JP2000086758A - 多分岐高分子およびその製造方法 - Google Patents

多分岐高分子およびその製造方法

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JP2000086758A
JP2000086758A JP10254992A JP25499298A JP2000086758A JP 2000086758 A JP2000086758 A JP 2000086758A JP 10254992 A JP10254992 A JP 10254992A JP 25499298 A JP25499298 A JP 25499298A JP 2000086758 A JP2000086758 A JP 2000086758A
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Mitsuru Ueda
充 上田
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道彦 浅井
Kazuhiko Takeuchi
和彦 竹内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 保護基を持たないAB2 型モノマーを用い、
また一段階毎の単離精製の行程を必要とせず容易に製造
可能であり、かつ分岐構造の規則性が高く、比較的分子
量分布のそろった多分岐高分子であって、化学分野、医
薬分野、電子材料分野などに関連する、種々の高機能材
料の創製に有用な多分岐高分子を提供すること。 【解決手段】 下記一般式(1)および(2)で表わさ
れる基本繰り返し単位からなり、重量平均分子量200
以上、分子量分布3以下の多分岐高分子。 【化1】 【化2】 (式中、R1 は炭素数1〜20の3価の炭化水素基、R
2 は炭素数1〜20の2価の炭化水素基を表わす。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な多分岐高分
子に関し、詳しくは従来の多分岐高分子と比較して、よ
り精密に合成することができ、化学分野、医薬分野、電
子材料分野などに関連する種々の高機能材料の創製に有
用な多分岐高分子に関する。
【0002】
【従来の技術】多分岐高分子のなかで、規則的な分岐構
造をもち、分子量分布のそろったデンドリマーは、従来
の高分子にない構造をもち、広範な分野への応用が期待
されている。ここで、デンドリマーとは、樹木の枝が規
則的に分岐していくような形で成長した樹状分岐ポリマ
ーであり、その合成法には、2官能性もしくはそれ以上
の開始核(core)から順次枝を延ばしていく「di
vergent法」と、分岐ユニットを外側から順次つ
なぎ合わせて最後に中心核に結合させる「conver
gent法」がある。一方、ABx 型の多官能性モノマ
ー(ここで、AとBは互いに反応する官能基、Bの数x
は2以上)を重合させると、不規則な分岐構造を有する
多重分岐ポリマーが得られ、これは、多分岐高分子(h
yperbranched polymer)と呼ばれ
ている。
【0003】ところで、ポリアミド系のデンドリマーの
合成が、例えば、Macromol.Symp.,7
7,1(1994)に報告されている。しかしながら、
その合成には官能基を保護したAB2 型モノマーを用
い、一段階毎に単離精製を繰り返す製造行程が必要で、
これが大量合成の際の障害となり、今のところ工業的に
実用化された例はない。不規則な分岐構造を有するポリ
アミド系多分岐高分子の合成は、例えば、J.Am.C
hem.Soc.,114,4947(1992)に報
告されている。しかし、得られる重合体の構造は不明確
であり、分子量分布が広く、望みの構造の重合体を製造
することができず、用途が限定されるという問題があっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の課題を解決し、保護基を持たないAB2 型モノマー
