EP4247874A1 - Functionalised polyglycine-poly(alkylene imine)-copolymers, the preparation thereof and use thereof for preparing formulations of or for complexing anionic active ingredients and effect substances - Google Patents

Functionalised polyglycine-poly(alkylene imine)-copolymers, the preparation thereof and use thereof for preparing formulations of or for complexing anionic active ingredients and effect substances

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Publication number
EP4247874A1
EP4247874A1 EP21815364.1A EP21815364A EP4247874A1 EP 4247874 A1 EP4247874 A1 EP 4247874A1 EP 21815364 A EP21815364 A EP 21815364A EP 4247874 A1 EP4247874 A1 EP 4247874A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
formula
chr
structural units
copolymers
mol
Prior art date
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Pending
Application number
EP21815364.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christine Weber
Natalie GÖPPERT
Ulrich S. Schubert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ngp Polymers GmbH
Original Assignee
Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
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Filing date
Publication date
Application filed by Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU filed Critical Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Publication of EP4247874A1 publication Critical patent/EP4247874A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C08G69/02—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/04—Preparatory processes
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    • C08G73/0206—Polyalkylene(poly)amines
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
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    • C08G69/08—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino-carboxylic acids
    • C08G69/10—Alpha-amino-carboxylic acids

Definitions

  • the invention relates to new copolymers which can be described as functionalized polyglycine-polyalkyleneimine copolymers and which are distinguished by very good degradability.
  • the invention relates to the preparation and processing of these copolymers by oxidation of polyalkyleneimines followed by functionalization of NH groups in the partially oxidized polymer backbone.
  • These copolymers can be used in particular to produce active substance and effect substance formulations and to complex anionic active substances and effect substances, in particular genetic material such as siRNA, mRNA, DNA and CRISPR/Cas.
  • Biocompatible polymers represent highly attractive materials for biomedical applications such as drug delivery.
  • Poly(ethylene glycol) (PEG) is currently the most commonly used polymer for such purposes. Due to its high hydrophilicity and so-called “cloaking behavior” it elicits little immune response in the body and thus increases the drug's blood circulation time.
  • PEG has several disadvantages, namely the formation of toxic by-products, sequestration in organs, and the stimulation of anti-PEG antibodies.
  • PAOx Poly(2-n-alkyl-2-oxazolines) with short side chains show similar hydrophilicity, biocompatibility and "cloaking behavior" and therefore appear to be promising candidates as a replacement for PEG, which is further demonstrated in a detailed comparison of their solution behavior was confirmed (cf. Grube, M.; Leiske, MN; Schubert, US; Nischang, I. POx as an alternative to PEG? A hydrodynamic and light scattering study. Macromolecules 2018, 51, 1905-1916). In contrast to PEG, PAOx also exhibit higher structural versatility due to their side-chain modifiability.
  • PAOx with longer side chains are hydrophobic and can be used to make amphiphilic copolymers, low surface energy materials or low adhesion coatings. Thermal and crystalline properties can also be tuned by variations in the PAOx side chains (compare Hoogenboom, R.; Fijten, M.W.M.; Thijs, H.M.L.; van Lankvelt, B.
  • Biodegradability would be an important property for a large number of applications in biomedicine and other fields, for example to prevent accumulation of polymers with molecular weights beyond 20,000 g mol' 1 in the body and to remove the polymer completely from the organism.
  • a strategy to solve the problem could be to incorporate hydrolytically sensitive groups into the polymer backbone, such as ester or amide moieties. These can be hydrolyzed under, for example, acidic or enzymatic conditions, which could lead to degradation of the entire polymer.
  • Several routes have been explored to incorporate ester groups into the PAOx backbone.
  • the resulting polymers can be viewed as alternating poly(ester-co-oxazolines) and therefore as biodegradable PAOx alternatives.
  • all polymers exhibited amorphous behavior and exhibited a lower T g compared to their non-degradable PAOx counterparts.
  • the object of the present invention is therefore to provide new functionalized copolymers with improved degradability.
  • Another object of the present invention is to provide a simple method for preparing these functionalized copolymers.
  • R 1 is a radical of the formula -CO-R 2 , of the formula -CO-NH-R 2 , of the formula -CH 2 -CH(OH)-R 12 or of the formula -CH 2 -CH(NH 2 )-R 12 means,
  • R 3 , R 4 , R 5 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 are independently hydrogen, methyl, ethyl, propyl or butyl,
  • R 2 is selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl, aralkyl, -C m H 2m -X or -(C n H 2 nO)o-(CpH 2p -O)qR 6 ,
  • R 6 is hydrogen or Ci-Cß-alkyl
  • R 12 is selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl,
  • X is selected from the group consisting of hydroxyl, alkoxy, amino, N-alkylamino, N,N-dialkylamino, heterocyclyl having at least one ring nitrogen atom, guanidino, carboxyl, carboxylic acid ester, sulfuric acid ester, sulfonic acid ester or carbamic acid ester, m is an integer from 1 to 18 is, n and p are independently integers from 2 to 4, where n is not equal to p, and o and q are independently integers from 0 to 60, where at least one of o or q is not equal to 0, the percentages refer to the Total amount of the structural units of the formula (I), (II) and (III) or of the formula (IV), (V) and (VI) are related.
  • These copolymers can be prepared starting from readily available poly(alkyleneimines).
  • the invention therefore also relates, in a first variant, to a process for preparing these copolymers with the measures i) reacting a polyalkyleneimine which preferably contains recurring structural units of the formula (Ia) or the formula (IVa) in an amount of at least 90 mol % an oxidizing agent, whereby a copolymer containing the structural units of the formula (Ia) and the formula (II) or containing the structural units of the formula (IVa) and the formula (V) is obtained
  • the invention relates, in a second variant, to a process for preparing these copolymers with the measures iii) partial hydrolysis of a polyoxazoline containing recurring structural units of the formula (I) or of a polyoxazine containing recurring structural units of the formula (IV)
  • degradable, functionalized polyglycine-polyalkyleneimine copolymers having amide bonds integrated into the polymer backbone can be prepared via a simple synthetic route.
  • polyalkyleneimines can be partially oxidized and the resulting product can be reacted with an epoxide, an aziridine, an isocyanate or a activated ester or acyl halide.
  • polyoxazolines or polyoxazines can be partially hydrolyzed, resulting in polyalkyleneimine units, which can be partially oxidized in a subsequent step.
  • Polyalkyleneimines used in the first variant of the process according to the invention usually contain at least 90 mol % of recurring structural units of the formula (Ia) or of the formula (IVa) and are commercially available or can be obtained by hydrolysis of poly(2-oxazolines) substituted in the 2-position ( POx), in particular from PEtOx, or from poly(2-oxazines) substituted in the 2-position.
  • the starting materials used for the hydrolysis are usually POx which contain at least 20 mol %, preferably at least 50 mol %, of repeating structural units derived from 2-oxazoline in the polymer. While commercially available polyalkyleneimines are branched, linear polyalkyleneimines are obtained by the hydrolysis of POx.
  • hydrolysis of polyoxazolines or polyoxazines can also take place partially and leads to copolymers which contain recurring structural units of the formulas (I) and (III) or which contain recurring structural units of the formulas (IV) and (VI). These copolymers can be oxidized, leading directly to the copolymers of this invention. In this variant of the process, there is usually no reacylation.
  • a preferred simple synthetic route for the post-polymerization proceeds via the consecutive hydrolysis of poly(2-ethyl-2-oxazoline) (PEtOx), a partial oxidation and reacylation.
  • PEtOx poly(2-ethyl-2-oxazoline)
  • CROP cationic ring opening polymerization
  • PEI linear poly(ethyleneimine)
  • PEI is disadvantageous because of its cytotoxicity and, like PEtOx, its non-degradability.
  • Englert et al. reported on the controlled oxidation of linear PEI with hydrogen peroxide to increase the degradability by incorporating amide groups into the PEI backbone (cf. Enhancing the biocompatibility and biodegradability of linear poly(ethylene imine) through controlled oxidation; Macromolecules 2015, 48, 7420 -7427).
  • the resulting structure corresponds to the repeating unit of poly(glycine) and hence the polymer can be considered poly(ethyleneimine-co-glycine) (referred to herein as oxPEI). Due to its additional hydrolytically sensitive amide groups, the polymer not only showed increased degradability, but also improved biocompatibility compared to the otherwise cytotoxic PEI.
  • oxPEI was functionalized with a subsequent reacylation step or by reaction with isocyanates or with epoxides or with aziridines. Accordingly, the homologous polypropyleneimine (PPI) can also be used instead of PEI.
  • PPI polypropyleneimine
  • acylating reagents such as acyl halides
  • poly(2-n-alkyl-2-oxazoline-stat-glycines) referred to herein as dP(AOx-co-EI)
  • the amount of acyl derivative of the formula (VII) or of isocyanate of the formula (VIII) or of epoxide of the formula (IX) or of aziridine of the formula (X) should be chosen so that the proportion of structural units of the formula (III) or of formula (VI) in the resulting copolymer is between 20 and 90 mol%.
  • copolymers are to be understood as meaning the abovementioned organic compounds which are characterized by the repetition of certain units (monomer units or repeating units).
  • the copolymers according to the invention consist of at least three types of different repeating units. Polymers are produced through the chemical reaction of monomers with the formation of covalent bonds (polymerization) and form the so-called polymer backbone by linking the polymerized units. This can have side chains on which functional groups can be located. Copolymers according to the invention consist of at least three different monomer units, which can be arranged randomly, as a gradient, alternately or as a block.
  • copolymers can form nanoscale structures (eg nanoparticles, micelles, vesicles) in an aqueous environment.
  • water-soluble compounds or “water-soluble copolymers” are to be understood as meaning compounds or copolymers which dissolve in at least 1 g/L of water at 25°C.
  • active substances are to be understood as meaning compounds or mixtures of compounds which exert a desired effect on a living organism. These can be, for example, active pharmaceutical ingredients or agrochemical active ingredients. Active ingredients can be low or high molecular weight organic compounds. The active ingredients are preferably pharmaceutically active substances of higher molecular weight, hydrophilic active ingredients from nucleic acids, in particular from potentially therapeutically useful nucleic acids (e.g. small interfering RNA, short hairpin RNA, micro RNA, plasmid DNA), being of particular interest.
  • nucleic acids e.g. small interfering RNA, short hairpin RNA, micro RNA, plasmid DNA
  • pharmaceutically active substance means any inorganic or organic molecule, substance or compound which has a pharmacological effect.
  • active pharmaceutical ingredient is used herein synonymously with the term “drug”.
  • effect substances are to be understood as meaning compounds or mixtures of compounds which are added to a formulation in order to impart certain additional properties to it and/or to facilitate its processing.
  • effect substances and “auxiliaries and additives” are used synonymously in this description.
  • auxiliaries and additives are substances that are added to a formulation in order to impart certain additional properties to it and/or to facilitate its processing.
  • auxiliaries and additives are tracers, contrast media, carriers, fillers, pigments, dyes, perfumes, lubricants, UV stabilizers, antioxidants or surfactants.
  • auxiliary and Additives means any pharmacologically acceptable and therapeutically useful substance that is not a pharmaceutical active substance, but can be formulated together with a pharmaceutical active substance in a pharmaceutical composition in order to influence, in particular improve, qualitative properties of the pharmaceutical composition.
  • the auxiliaries and/or additives preferably have no pharmacological effect or, with regard to the intended treatment, no appreciable or at least no undesired pharmacological effect.
  • polymer particles are to be understood as meaning copolymers according to the invention which are present in particle form and which may also contain other ingredients.
  • the particles may be in liquid form dispersed in a hydrophilic liquid, or the particles may be in solid form, either dispersed in a hydrophilic liquid or in the form of a powder.
  • the size of the particles can be determined by visual methods, for example by microscopy; for particle sizes in the nano range, light scattering or electron microscopy can be used.
  • the shape of the polymer particles can be arbitrary, for example spherical, ellipsoidal or irregular.
  • the polymer particles can also form aggregates of several primary particles.
  • the particles of copolymers according to the invention are preferably in the form of nanoparticles.
  • the particles can also contain other components, for example active ingredients or auxiliaries or additives.
  • Nanoparticles are to be understood as meaning particles whose diameter is less than 1 ⁇ m and which can be composed of one or more molecules. They are generally characterized by a very high surface-to-volume ratio and thus offer very high chemical reactivity. Nanoparticles can consist of copolymers according to the invention or contain other components in addition to these copolymers, such as active ingredients or auxiliaries or additives.
  • the copolymers according to the invention can be in the form of linear polymers or they can also be branched copolymers.
  • Linear copolymers are formed, for example, by consecutive hydrolysis of PEtOx, followed by partial oxidation to oxPEI and reacylation to dP(AOx-co-EI).
  • branched copolymers arise from partial oxidation of commercially available PEI, which is known to be branched, to oxPEI followed by re-functionalization, e.g., from reacylation to dP(AOx-co-EI).
  • solubility of the copolymers according to the invention can be influenced by copolymerization with suitable monomers and/or by functionalization. Such techniques are known to those skilled in the art.
  • the copolymers according to the invention can cover a wide molar mass range.
  • Typical molar masses (M n ) range from 1000 to 500 000 g/mol, in particular from 1000 to 50 000 g/mol. These molar masses can be determined by 1 H NMR spectroscopy of the dissolved polymer.
  • an analytical ultracentrifuge or chromatographic methods such as size exclusion chromatography, can be used to determine the molar masses.
  • Preferred copolymers according to the invention have an average molar mass (number average) in the range from 1000 to 50 000 g/mol, in particular from 3000 to 20 000 g/mol, determined by 1 H-NMR spectroscopy or by using an analytical ultracentrifuge. These are preferably linear copolymers. Branched copolymers according to the invention preferably have a higher average molar mass, for example an M n in the range from 50,000 to 500,000 g/mol, in particular from 80,000 to 200,000 g/mol.
  • the molar proportion of structural units of the formula (I) in the copolymers according to the invention is 5 to 75 mol %, preferably 20 to 60 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (I), (II) and (III).
  • the molar proportion of structural units of the formula (II) in the copolymers according to the invention is 5 to 75 mol %, preferably 10 to 60 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (I), (II) and (III).
  • the molar proportion of structural units of the formula (III) in the copolymers according to the invention is 20 to 90 mol %, preferably 21 to 90 mol %, and in particular 30 to 80 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (I), (II ) and (III).
  • the molar proportion of structural units of the formula (IV) in the novel copolymers is 5 to 75 mol %, preferably 20 to 60 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (IV), (V) and (VI).
  • the molar proportion of structural units of the formula (V) in the copolymers according to the invention is 5 to 75 mol %, preferably 10 to 60 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (IV), (V) and (VI).
  • the molar proportion of structural units of the formula (VI) in the copolymers according to the invention is 20 to 90 mol%, preferably 21 to 90 mol%, and in particular 30 to 80 mol%, based on the total amount of structural units of the formulas (IV), (V ) and (VI).
  • R 1 is a radical of the formula -CO-R 2 or of the formula -CO-NH-R 2 or of the formula -CH 2 -CH(OH)-R 12 or of the formula -CH 2 -CH(NH 2 )-R 12 , preferably a radical of the formula -CO-R 2 .
  • R 3 , R 4 , R 5 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 independently of one another are hydrogen, methyl, ethyl, propyl or butyl, preferably hydrogen, methyl or ethyl and in particular hydrogen.
  • R 2 is hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl, aralkyl, -C m H 2m -X or -(C n H 2n -O)o-(CpH 2 pO) q -R 6 , preferably hydrogen, CiC-is-alkyl , Cyclohexyl or phenyl, in particular CiC-is-alkyl and very particularly preferably C4-Ci4-alkyl.
  • R 6 is hydrogen or CiC 6 -alkyl, preferably hydrogen or methyl
  • R 12 is hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl, preferably hydrogen, Ci-Cis-alkyl, C 2 -Ci 8 -alkenyl, cyclohexyl or phenyl, in particular hydrogen, Ci-Cß-alkyl or C 2 -C3- alkenyl.
  • m is an integer from 1 to 18, preferably from 2 to 12.
  • X is hydroxyl, alkoxy, amino, A/-alkylamino, //,A/-dialkylamino, heterocyclyl having at least one ring nitrogen atom, guanidino, carboxyl, carboxylic acid ester, sulfuric acid ester, sulfonic acid ester or carbamic acid ester.
  • a heterocyclyl group is a cyclic saturated or unsaturated monovalent radical having five to seven ring atoms, of which one to three of the ring atoms are heteroatoms other than carbon, at least one of which is a nitrogen atom, preferably heteroatoms selected from the group consisting of nitrogen, oxygen or sulfur and wherein the remaining ring atoms are carbon atoms.
  • Heterocylyl groups can also form ring systems with two or more heterocyclic rings which are linked via covalent bonds, such as bipyridyl radicals, or which are fused, such as indenyl radicals.
  • heterocyclyl groups can be ring systems in which one or more heterocyclic rings which are connected to hydrocarbon rings, eg benzimidazole rings, occur.
  • Heterocyclyl groups can be aromatic or non-aromatic.
  • Heterocyclyl groups can consist of one ring. Examples are piperidinyl, pyridyl, morpholinyl or imidazolyl radicals.
  • Heterocyclyl groups can consist of several rings. Examples are benzimidazole or indenyl radicals.
  • n and p are independently integers from 2 to 4, where n is not equal to p.
  • n is 2 and p is 3.
  • o and q are independently integers from 0 to 60, at least one of o or q being non-zero.
  • o and q are independently 1 to 40, especially 2 to 10.
  • the radicals R 2 and R 12 can be alkyl. These are usually alkyl groups with one to twenty carbon atoms, which can be straight-chain or branched. Examples are methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl or eicosyl. Methyl, ethyl and propyl are preferred.
  • R 12 can be alkenyl. These are usually alkenyl groups with two to twenty carbon atoms, which can be straight-chain or branched. The double bond can be in any position in the chain, but is preferably in the alpha position.
  • alkenyl radicals are vinyl, allyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decenyl, undecenyl, dodecenyl, tridecenyl, tetradecenyl, pentadecenyl, hexadecenyl, heptadecenyl, octadecenyl, nonadecenyl or eicosenyl. Vinyl and allyl are particularly preferred.
  • the radicals R 2 and R 12 can mean cycloalkyl. These are usually cycloalkyl groups with five to six ring carbon atoms. Cyclohex
  • the radicals R 2 and R 12 can mean aryl. These are usually aromatic hydrocarbon radicals with five to ten ring carbon atoms. Phenyl is preferred.
  • the radicals R 22 and R 12 can mean aralkyl. These are usually aryl groups linked to the rest of the molecule via an alkylene group. Benzyl is preferred.
  • Radical X can mean alkoxy. These are usually C-i-Ce alkoxy groups. Preference is given to ethoxy and in particular methoxy.
  • Radical X can be amino, A/-alkylamino or /V,/V-dialkylamino.
  • the alkyl groups are usually Ci-C 6 -alkyl groups. Ethyl and especially methyl are preferred.
  • Radical X can denote heterocyclyl with at least one ring nitrogen atom.
  • Piperidinyl, pyridyl, pyrimidinyl, purinyl, morpholinyl, imidazolyl, benzimidazolyl, adeninyl, guaninyl, cytosinyl, thyminyl or uracilyl are preferred.
  • Radical X can be a carboxylic ester (-COOR), sulfonic ester (-SO 3 R), sulfuric ester (-SO 4 R) or carbamic ester (-NR'COOR or -OCONRR) (R and R' are each monovalent organic radicals).
  • R and R' are usually esters of carboxylic, sulfonic, sulfuric or carbamic acids with aliphatic alcohols, in particular with aliphatic Ci-Cß alcohols. Ethyl and especially methyl esters are preferred.
  • Copolymers are preferred which contain 15 to 60 mol % of structural units of the formula (I), 10 to 60 mol % of structural units of the formula (II) and 25 to 75 mol % of structural units of the formula (III).
  • copolymers wherein R 1 is a radical of the formula -CO-R 2 .
  • R 2 is CiC-is-alkyl, in particular CrCe-alkyl, and very particularly preferably CrC2-alkyl.
  • copolymers in which R 2 is Cs-Cis-alkyl, in particular C7-C12-alkyl are particularly preferred.
  • R 2 is Ci-Cis-alkyl and R 3 , R 4 , R 5 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 are hydrogen.
  • copolymers are preferred in which R 6 is hydrogen or methyl.
  • R 12 is Ci-Ci 8 - alkyl or C2-Ci8-alkenyl, in particular methyl, ethyl, vinyl or allyl.
  • the copolymers according to the invention can consist of the structural units of the formulas (I), (II) and (III) or of the structural units of the formulas (IV), (V) and (VI) or also contain further structural units which are derived from monomers , which can be copolymerized with monomers used in the preparation of polyalkyleneimines or polyoxazolines.
  • the proportion of such further structural units, based on the total mass of the copolymer, is generally up to 25 mol %.
  • These further structural units can be randomly distributed or arranged in the form of blocks in the copolymer.
  • Preferred copolymers according to the invention are characterized in that they contain at least 90 mol %, in particular at least 95 mol %, based on their total mass, of structural units of the formula (I), the formula (II) and the formula (III) or the Formula (IV), the formula (V) and the formula (VI).
  • copolymers according to the invention have end groups which typically arise in the preparation of poly(oxazolines) or of poly(alkyleneimines). These end groups can be modified by functionalization. The techniques required for this are known to those skilled in the art.
  • Copolymers according to the invention can be covalently linked to other active ingredients or effect substances via the end groups.
  • the copolymers according to the invention can be prepared by partial oxidation of polyalkyleneimines and by re-functionalization of the oxidized product by reaction with an epoxide, aziridine, isocyanate, an activated carboxylic acid or an acyl halide.
  • the oxidation is preferably carried out in solution, in particular in an aqueous or alcoholic-aqueous solution.
  • Oxidizing agents known per se can be used as the oxidizing agent. Examples are per-compounds, hypochlorites, chlorine or oxygen, especially hydrogen peroxide.
  • Per compounds are preferably used. Examples of this are hydrogen peroxide, peracids, organic peroxides or organic hydroperoxides, in particular hydrogen peroxide.
  • the amount of oxidizing agent is chosen so that the desired proportion of oxidized structural units is formed in the polymer backbone.
  • the reaction temperature is generally between 10 and 80°C, in particular in the range from 20 to 40°C.
  • the oxidation reaction time is generally between 5 minutes and 5 days.
  • the oxidized product is refunctionalized by reaction with an acyl derivative of the formula (VII) described above or with an isocyanate of the formula (VIII) described above. or with an epoxide of formula (IX) described above or with an aziridine of formula (X) described above.
  • acyl derivatives are acyl halides, carboxylic acid anhydrides or carboxylic acids activated by known coupling agents, for example N-hydroxysuccinimide ester (NHS ester), dicyclohexylcarbodiimide ester (DCC ester) or 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide ester (EDC ester).
  • NHS ester N-hydroxysuccinimide ester
  • DCC ester dicyclohexylcarbodiimide ester
  • EDC ester 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide ester
  • isocyanates are monoalkyl isocyanates such as methane isocyanate or ethane isocyanate, cyclohexyl isocyanate or phenyl isocyanate.
  • Suitable epoxides are ethylene oxide, propylene oxide, 1,2-epoxybut-3-ene or 1,2-epoxypent-4-ene.
  • Suitable aziridines are azacyclopropane, 1,2-azapropane, 1,2-azabut-3-ene or 1,2-azappent-4-ene.
  • the reaction temperature is generally between 10 and 80°C, in particular in the range from 20 to 40°C.
  • the reaction time for the refunctionalization is generally between 5 minutes and 5 days, in particular between 12 and 48 hours.
  • the poly(alkylenimines) used are preferably copolymers which have been obtained by alkaline or, in particular, by acidic hydrolysis of poly(2-oxazolines), in particular of poly(2-alkyl-2-oxazolines). These copolymers are linear and are used as well-defined starting materials derived from polymers that can be obtained by CROP of commercially available monomers.
  • Poly(oxazolines) are known compounds. These are usually prepared by cationic ring-opening polymerization of 2-oxazolines in solution and in the presence of an initiator.
  • initiators are electrophiles such as esters of aromatic sulfonic acids, salts or esters of aliphatic sulfonic acids or carboxylic acids, or aromatic halogen compounds. Multifunctional electrophiles can also be used as initiators.
