DE69730161T2

DE69730161T2 - Methode zur nutzung von isocyanatbindungen zur bildung mehrschichtiger kaskadenpolymere

Info

Publication number: DE69730161T2
Application number: DE69730161T
Authority: DE
Inventors: R. George NEWKOME; Claus Weis
Original assignee: University of South Florida
Current assignee: University of South Florida
Priority date: 1996-04-02
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2017-04-01
Also published as: DE69730161D1; CA2250988A1; WO1997036857A1; CA2250988C; US5773551A; AU2555497A; EP1005450B1; ATE272615T1; EP1005450A1; EP1005450A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein t-Butylisocyanatmonomer gemäß Anspruch 1, welches bei der Herstellung von hochverzweigten Molekülen, die eine vorbestimmte dreidimensionale Morphologie aufweisen, verwendet werden kann. Insbesondere ist die Verbindung bei der Herstellung von Micellen nützlich, welche in Gebieten Verwendung finden wie beispielsweise als Detergentien, beim Radioimaging, als Bindungstellen zur Arzneimittelfreisetzung, polyfunktionelle Grundlagen und andere Anwendungsgebiete.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Kenntnis von Verfahren zur Herstellung und Verfahren zur Verwendung von Kaskadenpolymeren, die zur Bildung unimolekularer Micellen in der Lage sind, wächst kontinuierlich. Unimolekulare Micellen sind hochverzweigte, multifunktionelle Moleküle mit hohem Molekulargewicht, die eine vorbestimmte dreidimensionale Morphologie aufweisen, wie in dem US-Patent 5,154,853 der Anmelder diskutiert ist. Wie in dem oben genannten '853-Patent ausgeführt ist, erfordern für die Herstellung von derartigen Kaskadenpolymeren eingesetzte Synthesestrategien die Betrachtung von Faktoren, wie beispielsweise dem Gehalt des ursprünglichen Kernes, der als Wiederholungseinheiten verwendeten Bausteine oder Monomere zur Erzeugung von Schichten um den ursprünglichen Kern, Abstandsmolekülen, Anzahl der Verzweigungen, Grenzen dichter Verpackung gewünschte Porosität des Moleküls, Gastmoleküle, die zur Insertion in das Molekül in der Lage sind, Interreaktionen zwischen den (uni)molekularen Micellen sowie auch andere Faktoren. Die kritischen Faktoren in derartigen Synthesen bleiben die Auswahl der geeigneten Monomeren oder Bausteine, die durch den Typ der gewünschten Verzweigung bestimmt sind.
Das oben genannte '853-Patent offenbart ein Verfahren zur Synthese von unimolekularen Micellen unter Verwendung von Bausteinen, wie sie in den US-Patenten 5,154,853 und 5,206,410 der Anmelder offenbart sind. Im Allgemeinen umfassen die Verfahren zur Herstellung von Kaskadenpolymeren, wie sie in dem '853-Patent offenbart sind, die Schritte der Alkylierung der Zweige einer mehrfach verzweigten Alkylkernverbindung mit einem terminalen Alkinbaustein, welcher mehrfache etherische Seitenketten aufweist und anschließend simultane Reduzierung der Alkindreifachbindungen und Schutzgruppenabspaltung, um ein mehrfach verzweigtes, Allalyklpolymer mit endständigen Mehrfachhydroxylgruppen zu bilden. Dieses Verfahren erzeugt eine unimolekulare Micelle, die im wesentlichen aus einem Kernkohlenstoffatom und im wesentlichen sich von diesem erstreckenden Allalkylarmen besteht.
Die Synthesen der Bausteine sind im Detail in dem oben genannten '410-Patent offenbart. Zusammenfassend gesagt werden Nitromethan und drei Äquivalente von Acrylnitril unter basischen Bedingungen umgesetzt, um Nitroalkylnitril bereitzustellen. Das Nitril wird unter sauren Bedingungen hydrolisiert, um die korrespondierende Tricarbonsäure zu ergeben. Die Tricarbonsäure wird anschließend mit Diboran zu Nitroalkyltriol reduziert. Die Nitrogruppe des Triols wird anschließend mit Wasserstoff und Nickel reduziert, um das Aminoalkyltriol „Bis-homotris" zu ergeben. Ein alternativer Weg des Schutzes wird durch Umsetzung des Nitroalkyltriols mit 4-Chlorbenzylchlorid bereitgestellt, um die Hydroxylgruppen durch Konversion des Triols in den Triether zu schützen. Der Triether wird anschließend mit Acryl nitril umgesetzt, um den korrespondierenden beta-Cyanoethyltriether zu ergeben. Der Cyanotriether wird anschließend mit Diboran reduziert, um den Aminotriether zu ergeben. Schließlich wird der Aminotriether mit Wasserstoff und Palladium reduziert, um das Aminoalkyltriol „verlängerte-Bishomotris" zu ergeben.
Alternativ werden Nitromethan und drei Äquivalente von Alkylacrylat unter basischen Bedingungen umgesetzt, um den korrespondierenden Nitrotrisalkylester bereitzustellen. Alkalische Hydrolyse ergibt die Nitrotriscarbonsäure. Die Nitrotriscarbonsäure wird anschließend mit Diboran oder Lithiumaluminiumhydrid umgesetzt, um Nitro-tris-3-hydroxyalkan zu ergeben. Ein geeigneter Schutz der Hydroxyfunktionalitäten mit Acylchloriden oder subtituierten Derivaten von diesen oder mit Chlortrialkylsilanen ergibt hohe Ausbeuten von Hydroxy- geschütztem Nitrotriol, welches zu dem korrespondierenden Aminotrialkoxysilan reduziert werden kann, welches als zweckmäßiges Ausgangsmaterial für die Herstellung eines tert-Isocynates dient, wie unten beispielhaft beschrieben wird.
Auf ähnliche Weise kann Tris(hydroxymethyl)aminomethan mit Acrylnitril oder mit Estern von Acrylsäure umgesetzt werden, um jeweils Tris[(cyanoethoxy)methyl]aminomethan und Tris[(cyanoalkoxy)methyl]aminomethan zu ergeben.
