DE69839323T2

DE69839323T2 - Via Keto-Enol-Tautomerie auf Stimuli reagierendes Polymer

Info

Publication number: DE69839323T2
Application number: DE69839323T
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Tsukuba-shi Ohnishi; Kazumi Tsukuba-shi Aoshima; Kazunori Kataoka; Katsuhiko Tsukuba-shi UENO
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: EP0922715B1; EP0922715A2; US6858694B2; EP0922715A3; DE69839323D1; US6852819B2; EP0922715B8; US20040223947A1; US7732550B2; US20020188084A1; US20040223945A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein ausgezeichnetes auf Temperatur reagierendes Polymer-Derivat, das für ein Wirkstoffabgabesystem (DDS), ein Chemoventil, für verschiedene Trennmittel, einen Katheder, einen künstlichen Muskel, usw. verwendet werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren wurden auf Stimuli reagierende Polymere weit verbreitet für ein Wirkstoffabgabesystem (DDS), für verschiedene Trennmittel, einen Katheder, einen künstlichen Muskel, ein Chemoventil, usw. verwendet und waren folglich von wachsender Bedeutung. Beispielsweise offenbart die JP-A-8-103653 (die Bezeichnung "JP-A", wie sie hier verwendet wird, meint eine "ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung) als ein auf Stimuli reagierendes Polymer ein Polymer, das in seine Struktur höherer Ordnung wechselt, um in einer wässrigen Lösung durch den Einfluss von Hitze, Licht oder durch eine pH- oder Potentialänderung anzuschwellen oder zu schrumpfen. Konkret sind Acrylamid- oder Methacrylamid-Derivate, wie Poly-N-isopropylacrylamid, N,N-Diethylacrylamid und N-Isopropylmethacrylamid, und Vinylether, wie Vinylmethylether, als ein Polymer offenbart, das bezogen auf Wasser eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) oder eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) aufweist, und das als Reaktion auf eine Temperaturänderung anschwillt oder schrumpft.
Obgleich diese bekannten Polymere, die als Reaktion auf eine Temperaturänderung anschwellen oder schrumpfen, so beschrieben werden, dass sie eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) oder eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) aufweisen, weisen sie alle tatsächlich eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) auf. Mit anderen Worten gesagt erleiden diese Polymere reversibel bei einer Temperatur, die nicht niedriger als die untere kritische Lösungstemperatur ist, eine Polymeragglomeration, die sie in Wasser unlöslich macht. Im Gegensatz dazu können diese Polymere bei einer Temperatur, die nicht höher als die untere kritische Lösungstemperatur ist, in Wasser gelöst werden. Beispielsweise weist Poly-N-isopropylacrylamid (PNIPAM), das zurzeit bei DDS, usw. angewendet wird, eine untere kritische Lösungstemperatur von 32°C in einer wässrigen Lösung auf. Wenn man dieses Polymer festwerden lässt, erleidet es reversibel ein Anschwellen und ein Schrumpfen, abhängig von der Temperatur, die durch die Hitze entwickelt wird.
Ein Polymer, das eine untere kritische Lösungstemperatur (LSCT) aufweist, schrumpft bei einer vorbestimmten Temperatur oder höher und ist folglich insofern nachteilig, als es kaum eingestellt werden kann, um der Anforderung an ein Schrumpfen bei einer niedrigen Temperatur (vorzugsweise nicht höher als die Körpertemperatur) bei der Anwendung bei DDS, bei Tennmitteln, usw. zu genügen.
Alle diese bekannten auf Temperatur reagierenden Polymere, wie Poly-N-isopropylacrylamid, sind jedoch auf Stimulireagierende Polymere, die eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) aufweisen, und die nur auf thermische Stimulation reagieren. Folglich können diese auf Temperatur reagierenden Polymere weder von einer unteren kritischen Lösungstemperatur zu einer oberen kritischen Lösungstemperatur (UCST) wechseln, noch können sie, in einer einzigen Verbindung, beide Funktionen aufweisen, die ihre reversible Auflösung und Ausfällung bewirken, abhängig von der Wasserstoffionenkonzentration, wenn sie auf Hitze reagieren.
Andererseits sind als Polymer, das durch eine pH-Änderung in seine Struktur höherer Ordnung wechselt, eine Polyacrylsäure oder eine Polymethacrylsäure bekannt. Diese Verbindungen enthalten jedoch eine Carbonsäure, die eine elektrische Ladung aufweist, und sind folglich insofern nachteilig, als ein Trennmittel, das ein derartiges Polymer umfasst, andere Verbindungen als die gewünschten Verbindungen adsorbiert (nichtspezifische Adsorption) und folglich eine wirksame Trennung und Reinigung nicht bereitstellen kann.
Wenn ein auf Stimuli reagierendes Composit-Polymer, das zwischen einer unteren kritischen Lösungstemperatur (LCST) und einer oberen kritischen Lösungstemperatur (UCST) wechseln kann, oder das, in einer einzigen Verbindung, beide Funktionen aufweist, die seine reversible Auflösung und Ausfällung bewirken, abhängig von der Wasserstoffionenkonzentration, erhalten werden kann, kann die oben beschriebene Einstellung leicht durchgeführt werden. Das Vorkommen eines derartigen Polymers ist besonders auf einem Fachgebiet gewünscht worden, das eine Feineinstellung erfordert, weil ein derartiges auf Temperatur reagierendes Polymer noch weit verbreiteter verwendet werden kann.
Ferner, wenn es als ein Trennmittel für ein Protein, das Hitze, usw. gegenüber inert ist, verwendet wird, agglomeriert das herkömmliche Polymer, wenn es erhitzt wird, was eine Denaturierung des Proteins verursacht.
Außerdem, wenn das Polymer als DDS (z. B. eine Kapsel, die eine Chemikalie freisetzt) verwendet wird, indem eine Chemikalie in sein Gel eingebettet wird, ist es notwendig, dass der betroffene Teil abgekühlt wird, um das Gel anschwellen zu lassen und die Chemikalie nach dem Freisetzen freizugeben. Es ist jedoch in der Praxis einfach die Temperatur des betroffenen Teiles zu erhöhen anstatt abzukühlen.
Ferner, wenn ein auf Temperatur reagierendes Polymer als DDS verwendet wird, muss es eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) in einer physiologischen Kochsalzlösung zeigen. In dieser Hinsicht ist ein Durchdringungspolymernetzwerk (IPNa) aus Polyacrylsäure und Polyacryloylglycinamid als ein auf Temperatur reagierendes Polymer bekannt, das eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) in einer wässrigen Lösung zeigt (Makromol. Chem., Rapid Commun. 13, 557–581 (1992)). Dieses Polymer zeigt jedoch keine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) in einer physiologischen Kochsalzlösung.