  • branched or star-shaped molecules can also form.
  • Examples of preferred initiators are esters of arylsulfonic acids such as methyl tosylate, esters of alkanesulfonic acids such as methyl triflate, or mono- or dibromomethylbenzene.
  • the polymerisation is usually carried out in a polar aprotic solvent, for example in acetonitrile.
  • 2-oxazines can also be used to prepare homologous poly(oxazines).
  • the hydrolysis of poly(oxazolines) is preferably carried out in solution, in particular in an aqueous or alcoholic-aqueous solution.
  • Inorganic or organic acids can be used as acids.
  • Mineral acids are preferably used.
  • hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid preferably hydrochloric acid.
  • suitable bases are alkali metal hydroxides, such as sodium hydroxide or potassium hydroxide.
  • the reaction temperature is generally between 20 and 180°C, in particular in the range from 70 to 130°C.
  • the reaction time in the acidic hydrolysis is generally between 5 minutes and 24 hours. Preference is therefore given to processes in which the polyalkyleneimine used in step i) is obtained by hydrolysis, in particular by acidic hydrolysis, of a poly(oxazoline).
  • copolymers according to the invention can be used to produce formulations which contain pharmaceutical or agrochemical active substances.
  • the copolymers according to the invention can be water-soluble or non-water-soluble.
  • Copolymers functionalized with formyl, acetyl, propionyl or butionyl groups are generally water soluble.
  • Copolymers functionalized with longer alkanoyl chains are not water-soluble.
  • Water-insoluble copolymers according to the invention can be present in dispersed form in hydrophilic liquids, for example as emulsions or as suspensions.
  • copolymers according to the invention are preferably in the form of particles, in particular in the form of nanoparticles.
  • the invention therefore also relates to particles, in particular nanoparticles, containing the copolymers described above.
  • Particles which contain one or more pharmaceutical or agrochemical active ingredients are very particularly preferred.
  • particularly preferred particles contain at least one active pharmaceutical ingredient and suitable auxiliaries and additives.
  • the particles can be present as a powder in solid form or they can be present in dispersed form in hydrophilic solvents, the particles being present in the dispersing medium in liquid form or, in particular, in solid form.
  • the particles preferably form a disperse phase in a liquid containing water and/or water-miscible compounds.
  • the proportion of particles in a dispersion can cover a wide range.
  • the proportion of particles in the dispersion medium is 0.5 to 20% by weight, preferably 1 to 5% by weight.
  • the particles according to the invention can be produced by precipitation, preferably by nanoprecipitation.
  • the copolymers according to the invention which are little or not hydrophilic due to the presence of hydrophobic groups, are dissolved in a water-miscible solvent, such as acetone. This solution is dropped into a hydrophilic dispersing medium. This is preferably done with vigorous stirring. This can promote the production of smaller particles.
  • the copolymer is deposited in the dispersing medium in finely divided form.
  • the particles according to the invention can also be produced by emulsification, preferably by nanoemulsion.
  • the copolymers according to the invention which are little or not hydrophilic due to the presence of hydrophobic groups, are dissolved in a water-immiscible solvent, such as dichloromethane or ethyl acetate. This solution is combined with a hydrophilic dispersing medium, preferably resulting in two liquid phases form. This mixture is then emulsified by energy input, preferably by exposure to ultrasound.
  • one or more active ingredients and/or one or more auxiliaries and additives can be present when it is dispersed in the dispersing medium.
  • these active substances and/or auxiliaries and additives can be added after the copolymer has been dispersed in the hydrophilic liquid.
  • the polymer particles can be separated from the hydrophilic liquid in different ways. Examples are centrifugation, ultrafiltration or dialysis.
  • the polymer dispersion produced according to the invention can be further purified after production. Common methods include cleaning by dialysis, by ultrafiltration, by filtration or by centrifugation.
  • copolymers according to the invention can be used outstandingly for complex formation with anionic compounds.
  • Such complexes can be in dissolved form, but preferably in the form of particles and especially in the form of nanoparticles.
  • the invention therefore also relates to complexes of the above-described copolymers and compounds with anionic groups, for example with carboxyl groups, sulfate groups, sulfonate groups or phosphate groups.
  • the invention also relates to particles, in particular nanoparticles containing complexes of the above-described copolymers and compounds with anionic groups, for example with carboxyl groups, sulfate groups, sulfonate groups or phosphate groups.
  • anionic groups for example with carboxyl groups, sulfate groups, sulfonate groups or phosphate groups.
  • nucleic acids or proteins can be used as compounds with anionic groups.
  • the present invention particularly preferably relates to particles containing complexes formed from nucleic acids and the copolymers containing the structural units of the formulas (I), (II) and (III) or of the formulas (IV), (V) and (VI) described above.
  • DNA and/or RNA and modifications thereof can be used as nucleic acids in the complexes and particles according to the invention.
  • DNA Any type of DNA can be used. Examples are A-DNA, B-DNA, Z-DNA, mtDNA, antisense DNA, bacterial DNA and viral DNA.
  • RNA any type of RNA can also be used. Examples are hnRNA, mRNA, tRNA, rRNA, mtRNA, snRNA, snoRNA, scRNA, siRNA, miRNA, antisense RNA, bacterial RNA and viral RNA.
  • Combinations of DNA and RNA can also be used in the complexes and particles according to the invention.
  • the particles according to the invention contain nucleic acid copolymer complexes which are distributed over the entire volume of the particle.
  • the particles according to the invention have nucleic acid-copolymer complexes both inside and in the outer areas of the nanoparticles Find. Such particles are also referred to below as “polyplexes”.
  • the complexes and particles according to the invention can be characterized by their N/P ratio. This is the molar ratio of basic nitrogen atoms in the copolymer to the phosphate groups in the nucleic acid.
  • the N/P ratio in the particles according to the invention can vary within wide ranges. Typically, the N/P ratio in the particles according to the invention is between 1 and 200, preferably between 2.5 and 100, more preferably between 5 and 50, and most preferably between 10 and 30.
  • Preferred particles according to the invention have diameters of up to 50 ⁇ m, determined by DLS. Nanoparticles with diameters of between 50 and 1000 nm, determined by means of DLS, are preferred.
  • Particles according to the invention which contain no auxiliaries or additives, in particular no protective colloids and/or surfactants, are preferred.
  • the particles containing polyplexes according to the invention can be produced by precipitation.
  • the cationic copolymers used according to the invention which are hydrophilic depending on the pH due to the presence of polar groups, are dissolved in water or in an aqueous buffer solution.
  • a pH of the aqueous solution is adjusted from 3 to 6.5, for example by using an acetate buffer or another suitable buffer such as citrate buffer, lactate buffer, phosphate buffer and phosphate-citrate buffer pH of the aqueous nucleic acid solution is preferably adjusted to a value between 6.5 and 8.5, particularly preferably to a value between 6.8 and 7.5.
  • a buffer solution containing HEPES, TRIS, or just salts is particularly suitable for this.
  • Both solutions are combined with one another, with the amounts of nucleic acids and cationic copolymer being chosen such that a desired N/P ratio is established.
  • the mixture is agitated, e.g. for a short time, such as between 2 and 20 seconds. This can be done by stirring and/or by vortexing.
  • the resulting particles are left for some time before further use, for example between 5 and 20 minutes to allow binding between polymer and nucleic acids.
  • the particles according to the invention are precipitated in finely divided form in the dispersing medium.
  • auxiliaries and additives can be present during their precipitation in the dispersing medium.
  • these auxiliaries and additives can be added after the nucleic acid copolymer complex has been dispersed in the aqueous phase.
  • Water is used as the dispersing medium. Buffer substances, salts, sugars or acids and bases can be added to this in order to adjust the desired pH value or the osmolarity.
  • the particles according to the invention are outstandingly suitable for gene transfer from cells, ie for introducing nucleic acids into cells.
  • the particles containing nucleic acids are added to individual cells, tissues or a cell culture and taken up by the cells by endocytosis.
  • the invention also relates to the use of the particles described above for gene transfer into cells, ie for introducing nucleic acids into cells.
  • Proton ( 1 H) nuclear magnetic resonance (NMR) spectra were measured on a Bruker AC 300 MHz and a Bruker AC 400 MHz spectrometer, respectively. Measurements were performed at room temperature using either D 2 O or d 4 -methanol as solvent. Chemical shifts ( ⁇ 5) are reported in parts per million (ppm) relative to the residual non-deuterated solvent resonance signal.
  • Infrared (IR) spectroscopy was performed on a Shimadzu IRAffinity-1 CE system equipped with a Quest ATR single-reflective diamond crystal ATR cuvette for extended range measurement.
  • Size exclusion chromatography was performed in N,N-dimethylacetamide (DMAc) using an Agilent 1200 series system equipped with a PSS degasser, G1310A pump, G1329A autosampler, Techlab oven, G1362A refractive index detector (RID) and a PSS GRAMguard/30/1000 A column (10 pm particle size).
  • DMAc with 0.21% by weight LiCl was used as the eluent.
  • the flow rate was 1 ml min'1 and the oven temperature was 40°C.
  • Polystyrene (PS) standards from 400 to 1,000,000 g mol' 1 were used for the calculation of molar masses.
  • PEtOx was synthesized by cationic ring-opening polymerization (CROP) of EtOx.
  • CROP cationic ring-opening polymerization
  • MeOTs 124 g, 0.665 mol
  • EtOx 3965 g, 40.00 mol, 60.2 equiv
  • MeCN dry MeCN
  • PEtOx (80.0 g, 12.5 mmol) was dissolved in aqueous hydrochloric acid (6 M, 600 mL) and heated at 90 °C for 24 h. Volatiles were removed under reduced pressure and the residue was dissolved in deionized water (1600 mL). Aqueous NaOH (3 M, 300 mL) was added in portions to reach pH 10, resulting in precipitation of the polymer. The polymer was then filtered off and through Recrystallize in water (800 mL). PEI was obtained as a white solid (yield: 47.5 g)
  • the degree of hydrolysis DH was calculated according to equation (1) from the integrals of the 1 H NMR spectra of PEI.
  • D is the integral of the methylene groups of the ethyleneimine units and A is the integral of the methyl groups of the remaining EtOx units.
  • the degree of oxidation DO was calculated from the integrals of the polymer backbone signals of the 1 H NMR spectra of oxPEI according to Equation (2).
  • F is the integral of the methylene group of the glycine units
  • A is the integral of the methyl groups of the remaining EtOx units
  • D is the integral of the methylene groups of the ethyleneimine units.
  • Titrations to determine the residual amino groups were performed using an automated Metrohm OMNIS titrator equipped with a Metrohm Ecotrode plus pH electrode. All measurements were performed in a dynamic titration mode, which adapts the titration rate to the change in adjusted the pH value during the titration.
  • a typical measurement was performed as follows: The polymer was dissolved in deionized water to give a polymer solution with a concentration of 3 mg ml' 1 . The polymer solution was acidified to reach a pH of 2 by adding a half-concentrated aqueous HCl solution dropwise. The solution was then titrated to pH 12 against 0.1 M aqueous sodium hydroxide solution while stirring. The equivalence points were determined from the first derivative of the titration curve.
  • the polymer (20 mg) was dissolved in 6 mol L' 1 HCl (2 mL) and stirred at 90 °C for 48 h.
  • the reaction mixture was neutralized with aqueous sodium hydroxide solution and water was removed under reduced pressure.
  • Production example H1 Synthesis of poly(2-methyl-2-oxazoline-co-ethyleneimine-co-glycine), dP(MeOx-co-EI)
  • P(MeOx-co-EI) 6 was prepared according to the general procedure by adding 500 mg oxPEI, 614 ⁇ L (446 mg, 4.41 mmol, 1 equiv per amine unit) triethylamine and 157.2 ⁇ L (173 mg, 2, 20 mmol, 0.5 equiv per amine unit) acetyl chloride were used. The precipitated triethylammonium salt was filtered off after the reaction, and the filtrate was concentrated under reduced pressure. The crude product was dissolved in methanol and precipitated three times in ice-cold diethyl ether (about -80°C).
  • Preparation Example H2 Synthesis of Poly(2-ethyl-2-oxazoline-co-ethyleneimine-co-glycine), dP(EtOx-co-EI) P(EtOx-co-EI) was prepared according to the general procedure by adding 500 mg oxPEI, 614 ⁇ L (446 mg, 4.41 mmol, 1 equiv. per amine unit) triethylamine and 192.2 ⁇ L (204 mg, 2.20 mmol, 0.5 equiv per amine unit) propionyl chloride were used. Triethylammonium chloride formed during the reaction was filtered off and the solution was concentrated under reduced pressure.
  • Example C1 Characterization of the polymers by 1 H-NMR spectroscopy
  • the first step was to synthesize a significant amount of PEtOx as a well-defined starting material via CROP (see general synthetic methods, Synthesis of PEtOx).
  • a synthesis protocol was developed in a 10 L Normag reactor, yielding almost 4 kg of PEtOx with a degree of polymerization (DP) of 60 and a narrow dispersity (D) of 1.14 determined by SEC in DMAc. Since the CROP was terminated by the addition of water, the resulting PEtOx contained two isomeric end groups arising from nucleophilic attack at the 2- or 5-positions of the oxazoline ring, but in both cases resulting in hydroxyl end groups upon hydrolysis to linear poly(ethyleneimine) (PEI) led.
  • PEI linear poly(ethyleneimine)
  • the hydrolysis was carried out under acidic conditions (cf. general synthesis methods, synthesis of PEI). To obtain complete hydrolysis, the reaction was carried out overnight with excess 6M HCl. The successful synthesis was confirmed by the 1 H NMR spectrum, which clearly showed the disappearance of the signals assigned to the ethyl substituents of PEtOx. Furthermore, a clear upfield shift of the backbone signal confirmed the formation of PEI.
  • the degree of hydrolysis (DH) was determined to be 99%, calculated by the ratio of the integrals in the 1 H NMR spectrum (see General Synthetic Methods, Synthesis and Characterization of dP(AOx-co-EI), Equation (1)).
  • oxPEI was prepared by oxidizing PEI with hydrogen peroxide as the oxidizing agent.
  • the structure of the resulting oxPEI corresponds to the repeating unit of poly(glycine) alongside unaffected ethyleneimine units. Therefore, the polymer can also be referred to as a poly(ethyleneimine-staf-glycine) copolymer.
  • the degree of oxidation (DO) which was determined by the integral ratio in the 1 H-NMR spectrum to be 54% (cf. General synthetic methods, Synthesis and characterization of dP(AOx-co-EI), Eq. (2)), confirmed the successful synthesis.
  • the methylene group signals assigned to the ethyleneimine and glycine repeat units appeared in close proximity in the 1 H NMR spectrum and partially overlapped.
  • the resulting oxPEI provided the platform for the synthesis of various degradable polymers.
  • subsequent reacylation with the aliphatic acyl chlorides acetyl chloride and propionic acid chloride was applied to reintroduce amide moieties equivalent to the /V-acylethyleneimine -structures in PAOx were.
  • the resulting polymer structures resemble PAOx with additional, randomly distributed poly(glycine) units and polyethylenimine units integrated into the polymer backbone.
  • poly(2-n-alkyl-2-oxazoline-staf-ethyleneimine-stat-glycine)-copolymers or due to the degradability of the glycine unit as degradable poly(2-alkyl-2-oxazoline-stat-ethyleneimine)- analogues are considered.
  • the described synthetic approach thus allowed the preparation of polymers with the same chain length and DO using only EtOx as a commercially available monomer.
  • Example C2 Characterization of the polymers by IR spectroscopy
  • Figure 1 shows ATR-IR spectra of dP(MeOx-co-EI) and dP(EtOx-co-EI) in the wavenumber range from 600 to 4000 cm' 1 including the assignment of the most important bands.
  • the IR spectroscopy of PEtOx, PEI, poly(glycine), as well as oxPEI has been previously reported in the literature, which allowed easy assignment of vibrational bands.
  • the band at 3235 and 3246 cm' 1 im can be assigned to the NH vibration of the amino group.
  • the vibrational band at 1647 and 1650 cm'- 1 can be assigned to the amide I band, which is mainly due to the carbonyl stretching vibration.
  • Example C4 Characterization of the polymers by titration
  • Example C5 Characterization of the polymers by degradation studies using acidic hydrolysis
  • dP(AOx-co-EI) Compared to PAOx is its ability to be potentially degradable due to the additional backbone amide groups.
  • dP(MeOx-co-EI) and dP(EtOx-co-EI) were treated with 6 M HCl at 90°C for 2 days. These conditions are similar to those used for the hydrolysis of PEtOx to PEI where no degradation of either the PEtOx or the PEI polymer backbone occurs.
  • Figures 5 and 6 show the overlays of the 1 H NMR spectra of dP(MeOx-co-EI) and dP(EtOx-co-EI) before (lower spectrum) and after (upper spectrum) treatment with HCl. For reasons of clarity, the individual spectra are superimposed vertically.
  • Figures 5 and 6 show the successful degradation of the polymers under these conditions.
  • the polymers Before treatment with HCl, the polymers showed broad peaks typical of polymers, while the peaks of the degraded polymer were sharp, as is commonly observed for small molecules.
  • the singlet at 3.67 ppm can be assigned to the methylene unit of the glycine formed upon degradation, while the triplets in the region of 3.65 ppm and 3.21 ppm can be assigned to the remaining ethyleneimine units.
  • a sharp signal appeared at 8.77 ppm, which had already been reported for oxPEI after degradation and which could be due to further degradation products.
  • the broad amide signal at about 8.0 ppm disappeared, indicating hydrolysis of the associated backbone amide groups.
  • the overlay of the spectra of dP(MeOx-co-El) before and after treatment with HCl showed similar behavior. Side chain cleavage as acetic acid gave a singlet at 2.17 ppm.
  • the broad polymer backbone peaks split into a sharp singlet at 3.61 ppm, as above described can be assigned to glycine.
  • Several triplets ranging from 3.58 to 2.95 ppm were due to degradation products of the ethyleneimine units.

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Abstract

The invention relates to copolymers containing structural units of formula (I), formula (II) and formula (III) -NR1-CHR3-CHR4- (I) -NH-CO-CHR7- (II) -NH-CHR9-CHR10- (III), or structural units of formula (IV), formula (V) and formula (VI) -NR1-CHR3-CHR4-CHR5- (IV), -NH-CO-CHR7-CHR8- (V), -NH-CHR9-CHR10-CHR11- (VI), in which R1 represents a group of the formula -CO-R2, the formula -CO-NH-R2, the formula -CH2-CH(OH)-R12 or the formula -CH2-CH(NH2)-R12, R3, R4, R5, R7, R8, R9, R10 and R11 independently of one another represent hydrogen, methyl, ethyl, propyl or butyl, and R2 and R12 are hydrogen or selected organic groups. These copolymers are characterised by good decomposability and can be used for example for preparing active-ingredient formulations or for complexing anionic active ingredients or effect substances.

Description

Beschreibung description
Funktionalisierte Polyglycin-Poly(alkylenimin)-Copolymere, deren Herstellung und Verwendung zur Herstellung von Formulierungen oder zur Komplexierung anionischer Wirkstoffe und Effektstoffe Functionalized polyglycine-poly(alkyleneimine) copolymers, their production and use for the production of formulations or for complexing anionic active ingredients and effect substances
Die Erfindung betrifft neue Copolymere, die als funktionalisierte Polyglycin- Polyalkylenimin-Copolymere beschrieben werden können und die sich durch eine sehr gute Abbaubarkeit auszeichnen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung und Verarbeitung diese Copolymeren durch Oxidation von Polyalkyleniminen gefolgt von einer Funktionaliserung von NH-Gruppen im teilweise oxidierten Polymerrückgrat. Diese Copolymeren lassen sich insbesondere zur Herstellung von Wirk- und Effektstoff-Formulierungen sowie zur Komplexierung anionischer Wirk- und Effektstoffe, insbesondere von genetischem Material, wie siRNA, mRNA, DNA und CRISPR / Cas einsetzen. The invention relates to new copolymers which can be described as functionalized polyglycine-polyalkyleneimine copolymers and which are distinguished by very good degradability. In particular, the invention relates to the preparation and processing of these copolymers by oxidation of polyalkyleneimines followed by functionalization of NH groups in the partially oxidized polymer backbone. These copolymers can be used in particular to produce active substance and effect substance formulations and to complex anionic active substances and effect substances, in particular genetic material such as siRNA, mRNA, DNA and CRISPR/Cas.
Biokompatible Polymere stellen hochattraktive Materialien für biomedizinische Anwendungen wie für die Arzneimittelabgabe dar. Poly(ethylenglykol) (PEG) ist derzeit das am häufigsten verwendete Polymer für solche Zwecke. Aufgrund seiner hohen Hydrophilie und des so genannten "verbergenden Verhaltens" löst es wenig Immunantwort im Körper aus und erhöht somit die Blut-Zirkuationszeit des Arzneimittels. Allerdings weist PEG verschiedene Nachteile auf, nämlich der Bildung toxischer Nebenprodukte, die Sequestrierung in Organen, und die Stimulation von Anti-PEG-Antikörpern. Biocompatible polymers represent highly attractive materials for biomedical applications such as drug delivery. Poly(ethylene glycol) (PEG) is currently the most commonly used polymer for such purposes. Due to its high hydrophilicity and so-called "cloaking behavior" it elicits little immune response in the body and thus increases the drug's blood circulation time. However, PEG has several disadvantages, namely the formation of toxic by-products, sequestration in organs, and the stimulation of anti-PEG antibodies.
Poly(2-n-alkyl-2-oxazoline) (PAOx) mit kurzen Seitenketten zeigen eine ähnliche Hydrophilie, Biokompatibilität und "verbergendes Verhalten" und scheinen daher vielversprechende Kandidaten für einen Ersatz von PEG zu sein, was darüber hinaus in einem detaillierten Vergleich ihres Lösungsverhaltens bestätigt wurde (vergl. Grube, M.; Leiske, M. N.; Schubert, U. S.; Nischang, I. POx as an alternative to PEG? A hydrodynamic and light scattering study. Macromolecules 2018, 51, 1905-1916). Im Gegensatz zu PEG weisen PAOx aufgrund ihrer Seitenketten- Modifizierbarkeit auch eine höhere strukturelle Vielseitigkeit auf. Poly(2-n-alkyl-2-oxazolines) (PAOx) with short side chains show similar hydrophilicity, biocompatibility and "cloaking behavior" and therefore appear to be promising candidates as a replacement for PEG, which is further demonstrated in a detailed comparison of their solution behavior was confirmed (cf. Grube, M.; Leiske, MN; Schubert, US; Nischang, I. POx as an alternative to PEG? A hydrodynamic and light scattering study. Macromolecules 2018, 51, 1905-1916). In contrast to PEG, PAOx also exhibit higher structural versatility due to their side-chain modifiability.
PAOx mit längeren Seitenketten sind hydrophob und können zur Herstellung von amphiphilen Copolymeren, Materialien mit geringer Oberflächenenergie oder Beschichtungen mit geringer Haftung verwendet werden. Thermische und kristalline Eigenschaften können auch durch Variationen in den PAOx-Seitenketten angepasst werden (vergl. Hoogenboom, R.; Fijten, M. W. M.; Thijs, H. M. L.; van Lankvelt, B.PAOx with longer side chains are hydrophobic and can be used to make amphiphilic copolymers, low surface energy materials or low adhesion coatings. Thermal and crystalline properties can also be tuned by variations in the PAOx side chains (compare Hoogenboom, R.; Fijten, M.W.M.; Thijs, H.M.L.; van Lankvelt, B.