Es würde vorteilhaft sein, einen Syntheseweg bereitzustellen, der weniger Schritte als das oben genannte herkömmliche Verfahren erfordert. Des weiteren erfordert die oben genannte Synthese ein Amin zur Umsetzung mit einer Säure. Es würde ebenfalls wünschenswert sein, ein Monomer mit einer universellen reaktiven Gruppe bereitzustellen, welche mit verschiedenen anderen reaktiven Gruppen reagieren kann, um eine Flexibilität in den Synthesewegen zu ergeben und dadurch eine ausgedehnte Anwendung der Erfindung bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein t-Butylisocyanatmonomer der Formel O=C=N-C(CH₂CH₂CO₂tBu)₃ bereit. Als Vergleichsbeispiel werden Verfahren zur Synthese von Kaskadenmolekülen durch Umsetzung von wenigstens einer Schicht einer funktionalisierten Struktur mit Verbindungen folgenden Typs bereitgestellt: O=C=N-C(CH₂R)₃ wobei R ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend

a) -(CH₂)_n-CH₂-COOR' mit n = 0–10; R' ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Heteroaryl, Polycycloalkyl, Adamantyl;
b) -O-(CH₂)_n-CH₂-COOR' -O-CH₂-CH₂-CN wobei R' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl(C-1 bis C-20), Cycloalkyl (C-3 bis C-10), Aryl, Heteroaryl, Polycycloalkyl, Adamantyl, n = 0–10;
c) -(CH₂)_n-CH₂-O-R'' mit n = 0–10, R'' ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Cycloalkyl, Arylheteroarylester-Funktionalität, und einem Schwefel- oder einem Siliciumatom, welches Substituenten ausgewählt aus der Gruppe umfasst:
-SO₂-R''', -SiR₃''' -(CH₂)_n-CH₂-CN, -(CH₂)_n-CH₂-COOR''' wobei R''' ist Alykl (C-1 bis C-20), Cycloalkyl (C-3 bis C-10), Aryl, Heteroaryl, Polycycloalkyl, Adamantyl, n = 0–10.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden schnell erkannt werden, wie diese durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, wobei.
1 ist eine schematische Darstellung einer Synthese der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Monomeren;
2 ist eine schematische Darstellung einer verschiedenen Synthese, welche die Flexibilität der Reaktivität der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Monomeren demonstriert;
3 ist eine schematische Darstellung eines Vergleichsbeispiels einer Synthese unter Verwendung von Polymeren, die mit Amingruppen auf einer polymeren Oberfläche reagieren;
4 ist eine schematische Darstellung der Reaktion der erfindungsgemäßen Monomeren auf der Oberfläche einer Siliciumperle; und
5 ist eine schematische Darstellung von verschiedenen Monomeren, die gemäß der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein t-Butylisocyanat der Formel O=C=N-C(CH₂CH₂CO₂tBu)₃ bereit. Ein Vergleichsbeispiel eines Verfahrens zur Synthese von Kaskadenmolekülen und Kaskadenpolymeren, die per se durch dieses synthetisiert werden, wird ebenfalls beschrieben. Das Verfahren umfasst die allgemeinen Schritte der Umsetzung von wenigstens einer Schicht des Kaskadenpolymers mit einer t-Butylisocyanatverbindung der Formel O=C=N-C(CH₂CH₂CO₂tBu)₃.
Insbesondere können, bezugnehmend auf Kaskadenmoleküle oder Polymere, derartige Kaskadenmoleküle verwendet werden, um eine (uni)molekulare Micelle bereitzustellen, welche innere Leerbereiche umfasst, wobei die Leerbereiche reaktive Stellen umfassen, welche in der Lage sind, kovalent und nicht-kovalent an einen Gast/Gäste zu binden. Derartige (uni)molekulare Micellen sind Kaskadenstrukturen, welche als Micellen wirken. Derartige (uni)molekulare Micellen können im allgemeinen in der Form von solchen sein, wie sie in dem oben zitierten US-Patent 5,154,853 der Anmelder offenbart sind. Derartige Moleküle sind im wesentlichen Allalkylmoleküle oder in der Form von solchen, wie sie in den oben zitierten Tomalia-Patenten beschrieben sind, welche einen Kern oder Verzweigungsstellen mit Stickstoff aufweisen. Derartige Verbindungen haben eine vordefinierte Verzweigung, in Abhängigkeit von der Anzahl der sequentiellen „Schicht"-Erweiterungen, welche in Übereinstimmung mit den oben zitierten Fundstellen erzeugt sind. Das heißt, dass der synthetische Prozess eine Sache des Zusammenbaus der Moleküle in Schichten oder Lagen in Übereinstimmung mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist.
Die Ethymologie des Begriffes „Micelle", wie sie in der klassischen oder üblichen Bedeutung benutzt wird, bezieht sich auf eine nichtkovalent assoziierte Ansammlung (Aggregat) von vielen einfachen Molekülen, die als eine Einheit mit eindeutigen Eigenschaften (beispielsweise wässrige Solubilisierung von Wasser in löslichen Materialien) fungieren, welche nicht bei den individuellen Molekülen, aus welchen die Micelle besteht, beobach tet werden. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff (uni)molekulare Micelle oder MICELLANE^TM (Warenzeichen) auf ein einzelnes Makromolekül, welches eine kovalent strukturierte Superstruktur besitzt, welches die gleiche Funktion oder Funktionen wie eine klassische Micelle haben kann.
Ein Zusatz zu diesen Begriffen bezeichnet die Inkorporation von spezifischen Arten von Metallen oder Nichtmetallen innerhalb des chemisch zugänglichen lipophilen Inneren der unimolekularen Micelle.
Im Allgemeinen können in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellte Micellen oder Kaskadenpolymere beschrieben werden, dass diese wenigstens ein Kernatom aufweisen, vorzugsweise ein Kohlenstoffatom, und Arme, die von diesem Kernatom abzweigen. Bei der Synthese von Kaskadenpolymeren bezieht sich der Begriff Kaskade auf die schichten- oder lagenweise Addition von Monomeren oder „Bausteinen", welche schließlich die resultierende unimolekulare Micelle aufweisen. Diese Monomeren oder Bausteine bringen bei (1) eine primäre Struktur, die auf eine Kern-Konektivität zurückgeführt wird, (2) eine sekundäre Struktur, die auf eine fundamentale Kern-Wechselwirkung wie beispielsweise Wasserstoffbrückenbindungen, Dipolwechselwirkungen und London-Kräfte zurückgeführt wird, (3) eine tertiäre Struktur, welche molekulare Gestalten wie beispielsweise Bänder, Reißverschlüsse, Schrauben und Sphären annehmen können, welche durch eine sekundäre Struktur induzierte innere und äußere Konformationen sind, und (4) eine dynamische, strukturierte Leerdomäne oder „quasi-tertiäre" Struktur der unimolekularen Micelle, die durch die Kombination der primären, sekundären und tertiären Strukturen bestimmt ist. Eine quasi-tertiäre Domäne weist eine der Hauptdomänen der micellaren makromolekularen Struktur auf, welche die unmittelbare Region oberhalb der micellaren Oberfläche umfasst, die Micelle an sich und das micellare Gerüst. Sämtliche dieser Domänen sind aktiv, indem sie verwendet werden können, um chemische und physikalische Veränderungen der (uni)molekularen Micelle, deren Umgebung, eines molekularen Gastes oder von Gästen oder eine beliebige der genannten Kombinationen zu bewirken.