Folglich war das Vorkommen eines auf Temperatur reagierenden Polymers gewünscht, das, wenn es in einer wässrigen Lösung erhitzt wird, agglomeriert und selbst in einer physiologischen Kochsalzlösung eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) zeigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine Lösung für die oben beschriebenen Probleme bereitzustellen.
Deshalb ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein auf Temperatur reagierendes Polymer bereitzustellen, das sowohl eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) als auch eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) zeigt.
Dieser Gegenstand wurde durch die Bereitstellung eines durch Keto-enol-Tautomerisierung auf Temperatur reagierenden Polymers erreicht, umfassend:

(i) eine Einheit abgeleitet aus mindestens einem Monomerbaustein mit einer oberen kritischen Lösungstemperatur, ausgewählt aus den Verbindungen der Formel (1):
worin R¹ H oder eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino-, Aryl- oder heterocyclische Gruppe ist, die halogeniert sein kann, R² eine Einfachbindung oder eine wahlweise halogenierte C_1-4 lineare, verzweigte oder cyclische Alkylengruppe ist, R³, R⁴ und R⁵ jedes unabhängig H oder Methyl sind und X und X' jedes unabhängig O, S, Se oder Te sind; und
(ii) eine Einheit abgeleitet aus mindestens einem Monomerbaustein mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur, ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln (2)–(5):

worin R¹ H oder Methyl ist, R² und R³ jedes unabhängig H oder eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino-, Aryl- oder heterocyclische Gruppe sind, die halogeniert sein kann, R⁴ eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl- oder Alkoxygruppe ist, die halogeniert sein kann, R⁶ eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino-, Aryl- oder heterocyclische Gruppe ist, die halogeniert sein kann, und n 4 oder 5 ist.

Weitere Ausführungsformen und bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das auf Temperatur reagierende Polymer-Derivat der vorliegenden Erfindung kann ferner als einen dritten Baustein ein hydrophiles oder ein hydrophobes, copolymerisierbares Monomer, das darin eingebaut ist, umfassen. Der Übergangspunkt des auf Temperatur reagierenden Polymer-Derivats kann durch den Einbau gesteuert werden.
Es kann angenommen werden, dass der Monomerbaustein, der durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt ist, starke Wasserstoffbindungseigenschaften, die durch eine Peptidbindung und eine reversible Keto-enol-Tautomerisierung dargestellt sind, zeigt, und der eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) aufweist, die durch ein Umschalten zwischen Keto und Enol, wie es in der folgenden Reaktionsformel A gezeigt ist, entwickelt wird: Reaktionsformel A
Mit anderen Worten gesagt wurde die chemische Reaktion durch die Verwendung eines computerisierten Verfahrens für die Berechnung von Molekülorbitalen so entworfen, dass die Enolisierung einer hohen Temperatur eintritt, um die Hydrierung zu bewirken, und die Umwandlung in die Keto-Form tritt bei einer niedrigen Temperatur auf, um die Agglomeration durch Wasserstoffbindungen zu bewirken. Infolgedessen wurde gefunden, dass der oben beschriebene Aufbau das Vorkommen einer oberen kritischen Lösungstemperatur (UCST) gestattet. Insbesondere ist es bevorzugt eine Verbindung zu synthetisieren, bei der die Stelle, die eine Peptidbindung aufweist, in ihrer Keto-Form thermodynamisch stabil ist.
Das auf Temperatur reagierende Copolymer-Derivat der vorliegenden Erfindung kann wirksam bei der Trennung, Fixierung, Kalibrierung und Kontrolle von verschiedenen Substanzen angewendet werden. Insbesondere weist das auf Temperatur reagierende Copolymer-Derivat sowohl eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) als auch eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) auf. Demgemäß kann es für die Trennung, Reinigung, Fixierung, Kalibrierung oder Kontrolle von Substanzen, deren Arbeitstemperatur schwer vorherbestimmt werden kann, (Protein, wie z. B. ein biologisches Produkt, ein Enzym und ein Antikörper) wirksam verwendet werden. Alternativ kann es für Chemoventile wirksam verwendet werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden weiter beschrieben.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wie oben erwähnt, kann ein auf Temperatur reagierendes Polymer, das sowohl eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) als auch eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) aufweist, durch Copolymerisieren mindestens eines Monomerbausteins mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur (LCST) mit mindestens einem Monomerbaustein mit einer oberen kritischen Lösungstemperatur (UCST) erhalten werden.
Erfindungsgemäß ist der Monomerbaustein mit einer oberen kritischen Lösungstemperatur ausgewählt aus den Verbindungen der Formel (1):
worin
R¹ H oder eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino-, Aryl- oder heterocyclische Gruppe ist, die halogeniert sein kann,
R² eine Einfachbindung oder eine wahlweise halogenierte C_1-4 lineare, verzweigte oder cyclische Alkylengruppe ist,
R³, R⁴ und R⁵ jedes unabhängig H oder Methyl sind und
X und X' jedes unabhängig O, S, Se oder Te sind.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hat die Anwesenheit einer Einheit, die aus einer Verbindung der Formel (1) abgeleitet ist, ein Polymer-Derivat zur Folge, das einen Substituentenbaustein enthält, der durch die folgende allgemeine Formel (8) dargestellt ist:
worin R¹, X und X' jeweils dieselben sind wie diejenigen, die in der allgemeinen Formel (1) definiert sind.
In dem Polymer-Derivat, das einen Substituentenbaustein enthält, der durch die allgemeine Formel (8) (im Folgenden mit Bezugnahme auf den Fall beschrieben, bei dem für eine Vereinfachung der Beschreibung X und X' jeweils ein Sauerstoffatom darstellen) dargestellt ist, zeigt die Amidbindungsstelle einen reversiblen Wechsel zwischen der Keto-Form und der Enol-Form, wie es in dem folgenden Reaktionsschema B, in Übereinstimmung mit der Anwendung von Hitze, einer Änderung der Wasserstoffionenkonzentration oder mit einer Zugabe eines organischen Lösungsmittels, gezeigt ist.
Reaktionsschema B
Ferner haben die Erfinder herausgefunden, dass ein Polymer-Derivat, das ein Monomer enthält, das durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt ist, als Polymerbaustein insbesondere für eine effiziente, reversible Keto-enol-Umwandlung wirksam ist.