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Hoogenboom, R. Revisiting the crystallization of poly(2-alkyl-2-oxazoline)s. J. Polym. Sei., Part B: Polym. Phys. 2016, 54, 721-729). Schubert und Kollegen berichteten zuvor von einer Abnahme der Glasübergangstemperatur (Tg) mit zunehmender Seitenkettenlänge für eine Reihe von Poly(2-n-alkyl-2-oxazolinen) bis Poly(2-pentyl- 2-oxazolinen). Bei PAOx mit längeren Seitenketten wurden kristalline Eigenschaften mit einer von der Seitenkettenlänge unabhängigen Schmelztemperatur Tm beobachtet. PAOx sowie PEG gelten jedoch als nicht biologisch abbaubar. Für eine Vielzahl von Anwendungen in der Biomedizin und auf anderen Gebieten wäre die biologische Abbaubarkeit eine wichtige Eigenschaft, um beispielsweise eine Anreicherung von Polymeren mit Molmassen jenseits von 20.000 g mol'1 im Körper zu verhindern und das Polymer vollständig aus dem Organismus zu entfernen. Eine Strategie zur Lösung des Problems könnte darin bestehen, hydrolytisch empfindliche Gruppen in das Polymer-Rückgrat zu integrieren, z.B. Ester- oder Amid-Einheiten. Diese können unter z.B. sauren oder enzymatischen Bedingungen hydrolysiert werden, was zu einem Abbau des gesamten Polymers führen könnte. Es wurden bereits mehrere Routen untersucht, um Estergruppen in das PAOx-Rückgrat einzubauen. Vor kurzem wurde über die Synthese einer Reihe von Poly(esteramiden) mit lateralen Amidbindungen, hergestellt durch organokatalytische Ringöffnungspolymerisation von A/-Acetylierten-1 ,4-oxazepan-7-on-monomeren, berichtet (vergl. Wang, X.; Hadjichristidis, N. Organocatalytic ring-opening polymerization of /V-acylated-1 ,4- oxazepan-7-ones toward well-defined poly(ester amide)s: Biodegradable alternatives to poly(2-oxazoline)s. ACS Macro Lett. 2020, 9, 464-470). Die resultierenden Polymere können als alternierende Poly(ester-co-oxazoline) angesehen werden und daher als biologisch abbaubare PAOx-Alternativen. In der Reihe unterschiedlich abbaubarer Poly-(2-alkyl-2-oxazolin)- und Poly(2-aryl-2-oxazolin)-Analoga zeigten alle Polymere ein amorphes Verhalten und zeigten eine niedrigere Tg im Vergleich zu ihren nicht abbaubaren PAOx-Gegenstücken. Hoogenboom, R. Revisiting the crystallization of poly(2-alkyl-2-oxazolines)s. J. Polym. Sci., Part B: Polym. physics 2016, 54, 721-729). Schubert and colleagues previously reported a decrease in glass transition temperature (T g ) with increasing side chain length for a range of poly(2-n-alkyl-2-oxazolines) to poly(2-pentyl-2-oxazolines). For PAOx with longer side chains, crystalline properties with a melting temperature Tm independent of the side chain length were observed. However, PAOx and PEG are considered non-biodegradable. Biodegradability would be an important property for a large number of applications in biomedicine and other fields, for example to prevent accumulation of polymers with molecular weights beyond 20,000 g mol' 1 in the body and to remove the polymer completely from the organism. A strategy to solve the problem could be to incorporate hydrolytically sensitive groups into the polymer backbone, such as ester or amide moieties. These can be hydrolyzed under, for example, acidic or enzymatic conditions, which could lead to degradation of the entire polymer. Several routes have been explored to incorporate ester groups into the PAOx backbone. Recently, the synthesis of a series of poly(esteramides) with lateral amide linkages, prepared by organocatalytic ring-opening polymerization of A/-acetylated-1,4-oxazepan-7-one monomers, has been reported (cf. Wang, X.; Hadjichristidis, N. Organocatalytic ring-opening polymerization of /V-acylated-1,4-oxazepan-7-ones toward well-defined poly(ester amide)s: Biodegradable alternatives to poly(2-oxazoline)s ACS Macro Lett 2020, 9, 464-470). The resulting polymers can be viewed as alternating poly(ester-co-oxazolines) and therefore as biodegradable PAOx alternatives. In the series of differentially degradable poly(2-alkyl-2-oxazoline) and poly(2-aryl-2-oxazoline) analogues, all polymers exhibited amorphous behavior and exhibited a lower T g compared to their non-degradable PAOx counterparts.
Kürzlich wurde von Polymeren berichtet, die aus den gleichen sich wiederholenden Einheiten bestanden, welche durch spontane zwitterionische Copolymerisation von 2-Oxazolin und Acrylsäure synthetisiert worden waren, um zu A/-acyatierten Poly(aminoester)-Makromonomeren zu gelangen. Eine nachgelagerte redoxinitiierte reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RRAFT) dieser Makromonomere führte zu biologisch abbaubaren Kammpolymeren (vergl. Kempe, K.; de Jongh, P. A.; Anastasaki, A.; Wilson, P.; Haddleton, D. M. Novel comb polymers from alternating /V-acylated poly(aminoester)s obtained by spontaneous zwitterionic copolymerisation. Chem. Commun. 2015, 51, 16213- 16216; de Jongh, P. A. J. M.; Mortiboy, A.; Sulley, G. S.; Bennett, M. R.; Anastasaki, A.; Wilson, P.; Haddleton, D. M.; Kempe, K. Dual stimuli-responsive comb polymers from modular A/-acylated poly(aminoester)-based macromonomers. ACS Macro Lett. 2016, 5, 321-325). Recently, polymers composed of the same repeating units synthesized by the spontaneous zwitterionic copolymerization of 2-oxazoline and acrylic acid to give A/-acylated poly(aminoester) macromonomers have been reported. A downstream redox-initiated reversible addition-fragmentation-chain-transfer polymerization (RRAFT) of these macromonomers led to biodegradable comb polymers (cf. Kempe, K.; de Jongh, PA; Anastasaki, A.; Wilson, P.; Haddleton, DM Novel comb polymers from alternating /V-acylated poly(aminoester)s obtained by spontaneous zwitterionic copolymerization Chem Commun 2015, 51, 16213- 16216; de Jongh, PAJM; Mortiboy, A.; Sulley, GS; Bennett, MR; Anastasaki, A.; Wilson, P.; Haddleton, DM; Kempe, K. Dual stimuli-responsive comb polymers from modular A/-acylated poly(aminoester)-based macromonomers. ACS Macro Lett. 2016, 5, 321-325).
Andere Ansätze nutzten eine Amidierung von Diethanolamin, was zu unterschiedlichen Hydroxyethylsuccinamid-Monomeren führte, und anschließend eine Polykondensation dieser Monomeren mit Bernsteinsäure, was auf ähnliche Polymerstrukturen abzielte (vergl. Swanson, J. P.; Monteleone, L. R.; Haso, F.; Costanzo, P. J.; Liu, T.; Joy, A. A library of thermoresponsive, coacervate-forming biodegradable polyesters. Macromolecules 2015, 48, 3834-3842; Gokhale, S.; Xu, Y.; Joy, A. A library of multifunctional polyesters with "peptide-like" pendant functional groups. Biomacromolecules 2013, 14, 2489-2493). Other approaches used amidation of diethanolamine, resulting in different hydroxyethylsuccinamide monomers, and then polycondensation of these monomers with succinic acid, aiming at similar polymer structures (see Swanson, J.P.; Monteleone, L.R.; Haso, F.; Costanzo, P.J.; Liu, T.; Joy, A. A library of thermoresponsive, coacervate-forming biodegradable polyesters. Macromolecules 2015, 48, 3834-3842; Gokhale, S.; Xu, Y.; Joy, A. A library of multifunctional polyesters with " peptide-like" pendant functional groups. Biomacromolecules 2013, 14, 2489-2493).
Jedoch wurden nach unserem Kenntnisstand bisher keine Versuche unternommen, um Amidbindungen in ein Polyoxazolin-Rückgrat oder in ein Rückgrat anderer funktionalisierter Polyalkylenimine einzuführen zwecks Verbesserung der Abbaubarkeit. However, to our knowledge, no attempts have been made to introduce amide linkages into a polyoxazoline backbone or into a backbone of other functionalized polyalkyleneimines for the purpose of improving degradability.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung neuer funktionalisierter Copolymerer mit verbesserter Abbaubarkeit. The object of the present invention is therefore to provide new functionalized copolymers with improved degradability.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer einfachen Methode zur Herstellung dieser funktionalisierten Copolymere. Another object of the present invention is to provide a simple method for preparing these functionalized copolymers.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Bereitstellung von Copolymeren enthaltend 5 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (I), 5 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (II) und 20 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (III) This object is achieved by providing copolymers containing 5 to 75 mol % of structural units of the formula (I), 5 to 75 mol % of structural units of the formula (II) and 20 to 90 mol % of structural units of the formula (III)
-NR1-CHR3-CHR4- (I), -NH-CO-CHR7- (II), -NH-CHR9-CHR10- (III), oder von -NR 1 -CHR 3 -CHR 4 - (I), -NH-CO-CHR 7 - (II), -NH-CHR 9 -CHR 10 - (III), or from
Copolymeren enthaltend containing copolymers
5 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (IV), 5 to 75 mol% of structural units of the formula (IV),
5 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (V) und 5 to 75 mol % of structural units of the formula (V) and
20 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (VI) 20 to 90 mol% of structural units of the formula (VI)
-NR1-CHR3-CHR4-CHR5- (IV), -NH-CO-CHR7-CHR8- (V), -NR 1 -CHR 3 -CHR 4 -CHR 5 - (IV), -NH-CO-CHR 7 -CHR 8 - (V),
-NH-CHR9-CHR10-CHR11- (VI), worin -NH-CHR 9 -CHR 10 -CHR 11 - (VI), wherein
R1 einen Rest der Formel -CO-R2, der Formel -CO-NH-R2, der Formel -CH2-CH(OH)-R12 oder der Formel -CH2-CH(NH2)-R12 bedeutet, R 1 is a radical of the formula -CO-R 2 , of the formula -CO-NH-R 2 , of the formula -CH 2 -CH(OH)-R 12 or of the formula -CH 2 -CH(NH 2 )-R 12 means,
R3, R4, R5, R7, R8, R9, R10 und R11 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl bedeuten, R 3 , R 4 , R 5 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 are independently hydrogen, methyl, ethyl, propyl or butyl,
R2 ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl, -CmH2m-X oder -(CnH2n-O)o-(CpH2p-O)q-R6, R 2 is selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl, aralkyl, -C m H 2m -X or -(C n H 2 nO)o-(CpH 2p -O)qR 6 ,
R6 Wasserstoff oder C-i-Cß-Alkyl ist, R 6 is hydrogen or Ci-Cß-alkyl,
R12 ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl, Aryl oder Aralkyl, R 12 is selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl,
X ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Hydroxyl, Alkoxy, Amino, N- Alkylamino, N,N-Dialkylamino, Heterocyclyl mit mindestens einem Ringstickstoffatom, Guanidino, Carboxyl, Carbonsäureester, Schwefelsäureester, Sulfonsäureester oder Carbamidsäureester, m eine ganze Zahl von 1 bis 18 ist, n und p unabhängig voneinander ganze Zahlen von 2 bis 4 sind, wobei n ungleich p ist, und o und q unabhängig ganze Zahlen von 0 bis 60 sind, wobei mindestens eines der o oder q ungleich 0 ist, wobei die Prozentangaben auf die Gesamtmenge der Struktureinheiten der Formel (I), (II) und (III) oder der Formel (IV), (V) und(VI) bezogen sind. Diese Copolymeren können ausgehend von gut zugänglichen Poly(alkyleniminen) hergestellt werden. X is selected from the group consisting of hydroxyl, alkoxy, amino, N-alkylamino, N,N-dialkylamino, heterocyclyl having at least one ring nitrogen atom, guanidino, carboxyl, carboxylic acid ester, sulfuric acid ester, sulfonic acid ester or carbamic acid ester, m is an integer from 1 to 18 is, n and p are independently integers from 2 to 4, where n is not equal to p, and o and q are independently integers from 0 to 60, where at least one of o or q is not equal to 0, the percentages refer to the Total amount of the structural units of the formula (I), (II) and (III) or of the formula (IV), (V) and (VI) are related. These copolymers can be prepared starting from readily available poly(alkyleneimines).
Die Erfindung betrifft daher auch in einer ersten Variante ein Verfahren zur Herstellung dieser Copolymeren mit den Maßnahmen i) Umsetzung eines Polyalkylenimins, das wiederkehrende Struktureinheiten der Formel (la) oder der Formel (IVa) vorzugsweise in einer Menge von mindestens 90 mol % enthält, mit einem Oxidationsmittel, wodurch ein Copolymer enthaltend die Struktureinheiten der Formel (la) und der Formel (II) oder enthaltend die Struktureinheiten der Formel (IVa) und der Formel (V) erhalten wird The invention therefore also relates, in a first variant, to a process for preparing these copolymers with the measures i) reacting a polyalkyleneimine which preferably contains recurring structural units of the formula (Ia) or the formula (IVa) in an amount of at least 90 mol % an oxidizing agent, whereby a copolymer containing the structural units of the formula (Ia) and the formula (II) or containing the structural units of the formula (IVa) and the formula (V) is obtained
-NH-CR3H-CR4H- (la), -NH-CO-CR7H- (II), -NH- CR3H - CR4H- (la), -NH-CO- CR7H- (II),
-NH-CR3H-CR4H-CR5H- (IVa), -NH-CO-CR7H-CR8H- (V), worin R3, R4, R5, R7 und R8, die weiter oben definierte Bedeutung besitzen, und ii) Umsetzung des Copolymers aus Schritt i) mit einem Acylderivat der Formel (VII) oder mit einem Isocyanat der Formel (VIII) oder mit einem Epoxid der Fomel (IX) oder mit einem Aziridin der Fomel (X) zu einem Copolymer enthaltend die vorstehend definieten Struktureinheiten der Formeln (I), (II) und (III) oder der Formeln (IV), (V) und (VI) -NH-CR 3 H-CR 4 H-CR 5 H- (IVa), -NH-CO-CR 7 H-CR 8 H- (V) wherein R 3 , R 4 , R 5 , R 7 and R 8 , which have the meaning defined above, and ii) reaction of the copolymer from step i) with an acyl derivative of the formula (VII) or with an isocyanate of the formula (VIII) or with an epoxide of the formula (IX) or with an aziridine of Formula (X) to give a copolymer containing the structural units of the formulas (I), (II) and (III) defined above or of the formulas (IV), (V) and (VI)
R2-CO-R13 (VII), R2-NCO (VIII), o NH R 2 -CO-R 13 (VII), R 2 -NCO (VIII), o NH
R12-CH-CH2 R"-CH’CH’ (X), worin R2 und R12 die weiter oben definierten Bedeutungen besitzen und R13 eine Abgangsgruppe, insbesondere Fluor, Chor, Brom, lod oder eine andere Abgangsgruppe eines aktivierten Carbonsäurederivats bedeutet. R 12 -CH-CH 2 R "- CH ' CH ' (X), wherein R 2 and R 12 have the meanings defined above and R 13 is a leaving group, especially fluorine, chlorine, bromine, iodine or another leaving group of an activated carboxylic acid derivative.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung in einer zweiten Variante ein Verfahren zur Herstellung dieser Copolymeren mit den Maßnahmen iii) partielle Hydrolyse eines Polyoxazolins enthaltend wiederkehrende Struktureinheiten der Formel (I) oder eines Polyoxazins enthaltend wiederkehrende Struktureinheiten der Formel (IV) In addition, the invention relates, in a second variant, to a process for preparing these copolymers with the measures iii) partial hydrolysis of a polyoxazoline containing recurring structural units of the formula (I) or of a polyoxazine containing recurring structural units of the formula (IV)
-NR1-CHR3-CHR4- (I), -NR1-CHR3-CHR4-CHR5- (IV), zu einem Copolymer enthaltend wiederkehrende Struktureinheiten der Formel (I) und der Formel (III) oder der Formel (IV) und der Formel (VI) -NR 1 -CHR 3 -CHR 4 - (I), -NR 1 -CHR 3 -CHR 4 -CHR 5 - (IV), to a copolymer containing recurring structural units of the formula (I) and the formula (III) or the Formula (IV) and Formula (VI)
-NH-CHR9-CHR10- (III), -NH-CHR9-CHR10-CHR11- (VI), worin R1, R3, R4, R5, R9, R10 und R11 die weiter oben definierte Bedeutung besitzen, und iv) Umsetzung des Copolymeren aus Schritt iii) mit einem Oxidationsmittel, wodurch ein Copolymer enthaltend die Struktureinheiten der Formel (I), der Formel (II) und der Formel (III) oder enthaltend die Struktureinheiten der Formel (IV), der Formel (V) und der Formel (VI) erhalten wird -NH-CHR 9 -CHR 10 - (III), -NH-CHR 9 -CHR 10 -CHR 11 - (VI), wherein R 1 , R 3 , R 4 , R 5 , R 9 , R 10 and R 11 have the meaning defined above, and iv) reaction of the copolymer from step iii) with an oxidizing agent, whereby a copolymer containing the structural units of the formula (I), the formula (II) and the formula (III) or containing the structural units of the formula (IV), formula (V) and formula (VI).
-NH-CO-CHR7- (II), -NH-CO-CHR7-CHR8- (V), worin R7 und R8 die weiter oben definierte Bedeutung besitzen. -NH-CO-CHR 7 - (II), -NH-CO-CHR 7 -CHR 8 - (V) wherein R 7 and R 8 are as defined above.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass abbaubare funktionalisierte Polyglycin- Polyalkylenimin-Copolymere mit in das Polymerrückgrat integrierten Amidbindungen über einen einfachen Syntheseweg hergestellt werden können. Zu diesem Zweck können Polyalkylenimine partiell oxidiert werden und das resultierende Produkt kann über eine Umsetzung mit einem Epoxid, einem Aziridin, einem Isocyanat oder einem aktivierten Ester oder Acylhalogenid funktionalisiert werden. In einem alternativen Syntheseweg können Polyoxazoline oder Polyoxazine partiell hydrolisiert werden, wodurch Polyalkylenimineinheiten entstehen, welche in einem nachfolgenden Schritt teilweise oxidiert werden können. According to the invention, it was found that degradable, functionalized polyglycine-polyalkyleneimine copolymers having amide bonds integrated into the polymer backbone can be prepared via a simple synthetic route. For this purpose, polyalkyleneimines can be partially oxidized and the resulting product can be reacted with an epoxide, an aziridine, an isocyanate or a activated ester or acyl halide. In an alternative synthetic route, polyoxazolines or polyoxazines can be partially hydrolyzed, resulting in polyalkyleneimine units, which can be partially oxidized in a subsequent step.
In der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Polyalkylenimine enthalten üblicherweise mindestens 90 mol % an wiederkehrenden Struktureinheiten der Formel (la) oder der Formel (IVa) und sind kommerziell erhältlich oder können durch Hydrolyse von in 2-Position substitutierten Poly(2- oxazolinen) (POx), insbesondere vonPEtOx, bzw. von in 2-Position substituierten Poly(2-oxazinen) erhalten werden. Polyalkyleneimines used in the first variant of the process according to the invention usually contain at least 90 mol % of recurring structural units of the formula (Ia) or of the formula (IVa) and are commercially available or can be obtained by hydrolysis of poly(2-oxazolines) substituted in the 2-position ( POx), in particular from PEtOx, or from poly(2-oxazines) substituted in the 2-position.
Als Ausgangsmaterialien für die Hydrolyse werden üblicherweise POx eingesetzt, die mindestens 20 mol %, vorzugsweise mindestens 50 mol % an wiederkehrenden von 2-Oxazolin abgeleiteten Struktureinheiten im Polymer enthalten. Während kommerziell erhältliche Polyalkylenimine verzweigt sind, werden durch die Hydrolyse von POx lineare Polyalkylenimine erhalten. The starting materials used for the hydrolysis are usually POx which contain at least 20 mol %, preferably at least 50 mol %, of repeating structural units derived from 2-oxazoline in the polymer. While commercially available polyalkyleneimines are branched, linear polyalkyleneimines are obtained by the hydrolysis of POx.
In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Hydrolyse von Polyoxazolinen oder Polyoxazinen auch teilweise erfolgen und führt zu Copolymeren, die wiederkehrende Struktureinheiten der Formeln (I) und (III) oder die wiederkehrende Struktureinheiten der Formeln (IV) und (VI) enthalten. Diese Copolymeren können oxidiert werden, was direkt zu den erfindungsgemäßen Copolymeren führt. In dieser Verfahrensvariante entfällt üblicherweise eine Reacylierung. In a second variant of the process according to the invention, hydrolysis of polyoxazolines or polyoxazines can also take place partially and leads to copolymers which contain recurring structural units of the formulas (I) and (III) or which contain recurring structural units of the formulas (IV) and (VI). These copolymers can be oxidized, leading directly to the copolymers of this invention. In this variant of the process, there is usually no reacylation.
Ein bevorzugter einfacher Syntheseweg der Nachpolymerisation verläuft über die konsekutive Hydrolyse von Poly(2-ethyl-2-oxazolin) (PEtOx), eine partielle Oxidation und Reacylierung. Die Verwendung von PEtOx oder entsprechenden Poly(2-alkyl-2- oxazolinen) als klar definierte Ausgangsmaterialien ist vorteilhaft, da diese Polymeren durch kationische Ringöffnungspolymerisation (CROP) von handelsüblichen Monomeren gewonnen werden können. Die folgende Hydrolyse von PEtOx oder entsprechenden Poly(2-alkyl-2-oxazolinen) unter sauren Bedingungen, die zu linearem Poly-(ethylenimin) (PEI) führt, ist gut untersucht und dem Fachmann bekannt und kann auch teilweise erfolgen. Jedoch ist PEI nachteilig wegen seiner Zytotoxizität und, ebenso wie PEtOx, seiner Nichtabbaubarkeit. Englert et al. berichteten über die kontrollierte Oxidation von linearem PEI mit Wasserstoffperoxid, um die Abbaubarkeit durch Einbeziehung von Amidgruppen in das PEI-Rückgrat zu erhöhen (vergl. Enhancing the biocompatibility and biodegradability of linear poly(ethylene imine) through controlled oxidation; Macromolecules 2015, 48, 7420-7427). Die resultierende Struktur entspricht der Wiederholeinheit von Poly(glycin) und daher kann das Polymer als Poly(ethylenimin- co-glycin) (hier als oxPEI bezeichnet) betrachtet werden. Durch seine zusätzlichen hydrolytisch empfindlichen Amidgruppen zeigte das Polymer nicht nur eine erhöhte Abbaubarkeit, sondern auch eine verbesserte Biokompatibilität im Vergleich zum ansonsten zytotoxischen PEI. A preferred simple synthetic route for the post-polymerization proceeds via the consecutive hydrolysis of poly(2-ethyl-2-oxazoline) (PEtOx), a partial oxidation and reacylation. The use of PEtOx or corresponding poly (2-alkyl-2-oxazolines) as well-defined starting materials is advantageous because these polymers by cationic ring opening polymerization (CROP) of commercially available monomers can be obtained. The subsequent hydrolysis of PEtOx or corresponding poly(2-alkyl-2-oxazolines) under acidic conditions leading to linear poly(ethyleneimine) (PEI) is well studied and known to those skilled in the art and may also be partial. However, PEI is disadvantageous because of its cytotoxicity and, like PEtOx, its non-degradability. Englert et al. reported on the controlled oxidation of linear PEI with hydrogen peroxide to increase the degradability by incorporating amide groups into the PEI backbone (cf. Enhancing the biocompatibility and biodegradability of linear poly(ethylene imine) through controlled oxidation; Macromolecules 2015, 48, 7420 -7427). The resulting structure corresponds to the repeating unit of poly(glycine) and hence the polymer can be considered poly(ethyleneimine-co-glycine) (referred to herein as oxPEI). Due to its additional hydrolytically sensitive amide groups, the polymer not only showed increased degradability, but also improved biocompatibility compared to the otherwise cytotoxic PEI.