Diese Struktur stellt bereit die verschiedenen Nützlichkeiten von Micellen als Träger von Metallen oder dergleichen, Arzneimitteln oder anderen Gästen, welche den Micellen erlauben, ein Arzneimittelfreisetzungssystem oder Freisetzungssystem von anderen Chemikalien oder dergleichen in vivo und/oder in vitro zu sein. Beispielsweise können derartige Micellen Toxine tragen, die in einer flüssigen Umgebung gegenüber Kontaminanten freigesetzt werden sollen, können als ein Arzneimittelfreisetzungssystem für Tiere, einschließlich Menschen, verwendet werden, können zur Entfernung von Materialien aus einem System, wie beispielsweise Kontaminanten von einem Detergenz, verwendet werden, und viele andere Anwendungen, die in den vorgenannten Patenten sowie auch in verwandten Patenten in diesen Gegenstand betreffenden Artikeln dokumentiert worden sind.
Der Abschluss der Arme der Micellen, oder bei größerer Verzweigung möglichen mittleren Bereichen der Arme, können falten, um eine äußere Oberfläche der Micelle oder Kaskadenstruktur zu bilden. Die Oberfläche der Micelle ist der unmittelbar umgebenden Umgebung ausgesetzt, in welcher die Micelle angeordnet ist. Diese Umgebung wird einen gewissen hydrodynamischen Charakter haben, welcher durch Eigenschaften wie pH-Wert oder Lipophilie-Hydrophilie-Charakteristika bestimmt ist. Derartige Oberflächencharakteristika führen auch zu einer allgemeinen Löslichkeit der Micelle, selbst wenn diese einen vergleichsweise unlöslichen Gast in sich trägt. Derartige Oberflächen können schnell mit Metallionen beschichtet werden.
Wie in dem Abschnitt über den Hintergrund des Fachgebietes diskutiert wurde, offenbaren die oben genannten US-Patente 5,136,096 und 5,206,410 sowie auch andere Veröffentlichungen einen mehrstufigen Syntheseweg, der mit der Herstellung von monomeren Bausteinen beginnt und mit dem Schicht- oder Kaskadenprozess sich weiter fortsetzt. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung darin verwendet werden, was als universell wirksame Bausteine angesehen werden kann, indem die herkömmliche, Amine erfordernde Synthese auf mit Säuren reagierenden Aminoendgruppen angewiesen ist. Das Monomer der vorliegenden Erfindung ist wesentlich höher reaktiv und kann daher flexibler in Synthesereaktionen mit terminalen Gruppen verwendet werden, die verschieden von Säuren sind und diese einschließen.
Ein Verfahren zur Synthese von mehrschichtigen Kaskadenpolymeren und den hierdurch hergestellten Polymeren wird ebenso als ein Vergleichsbeispiel beschrieben. Die Polymere werden durch Umsetzung von wenigstens einer Schicht eines Polymers mit einem funktionalisierten Isocyanat gebildet, welches die folgende Formel aufweist: O=C=N-C(CH₂-R)₃ wobei R ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend:

a) -(CH₂)_n-CH₂-COOR', mit n = 0–10, R' ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Heteroaryl, Polycycloalkyl, Adamantyl;
b) -O-(CH₂)_n-CH₂-COOR' -O-(CH₂)_n-CH₂-CN mit n = 0–10, R' ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkyl (C-1 bis C-20), Cycloalkyl (C-3 bis C-10), Aryl, Heteroaryl, Polycycloalkyl, Adamantyl;
c) -(CH₂)_n-CH₂-O-R'' mit n = 0–10, R'' ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Cycloalkyl, Arylheteroarylester-Funktionalität und einem Schwefel- oder Siliziumatom, welches Substituenten ausgewählt aus der Gruppe umfasst:
-SO₂-R''', -SiR₃''' -CH₂-CH₂-CN, -CH₂-CH₂-COOR''' wobei R''' ist Alkyl (C-1 bis C-20), Cycloalkyl (C-3 bis C-10), Aryl, Heteroaryl, Polycycloalkyl, Adamantyl. Spezifische Beispiele für die oben genannten R-Gruppen sind R = CH₂CH₂CO₂R' OCH₂CH₂CO₂R' OCH₂CH₂CN OCH₂CH₂CH₂OR'' OCH₂CH₂CH₂NR'R''' OCH₂CH₂CH₂SR'' OCH₂CO₂R' OCH₂CO₂NR'₂ CH₂CH₂SR'

Mehr im Detail auf die Reaktion eingehend stellt 1 exemplarisch den allgemeinen Syntheseweg dar, um die tert.-Butylisocyanatverbindung oder tert.-Strukturanaloga derselben zu erhalten.
Die Synthese stellt eine hohe Ausbeute (ungefähr 95%) von schmutzig weißen Kristallen dar, welche über einen großen Temperaturbereich stabil sind und einen Schmelzpunkt von zwischen 62°–64°C aufweisen. Das tert.-Butylisocyanat sowie auch die oben genannten Strukturanaloga können, wie weiter unten diskutiert und demonstriert wird, wirksam und effizient bei der Synthese von einfachen oder mehrschichtigen Kaskadenstrukturen verwendet werden. Die Überführung des Amins in das funktionalisierte tert.-Alkylisocyanat kann mit Phosgen, Trichlormethylchlorformat (Phosgendimer) oder mit Bis(trichlormethyl)carbonat (Phosgentrimer) durchgeführt werden, welche beide allgemein als potenzielle Ersatzstoffe für Phosgen verwendet werden, um die schweren Gefährdungen bei der Handhabung im Labor aufgrund dessen Flüchtigkeit und hoher Toxizität zu vermeiden.
2 zeigt den weiten Bereich von terminalen Gruppen, die mit dem Isocyanatmonomer der vorliegenden Erfindung umsetzbar sind. Eine Schicht der Kaskadenstruktur (oder des Moleküls), welches mit dem Isocyanatbereich der t-Butylverbindung reagiert, kann reaktive Gruppen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ROH, RNH₂, RCOOH, RSH, (CH₂)_nR₂ und R₃CH, wobei R C-1 bis C-10 und n = 1–20 ist, umfassen. Die Reaktion kann bei erhöhten Temperaturen, die zwischen 50°–200°C variieren, durchgeführt werden. Der bevorzugte Temperaturbereich ist 90°–100°C. Die Reaktionszeiten können von 1–60 Stunden in Abhängigkeit von strukturellen Variationen variieren. Die bevorzugte Reaktionszeit ist 20–24 Stunden bei dem oben angegebenen bevorzugten Temperaturbereich.
Lösungsmittel für die Phosgenierung von Aminen müssen gegenüber dem Amin, dem Isocyanat, dem Carbamidesterchlorid und Chlorwasserstoff inert sein. Des Weiteren sollte der Siedepunkt im Wesentlichen unterschiedlich von dem gebildeten Isocyanat sein, so dass eine Trennung durch Destillation durchführbar erscheint.
Lösungsmittel für diesen Zweck sind Hexan, Heptan, Octan, Benzol, Toluol, Xylole, Chloroform, Dichlormethan, Kohlenstofftetrachlorid, Tetrachlorethan, Ethylacetat, Dimethoxyethan, 2-Butanon, Acetonitril und Nitrobenzol.