Im Allgemeinen agglomeriert eine Verbindung mit einer Amidbindung selbst aufgrund von starken Wasserstoffbindungen in einer wässrigen Lösung. Ein Polyamid, das in einer wässrigen Lösung eine Keto-Form annimmt, ist in Wasser unlöslich. Es kann jedoch angenommen werden, dass diese Keto-Form aufgrund von Hitze oder einer Änderung der Wasserstoffionenkonzentration in eine Enol-Form umgewandelt wird, um seinen Selbstagglomerationseffekt zu verlieren, was eine wasserlösliche Verbindung ergibt.
Das Monomer, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, wird unten ausführlicher beschrieben.
In der allgemeinen Formel (1) stellt R¹ vorzugsweise eine C_1-8 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino- oder Phenylgruppe, bevorzugter eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Phenyl-, Methoxy-, Propoxyl-, Isopropoxyl-, Methylamino- oder Ethylaminogruppe, insbesondere eine Methyl-, Ethoxy- oder Methylaminogruppe dar. Diese Gruppen können durch ein Halogenatom, wie Fluor, Brom, Chlor und Iod substituiert sein. Besonders bevorzugte Substituenten sind ein Fluoratom und ein Chloratom.
R² stellt bevorzugt eine Einfachbindung oder eine C_1-2 lineare oder verzweigte Alkylengruppe oder halogenierte Alkylengruppe, insbesondere eine Einfachbindung, dar. Bevorzugte Beispiele für Substituenten an der Alkylengruppe schließen ein Fluoratom und ein Chloratom ein.
X und X' sind jeweils bevorzugt ein Sauerstoffatom oder ein Schwefelatom.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindung der Formel (1) eine Verbindung der Formel (1-a), worin R¹ und R⁵ wie oben definiert sind:
Beispiele für die Monomere, die durch die allgemeine Formel (1) dargestellt sind, schließen N-Acetylacrylamid, N-Fluoracetylacrylamid, N-Propionylacrylamid, N-Butanoylacrylamid, N-Pentanoylacrylamid, N-Hexanoylacrylamid, N-Isobutanoylacrylamid, N-Benzoylacrylamid, N-(3-fluorbenzoyl)acrylamid, N-(2,3-Difluorbenzoyl)acrylamid, N-Pyridylcarbonylacrylamid, N-Pyrimidylcarbonylacrylamid, N- Acetylmethacrylamid, N-Fluoracetylmethacrylamid, N-Propionylmethacrylamid, N-Butanoylmethacrylamid, N-Pentanoylmethacrylamid, N-Hexanoylmethacrylamid, N-Isobutanoylmethacrylamid, N-Benzoylmethacrylamid, N-(3-Fluorbenzoyl)methacrylamid, N-(2,3-Difluorbenzoyl)methacrylamid, N-Pyridylcarbonylmethacrylamid, N-Pyrimidylcarbonylmethacrylamid, N-Acroyl-N'-methylharnstoff, N-Acroyl-N'-ethylharnstoff, N-Acroyl-N'-fluormethylharnstoff, N-Acroyl-N'-difluormethylharnstoff, N-Acroyl-N'-trifluormethylharnstoff, N-Methacroyl-N'-methylharnstoff, N-Methacroyl-N'-ethylharnstoff, N-Methacroyl-N'-fluormethylharnstoff, N-Methacroyl-N'-difluormethylharnstoff, N-Methacroyl-N'-trifluormethylharnstoff, Methyl-N-acroylcarbamat, Ethyl-N-acroylcarbamat, N-Propyl-N-acroylcarbamat, Isopropyl-N-acroylcarbamat, N-Butyl-N-acroylcarbamat, Isobutyl-N-acroylcarbamat, Fluormethyl-N-acroylcarbamat, Difluormethyl-N-acroylcarbamat, Trifluormethyl-N-acroylcarbamat, 2,2,2-Trifluorethyl-N-acroylcarbamat, Methyl-N-methacroylcarbamat, Ethyl-N-methacroylcarbamat, N-Propyl-N-methacroylcarbamat, Isopropyl-N-methacroylcarbamat, N-Butyl-N-methacroylcarbamat, Isobutyl-N-methacroylcarbamat, t-Butyl-N-methacroylcarbamat, Fluormethyl-N-methacroylcarbamat, Difluormethyl-N-methacroylcarbamat, Trifluoromethyl-N-methacroylcarbamat und 2,2,2-Trifluorethyl-N-methaoroylcarbamat ein.
Erfindungsgemäß ist der Monomerbaustein mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur mindestens einer, der aus den Verbindungen der Formeln (2)–(5) ausgewählt ist:

worin
R¹ H oder Methyl ist,
R² und R³ jedes unabhängig H oder eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino-, Aryl- oder heterocyclische Gruppe sind, die halogeniert sein kann,
R⁴ eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl- oder Alkoxygruppe ist, die halogeniert sein kann,
R⁶ eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino-, Aryl- oder heterocyclische Gruppe ist, die halogeniert sein kann, und
n 4 oder 5 ist.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der verschiedenen Substituenten in den allgemeinen Formeln (2)–(5) sind unten beschrieben.
R² und R³ sind jeweils bevorzugt ein Wasserstoffatom, eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine n-Butylgruppe, eine Isobutylgruppe oder eine tert-Butylgruppe. R⁴ ist bevorzugt eine Methylgruppe. R⁶ ist bevorzugt eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine n-Butylgruppe, eine Isobutylgruppe oder eine tert-Butylgruppe.
Spezielle Beispiele für den Monomerbaustein, der durch die allgemeine Formel (2) dargestellt ist, schließen N-Methylacrylamid, N-Ethylacrylamid, N-Cyclopropylacrylamid, N-Isopropylacrylamid, N-n-Propylacrylamid, N-tert-Butylacrylamid, N-sek-Butylacrylamid, N-n-Butylacrylamid, N-Methylmethacrylamid, N-Ethylmethacrylamid, N-Cyclopropylmethacrylamid, N-Isopropylmethacrylamid, N-n-Propyl-methacrylamid, N-tert-Butylmethacrylamid, N-sek-Butylmethacrylamid, N-n-Butylmethacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N,N-Diethylacrylamid, N,N-Dimethylmethacrylamid, N,N-Diethylmethacrylamid, N-Methyl-N-ethylacrylamid, N-Methyl-N-isopropylamid, N-Methyl-N-n-propylacrylamid, N-Methyl-N-ethylmethacrylamid, N-Methyl-N-isopropylmethacrylamid, N-Methyl-N-n-propylmethacrylamid, N,N-Diisopropylacrylamid, N,N-Di-n-Propylacrylamid, N,N-Diisopropylmethacrylamid und N,N-Di-n-Propylmethacrylamid ein.