Erfindungsgemäß wurde oxPEI mit einem nachfolgenden Reacylierungsschritt oder durch Umsetzung mit Isocyanaten oder mit Epoxiden oder mit Aziridinen funktionalisiert. Entsprechend kann anstelle von PEI auch das homologe Polypropylenimin (PPI) verwendet werden. Bei der Reacylierung von oxPEI mit Acylierungsreagenzien, wie Acylhalogeniden, konnten Poly(2-n-alkyl-2-oxazolin-stat- glycine) (hier als dP(AOx-co-EI) bezeichnet) hergestellt werden. Aufgrund der Anwesenheit von zusätzlichen Amidgruppen im Polymerrückgrat wurde vermutet und auch experimentell nachgewiesen, dass die resultierenden dP(AOx-co-EI) eine erhöhte Abbaubarkeit im Vergleich zu ihren Poly(2-n-alkyl-2-oxazolin)-Äquivalenten aufwiesen. Ähnliche Acylierungsreaktionen von PEI mit aktivierten Carbonsäurederivaten, wie Acylchloriden, Anhydriden oder A/-Hydroxysuccinimidestern wurden bereits auf verschiedene Weise berichtet (vergl. Mees, M. A.; Hoogenboom, R. Functional poly(2-oxazoline)s by direct amidation of methyl ester side chains. According to the invention, oxPEI was functionalized with a subsequent reacylation step or by reaction with isocyanates or with epoxides or with aziridines. Accordingly, the homologous polypropyleneimine (PPI) can also be used instead of PEI. Upon reacylation of oxPEI with acylating reagents such as acyl halides, poly(2-n-alkyl-2-oxazoline-stat-glycines) (referred to herein as dP(AOx-co-EI)) could be prepared. Due to the presence of additional amide groups in the polymer backbone, it was hypothesized and also experimentally proven that the resulting dP(AOx-co-EI) showed enhanced degradability compared to their poly(2-n-alkyl-2-oxazoline) equivalents. Similar acylation reactions of PEI with activated carboxylic acid derivatives such as acyl chlorides, anhydrides or A/-hydroxysuccinimide esters have been reported in various ways (cf. Mees, M.A.; Hoogenboom, R. Functional poly(2-oxazoline)s by direct amidation of methyl ester side chains .
Macromolecules 2015, 48, 3531-3538; Sedlacek, O.; Monnery, B. D.; Hoogenboom, R. Synthesis of definecj high molar mass poly(2-methyl-2-oxazoline). Polym. Chem. 2019, 10, 1286-1290; Englert, C.; Tauhardt, L.; Hartlieb, M.; Kempe, K.; Gottschaldt, M.; Schubert, U. S. Linear poly(ethylene imine)-based hydrogels for effective binding and release of DNA. Biomacromolecules 2014, 15, 1124-1131 ; Englert, C.; Macromolecules 2015, 48, 3531-3538; Sedlacek, O.; Monnery, BD; Hoogenboom, R. Synthesis of defined high molar mass poly(2-methyl-2-oxazoline). polym. Chem. 2019, 10, 1286-1290; Englert, C.; Tauhardt, L.; Hartlieb, M.; Kempe, K.; Gottschaldt, M.; Schubert, US Linear poly(ethylene imine)-based hydrogels for effective binding and release of DNA. Biomacromolecules 2014, 15, 1124-1131; Englert, C.;
Trutzschier, A. K.; Raasch, M.; Bus, T.; Borchers, P.; Mosig, A. S.; Traeger, A.; Schubert, U. S. Crossing the blood-brain barrier: Glutathione-conjugated poly(ethylene imine) for gene delivery. J. Controlled Release 2016, 241, 1-14; und Englert, C.; Prohl, M.; Czaplewska, J. A.; Fritzsche, C.; Preussger, E.; Schubert, U. S.; Traeger, A.; Gottschaidt, M. D-Fructose-decorated poly(ethylene imine) for human breast cancer cell targeting. Macromol. Biosci. 2017, 17, 1600502). Trutzschier, A.K.; Raasch, M.; Bus, T.; Borchers, P.; Mosig, A.S.; Traeger, A.; Schubert, U.S. Crossing the blood-brain barrier: Glutathione-conjugated poly(ethylene imine) for gene delivery. J. Controlled Release 2016, 241, 1-14; and Englert, C.; Prohl, M.; Czaplewska, J.A.; Fritzsche, C.; Preussger, E.; Schubert, U.S.; Traeger, A.; Gottschaidt, M. D-Fructose-decorated poly(ethylene imine) for human breast cancer cell targeting. Macromol. Biosci. 2017, 17, 1600502).
Eine Re-Funktionalisiserung von oxPEI oder oxidiertem Poly(propylenimin) (oxPPI) wurde bislang noch nicht beschrieben. A refunctionalization of oxPEI or oxidized poly(propyleneimine) (oxPPI) has not yet been described.
Bei der Re-Funktionalisierung ist die Menge an Acylderivat der Formel (VII) oder an Isocyanat der Formel (VIII) oder an Epoxid der Fomel (IX) oder an Aziridin der Fomel (X) so zu wählen, dass der Anteil an Struktureinheiten der Formel (III) oder der Formel (VI) im resultierenden Copolymer zwischen 20 und 90 mol % liegt. In the re-functionalization, the amount of acyl derivative of the formula (VII) or of isocyanate of the formula (VIII) or of epoxide of the formula (IX) or of aziridine of the formula (X) should be chosen so that the proportion of structural units of the formula (III) or of formula (VI) in the resulting copolymer is between 20 and 90 mol%.
Unter „Copolymeren“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die oben genannten organischen Verbindungen zu verstehen, die durch Wiederholung von bestimmten Einheiten (Monomereinheiten oder Wiederholungseinheiten) gekennzeichnet sind. Die erfindungsgemäßen Copolymere bestehen aus mindestens drei Arten verschiedener Wiederholungseinheiten. Polymere werden durch die chemische Reaktion von Monomeren unter Ausbildung von kovalenten Bindungen hergestellt (Polymerisation) und bilden durch Verknüpfen der polymerisierten Einheiten das sogenannte Polymerrückgrat. Dieses kann Seitenketten aufweisen, an denen sich funktionelle Gruppen befinden können. Erfindungsgemäße Copolymere bestehen aus mindestens drei unterschiedlichen Monomereinheiten, welche statistisch, als Gradient, alternierend oder als Block angeordnet sein können. Besitzen die Copolymere zum Teil hydrophobe Eigenschaften, können sie in wässriger Umgebung nanoskalige Strukturen (z.B. Nanopartikel, Mizellen, Vesikel) ausbilden. Unter „wasserlöslichen Verbindungen“ oder „wasserlöslichen Copolymeren“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Verbindungen bzw. Copolymere zu verstehen, die sich zu mindestens 1 g/L Wasser bei 25 °C lösen. In the context of the present description, “copolymers” are to be understood as meaning the abovementioned organic compounds which are characterized by the repetition of certain units (monomer units or repeating units). The copolymers according to the invention consist of at least three types of different repeating units. Polymers are produced through the chemical reaction of monomers with the formation of covalent bonds (polymerization) and form the so-called polymer backbone by linking the polymerized units. This can have side chains on which functional groups can be located. Copolymers according to the invention consist of at least three different monomer units, which can be arranged randomly, as a gradient, alternately or as a block. If some of the copolymers have hydrophobic properties, they can form nanoscale structures (eg nanoparticles, micelles, vesicles) in an aqueous environment. In the context of the present description, “water-soluble compounds” or “water-soluble copolymers” are to be understood as meaning compounds or copolymers which dissolve in at least 1 g/L of water at 25°C.
Unter „Wirkstoffen“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Verbindungen oder Gemische von Verbindungen zu verstehen, die auf einen lebenden Organismus eine gewünschte Wirkung ausüben. Dabei kann es sich z.B. um pharmazeutische Wirkstoffe oder um agrochemische Wirkstoffe handeln. Wirkstoffe können niederöder hochmolekulare organische Verbindungen sein. Bevorzugt handelt es sich bei den Wirkstoffen um höhermolekulare pharmazeutisch wirksame Substanzen, wobei inbesondere hydrophile Wirkstoffe aus Nukleinsäuren, insbesondere aus potentiell therapeutisch nutzbaren Nukleinsäuren (z.B. small interfering RNA, short hairpin RNA, micro RNA, plasmid DNA) von Interesse sind. In the context of the present description, “active substances” are to be understood as meaning compounds or mixtures of compounds which exert a desired effect on a living organism. These can be, for example, active pharmaceutical ingredients or agrochemical active ingredients. Active ingredients can be low or high molecular weight organic compounds. The active ingredients are preferably pharmaceutically active substances of higher molecular weight, hydrophilic active ingredients from nucleic acids, in particular from potentially therapeutically useful nucleic acids (e.g. small interfering RNA, short hairpin RNA, micro RNA, plasmid DNA), being of particular interest.
Unter dem Begriff „pharmazeutischer Wirkstoff“ wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung jede(s) beliebige anorganische oder organische Molekül, Substanz oder Verbindung verstanden, das (die) eine pharmakologische Wirkung aufweist. Der Begriff „pharmazeutischer Wirkstoff“ wird hierin mit dem Begriff „Arzneimittel“ synonym verwendet. In the context of the present description, the term “pharmaceutically active substance” means any inorganic or organic molecule, substance or compound which has a pharmacological effect. The term "active pharmaceutical ingredient" is used herein synonymously with the term "drug".
Unter „Effektstoffen“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Verbindungen oder Gemische von Verbindungen zu verstehen, die einer Formulierung zugesetzt werden, um dieser bestimmte zusätzliche Eigenschaften zu verleihen und/oder um deren Verarbeitung zu erleichtern. Die Begriffe „Effektstoffe“ und „Hilfs- und Zusatzstoffe“ werden im Rahmen dieser Beschreibung synonym verwendet. In the context of the present description, “effect substances” are to be understood as meaning compounds or mixtures of compounds which are added to a formulation in order to impart certain additional properties to it and/or to facilitate its processing. The terms “effect substances” and “auxiliaries and additives” are used synonymously in this description.
Unter „Hilfs- und Zusatzstoffen“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Substanzen zu verstehen, die einer Formulierung zugesetzt werden, um dieser bestimmte zusätzliche Eigenschaften zu verleihen und/oder um deren Verarbeitung zu erleichtern. Beispiele für Hilfs- und Zusatzsstoffe sind Tracer, Kontrastmittel, Trägerstoffe, Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Parfums, Gleitmittel, UV- Stabilisatoren, Antioxidantien oder Tenside. Insbesondere ist unter „Hilfs-und Zusatzstoffen“ jede pharmakologisch verträgliche und therapeutisch sinnvolle Substanz zu verstehen, die kein pharmazeutischer Wirkstoff ist, jedoch zusammen mit einem pharmazeutischen Wirkstoff in einer pharmazeutischen Zusammensetzung formuliert werden kann, um qualitative Eigenschaften der pharmazeutischen Zusammensetzung zu beeinflussen, insbesondere zu verbessern. Bevorzugt entfalten die Hilfs- und/oder Zusatzstoffe keine oder im Hinblick auf die beabsichtigte Behandlung keine nennenswerte oder zumindest keine unerwünschte pharmakologische Wirkung. In the context of the present description, “auxiliaries and additives” are substances that are added to a formulation in order to impart certain additional properties to it and/or to facilitate its processing. Examples of auxiliaries and additives are tracers, contrast media, carriers, fillers, pigments, dyes, perfumes, lubricants, UV stabilizers, antioxidants or surfactants. In particular, under “Auxiliary and Additives" means any pharmacologically acceptable and therapeutically useful substance that is not a pharmaceutical active substance, but can be formulated together with a pharmaceutical active substance in a pharmaceutical composition in order to influence, in particular improve, qualitative properties of the pharmaceutical composition. The auxiliaries and/or additives preferably have no pharmacological effect or, with regard to the intended treatment, no appreciable or at least no undesired pharmacological effect.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sind unter „Polymerpartikel“ in Teilchenform vorliegende erfindungsgemäße Copolymere zu verstehen, welche gegebenenfalls noch weitere Inhaltsstoffe enthalten. Die Teilchen können in flüssiger Form in einer hydrophilen Flüssigkeit dispergiert vorliegen oder die Teilchen liegen in fester Form vor, entweder in einer hydrophilen Flüssigkeit dispergiert oder in Form eines Pulvers. Die Größe der Partikel kann mittels visueller Methoden, beispielsweise durch Mikroskopie, ermittelt werden; bei Teilchengrößen im Nanobereich können Lichtstreuung oder Elektronenmikroskopie herangezogen werden. Die Gestalt der Polymerteilchen kann beliebig sein, beispielsweise sphärisch, ellipsoid oder irrgulär. Die Polymerteilchen können auch Aggregate aus mehreren Primärteilchen bilden. Vorzugsweise liegen die Partikel aus erfindungsgemäßen Copolymeren in der Form von Nanopartikeln vor. Die Teilchen können neben den Copolymeren noch weitere Bestandteile enthalten, beispielsweise Wirkstoffe oder Hilfs- oder Zusatzstoffe. In the context of the present description, “polymer particles” are to be understood as meaning copolymers according to the invention which are present in particle form and which may also contain other ingredients. The particles may be in liquid form dispersed in a hydrophilic liquid, or the particles may be in solid form, either dispersed in a hydrophilic liquid or in the form of a powder. The size of the particles can be determined by visual methods, for example by microscopy; for particle sizes in the nano range, light scattering or electron microscopy can be used. The shape of the polymer particles can be arbitrary, for example spherical, ellipsoidal or irregular. The polymer particles can also form aggregates of several primary particles. The particles of copolymers according to the invention are preferably in the form of nanoparticles. In addition to the copolymers, the particles can also contain other components, for example active ingredients or auxiliaries or additives.
Die Begriffe „Teilchen“ oder „Partikel“ werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet. The terms “particles” or “particles” are used synonymously in the context of the present description.
Unter „Nanopartikeln“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Teilchen zu verstehen, deren Durchmesser kleiner als 1 pm ist und die aus einem oder mehreren Molekülen aufgebaut sein können. Sie zeichnen sich allgemein durch ein sehr hohes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis aus und bieten damit eine sehr hohe chemische Reaktivität. Nanopartikel können aus erfindungsgemäßen Copolymeren bestehen oder enthalten neben diesen Copolymeren noch andere Bestandteile, wie z.B. Wirkstoffe oder Hilfs- oder Zusatzstoffe. In the context of the present description, “nanoparticles” are to be understood as meaning particles whose diameter is less than 1 μm and which can be composed of one or more molecules. They are generally characterized by a very high surface-to-volume ratio and thus offer very high chemical reactivity. Nanoparticles can consist of copolymers according to the invention or contain other components in addition to these copolymers, such as active ingredients or auxiliaries or additives.
Die erfindungsgemäßen Copolymere können als lineare Polymere vorliegen oder es kann sich auch um verzweigte Copolymere handeln. Lineare Copolymere entstehen beispielsweise durch konsekutive Hydrolyse von PEtOx, gefolgt von partieller Oxidation zu oxPEI und von Reacylierung zu dP(AOx-co-EI). Verzweigte Copolymere entstehen beispielsweise durch partielle Oxidation von kommerziell erhältlichem PEI, das bekanntermaßen verzweigt ist, zu oxPEI gefolgt von Re- Funktionalisierung, z.B. von Reacylierung zu dP(AOx-co-EI). The copolymers according to the invention can be in the form of linear polymers or they can also be branched copolymers. Linear copolymers are formed, for example, by consecutive hydrolysis of PEtOx, followed by partial oxidation to oxPEI and reacylation to dP(AOx-co-EI). For example, branched copolymers arise from partial oxidation of commercially available PEI, which is known to be branched, to oxPEI followed by re-functionalization, e.g., from reacylation to dP(AOx-co-EI).
Die Löslichkeit der erfindungsgemäßen Copolymere kann durch Co-Polymerisation mit geeigneten Monomeren und/oder durch Funktionalisierung beeinflusst werden. Dem Fachmann sind solche Techniken bekannt. The solubility of the copolymers according to the invention can be influenced by copolymerization with suitable monomers and/or by functionalization. Such techniques are known to those skilled in the art.
Die erfindungsgemäßen Copolymere können einen weiten Molmassenbereich umfassen. Typische Momassen (Mn) bewegen sich im Bereich von 1.000 bis 500.000 g/mol, insbesondere von 1.000 bis 50.000 g/mol. Diese Molmassen können durch 1H-NMR-Spektroskopie des gelösten Polymers bestimmt werden. The copolymers according to the invention can cover a wide molar mass range. Typical molar masses (M n ) range from 1000 to 500 000 g/mol, in particular from 1000 to 50 000 g/mol. These molar masses can be determined by 1 H NMR spectroscopy of the dissolved polymer.
Insbesondere lassen sich zur Bestimmung der Molmassen eine analytische Ultrazentrifuge oder chromatographische Methoden, wie die Größenausschlusschromatographie, einsetzen. In particular, an analytical ultracentrifuge or chromatographic methods, such as size exclusion chromatography, can be used to determine the molar masses.
Bevorzugte erfindungsgemäße Copolymere weisen eine mittlere Molmasse (Zahlenmittel) im Bereich von 1.000 bis 50.000 g/mol, insbesondere von 3.000 bis 20.000 g/mol auf, ermittelt durch 1H-NMR-Spektroskopie oder durch Verwendung einer analytischen Ultrazentrifuge. Dabei handelt es sich vorzugsweise um lineare Copolymere. Verzweigte erfindungsgemäße Copolymere haben vorzugsweise eine höhere mittlere Molmasse, beispielsweise ein Mn im Bereich von 50.000 bis 500.000 g/mol, insbesondere von 80.000 bis 200.000 g/mol. Der molare Anteil an Struktureinheiten der Formel (I) in den erfindungsgemäßen Copolymeren beträgt 5 bis 75 mol %, vorzugsweise 20 bis 60 mol %, bezogen auf die Gesamtmenge an Struktureinheiten der Formeln (I), (II) und (III). Preferred copolymers according to the invention have an average molar mass (number average) in the range from 1000 to 50 000 g/mol, in particular from 3000 to 20 000 g/mol, determined by 1 H-NMR spectroscopy or by using an analytical ultracentrifuge. These are preferably linear copolymers. Branched copolymers according to the invention preferably have a higher average molar mass, for example an M n in the range from 50,000 to 500,000 g/mol, in particular from 80,000 to 200,000 g/mol. The molar proportion of structural units of the formula (I) in the copolymers according to the invention is 5 to 75 mol %, preferably 20 to 60 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (I), (II) and (III).
Der molare Anteil an Struktureinheiten der Formel (II) in den erfindungsgemäßen Copolymeren beträgt 5 bis 75 mol %, vorzugsweise 10 bis 60 mol %, bezogen auf die Gesamtmenge an Struktureinheiten der Formeln (I), (II) und (III). The molar proportion of structural units of the formula (II) in the copolymers according to the invention is 5 to 75 mol %, preferably 10 to 60 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (I), (II) and (III).
Der molare Anteil an Struktureinheiten der Formel (III) in den erfindungsgemäßen Copolymeren beträgt 20 bis 90 mol %, vorzugsweise 21 bis 90 mol %, und insbesondere 30 bis 80 mol %, bezogen auf die Gesamtmenge an Struktureinheiten der Formeln (I), (II) und (III). The molar proportion of structural units of the formula (III) in the copolymers according to the invention is 20 to 90 mol %, preferably 21 to 90 mol %, and in particular 30 to 80 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (I), (II ) and (III).
Der molare Anteil an Struktureinheiten der Formel (IV) in den erfindungsgemäßen Copolymeren beträgt 5 bis 75 mol %, vorzugsweise 20 bis 60 mol %, bezogen auf die Gesamtmenge an Struktureinheiten der Formeln (IV), (V) und (VI). The molar proportion of structural units of the formula (IV) in the novel copolymers is 5 to 75 mol %, preferably 20 to 60 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (IV), (V) and (VI).
Der molare Anteil an Struktureinheiten der Formel (V) in den erfindungsgemäßen Copolymeren beträgt 5 bis 75 mol %, vorzugsweise 10 bis 60 mol %, bezogen auf die Gesamtmenge an Struktureinheiten der Formeln (IV), (V) und (VI). The molar proportion of structural units of the formula (V) in the copolymers according to the invention is 5 to 75 mol %, preferably 10 to 60 mol %, based on the total amount of structural units of the formulas (IV), (V) and (VI).
Der molare Anteil an Struktureinheiten der Formel (VI) in den erfindungsgemäßen Copolymeren beträgt 20 bis 90 mol %, vorzugsweise 21 bis 90 mol %, und insbesondere 30 bis 80 mol %, bezogen auf die Gesamtmenge an Struktureinheiten der Formeln (IV), (V) und (VI). The molar proportion of structural units of the formula (VI) in the copolymers according to the invention is 20 to 90 mol%, preferably 21 to 90 mol%, and in particular 30 to 80 mol%, based on the total amount of structural units of the formulas (IV), (V ) and (VI).
R1 bedeutet einen Rest der Formel -CO-R2 oder der Formel -CO-NH-R2 oder der Formel -CH2-CH(OH)-R12 oder der Formel -CH2-CH(NH2)-R12, vorzugsweise einen Rest der Formel -CO-R2. R3, R4, R5, R7, R8, R9, R10 und R11 bedeuten unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl, vorzugsweise Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und insbesondere Wasserstoff. R 1 is a radical of the formula -CO-R 2 or of the formula -CO-NH-R 2 or of the formula -CH 2 -CH(OH)-R 12 or of the formula -CH 2 -CH(NH 2 )-R 12 , preferably a radical of the formula -CO-R 2 . R 3 , R 4 , R 5 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 independently of one another are hydrogen, methyl, ethyl, propyl or butyl, preferably hydrogen, methyl or ethyl and in particular hydrogen.
R2 bedeutet Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl, -CmH2m-X oder -(CnH2n-O)o- (CpH2p-O)q-R6, vorzugsweise Wasserstoff, C-i-C-is-Alkyl, Cyclohexyl oder Phenyl, insbesondere C-i-C-is-Alkyl und ganz besonders bevorzugt C4-Ci4-Alkyl. R 2 is hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl, aralkyl, -C m H 2m -X or -(C n H 2n -O)o-(CpH 2 pO) q -R 6 , preferably hydrogen, CiC-is-alkyl , Cyclohexyl or phenyl, in particular CiC-is-alkyl and very particularly preferably C4-Ci4-alkyl.
R6 ist Wasserstoff oder C-i-C6-Alkyl, vorzugsweise Wasserstoff oder Methyl R 6 is hydrogen or CiC 6 -alkyl, preferably hydrogen or methyl
R12 bedeutet Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl, Aryl oder Aralkyl, vorzugsweise Wasserstoff, Ci-Cis-Alkyl, C2-Ci8-Alkenyl, Cyclohexyl oder Phenyl, insbesondere Wasserstoff, Ci-Cß-Alkyl oder C2-C3-Alkenyl. m bedeutet eine ganze Zahl von 1 bis 18, vorzugsweise von 2 bis 12. R 12 is hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl, preferably hydrogen, Ci-Cis-alkyl, C 2 -Ci 8 -alkenyl, cyclohexyl or phenyl, in particular hydrogen, Ci-Cß-alkyl or C 2 -C3- alkenyl. m is an integer from 1 to 18, preferably from 2 to 12.
X bedeutet Hydroxyl, Alkoxy, Amino, A/-Alkylamino, /\/,A/-Dialkylamino, Heterocyclyl mit mindestens einem Ringstickstoffatom, Guanidino, Carboxyl, Carbonsäureester, Schwefelsäurerester, Sulfonsäureester oder Carbamidsäureester. X is hydroxyl, alkoxy, amino, A/-alkylamino, //,A/-dialkylamino, heterocyclyl having at least one ring nitrogen atom, guanidino, carboxyl, carboxylic acid ester, sulfuric acid ester, sulfonic acid ester or carbamic acid ester.