Für die Reaktion geeignete organische Basen schließen Triethy lamin, Diisopropylethylamin, Tripropylamin oder N,N-Dimethylaminobenzol, DMAP und verwandte organische Amine ein.
Die Reaktion kann ebenso in einem Zwei-Phasen-System durchgeführt werden: anstelle der organischen Base kann eine wässrige Lösung von Alkalihydroxid, Alkalihydrogencarbonat oder Alkalicarbonat verwendet werden, wie in dem experimentellen Abschnitt dieser Anmeldung beispielhaft beschrieben wird.
Die Isocyanate können durch Destillation des Lösungsmittels und nachfolgende Kristallisation aus einem inerten Lösungsmittel wie beispielsweise Petroleether, Pentan oder Hexan isoliert werden. Weitere Verfahren der Reinigung umfassen Hochvakuumdestillation oder Säulenchromatographie auf Siliciumdioxid oder auf basischem oder neutralem Aluminiumoxid unter Verwendung inerter Lösungsmittel als Eluenten, wie sie oben für die Phosgenierungsreaktion aufgeführt sind.
Weitere Transformationen des tert-Butylisocyanats können in einem Überschuss des Reaktionspartners durchgeführt werden. Derartige Reaktionen können in dem geschmolzenen Zustand der zwei Komponenten durchgeführt werden und die verwendeten Lösungsmittel sollten gegenüber dem Isocyanat inert sein. Bevorzugte Lösungsmittel sind Toluol, Xylole, Dimethylformamid.
Wie weiter in 2 veranschaulicht wird, kann die Reaktion unter sauren Bedingungen unter Bildung von Carbonsäuren der Formel
durchgeführt werden, wobei R die allmählich eingeführte Struktur oder Superstruktur ist.
Angesichts des oben Gesagten erlaubt die Vielzahl von funktionellen Gruppen, die wie oben ausgeführt zur Umsetzung mit dem trifunktionalisierten Isocyanat in der Lage ist, eine große Flexibilität bei der Zufügung von Schichten der erfindungsgemäßen Monomeren auf unterschiedliche Substrate. Daher kann die Bildung (uni)molekularer Micellen initiiert und diese nachfolgend hierzu auf Substraten angekoppelt werden, welche zuvor bei derartigen Synthesen nicht akzeptabel oder verfügbar waren.
Beispielsweise können die reaktiven Gruppen sich wiederholende Einheiten R auf einer Polymerkette sein, wobei das Syntheseverfahren den Schritt der Umsetzung der oben genannten t-Butylisocyanatverbindung mit R Gruppen der Polymerkette und Bildung einer Polymerkette mit sich wiederholenden Gruppen
umfasst.
Hierdurch wird ein Kernmolekül erzeugt, auf welches weitere Bindeglieder schichtenartig aufgebracht werden können, welches hierdurch eine Substratoberfläche aufweist, welche (uni)molekulare Micellen, die kovalent an diesem angehaftet sind, umfasst. Derartige Substrate können als eine schützende Beschichtung verwendet werden, wobei die Micellen sowohl Elemente absorbieren, welche anderenfalls aus der Umgebung des Substrates kontaminieren würden, und diese innerhalb der Micellen isolieren, oder die Micellen können in der Lage sein, Agenzien wie beispielsweise dekontaminierende Enzyme, Chemikalien oder dergleichen freizugeben, um eine Substratoberfläche von einer Kon tamination zu befreien. Die Oberflächenmodifikation durch die Zufügung von einer oder mehreren Schichten stellt eine hydrophile Verkleidung bereit, unter welcher ein chemischer Einschluss, Einkapselung und/oder Reaktionen auftreten können. Die einfache Trennung von verschiedenen organischen Materialien wie beispielsweise Arzneimitteln und physikalische Enantiomerentrennungen werden möglich sein (Manning, et al. J. Chem. Soc. Chem. Commun. Seiten 2139–2140 (1994)).
Ein spezifisches Beispiel für eine Polymerbeschichtung von monomeren Micellenkernen über eine polymere Oberfläche ist in 3 gezeigt. Insbesondere ist ein Aminopolymer gezeigt, wobei die Monomeren der vorliegenden Erfindung mit diesen umgesetzt sind.
Die Anhängung von 1 → 3 Bausteinen kann durch die Umsetzung von Poly(alkylamin) mit dem tert-Butylisocyanat sowie auch oxygenierten Gegenstücken demonstriert werden, um die Beschichtung des polymeren Rückrückgrates mit Mehrfachkaskadenzentren zu erzeugen. Die nachfolgende Hydrolyse der Mehrfachkaskadenzentren ergibt neue hydrophile Mehrfacheinheiten, welche eine wasserlösliche Überdachung des polymeren Materials langsam aufbauen. Die Überdachung kann durch eine nachfolgende Behandlung mit dem polyfunktionalisierten Isocyanatmonomer ausgedehnt werden.
Eine derartige Flexibilität der Umsetzung kann auch auf verschiedene chemische Oberflächen ausgedehnt werden, wie beispielsweise eine Siloxanoberfläche von Siliciumperlen. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Reaktion des Monomers der vorliegenden Erfindung und anderer Beispielmonomere mit der Oberfläche einer Siliciumperle. Insbesondere sind die reaktiven Gruppen auf der Oberfläche (SiOH) auf einer Siliciumperle. Das Verfahren umfasst die Schritte der Umsetzung der t-Butylverbindung der vorliegenden Erfindung mit den (SiOH)-Gruppen, um ein Produkt zu bilden, welches Gruppen der folgen den Formel aufweist
Es können daher Perlen konstruiert werden, die eine Vielzahl von Micellen auf der Oberflächen derselben aufweisen. Derartige Micellen können in verschiedenen Prozessen verwendet werden, wie beispielsweise der Säulenchromatographie oder dergleichen zur selektiven Entfernung von Agenzien von dem durch die Säule strömenden Material oder zur Zugabe zu diesem.
Angesichts des oben gesagten stellt die vorliegende Erfindung ein neues stabiles Monomer bereit, welches zu einer breiten Vielfalt von Synthesen in der Lage ist. 5 zeigt verschiedene Monomere, welche durch die Anmelder in den oben genannten Patenten beschrieben sind, welche in Übereinstimmung mit den beschriebenen Vergleichsbeispielen verwendet werden können, wobei das Verfahrensergebnis die hochreaktiven Isocyanatmonomere sind. Daher können, wie in 5 in Bezug auf das Tris-Monomer gezeigt ist, micellare Strukturen gebildet werden, welche Tris- und Bis-homtris-Monomere verwenden (das bis-homotris-Monomer erfordert Schutzgruppen R', wie solche, die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind, um Kaskadenpolymere zu konstruieren, die die
Verknüpfungen umfasssen. Daher können Kaskadenmoleküle und/oder Polymere mit der folgenden Formel bereitgestellt werden,
wobei R₁ ein Alkyl mit C3 bis C20 ist, R₂ ist ein Alkyl mit C3 bis C20, R₃ ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, Alkaryl, Aryl, Amonium, Sulfonium, Phosphonium und Metallsalze, wobei jeweils R₁, R₂ und R₃ eine Schicht um das Zentralkohlenstoffatom definieren, wobei wenigstens eine der Schichten zu der nächsten der genannten Schichten durch eine
Verknüpfung gebunden ist.