を用い、また一段階毎の単離精製の行程を必要としない
ため、容易に製造可能であり、かつ分岐構造の規則性の
高く、比較的分子量分布のそろった多分岐高分子であっ
て、化学分野、医薬分野、電子材料分野などに関連す
る、種々の高機能材料の創製に有用な多分岐高分子を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記一般式
(1)および(2)で表わされる基本繰り返し単位から
なり、重量平均分子量200以上、分子量分布3以下の
多分岐高分子を提供するものである。
【0006】
【化6】
【化7】
【0007】(式中、R1 は炭素数1〜20の3価の炭
化水素基、R2 は炭素数1〜20の2価の炭化水素基を
表わす。) ここで、上記一般式(1),(2)が、それぞれ、下記
式(3),(4)であることが好ましい。
【0008】
【化8】
【化9】
【0009】また、本発明は、下記一般式(5)で表わ
されるモノマーを段階的に縮合させることを特徴とす
る、重量平均分子量200以上、分子量分布3以下の多
分岐高分子の製造方法を提供するものである。
【0010】
【化10】
【0011】(式中、R3 は、炭素数1〜20の3価の
炭化水素基を表わす。)
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の一般式(1)中のR1
しては、芳香環または分岐構造を持つ基が挙げられ、そ
の具体的な例として、例えば、式(6)から(8)で表
される構造を挙げることができる。
【0013】
【化11】
【0014】(式中、l,m,nは、それぞれ、0〜1
9の数であり、ただし、l+m+n=1〜19となる
数、Xは水素原子またはメチル基などのアルキル基を表
す。)
【0015】
【化12】
【0016】(式中、oは、0〜14の整数を表す。)
【0017】
【化13】
【0018】(式中、pは、0〜7の整数を表す。) これらの構造のより具体的な例としては、例えば、式
(9)または式(10)を挙げることができる。
【0019】
【化14】
【化15】
【0020】また、一般式(2)中のR2 としては、例
えば、式(11)または式(12)で表される構造を挙
げることができる。
【0021】
【化16】
【0022】(式中、qは、1〜20の整数を表す。)
【0023】
【化17】
【0024】(式中、rは、1〜14の整数を表す。) これらの構造のより具体的な例として、例えば、式(1
3)または式(14)を挙げることができる。
【0025】
【化18】
【化19】
【0026】本発明の一般式(1),(2)で表わされ
る基本繰り返し単位の含量の比は特に制限されないが、
一般式(1)の含量が70モル%を超えないことが好ま
しい。一般式(1)の含量が70モル%を超えると、立
体障害により反応性が低下するなどの問題があり好まし
くない。
【0027】本発明の多分岐高分子は、例えば、次のよ
うにして製造することができる。製造方法1 中心核となる、カルボン酸を1個以上有する化合物を有
機溶媒に溶解させ、このカルボン酸と等量の縮合剤を加
えて活性化する。このとき、必要があれば、酸受容剤を
ともに加える。次に、活性化されたカルボン酸に対して
等量のAB2 型モノマー(アミノジカルボン酸)を加え
て縮合させる。次に、モノマーのカルボン酸の活性化、
次のモノマーとの縮合を繰り返す。このモノマーのカル
ボン酸の活性化と次のモノマーとの結合の操作を、必要
な分子量が得られるまで行う。このとき、必要があれ
ば、AB2 型モノマーのみではなく、AB型モノマー
(アミノカルボン酸)をさらに用いることもできる。ま
た、異なる構造のAB2 型モノマーやAB型モノマーを
用いることもできる。末端には、必要に応じて、1個の
アミノ基のみを有する化合物を縮合させることもでき
る。生成した多分岐高分子は、例えば、反応溶液を、こ
れの貧溶媒に注いで沈殿させ単離することができる。別
の製造方法として、次のような方法を挙げることもでき
