JP2015131974A - ポリフルオロアクリレート粒子を調製するための連続プロセス - Google Patents

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Abstract

【課題】フルオロ基を含む架橋ポリマを調製するための連続プロセスを提供すること【解決手段】本発明は、フルオロ基を含む架橋ポリマを調製するための連続プロセスに関する。本発明は架橋ポリマを製造するための連続プロセスを提供する。架橋ポリマは、式1および2、式1および3、または式1、2、および3に対応する構造単位を含み、ここで、式1、式2、および式3は本明細書に記載の構造により表され、式中、R1およびR2はそれぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、またはアリールであり、A1はカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基であり、X1はアリーレンであり、かつX2はアルキレン、エーテル部分、またはアミド部分である。【選択図】図1

Description

本発明は、フルオロ基および酸性基を含む架橋ポリマを製造するためのプロセスに関する。このプロセスはポリマの工業規模での製造を可能にし、ポリマは、消化管においてカリウムに結合するのに有用である。
カリウム(K)は、最も豊富な細胞内カチオンの1つである。カリウム恒常性は、主に腎排泄の調節により維持される。様々な病状、例えば腎機能の減少、泌尿生殖器疾患、癌、重症糖尿病、うっ血性心不全および/またはこれらの状態の治療は、高カリウム血症に至らせる、または患者を高カリウム血症に罹患しやすくする可能性がある。高カリウム血症は、特許文献1、特許文献2、特許文献3、および特許文献4(それぞれ、参照によりその全体が本明書に組み込まれる)において開示されるようにポリフルオロアクリル酸(ポリFAA)を含む様々なカチオン交換ポリマにより治療することができる。
以前の製造法では、バッチまたは半連続プロセスが使用された。しかしながら、そのようなプロセスは、コスト増大のためにこのポリマの商業生産には適切ではなく、それ故に、本発明の目的は、架橋された(2−フルオロアクリレート)−ジビニルベンゼン−1,7−オクタジエンポリマ粒子の調製のためのプロセスを見いだすことであり、これは工業規模での製造プロセスに適切である。目的は特に原粒子の調製(架橋)、それらの洗浄、乾燥、塩の調製のための工業プロセスおよび、品質要求(副産物の形成が可能な限り低い)および高収率を補償しつつ、可能な限り単純で効率的である調製プロセスに最終的に到達するためのこれらのプロセスの互いとの一貫した調整であった。
国際公開第2005/097081号 国際公開第2010/022381号 国際公開第2010/022382号 国際公開第2010/022383号
本発明は架橋ポリマを製造するための連続プロセスを提供する。
架橋ポリマは、式1および2、式1および3、または式1、2、および3に対応する構造単位を含み、ここで、式1、式2、および式3は下記構造により表され、
Figure 2015131974
式中、RおよびRはそれぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、またはアリールであり、Aはカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基であり、Xはアリーレンであり、かつXはアルキレン、エーテル部分、またはアミド部分である。場合によっては、式1、式2、および式3は下記構造により表される。
Figure 2015131974
別の態様は、式1および2、式1および3、または式1、2、および3に対応する構造単位を含む架橋ポリマである。場合によっては、式1、式2および式3の構造単位はそれぞれ、式1A、式2A、および式3Aに対応する。
場合によっては、式11、式22、および式33は、下記構造により表される。
Figure 2015131974
プロセスは一般に、連続反応器、好ましくは前段にオリフィスを有するジャケット付き栓流反応器を使用し、これらは全て所望の物理特性を有する粒子を製造するようなサイズとされる。
本発明のプロセスの概略図である
本発明は、架橋ポリマを調製するための連続プロセスである。バッチ懸濁重合は、WO2010/022380号(全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる)で開示される通りである。バッチプロセスは、例えば、仕様を満たす生成物を製造するが、そのプロセスは時間がかかり、多量の反応材料を含み、バッチ変動につながる場合がある。連続反応器およびプロセスは、(1)連続反応器およびプロセスは、バッチ反応器よりも、高い体積効率で動作し、より少ない空間を占め、必要とする資本経費をより少なくすることができること、(2)連続反応器およびプロセスにおける、反応物に対する冷却剤の高い表面積は、より良好な温度制御を可能にし、より良好な反応変換を与え、同時に、任意の所与の時間または場所での反応成分の量を最小に抑え、これが安全性向上となること、(3)原材料の供給量だけでなく温度制御を、経時的な生成物の変動を最小に抑えるように最適化することができ、生成物のより均一な製造につながること、ならびに(4)連続設備の高度の自動化は、人件費の減少につながる場合があること、を含むいくつかの重要な潜在的利点を有する。連続プロセスのこれらの利点は、様々な反応器設計、例えば栓流反応器または連続かくはん槽型反応器を作製するのに当業者により利用することができる。これらの反応器のいずれかは、所望の架橋ポリマの製造のための連続プロセスにおいて利用することができる。
架橋ポリマは、式1および2、式1および3、または式1、2、および3に対応する構造単位を含み、ここで、式1、式2、および式3は下記構造により表され、
Figure 2015131974
式中、RおよびRはそれぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、またはアリールであり、Aはカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基であり、Xはアリーレンであり、かつXはアルキレン、エーテル部分、またはアミド部分である。より具体的には、RおよびRはそれぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、またはアリールであり;Aはカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基であり;Xはアリーレンであり;ならびにXはアルキレン、エーテル部分、またはアミド部分である。