In Anbetracht des oben gesagten besteht im weitesten Sinne ein Kaskadenpolymer im wesentlichen aus einem Kernatom, vorzugsweise Kohlenstoff, und im wesentlichen sämtliche Alkylarme erstrecken sich von diesem Arm aus, wobei die Arme aus einer Serie von Schichten bestehen. Wenigstens eine der Schichten ist zu der
Verknüpfung gebunden.
Des weiteren stellt bezogen auf das Monomer der vorliegenden Erfindung diese ein stabiles dreifachfunktionalisiertes Isocyanat der Formel O=C=N-C(CH₂CH₂CO₂tBu)₃ bereit. Dieses ist thermisch stabil und dessen Reaktivität ist kontrollierbar.
Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die Synthese von Kaskadenpolymeren. Des weiteren demonstrieren die Beispiele die Herstellung von verschiedenen Kaskadenstrukturen in einem einzigen Schritt aus trifunktionialisierten Alkylisocyanaten. Die Produkte sind thermisch stabil und besitzen eine kontrollierbare Reaktivität.
Di-tert-butyl-4-isocyanato-4[2-(tert-butoxycarbonyl)ethyl)heptandioat
Eine Lösung von Di-tert-butyl-4-amino-4-[2-(tert-butoxycarbonylethyl]heptandioat (8,3 g; 0,02 mol), Triphosgen[bis(trichlormethyl)carbonat] (4,0 g; 0,013 mol) und Triethylamin (5 g; 0,05 mol) in Benzol (400 ml) wurden gerührt und zu gelindem Rückfluss für 2,5 Stunden erwärmt. Der weiße Niederschlag wurde von der Lösung über einem Glassintertrichter filtriert und mit Benzol (80 ml) gewaschen. Das Filtrat wurde mit 3%iger wässriger Natriumhydroxydlösung (50 ml) gewaschen, die Schichten wurden abgetrennt und die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat (10 g) getrocknet. Die Destillation von Benzol ergab ein schwach gelbes Öl, welches sich beim stehen lassen verfestigte, um Kristalle (8,4 g; 95%) des Produktes zu ergeben. Die Kristalle wurden in Petrolether (niedrig siedende Fraktion 30–50°C) (45 ml) gelöst, die Lösung wurde filtriert und in einer Tieffrierkammer für 30 Stunden platziert. Die Filtration ergab leicht schmutzige, weiße Kristalle (8,4 g; 95%) Smp. 62–64°C; IR (KBr): 2262 (NCO), 1734 (COO), 1159 (C-O) cm^–1, ¹H NMR (CDCl₃): 1,34 (s, CH₃, 27H); 1,74 (t, J = 4,2, 6H); 2,18 (t, J = 4,2 6H); ¹³C NMR (CDCl₃) 27,8 (CH₃), 33,89 (CH₂CO), 29,9 (C-CH₂CH₂-), 61,82 (C-N); 80,57 (C-CH₃), 122,18 (N=C=O), 171,68 (COO).
Phosgenierung in einem 2-Phasensystem
Zu einer Lösung von Phosgen (12 g; 0, 12 mol) in Chloroform (300 ml) wird unter Rühren bei 0–5°C über einen Zeitraum von 30 Minuten von 44 g (0,1 mol) von Di-tert-butyl-4-amino-4-[2-(tert-butoxycarbonyl)ethyl]heptandioat in Chloroform (100 ml) zugefügt und gleichzeitig eine Lösung von Natriumhydroxid (9,6 g) gelöst in Wasser (80 ml). Die Phasen wurden nach einer Stunde getrennt und die organische Phase über Natriumsulfat getrocknet. Die Destillation des Lösungsmittels ergab ein Produkt (43 g; 92%) als schmutzig-weiße Kristalle, Smp. 62°C.
Phosgen (6 g; 0,06 mol) wurde langsam bei 0,5°C in eine gerührte Lösung des Amins (22 g; 0,1 mol) in Methylenchlorid (500 ml) und Triethylamin (6 g, 0,06 mol) zugefügt. Die Suspension wurde bei Umgebungstemperatur für 2 Stunden gerührt. Triethylamin wurde von der Lösung abfiltriert und die Aufbereitung erfolgte wie unter 1) beschrieben, was eine Ausbeute an Isocyanat von 25 g (85%) ergab.
Alkylurethane von Di-tert-butyl-4-amino-4-[tert-butoxycarbonyl)ethyl]heptandioat
[(CH₃)₃C-O-CO-CH₂-CH₂)₃C-NH-COOR

R = Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl.

1) R = Methyl
Eine Lösung von Di-tert-butyl-4-isocyanato-4-[tert-butoxycarbonyl)ethyl]heptandioat (0,44 g; 0,001 mol) in Methanol wurde für 20 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Eine Destillation des Lösungsmittels bei reduziertem Druck ergab ein Öl, welches sich beim Stehenlassen verfestigte, 430 mg, (91%), Smp 82–84°C (Petrolether); TLC: Ethylacetat/Cyclohexan auf SiO₂); ¹H NMR (CDL₃): δ 1,43 (s, 27H, CH₃), 1,89 (t, J = 7,3 Hz, 6H, CH₂), 29,69 (CO-CH₂), 51,23 (O-CH₃), 56,10 (C-NH), 80,13 [(CH₃)₃C], 154.64 (NH-CO), 172,26 (COO).
2) R = Ethyl
Die Reaktion wurde wie unter Beispiel 1) berichtet durchgeführt. Ausbeut: 92%, Smp. 73–75°C (Petrolether); ¹H NMR (CDCl₃): δ 1,20 (t, J = 7,0 Hz, CH₃, 3H), 1,42 (s, CH₃, 27H), 1,88 (t, J = 7,3 Hz, 6H, CH₂), 2,20 (t, J = 7,3 Hz, 6H, CH₂), 4,03 (q, CH₂, 2H), 4,66 (s, br, NH). ¹³C NMR (CDCl₃): δ 14,42 (CH₂-CH₃), 27,96 [(CH₃)]₃, 29,60 (CH₂-CH₂), 30,03 (CO-CH₂), 56,28 (C-NH), 62,40 (O-CH₂), 80,44 [(CH₃)₃C), 154,60 (CO-NH), 172,46 (COO).