Spezielle Beispiele für den Monomerbaustein, der durch die allgemeine Formel (3) dargestellt ist, schließen Methylvinylether und Methoxyethylvinylether ein.
Spezielle Beispiele für den Monomerbaustein, der durch die allgemeine Formel (4) dargestellt ist, schließen N-Vinylacetamid, N-Vinylpropionamid, N-Vinylbutyrylamid und N-Vinylisobutyrylamid ein.
Spezielle Beispiele für den Monomerbaustein, der durch die allgemeine Formel (5) dargestellt ist, schließen N-Acetylacrylamid, N-Fluoracetylacrylamid, N-Propionylacrylamid, N-Butanoylacrylamid, N-Pentanoylacrylamid, N-Hexanoylacrylamid, N-Isobutanoylacrylamid, N-Benzoylacrylamid, N-(3- Fluorbenzoyl)acrylamid, N-(2,3-Difluorbenzoyl)acrylamid, N-Pyridylcarbonylacrylamid, N-Pyrimidylcarbonylacrylamid, N-Acetylmethacrylamid, N-Fluoracetylmethacrylamid, N-Propionylmethacrylamid, N-Butanoylmethacrylamid, N-Pentanoylmethacrylamid, N-Hexanoylmethacrylamid, N-Isobutanoylmethacrylamid, N-Benzoylmethacrylamid, N-(3-Fluorbenzoyl)methacrylamid, N-(2,3-Difluorbenzoyl)methacrylamid, N-Pyridylcarbonylmethacrylamid, N-Pyrimidylcarbonylmethacrylamid, N-Acroyl-N'-methylharnstoff, N-Acroyl-N'-ethylharnstoff, N-Acroyl-N'-fluormethylharnstoff, N-Acroyl-N'-difluoromethylharnstoff, N-Acroyl-N'-trifluormethylharnstoff, N-Methacroyl-N'-methylharnstoff, N-Methacroyl-N'-ethylharnstoff, N-Methacroyl-N'-fluormethylharnstoff, N-Methacroyl-N'-difluormethylharnstoff, N-Methacroyl-N'-trifluormethylharnstoff, Methyl-N-acroylcarbamat, Ethyl-N-acroylcarbamat, N-Butyl-N-acroylcarbamat, Isopropyl-N-acroylcarbamat, N-Butyl-N-acroylcarbamat, Isobutyl-N-acroylcarbamat, t-Butyl-N-acroylcarbamat, Fluormethyl-N-acroylcarbamat, Difluormethyl-N-acroylcarbamat, Trifluormethyl-N-acroylcarbamat, 2,2,2-Trifluorethyl-N-acroylcarbamat, Methyl-N-methacroylcarbamat, Ethyl-N-methacroylcarbamat, N-Butyl-N-methacroylcarbamat, Isopropyl-N-methacroylcarbamat, N-Butyl-N-methacroylcarbamat, Isobutyl-N-methacroylcarbamat, t-Butyl-N-methacroylcarbamat, Fluormethyl-N-methacroylcarbamat, Difluormethyl-N-methacroylcarbamat, Trifluormethyl-N-methacroylcarbamat und 2,2,2-Trifluorethyl-N-methacroylcarbamat ein.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das Zusammensetzungsverhältnis des Monomerbausteins mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur (LCST) zu dem Monomerbausteins mit einer oberen kritischen Lösungstemperatur (UCST) nicht speziell beschränkt, aber es kann geeignet vorherbestimmt werden, abhängig vom Zweck. Im Allgemeinen beträgt das Gewichtsverhältnis des Monomerbausteins mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur zu dem Monomerbaustein mit einer oberen kritischen Lösungstemperatur bevorzugt von 2:1 bis 1:5.
Das Molekulargewicht des Polymer-Derivats der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell beschränkt. Das Polymer-Derivat zeigt kaum eine oder keine Abhängigkeit der Eigenschaften, wie der Übergangstemperatur, von dem Molekulargewicht davon. Das Molekulargewicht des Polymer-Derivats beträgt normalerweise von etwa 10² bis 10⁶, bevorzugt von etwa 10³ bis 10⁵.
Ferner ermöglicht die Copolymerisation eines Monomerbausteins mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur (LCST) und eines Monomerbausteins mit einer oberen kritischen Lösungstemperatur (UCST) mit ferner einem hydrophilen oder einem hydrophoben Monomer ein auf Temperatur reagierendes Polymer zu erhalten, das eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) und eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) innerhalb von verschiedenen Temperaturbereichen zeigt.
Das hydrophile oder das hydrophobe Monomer, das hier verwendet werden soll, ist nicht speziell beschränkt. Verschiedene Verbindungen können als solche verwendet werden. Spezielle Beispiele für das hydrophile Monomer schließen Acrylamid, Allylamin, Hydroxylethyl(meth)acrylat und Glycerinmono(meth)acrylat ein. Spezielle Beispiele für das hydrophobe Monomer schließen Ester(meth)acrylat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid und Styrol ein.
Ferner ist der Wechselbereich (Bereich der Übergangstemperatur) bevorzugt so schmal wie möglich. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann ein auf Temperatur reagierendes Polymer mit einem praktischen Wechselbereich von nicht höher als 10°C erhalten werden.
Ferner ist das neue auf Temperatur reagierende Polymer-Derivat der vorliegenden Erfindung wirksam für die Trennung, die Reinigung, die Kalibrierung oder die Kontrolle von Substanzen, die wünschenswerterweise nicht in einer Hochtemperaturatmosphäre sein sollen. Beispielsweise kann es wirksam bei einem Wirkstoffabgabesystem (DDS), bei verschiedenen Trennmitteln, bei einem Katheder, bei einen künstlichen Muskel oder bei einem Chemoventil angewendet werden.
Ein auf Temperatur reagierendes Polymerderivat gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann erhalten werden, wie oben beschrieben, indem mindestens ein Monomerbaustein, der durch die allgemeine Formel (1-a) dargestellt ist, mit mindestens einem Monomerbaustein, der aus Acrylamid und Methacrylamid ausgewählt ist, und gegebenenfalls dem oben beschriebenen hydrophilen oder hydrophoben Monomerbaustein copolymerisiert wird.
Bevorzugte Beispiele und besonders bevorzugte Beispiele für R¹ in der allgemeinen Formel (1-a) schließen diejenigen ein, die mit Verweis auf R¹ in der allgemeinen Formel (1) beschrieben sind.
Spezielle Beispiele für das Monomer, das durch die allgemeine Formel (1-a) dargestellt ist, schließen diejenigen, die mit Verweis auf die allgemeine Formel (1) beschrieben sind, und N-Formylacrylamid und N-Formylmethacrylamid ein.