がエーテル部分である場合、エーテル部分は−(CH−O−(CH−または−(CH−O−(CH−O−(CH−とすることができ、式中、dおよびeは独立して1〜5の整数である。場合によっては、dは、1〜2の整数であり、eは1〜3の整数である。Xがアミド部分である場合、アミド部分は−C(O)−NH−(CH−NH−C(O)−とすることができ、式中、pは、1〜8の整数である。場合によっては、pは4〜6の整数である。
式2に対応する単位は、式CH=CH−X−CH=CHを有する二官能性架橋モノマから誘導することができ、式中、Xは、式2に関連して規定される通りである。さらに、式3に対応する単位は、式CH=CH−X−CH=CHを有する二官能性架橋モノマから誘導することができ、式中、Xは式3に関連して規定される通りである。
式1に関連して、1つの実施形態では、RおよびRは水素であり、Aはカルボン酸である。式2に関連して、1つの実施形態では、Xは任意選択で置換されたフェニレンであり、好ましくはフェニレンである。式3に関連して、1つの実施形態では、Xは任意選択で置換されたエチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、またはヘキシレンであり、より具体的には、Xはエチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、またはヘキシレンであり、好ましくはXはブチレンである。1つの特定の実施形態では、RおよびRは水素であり、Aはカルボンキシル基であり、Xはフェニレンであり、Xはブチレンである。
1つの実施形態では、架橋ポリマは、(i)式1および2、(ii)式1および3、または(iii)式1、2、および3に対応する重合反応において使用される構造単位の総重量に基づき、少なくとも約80wt%、特定的には少なくとも約85wt%、より特定的には少なくとも約90wt%または約80wt%〜約95wt%または約85wt%〜約95wt%の、式1に対応する構造単位を含む。加えて、ポリマは、(i)式1および2、(ii)式1および3、または(iii)式1、2、および3に対応する単位の総モル数に基づき、少なくとも約0.87または約0.87〜約0.94または約0.90〜約0.92のモル分率を有する式1の単位を含むことができる。
1つの実施形態では、ポリマは式1、2、および3の構造単位を含み、約4:1〜約1:4、約2:1〜1:2、または約1:1の、式2に対応する構造単位の式3に対応する構造単位に対する重量比を有する。加えて、このポリマは、約0.2:1〜約7:1、約0.2:1〜約3.5:1、約0.5:1〜約1.3:1、約0.8〜約0.9、または0.85:1の、式2の構造単位の式3の構造単位に対するモル比を有することができる。
一般的に、ターポリマの式1、2および3構造単位は特定の比率を有し、例えば、式1に対応する構造単位は、重合反応において使用される式11、22、および33のモノマ量に基づいて計算されたポリマ中の式1、2、および3の構造単位の総重量に基づき、少なくとも約85wt%または約80〜約95wt%、約85wt%〜約93wt%、または約88wt%〜約92wt%を占め、式2に対応する構造単位の式3に対応する構造単位に対する重量比は約4:1〜約1:4、または約1:1である。さらに、構造単位の比は、ポリマ中の式1の構造単位のモル分率として表された場合、式1、2、および3の構造単位の総モル数に基づき、少なくとも約0.87または約0.87〜約0.94、または約0.9〜約0.92であり、式2の構造単位の式3の構造単位に対するモル比は、約0.2:1〜約7:1、約0.2:1〜約3.5:1、または約0.8〜約0.9、または0.85:1であり、ここでも、これらの計算は、重合反応において使用される式11、22、および33のモノマ量に基づいて実施される。変換を計算する必要はない。
いくつかの態様では、架橋ポリマは、(i)式1Aおよび2A、(ii)式1Aおよび3A、または(iii)式1A、2A、および3Aに対応する単位を含み、ここで、式1A、2Aおよび3Aは一般的に下記構造により表される。
Figure 2015131974
ターポリマの構造単位は特定の比率を有することができ、例えば、式1Aに対応する構造単位は、重合反応において使用される式11A、22A、および33Aのモノマ量に基づいて計算された式1A、2A、および3Aの構造単位の総重量に基づき、少なくとも約85wt%または約80〜約95wt%、約85wt%〜約93wt%、または約88wt%〜約92wt%を占め、式2Aに対応する構造単位の式3Aに対応する構造単位に対する重量比は約4:1〜約1:4、または約1:1である。さらに、構造単位の比は、ポリマ中の式1Aの構造単位のモル分率として表された場合、重合反応において使用される式11A、22A、および33Aのモノマ量から計算された式1A、2A、および3Aの構造単位の総モル数に基づき、少なくとも約0.87または約0.87〜約0.94、または約0.9〜約0.92であり、式2Aの構造単位の式3Aの構造単位に対するモル比は、約0.2:1〜約7:1、約0.2:1〜約3.5:1、約0.5:1〜約1.3:1、約0.8:1〜約0.9:1、または約0.85:1である。
本明細書で記載されるポリマは、一般的にランダムポリマであり、式1、2、または3(式11、22、または33のモノマから誘導)、あるいは1A、2A、または3A(式11A、22A、または33Aのモノマから誘導)の構造単位の正確な順序は予め決められていない。
式11、22、および33のモノマから誘導されたポリマは、加水分解後、下記の通り表される構造を有することができ、
Figure 2015131974
式中、R、R、A、X、およびXは、式1、2、および3に関連して規定される通りであり、重合混合物に添加されたモノマの比に基づき計算されると、mは約85〜約93mol%の範囲であり、nは約1〜約10mol%の範囲であり、pは約1〜約10mol%の範囲である。式40のポリマ構造内の波状結合は構造単位の互いへのランダム付着を表すために含められ、式1の構造単位は、別の式1の構造単位、式2の構造単位、または式3の構造単位に付着させることができ、式2および3の構造単位は、同じ範囲の付着可能性を有する。
一般的に式11A、22Aおよび33Aにより表されるモノマを用いて、本明細書で記載される重合プロセスを使用すると、下記で示される一般構造により表されるポリマにつながり、