Unter einer Heterocyclylgruppe ist im Rahmen dieser Beschreibung ein cyclischer gesättigter oder ungesättigter einwertiger Rest mit fünf bis sieben Ringatomen, wovon ein bis drei der Ringatome Heteroatome anders als Kohlenstoff sind, mindestens eines davon ein Stickstoffatom ist, vorzugsweise Heteroatome ausgewählt aus der Gruppe Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, und worin die restlichen Ringatome Kohlenstoffatome sind. Heterocylylgruppen können auch Ringsysteme mit zwei oder mehreren heterocyclischen Ringen bilden, die über kovalente Bindungen verknüpft sind, wie z.B. Bipyridylreste, oder die anneliert sind, wie z.B. Indenylreste. Ferner kann es sich bei Heterocyclylgruppen um Ringsysteme handeln, in denen ein oder mehrere heterocyclische Ringe auftreten, die mit Kohlenwasserstoffringen verbunden sind, z.B. Benzimidazolringe. Heterocyclylgruppen können aromatisch oder nicht-aromatisch sein. Heterocyclylgruppen können aus einem Ring bestehen. Beispiele dafür sind Piperidinyl-, Pyridyl-, Morpholinyl- oder Imidazolylreste. In the context of this description, a heterocyclyl group is a cyclic saturated or unsaturated monovalent radical having five to seven ring atoms, of which one to three of the ring atoms are heteroatoms other than carbon, at least one of which is a nitrogen atom, preferably heteroatoms selected from the group consisting of nitrogen, oxygen or sulfur and wherein the remaining ring atoms are carbon atoms. Heterocylyl groups can also form ring systems with two or more heterocyclic rings which are linked via covalent bonds, such as bipyridyl radicals, or which are fused, such as indenyl radicals. Furthermore, heterocyclyl groups can be ring systems in which one or more heterocyclic rings which are connected to hydrocarbon rings, eg benzimidazole rings, occur. Heterocyclyl groups can be aromatic or non-aromatic. Heterocyclyl groups can consist of one ring. Examples are piperidinyl, pyridyl, morpholinyl or imidazolyl radicals.
Heterocyclylgruppen können aus mehreren Ringen bestehen. Beispiele dafür sind Benzimidazol- oder Indenylreste. n und p sind unabhängig voneinander ganze Zahlen von 2 bis 4, wobei n ungleich p ist. Vorzugsweise ist n 2 und p ist 3. o und q sind unabhängig voneinander ganze Zahlen von 0 bis 60, wobei mindestens eines der o oder q ungleich 0 ist. Vorzugsweise sind o und q unabhängig voneinander 1 bis 40, insbesondere 2 bis 10. Heterocyclyl groups can consist of several rings. Examples are benzimidazole or indenyl radicals. n and p are independently integers from 2 to 4, where n is not equal to p. Preferably n is 2 and p is 3. o and q are independently integers from 0 to 60, at least one of o or q being non-zero. Preferably, o and q are independently 1 to 40, especially 2 to 10.
Die Reste R2 und R12 können Alkyl bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um Alkylgruppen mit ein bis zwanzig Kohlenstoffatomen, die geradkettig oder verzweigt sein können. Beispiele dafür sind Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl oder Eicosyl. Bevorzugt sind Methyl, Ethyl und Propyl. The radicals R 2 and R 12 can be alkyl. These are usually alkyl groups with one to twenty carbon atoms, which can be straight-chain or branched. Examples are methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl or eicosyl. Methyl, ethyl and propyl are preferred.
Rest R12 kann Alkenyl bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um Alkenylgruppen mit zwei bis zwanzig Kohlenstoffatomen, die geradkettig oder verzweigt sein können. Die Doppelbindung kann sich an beliebigen Positionen in der Kette befinden, bevorzugt jedoch in alpha-Position. Beispiele für Alkenylreste sind Vinyl, Allyl, Butenyl, Pentenyl, Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl, Nonadecenyl oder Eicosenyl. Besonders bevorzugt sind Vinyl und Allyl. Die Reste R2 und R12 können Cycloalkyl bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um Cycloalkylgruppen mit fünf bis sechs Ringkohlenstoffatomen. Besonders bevorzugt ist Cyclohexyl. R 12 can be alkenyl. These are usually alkenyl groups with two to twenty carbon atoms, which can be straight-chain or branched. The double bond can be in any position in the chain, but is preferably in the alpha position. Examples of alkenyl radicals are vinyl, allyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decenyl, undecenyl, dodecenyl, tridecenyl, tetradecenyl, pentadecenyl, hexadecenyl, heptadecenyl, octadecenyl, nonadecenyl or eicosenyl. Vinyl and allyl are particularly preferred. The radicals R 2 and R 12 can mean cycloalkyl. These are usually cycloalkyl groups with five to six ring carbon atoms. Cyclohexyl is particularly preferred.
Die Reste R2 und R12 können Aryl bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um aromatische Kohlenwasserstoffreste mit fünf bis zehn Ringkohlenstoffatomen. Bevorzugt ist Phenyl. The radicals R 2 and R 12 can mean aryl. These are usually aromatic hydrocarbon radicals with five to ten ring carbon atoms. Phenyl is preferred.
Die Reste R22 und R12 können Aralkyl bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um Arylgruppen, die über eine Alkylengruppe mit dem Rest des Moleküls verbunden sind. Bevorzugt ist Benzyl. The radicals R 22 and R 12 can mean aralkyl. These are usually aryl groups linked to the rest of the molecule via an alkylene group. Benzyl is preferred.
Rest X kann Alkoxy bedeuten. Dabei handelt es sich in der Regel um C-i-Ce-Alkoxy- gruppen. Bevorzugt ist Ethoxy und insbesondere Methoxy. Radical X can mean alkoxy. These are usually C-i-Ce alkoxy groups. Preference is given to ethoxy and in particular methoxy.
Rest X kann Amino, A/-Alkylamino oder /V,/V-Dialkylamino bedeuten. Bei den Alkylgruppen handelt es sich in der Regel um Ci-C6-Alkylgruppen. Bevorzugt ist Ethyl und insbesondere Methyl. Radical X can be amino, A/-alkylamino or /V,/V-dialkylamino. The alkyl groups are usually Ci-C 6 -alkyl groups. Ethyl and especially methyl are preferred.
Rest X kann Heterocyclyl mit mindestens einem Ringstickstoffatom bedeuten. Bevorzugt sind Piperidinyl, Pyridyl, Pyrimidinyl, Purinyl, Morpholinyl, Imidazolyl, Benzimidazolyl, Adeninyl, Guaninyl, Cytosinyl, Thyminyl oder Uracilyl. Radical X can denote heterocyclyl with at least one ring nitrogen atom. Piperidinyl, pyridyl, pyrimidinyl, purinyl, morpholinyl, imidazolyl, benzimidazolyl, adeninyl, guaninyl, cytosinyl, thyminyl or uracilyl are preferred.
Rest X kann einen Carbonsäureester (-COOR), Sulfonsäureester (-SO3R), Schwefelsäurester (-SO4R) oder Carbamidsäurester (-NR'COOR oder -OCONRR ) bedeuten (R und R'jeweils einwertige organische Reste). Dabei handelt es sich in der Regel um Ester von Carbon-, Sulfon-, Schwefel- oder Carbamidsäuren mit aliphatischen Alkoholen, insbesondere mit aliphatischen Ci-Cß-Alkoholen. Bevorzugt sind Ethyl- und insbesondere Methylester. Bevorzugt sind Copolymere, die 15 bis 60 mol % an Struktureinheiten der Formel (I), 10 bis 60 mol % an Struktureinheiten der Formel (II) und 25 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (III) enthalten. Radical X can be a carboxylic ester (-COOR), sulfonic ester (-SO 3 R), sulfuric ester (-SO 4 R) or carbamic ester (-NR'COOR or -OCONRR) (R and R' are each monovalent organic radicals). These are usually esters of carboxylic, sulfonic, sulfuric or carbamic acids with aliphatic alcohols, in particular with aliphatic Ci-Cß alcohols. Ethyl and especially methyl esters are preferred. Copolymers are preferred which contain 15 to 60 mol % of structural units of the formula (I), 10 to 60 mol % of structural units of the formula (II) and 25 to 75 mol % of structural units of the formula (III).
Ebenfalls bevorzugt sind Copolymere, worin R1 ein Rest der Formel -CO-R2 ist. Also preferred are copolymers wherein R 1 is a radical of the formula -CO-R 2 .
Weiterhin bevorzugt sind Copolymere, worin R2 C-i-C-is-Alkyl, insbesondere, CrCe- Alkyl, und ganz besonders bevorzugt CrC2-Alkyl ist. Also preferred are copolymers in which R 2 is CiC-is-alkyl, in particular CrCe-alkyl, and very particularly preferably CrC2-alkyl.
Weiterhin bevorzugt sind Copolymere, worin R2 Cs-Cis-Alkyl, insbesondere C7-C12- Alkyl ist. Also preferred are copolymers in which R 2 is Cs-Cis-alkyl, in particular C7-C12-alkyl.
Eine weitere Gruppe bevorzugter Copolymerer ist dadurch gekennzeichnet, dass R2 Ci-Cis-Alkyl ist und R3, R4, R5, R7, R8, R9, R10 und R11 Wasserstoff bedeuten. Another group of preferred copolymers is characterized in that R 2 is Ci-Cis-alkyl and R 3 , R 4 , R 5 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 are hydrogen.
Ferner sind Copolymere bevorzugt, worin R6 Wasserstoff oder Methyl ist. Furthermore, copolymers are preferred in which R 6 is hydrogen or methyl.
Weitere bevorzugte Copolymere sind dadurch gekennzeichnet, dass R12 Ci-C-i8- Alkyl oder C2-Ci8-Alkenyl, insbesondere Methyl, Ethyl, Vinyl oder Allyl ist. Further preferred copolymers are characterized in that R 12 is Ci-Ci 8 - alkyl or C2-Ci8-alkenyl, in particular methyl, ethyl, vinyl or allyl.
Weiter bevorzugte Copolymere sind dadurch gekennzeichnet, dass n = 2 und p = 3 ist. Further preferred copolymers are characterized in that n=2 and p=3.
Die erfindungsgemäßen Copolymeren können aus den Struktureinheiten der Formeln (I), (II) und (III) oder aus den Struktureinheiten der Formeln (IV), (V) und (VI) bestehen oder daneben noch weitere Struktureinheiten enthalten, die sich ableiten von Monomeren, welche sich mit bei der Herstellung von Polyalkyleniminen oder Polyoxazolinen eingesetzten Monomeren copolymerisieren lassen. Der Anteil solcher weiteren Struktureinheiten, bezogen auf die Gesamtmasse des Copolymeren, beträgt in der Regel bis zu 25 mol.-%. Diese weiteren Struktureinheiten können statistisch verteilt oder in Form von Blöcken im Copolymer angeordnet sein. Bevorzugte erfindungsgemäße Copolymere sind dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens 90 mol.-%, insbesondere mindestens 95 mol.-%, bezogen auf deren Gesamtmasse, an Struktureinheiten der Formel (I), der Formel (II) und der Formel (III) oder der Formel (IV), der Formel (V) und der Formel (VI) aufweisen. The copolymers according to the invention can consist of the structural units of the formulas (I), (II) and (III) or of the structural units of the formulas (IV), (V) and (VI) or also contain further structural units which are derived from monomers , which can be copolymerized with monomers used in the preparation of polyalkyleneimines or polyoxazolines. The proportion of such further structural units, based on the total mass of the copolymer, is generally up to 25 mol %. These further structural units can be randomly distributed or arranged in the form of blocks in the copolymer. Preferred copolymers according to the invention are characterized in that they contain at least 90 mol %, in particular at least 95 mol %, based on their total mass, of structural units of the formula (I), the formula (II) and the formula (III) or the Formula (IV), the formula (V) and the formula (VI).
Die erfindungsgemäßen Copolymere weisen Endgruppen auf, die typischerweise bei der Herstellung von Poly(oxazolinen) bzw. von Poly(alkyleniminen) entstehen. Diese Endgruppen können durch Funktionalisierung modifiziert werden. Die dafür nötigen Techniken sind dem Fachmann bekannt. The copolymers according to the invention have end groups which typically arise in the preparation of poly(oxazolines) or of poly(alkyleneimines). These end groups can be modified by functionalization. The techniques required for this are known to those skilled in the art.
Beispiele für omega-Endgruppen der Polyoxazolin oder Polyoxazin Ausgangsmaterialien der erfindungsgemäßen Copolymere sind Halogenatome, wie Fluor, Chlor, Brom oder lod; oder Azidgruppen -N3; oder Fluor(alkyl)-sulfonsäureester- gruppen, wie die Nonaflatgruppe -OSO2C4F9, die Trifluormethan-sulfonatgruppe -OSO2CF3 oder die Fluorsulfonatgruppe -OSO2F; oder Aryl- bzw. Alkylsulfonsäuregruppen, wie die Tosylgruppe CH3-C6H4-SO2- oder die Mesylgruppe CH3-SO2-; die unsusbstituierte, einfach- oder zweifach substituierte Aminogruppe -NH2, -NHR oder -NR2 (mit R = einwertiger organischer Rest), die Hydroxylgruppe -OH, die Thiolgruppe -SH, oder die Estergruppe -OCOR, die Thioestergruppe -SCOR; die Phthalimidgruppe oder die Cyanogruppe -CN sowie weitere funktionelle Gruppen, die durch Modifikation dieser Endgruppen erhalten werden können. Die erfindungsgemäßen Copolymere enthalten diese Reste als Endgruppen oder können die Hydrolyse- und / oder Oxidationsprodukte dieser Reste als Endgruppen enthalten. Examples of omega end groups of the polyoxazoline or polyoxazine starting materials of the copolymers according to the invention are halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine or iodine; or azide groups -N 3 ; or fluoro(alkyl)sulfonic acid ester groups, such as the nonaflate group -OSO2C4F9, the trifluoromethanesulfonate group -OSO2CF3 or the fluorosulfonate group -OSO 2 F; or aryl or alkylsulfonic acid groups, such as the tosyl group CH3-C6H4-SO2- or the mesyl group CH3-SO2-; the unsubstituted, mono- or di-substituted amino group -NH 2 , -NHR or -NR 2 (where R=monovalent organic radical), the hydroxyl group -OH, the thiol group -SH, or the ester group -OCOR, the thioester group -SCOR; the phthalimide group or the cyano group -CN and other functional groups which can be obtained by modifying these end groups. The copolymers according to the invention contain these radicals as end groups or can contain the hydrolysis and/or oxidation products of these radicals as end groups.
Erfindungsgemäße Copolymere können über die Endgruppen kovalent mit anderen Wirk- oder Effektstoffen verknüpft sein. Copolymers according to the invention can be covalently linked to other active ingredients or effect substances via the end groups.
Die erfindungsgemäßen Copolymeren können - wie oben dargelegt - durch partielle Oxidation von Polyalkyleniminen und durch Re-Funktionalisierung des oxidierten Produktes durch Umsetzung mit einem Epoxid, Aziridin, Isocyanat, einer aktivierten Carbonsäure oder einem Acylhalogenid hergestellt werden. Die Oxidation wird vorzugsweise in Lösung durchgeführt, insbesondere in wässriger oder alkoholisch-wässriger Lösung. Als Oxidationsmittel können an sich bekannte Oxidantien verwendet werden. Beispiele dafür sind Perverbindungen, Hypochlorite, Chlor oder Sauerstoff, insbesondere Wasserstoffperoxid. As explained above, the copolymers according to the invention can be prepared by partial oxidation of polyalkyleneimines and by re-functionalization of the oxidized product by reaction with an epoxide, aziridine, isocyanate, an activated carboxylic acid or an acyl halide. The oxidation is preferably carried out in solution, in particular in an aqueous or alcoholic-aqueous solution. Oxidizing agents known per se can be used as the oxidizing agent. Examples are per-compounds, hypochlorites, chlorine or oxygen, especially hydrogen peroxide.
Bevorzugt werden Perverbindungen eingesetzt. Beispiele dafür sind Wasserstoffperoxid, Persäuren, organische Peroxide oder organische Hydroperoxide, insbesondere Wasserstoffperoxid. Per compounds are preferably used. Examples of this are hydrogen peroxide, peracids, organic peroxides or organic hydroperoxides, in particular hydrogen peroxide.
Bevorzugt werden Verfahren, bei denen das verwendete Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist. Processes in which the oxidizing agent used is hydrogen peroxide are preferred.
Die Menge an Oxidiationsmittel wird so gewählt, dass der gewünschte Anteil an oxidierten Struktureinheiten im Polymerrückgrat entsteht. The amount of oxidizing agent is chosen so that the desired proportion of oxidized structural units is formed in the polymer backbone.
Die Reaktionstemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 10 und 80°C, insbesondere im Bereich von 20 bis 40 °C. The reaction temperature is generally between 10 and 80°C, in particular in the range from 20 to 40°C.
Die Reaktionsdauer bei der Oxidation beträgt im Allgemeinen zwischen 5 Minuten und 5 Tagen. The oxidation reaction time is generally between 5 minutes and 5 days.
Die Re-Funktionalisierung des oxidierten Produktes erfolgt durch Umsetzung mit einem Acylderivat der oben beschriebenen Formel (VII) oder mit einem Isocyanat der oben beschriebenen Formel (VIII). oder mit einem Epoxid der oben beschriebenen Formel (IX) oder mit einem Aziridin der oben beschriebenen Formel (X). The oxidized product is refunctionalized by reaction with an acyl derivative of the formula (VII) described above or with an isocyanate of the formula (VIII) described above. or with an epoxide of formula (IX) described above or with an aziridine of formula (X) described above.
Beispiele für geeignete Acylderivate sind Acylhalogenide, Carbonsäureanhydride oder mittels bekannter Kopplungsreagenzien aktivierte Carbonsäuren, beispielsweise N-Hydroxysuccinimidester (NHS-Ester), Dicyclohexylcarbodiimidester (DCC- Ester) oder 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimidester (EDC-Ester). Beispiele für geeignete Isocyanate sind Monoalkylisocyanate, wie Methanisocyanat oder Ethanisocyanat, Cyclohexylisocyanat oder Phenylisocyanat. Examples of suitable acyl derivatives are acyl halides, carboxylic acid anhydrides or carboxylic acids activated by known coupling agents, for example N-hydroxysuccinimide ester (NHS ester), dicyclohexylcarbodiimide ester (DCC ester) or 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide ester (EDC ester). Examples of suitable isocyanates are monoalkyl isocyanates such as methane isocyanate or ethane isocyanate, cyclohexyl isocyanate or phenyl isocyanate.
Beispiele für geeignete Epoxide sind Ethylenoxid, Propylenoxid, 1 ,2-Epoxybut-3-en oder 1 ,2-Epoxypent-4-en. Examples of suitable epoxides are ethylene oxide, propylene oxide, 1,2-epoxybut-3-ene or 1,2-epoxypent-4-ene.
Beispiele für geeignete Aziridine sind Azacyclopropan, 1 ,2-Azapropan, 1 ,2-Azabut-3- en oder 1 ,2-Azappent-4-en. Examples of suitable aziridines are azacyclopropane, 1,2-azapropane, 1,2-azabut-3-ene or 1,2-azappent-4-ene.
Die Reaktionstemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 10 und 80°C, insbesondere im Bereich von 20 bis 40 °C. The reaction temperature is generally between 10 and 80°C, in particular in the range from 20 to 40°C.
Die Reaktionsdauer bei der Re-Funktionalisierung beträgt im Allgemeinen zwischen 5 Minuten und 5 Tagen, insbesondere zwischen 12 und 48 Stunden. The reaction time for the refunctionalization is generally between 5 minutes and 5 days, in particular between 12 and 48 hours.
Vorzugsweise werden als Poly(alkylenimine) Copolymere eingesetzt, die durch alkalische oder insbesondere durch saure Hydrolyse von Poly(2-oxazolinen), insbesondere von Poly(2-alkyl-2-oxazolinen) erhalten wurden. Diese Copolymere sind linear und werden als klar definierte Ausgangsmaterialien eingesetzt, die sich von Polymeren ableiten, welche durch CROP von handelsüblichen Monomeren gewonnen werden können. The poly(alkylenimines) used are preferably copolymers which have been obtained by alkaline or, in particular, by acidic hydrolysis of poly(2-oxazolines), in particular of poly(2-alkyl-2-oxazolines). These copolymers are linear and are used as well-defined starting materials derived from polymers that can be obtained by CROP of commercially available monomers.
Poly(oxazoline) sind bekannte Verbindungen. Diese werden üblicherweise durch kationische Ringöffnungspolymerisation von 2-Oxazolinen in Lösung und in Gegenwart eines Initiators hergestellt. Beispiele für Initiatoren sind Elektrophile, wie Ester von aromatischen Sulfonsäuren Salze oder Ester von aliphatischen Sulfonsäuren oder Carbonsäuren oder aromatische Halogenverbindungen. Es können auch mehrfach-funktionelle Elektrophile als Initiatoren eingesetzt werden. Dabei können neben linearen Poly(oxazolin)en auch verzweigte oder sternförmige Moleküle entstehen. Beispiele für bevorzugte Initiatoren sind Ester der Arylsulfonsäuren, wie Methyltosylat, Ester der Alkansulfonsäuren, wie Methyltriflat, oder Mono- oder Dibrommethylbenzol. Die Polymerisation wird üblicherweise in einem polaren aprotischen Lösungsmittel durchgeführt, beispielsweise in Acetonitril. Poly(oxazolines) are known compounds. These are usually prepared by cationic ring-opening polymerization of 2-oxazolines in solution and in the presence of an initiator. Examples of initiators are electrophiles such as esters of aromatic sulfonic acids, salts or esters of aliphatic sulfonic acids or carboxylic acids, or aromatic halogen compounds. Multifunctional electrophiles can also be used as initiators. In addition to linear poly(oxazolines), branched or star-shaped molecules can also form. Examples of preferred initiators are esters of arylsulfonic acids such as methyl tosylate, esters of alkanesulfonic acids such as methyl triflate, or mono- or dibromomethylbenzene. The polymerisation is usually carried out in a polar aprotic solvent, for example in acetonitrile.
Als Oxazoline zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Poly(oxazoline) werden 2-Oxazoline (4,5-Dihydrooxazole) mit einer C=N-Doppelbindung zwischen dem Kohlenstoffatom 2 und dem Stickstoffatom eingesetzt. Diese können am 2-, 4- und/oder 5-Kohlenstoffatom substituiert sein, vorzugsweise am 2-Kohlenstoffatom. The oxazolines used for preparing the poly(oxazolines) used according to the invention are 2-oxazolines (4,5-dihydrooxazoles) having a C=N double bond between the 2-carbon atom and the nitrogen atom. These can be substituted on the 2-, 4- and/or 5-carbon atom, preferably on the 2-carbon atom.
Bevorzugt werden 2-Oxazoline eingesetzt, welche an 2-Position einen Substituenten enthalten. Beispiele für solche Substituenten sind Methyl oder Ethyl. Preference is given to using 2-oxazolines which contain a substituent in the 2-position. Examples of such substituents are methyl or ethyl.
Neben den 2-Oxazolinen können bei der Herstellung der erfindungsgemäß als Ausgangsmaterialien eingesetzten Poly(oxazoline) noch weitere mit 2-Oxazolinen copolymerisierbare Monomere eingesetzt werden. In addition to the 2-oxazolines, further monomers which are copolymerizable with 2-oxazolines can also be used in the preparation of the poly(oxazolines) used according to the invention as starting materials.
Anstelle von Oxazolinen können auch 2-Oxazine zur Herstellung homologer Poly(oxazine) verwendet werden. Instead of oxazolines, 2-oxazines can also be used to prepare homologous poly(oxazines).
Die Hydrolyse von Poly(oxazolinen) wird vorzugsweise in Lösung durchge-führt, insbesondere in wässriger oder alkoholisch-wässriger Lösung. Als Säuren können anorganische oder organische Säuren verwendet werden. Vorzugsweise werden Mineralsäuren eingesetzt. Beispiele dafür sind Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure, vorzugsweise Salzsäure. Als Basen eignen sich beispielsweise Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid. The hydrolysis of poly(oxazolines) is preferably carried out in solution, in particular in an aqueous or alcoholic-aqueous solution. Inorganic or organic acids can be used as acids. Mineral acids are preferably used. Examples are hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid, preferably hydrochloric acid. Examples of suitable bases are alkali metal hydroxides, such as sodium hydroxide or potassium hydroxide.
Die Reaktionstemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 20 und 180°C, insbesondere im Bereich von 70 bis 130 °C. The reaction temperature is generally between 20 and 180°C, in particular in the range from 70 to 130°C.
Die Reaktionsdauer bei der sauren Hydrolyse beträgt im Allgemeinen zwischen 5 Minuten und 24 Stunden. Bevorzugt werden also Verfahren, bei denen das in Schritt i) eingesetzte Polyalkylenimin durch Hydrolyse, insbesondere durch saure Hydrolyse eines Poly(oxazolins) erhalten wird. The reaction time in the acidic hydrolysis is generally between 5 minutes and 24 hours. Preference is therefore given to processes in which the polyalkyleneimine used in step i) is obtained by hydrolysis, in particular by acidic hydrolysis, of a poly(oxazoline).