Das hydrophile oder das hydrophobe Monomer, das zusätzlich als ein copolymerisierbarer Baustein eingebaut werden soll, kann nicht eindeutig definiert werden, da es in Bezug auf einen Monomerbaustein, der durch die allgemeine Formel (1-a) dargestellt ist, hydrophil oder hydrophob ist. Außer dem Monomer der allgemeinen Formel (1-a) können Acrylamid und Methacrylamid, (Meth)acrylsäure, usw. als hydrophile Monomere verwendet werden, und Ester(meth)acrylat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid und Styrol können als hydrophobe Monomere verwendet werden.
Das Molekulargewicht des Polymer-Derivats des vorliegenden Aspekts der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell beschränkt. Das Polymer-Derivat zeigt kaum eine oder keine Abhängigkeit der Eigenschaften, wie der Übergangstemperatur, von dessen Molekulargewicht. In der Praxis beträgt das Molekulargewicht des Polymerderivats jedoch normalerweise von etwa 10² bis 10⁶, bevorzugt von etwa 10³ bis 10⁵.
Das auf Temperatur reagierende Polymer mit einer UCST zeigt bevorzugt eine obere kritische Lösungstemperatur von 0 bis 50°C, insbesondere von 0 bis 38°C, wenn es als Trennmittel verwendet wird.
Bei dem vorliegenden Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Wechselbereich des auf Temperatur reagierenden Polymers (Bereich der Phasenübergangstemperatur) bevorzugt so schmal wie möglich. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann ein auf Temperatur reagierendes Polymer mit einem praktischen Wechselbereich von nicht höher als 10°C erhalten werden.
Das neue auf Temperatur reagierende Polymer-Derivat des vorliegenden Aspekts der vorliegenden Erfindung ist für die Trennung, die Fixierung, die Kalibrierung oder die Kontrolle von Substanzen wirksam, die wünschenswerterweise nicht in einer Hochtemperaturatmosphäre sein sollen. Es kann wirksam, z. B. bei einem Wirkstoffabgabesystem (DDS), bei verschiedenen Trennmitteln, bei einem Katheder, bei einem künstlichen Muskel oder bei einem Chemoventil angewendet werden.
Insbesondere kann das auf Temperatur reagierende Polymer-Derivat der vorliegenden Erfindung einen Bereich enthalten, der eine Affinität für die Zielsubstanz aufweist, und einen Bereich, der die oben beschriebene Stimulierungsreaktion zeigt, um ein wirksames, auf Temperatur reagierendes Trennmaterial oder eine Kapsel, die Chemikalien freisetzt, bereitzustellen. Kapseln, die Chemikalien freisetzen, sind Formulierungen, die eine darin eingeschlossene Chemikalie kontrollierbar durch ein reversibles Anschwellen oder Schrumpfen aufgrund einer Temperatur- oder pH-Änderung freisetzen. Diese Formulierungen standen im Brennpunkt des Interesses als intelligente Formulierungen, die eine Chemikalie in einer benötigten Menge, wie es erforderlich ist, abgeben können.
Das auf Temperatur reagierende Trennmittel und die Chemikalien freisetzende Kapsel der vorliegenden Erfindung können in jeder Ausführungsform, die normalerweise auf dem Gebiet verwendet werden, vorliegen. Die Zielsubstanz ist nicht speziell beschränkt. In der Praxis können jedoch ein Protein (z. B. ein Enzym, ein Antikörper, ein molekularer Begleitstoff, ein biologisches Produkt), ein Glycoprotein, eine Nucleinsäure, eine Zelle, eine künstliche Zelle, ein synthetisches Polymer, verschiedene Chemikalien (z. B. ein Karzinostatikum wie Adriamycin, Taxol), usw. verwendet werden.
Das Trennmaterial und die Chemikalien freisetzende Kapsel der vorliegenden Erfindung sind Materialien mit einem Bereich, der die oben beschriebene Stimulationsreaktion zeigt, und einem Bereich, der eine Affinität für die Zielsubstanz aufweist. Der Bereich, der die Stimulationsreaktion zeigt, kann einen Substituenten enthalten, der durch die allgemeine Formel (1-a) dargestellt ist.
Ferner ist das auf Temperatur reagierende Polymer des obigen bevorzugten Aspekts der vorliegenden Erfindung, wenn es in eine Chemikalien freisetzende Kapsel eingebaut ist, bevorzugt in der Form eines auf Temperatur reagierenden Hydrogels bereitgestellt, das mindestens einen Monomerbaustein, der durch die allgemeine Formel (1-a) dargestellt ist, mindestens einen Monomerbaustein, der aus Acrylamid und Methacrylamid ausgewählt ist, und ein Vernetzungsmittel als copolymerisierbaren Baustein enthält, das als Chemikalien freisetzende Kapsel verwendet werden kann.
Als das oben beschriebene Vernetzungsmittel wird bevorzugt eine Verbindung verwendet, die durch Doppelbindungen an beiden Enden davon begrenzt ist. Beispiele für eine derartige Verbindung schließen N,N'-Methylenbisacrylamid, Divinylbenzol, Divinylsulfon, Diallylcarbinol, Divinylether und 1,5-Hexadien ein.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele ausführlicher beschrieben, aber die vorliegende Erfindung sollte nicht so ausgelegt werden, dass sie darauf beschränkt ist.
SYNTHESEBEISPIEL 1
Synthese von N-Acetyl(meth)acrylamid (Schema a)
Schema a:
In einer Stickstoffgasatmosphäre wurden 30,5 g Acrylamid, 80 g N,N-Dimethylacetamiddimethylacetal und 400 ml THF in einen Kolben eingebracht und dann bei einer Temperatur von 65°C 3 Stunden lang gerührt. Die so erhaltene Reaktionslösung wurde unter vermindertem Druck eingeengt. Der Rückstand wurde einer einfachen Destillation bei einem Druck von 1 mm Hg unterzogen, um 45 g Acroylamid zu erhalten. Das so erhaltene Acroylamid wurde in 100 ml 2 N Salzsäure gelöst und dann in einen Kolben eingebracht. Zu der Lösung wurden dann 20 ml Essigsäure zugegeben. Die Mischung wurde dann bei Raumtemperatur 4 Stunden lang gerührt. Die Reaktionslösung wurde dann mit Ethylacetat extrahiert. Die sich ergebende organische Phase wurde dann unter vermindertem Druck eingeengt. Der Rückstand wurde dann einer Säulenchromatographie mit Ethylacetat als Lösungsmittel unterzogen. Die sich ergebende Fraktion wurde dann unter vermindertem Druck eingeengt. Der sich ergebende Rückstand wurde dann aus Ethylacetat als Lösungsmittel umkristallisiert, um 30 g weiße Kristalle zu erhalten.