Figure 2015131974
式中、重合混合物に添加されたモノマの比に基づき計算されると、mは、約85〜約93mol%の範囲であり、nは約1〜約10mol%の範囲であり、pは約1〜約10mol%の範囲である。式40Aのポリマ構造内の波状結合は構造単位の互いへのランダム付着を表すために含められ、ここで、式1Aの構造単位は、別の式1Aの構造単位、式2Aの構造単位、または式3Aの構造単位に付着させることができ、式2Aおよび3Aの構造単位は、同じ範囲の付着可能性を有する。
架橋ポリマは、一般的に重合条件に供せられた重合混合物の反応生成物である。重合混
合物はまた、ポリマ中に化学的に組み込まれない成分を含む場合がある。架橋ポリマは典型的には、フルオロ基および保護された酸性基を含み、これは、少なくとも2つ、任意選択で3つの異なるモノマ単位の重合生成物であり、ここで1つのモノマはフルオロ基および保護された酸性基を含み、他のモノマは二官能性アリーレンモノマまたは二官能性アルキレン、エーテル−またはアミド−含有モノマ、またはその組み合わせである。より具体的には、架橋ポリマは(i)式11および22、(ii)式11および33、または(iii)式11、22、および33のモノマを含む重合混合物の反応生成物とすることができる。式11、22、および33のモノマは、一般的に下記により表され、
Figure 2015131974
式中、RおよびRは式1に関連して規定される通りであり、Xは式2に関連して規定される通りであり、Xは式3に関連して規定される通りであり、A11は任意選択で保護されたカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基である。好ましい実施形態では、A11は保護されたカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基である。(i)式11および22、(ii)式11および33、または(iii)式11、22、および33のモノマを含む重合反応生成物は、任意選択で保護された酸性基を有し、式10に対応する単位ならびに式2および3に対応する単位を含むポリマを含む。保護された酸性基を有するポリマ生成物は加水分解させることができ、保護されていない酸性基を有し、式1、2、および3に対応する単位を含むポリマを形成する。一般的に式10により表される構造単位は、下記構造を有し、
Figure 2015131974
式中、R、R、およびA11は、式11に関連して規定される通りである。
架橋ポリマがモノマの重合混合物の反応生成物である本発明の方法のいずれかの好ましい実施形態では、A11は保護されたカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基である。重合反応で形成されたポリマは、保護されたカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基を含む。
1つの実施形態では、反応混合物は、(i)式11および22、(ii)式11および33、または(iii)式11、22、および33に対応するモノマの総重量に基づき、少なくとも約85wt%または約80wt%〜約95wt%の式11に対応するモノマを含む。加えて、反応混合物は、(i)式11および22、(ii)式11および33、または(iii)式11、22、および33に対応するモノマの総モル数に基づき、少なくとも約0.87または約0.87〜約0.94のモル分率を有する式11の単位を含むことができる。
1つの実施形態では、重合反応混合物は、式11、22、および33のモノマを含み、約4:1〜約1:4、約2:1〜1:2、または約1:1の、式22に対応するモノマの式33に対応するモノマに対する重量比を有する。加えて、この混合物は、約0.2:1〜約7:1、0.2:1〜3.5:1、約0.5:1〜約1.3:1、約0.8:1〜約0.9:1、または約0.85:1の、式22モノマの式33のモノマに対するモル比を有することができる。
特定の架橋ポリマは、(i)式11および22、(ii)式11および33、または(iii)式11、22、および33のモノマを含む重合混合物の反応生成物である。モノマは、一般的に下記構造を有する式11A、22A、および33Aにより表され、
Figure 2015131974
式中、アルキルは、好ましくはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、またはtert−ペンチルから選択される。最も好ましくは、アルキル基はメチルまたはtert−ブチルである。−O−アルキル部分はカルボキシル部分を重合反応中に他の反応性部分と反応しないように保護し、下記でより詳細に記載されるように加水分解により除去することができる。式11A中のアルキルは、好ましくはメチルまたはエチルである。
さらに、重合反応混合物は、(i)式11Aおよび22A、(ii)式11Aおよび33A、または(iii)式11A、22A、および33Aにより一般的に表されるモノマの総重量に基づき、少なくとも約85wt%または約80wt%〜約95wt%の、式11Aに対応するモノマを含む。加えて、反応混合物は、(i)式11Aおよび22A、(ii)式11Aおよび33A、または(iii)式11A、22A、および33Aにより一般的に表されるポリマ中に存在するモノマの総モル数に基づき、少なくとも約0.87または約0.87〜約0.94または約0.9〜約0.92のモル分率を有する式11Aの単位を含むことができる。
場合によっては、反応混合物は、式11、22、および33のモノマを含み、式22Aにより一般的に表されるモノマの式33Aにより一般的に表されるモノマに対する重量比は約4:1〜約1:4または約1:1である。また、この混合物は、約0.2:1〜約7:1、約0.2:1〜約3.5:1、約0.5:1〜約1.3:1、約0.8:1〜約0.9:1、または約0.85:1の、式22Aのモノマの式33Aのモノマに対するモル比も有する。
ポリマ中に組み込まれることが意図されない重合混合物中の追加の成分を含むそれらの重合反応では、そのような追加の成分は典型的には、界面活性剤、溶媒、塩、緩衝剤、水相重合防止剤および/または当業者に知られている他の成分を含む。重合開始剤を使用することができ、様々なクラスの開始剤から選択することができる。例えば、熱への暴露に