る。
【0028】製造方法2 多分岐高分子の外郭となる1個のカルボン酸を持つ化合
物を有機溶媒に溶解させ、これのカルボン酸と等量の縮
合剤を加えて活性化する。このとき、必要があれば、酸
受容剤をともに加える。次に、活性化されたカルボン酸
に対して0.5等量のAB2 型モノマー(ジアミノカル
ボン酸)を加えて縮合させる。次に、モノマーのカルボ
ン酸の活性化、次のモノマーとの縮合を繰り返す。この
モノマーのカルボン酸の活性化と次のモノマーとの結合
の操作を、必要な分子量が得られるまで行う。このと
き、必要があれば、AB2 型モノマーのみではなく、A
B型モノマー(アミノカルボン酸)をさらに用いること
もできる。また、異なる構造のAB2 型モノマーやAB
型モノマーを用いることもできる。最後に、中心核とし
て1個以上のアミノ基を有する化合物を縮合させること
もできる。生成した多分岐高分子は、例えば、反応溶液
を、これの貧溶媒に注いで沈殿させ単離することができ
る。
【0029】ここで、AB2 型モノマーとして用いられ
る化合物として、一般式(5)で表わされる化合物を用
いることができる。
【0030】
【化20】
【0031】(式中、R3 は、炭素数1から20の3価
の炭化水素基を表わす。) 一般式(5)のR3 としては、芳香環または分岐構造を
持つ基が挙げられ、その具体的な例として、例えば、式
(6)から式(8)で表わされる構造を挙げることがで
きる。
【0032】
【化21】
【0033】(式中、l,m,nはl+m+n=1〜1
9となる数、Xは水素原子またはメチル基などのアルキ
ル基を表わす。)
【0034】
【化22】
【0035】(式中、o は、0〜14の整数を表わす。
【0036】
【化23】
【0037】(式中、pは、0〜7の整数を表わす。) これらの構造のより具体的な例として、例えば、式
(9)または式(10)を挙げることができる。
【0038】
【化24】
【化25】
【0039】本発明の製造方法で用いることのできるA
B型モノマーとしては、例えば、式(11)または式
(12)で表わされる構造を挙げることができる。
【0040】
【化26】
【0041】(式中、q は、1〜20の整数を表わ
す。)
【0042】
【化27】
【0043】(式中、r は、0〜15の整数を表わ
す。) これらの構造のより具体的な例として、例えば、式(1
3)または式(14)を挙げることができる。
【0044】
【化28】
【化29】
【0045】これらのAB型モノマーは、必要がなけれ
ば用いなくてもよい。また、必要があれば、AB2 型モ
ノマーに対して任意の割合で用いることができる。しか
しながら、その割合は70モル%を超えないことが好ま
しい。
【0046】本発明の製造方法において、用いられる縮
合剤は、カルボン酸の活性化により、アミノ基との縮合
反応を促進することのできる化合物であれば、特に限定
されない。具体的な縮合剤の例として、例えば、ジシク
ロへキシルカルボジイミド、N−エチル−N−(3−ジ
メチルアミノプロピル)カルボジイミド、カルボニルジ
イミダゾール、亜リン酸トリフェニル、ジフェニル
(2,3−ジヒドロ−2−チオキソ−3−ベンゾキサゾ
リル)ホスホナートなどを挙げることができる。
【0047】また、本発明の製造方法において用いられ
る反応溶媒は、特に制限はないが、用いるモノマーと生
成する多分岐高分子とがともに溶解し、反応を阻害しな
いものが好ましい。具体的な例として、N−メチルピロ
リドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメ
トルアセトアミド、アセトニトリル、ジクロロメタン、
クロロホルム、テトラヒドロフランなどを挙げることが
できる。
【0048】さらに、本発明の製造方法において、用い
られる酸受容剤の例としては、トリエチルアミン、トリ
ブチルアミン、トリオクチルアミン、ピリジン、キノリ
ンなどを挙げることができる。
【0049】本発明の製造方法1において、中心核とな
