mm–1 |
F (000) | 1180 |
Kristallfarbe/Morphologie | klare
Prismen |
Kristallgröße | 0,40 × 0,33 × 0,27 mm |
θ-Bereich
für Datensammlung | 1,06–59,99° |
Grenzindizes | –15 ≤ h < 0,0 ≤ k < 18
–16 ≤ 1 ≤ 16 |
Scan-Typ | ω-Scans |
Gesammelte
Reflexionen | 5027 |
Unabhängige Reflexionen | 4800
(Rint 0,1057) |
Beobachtete
Reflexionen [F > 4σ (F)] | 5066 |
Absorptionskorrektur | keine |
Strukturlösungsmethode | direkt |
Verfeinerungsmethode | volle
Matrix, geringste Rechtecken auf F2 |
Daten/Behinderungen/Parameter | 4632/0/353 |
Paßgüte auf F2 | 1,023 |
Endangaben
R [F > 4σ (F)] | R1
= 0,0498, wR2 = 0,1298 |
R-Indizes
(alle Daten) | R1
= 0,0596, wR2 = 0,1401 |
Extinktionskoeffizient | 0,00024
(3) |
Größter Unterschied
von Gipfel und Tal | 0,330
und –0,369
eÅ3 |
Mittlere
und maximale Verschiebung/Fehler | 0,000
und 0,000 |
-
Tabelle
3: Bindungslängen
[A] und -winkel [°]
für 1.
-
-
Symmetrietransformationen,
die zur Erzeugung äquivalenter
Atome verwendet wurden.