よりポリマ模倣ラジカルを生成する開始剤としては、過酸化物、過硫酸塩またはアゾ型開始剤(例えば、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)、過酸化ラウロイル、tert−ブチルヒドロペルオキシド、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、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)、2,2’−アゾビス(2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン)、(2,2’’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、t−ブチル−ペルオキシピバレートラウロイルペルオキシド(LPO)、またはその組み合わせが挙げられる。別のクラスのポリマ開始ラジカルは、酸化還元反応から生成されるラジカル、例えば過硫酸塩およびアミンである。界面活性剤は、アニオン、カチオン、非イオン、両性、双性イオン、またはその組み合わせからなる群より選択されてもよい。アニオン界面活性剤は、典型的には硫酸、スルホン酸またはカルボン酸アニオンに基づく。これらの界面活性剤としては、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、ラウリル硫酸アンモニウム、他のアルキル硫酸塩、ラウレス硫酸ナトリウム(またはラウリルエーテル硫酸ナトリウム(SLES))、N−ラウロイルサルコシンナトリウム塩、ラウリルジメチルアミン−オキシド(LDAO)、エチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)、ビス(2−エチルヘキシル)スルホスクシネートナトリウム塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、せっけん、脂肪酸塩、またはその組み合わせが挙げられる。カチオン界面活性剤は、例えば、第4級アンモニウムカチオンを含む。これらの界面活性剤は、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTABまたはヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド)、セチルピリジニウムクロリド(CPC)、ポリエトキシル化タローアミン(POEA)、塩化ベンザルコニウム(BAC)、塩化ベンゼトニウム(BZT)、またはその組み合わせである。双性イオンまたは両性界面活性剤としては、ドデシルベタイン、ドデシルジメチルアミンオキシド、コカミドプロピルベタイン、ココアンフォグリシナート、またはその組み合わせが挙げられる。非イオン界面活性剤としては、アルキルポリ(エチレンオキシド)、ポリ(エチレンオキシド)およびポリ(プロピレンオキシド)のコポリマ(市販名ポロキサマまたはポロキサミン)、アルキルポリグリコシド(オクチルグリコシド、デシルマルトシド、脂肪アルコール、セチルアルコール、オレイルアルコール、コカミドMEA、コカミドDEAを含む)、またはその組み合わせが挙げられる。
重合反応安定剤は、有機ポリマおよび無機微粒子安定剤からなる群より選択されてもよい。例としては、ポリビニルアルコール−コ−ビニルアセテートおよびその加水分解生成物の範囲、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリジノン、ポリアクリル酸の塩、セルロースエーテル、天然ガム、またはその組み合わせが挙げられる。緩衝剤は、例えば、4−2−ヒドロキシエチル−1−ピペラジンエタンスルホン酸、2−{[トリス(ヒドロキシメチル)メチル]アミノ}エタンスルホン酸、3−(N−モルホリノ)プロパンスルホン酸、ピペラジン−N,N’−ビス(2−エタンスルホン酸)、またはその組み合わせからなる群より選択されてもよい。重合反応塩は、塩化カリウム、塩化カルシウム、臭化カリウム、臭化ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、またはその組み合わせからなる群より選択されてもよい。
一般的に、連続プロセスは、図1で示されるように実施される。図1で示されるように、反応器30に添加する前に有機相(例えば、モノマ)を混合するミキサ10が存在する。ミキサ10は、当業者に知られている設計を有してもよく、例えば、静的ミキサであり、これは可動部品を有さず、空間のことを考えると最もよいので好ましい。ミキサ10へは様々な流入物、例えばモノマ11A、22Aおよび33Aがあり、これらについては上記で記載される。他の流入物としては、上記で記載される開始剤12、および/または当技術分野で知られている他の有機要素が挙げられる。ミキサ10と反応器30の間には、追加の設備、例えばポンプ、フィルタなどが存在し得るが、示されていない。その上、モノマ11A、22Aおよび33Aはミキサ10中にポンプで送り込まれてもよいが、そのようなポンプは示されていない。
図1はまた、容器20を示し、これは反応器30への水性供給物を混合するための容器である。容器20は、数字22、24、および26を含む様々な供給物を有し、水、重合塩、界面活性剤、および安定剤が含まれ、これらは全て、上記で列挙される。その上、反応器30に導入する前に十分混合するために、攪拌機28が容器20内で示される。容器20と反応器30の間には、追加の設備、例えばポンプ、フィルタなどが存在し得るが、示されていない。
反応器30は、図1において、ミキサ10および容器20からの供給物と共に示される。供給物はオリフィス34の上流32に導入され、混合される。1つの実施形態では、反応器30は栓流反応器である。反応器30について関連する設計要素としては、正しい比率での容器20からの水相29およびミキサ10からの有機相14の正確な供給が挙げられ、これらは上記で詳述されている。様々な設備は、適切に供給物14、29を計量することができ、ポンプ、圧力制御などが挙げられる。栓流反応器はオリフィス34を含み、これは有機相を水相中に分散させるようなサイズとされ、そのため分散(または懸濁)された粒子はポリマ生成物のための適正なサイズ分布(下記で記載)で存在する。栓流反応器は、乱流を引き起こす正しい範囲にあるパイプ直径を含み、よって、懸濁された有機物は、懸濁状態のままであり、重合が完了する前に合体しない。そのようなパイプ直径は当業者によって、周知の化学工学法を用いて計算することができる。栓流反応器はまた、ジャケット型温度制御装置(図示せず)を含むことができ、よって、反応熱は、懸濁液が、実質的に完全な反応進行が得られる時間/温度プロファイルに到達するように制御される。