3) R = Propyl
Die Reaktion wurde wie unter Beispiel 1 berichtet durchgeführt. Ausbeute: 86%; Smp 91–93°C (Petrolether); ¹H NMR (CDCL₃): δ 0,90 (t, J = 7 Hz, 3H, CH₃), 1,41 [s, 27H, (CH₃)₃], 1,63 (t, J = 8 Hz, 2H, CH₂), 1,87 (t, J = 8 Hz, 2H, CH₂), 2,19 (t, J = 8 Hz, 2H, CH₂), 3,93 (t, J = 7 Hz, 2H, OCH₂), 4,67 (br, NH); ¹³C NMR (CDCl₃): δ 10,13 (CH₃), 22,12 (CH₂-CH₃), 27,87 [(CH₃)₃C], 29,52 (CO-CH₂-CH₂), 29,96 (CO-CH₂-CH₂), 56,19 (C-NH), 65,76 (O-CH₂), 80,30 [(CH₃)₃C], 154,20 (NH-COO), 172,36 (COO).
4) R = Butyl
Die Reaktion wurde wie unter Beispiel 1) berichtet durchgeführt, Ausbeute: 100%; Smp 72–73°C (Petrolether); δ 1,02 (t, J = 7.0 Hz, 3H, CH₃), 1,43 [s, 27H, (CH₃)₃], 1,53–1,63 (m, CH₂-CH₂, 4H), 1,88 (t, J = 7 Hz, 6H, CH₂), 2,20 (t, J = 7 Hz, 6H, CH₂), 3,98 (t, 2H, CH₂-O), 4,68 (br, NH); ¹³C NMR (CDCl₃): 13,62 (CH₃), 18,96 (CH₃-CH₂), 27,94 [(CH₃)₃], 29,58 (CO-CH₂-CH₂), 30,03 (CH₃-CH₂-CH₂), 30,90 (CO-CH₂-CH₂), 56,25 (C-NH), 64,14 (O-CH₂), 80,41 [(CH₃)₃C], 154,59 (NH-CO). 172,44 (COO).
4-(beta-Carboxyethyl)-4-N-butylcarbamoyl)-1,7-heptandisäure
Eine Lösung von n-Butylurethan (515 mg, 1 mmol) in Ameisensäure wurde für zwei Stunden gerührt. Anschließend wurde in einem Rotationsverdampfer destilliert, Toluol (15 ml) zugefügt und erneut unter Vakuum destilliert. Die Prozedur wurde zweimal wiederholt, was ein glasartiges Produkt ergab, welches sich bei Anbringung an einen Vakuumverteiler über Nacht verfestigte. Das ergab ein nicht-kristallines, weißes Material, Smp 110–112°C; 300 mg (86%); ¹H NMR (DMSO-d₆): δ 0,86 (t, J = 7 Hz, 3H, CH₃), 1,22–1,51 (m, CH₂-CH₂, 4H), 1,74 (t, J = 7 HZ, 6H, CH₂), 2,09 (t, J = 7 HZ, 6H, CH₂), 3,87 (t, J = 7 Hz, 3H, CH₃), 6,70 (s, NH), 12,0 (br, COOH); ¹³C NMR (DMSO-d₆) δ 13,90 (CH₂-CH₂-COOH), 31,07 (CH₂-CH₂-COOH), 55,91 (C-NH), 63,21 (O-CH₂), 154,88 (NH-CO), 174,72 (COO).
1,9-Dicyano-5-(2-oxa-4-cyanobutyl)-3,7-dioxanoyl-5-isocyanat
OCN-C(CH₂-O-CH₂-CH₂-CN)₃
Tricyanoamin wurde im wesentlichen gemäß dem durch G. R. Newkome und X. Lin, (Macromolecules, 24: 1443 (1991)) beschriebenen Verfahren hergestellt.
Zu einer Lösung von Tricyanoamin 2,80 g, 0,01 mol) in Methylendichlorid (100 ml) wurden Triethylamin (2,42 g; 3,33 ml; 24 mmol) gefolgt von einer langsamen Zugabe von Triphosgen (1,176 g; 4 mmol) zugefügt. Die Lösung kam nahe bis zur Erhitzung unter Rückfluss und wurde bei Umgebungstemperatur für drei Stunden gerührt. Anschließend wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Eine Mischung von Ethylacetat und Ether (1 : 1) (150 ml) wurden zu dem festen Rückstand zugefügt und Triethylaminhydrochlorid wurde abfiltriert. Das Filtrat wurde mit verdünnter 2%iger wässriger Natriumhydrogencarbonatlösung (2 × 30 ml) und anschließend mit Wasser gewaschen und getrocknet (MgSO₄). Die Destillation des Lösungsmittels im Vakuum ergab das Produkt als ein schwach gelbes Öl (2,90 g, 94%): ¹H NMR (CDCl₃) δ 2,64 (t, J = 6.0 Hz, 6H, CH₂-CN), 3,60 (s, 6H, CH₂-O), 3,74 (t, J = 2,5 Hz, O-CH₂); ¹³C NMR (CDCl₃): δ 126,85 (NCO), 117,62 (CN), 70,57 (CH₂-O), 65,68 (-O-CH₂-), 63,18 (C-NCO), 18,44 (CH₂-CN); IR (KBr): 2263 (NCO).
1,9-Dicyano-5-(2-oxa-4-cyanobutyl)-3,7-dioxanonyl-5-N-propylcarbamat
(NC-CH₂-CH₂-O-CH₂-)₃C-NH-COOC₃H₇
Das trifunktionalisierte Isocyanat (0,6 g; 2 mmol) wurde in Propanol (15 ml) gelöst und die Lösung für 20 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, was ein Öl als Produkt ergab (700 mg; 95, 5%), welches auf basischem Aluminiumoxid gereinigt wurde [EtOAc, Toluol (2 : 8)]; ¹H NMR (CDCl₃): δ 0,92 (t, J = 4 Hz, 3H, CH₃), 1,62 (m, CH₂, 2H), 2,61 (t, J = 6 Hz, 6H, CH₂-CN), 3,76 (t, J = 7 Hz, CH₂-O, 6H), 3,78 (s, O-CH₂, 6H), 3,93 (t, J = 7 Hz, 2H, O-CH₂), 5,01 (br, NH); ¹³C NMR (CDCl₃): δ 9,96 (CH₃), 18,50 (CH₂-CN), 21,88 (CH₃-CH₂), 58,26 (C-NH), 65,42 (NC, CH₂-CH₂-O), 65,87 (COO-CH₂), 68,88 (O-CH₂-), 117,73 (CN), 155,12 (NH-CO).