Die erfindungsgemäßen Copolymere können zur Herstellung von Formulierungen eingesetzt werden, welche pharmazeutische oder agrochemische Wirkstoffe enthalten. The copolymers according to the invention can be used to produce formulations which contain pharmaceutical or agrochemical active substances.
Infolge ihrer guten biologischen Abbaubarkeit eignen sie sich hervorragend für Anwendungen im Bereich der Wirkstoffabgabe. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Their good biodegradability makes them ideal for drug delivery applications. These uses are also the subject of the present invention.
Die erfindungsgemäßen Copolymeren können in Abhängigkeit von deren Funktionalisierung wasserlöslich oder nicht-wasserlöslich sein. Mit Formyl-, Acetyl- Propionyl- oder Butionylgruppen funktionalisierte Copolymere sind im Allgemeinen wasserlöslich. Mit längeren Alkanoylketten funktionalisierte Copoylmere hingegen sind nicht wasserlöslich. Depending on their functionalization, the copolymers according to the invention can be water-soluble or non-water-soluble. Copolymers functionalized with formyl, acetyl, propionyl or butionyl groups are generally water soluble. Copolymers functionalized with longer alkanoyl chains, on the other hand, are not water-soluble.
Nicht wasserlösliche erfindungsgemäße Copolymere können in hydrophilen Flüssigkeiten dispergiert vorliegen, beispielsweise als Emulsionen oder als Suspensionen. Water-insoluble copolymers according to the invention can be present in dispersed form in hydrophilic liquids, for example as emulsions or as suspensions.
Vorzugsweise liegen die erfindungsgemäßen Copolymeren in der Form von Partikeln vor, insbesondere in der Form von Nanopartikeln. The copolymers according to the invention are preferably in the form of particles, in particular in the form of nanoparticles.
Die Erfindung betrifft daher auch Partikel, insbesondere Nanopartikel enthaltend die oben beschriebenen Copolymere. The invention therefore also relates to particles, in particular nanoparticles, containing the copolymers described above.
Bevorzugt sind Nanopartikel deren mittlerer Durchmesser D50 weniger als 1 pm, vorzugsweise 20 bis 500 nm beträgt. Preference is given to nanoparticles whose mean diameter D 50 is less than 1 μm, preferably from 20 to 500 nm.
Ganz besonders bevorzugt sind Partikel die einen oder mehrere pharmazeutische oder agrochemische Wirkstoffe enthalten. Besonders bevorzugte Partikel enthalten neben dem erfindungsgemäßen Copolymer mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff sowie geeignete Hilfs- und Zusatzstoffe. Particles which contain one or more pharmaceutical or agrochemical active ingredients are very particularly preferred. In addition to the copolymer according to the invention, particularly preferred particles contain at least one active pharmaceutical ingredient and suitable auxiliaries and additives.
Die Partikel können als Pulver in fester Form vorliegen oder sie können in hydrophilen Lösungsmitteln dispergiert vorliegen, wobei die Teilchen im Dispergiermedium in flüssiger Form oder insbesondere in fester Form vorliegen. The particles can be present as a powder in solid form or they can be present in dispersed form in hydrophilic solvents, the particles being present in the dispersing medium in liquid form or, in particular, in solid form.
Bevorzugt bilden die Partikel eine disperse Phase in einer Flüssigkeit enthaltend Wasser und/oder mit Wasser mischbare Verbindungen. The particles preferably form a disperse phase in a liquid containing water and/or water-miscible compounds.
Der Anteil der Partikel in einer Dispersion kann einen weiten Bereich umfassen. Typischerweise beträgt der Anteil der Partikel in dem Dispersionsmedium 0,5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%. The proportion of particles in a dispersion can cover a wide range. Typically, the proportion of particles in the dispersion medium is 0.5 to 20% by weight, preferably 1 to 5% by weight.
Die erfindungsgemäßen Partikel können durch Fällung, vorzugsweise durch Nanofällung hergestellt werden. Dazu werden die erfindungsgemäßen Copolymere, welche durch die Anwesenheit hydrophober Gruppen wenig oder nicht hydrophil sind in einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie Aceton gelöst. Diese Lösung wird in ein hydrophiles Dispergiermedium eingetropft. Dieses erfolgt vorzugsweise unter starkem Rühren. Dadurch kann die Herstellung kleinerer Partikel gefördert werden. Das Copolymer wird im Dispergiermedium in feinverteilter Form abgeschieden. The particles according to the invention can be produced by precipitation, preferably by nanoprecipitation. For this purpose, the copolymers according to the invention, which are little or not hydrophilic due to the presence of hydrophobic groups, are dissolved in a water-miscible solvent, such as acetone. This solution is dropped into a hydrophilic dispersing medium. This is preferably done with vigorous stirring. This can promote the production of smaller particles. The copolymer is deposited in the dispersing medium in finely divided form.
Alternativ können die erfindungsgemäßen Partikel auch durch Emulgieren erzeugt werden, vorzugsweise durch Nanoemulsion. Dazu werden die erfindungsgemäßen Copolymere, welche durch die Anwesenheit hydrophober Gruppen wenig oder nicht hydrophil sind, in einem nicht mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie Dichlormethan oder Ethylacetat, gelöst. Diese Lösung wird mit einem hydrophilen Dispergiermedium kombiniert, wodurch sich vorzugsweise zwei flüssige Phasen ausbilden. Anschließend wird dieses Gemisch durch Energieintrag emulgiert, vorzugsweise durch Beschallen mit Ultraschall. Alternatively, the particles according to the invention can also be produced by emulsification, preferably by nanoemulsion. For this purpose, the copolymers according to the invention, which are little or not hydrophilic due to the presence of hydrophobic groups, are dissolved in a water-immiscible solvent, such as dichloromethane or ethyl acetate. This solution is combined with a hydrophilic dispersing medium, preferably resulting in two liquid phases form. This mixture is then emulsified by energy input, preferably by exposure to ultrasound.
Zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Copolymer können bei dessen Dispergierung im Dispergiermedium ein oder mehrere Wirkstoffe und/oder ein oder mehrere Hilfs- und Zusatzstoffe zugegen sein. Alternativ können diese Wirkstoffe und/oder Hilfs- und Zusatzstoffe nach dem Dispergieren des Copolymers in der hydrophilen Flüssigkeit hinzugefügt werden. In addition to the copolymer according to the invention, one or more active ingredients and/or one or more auxiliaries and additives can be present when it is dispersed in the dispersing medium. Alternatively, these active substances and/or auxiliaries and additives can be added after the copolymer has been dispersed in the hydrophilic liquid.
Die Abtrennung der Polymerpartikel aus der hydrophilen Flüssigkeit kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Beispiele dafür sind Zentrifugation, Ultrafiltration oder Dialyse. The polymer particles can be separated from the hydrophilic liquid in different ways. Examples are centrifugation, ultrafiltration or dialysis.
Die erfindungsgemäß hergestellte Polymerdispersion kann nach der Herstellung weiter aufgereinigt werden. Gängige Verfahren beinhalten das Reinigen mittels Dialyse, mittels Ultrafiltration, mittels Filtration oder mittels Zentrifugieren. The polymer dispersion produced according to the invention can be further purified after production. Common methods include cleaning by dialysis, by ultrafiltration, by filtration or by centrifugation.
Die erfindungsgemäßen Copolymeren lassen sich hervorragend zur Komplexbildung mit anionischen Verbindungen einsetzen. Derartige Komplexe können in gelöster Form vorliegen, vorzugsweise jedoch in der Form von Partikeln und insbesondere in der Form von Nanopartikeln. The copolymers according to the invention can be used outstandingly for complex formation with anionic compounds. Such complexes can be in dissolved form, but preferably in the form of particles and especially in the form of nanoparticles.
Die Erfindung betrifft daher auch Komplexe aus den oben beschriebenen Copolymeren und Verbindungen mit anionischen Gruppen, beispielsweise mit Carboxylgruppen, Sulfatgruppen, Sulfonatgruppen oder Phosphatgruppen. The invention therefore also relates to complexes of the above-described copolymers and compounds with anionic groups, for example with carboxyl groups, sulfate groups, sulfonate groups or phosphate groups.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch Partikel, insbesondere Nanopartikel enthaltend Komplexe aus den oben beschriebenen Copolymeren und Verbindungen mit anionischen Gruppen, beispielsweise mit Carboxylgruppen, Sulfatgruppen, Sulfonatgruppen oder Phosphatgruppen. Als Verbindungen mit anionischen Gruppen lassen sich insbesondere Nukleinsäuren oder Proteine einsetzten. In addition, the invention also relates to particles, in particular nanoparticles containing complexes of the above-described copolymers and compounds with anionic groups, for example with carboxyl groups, sulfate groups, sulfonate groups or phosphate groups. In particular, nucleic acids or proteins can be used as compounds with anionic groups.
Besonders bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung Partikel enhaltend Komplexe gebildet aus Nukleinsäuren und den Copolymeren enthaltend die oben beschriebenen Struktureinheiten der Formeln (I), (II) und (III) oder der Formeln (IV), (V) und (VI). The present invention particularly preferably relates to particles containing complexes formed from nucleic acids and the copolymers containing the structural units of the formulas (I), (II) and (III) or of the formulas (IV), (V) and (VI) described above.
In den erfindungsgemäßen Komplexen und Partikeln können als Nukleinsäuren DNA und/oder RNA und deren Modifikationen eingesetzt werden. DNA and/or RNA and modifications thereof can be used as nucleic acids in the complexes and particles according to the invention.
Es können beliebige DNA-Typen eingesetzt werden. Beispiele dafür sind A-DNA, B- DNA, Z-DNA, mtDNA, antisense DNA, bakterielle DNA und virale DNA. Any type of DNA can be used. Examples are A-DNA, B-DNA, Z-DNA, mtDNA, antisense DNA, bacterial DNA and viral DNA.
Es können auch beliebige RNA-Typen eingesetzt werden. Beispiele dafür sind hnRNA, mRNA, tRNA, rRNA, mtRNA, snRNA, snoRNA, scRNA, siRNA, miRNA, antisense RNA, bakerielle RNA und virale RNA. Any type of RNA can also be used. Examples are hnRNA, mRNA, tRNA, rRNA, mtRNA, snRNA, snoRNA, scRNA, siRNA, miRNA, antisense RNA, bacterial RNA and viral RNA.
In den erfindungsgemäßen Komplexen und Partikeln können auch Kombinationen von DNA und RNA eingesetzt werden. Combinations of DNA and RNA can also be used in the complexes and particles according to the invention.
Es wird angenommen, dass die erfindungsgemäßen Partikel Nukleinsäure- Copolymer-Komplexe enthalten, welche über das gesamte Volumen des Partikels verteilt sind. Im Gegensatz zu vorbekannten Partikeln mit ausge-prägter Kern- Schale-Struktur und mit einer Konzentration der Nukleinsäure-Polymer-Komplexe in der äußeren Hülle sind bei den erfindungsgemäßen Partikeln Nukleinsäure- Copolymer-Komplexe sowohl im Innern als auch in den äußeren Bereichen der Nanopartikel zu finden. Solche Partikel werden nachstehend auch „Polyplexe“ genannt. It is assumed that the particles according to the invention contain nucleic acid copolymer complexes which are distributed over the entire volume of the particle. In contrast to previously known particles with a pronounced core-shell structure and with a concentration of nucleic acid-polymer complexes in the outer shell, the particles according to the invention have nucleic acid-copolymer complexes both inside and in the outer areas of the nanoparticles Find. Such particles are also referred to below as “polyplexes”.
Die erfindungsgemäßen Komplexe und Partikel lassen sich durch deren N/P- Verhältnis charakterisieren. Darunter versteht man das molare Verhältnis von basischen Stickstoffatomen im Copolymer zu den Phosphatgruppen in der Nukleinsäure. The complexes and particles according to the invention can be characterized by their N/P ratio. This is the molar ratio of basic nitrogen atoms in the copolymer to the phosphate groups in the nucleic acid.
Das N/P-Verhältnis in den erfindungsgemäßen Partikeln kann in weiten Bereichen schwanken. Typischerweise beträgt das N/P-Verhältnis in den erfindungsgemäßen Partikeln, zwischen 1 und 200, vorzugsweise zwischen 2,5 und 100, besonders bevorzugt zwischen 5 und 50, und ganz besonders bevorzugt zwischen 10 und 30. The N/P ratio in the particles according to the invention can vary within wide ranges. Typically, the N/P ratio in the particles according to the invention is between 1 and 200, preferably between 2.5 and 100, more preferably between 5 and 50, and most preferably between 10 and 30.
Bevorzugte erfindungsgemäße Partikel weisen mittels DLS bestimmte Durchmesser von bis zu 50 pm auf. Bevorzugt sind Nanopartikel mit mittels DLS bestimmten Durchmessern zwischen 50 und 1000 nm . Preferred particles according to the invention have diameters of up to 50 μm, determined by DLS. Nanoparticles with diameters of between 50 and 1000 nm, determined by means of DLS, are preferred.
Bevorzugt sind erfindungsgemäße Partikel, die keine Hilfs- oder Zusatzstoffe, insbesondere keine Schutzkolloide und/oder Tenside enthalten. Particles according to the invention which contain no auxiliaries or additives, in particular no protective colloids and/or surfactants, are preferred.
Die erfindungsgemäßen Polyplexe enthaltenden Partikel können durch Fällung hergestellt werden. Dazu werden die erfindungsgemäß verwendeten kationischen Copolymere, welche durch die Anwesenheit polarer Gruppen abhängig vom pH Wert hydrophil sind, in Wasser oder in einer wässrigen Pufferlösung gelöst. Dabei wird ein pH-Wert der wässrigen Lösung von 3 bis 6,5 eingestellt, z.B. durch Verwendung eines Acetatpuffers oder eines anderen geeigneten Puffers wie beispielsweise Citratpuffer, Lactatpuffer, Phosphatpuffer und Phosphat-Citrat-Puffer Außerdem werden die Nukleinsäuren in Wasser gelöst, wobei der pH der wässrigen Nukleinsäurelösung vorzugsweise auf einen Wert zwischen 6,5 und 8,5 eingestellt wird, besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 6,8 und 7,5. Dazu eignet sich besonders eine Pufferlösung enthaltend HEPES, TRIS, oder nur Salze. Beide Lösungen werden miteinander kombiniert, wobei die Mengen an Nukleinsäuren und an kationischem Copolymer so gewählt werden, dass sich ein gewünschtes N/P- Verhältnis einstellt. Nach dem Vermischen beider Lösungen wird die Mischung bewegt, beispielsweise für eine kurze Zeit, wie zwischen 2 und 20 Sekunden. Das kann durch Rühren und/oder durch Vortexen erfolgen. Vorzugsweise werden die entstandenen Partikel vor der weiteren Verwendung einige Zeit stehen gelassen, beispielsweise zwischen 5 und 20 Minuten, um eine Bindung zwischen Polymer und Nukleinsäuren zu ermöglichen . Die erfindungsgemäßen Partikel werden im Dispergiermedium in feinverteilter Form ausgefällt. The particles containing polyplexes according to the invention can be produced by precipitation. For this purpose, the cationic copolymers used according to the invention, which are hydrophilic depending on the pH due to the presence of polar groups, are dissolved in water or in an aqueous buffer solution. A pH of the aqueous solution is adjusted from 3 to 6.5, for example by using an acetate buffer or another suitable buffer such as citrate buffer, lactate buffer, phosphate buffer and phosphate-citrate buffer pH of the aqueous nucleic acid solution is preferably adjusted to a value between 6.5 and 8.5, particularly preferably to a value between 6.8 and 7.5. A buffer solution containing HEPES, TRIS, or just salts is particularly suitable for this. Both solutions are combined with one another, with the amounts of nucleic acids and cationic copolymer being chosen such that a desired N/P ratio is established. After mixing both solutions, the mixture is agitated, e.g. for a short time, such as between 2 and 20 seconds. This can be done by stirring and/or by vortexing. Preferably, the resulting particles are left for some time before further use, for example between 5 and 20 minutes to allow binding between polymer and nucleic acids. The particles according to the invention are precipitated in finely divided form in the dispersing medium.
Zusätzlich zu dem kationischen Copolymer und der Nukleinsäure können bei deren Fällung im Dispergiermedium ein oder mehrere Hilfs- und Zusatzstoffe zugegen sein. Alternativ können diese Hilfs- und Zusatzstoffe nach dem Dispergieren des Nukleinsäure-Copolymer-Komplexes in der wässrigen Phase hinzugefügt werden. In addition to the cationic copolymer and the nucleic acid, one or more auxiliaries and additives can be present during their precipitation in the dispersing medium. Alternatively, these auxiliaries and additives can be added after the nucleic acid copolymer complex has been dispersed in the aqueous phase.
Als Dispergiermedium wird Wasser eingesetzt. Diesem können Puffersubstanzen, Salze, Zucker oder Säuren und Basen zugesetzt sein, um den gewünschten pH- Wert oder die Osmolarität einzustellen. Water is used as the dispersing medium. Buffer substances, salts, sugars or acids and bases can be added to this in order to adjust the desired pH value or the osmolarity.
Die erfindungsgemäßen Partikel eignen sich hervorragend zum Gentransfer von Zellen also zum Einbringen von Nukleinsäuren in Zellen. Dazu werden die Nukleinsäuren enthaltenden Partikel, einzelnen Zellen, Geweben oder einer Zellkultur hinzugefügt und von den Zellen durch Endozytose aufgenommen. The particles according to the invention are outstandingly suitable for gene transfer from cells, ie for introducing nucleic acids into cells. For this purpose, the particles containing nucleic acids are added to individual cells, tissues or a cell culture and taken up by the cells by endocytosis.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der oben beschriebenen Partikel zum Gentransfer in Zellen, also zum Einbringen von Nukleinsäuren in Zellen. The invention also relates to the use of the particles described above for gene transfer into cells, ie for introducing nucleic acids into cells.
Die folgendenBeispiele erläutern die Erfindung ohne diese zu begrenzen. The following examples illustrate the invention without limiting it.
Materialien materials
Alle Chemikalien und Lösungsmittel wurden von kommerziellen Lieferanten gekauft und ohne weitere Reinigung verwendet, sofern nicht anders angegeben. 2-Ethyl-2- oxazolin (EtOx, 99+%) und Triethylamin (NEta, 99,7%) wurden von Acros Organics bezogen. 2-Ethyl-2-oxazolin wurde über Calciumhydrid getrocknet und unter Argonatmosphäre destilliert. Methyltosylat und (MeOTs, 98%) (98%) wurden von Sigma Aldrich erhalten. Methyltosylat wurde über Bariumoxid getrocknet und unter Argonatmosphäre destilliert. Salzsäure (37%) wurde von Fisher Chemicals bezogen Wässrige Wasserstoffperoxidlösung (30% w/w) wurde von Carl Roth erhalten. Acetylchlorid (ca. 90 %) wurde von Merck Schuchardt bezogen. Propionylchlorid (>98,0%), wurde von Tokyo Chemical Industry (TCI) gekauft. N, N-Dimethylformamid (DMF) und Acetonitril wurden in einem Lösungsmittelreinigungs-system getrocknet (MB-SPS-800 von M Braun). All chemicals and solvents were purchased from commercial suppliers and used without further purification unless otherwise noted. 2-Ethyl-2-oxazoline (EtOx, 99+%) and triethylamine (NEta, 99.7%) were purchased from Acros Organics. 2-Ethyl-2-oxazoline was dried over calcium hydride and distilled under an argon atmosphere. Methyl tosylate and (MeOTs, 98%) (98%) were obtained from Sigma Aldrich. Methyl tosylate was dried over barium oxide and distilled under an argon atmosphere. Hydrochloric acid (37%) was purchased from Fisher Chemicals Aqueous hydrogen peroxide solution (30% w/w) was obtained from Carl Roth. Acetyl chloride (ca. 90%) was purchased from Merck Schuchardt. Propionyl chloride (>98.0%) was purchased from Tokyo Chemical Industry (TCI). N,N-dimethylformamide (DMF) and acetonitrile were dried in a solvent purification system (MB-SPS-800 from M Braun).
Durchführung von Messungen taking measurements
Proton (1H) Kernspinresonanzspektren (NMR) wurden auf einem Bruker AC 300 MHz bzw. einem Bruker AC 400 MHz Spektrometer gemessen. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt, wobei entweder D2O oder d4-Methanol als Lösungsmittel verwendet wurden. Chemische Verschiebungen (<5) werden in Teilen pro Million (ppm) relativ zum verbliebenen nicht deuterierten Lösemittelresonanzsignal angegeben. Die Infrarotspektroskopie (IR) wurde auf einem Shimadzu IRAffinity-1 CE-System durchgeführt, das für die Messung in einem erweiterten Bereich mit einer einfach reflektierenden ATR-Küvette mit Diamantkristall des Typs Quest ATR ausgestattet war. Proton ( 1 H) nuclear magnetic resonance (NMR) spectra were measured on a Bruker AC 300 MHz and a Bruker AC 400 MHz spectrometer, respectively. Measurements were performed at room temperature using either D 2 O or d 4 -methanol as solvent. Chemical shifts (<5) are reported in parts per million (ppm) relative to the residual non-deuterated solvent resonance signal. Infrared (IR) spectroscopy was performed on a Shimadzu IRAffinity-1 CE system equipped with a Quest ATR single-reflective diamond crystal ATR cuvette for extended range measurement.
Die Größenausschlusschromatographie (SEC) wurde in N,N-Dimethylacetamid (DMAc) mit Hilfe eines Agilent Systems der 1200-er Serie durchgeführt, das mit einem PSS-Entgaser, einer G1310A-Pumpe, einem G1329A-Autosampler, einem Techlab-Ofen, einem G1362A-Brechungsindexdetektor (RID) und einer PSS GRAM- guard/30/1000 A-Säule (10 pm Partikelgröße) ausgestattet war. Als Eluent wurde DMAc mit 0,21 Gew.-% LiCI eingesetzt. Die Durchflussgeschwindigkeit betrug 1 ml min'1 und die Ofentemperatur betrug 40 °C. Für die Berechnung von Molmassen wurden Polystyrol (PS) Standards von 400 bis 1 .000.000 g mol’1 verwendet. Size exclusion chromatography (SEC) was performed in N,N-dimethylacetamide (DMAc) using an Agilent 1200 series system equipped with a PSS degasser, G1310A pump, G1329A autosampler, Techlab oven, G1362A refractive index detector (RID) and a PSS GRAMguard/30/1000 A column (10 pm particle size). DMAc with 0.21% by weight LiCl was used as the eluent. The flow rate was 1 ml min'1 and the oven temperature was 40°C. Polystyrene (PS) standards from 400 to 1,000,000 g mol' 1 were used for the calculation of molar masses.
Allgemeine Synthesemethoden General synthetic methods
Synthese von Poly(2-ethyl-2-oxazolin), PEtOx. PEtOx wurde durch kationische Ringöffnungspolymerisation (CROP) von EtOx synthetisiert. In einer Scale-Up-Chargenmethode wurden MeOTs (124 g, 0,665 mol) und EtOx (3965 g, 40,00 mol, 60,2 Äquiv.) unter Argonatmosphäre in trockenem MeCN (5860 ml) in einem 10 L Normag-Reaktor aufgelöst, um ein Monomer-zu- I nitiatorverhältnis [M]:[l] von 60:1 zu erreichen. Nach einer Reaktionszeit von 6,5 h unter Rückflussbedingungen wurde die Polymerisation mit 270 ml entionisiertem Wasser beendet. Nach der Entnahme von aliquoten Teilen zur Bestimmung des Monomerumsatzes (99,7%) mittels 1H NMR-Spektroskopie wurde das Lösungsmittel unter reduziertem Druck entfernt, der Rückstand in Dichlormethan (20 L) gelöst und mit gesättigter wässriger Natriumhydrogencarbonatlösung (10 L) und wässriger Natriumchloridlösung (2 x 10 1) gewaschen. Die organische Phase wurde über eine Mischung aus Natriumsulfat (15 kg) und Magnesiumsulfat (4 kg) getrocknet und das Lösungsmittel wurde unter reduziertem Druck entfernt. Das Produkt wurde schließlich im Vakuum 14 Tage lang getrocknet (Ausbeute: 3848 g) und mittels 1H- NMR-Spektroskopie (300 MHz, D2O) und SEC analysiert. Synthesis of poly(2-ethyl-2-oxazoline), PEtOx. PEtOx was synthesized by cationic ring-opening polymerization (CROP) of EtOx. In a scale-up batch method, MeOTs (124 g, 0.665 mol) and EtOx (3965 g, 40.00 mol, 60.2 equiv) were dissolved in dry MeCN (5860 mL) in a 10 L Normag reactor under an argon atmosphere to achieve a monomer to initiator ratio [M]:[l] of 60:1. After a reaction time of 6.5 hours under reflux conditions, the polymerization was terminated with 270 ml of deionized water. After taking aliquots to determine monomer conversion (99.7%) by 1 H NMR spectroscopy, the solvent was removed under reduced pressure, the residue dissolved in dichloromethane (20 L) and washed with saturated aqueous sodium bicarbonate solution (10 L) and aqueous Sodium chloride solution (2 x 10 1). The organic phase was dried over a mixture of sodium sulphate (15 kg) and magnesium sulphate (4 kg) and the solvent removed under reduced pressure. The product was finally dried in vacuo for 14 days (yield: 3848 g) and analyzed by 1 H-NMR spectroscopy (300 MHz, D 2 O) and SEC.
