JP2007177014A

JP2007177014A - ホウ酸塩基含有アリルアミン重合体

Info

Publication number: JP2007177014A
Application number: JP2005374741A
Authority: JP
Inventors: Akira Obayashi; 明王林; Kazutoshi Haraguchi; 和敏原口
Original assignee: Kawamura Institute of Chemical Research
Current assignee: Kawamura Institute of Chemical Research
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】ポリマー骨格にアリルアミンホウ酸塩単位を含有する新規な糖鎖認識機能を有するポリマーを提供すること。
【解決手段】リルアミンと安価なホウ酸とを反応して得られるホウ酸塩基含有アリルモノマーを用いて単独重合又は他のモノマーとの共重合することにより、分子中にホウ酸塩基を含有し、インヘレント粘度が０．１〜６ｄＬ／ｇである、糖鎖認識性を有するホウ酸塩基含有アリルアミン重合体を実現した。該重合体は、親水性のため生体適合性を高くでき、しかも糖鎖認識性に優れている性質を有する。また、従来のフェニルボロン酸の親水性共重合体の系よりホウ素含有率を高くすることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、医療、医薬、農業、化学、分析等の分野で機能性材料として有用である新規なホウ酸塩基含有アリルアミン重合体に関するものである。

モノアミン、ジアミンなどのアミン化合物とホウ酸との反応生成物は古くから研究されている（例えば特許文献１、２参照）。これらの文献では、アミン化合物とホウ酸とを反応させて得られる水溶液を、そのままラテックスの凝固剤あるいはα-アルキルアクロレインの製造用触媒として用いている。しかしながら、ホウ酸塩を含有した重合性モノマーを合成したり、更にそれを用いてホウ酸塩基含有ポリマーを合成する研究は今まで行われたことはなかった。

一方、フェニルボロン酸基含有ポリマーを人工レクチンとした研究が数多く報告されている(例えば特許文献３、４参照)。しかし、フェニルボロン酸モノマーが疎水性であるため、親水性共重合ポリマー中でのフェニルボロン酸の比率を上げられず、糖鎖認識部位であるボロン酸基含有率が低い問題を有していた。また、用いるフェニルボロン酸モノマーが高価であることも実用上問題であった。

特公昭54-4377号公報特開平4-338355号公報特開平5-262779号公報特開平4-124144号公報

本発明の目的は、ポリマー骨格にアリルアミンホウ酸塩単位を含有する新規な糖鎖認識機能を有する重合体を提供することにある。

本発明者は、前記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、アリルアミンと安価なホウ酸とを反応して得られるホウ酸塩基含有アリルモノマーを用いて単独重合又は他のモノマーとの共重合することにより、水溶性叉は水膨潤性のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体を合成することができること、更に、得られたホウ酸塩基含有ポリマーは糖鎖認識性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、分子中にホウ酸塩基を含有し、インヘレント粘度が0.1〜6 dL/gであるホウ酸塩基含有アリルアミン重合体、特にホウ酸塩のホウ素含有量が分子中0.1〜20質量％であるホウ酸塩基含有アリルアミン重合体に関する。

本発明のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体は、親水性のため、生体適合性の高い水溶性や水膨潤性の重合体とすることができ、しかも糖鎖認識性に優れている性質を有する。また、従来のフェニルボロン酸の親水性共重合体の系よりホウ素含有率を高くすることができる。

本発明のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体は、実質的にホウ酸塩基が重合体を構成するアリルアミンのアミノ基と無機ホウ酸系化合物との反応によりもたらされる。かかるホウ酸塩基は予めアリルアミンと無機ホウ酸系化合物とを反応するか、アリルアミンを必須成分とする重合体を製造後に無機ホウ酸系化合物を更に反応させることによって形成することができる。なお、ここでホウ酸塩基とは、アミノ基と無機ホウ酸系化合物との反応により得られるホウ酸塩の基を言う。