反応器30の具体例としては、約20kg/hrのポリマの生成を有するミニプラント反応器が挙げられ、これは4.09mmのオリフィス直径を有する1/8”チューブ(スケジュール80)に基づき、100μmの平均粒子を提供する。別の具体例は、約295kg/hr(または220万kg/yr)のポリマの生成を有する、フルスケール反応器であり、これは、14.5mmのオリフィス直径を有する3/4”パイプ(スケジュール40)に基づき、100μmの平均粒子を提供する。第3の例は、477kg/hr(または355万kg/yr)のポリマの生成を有する、拡大フルスケール反応器であり、これは18.2mmのオリフィス直径を有する1”パイプ(スケジュール40)に基づき、100μmの平均粒子を提供する。
オリフィス設計は当業者に知られており、全オリフィスサイズを含む1つ以上の穴が挙げられる。オリフィス穴は、当業者は、せん断および液滴サイズの制御に基づき理解するであろうように、テーパ付きまたはまっすぐなどのように成形されてもよい。反応器30は、束の複数のパイプを含む1つ以上のパイプを含むことができる。反応器30は、粒子形成および熱伝導のための一定の乱流を維持するように設計することができる。1つの好ましい実施形態では、栓流反応器はシェル内に封入された単一の反応器を形成する一束のチューブを含むことができる。
図1はまた、反応器30からかくはん槽型反応器40に行く出口ストリーム32を示す。出口ストリーム32は、選択した反応器によって所望のポリマを含むスラリーであってもよい。かくはん槽型反応器40は、ポリマ粒子の凝集を防止し、反応を完了させることができる。かくはん槽型反応器40はまた、より多くの連続供給物を出口42を通して追加の下流設備(図示せず)に送ることを可能にし、下流設備はバッチまたは連続プロセスであってもよい。
重合は、例えば、一般的に約0℃〜約100℃の範囲内、より好ましくは約 50〜70℃の範囲内含む、最高90℃までの後反応温度をともなう、重合条件下で実施される。
反応圧力は、当業者に知られている標準重合条件であり、反応温度を考慮すると、モノマが液相中に確実にとどまるのに十分なもの(例えば、大気圧より大きい)である。静的ミキサおよび連続反応器の両方の構成材料は、プロセス流体による腐食を受けにくい材料であるべきである。
架橋ポリマは、実質的に球状の粒子の形態である。本明細書で使用される場合、「実質的に」という用語は、一般的に約1.0〜約2.0の平均アスペクト比を有する丸い粒子を意味する。アスペクト比は、粒子の最大長さ寸法の粒子の最小長さ寸法に対する比である。アスペクト比は、当業者により容易に判定されるかもしれない。この定義は、定義により1.0のアスペクト比を有する球状粒子を含む。いくつかの実施形態では、粒子は、約1.0、1.2、1.4、1.6、1.8または2.0の平均アスペクト比を有する。粒子は、ある倍率で観察されると、円形または楕円形であってもよく、視野は、粒子直径の少なくとも2倍である。
架橋ポリマ粒子は、約20μm〜約200μmの平均直径を有する。特定の範囲は、架橋粒子が約20μm〜約200μm、約20μm〜約150μm、または約20μm〜約125μmの平均直径を有するものである。他の範囲としては、約35μm〜約150μm、約35μm〜約125μm、または約50μm〜約125μmが挙げられる。平均直径、分布などを含む粒子サイズは、当業者に知られている技術を使用して決定することができる。例えば、米国薬局方(USP)<429>は、粒子サイズを決定するための方法を開示する。
様々な架橋ポリマ粒子はまた、約4容積パーセント未満の、約10μm未満の直径を有する粒子、特に、約2容積パーセント未満の、約10μm未満の直径を有する粒子、より特定的には、約1容積パーセント未満の、約10μm未満の直径を有する粒子、さらにより特定的には、約0.5容積パーセント未満の、約10μm未満の直径を有する粒子を有する。他の場合では、特定の範囲は、約4容積パーセント未満の、約20μm未満の直径を有する粒子、約2容積パーセント未満の、約20μm未満の直径を有する粒子、約1容積パーセント未満の、約20μm未満の直径を有する粒子、約0.5容積パーセント未満の、約20μm未満の直径を有する粒子、約2容積パーセント未満の、約30μm未満の直径を有する粒子、約1容積パーセント未満の、約30μm未満の直径を有する粒子、約1容積パーセント未満の、約30μm未満の直径を有する粒子;約1容積パーセント未満の、約40μm未満の直径を有する粒子;または約0.5容積パーセント未満の、約40μm未満の直径を有する粒子である。様々な実施形態では、架橋ポリマは、約5容積%以下の粒子は約30μm未満の直径を有し(すなわち、D(0.05)<30μm)、約5容積%以下の粒子は、約250μm超の直径を有し(すなわち、D(0.05)>250μm)、かつ少なくとも約50容積%の粒子は、約70〜約150μmの範囲の直径を有する、粒子サイズ分布を有する。
架橋ポリマの粒子分布はスパンとして記載することができる。粒子分布のスパンは(D(0.9)−D(0.1))/D(0.5)として規定され、ここで、D(0.9)は、レーザ回折により測定した場合、粒子の90%がその値未満の直径を有する値であり、D(0.1)は、粒子の10%がその値未満の直径を有する値であり、D(0.5)は、粒子の50%が、その値を超える直径を有し、粒子の50%がその値未満の直径を有する値である。粒子分布のスパンは典型的には約0.5〜約1、約0.5〜約0.95、約0.5〜約0.90、または約0.5〜約0.85である。粒子サイズ分布は、GEA Niro、Denmarkから入手可能なNiro Method No.A 8 d(2005年9月改訂)を用い、Malvern Mastersizerを使用して測定することができる。
本発明で使用される架橋ポリマはまた、乾燥粉末の形態にある場合、望ましい圧縮率およびかさ密度を有する。乾燥形態の架橋ポリマの粒子のいくらかは、約0.8g/cm〜約1.5g/cm、約0.82g/cm〜約1.5g/cm、約0.84g/cm〜約1.5g/cm、約0.86g/cm〜約1.5g/cm、約0.8g/cm〜約1.2g/cm、または約0.86g/cm〜約1.2g/cmのかさ密度を有する。
乾燥形態の架橋ポリマの粒子からなる粉末は、約3〜約15、約3〜約14、約3〜約13、約3〜約12、約3〜約11、約5〜約15、約5〜約13、または約5〜約11の圧縮性指数を有する。圧縮性指数は、100*(TD−BD)/TDとして規定され、ここで、BDおよびTDは、それぞれ、かさ密度およびタップ密度である。さらに、ポリマの粉末形態は、高カリウム血症を治療するために従来使用されるポリマよりも容易にその最小容積に落ち着く。これにより、かさ密度およびタップ密度(設定された回数のタッピング後に測定された粉末密度)の間に、かさ密度の約3%〜約14%、約3%〜約13%、約3%〜約12%、約3%〜約11%、約3%〜約10%、約5%〜約14%、約5%〜約12%、または約5%〜約10%の差が生じる。