Mn.theor. — 6000 g mol , Mn NMR — 6300 g mor1; DP = 60. Mn.theor. - 6000 g mol , M n NMR - 6300 g mor 1 ; DP = 60.
Synthese von linearem Poly(ethylenimin), PEI. Synthesis of linear poly(ethyleneimine), PEI.
Die Synthese von PEI wurde nach einem angepassten Verfahren auf der Grundlage von zuvor veröffentlichten Methoden durchgeführt (Van Kuringen, H. P.; Lenoir, J.; Adriaens, E.; Bender, J.; De Geest, B. G.; Hoogenboom, R. Partial hydrolysis of poly(2-ethyl-2-oxazoline) and potential implications for biomedical applications?The synthesis of PEI was performed according to an adapted procedure based on previously published methods (Van Kuringen, H.P.; Lenoir, J.; Adriaens, E.; Bender, J.; De Geest, B.G.; Hoogenboom, R. Partial hydrolysis of poly(2-ethyl-2-oxazoline) and potential implications for biomedical applications?
Macromol. Biosci. 2012, 12, 1114-1123; Tauhardt, L.; Kempe, K.; Knop, K.; Altunta§, E.; Jäger, M.; Schubert, S.; Fischer, D.; Schubert, U. S. Linear polyethyleneimine: Optimized synthesis and characterization - On the way to “pharmagrade” batches.Macromol. Biosci. 2012, 12, 1114-1123; Tauhardt, L.; Kempe, K.; Knop, K.; Altunta§, E.; Jäger, M.; Schubert, S.; Fischer, D.; Schubert, U.S. Linear polyethyleneimine: Optimized synthesis and characterization - On the way to "pharmagrade" batches.
Macromol. Chem. Phys. 2011, 212, 1918-1924). PEtOx (80,0 g, 12,5 mmol) wurde in wässriger Salzsäure (6 M, 600 ml) gelöst und 24 h auf 90 °C erhitzt. Flüchtige Stoffe wurden unter reduziertem Druck entfernt und der Rückstand wurde in entionisiertem Wasser (1600 ml) gelöst. Wässrige NaOH (3 M, 300 mL) wurde in Portionen zugegeben, um einen pH-Wert von 10 zu erreichen, was zur Ausfällung des Polymers führte. Anschließend wurde das Polymer abfiltriert und durch Umkristallisieren in Wasser (800 ml) gereinigt. PEI wurde als weißer Feststoff erhalten (Ausbeute: 47,5 g) Macromol. Chem. Phys. 2011, 212, 1918-1924). PEtOx (80.0 g, 12.5 mmol) was dissolved in aqueous hydrochloric acid (6 M, 600 mL) and heated at 90 °C for 24 h. Volatiles were removed under reduced pressure and the residue was dissolved in deionized water (1600 mL). Aqueous NaOH (3 M, 300 mL) was added in portions to reach pH 10, resulting in precipitation of the polymer. The polymer was then filtered off and through Recrystallize in water (800 mL). PEI was obtained as a white solid (yield: 47.5 g)
1H NMR (300 MHz, CD3OD): Hydrolysegrad (DH) = 99%. 1 H NMR (300 MHz, CD 3 OD): degree of hydrolysis (DH) = 99%.
Synthese von Poly(ethylenimin-stat-glycin), oxPEI. Synthesis of poly(ethyleneimine-stat-glycine), oxPEI.
Die Synthese von oxPEI wurde nach einer angepassten Methode nach Englert et al. Durchgeführt (Englert, C.; Hartlieb, M.; Bellstedt, P.; Kempe, K.; Yang, C.; Chu, S. K.; Ke, X.; Garcia, J. M.; Ono, R. J.; Fevre, M.; Wojtecki, R. J.; Schubert, U. S.;The synthesis of oxPEI was carried out using a method adapted from Englert et al. Performed (Englert, C.; Hartlieb, M.; Bellstedt, P.; Kempe, K.; Yang, C.; Chu, S.K.; Ke, X.; Garcia, J.M.; Ono, R.J.; Fevre, M.; Wojtecki , R.J., Schubert, U.S.;
Yang, Y. Y.; Hedrick, J. L. Enhancing the biocompatibility and biodegradability of linear poly(ethylene imine) through controlled oxidation. Macromolecules 2015, 48, 7420-7427). PEI (45,0 g, 17,0 mmol) wurde in Methanol (1100 ml) unter Rühren gelöst und wässrige Wasserstoffperoxidlösung (72 ml, 30% w/w, 0,7 Äquiv. pro Amineinheit) wurden tropfenweise zugegeben. Nach 3-tägigem Rühren bei Raumtemperatur wurde das Lösungsmittel unter reduziertem Druck entfernt und das Produkt im Vakuum 7 Tage lang bei Raumtemperatur und 1 Tag lang bei 70 °C getrocknet. oxPEI wurde als brauner Feststoff gewonnen (Ausbeute: 29,1 g). 1H NMR (300 MHz, D2O): Oxidationsgrad (DO) = 54%. Yang, YY; Hedrick, JL Enhancing the biocompatibility and biodegradability of linear poly(ethylene imine) through controlled oxidation. Macromolecules 2015, 48, 7420-7427). PEI (45.0 g, 17.0 mmol) was dissolved in methanol (1100 mL) with stirring and aqueous hydrogen peroxide solution (72 mL, 30% w/w, 0.7 equiv per amine unit) was added dropwise. After stirring at room temperature for 3 days, the solvent was removed under reduced pressure and the product dried in vacuo at room temperature for 7 days and at 70°C for 1 day. oxPEI was recovered as a brown solid (yield: 29.1 g). 1 H NMR (300 MHz, D 2 O): degree of oxidation (DO) = 54%.
Allgemeine Synthesevorschrift für Poly(2-n-alkyl-2-oxazolin-staf-glycin)e, dP(AOx-co-EI). oxPEI wurde unter Vakuum 2 h lang bei 70 °C vorgetrocknet und anschließend in trockenem DMF (6 ml pro g Polymer) unter Argonatmosphäre gelöst. Triethylamin (1 Äquiv. pro Amineinheit) wurde hinzugefügt, gefolgt von der tropfenweisen Zugabe von Acylchlorid-Lösungen (0,5 Äquiv. pro Amineinheit) in trockenem DMF (6 mL pro g Polymer). Dabei wurde das Gemisch im Eisbad gekühlt. Zusätzliches trockenes DMF (6 ml pro g Polymer) wurde verwendet, um Rückstände von den Kolbenwänden abzuspülen. Nach Erreichen der Raumtemperatur wurde das Reaktionsgemisch weitere 24 Stunden lang gerührt. Die Reinigung wurde in Abhängigkeit von der Löslichkeit der Produkte angepasst. Einzelheiten zur Herstellung einzelner dP(AOx-co-EI) sind im nachstehenden experimentellen Teil zu finden. General synthesis procedure for poly(2-n-alkyl-2-oxazoline-staf-glycine)e, dP(AOx-co-EI). oxPEI was pre-dried under vacuum at 70°C for 2 h and then dissolved in dry DMF (6 ml per g polymer) under argon atmosphere. Triethylamine (1 equiv per amine unit) was added followed by the dropwise addition of acyl chloride solutions (0.5 equiv per amine unit) in dry DMF (6 mL per g polymer). The mixture was cooled in an ice bath. Additional dry DMF (6 mL per g of polymer) was used to rinse residue from the flask walls. After reaching room temperature, the reaction mixture was stirred for a further 24 hours. The purification was adjusted depending on the solubility of the products. Details to Preparation of individual dP(AOx-co-EI) can be found in the experimental part below.
Bestimmung des Hydrolysegrads Determination of the degree of hydrolysis
Der Hydrolysegrad DH wurde nach Gleichung (1 ) aus den Integralen der 1H NMR- Spektren von PEI berechnet. Dabei bedeutet D das Integral der Methylengruppen der Ethylenimineinheiten und A bedeutet das Integral der Methylgruppen der verbleibenden EtOx-Einheiten. The degree of hydrolysis DH was calculated according to equation (1) from the integrals of the 1 H NMR spectra of PEI. D is the integral of the methylene groups of the ethyleneimine units and A is the integral of the methyl groups of the remaining EtOx units.
Bestimmung des Oxidationsgrads Determination of the degree of oxidation
Der Oxidationsgrad DO wurde aus den Integralen der Polymerrückgratsignale der 1H NMR-Spektren von oxPEI nach Gleichung (2) berechnet. Dabei bedeutet F das Integral der Methylengruppe der Glycineinheiten, A bedeutet das Integral der Methylgruppen der verbleibenden EtOx-Einheiten und D bedeutet das Integral der Methylengruppen der Ethylenimineinheiten. The degree of oxidation DO was calculated from the integrals of the polymer backbone signals of the 1 H NMR spectra of oxPEI according to Equation (2). Here, F is the integral of the methylene group of the glycine units, A is the integral of the methyl groups of the remaining EtOx units, and D is the integral of the methylene groups of the ethyleneimine units.
Durchfühung der Titration performing the titration
Titrationen zur Bestimmung der restlichen Aminogruppen wurden mit einem automatisierten Metrohm OMNIS Titrator durchgeführt, der mit einer Metrohm Ecotrode plus pH-Elektrode ausgestattet war. Alle Messungen wurden in einem dynamischen Titrationsmodus durchgeführt, der die Titrationsgeschwindigkeit an die Änderung des pH-Wertes während der Titration anpasste. Eine typische Messung wurde wie folgt durchgeführt: Das Polymer wurde in entionisiertem Wasser gelöst, um eine Polymerlösung mit einer Konzentration von 3 mg ml'1 zu ergeben. Die Polymerlösung wurde durch Zugabe einer halbkonzentrierten wässrigen HCI-Lösung tropfenweise angesäuert, um einen pH-Wert von 2 zu erreichen. Anschließend wurde die Lösung unter Rühren gegen wässrige 0,1 M Natriumhydroxidlösung auf einen pH-Wert von 12 titriert. Die Äquivalenzpunkte wurden aus der ersten Ableitung der Titrationskurve bestimmt. Titrations to determine the residual amino groups were performed using an automated Metrohm OMNIS titrator equipped with a Metrohm Ecotrode plus pH electrode. All measurements were performed in a dynamic titration mode, which adapts the titration rate to the change in adjusted the pH value during the titration. A typical measurement was performed as follows: The polymer was dissolved in deionized water to give a polymer solution with a concentration of 3 mg ml' 1 . The polymer solution was acidified to reach a pH of 2 by adding a half-concentrated aqueous HCl solution dropwise. The solution was then titrated to pH 12 against 0.1 M aqueous sodium hydroxide solution while stirring. The equivalence points were determined from the first derivative of the titration curve.
Durchführung von Abbaustudien. Conducting degradation studies.
Für den Abbau unter sauren Bedingungen wurde das Polymer (20 mg) in 6 mol L’1 HCl (2 ml) gelöst und 48 h lang bei 90 °C gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde mit wässriger Natriumhydroxidlösung neutralisiert und das Wasser wurde unter reduziertem Druck entfernt. For degradation under acidic conditions, the polymer (20 mg) was dissolved in 6 mol L' 1 HCl (2 mL) and stirred at 90 °C for 48 h. The reaction mixture was neutralized with aqueous sodium hydroxide solution and water was removed under reduced pressure.
Herstellungsbeispiel H1: Synthese von Poly(2-methyl-2-oxazolin-co- ethyleneimin-co-glycin), dP(MeOx-co-EI) Production example H1: Synthesis of poly(2-methyl-2-oxazoline-co-ethyleneimine-co-glycine), dP(MeOx-co-EI)
P(MeOx-co-EI)6 wurde gemäß der allgemeinen Vorschrift hergestellt, indem 500 mg oxPEI, 614 pl (446 mg, 4,41 mmol, 1 Äquiv. pro Amineinheit) Triethylamin und 157,2 pl (173 mg, 2,20 mmol, 0,5 Äquiv. pro Amineinheit) Acetylchlorid verwendet wurden. Das ausgefällte Triethylammoniumsalz wurde nach der Reaktion abfiltriert und das Filtrat wurde unter reduziertem Druck konzentriert Das Rohprodukt wurde in Methanol gelöst und dreimal in eiskaltem Diethylether (ca. -80 °C) ausgefällt. P(MeOx-co-EI) 6 was prepared according to the general procedure by adding 500 mg oxPEI, 614 µL (446 mg, 4.41 mmol, 1 equiv per amine unit) triethylamine and 157.2 µL (173 mg, 2, 20 mmol, 0.5 equiv per amine unit) acetyl chloride were used. The precipitated triethylammonium salt was filtered off after the reaction, and the filtrate was concentrated under reduced pressure. The crude product was dissolved in methanol and precipitated three times in ice-cold diethyl ether (about -80°C).
Auflösen in entionisiertem Wasser, gefriertrocknen und trocknen im Vaccum bei 40°C ergaben dP(MeOx-co-EI) als braunen Feststoff (Ausbeute: 406 mg). Dissolving in deionized water, freeze-drying and drying in vacuo at 40°C gave dP(MeOx-co-EI) as a brown solid (yield: 406 mg).
Herstellungsbeispiel H2: Synthese von Poly(2-ethyl-2-oxazolin-co- ethyleneimin-co-glycin), dP(EtOx-co-EI) P(EtOx-co-EI) wurde gemäß der allgemeinen Vorschrift hergestellt, indem 500 mg oxPEI, 614 pl (446 mg, 4,41 mmol, 1 Äquiv. pro Amineinheit) Triethylamin und 192,2 pl (204 mg, 2,20 mmol, 0,5 Äquiv. pro Amineinheit) Propionylchlorid verwendet wurden. Triethylammoniumchlorid, das während der Reaktion gebildet wurde, wurde abfiltriert und die Lösung under reduziertem Druck eingeengt. Der Rückstand wurde in Methanol gelöst und achtmal in eiskaltem Diethylether (ca. -80 °C) ausgefällt. Das Rohprodukt wurde in entionisiertem Wasser gelöst und gefriergetrocknet. Nach Trocknen im Vaccum bei 40°C wurde dP(EtOx-co-EI) als brauner Feststoff erhalten (Ausbeute: 415 mg). Preparation Example H2: Synthesis of Poly(2-ethyl-2-oxazoline-co-ethyleneimine-co-glycine), dP(EtOx-co-EI) P(EtOx-co-EI) was prepared according to the general procedure by adding 500 mg oxPEI, 614 µL (446 mg, 4.41 mmol, 1 equiv. per amine unit) triethylamine and 192.2 µL (204 mg, 2.20 mmol, 0.5 equiv per amine unit) propionyl chloride were used. Triethylammonium chloride formed during the reaction was filtered off and the solution was concentrated under reduced pressure. The residue was dissolved in methanol and precipitated eight times in ice-cold diethyl ether (about -80°C). The crude product was dissolved in deionized water and freeze dried. After drying in vacuo at 40°C, dP(EtOx-co-EI) was obtained as a brown solid (yield: 415 mg).
Beispiel C1: Charakterisierung der Polymere durch 1H-NMR Spektroskopie Example C1: Characterization of the polymers by 1 H-NMR spectroscopy
Der erste Schritt bestand in der Synthese einer erheblichen Menge von PEtOx als klar definiertes Ausgangsmaterial über CROP (vergl. allgemeine Synthesemethoden, Synthese von PEtOx). Zu diesem Zweck wurde ein Syntheseprotokoll in einem 10 L Normag-Reaktor entwickelt, das fast 4 kg PEtOx mit einem Polymerisationsgrad (DP) von 60 und einer engen Dispersität (D) von 1 ,14 ergab, bestimmt durch SEC in DMAc. Da die CROP durch Zugabe von Wasser beendet wurde, enthielt das resultierende PEtOx zwei isomere Endgruppen, die von einem nucleophilen Angriff auf die 2- oder 5-Stellungen des Oxazolinringes herrührten, was jedoch in beiden Fällen zu Hydroxylendgruppen bei Hydrolyse zu linearem Poly(ethylenimin) (PEI) führte. Die Hydrolyse wurde unter sauren Bedingungen durchgeführt (vergl. allgemeine Synthesemethoden, Synthese von PEI). Um eine vollständige Hydrolyse zu erhalten, wurde die Reaktion über Nacht mit einem Überschuss von 6 M HCl durchgeführt. Die erfolgreiche Synthese wurde durch das 1H-NMR-Spektrum bestätigt, welches das Ver-schwinden der den Ethylsubstituenten von PEtOx zugeordneten Signale deutlich zeigte. Darüber hinaus bestätigte eine klare Hochfeldverschiebung des Rückgrat-signals die Bildung von PEI. Der Hydrolysegrad (DH) wurde mit 99% bestimmt, berechnet durch das Verhältnis der Integrale im 1H NMR-Spektrum (vergl. allgemeine Synthesemethoden, Synthese und Charakterisierung von dP(AOx-co-EI), Gleichung (1)). Als nächstes wurde oxPEI durch Oxidation von PEI mit Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel hergestellt. Die Oxidation erfolgte im Polymerrückgrat und es bildeten sich so statistisch verteilte Rückgrat-Amidgruppen. Die Struktur des resultierenden oxPEI entspricht der sich wiederholenden Einheit von Poly-(glycin) neben nicht betroffenen Ethylenimineinheiten. Daher kann das Polymer auch als Poly(ethylenimin-staf-glycin)-Copolymer bezeichnet werden. Mit dem Ziel, 50% der Aminogruppen durch Oxidation im PEI zu erzeugen wurden 0,7 Äquivalente Wasserstoffperoxid pro Aminogruppe verwendet. Der Oxidationsgrad (DO), der durch das Integralverhältnis im 1H-NMR-Spektrum als 54% bestimmt wurde (vergl. allgemeine Synthesemethoden, Synthese und Charakterisierung von dP(AOx-co-EI), Gl. (2)), bestätigte die erfolgreiche Synthese. Die Methylengruppensignale, die den Ethylenimin- und den Glycin-Wiederholeinheiten zugeordnet sind, traten in unmittelbarer Nähe im 1H-NMR-Spektrum auf und überlappten einander teilweise Das NH-Protonensignal zeigte die Bildung einer Amidgruppe an, was das Vorhandensein von Glycineinheiten ebenso bestätigte. The first step was to synthesize a significant amount of PEtOx as a well-defined starting material via CROP (see general synthetic methods, Synthesis of PEtOx). For this purpose, a synthesis protocol was developed in a 10 L Normag reactor, yielding almost 4 kg of PEtOx with a degree of polymerization (DP) of 60 and a narrow dispersity (D) of 1.14 determined by SEC in DMAc. Since the CROP was terminated by the addition of water, the resulting PEtOx contained two isomeric end groups arising from nucleophilic attack at the 2- or 5-positions of the oxazoline ring, but in both cases resulting in hydroxyl end groups upon hydrolysis to linear poly(ethyleneimine) (PEI) led. The hydrolysis was carried out under acidic conditions (cf. general synthesis methods, synthesis of PEI). To obtain complete hydrolysis, the reaction was carried out overnight with excess 6M HCl. The successful synthesis was confirmed by the 1 H NMR spectrum, which clearly showed the disappearance of the signals assigned to the ethyl substituents of PEtOx. Furthermore, a clear upfield shift of the backbone signal confirmed the formation of PEI. The degree of hydrolysis (DH) was determined to be 99%, calculated by the ratio of the integrals in the 1 H NMR spectrum (see General Synthetic Methods, Synthesis and Characterization of dP(AOx-co-EI), Equation (1)). Next, oxPEI was prepared by oxidizing PEI with hydrogen peroxide as the oxidizing agent. The oxidation occurred in the polymer backbone and thus formed randomly distributed backbone amide groups. The structure of the resulting oxPEI corresponds to the repeating unit of poly(glycine) alongside unaffected ethyleneimine units. Therefore, the polymer can also be referred to as a poly(ethyleneimine-staf-glycine) copolymer. With the aim of generating 50% of the amino groups by oxidation in the PEI, 0.7 equivalents of hydrogen peroxide per amino group were used. The degree of oxidation (DO), which was determined by the integral ratio in the 1 H-NMR spectrum to be 54% (cf. General synthetic methods, Synthesis and characterization of dP(AOx-co-EI), Eq. (2)), confirmed the successful synthesis. The methylene group signals assigned to the ethyleneimine and glycine repeat units appeared in close proximity in the 1 H NMR spectrum and partially overlapped. The NH proton signal indicated the formation of an amide group, which also confirmed the presence of glycine units.
Da die verbleibenden Aminogruppen weiter funktionalisiert werden können, stellte das resultierende oxPEI die Plattform für die Synthese verschiedener abbaubarer Polymere dar. Hier wurde eine nachfolgende Reacylierung mit den aliphatischen Acylchloriden Acetylchlorid und Propionsäurechlorid angewendet, um Amideinheiten wieder einzuführen, die äquivalent zu den /V-Acylethylenimin-Strukturen in PAOx waren. Die resultierenden Polymerstrukturen ähneln PAOx mit zusätzlichen, statistisch verteilten Poly-(glycin)-Einheiten und Polyethylenimin-Einheiten, die in das Polymerrückgrat integriert sind. Daher können sie auch als Poly(2-n-alkyl-2-oxazolin- staf-ethylenimin-stat-glycin)-Copolymere oder aufgrund der Abbaubarkeit der Glycineinheit als abbaubare Poly(2- alkyl-2-oxazolin-stat-ethylenimin)-analoga angesehen werden. Der beschriebene synthetische Ansatz ermöglichte somit die Herstellung von Polymeren mit gleicher Kettenlänge und gleichem DO, wobei nur EtOx als kommerziell erhältliches Monomer eingesetzt wurde. Since the remaining amino groups can be further functionalized, the resulting oxPEI provided the platform for the synthesis of various degradable polymers. Here, subsequent reacylation with the aliphatic acyl chlorides acetyl chloride and propionic acid chloride was applied to reintroduce amide moieties equivalent to the /V-acylethyleneimine -structures in PAOx were. The resulting polymer structures resemble PAOx with additional, randomly distributed poly(glycine) units and polyethylenimine units integrated into the polymer backbone. Therefore, they can also be used as poly(2-n-alkyl-2-oxazoline-staf-ethyleneimine-stat-glycine)-copolymers or due to the degradability of the glycine unit as degradable poly(2-alkyl-2-oxazoline-stat-ethyleneimine)- analogues are considered. The described synthetic approach thus allowed the preparation of polymers with the same chain length and DO using only EtOx as a commercially available monomer.
Die Charakterisierung des gereinigten dP(AOx-co-EI)mittels 1H NMR-Spektroskopie deutete auf eine Abnahme der den PEI-Wiederholeinheiten zugeordneten Signale hin, während Signale, die den Alkylseitenketten zugeschrieben werden, ihre teilweise Umwandlung in die entsprechenden /V-Acylethyleniminstrukturen bestätigten. Characterization of the purified dP(AOx-co-EI) by 1 H NMR spectroscopy indicated a decrease in the signals assigned to the PEI repeat units while signals ascribed to the alkyl side chains confirmed their partial conversion to the corresponding /V-acylethyleneimine structures.