上記ホウ酸塩基含有アリルアミン重合体は、そのホウ素含有量が分子中0.1〜20質量％、好ましくは0.3〜16質量％である。かかるホウ素含有量が0.1質量％未満であると、糖鎖の認識機能が現れない場合があり、又、20質量％を超えると、細胞凝集活性化剤として用いた場合は増殖抑制となりやすく、好ましくない。また、本発明の水溶性ホウ酸塩基含有アリルアミン重合体のインヘレント粘度が0.1〜6 dL/g、好ましくは0.5〜5 dL/gである。

本発明での無機ホウ酸系化合物としては、一般式(1)
Ｂ（ＯＲ）ｎ（ＯＨ）３−ｎ (1)
(式中、ｎは0〜3までの整数、RはＣ_ｍＨ_2ｍ+1のアルキル基であり、ｍは1〜10の整数を表す。)で表わされるホウ酸およびホウ酸エステルが用いられる。ホウ酸の具体的なものとしては、例えばオルトホウ酸、メタホウ酸、四ホウ酸、およびそれらの混合物であり、また、ホウ酸エステルの具体的なものとしては、例えばホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリブチル等が挙げられる。これらのホウ酸及びホウ酸エステルは、単独又は２種以上組み合わせて使用できる。上記の中ではホウ酸が最も好ましく用いられる。

上記アリルアミンと無機ホウ酸系化合物との反応によって得られるアリルアミンホウ酸塩は、そのホウ素含有量の測定値が単核ホウ酸塩のホウ素含有量の計算値より高いことから、得られたアリルアミンホウ酸塩が多核縮合ホウ酸塩叉は多核縮合ホウ酸塩を含有するものであると推定される。また、アリルアミンホウ酸塩が結晶性であることが粉末X線回折によって明らかになっている。

上記ホウ酸塩基含有アリルアミン重合体の製造法は、例えばアリルアミンと無機ホウ酸系化合物との反応によって得られるホウ酸塩基含有アリルモノマーを単独重合又は共重合する方法や、アリルアミンの単独重合体又は共重合体に無機ホウ酸系化合物を反応させて製造する方法をあげることができる。

かかるホウ酸塩基含有アリルモノマーの合成は、例えば次のようにして行うことができる。即ち、溶媒にホウ酸を溶解させて攪拌しながら、アリルアミンを滴下する。場合によっては、添加順序を逆にしてアリルアミン溶液を攪拌しながら、それにホウ酸溶液を滴下する場合も可能である。続いて、室温または加熱下、一定時間保持叉は攪拌して、アリルアミンとホウ酸の反応を行う。これによりアリルアミンホウ酸塩が析出し、吸引濾過により沈殿物を回収する。一方、反応生成物が反応溶媒に溶けている場合があり、その場合はエパポレーターにより溶媒を留去してアリルアミンホウ酸塩を回収する。以上のようにして得られた反応生成物をアセトンなどを用いて数回繰り返し洗浄した後、真空乾燥することにより白色粉末のホウ酸塩基含有アリルモノマーが得られる。

本発明におけるホウ酸塩基含有アリルモノマーの合成溶媒としては、無機ホウ酸系化合物またはアリルアミンの少なくとも一種を溶解するようなものが必要である。具体的には、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどの低級アルコール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、水などが挙げられ、これらは単独又は二種以上の混合で使用できる。その中では、特にN,N-ジメチルホルムアミド叉は水を用いることが好ましい。溶媒の使用量は、ホウ酸系化合物およびアリルアミンの合計100質量部に対して溶媒が300〜1500質量部となるように用いることが好ましい。

本発明におけるホウ酸塩基含有アリルモノマーの合成条件として、アリルアミンの中のアミノ基とホウ酸系化合物のホウ素とのモル比が重要である。無機ホウ酸系化合物の比率を増やすと、多核縮合ホウ酸塩が形成しやすく、高い収率でホウ酸塩基含有アリルモノマーが得られる。一般的にアリルアミンの中のアミノ基１モルに対して、ホウ素が０．1〜１０モルが好ましく、より好ましくは０．５〜８モル、特に好ましくは１〜６モルである。０．1モル未満又は１０モルを超える場合、ホウ酸塩基含有アリルモノマーの収率が低くなり、好ましくない。また、反応温度について、一般的に１５℃〜１５０℃が好ましく、より好ましくは２０℃〜１２０℃であり、特に好ましくは２５℃〜１００℃である。反応時間は反応温度にもよるが、通常１〜１５時間が好ましく用いられる。