N-Acetyl-[1,9-dicyano-5-(2-oxa-4-cyanobutyl)-3,7-dioxanonylamine]
(NC-CH₂-CH₂-O-CH₂-)₃C-NH-CO-CH₃
Eine Lösung von 1,9-Dicyano-5(2-oxa-4-cyanobutyl)-3,7-dioxanonyl-5-isocyanat (300 mg; 1 mmol) in Essigsäure (8 ml) wurden für zehn Stunden unter Rückfluss erhitzt. Die überschüssige Essigsäure wurde im Vakuum abdestilliert. Toluol (15 ml) wurden zugefügt und erneut im Vakuum konzentriert, was ein rotes Öl (300 mg) ergab, welches auf Silicagel (EtOAc/Cyclohexan, 8 : 2) gereinigt wurde, um das Produkt als ein schwach gelbes Öl zu ergeben (200 mg; 60%) ¹H NMR (CDCl₃): δ 1,99 (s, 3H, CH₃), 2,61 (t, J = 6 Hz, 6H, CH₂-CN), 3,69 (t, J = 6 Hz, 6H, CH₂-O), 3,84 (s, 6H, O-CH₂), 5,73 (br, NH); ¹³C NMR (CDCl₃): δ 18,41 (CH₂-CN), 23,75 (CH₃-CO), 59,38 (C-NH), 65,42 (CH₂-CH₂-CN), 68,53 (O-CH₂), 117,82 (CN), 170,64 (CO-NH).
N-Propionyl-[1,9-dicyano-5-(2-oxa-4-cyanobutyl)-3,7-dioaxanonylamin]
(NC-CH₂-CH₂-O-CH₂)₃C-NH-CO-C₂H_s
Eine Lösung des trifunktionalisierten Isocyanats (500 mg; 16 mmol) in Propionsäure (3 ml) wurde auf 95–100°C für 48 Stunden erhitzt. Die Säure wurde mit wässrigem Natriumhydrogencarbonat neutralisiert und das Produkt wurde mit Ethylacetat (2 × 20 ml) extrahiert. Das Extrakt wurde getrocknet (MgSO₄) und das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, was ein dunkelgefärbtes Öl ergab, welches wie oben beschrieben gereinigt wurde, um das Produkt als Öl zu ergeben (320 mg, 59%); ¹H NMR (CDl₃): δ 1,11 (t, J = 3 Hz, 3H, CH₃), 2,21 (t/d, J = 7 Hz, 2H, CH₂), 2,62 (t, J = 6 Hz, 6H, CH₂-CN), 3,68 (t, J = 6 Hz, CH₂O, 6H), 3,84 (s, 6H, OCH₂), 5,70 (br, NH); ¹³C NMR (CDCl₃): δ 9,24 (CH₃), 18,3 (CH₂-CN), 29,64 (CH₂-CH₃), 59,05 (C-NH), 65,26 (NC-CH₂-CH₂-O), 68,54 (O-CH₂), 117,71 (CN), 170,90 (CO).
N-Phenyl-N'-[1,9-dicyano-5(2-oxa-4-cyanobutyl)-3,7-dioxanonyl]harnstoff
(NC-CH₂-CH₂-O-CH₂-)₃C-NH-CO-NH-C₆H₅
Eine Lösung des trifunktionalisierten Isocyanats (500 mg; 16 mmol) in Anilin (4 ml) wurde auf 50°C für 37 Stunden erwärmt. Die Lösung wurde zu verdünnter Salzsäure (50 ml) zugefügt und das Öl wurde mit Ethylacetat (50 ml) extrahiert. Das Extrakt wurde mit Wasser (2 × 10 ml) gewaschen und getrocknet (Na₂SO₄). Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt und das verbleibende Öl auf basischem Aluminiumoxid [EtOAc/Toluol (9 : 1)] gereinigt, was ein Öl als Produkt ergab. Nach der Zugabe von 10 ml Ether trennten sich die Kristalle ab, welche abfiltriert und aus Methanol umkristallisiert wurden, Smp 90–92°C, ¹H NMR (CDCl₃) 2,62 (t, J = 6 Hz, CH₂-CN), 3,72 (t, J = 6 Hz, 6H, CH₂-O), 3,88 (s, 6H, OCH₂), 5,21 (br, NH), 6,58 (br, NH), 7,29–7,30 (m, 5H, arom.H); ¹³C NMR (CDCl₃): 18,51 (CH₂-CN), 58,91 (C-NH), 65,53 (CH₂-CH₂-O), 69,43 (O-CH₂), 118,18 (CN), 119,47, 112,74, 129,00, 138,74 (arom. C), 154,89 (NH-CO-NH).
Umsetzung von (Tris-hydroxymethyl)aminomethan und Di-tert-butyl-4-isocyanato-4-[2-(tert.-butoxycarbonyl)ethylheptandioat
H₂NC(CH₂OH)₃ + OCN-C(CH₂CH₂CO₂tBu)₃ H₂NC(CH₂OCNC(CH₂CH₂CO₂tBu)₃)₃
Eine Lösung von (Tris-hydroxymethyl)aminomethan (1,2 g; 10 mmol) und das trifunktionalisierte Isocyanat (4,4 g; 10 mmol) in DMF (20 ml) wurden auf 90–100°C für 15 Stunden erwärmt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt und das Produkt durch Chromatographie auf Sicilagel [EtOAc/Cyclohexan (2 : 8)] gereinigt, was ein weißes, nicht-kristallines Material mit einem Schmelzpunkt von 120–124°C ergab.
(6-Carbomethoxy-2-oxabutyl)-4,8-dioxaundecan-6-isocyanato-1,11-dicarbonsäuredimethylester
(H₃COOC-CH₂-CH₂-O-CH₂)₃C-N=C=O)
Zu einer gerührten Lösung von 6-Amino-6,6-bis(carbomethoxy-2-oxabutyl)-4,8-dioxaundecan-1,11-dicarbonsäuredimethylester (3,79 g; 0,01 mol) und Triethylamin (2,20 g; 3,07 ml, 0,023 mol) in Ether (80 ml) wurde eine Lösung von Triphosgen (1,09 g; 0,00366 mol) in Ether in (25 ml) bei einer Temperatur von 10–15°C über einen Zeitraum von 5 Minuten zugefügt. Anschließend wurde die Aufschlämmung für 2 Stunden bei 25°C gerührt. Triethylaminhydrochlorid wurde von der Lösung abfiltriert und auf dem Filter mit Ether (30 ml) gewaschen. Das Filtrat wurde mit wässriger Natriumcarbonatlösung (3%) (20 ml), gefolgt von Wasser (20 ml) gewaschen und Magnesiumsulfat getrocknet. Die Destillation des Ethers ergab das Produkt als ein Öl: (3 g; 75%); ¹H NMR (CDl₃): 2,55 (t, J = 6,4 Hz, 6H, CH₂-COO), 3,43 (s, 6H, CH₂-O), 3,67 (s, 9H, CH₃), 3,70 (t, J = 6 Hz, 6H, CH₂-CH₂-COO); ¹³C NMR (CDCl₃): 19,70 (CH₂-COO), 51,17 (OCH₃), 63,35 (=C-N-), 66,58 (O-CH₂-CH₂), 70,78 (CH₂-O), 126,78 (NCO), 171,35 (COO); IR (KBr): 2263 (NCO) Analyse berechnet für C₁₇H₂₇NO₁₀ (405,39); C, 50,36, H, 6,71, N, 3,46; gefunden C, 50,45, H, 6,68, N, 3,51
(CH₃OOC-CH₂-CH₂-O-CH₂)₃C-NH-C(O)-NH-C(CH₂-O-CH₂-CH₂-COOCH₃)₃
Eine Lösung von (6-Amino-6-carbomethoxy-2-oxabutyl)-4,8-dioxaundecan-1,11-dicarbonsäuredimethylester (0,38 g, 0,001 mol) und (6-Carbomethoxy-2-oxabutyl)-4,8-dioxaundecan-6-isocyanato-1,11-dicarbonsäuredimethylester (0,40 g; 0,001 mol) in Toluol (30 ml) wurden auf 65°C für 48 Stunden erwärmt. Das Lösungsmittel wurde abdestilliert und das verbleibende Öl auf basischem Aluminiumoxid (50 g, eluiert mit Ethylacetat/Methanol 10 : 0,3) chromatographiert, was 0,56 g (78%) eines viskosen Öls ergab; ¹H NMR (CHCl₃): 2,55 (t, J = 6,3 Hz, 12H, CH₂-COO), 3,65–3,72 (m, CH₂-O, CH₂-CH₂COO, 24H), 3,68 (s, 18H, CH₃); ¹³C NMR (CDCl₃): 34,68 (CH₂-COOCH₃), 51,47 (OCH₃), 58,77 (=C=NH), 66,68 (O-CH₂-CH₂-), 69,92 (O-CH₂), 157,00 (NHCONH), 171,7 (COO), Analyse bar. für C₃₃H₅₆H₂O₁₉: C, 50,50; H, 7,19; N, 3,56; gefunden C, 50,62; H, 7,11; N, 3.51.