る化合物としては、1 個以上のカルボン酸を有する化合
物であって、縮合反応を阻害しない、いかなる化合物を
用いてもよい。具体的な例として、安息香酸、イソフタ
ル酸、テレフタル酸、トリメシン酸などを挙げることが
できる。また、本発明の製造方法1において、末端に結
合させることのできる化合物としては、1個のアミノ基
を有する化合物であって、縮合反応を阻害しない、いか
なる化合物を用いてもよい。具体的な例として、アニリ
ン、p−アニシジン、イソプロピルアミン、ブチルアミ
ン、ヘキシルアミン、ドデシルアミンなどを挙げること
ができる。
【0050】一方、本発明の製造方法2において、末端
基として用いることのできる化合物としては、1 個のカ
ルボン酸を有する化合物であって、縮合反応を阻害しな
いものであれば、いかなる化合物を用いてもよい。具体
的な例として、安息香酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン
酸、オクタン酸などを挙げることができる。また、本発
明の製造方法2において、中心に結合できる化合物とし
ては、1 個以上のアミノ基を有する化合物であって、縮
合反応を阻害しないものであれば、いかなる化合物を用
いてもよい。具体的な例として、アニリン、p−アニシ
ジン、イソプロピルアミン、エチレンジアミン、トリ
(アミノエチル)アミンなどを挙げることができる。
【0051】このようにして製造される本発明の多分岐
高分子の重量平均分子量は、200以上、好ましくは5
00〜1,000,000、分子量分布は3以下、好ま
しくは1.0〜2.0である。重量平均分子量が200
未満であると、例えば、フィルム形成能などの高分子と
しての性質を持たないことが多く、また、分子量分布が
3を超えると、例えば、球状の3次元構造などデンドリ
マーにみられる特徴を持たなくなり、用途が制限される
ため好ましくない。ここで、本発明の多分岐高分子の重
量平均分子量を200以上に調整するには、モノマーの
分子量にもよるが、モノマーの縮合の操作を2回以上繰
り返すことが好ましい。また、本発明の多分岐高分子の
分子量分布を3以下に調整するには、反応させる縮合剤
やモノマーをできるだけ等量に近い量で反応させること
が必要である。
【0052】なお、本発明の多分岐高分子の分岐度は、
好ましくは0.5以上、さらに好ましくは0.7以上で
ある。ここで、分岐度(DB)とは、次の式で算出され
る値をいう。 DB=(D+T)/(D+T+L) D;AB2 型繰り返し単位のデンドリック単位(den
dric unit)の数 T;AB2 型繰り返し単位のターミナル単位(term
inal unit)の数 L;AB2 型繰り返し単位のリニアー単位(linea
r unit)の数 分岐度が0.5未満では、高い溶解性や低い溶液粘度な
どの多分岐高分子としての性質を示しにくくなる。
【0053】本発明の多分岐高分子の構造は、赤外線吸
収スペクトルによって、3,100〜3,500c
-1、および1,650〜1,750cm-1のアミド基
の吸収により確認することができる。また、その組成比
は、元素分析により知ることがでいる。さらに、核磁気
共鳴スペクトルにより、6〜10ppmのアミドプロト
ンに由来するピークから、その構造を確認することがで
きる。
【0054】本発明の多分岐高分子は、上記のように、
一般式(1)および(2)で表わされる基本繰り返し単
位からなり、重量平均分子量が200以上、かつ分子量
分布3以下の樹状分岐ポリマーであり、保護基を持たな
いAB2 型モノマーを用い、また一段階毎の単離精製の
行程を必要としないため、容易に製造可能であり、かつ
分岐構造の規則性の高く、比較的分子量分布の揃った多
分岐高分子である。したがって、本発明の多分岐高分子
は、化学分野、医薬分野、電子材料分野などに関連する
種々の高機能材料の創製に有用であり、具体的には、包
接材料、リソグラフィー材料、液晶、選択透過膜、高分
子触媒、光学分割剤、導電性材料、診断薬、マイクロカ