Es wurde nach dem oben beschriebenen Syntheseverfahren verfahren, außer dass 30,5 g Methacrylamid als Ausgangsmaterial verwendet wurden. Infolgedessen wurden 32 g der gewünschten Verbindung erhalten.
Die NMR-Analyse ergab einen starken Hinweis, dass das Produkt die gewünschte Verbindung ist.
VERGLEICHSBEISPIEL 1-1
Synthese und physikalische Eigenschaften von Poly-N-acetylamid:
In einer Stickstoffgasatmosphäre wurden 1,0 g N-Acetylacrylamid und 10 g AIBN in Ethanol gelöst und dann in einen Kolben eingebracht, wo sie dann bei einer Temperatur von 75°C 3 Stunden lang gerührt wurden. Das so ausgefällte Polymer wurde durch Filtration entfernt, gründlich mit Ethanol gewaschen und dann bei Raumtemperatur unter vermindertem Druck getrocknet, um 850 mg eines weißen Feststoffs zu erhalten.
50 g des so erhaltenen Polymers wurden erhitzt und in 5 ml einer 10%igen Ethanollösung, einer 20%igen Ethanollösung bzw. einer 30%igen Ethanollösung gelöst und dann abkühlen gelassen. Auf diese Weise wurden diese Polymerlösungen auf ihren Transparentpunkt nach dem Erhitzen in Form einer einheitlich trüben Flüssigkeit gemessen. Diese Polymerlösungen zeigten einen Transparentpunkt von 38,5°C, 39,4°C bzw. 41,9°C. Nachdem der Transparentpunkt erreicht war, wurden diese Polymerlösungen auf eine Kohäsionstemperatur nach dem Abkühlen gemessen. Diese Polymerlösungen zeigten bei der Beobachtung eine USCT bei 44,7°C, bei 45,2°C bzw. bei 50,2°C. Diese Polymerlösungen erlitten bei diesen Temperaturen viele male reversibel eine Auflösung und eine Ausfällung.
Die Messung der Übergangstemperatur wurde bewirkt, wie es hinsichtlich der Durchlässigkeit von sichtbarem Licht berechnet wurde.
Der Überganstemperaturbereich (der Temperaturbereich, der benötigt wird, bis die Durchlässigkeit von 2% bis 100% nach dem Erhitzen oder von 98% bis 0% nach dem Abkühlen erreicht wird) war so schmal wie von 2 bis 6°C, obgleich er von der Ethanolkonzentration abhängig ist.
VERGLEICHSBEISPIEL 1-2
Synthese und physikalische Eigenschaften von Poly-N-acetylmethacrylamid:
In einer Stickstoffgasatmosphäre wurden 1,0 g N-Acetylmethacrylamid und 10 mg AIBN in Ethanol gelöst und dann in einen Kolben eingetragen, wo sie dann bei einer Temperatur von 75°C 3 Stunden lang gerührt wurden. Das so ausgefällte Polymer wurde durch Filtration entfernt, gründlich mit Ethanol gewaschen und dann bei Raumtemperatur unter vermindertem Druck getrocknet, um 810 mg eines weißen Feststoffs zu erhalten.
50 mg des so erhaltenen Polymers wurden dann in 5 ml einer 1 N wässerigen Natriumhydroxid-Lösung gelöst. Zu der so erhaltenen Lösung wurde dann tropfenweise 0,1 N Salzsäure zugegeben. Infolgedessen wurde bestätigt, dass das so erhaltene Polymer ein auf pH reagierendes Polymer ist, das bei einem pH-Wert von nicht weniger als 10,3 und einer Ausfällung bei einem pH-Wert von nicht mehr als 10,3 wiederholt eine Auflösung erleidet.
BEISPIEL 1
Synthese und physikalische Eigenschaften des Copolymers von N-Acetylacrylamid und N-Isopropylacrylamid:
1,0 g N-Acetylacrylamid und 200 mg N-Isopropylacrylamid wurden in einem Dreihalskolben in 5 ml Ethanol gelöst. Zu der Lösung wurden dann 5 mg AIBN zugegeben. Die Mischung wurde dann bei einer Temperatur von 70°C 4 Stunden lang gerührt. Das so erhaltene Polymer wurde mit Ethanol gewaschen und dann unter vermindertem Druck gründlich getrocknet, um 700 mg des Copolymers (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht: etwa 7000) zu erhalten.
25 mg des so erhaltenen Copolymers wurden dann in 5 ml einer 15%igen wässrigen Ethanollösung gelöst. Die Copolymerlösung wurde dann auf ihre obere kritische Lösungstemperatur (UCST) gemessen. Sie betrug 5°C. Die gleiche Probe wurde dann auf ihre untere kritische Lösungstemperatur (LCST) gemessen. Sie betrug 83°C.
Die obere kritische Lösungstemperatur (UCST) und die untere kritische Lösungstemperatur (LCST) wurden bestimmt, wie sie hinsichtlich der Durchlässigkeit von sichtbarem Licht berechnet wurden.
VERGLEICHSBEISPIEL 1-3
Synthese und physikalische Eigenschaften von Poly-N-isopropylacyrlyamid (PNIPAM):
In einer Stickstoffgasatmosphäre wurden 1,0 g N-Isopropylacrylamid und 5 mg AIBN in Etylenglycoldimethylether gelöst und dann in einen Kolben eingebracht, wo sie bei einer Temperatur von 75°C 3 Stunden lang gerührt wurden. Die so erhaltene Reaktionslösung wurden dann aus einer 10/1 Mischung aus Cyclohexan und Ethylacetat ausgefällt, um 0,6 g eines weißen Feststoffs zu erhalten.
50 mg des so erhaltenen Polymers wurden dann in 5 ml destilliertem Wasser gelöst. Die Polymerlösung wurde dann auf ihre untere kritische Lösungstemperatur (LCST) gemessen. Sie betrug etwa 30°C. Die wässrige Lösung wurde dann 1 Woche lang bei einer Temperatur von 1°C stehen gelassen. Infolgedessen wurden keine ausgefällten Polymere beobachtet. Dies demonstriert, dass das Polymer keine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) aufweist.
In Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein auf Temperatur reagierendes Polymer mit einer oberen kritischen Lösungstemperatur (UCST) und einer unteren kritischen Lösungstemperatur (LCST) erhalten werden. Das erfindungsgemäße auf Temperatur reagierende Polymer ist insbesondere für die Trennung, die Reinigung, die Fixierung, die Kalibrierung oder die Kontrolle von Substanzen nützlich, deren Arbeitstemperatur kaum vorherbestimmt werden kann (Protein, wie ein biologisches Produkt, ein Enzym oder ein Antikörper) oder sie können wirksam bei einem Chemoventil, usw. verwendet werden.
BEISPIEL 2-1
Synthese und physikalische Eigenschaften eines 1:12 Copolymers von N-Acetylacrylamid und Acrylamid:
In einer Stickstoffgasatmosphäre wurden 100 mg N-Acetylacrylamid, 1,2 g Acrylamid und 5 mg AIBN in 10 ml Dimethylsulfoxid gelöst und dann in einen Kolben eingebracht, wo sie bei einer Temperatur von 75°C 3 Stunden lang gerührt wurden. 200 ml Ethanol und ein Rührer wurden dann in ein Becherglas getan. Zu dem Ethanol wurde dann nach und nach, tropfenweise, die oben beschriebene Reaktionslösung unter kräftigem Rühren mit einem Magnetrührer zugegeben. Die Mischung wurde dann 2 Stunden lang gerührt. Der resultierende Niederschlag wurde durch Filtration entfernt, gründlich mit Ethanol gewaschen und dann bei Raumtemperatur unter vermindertem Druck getrocknet, um 900 mg eines weißen Feststoffs zu erhalten.
25 mg des so erhaltenen Polymers wurden dann in 5 ml destilliertem Wasser gelöst. Die Polymerlösung wurde dann auf ihre obere kritische Lösungstemperatur (UCST) hin gemessen. Sie betrug 24°C. Das Polymer hatte zu diesem Zeitpunkt viele Male eine reversible Auflösung und eine Ausfällung erlitten.
BEISPIEL 2-2
Synthese und physikalische Eigenschaften eines 1:11 Copolymers von N-Acetylacrylamid und Acrylamid:
Es wurde nach der Prozedur der Polymerisationsreaktion und der Reinigung von Beispiel 2-1 verfahren, außer dass 100 mg N-Acetylacrylamid, 1,1 g Acrylamid und 5 mg AIBN in 10 ml Dimethylsulfoxid gelöst wurden, welches dann in einen Kolben eingebracht wurde. Infolgedessen wurden 850 mg eines weißen Feststoffs erhalten.
25 mg des so erhaltenen Polymers wurden dann in 5 ml destilliertem Wasser gelöst. Die so erhaltene Lösung wurde dann auf ihre obere kritische Lösungstemperatur (UCST) hin gemessen. Sie betrug 12°C. Das Polymer hatte zu diesem Zeitpunkt viele Male reversibel eine Auflösung und eine Ausfällung erlitten.
BEISPIEL 2-3
Synthese und physikalische Eigenschaften eines 1:9 Copolymers von N-Acetylacrylamid und Acrylamid:
Es wurde nach der Prozedur der Polymerisationsreaktion und der Reinigung von Beispiel 2-1 verfahren, außer dass 100 mg N-Acetylacrylamid, 900 mg Acrylamid und 5 mg AIBN in 10 ml Dimethylsulfoxid gelöst wurden, welches dann in einen Kolben eingebracht wurde. Infolgedessen wurden 820 mg eines weißen Feststoffs erhalten.
25 mg des so erhaltenen Polymers wurden dann in 5 ml destilliertem Wasser gelöst. Die Polymerlösung wurde dann auf ihre obere kritische Lösungstemperatur (UCST) hin gemessen. Sie betrug 4°C. Das Polymer hatte zu diesem Zeitpunkt viele Male reversibel eine Auflösung und eine Ausfällung erlitten.
BEISPIEL 2-4
Synthese und physikalische Eigenschaften eines 1:12 Copolymers von N-Acetylacrylamid und Methacrylamid:
Es wurde nach der Prozedur der Polymerisationsreaktion und der Reinigung von Beispiel 2-1 verfahren, außer dass 100 mg N-Acetylacrylamid, 1,2 g Methacrylamid und 5 mg AIBN in 10 ml Dimethylsulfoxid gelöst wurden, welches dann in einen Kolben eingebracht wurde. Infolgedessen wurden 880 mg eines weißen Feststoffs erhalten.
25 mg des so erhaltenen Polymers wurden dann in 5 ml destilliertem Wasser gelöst. Die Polymerlösung wurde dann auf ihre obere kritische Lösungstemperatur (UCST) hin gemessen. Sie betrug 21°C. Das Polymer hatte zu diesem Zeitpunkt viele Male reversibel eine Auflösung und eine Ausfällung erlitten.
BEISPIEL 2-5
Synthese und physikalische Eigenschaften eines 1:11 Copolymers von N-Acetylacrylamid und Methacrylamid:
Es wurde nach der Prozedur der Polymerisationsreaktion und der Reinigung von Beispiel 2-1 verfahren, außer dass 100 mg N-Acetylacrylamid, 1,1 g Methacrylamid und 5 mg AIBN in 10 ml Dimethylsulfoxid gelöst wurden, welches dann in einen Kolben eingebracht wurde. Infolgedessen wurden 880 mg eines weißen Feststoffs erhalten.
25 mg des so erhaltenen Polymers wurden dann in 5 ml destilliertem Wasser gelöst. Die Polymerlösung wurde dann auf ihre obere kritische Lösungstemperatur (UCST) hin gemessen. Sie betrug 45°C. Das Polymer hatte zu diesem Zeitpunkt viele Male reversibel eine Auflösung und eine Ausfällung erlitten.
BEISPIEL 2-6
Synthese und physikalische Eigenschaften eines 1:10 Copolymers von N-Acetylacrylamid und Methacrylamid:
Es wurde nach der Prozedur der Polymerisationsreaktion und der Reinigung von Beispiel 2-1 verfahren, außer dass 100 mg N-Acetylacrylamid, 1,0 g Methacrylamid und 5 mg AIBN in 10 ml Dimethylsulfoxid gelöst wurden, welches dann in einen Kolben eingebracht wurde. Infolgedessen wurden 880 mg eines weißen Feststoffs erhalten.
25 mg des so erhaltenen Polymers wurden dann in 5 ml destilliertem Wasser gelöst. Die Polymerlösung wurde dann auf ihre obere kritische Lösungstemperatur (UCST) hin gemessen.
Sie betrug 55°C. Das Polymer hatte zu diesem Zeitpunkt viele Male reversibel eine Auflösung und eine Ausfällung erlitten.