Beispiel C2: Charakterisierung der Polymere durch IR-Spektroskopie Example C2: Characterization of the polymers by IR spectroscopy
Ein weiterer struktureller Nachweis wurde durch IR-Spektroskopie gewonnen. Abbildung 1 zeigt ATR-IR Spektren von dP(MeOx-co-EI) und dP(EtOx-co-EI) im Bereich der Wellenzahlen von 600 bis 4000 cm’1 einschließlich der Zuordnung der wichtigsten Banden. Die IR-Spektroskopie von PEtOx, PEI, Poly(glycin) sowie oxPEI wurde zuvor in der Literatur beschrieben, was eine einfache Zuordnung von Schwingungsbanden ermöglichte. Die Bande bei 3235 und 3246 cm’1 imkann der NH-Schwingung der Aminogruppe zugeordnet werden. Die Schwingungsbande bei 1647 und 1650 cm’1 kann der Amid I Bande zugeschrieben werden, die hauptsächlich auf die Carbonylvalenzschwingung zurückzuführen ist. Die Bande verschwand während der Hydrolyse zu PEI aufgrund der Spaltung der Carbonyl- gruppen tragenden Seitenkette fast vollständig. Während der Oxidation zu oxPEI und der folgenden Reacylierung zu dP(EtOx-co-EI) wurden Amidgruppen wieder eingeführt, was zu einer Erhöhung der Carbonyl-Vibrationsbande führte. Die Amid II Bande bei 1543 cm’1, hauptsächlich durch die Deformationsschwingung der NH- Bindung verursacht, wurde bei PEtOx nicht beobachtet, das nur tertiäre Amidgruppen ohne NH-Bindungen aufwies, und zeigte den strukturellen Unterschied zwischen PEtOx und dP(MeOx-co-EI) bzw. dP(EtOx-co-EI) . Signale von Carbonsäurederivaten, die auf mögliche Abbauprodukte zurückzuführen sind, werden bei etwa 1710 cm’1 erwartet. Jedoch konnten solche Signale in den Spektren von oxPEI oder dP(MeOx-co-EI) bzw. dP(EtOx-co-EI), nicht beobachtet werden. Further structural evidence was obtained by IR spectroscopy. Figure 1 shows ATR-IR spectra of dP(MeOx-co-EI) and dP(EtOx-co-EI) in the wavenumber range from 600 to 4000 cm' 1 including the assignment of the most important bands. The IR spectroscopy of PEtOx, PEI, poly(glycine), as well as oxPEI has been previously reported in the literature, which allowed easy assignment of vibrational bands. The band at 3235 and 3246 cm' 1 im can be assigned to the NH vibration of the amino group. The vibrational band at 1647 and 1650 cm'- 1 can be assigned to the amide I band, which is mainly due to the carbonyl stretching vibration. The band almost completely disappeared during hydrolysis to PEI due to cleavage of the carbonyl-bearing side chain. Amide groups were reintroduced during oxidation to oxPEI and subsequent reacylation to dP(EtOx-co-EI), leading to an increase in the carbonyl vibrational band. The amide II band at 1543 cm' 1 , mainly caused by the bending vibration of the NH bond, was not observed in PEtOx, which had only tertiary amide groups without NH bonds, and showed the structural difference between PEtOx and dP(MeOx-co- EI) or dP(EtOx-co-EI) . Signals from carboxylic acid derivatives, which are due to possible degradation products, are expected at around 1710 cm- 1 . However, such signals could not be observed in the spectra of oxPEI or dP(MeOx-co-EI) or dP(EtOx-co-EI).
Beispiel C3: Charakterisierung der Polymere durch SEC Example C3: Characterization of the polymers by SEC
Eine Überlagerung der SEC Elugramme der beiden Polymere in DMAc ist in Abbildung 2 dargestellt. dP(EtOx-co-EI) (Mn = 2700, D =1 .72) war im Vergleich zu dP(MeOx-co-EI) (Mn = 2200, D = 1.51 ) zu niedrigeren Elutionsvolumina und somit höheren Molmassen verschoben. An overlay of the SEC elugrams of the two polymers in DMAc is shown in Figure 2. dP(EtOx-co-EI) (M n = 2700, D =1 .72) was compared to dP(MeOx-co-EI) (M n = 2200, D = 1.51 ) was shifted to lower elution volumes and thus higher molar masses.
Beispiel C4: Charakterisierung der Polymere durch Titration Example C4: Characterization of the polymers by titration
Beide Polymere konnten bei Raumtemperatur in Wasser gelöst werden. Titrationen in wässriger Lösung wurden durchgeführt, um die Anwesenheit der Aminogruppen im Polymerrückgrat zu bestätigen. Obwohl die Titration von Aminogruppen eine qualitative Bewertung ermöglichte, wurde aufgrund von Wasserrückständen die Ergebnisse beeinflussen würden, keine genaue quantitative Analyse durchgeführt. Die Titrationskurven von dP(MeOx-co-EI) und dP(EtOx-co-EI) sind zusammen mit der jeweiligen ersten Ableitung in Abbildung 3 und 4 dargestellt. Die Polymerlösungen wurden vor der Titration mit halbkonzentriertem HCl angesäuert. Die entsprechenden pH-Werte der Äquivalenzpunkte sind ebenfalls angezeigt. Both polymers could be dissolved in water at room temperature. Aqueous solution titrations were performed to confirm the presence of the amino groups in the polymer backbone. Although the titration of amino groups allowed a qualitative assessment, an accurate quantitative analysis was not performed due to residual water affecting the results. The titration curves of dP(MeOx-co-EI) and dP(EtOx-co-EI) are shown in Figures 3 and 4 together with the respective first derivative. The polymer solutions were acidified with half-concentrated HCl before titration. The corresponding pH values of the equivalence points are also shown.
Die Ansäuerung der wässrigen Polymerlösungen mit halbkonzentriertem HCl vor den Titrationen führte zum Auftreten von zwei Äquivalenzpunkten (EP) für Aminogruppen enthaltende Polymere bei der Titration mit verdünnter Natriumhydroxidlösung. Der erste EP entspricht der Neutralisierung des HO- Überschusses, während der zweite EP sich auf die Neutralisation der Aminogruppen bezieht. In den Titrationskurven von dP(MeOx-co-EI) und dP(EtOx-co-EI) wurden zwei EP beobachtet, was auf die zurückbleibenden Aminogruppen nach der anteiligen Funktionalisierung von oxPEI zurückzuführen ist. Acidification of the aqueous polymer solutions with half-concentrated HCl prior to the titrations led to the appearance of two equivalence points (EP) for amine-containing polymers when titrated with dilute sodium hydroxide solution. The first EP corresponds to the neutralization of the excess HO, while the second EP relates to the neutralization of the amino groups. Two EP were observed in the titration curves of dP(MeOx-co-EI) and dP(EtOx-co-EI), which can be attributed to the remaining amino groups after partial functionalization of oxPEI.
Beispiel C5: Charakterisierung der Polymere durch Abbaustudien mittels sauerer Hydrolyse Example C5: Characterization of the polymers by degradation studies using acidic hydrolysis
Ein wichtiger Vorteil von dP(AOx-co-EI) im Vergleich zu PAOx ist deren Fähigkeit, durch die zusätzlichen Rückgrat-Amidgruppen potenziell abbaubar zu sein. Um das zu bestätigen wurden dP(MeOx-co-EI) und dP(EtOx-co-EI), mit 6 M HCl bei 90 °C für 2 Tage behandelt. Diese Bedingungen ähneln denen, die für die Hydrolyse von PEtOx zu PEI angewendet wurden, bei der kein Abbau des PEtOx- oder des PEI- Polymer-Rückgrats auftritt. An important advantage of dP(AOx-co-EI) compared to PAOx is its ability to be potentially degradable due to the additional backbone amide groups. To confirm this, dP(MeOx-co-EI) and dP(EtOx-co-EI) were treated with 6 M HCl at 90°C for 2 days. These conditions are similar to those used for the hydrolysis of PEtOx to PEI where no degradation of either the PEtOx or the PEI polymer backbone occurs.
In Abbildung 5 und 6 sind die Überlagerungen der 1H NMR Spektren von dP(MeOx- co-EI) und dP(EtOx-co-EI) vor (unteres Spektrum) und nach (oberes Spektrum) der Behandlung mit HCl dargestellt. Die individuellen Spektren sind aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit vertikal übereinander gelegt. Figures 5 and 6 show the overlays of the 1 H NMR spectra of dP(MeOx-co-EI) and dP(EtOx-co-EI) before (lower spectrum) and after (upper spectrum) treatment with HCl. For reasons of clarity, the individual spectra are superimposed vertically.
Abbildung 5 und 6 zeigen den erfolgreichen Abbau der Polymere unter diesen Bedingungen. Vor der Behandlung mit HCl zeigten die Polymere breite Signale, die für Polymere typisch sind, während die Signale des degradierten Polymere scharf waren, wie es bei kleinen Molekülen üblicherweise beobachtet wird. Figures 5 and 6 show the successful degradation of the polymers under these conditions. Before treatment with HCl, the polymers showed broad peaks typical of polymers, while the peaks of the degraded polymer were sharp, as is commonly observed for small molecules.
Die Aufspaltung der EtOx-Seitenkettensignale von dP(EtOx-co-EI) bei 1 ,34 ppm bzw. 2,49 ppm in ein Triplett bzw. ein Quartett deutete auf die Abspaltung der Seitenkette vom Polymerrückgrat hin, wodurch Propionsäure erhalten wird. Dies bestätigte nicht unbedingt den Abbau der Polymerkette selbst und wurde auch für PEtOx bei der Behandlung mit HCl gefunden. Während jedoch die Spektren von PEtOx nach der Behandlung nur das Rückgratsignal des verbliebenen PEI aufwiesen, traten verschiedene scharfe Signale bei chemischen Verschiebungen des ehemaligen dP(EtOx-co-EI)-Rückgrats auf. Das Singulett bei 3,67 ppm kann der Methyleneinheit des Glycins zugeordnet werden, das bei Abbau gebildet wird, während die Tripletts im Bereich von 3,65 ppm und 3,21 ppm den verbleibenden Ethylenimineinheiten zugeschrieben werden können. Darüber hinaus erschien ein scharfes Signal bei 8,77 ppm, das bereits für oxPEI nach dem Abbau berichtet worden war und das auf weiteren Abbauprodukten zurückzuführen sein könnte. Gleichzeitig verschwand das breite Amidsignal bei etwa 8,0 ppm, was auf die Hydrolyse der zugehörigen Rückgrat-Amidgruppen hindeutet. Die Überlagerung der Spektren von dP(MeOx-co- El)vor und nach der Behandlung mit HCl zeigten ähnliches Verhalten. Durch die Abspaltung der Seitenkette als Essigsäure wurde ein Singulett bei 2,17 ppm erhalten. Des Weiteren zeigte sich die Aufspaltung der breiten Polymerrückgratsignale in ein scharfes Singulett bei 3,61 ppm, das wie bereits oben beschrieben Glycin zugeordnet werden kann. Mehrere Tripletts im Bereich von 3,58 bis 2,95 ppm waren die auf Abbauprodukte der Ethylenimineinheiten zurückzuführen. The splitting of the EtOx side chain signals of dP(EtOx-co-EI) at 1.34 ppm and 2.49 ppm into a triplet and a quartet indicated the cleavage of the side chain from the polymer backbone, giving propionic acid. This did not necessarily confirm degradation of the polymer chain itself and was also found for PEtOx upon treatment with HCl. However, while the spectra of post-treatment PEtOx showed only the backbone signal of the remaining PEI, various sharp signals appeared at chemical shifts of the former dP(EtOx-co-EI) backbone. The singlet at 3.67 ppm can be assigned to the methylene unit of the glycine formed upon degradation, while the triplets in the region of 3.65 ppm and 3.21 ppm can be assigned to the remaining ethyleneimine units. In addition, a sharp signal appeared at 8.77 ppm, which had already been reported for oxPEI after degradation and which could be due to further degradation products. Simultaneously, the broad amide signal at about 8.0 ppm disappeared, indicating hydrolysis of the associated backbone amide groups. The overlay of the spectra of dP(MeOx-co-El) before and after treatment with HCl showed similar behavior. Side chain cleavage as acetic acid gave a singlet at 2.17 ppm. Furthermore, the broad polymer backbone peaks split into a sharp singlet at 3.61 ppm, as above described can be assigned to glycine. Several triplets ranging from 3.58 to 2.95 ppm were due to degradation products of the ethyleneimine units.

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Copolymere enthaltend 5 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (I), 5 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (II) und 20 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (III) 1 . Copolymers containing 5 to 75 mol % of structural units of the formula (I), 5 to 75 mol % of structural units of the formula (II) and 20 to 90 mol % of structural units of the formula (III)
-NR1-CHR3-CHR4- (I), -NH-CO-CHR7- (II), -NH-CHR9-CHR10- (III), oder -NR 1 -CHR 3 -CHR 4 - (I), -NH-CO-CHR 7 - (II), -NH-CHR 9 -CHR 10 - (III), or
Copolymer enthaltend 5 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (IV), 5 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (V) und 20 bis 90 mol % an Struktureinheiten der Formel (VI) Copolymer containing 5 to 75 mol % of structural units of the formula (IV), 5 to 75 mol % of structural units of the formula (V) and 20 to 90 mol % of structural units of the formula (VI)
-NR1-CHR3-CHR4-CHR5- (IV), -NH-CO-CHR7-CHR8- (V), -NR 1 -CHR 3 -CHR 4 -CHR 5 - (IV), -NH-CO-CHR 7 -CHR 8 - (V),
-NH-CHR9-CHR10-CHR11- (VI), worin -NH-CHR 9 -CHR 10 -CHR 11 - (VI), wherein
R1 einen Rest der Formel -CO-R2, der Formel -CO-NH-R2, der Formel -CH2-CH(OH)-R12 oder der Formel -CH2-CH(NH2)-R12 bedeutet, R 1 is a group of the formula -CO-R 2 , of the formula -CO-NH-R 2 , of the formula -CH 2 -CH(OH)-R 12 or of the formula -CH2-CH(NH 2 )-R 12 ,
R3, R4, R5, R7, R8, R9, R10 und R11 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl bedeuten, R 3 , R 4 , R 5 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 are independently hydrogen, methyl, ethyl, propyl or butyl,
R2 ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl, -CmH2m-X oder -(CnH2n-0)o-(CpH2p-0)q-R6, R 2 is selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl, aralkyl, -C m H 2m -X or -(C n H 2 n-O)o-(CpH 2p -O)qR 6 ,
R6 Wasserstoff oder C-i-Cß-Alkyl ist, R 6 is hydrogen or Ci-Cß-alkyl,
R12 ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl, Aryl oder Aralkyl, R 12 is selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl,
X ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Hydroxyl, Alkoxy, Amino, N- Alkylamino, A/,A/-Dialkylamino, Heterocyclyl mit mindestens einem Ringstickstoffatom, Guanidino, Carboxyl, Carbonsäureester, Schwefelsäureester, Sulfonsäureester oder Carbamidsäureester, m eine ganze Zahl von 1 bis 18 ist, n und p unabhängig voneinander ganze Zahlen von 2 bis 4 sind, wobei n ungleich p ist, und o und q unabhängig ganze Zahlen von 0 bis 60 sind, wobei mindestens eines der o oder q ungleich 0 ist, wobei die Prozentangaben auf die Gesamtmenge der Struktureinheiten der Formel (I), (II) und (III) oder der Formel (IV), (V) und(VI) bezogen sind. X is selected from the group consisting of hydroxyl, alkoxy, amino, N-alkylamino, A/,A/-dialkylamino, heterocyclyl having at least one ring nitrogen atom, guanidino, carboxyl, carboxylic acid ester, sulfuric acid ester, sulfonic acid ester or carbamic acid ester, m is an integer of 1 until 18, n and p are independently integers from 2 to 4, where n is not equal to p, and o and q are independently integers from 0 to 60, where at least one of o or q is not equal to 0, the percentages referring to the total amount of Structural units of the formula (I), (II) and (III) or of the formula (IV), (V) and (VI) are related.
2. Copolymere nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese 15 bis 60 mol % an Struktureinheiten der Formel (I), 10 bis 60 mol % an Struktureinheiten der Formel (II) und 25 bis 75 mol % an Struktureinheiten der Formel (III) enthalten. 2. Copolymers according to claim 1, characterized in that these contain 15 to 60 mol % of structural units of the formula (I), 10 to 60 mol % of structural units of the formula (II) and 25 to 75 mol % of structural units of the formula (III) contain.
3. Copolymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass R1 ein Rest der Formel -CO-R2 ist. 3. Copolymers according to at least one of claims 1 or 2, characterized in that R 1 is a radical of the formula -CO-R 2 .
4. Copolymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass R2 Ci-Ci8-Alkyl, insbesondere C-i-Cß-Alkyl, und ganz besonders bevorzugt Ci-C2-Alkyl ist. 4. Copolymers according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that R 2 is Ci-Ci 8 -alkyl, in particular Ci-Cß-alkyl, and very particularly preferably Ci-C2-alkyl.
5. Copolymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass n = 2 und p = 3 ist. 5. Copolymers according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that n=2 and p=3.
6. Verfahren zur Herstellung von Copolymeren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 mit den Maßnahmen i) Umsetzung eines Polyalkylenimins, das wiederkehrende Struktureinheiten der Formel (la) oder der Formel (IVa) enthält, mit einem Oxidationsmittel, wodurch ein Copolymer enthaltend die Struktureinheiten der Formel (la) und der Formel (II) oder enthaltend die Struktureinheiten der Formel (IVa) und der Formel (V) erhalten wird 6. A process for preparing copolymers as claimed in at least one of claims 1 to 5 with the measures i) reacting a polyalkyleneimine which contains recurring structural units of the formula (Ia) or of the formula (IVa) with an oxidizing agent, resulting in a copolymer containing the structural units of the formula (Ia) and the formula (II) or containing the structural units of the formula (IVa) and the formula (V) is obtained
-NH-CR3H-CR4H- (la), -NH-CO-CR7H- (II), -NH-CR3H-CR4H-CR5H- (IVa), -NH-CO-CR7H-CR8H- (V), worin R3, R4, R5, R7 und R8, die in Anspruch 1 definierte Bedeutung besitzen, und ii) Umsetzung des Copolymers aus Schritt i) mit einem Acylderivat der Formel (VII) oder mit einem Isocyanat der Formel (VIII) oder mit einem Epoxid der Fomel (IX) oder mit einem Aziridin der Fomel (X) zu einem Copolymer nach Anspruch 1 -NH- CR3H - CR4H- (la), -NH-CO- CR7H- (II), -NH-CR 3 H-CR 4 H-CR 5 H- (IVa), -NH-CO-CR 7 H-CR 8 H- (V) wherein R 3 , R 4 , R 5 , R 7 and R 8 , which have the meaning defined in claim 1, and ii) reaction of the copolymer from step i) with an acyl derivative of the formula (VII) or with an isocyanate of the formula (VIII) or with an epoxide of the formula (IX) or with an aziridine of formula (X) to a copolymer according to claim 1
R2-CO-R13 (VII), R12 NCO (VIII), o NH R 2 -CO-R 13 (VII), R 12 NCO (VIII), o NH
R12-CH-CH2 R 12-CH-CH2 R 12 -CH-CH 2 R 12-CH-CH 2
(IX), worin R2 und R12 die in Anspruch 1 definierten Bedeutungen besitzen und R13 eine Abgangsgruppe, insbesondere Fluor, Chor, Brom', lod oder eine aktivierte Carbonsäure bedeutet. Verfahren zur Herstellung von Copolymeren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 mit den Maßnahmen iii) partielle Hydrolyse eines Polyoxazolins enthaltend wiederkehrende Struktureinheiten der Formel (I) oder eines Polyoxazins enthaltend wiederkehrende Struktureinheiten der Formel (IV) (IX), wherein R 2 and R 12 are as defined in claim 1 and R 13 is a leaving group, especially fluorine, chlorine, bromine', iodine or an activated carboxylic acid. Process for the production of copolymers according to at least one of claims 1 to 5 with the measures iii) partial hydrolysis of a polyoxazoline containing recurring structural units of the formula (I) or of a polyoxazine containing recurring structural units of the formula (IV)
-NR1-CHR3-CHR4- (I), -NR1-CHR3-CHR4-CHR5- (IV), zu einem Copolymer enthaltend wiederkehrende Struktureinheiten der Formel (I) und der Formel (III) oder der Formel (IV) und der Formel (VI) -NR 1 -CHR 3 -CHR 4 - (I), -NR 1 -CHR 3 -CHR 4 -CHR 5 - (IV), to a copolymer containing recurring structural units of the formula (I) and the formula (III) or the Formula (IV) and Formula (VI)
-NH-CHR9-CHR10- (III), -NH-CHR9-CHR10-CHR11- (VI), worin R1, R3, R4, R5, R9, R10 und R11 die in Anspruch 1 definierte Bedeutung besitzen, und iv) Umsetzung des Copolymeren aus Schritt iii) mit einem Oxidationsmittel, wodurch ein Copolymer enthaltend die Struktureinheiten der Formel (I), der Formel (II) und der Formel (III) oder enthaltend die Struktureinheiten der Formel (IV), der Formel (V) und der Formel (VI) erhalten wird -NH-CHR 9 -CHR 10 - (III), -NH-CHR 9 -CHR 10 -CHR 11 - (VI), wherein R 1 , R 3 , R 4 , R 5 , R 9 , R 10 and R 11 have the meaning defined in claim 1, and iv) reacting the copolymer from step iii) with an oxidizing agent, whereby a copolymer containing the structural units of Formula (I), the formula (II) and the formula (III) or containing the structural units of the formula (IV), the formula (V) and the formula (VI).
-NH-CO-CHR7- (II), -NH-CO-CHR7-CHR8- (V), worin R7 und R8 die in Anspruch 1 definierte Bedeutung besitzen. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Oxidationsmittel ein Peroxid, Hydroperoxid oder eine Percarbonsäure, vorzugsweise Wasserstoffperoxid ist. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt i) eingesetzte Polyalkylenimin durch saure Hydrolyse eines Poly(oxazolins) erhalten wird. Verwendung der Copolymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von Formulierungen, welche pharmazeutische oder agrochemische Wirkstoffe enthalten. Partikel enthaltend Copolymere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5. Partikel nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass diese als Nanopartikel vorliegen, deren mittlerer Durchmesser D50 weniger als 1 pm, vorzugsweise 20 bis 500, nm beträgt. Komplexe enthaltend ein Copolymer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 und Verbindungen mit anionischen Gruppen, insbesondere Nukleinsäuren. Partikel enthaltend Komplexe nach Anspruch 13. Partikel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein N/P- Verhältnis zwischen 1 und 200, vorzugsweise zwischen 2,5 und 100, besonders bevorzugt zwischen 5 und 50, und ganz besonders bevorzugt zwischen 10 und 30 aufweisen. Verwendung der Partikel nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 15 zum Gentransfer in Zellen. -NH-CO-CHR 7 - (II), -NH-CO-CHR 7 -CHR 8 - (V) wherein R 7 and R 8 are as defined in claim 1. Process according to Claim 6 or 7, characterized in that the oxidizing agent used is a peroxide, hydroperoxide or a percarboxylic acid, preferably hydrogen peroxide. Process according to at least one of Claims 6 or 8, characterized in that the polyalkyleneimine used in step i) is obtained by acidic hydrolysis of a poly(oxazoline). Use of the copolymers according to at least one of Claims 1 to 5 for the production of formulations which contain pharmaceutical or agrochemical active ingredients. Particles containing copolymers according to at least one of claims 1 to 5. Particles according to claim 11, characterized in that they are present as nanoparticles whose mean diameter D 50 is less than 1 μm, preferably 20 to 500 nm. Complexes containing a copolymer according to at least one of Claims 1 to 5 and compounds with anionic groups, in particular nucleic acids. Particles containing complexes according to claim 13. Particles according to Claim 14, characterized in that they have an N/P ratio of between 1 and 200, preferably between 2.5 and 100, particularly preferably between 5 and 50 and very particularly preferably between 10 and 30. Use of the particles according to at least one of Claims 14 to 15 for gene transfer into cells.
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