プセル、ドラッグデリバリーシステム担体などの用途に
有用である。
【0055】
【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体
的に説明する。実施例中、重量平均分子量,数平均分子
量,分子量分布は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GP
C)(溶媒;0.4重量%塩化リチウム含有ジメチルホ
ルムアミド、標準物質;ポリスチレン)により測定し
た。また、分岐度(DB)は、 1H−NMRスペクトル
において、芳香族領域全体のシグナル強度(TPIA)
と、末端に由来するシグナル強度(A)との比である、
A/TPIAの実験値(E)を求めた。構造の欠陥のな
い場合のA/TPIAの理論値Cを求め、これらの比
(E/C)を分岐度(DB)とした。
【0056】なお、以下の実施例は、中心核にトリメシ
ン酸(T)を用いて、ポリアミドデンドリマーの合成
(One−pot Divergent合成)を行った
ものである。TとAB2 型モノマーである5−アミノイ
ソフタル酸(I)からなるデンドリマーは、立体障害が
原因で第2世代までしか合成できないことが報告されて
いる。そこで、以下の実施例では、立体障害を緩和する
目的でAB型モノマーである4−アミノフェニルプロピ
オン酸(P)を、Iとともに用い、下記モデル反応式に
示すように、Tのジフェニル(2,3−ジヒドロ−2−
チオキソ−3−ベンゾキサゾリル)ホスホナート(DB
OP)による活性化、Pとの縮合、活性化、Iとの縮合
を段階的に行い、末端にはp−アニシジン(A)を結合
させたものである。なお、下記モデル反応式において、
TEAはトリエチルアミン、NMPはN−メチルピロリ
ドン、nは縮合回数を示す。
【0057】
【化30】
【0058】実施例1 トリメシン酸42mg(0.2mmol)を、N−メチ
ルピロリドン(以下「NMP」という)1.2mlに溶
解させた。次いで、トリエチルアミン83.6μl
(0.6mmol)、ジフェニル(2,3−ジヒドロ−
2−チオキソ−3−ベンゾキサゾリル)ホスホナート
(以下「DBOP」という)236mg(0.618m
mol)を加えて30分間撹拌し、カルボン酸の活性化
を行った。次に、4−アミノフェニルプロピオン酸9
9.1mg(0.6mmol)を加えて30分間反応さ
せた。続いて、NMPを1.2ml、トリエチルアミン
83.6μl(0.6mmol)、DBOPを236.
7mg(0.618mmol)加えて30分間撹拌し
た。次に、5−アミノイソフタル酸108.7mg
(0.6mmol)を加え、24時間反応させた。次い
で、NMPを1.2ml、トリエチルアミン167.3
μl(1.2mmol)、DBOPを505.6mg
(1.32mmol)を加えて室温で30分間反応させ
た。さらに、p−アニシジン295.6mg(2.4m
mol)を加えて1 時間反応させた。次いで、反応溶液
に約50mlのメタノールを加えた。沈殿した生成物を
ろ過し、メタノールで洗浄、乾燥して目的物を得た。収
率100%、重量平均分子量4,532、数平均分子量
は3,260、分子量分布1.39、分岐度(A/TP
IA)0.90であった。 1H−NMRスペクトル測定
により、式(3)、式(4)の構造を繰り返し単位に持
つ多分岐高分子であることを確認した。 1H−NMRス
ペクトルを図1に示す。
【0059】実施例2 トリメシン酸21.01mg(0.1mmol)をNM
P1.2mlに溶解させ、トリエチルアミン41.8μ
l(0.3mmol)、DBOPを118.35mg
(0.31mmol)を加え、30分間反応させた。次
に、4−アミノフェニルプロピオン酸49.56mg
(0.3mmol)を加え、30分間反応させた。以
下、トリエチルアミン41.8μl(0.3mmo
l)、DBOPを118.35mg(0.31mmo
l)、30分間攪拌。5−アミノイソフタル酸54.3
5mg(0.3mmol)、24時間攪拌。NMP1.