一般的に、粒子形態のポリマは消化管から吸収されない。「非吸収性」という用語およびその文法的等価物は、投与されたポリマの全量が吸収されないことを意味することを意図しない。一定量のポリマが吸収される場合があることが予測される。特に、約90%以上のポリマは、吸収されず、より特定的には約95%以上は吸収されず、さらにより特定的には約97%以上は吸収されず、最も特定的には約98%以上のポリマは吸収されない。
消化管を表す生理的等張緩衝剤中でのポリマの膨潤比は、典型的には約1〜約7、特定的には約1〜約5、より特定的には約1〜約3、およびより具体的には、約1〜約2.5である。いくつかの実施形態では、本発明の架橋ポリマは、5未満、約4未満、約3未満、約2.5未満、または約2未満の膨潤比を有する。本明細書で使用される場合、「膨潤比」は、水性環境において平衡化された場合、そうでなければ溶媒和されない架橋ポリマ1gにより吸収される溶媒のグラム数を示す。1を超える膨潤測定が、所与のポリマに対し実施される場合、測定値の平均が膨潤比であるとされる。ポリマ膨潤はまた、溶媒を吸収した時の、そうでなければ溶媒和されないポリマの%重量増加により計算することができる。例えば、1の膨潤比は100%のポリマ膨潤に対応する。
有利な表面形態を有する架橋ポリマは、実質的に滑らかな表面を有する実質的に球状の粒子の形態のポリマである。実質的に滑らかな表面は、いくつかの異なる表面特徴にわたって、およびいくつかの異なる粒子にわたってランダムに決定される表面特徴の山〜谷の平均距離が、約2μm未満、約1μm未満、または約0.5μm未満である表面である。典型的には、表面特徴の山と谷との間の平均距離は約1μm未満である。
表面形態は、粗さを測定するための技術を含むいくつかの技術を用いて測定することができる。粗さは、表面テクスチャの測定値である。これは実表面のその理想形態からの高低偏差により定量される。これらの偏差が大きい場合、表面は粗く、それらが小さい場合、表面は滑らかである。粗さは、典型的には、測定された表面の高周波数、短波長成分であると考えられる。例えば、粗さは、接触または非接触法を使用して測定されてもよい。接触法は、測定スタイラスを表面を横切ってドラッグさせることを含み;これらの計器としては、表面形状測定装置および原子間力顕微鏡(AFM)が挙げられる。非接触法としては、干渉法、共焦点顕微鏡法、静電容量および電子顕微鏡法が挙げられる。これらの方法は、Surface Roughness and Microtopography
by L. Mattson in Surface Characterizati
on, D. Brune, R. Hellborg, H.J. Whitlow,
O.Hunderi編, Wiley−VCH, 1997の第4章においてより詳細に記載される。
3次元測定のために、プローブを操り、表面上の2次元領域にわたって走査させる。データ点間の間隔は、両方向で同じでなくてもよい。表面粗さを測定するための別の方法は、試料粒子を破砕し、SEM顕微鏡写真を得るものである。このようにして、表面の側面図を得することができ、表面の起伏を測定することができる。
ポリマはそれらの特徴および特性に対し、様々な確立された試験手順を用いて試験されてもよい。例えば、%無機フッ化物は、組成物の乾燥試料をC−Waxと規定された割合で混合し、これをアルミニウムカップ中で、約40kNの力を用いてプレスすることによりペレットを作製することにより試験されてもよい。%フッ素量は、当業者に知られている方法により、例えば、Bruker AXS SRS 3400(米国ウィスコンシン州のブルッカー(Bruker))を用いて、X線蛍光により分析される。一般に、組成物中の無機フッ素の量は、組成物の総重量に基づき、25wt%未満、好ましくは20wt%未満である。
また、例えば、カリウム結合能力も、ポリマまたは組成物の特徴付けのために使用することができる。この例では、カリウム結合能力はインビトロで、約300mgのポリマの乾燥試料を計量し、40mLのねじぶたバイアルに移し、その後、計算された容積の200mM KCl溶液を添加し、20mg/mLの被験物質濃度を達成することにより実施される。バイアルは、2時間激しく振盪され、上清が0.45μmフィルタを通して濾過され、その後、水で1:20に希釈される。上清はカリウム濃度に対し、ICP−OESを介して分析され、カリウム結合が下記式を用いて計算される。
Figure 2015131974
治療が必要な患者に関連して使用される「治療」という用語は、治療的有用性を達成することを含む。治療的有用性により、治療される基礎疾患の根絶、寛解、または防止が意味される。例えば、高カリウム血症患者では、治療的有用性は基礎をなす高カリウム血症の根絶または寛解を含む。また、治療的有用性は、患者が依然として基礎疾患により苦しめられる可能性があるにもかかわらず、改善が患者において観察されるような基礎疾患に関連する1つ以上の生理的症状の根絶、寛解、または防止によっても達成される。例えば、カリウム結合ポリマを高カリウム血症患者に投与すると、患者の血清カリウムレベルが減少した場合だけでなく、腎不全のような高カリウム血症に伴う他の障害に関して患者に改善が見られた場合にも治療的有用性が提供される。いくつかの治療計画では、本発明の架橋ポリマまたは組成物は、高カリウム血症の診断がなされていないかもしれなくても、高カリウム血症を発症する危険のある患者または1つ以上の高カリウム血症の生理的症状が報告されている患者に投与されてもよい。
別記されない限り、単独で、または別の基の一部として本明細書で記載されるアルキル基は、1〜20個の炭素原子、好ましくは1〜8個の炭素原子を含む任意選択で置換された直鎖飽和一価炭化水素ラジカル、または3〜20個の炭素原子、好ましくは3〜8個の炭素原子を含む任意選択で置換された分枝飽和一価炭化水素ラジカルである。非置換アルキル基の例としては、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−
ブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、i−ペンチル、s−ペンチル、t−ペンチル、などが挙げられる。
本明細書で使用される場合、「アミド部分」という用語は、少なくとも1つのアミド結合(すなわち、