本発明で用いられるホウ酸塩基含有アリルモノマーはアミン特有の刺激臭が殆どない固形状粉末であり、水またはメタノールなどの低級アルコールによく溶ける性質を持っており、重合性ホウ酸塩基含有モノマー叉は共重合性ホウ酸塩基含有モノマーとして好適に用いられる。

本発明のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体は上記のホウ酸塩基含有アリルモノマーを単独重合したり、必要に応じて他の重合性不飽和基を有するモノマーと共重合して得ることができる。

上記の他の重合性不飽和基を有するモノマーとしては、水溶性ビニルモノマーと疎水性ビニルモノマーが挙げられる。

水溶性ビニルモノマーとしては、アリルアミン、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-(メタ)アクリロイルモルホリン、(メタ)アクリル酸、2-ヒトロキシエチル(メタ)アクリレート、N-ビニルピロリトン、N-ビニルラクトン、無水マレイン酸などが挙げられ、こちらは一種ないし二種以上の混合で使用することができる。

疎水性ビニルモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、スチレン、メチルスチレン、クロルスチレン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ビニルバレート、エチルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、エチレン、イソブチレン、アクリロニトリルなどの一種ないし二種以上の混合物が挙げられる。

前記ホウ酸塩基含有アリルモノマーの重合又は他の共重合モノマーとの共重合は、公知のラジカル重合法、例えば溶液重合、塊状重合、乳化重合、懸濁重合などによって行うことができる。重合開始剤としては、アゾ化合物、例えばアゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、2,2'-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、4,4'-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、2,2'-アゾビスイソブチルアミド二水和物、また、有機過酸化物、例えば過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート、ジ-t-ブチルパーオキシド、更にまた、レドックス開始剤、例えばペルオキソ二流酸カリウムなどを用いることができる。重合開始剤の使用量は全モノマーに対して0.1〜20モル%、更に好ましくは0.5〜10モル%である。

上記の重合叉は共重合条件としては、重合系を不活性ガス例えば、窒素、アルゴンで置換ないし雰囲気下にし、重合温度0〜130℃の範囲で、重合時間0.5〜48時間程度で行うことができる。

本発明のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体は、アリルアミンに無機ホウ酸系化合物を反応せずに、単独重合又は他の重合性不飽和基を有するモノマーとを共重合して得られるポリマーに上記無機ホウ酸系化合物を反応することによっても製造することができる。

具体的には、上記のアリルアミンの重合又は共重合は、公知のラジカル重合法、例えば溶液重合、塊状重合、乳化重合、懸濁重合などによって行うことができる。重合開始剤としては、アゾ化合物、例えばアゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、2,2'-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、4,4'-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、2,2'-アゾビスイソブチルアミド二水和物、また、有機過酸化物、例えば過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート、ジ-t-ブチルパーオキシド、更にまた、レドックス開始剤、例えばペルオキソ二流酸カリウムなどを用いることができる。重合開始剤の使用量は全モノマーに対して0.01〜10モル%、更に好ましくは0.1〜5モル%である。

また、重合又は共重合の条件としては、重合系を不活性ガス例えば、窒素、アルゴンで置換ないし雰囲気下にし、重合温度0〜130℃の範囲で、重合時間0.5〜48時間程度で行うことができる。

上述のラジカル重合で得られたアリルアミン重合体は、水に溶かし、適量のホウ酸を加えて反応させることによって、本発明のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体を得ることができる。反応温度としては、好ましくは0℃〜80℃であり、より好ましくは15℃〜50℃であり、特に好ましくは室温である。また、反応時間については、反応温度にもよるが、通常1〜24時間である。
本発明のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体は、多価水酸基含有ポリマー例えばポリビニルアルコールの存在下、グルコース認識性を示し、糖応答性を有するものである。この性質を利用して、生体材料や糖センサなどとして用いることが期待される。