2ml、トリエチルアミン83.6μl(0.6mmo
l)、DBOPを236.69mg(0.62mmo
l)、30分間攪拌。4−アミノフェニルプロピオン酸
99.115mg(0.6mmol)、30分間攪拌。
トリエチルアミン83.6μl(0.6mmol)、D
BOPを236.69mg(0.62mmol)、30
分間攪拌。p−アニシジン147.79mg(1.2m
mol)、2 時間撹拌の順に反応を行った。次いで、反
応溶液に約50mlのメタノールを加えた。沈殿した生
成物をろ過し、メタノールで洗浄、乾燥して目的物を得
た。収率100%、重量平均分子量5,695、数平均
分子量4,152、分子量分布1.37、分岐度(A/
TPIA)0.90であった。 1H−NMRスペクトル
測定により、式(3)、式(4)の構造を繰り返し単位
に持つ多分岐高分子であることを確認した。 1H−NM
Rスペクトルを、図2に示す。
【0060】実施例3 トリメシン酸21.01mg(0.1mmol)をNM
P1.2mlに溶解させ、トリエチルアミン41.8μ
l(0.3mmol)、DBOPを118.35mg
(0.31mmol)加え、30分間反応させた。次
に、4−アミノフェニルプロピオン酸49.56mg
(0.3mmol)を加え、30分間反応させた。以
下、トリエチルアミン41.8μl(0.3mmo
l)、DBOPを118.35mg(0.31mmo
l)、30分間攪拌。5−アミノイソフタル酸54.3
5mg(0.3mmol)、24時間攪拌。NMP1.
2ml、トリエチルアミン83.6μl(0.6mmo
l)、DBOPを236.69mg(0.62mmo
l)、30分間攪拌。4−アミノフェニルプロピオン酸
99.115mg(0.6mmol)、30分間撹拌。
トリエチルアミン83.6μl(0.6mmol)、D
BOPを236.69mg(0.62mmol)、30
分間攪拌。5−アミノイソフタル酸108.69mg
(0.6mmol)、24時間攪拌。NMP2.4m
l、トリエチルアミン167.3μl(1.2mmo
l)、DBOPを505.56mg(1.32mmo
l)、30分間攪拌。p−アニシジン295.58mg
(2.4mmol)、2時間攪拌の順に反応を行った。
次いで、反応溶液に約50mlのメタノールを加えた。
沈殿した生成物をろ過し、メタノールで洗浄、乾燥して
目的物を得た。収率93%、重量平均分子量10,44
0、数平均分子量8,312、分子量分布1.26、分
岐度(A/TPIA)0.85であった。 1H−NMR
スペクトル測定により、式(3)、式(4)の構造を繰
り返し単位を持つ多分岐高分子であることを確認した。
1H−NMRスペクトルを、図3に示す。
【0061】
【発明の効果】本発明の多分岐高分子は、保護基を持た
ないAB2 型モノマーを用い、また一段階毎の単離精製
の行程を必要としないため、容易に製造可能であり、か
つ分岐構造の規則性が高く、比較的分子量分布のそろっ
た多分岐高分子であって、化学分野、医薬分野、電子材
料分野などに関連する、種々の高機能材料の創製に有用
な化合物の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1により得られる多分岐高分子の 1H−
NMRスペクトルである。
【図2】実施例2により得られる多分岐高分子の 1H−
NMRスペクトルである。
【図3】実施例3により得られる多分岐高分子の 1H−
NMRスペクトルである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 充 山形県米沢市城南四丁目3番16号 山形大 学大学院工学研究科内 (72)発明者 浅井 道彦 茨城県つくば市東一丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 竹内 和彦 茨城県つくば市東一丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 Fターム(参考) 4J001 DA01 DB01 DB02 DB10 DC14 EA12 EA13 EA23 EB26 EB34 EC25 EC44 FA03 FB03 FC03 GA11 JA20 JB03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1)および(2)で表わさ
    れる基本繰り返し単位からなり、重量平均分子量200
    以上、分子量分布3以下の多分岐高分子。 【化1】 【化2】 (式中、R1 は炭素数1〜20の3価の炭化水素基、R
    2 は炭素数1〜20の2価の炭化水素基を表わす。)
  2. 【請求項2】 請求項1の一般式(1),(2)が、そ
    れぞれ、下記式(3),式(4)である、請求項1記載
    の多分岐高分子。 【化3】 【化4】
  3. 【請求項3】 下記一般式(5)で表わされるモノマー
    を段階的に縮合させることを特徴とする、重量平均分子
    量200以上、分子量分布3以下の多分岐高分子の製造
    方法。 【化5】 (式中、R3 は、炭素数1〜20の3価の炭化水素基を
    表わす。)
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