Die Messung der Übergangstemperatur der Proben von den Beispielen 1 bis 6 wurden alle bewirkt, wie sie hinsichtlich der Durchlässigkeit von sichtbarem Licht berechnet wurden. Ferner erlitten alle diese Copolymere wiederholt eine reversible Auflösung und eine Ausfällung, selbst in physiologischer Kochsalzlösung, obgleich sie leicht abweichende obere kritische Lösungstemperaturen (UCST) zeigen.
BEISPIEL 2-7
Synthese und Trenneigenschaften eines 1:8 Copolymers von N-Acetylmethacrylamid und Methacrylamid mit darin fixiertem Bithion:
100 mg eines Acrylsäureesters, der durch die folgende allgemeine Formel d dargestellt ist, 100 mg N-Acetylacrylamid, 1,2 g Methacrylamid und 5 mg AIBN wurden in 10 ml Dimethylsulfoxid gelöst und dann in einen Kolben eingebracht, wo sie einer Polymerisationsreaktion und einer Reinigung unter denselben Bedingungen, wie oben erwähnt, unterzogen wurden, um 760 mg eines weißen Feststoffs zu erhalten.
25 mg des so erhaltenen Polymers wurden in einer wässrigen Lösung, die 10 mg rohes Avidin (Reinheit: 85%, wie durch Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) bestimmt) enthält, gelöst und dann auf 5°C gekühlt. Der resultierende Niederschlag wurde durch Filtration entfernt, mit 5°C kalter 10%iger Kochsalzlösung gewaschen und dann filtriert. Das resultierende Filtrat wurde durch ein Dialyserohr dialysiert und dann lyophyllisiert, um 2 mg Avidin zu erhalten.
Die Reinheit des so erhaltenen Avidins wurde durch Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) analysiert. Sie betrug 99,8%.
Allgemeine Formel d
BEISPIEL 2-8
Chemikalien freisetzende Kapsel
100 mg N-Acetylacrylamid, 1,1 g Methacrylamid, 30 mg N,N'-Methylenbisacrylamid und 5 mg Ammoniumpersulfat wurden in 10 ml destilliertem Wasser gelöst. Die Lösung wurde dann bei einer Temperatur von 10°C umgesetzt, um ein Gel herzustellen.
Das so hergestellte Gel wurde dann in 42°C warmer physiologischer Kochsalzlösung quellen gelassen. Zu dem Gel wurde dann eine wässrige Taxol-Lösung zugegeben. Auf diese Weise wurde dem Taxol gestattet über Nacht das Gel zu durchdringen. Danach wurde das System auf eine Temperatur von 10°C abgekühlt. Das Gel wurde entfernt, gründlich mit einer Kochsalzlösung einer geringen Temperatur gewaschen und dann 1 Stunde lang in eine 38°C warme physiologische Kochsalzlösung eingetaucht. Die Kochsalzlösung wurde dann durch Hochleistungsflüssigchromatographie analysiert. Infolgedessen wurde bestätigt, dass das Taxol freigesetzt wurde. Ferner wurde das Gel in 10°C kalte physiologische Kochsalzlösung eingetaucht. Die Kochsalzlösung wurde dann durch Hochleistungsflüssigchromatographie analysiert. Die Freisetzung der Chemikalie wurde ausgesetzt. Folglich wurde kein Taxol identifiziert.
In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Aspekt der Erfindung kann ein auf Temperatur reagierendes Polymer erhalten werden, das eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) in einer wässrigen Lösung, insbesondere in einer physiologischen Kochsalzlösung, zeigt. Das erfindungsgemäße, auf Temperatur reagierende Polymer ist insbesondere für die Trennung, die Reinigung, die Fixierung, die Kalibrierung oder die Kontrolle von Substanzen nützlich, deren Arbeitstemperatur kaum vorherbestimmt werden kann (Protein, wie ein biologisches Produkt, ein Enzym und ein Antikörper), oder es kann wirksam bei einem Chemoventil, usw. verwendet werden.

Claims

Durch Keto-enol-Tautomerisierung auf Temperatur reagierendes Polymer, umfassend: (i) eine Einheit abgeleitet aus mindestens einem Monomerbaustein mit einer oberen kritischen Lösungstemperatur, ausgewählt aus den Verbindungen der Formel (1):
worin R¹ H oder eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino-, Aryl- oder heterocyclische Gruppe ist, die halogeniert sein kann, R² eine Einfachbindung oder eine wahlweise halogenierte C_1-4 lineare, verzweigte oder cyclische Alkylengruppe ist, R³, R⁴ und R⁵ jedes unabhängig H oder Methyl sind und X und X' jedes unabhängig O, S, Se oder Te sind; und (ii) eine Einheit abgeleitet aus mindestens einem Monomerbaustein mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur, ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln (2)–(5):
worin R¹ H oder Methyl ist, R² und R³ jedes unabhängig H oder eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino-, Aryl- oder heterocyclische Gruppe sind, die halogeniert sein kann, R⁴ eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl- oder Alkoxygruppe ist, die halogeniert sein kann, R⁶ eine C_1-10 lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-, Alkylamino-, Aryl- oder heterocyclische Gruppe ist, die halogeniert sein kann, und n 4 oder 5 ist.
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß Anspruch 1, worin der mindestens eine Monomerbaustein der Formel (1) eine Verbindung der Formel (1-a), worin R¹ und R⁵ wie in Anspruch 1 definiert sind, ist:
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Einheit (ii) abgeleitet ist aus mindestens einem Monomerbaustein der Formel (2).
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Einheit (ii) abgeleitet ist aus mindestens einem Monomerbaustein der Formel (3).
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Einheit (ii) abgeleitet ist aus mindestens einem Monomerbaustein der Formel (4).
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Einheit (ii) abgeleitet ist aus mindestens einem Monomerbaustein der Formel (5).
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß Anspruch 2, worin die Einheit (ii) abgeleitet ist aus einem Monomerbaustein der Formel (2), welcher (Meth)acrylamid ist.
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß Anspruch 7, worin die Menge des mindestens einen Monomerbausteins der Formel (1-a) 0,1 bis 100 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des (Meth)acrylamids, beträgt.
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß Anspruch 7 oder 8, welches mit einem Vernetzungsmittel vernetzt ist.
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß Anspruch 3, worin das Monomer der Formel (2) N-Isopropylacrylamid ist.
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Monomer der Formel (1) N-Acetyl(meth)acrylamid ist.
Auf Temperatur reagierendes Polymer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner ein hydrophiles oder ein hydrophobes Monomer als copolymerisierbaren Bestandteil umfaßt.
Chemikalien freisetzende Kapsel, umfassend das auf Temperatur reagierende Polymer gemäß Anspruch 9.