(NC-CH₂-CH₂-O-CH₂)₃C-NH-C(O)-NH-C(CH₂-)-CH₂-CH₂-COOCH₃)₃
Eine Lösung von 5-Amino-4-cyano-2-oxabutyl)-1,9-dicyano-3,7-oxa-nonan (0,56 g, 0,002 mol) und (6-Carbomethoxy-2-oxabutyl)-4,8-dioxaundecan-6-isocyanato-1,11-dicarbonsäuredimethylester (0,081 g, 0,002 mol) in Toluol (5 ml) wurden für 38 Stunden auf 65°C erwärmt. Die Destillation des Lösungsmittels ergab ein viskoses Öl, welches nach der Chromatographie auf basischem Aluminiumoxid (Ethylacetat, Methanol 10 : 0,3) eine Ausbeute von 1,01 g (73%) des Produktes ergab, ¹H NMR (CDl₃): 2,56–2,67 (m, CH₂-COO, CH²-CN, 12H) 3,69 (s, 9H, CH₃), 3,67–3,79 (m, CH₂-O, CH₂-CH₂-COO, 24H), 5,11 (br, s, NH), 5,22 (br, s, NH); ¹³CNMR (CDCl₃): 18,66 (CH₂-CN), 34,61 (CH₂-COOCH₃), 51,52 (OCH₃), 58,77 (=C-NH, Esterteil), 58,84 (=C-NH), 65,73 (O-CH₂-CH₂-CN), 66,70 (O-CH₂-CH₂), 69,76 (O-CH₂), 69,91 (O-CH₂, Esterteil), 117,95 (CN), 156,91 (NH-CO-NH), 172,07 (COO).
Di-tert-butyl-4-isocyanoato-4-[2-tert-butoxycarbonyl)ethyl]-1,7-heptandicarboxylat
Zu einer gerührten Lösung von Di-tert-butyl-4-amino-4-[2-(tert-butoxycarbonyl)ethyl]-1,7-heptandicarbonxylat (41,55 g; 0,1 mol) und Triethylamin (22,26 g; 30,7 ml; 0,22 mol) in wasserfreiem Ether (700 ml) wurde tropfenweise innerhalb von 30 Minuten zu einer Lösung triphosgen (Hexachlorodimethylcarbonat) in Diethylether (100 ml) zugefügt. Die Temperatur der Mischung wurde sorgfältig bei 20–22°C durch äußere Kühlung gehalten. Anschließend wurde die Mischung für weitere 4 Stunden bei 25°C gerührt. Das resultierende Triethylaminhydrochlorid wurde abfiltriert und mit Diethylether (100 ml) gewaschen. Das Filtrat wurde mit kalter wässriger NaOH-Lösung (2%; 100 ml) gewaschen, mit Wasser (2 × 100 ml) extrahiert und getrocknet (MgSO₄). Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, um einen weißen Feststoff (42 g; 45%) zu ergeben, welche getrocknet wurde, unter Rückfluss von niedrig siedendem (Sdp. 35–50°C) Petrolether (230 ml) gelöst und filtriert, um Spuren von unlöslichen Materialien zu entfernen. Das Filtrat wurde langsam auf –20°C abgekühlt, um das reine Isocyanat (87–91%) als weiße Kristalle⁽⁵⁾ zu ergeben: 38,3–40,0 g, Smp. 60–63°C; ¹H NMR δ 1,34 (S, CH₃, 27H), 1,74 (t, CH₂, J = 4,2 Hz, 6H), 2,18 (t, CH₂, J = 4,2 Hz, 6H); ¹³C NMR δ 27,8 (CH₂), 33,86 (CH₂CO), 29,90 (CCH₂CH), 61,82 CN), 80,57 (CCH₃), 122,18 (NCO), 171,68 (CO₂); IR (KBr) 2262,9 (NCO), 1734 (COO), 1159 (C-O); Analyse ber. für C₂₃H₃₉NO₇ (441,55): C, 62,56; H, 8,90; N, 3,17; gefunden C, 62,42; H, 8,98; N, 3,18.
Ein beispielhaftes Verfahren zur Synthese von Kaskaden(makro)molekülen und/oder zur Herstellung derselben verwendete Polymere wurde beschrieben. Derartige Monomere und Polymere können für verschiedene Anwendungszwecke verwendet werden, wie sie oben veranschaulicht und diskutiert wurden.
Literaturstellen

1. Deutsche Offenlegungsschrift DOS 1,668,109 (1968), Farbenfabriken Bayer AG, Chem. Abstr. 78, 98251 (1973)
2. N. Sperber und R. Fricano, J. Am. Chem. Soc., 71, 3352 (1949)
3. G. R. Newkome und C. D. Weis, Org. Prep. Proc. submitted (1996).
4. E. Falb, A. Nudelman, und A. Hassner, Syn. Commun., 23, 2839 (1993).
5. G. R. Newkome, C. D. Weis, und R. R. Fronczek, (x-ray, 1996).
6. G. R. Newkome et al US-Patent 5,154,853, 1992.
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9. Manning, et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun. p. p. 2139–2140 (1994).

Claims

t-Butylisocyanatmonomer der Formel O=C=N-C(CH₂CH₂CO₂tBu)₃