Figure 2015131974
)を含む二価(すなわち、二官能性)基、例えば−C(O)−NR−R−NR−C(O)−を表し、式中、RおよびRは独立して水素またはアルキルであり、Rはアルキレンである。例えば、アミド部分は、−C(O)−NH−(CH−NH−C(O)−とすることができ、式中、pは1〜8の整数である。
単独で、または別の基の一部として本明細書で使用される場合、「アリール」という用語は、任意選択で置換された一価芳香族炭化水素ラジカル、好ましくは環部分中に6〜12個の炭素を含む一価単環または二環基、例えばフェニル、ビフェニル、ナフチル、置換フェニル、置換ビフェニルまたは置換ナフチルを示す。フェニルおよび置換フェニルはより好ましいアリール基である。「アリール」という用語はまたヘテロアリールを含む。
「カルボン酸基」、「カルボキシル基」、または「カルボキシル」という用語は、一価ラジカル−C(O)OHを示す。pH条件によって、一価ラジカルは、−C(O)O形態(式中、Xはカチオンである)をとることができ、極めて近接する一価ラジカルのうちの2つは二価カチオンX2+と結合することができ、またはこれらの一価ラジカルおよび−C(O)OHの組み合わせが存在する。
本明細書で使用される場合、「シクロアルキル」という用語は、任意選択で、1つの環中に3〜8個の炭素原子および多環基中に20個までの炭素原子を含む任意選択で置換された環状飽和一価架橋または非架橋炭化水素ラジカルを示す。例示的な非置換シクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、アダマンチル、ノルボルニル、などが挙げられる。
別の基の一部として接尾辞として使用される「−エン(−ene)」という用語は、水素原子が、基の2個の末端炭素の各々、または、基が環状である場合、その環内の2つの異なる炭素原子の各々から除去された二価ラジカルを示す。例えば、アルキレンは二価アルキル基、例えばメチレン(−CH−)またはエチレン(−CHCH−)を示し、アリーレンは、二価アリール基、例えばo−フェニレン、m−フェニレン、またはp−フェニレンを示す。
本明細書で使用される場合、「エーテル部分」という用語は、少なくとも1つのエーテル結合(すなわち、−O−)を含む二価(すなわち、二官能性)基を表す。例えば、本明細書で規定される式3または33では、エーテル部分は−ROR−または−ROROR−とすることができ、式中、R、RおよびRは独立してアルキレンである。
単独で、または別の基の一部として本明細書で使用される場合、「ヘテロアリール」という用語は、5〜10個の環原子の、任意選択で置換された一価単環または二環芳香族ラジカルを示し、ここで、1つ以上、好ましくは1、2、または3個の環原子はN、O、およびSから独立して選択されるヘテロ原子であり、残りの環原子は、炭素である。例示的なヘテロアリール部分としては、ベンゾフラニル、ベンゾ[d]チアゾリル、イソキノリ
ニル、キノリニル、チオフェニル、イミダゾリル、オキサゾリル、キノリニル、フラニル、チアゾリル、ピリジニル、フリル、チエニル、ピリジル、オキサゾリル、ピロリル、インドリル、キノリニル、イソキノリニルなどが挙げられる。
単独で、または別の基の一部として本明細書で使用される場合、「ヘテロシクロ」という用語は、4〜8個の環原子の飽和または不飽和一価単環基を示し、ここで、1または2個の環原子は、N、O、およびSから独立して選択されるヘテロ原子(複数可)であり、残りの環原子は炭素原子である。加えて、複素環はフェニルまたはヘテロアリール環に縮合されてもよく、ただし、全体の複素環が完全に芳香族ではないことを条件する。例示的なヘテロシクロ基としては、上記ヘテロアリール基、ピロリジノ、ピペリジノ、モルホリノ、ピペラジノ、などが挙げられる。
本明細書で使用される場合「炭化水素」という用語は、排他的に元素炭素および水素のみからなる化合物またはラジカルを説明する。
「ホスホン酸基」または「ホスホニル」という用語は、一価ラジカル
Figure 2015131974
を示す。
「リン酸基」または「ホスホリル」という用語は、一価ラジカル
Figure 2015131974
を示す。
別の基の一部として本明細書で使用される場合、「保護された」という用語は、化合物の保護された部分での反応をブロックし、一方、化合物の他の置換基を妨害しないように十分穏和な条件下で容易に除去される基を示す。例えば、保護されたカルボン酸基−C(O)OPまたは保護されたリン酸基−OP(O)(OH)OPまたは保護されたホスホン酸基−P(O)(OH)OPはそれぞれ、酸性基の酸素と関連する保護基Pを有し、ここで、Pはアルキル(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、i−ペンチル、s−ペンチル、t−ペンチル、など)、ベンジル、シリル(例えば、トリメチルシリル(TMS)、トリエチルシリル(TES)、トリイソプロピルシリル(TIPS)、トリフェニルシリル(TPS)、t−ブチルジメチルシリル(TBDMS)、t−ブチルジフェニルシリル(TBDPS)などとすることができる。様々な保護基およびその合成が、T.W. Greene and P.G.M. Wutsによる“Protective Groups in Organic Synthesis”, John Wiley & Sons, 1999において見いだされるかもしれない。「保護された」という用語が可能な保護される基のリストを導入する場合、その用語はその群の全てのメンバーに適用されることが意図される。すなわち、「保護されたカルボキシル基、ホスホン酸基またはリン酸基」という句は、「保護されたカルボキシル基、保護されたホスホン酸基また
は保護されたリン酸基」として解釈されるべきである。同様に、「任意選択で保護されたカルボキシル基、リン酸基またはホスホン酸基」という句は、「任意選択で保護されたカルボキシル基、任意選択で保護されたホスホン酸基または任意選択で保護されたリン酸基」として解釈されるべきである。