本発明は、次の実施例によって更に具体的に説明する。
(合成例1) [アリルアミンホウ酸塩の合成]
ホウ酸40g(0.648mol)をDMF 120gに溶かした溶液を攪拌しながら、アリルアミン18.5g(0.324mol)を滴下し、室温で16時間攪拌した。得られた溶液をエパポレーターでDMFを留去した後、アセトンで３回洗浄した。得た白色固体を70℃、2時間真空乾燥したところ、原料に対して57.2%の収率で反応生成物の白色粉末1a 33.5gを得た。分析結果は表1〜3に示す。

(実施例1)
表4に示した配合量でアリルアミンホウ酸塩及びこれと共重合するモノマーＮ−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM: 興人株式会社製)を脱酸素水に溶かし、20分窒素バップリングした。次に系内の温度を20℃以下に冷やし、モノマー合計質量に対して1%の開始剤KPSの2%水溶液を加えて、窒素雰囲気下、20℃、24時間で静置重合を行った。得られたポリマー溶液はエパポレーターで溶媒を留去した後、アセトンで二回洗浄を行い、更に真空乾燥した。得られたポリマーは¹H-NMR測定によりアリルアミンホウ酸塩及びNIPAMに由来する二重結合のピークが殆どなかった。また、該ポリマーは水に溶かして、ウベローデ粘度計によって測定されたインヘレント粘度が2.26dL/gであった。一方、このホウ酸塩基含有ポリマーを用いて調製した5%水溶液を多価水酸基化合物であるポリビニルアルコール(重合度2000) 4%水溶液に添加させた結果、溶液が寒天状ゲルになった。更に、この寒天状ゲルは5%のグルコース水溶液を添加することにより再び溶液状態に戻り、糖鎖認識性を示した。また、市販のホウ酸塩基含有しないアリルアミンポリマーは、上述の方法と同様にしてポリビニルアルコール及びグルコースと反応させたところ、変化は全くなかった。糖鎖認識性は、ホウ酸塩基に由来することが明かになった。尚、これらの結果は表4にまとめて示す。

(実施例2)
表4に示した配合量でアリルアミンホウ酸塩及びこれと共重合するモノマーNIPAMを用いて実施例1と同様にしてホウ酸塩基含有ポリマーを合成した。分析結果及び糖鎖認識性の結果を表4に示す。

(実施例3)
ポリアリルアミン水溶液PAA-H-10C( 日東紡績株式会社製、固形分10%、重量平均分子量約60,000) 96gを100gの水で希釈し、攪拌しながら、ホウ酸10.8gを加えた。40℃、5時間攪拌してホウ酸を溶解させた。引き続き、14時間反応を行った後、乾燥により反応生成物を回収した。得られたポリマーのホウ素含有率が8.1%であった。また、このポリマーの粉末X線回折により原料ホウ酸が含まれていないことを確認した。続いて、得られたホウ酸塩基含有アリルアミン重合体の水溶液に多価水酸基化合物であるポリビニルアルコール水溶液を添加させた結果、溶液が寒天状白濁ゲルとなった。更に、この白濁ゲルは10%のグルコース水溶液を添加することにより再び透明溶液状態に戻り、糖鎖認識性を示した。

Claims

分子中にホウ酸塩基を含有し、インヘレント粘度が０．１〜６ｄＬ／ｇであるホウ酸塩基含有アリルアミン重合体。
ホウ酸塩基含有アリルアミン重合体のホウ素含有量が、０．１〜２０質量％である請求項１に記載のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体。
前記ホウ酸塩基が、アミノ基１個当たりにホウ素を１〜８個有する請求項１又は２に記載のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体。
前記ホウ酸塩基が、アミノ基と無機ホウ酸系化合物との反応により得られる基である請求項１〜３のいずれかに記載のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体。
前記ホウ酸系化合物が、ホウ酸又はホウ酸エステルである請求項４に記載のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体。
ホウ酸塩基含有アリルアミンの単独重合体である請求項１〜５のいずれかに記載のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体。
ホウ酸塩基含有アリルアミンと他の重合性不飽和基を有するモノマーとの共重合体である請求項１〜５のいずれかに記載のホウ酸塩基含有アリルアミン重合体。