「置換アリール」、「置換アルキル」などにおける「置換」という用語は、問題になっている基(すなわち、アルキル、アリールまたはその用語に続く他の基)において、炭素原子に結合された少なくとも1つの水素原子が、1つ以上の置換基、例えばヒドロキシ(−OH)、アルキルチオ、ホスフィノ、アミド(−CON(R)(R)(式中、RおよびRは独立して水素、アルキル、またはアリールである)、アミノ(−N(R)(R)、式中RおよびRは独立して水素、アルキル、またはアリールである)、ハロ(フルオロ、クロロ、ブロモ、またはヨード)、シリル、ニトロ(−NO)、エーテル(−OR、式中、Rはアリールまたはアルキルである)、エステル(−OC(O)R、式中、Rはアリールまたはアルキルである)、ケト(−C(O)R、式中、Rはアリールまたはアルキルである)、ヘテロシクロ、などで置換されていることを意味する。「置換」という用語が可能な置換される基のリストを導入する場合、その用語はその群の全てのメンバーに適用されることが意図される。すなわち、「任意選択で置換されたアルキルまたはアリール」という句は、「任意選択で置換されたアルキルまたは任意選択で置換されたアリール」として解釈されるべきである。
本発明を詳細に記載してきたが、添付の特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱せずに改変および変化が可能であることは明らかであろう。上記方法において本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更が可能であるので、上記説明において含まれる全ての内容は、例示であり、制限するものではないと解釈されるべきであることが意図される。
本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、以下が提供される。
(項1)
架橋ポリマを調製するための連続プロセスであって、前記架橋ポリマは、式1および2、式1および3、または式1、2、および3に対応する構造単位を含み、
式1、式2、および式3は下記構造により表され、
Figure 2015131974
式中、
およびR はそれぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、またはアリールであり、
はカルボンキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基であり、
はアリーレンであり、
はアルキレン、エーテル部分、またはアミド部分である、連続プロセス。
(項2)
式1および2、式1および3、または式1、2、および3に対応する構造単位を含む架橋ポリマを調製するための連続プロセスであって、
式1、式2、および式3は下記構造により表され、
Figure 2015131974
式中、
およびR はそれぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、またはアリールであり、
はカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基であり、
はアリーレンであり、
はアルキレン、エーテル部分、またはアミド部分である、連続プロセス。
(項3)
式1、式2、および式3により表される前記構造単位は、下記構造により表される、
Figure 2015131974
上記項1または2に記載のプロセス。
(項4)
前記ポリマは、式1、2および3に対応する構造単位を含む、上記項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
(項5)
(i)式1に対応する構造単位は、前記重合反応において使用されるモノマ量から計算された前記ポリマ中の式1、2、および3の構造単位の総重量に基づき、少なくとも約85wt%を占め、前記式2に対応する構造単位の前記式3に対応する構造単位に対する重量比は約4:1〜約1:4であるか、または
(ii)前記ポリマ中の式1の構造単位のモル分率は、前記重合反応において使用されるモノマ量から計算された式1、2、および3の構造単位の総モル数に基づき、少なくとも約0.87であり、前記式2の構造単位の前記式3の構造単位に対するモル比は、約0.2:1〜約7:1であるかのいずれかである、上記項1〜4のいずれか一項に記載のプロセス。
(項6)
前記ポリマは、式1および2に対応する構造単位を含む、上記項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
(項7)
前記ポリマは、式1および3に対応する構造単位を含む、上記項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
(項8)
架橋ポリマを調製するための連続プロセスであって、前記架橋ポリマは、架橋ポリマは(i)式11および22、(ii)式11および33、または(iii)式11、22、および33のいずれかのモノマを含む重合混合物の反応生成物であり、
式11、22、および33は、下記構造により表され、
Figure 2015131974
式中、
およびR はそれぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、またはアリールであり、
11 は任意選択で保護されたカルボキシル基、ホスホン酸基、またはリン酸基であり、
はアリーレンであり、
はアルキレン、エーテル部分、またはアミド部分である、連続プロセス。
(項9)
式11、式22、および式33は、下記構造により表され、
Figure 2015131974
式中、アルキルは本明細書で規定される通りである、上記項8に記載のプロセス。
(項10)
前記重合混合物はさらに重合開始剤を含む、上記項1〜9のいずれか一項に記載のプロセス。
(項11)
さらに連続反応器を含み、水相および有機相が前記反応器に供給される、上記項1〜10のいずれか一項に記載のプロセス。
(項12)
前記有機相は、前記反応器に供給される前にミキサ内で混合されたモノマ混合物を含む、上記項11に記載のプロセス。
(項13)
前記水相は、前記反応器に供給される前に混合された水、界面活性剤および塩の混合物を含む、上記項11に記載のプロセス。
(項14)
前記反応器は栓流反応器である、上記項11に記載のプロセス。
(項15)
前記栓流反応器は加えて、オリフィス板を備える、上記項14に記載のプロセス。
(項16)
前記オリフィス板は、実質的に球状であるポリマ粒子を生成するようなサイズおよび形状とされた1つ以上のオリフィスを有する、上記項15に記載のプロセス。
(項17)
加えて、前記反応器からの出口ストリームを受け入れるための連続かくはん槽型反応器を備える、上記項11〜15のいずれかに記載のプロセス。
(項18)
前記ポリマは、架橋された(2−フルオロアクリレート)−ジビニルベンゼン−1,7−オクタジエンポリマである、上記項1〜17のいずれか一項に記載のプロセス。

Claims (1)

  1. 明細書または図面に記載の発明
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