JP2018127581A - 分子サイズ認識可能な新規ケミカルプローブおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】標的分子の化学構造を特異的に認識し、かつ結合した標的分子を含めた自身の大きさに応じて呈色する、ポリフェニルアセチレン系ポリマーを提供すること。【解決手段】一般式（１）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーを提供する。【化１】【選択図】図３
Description
本発明は、新規なポリフェニルアセチレン化合物およびその製造方法に関する。
標的分子と化学的に相互作用をするケミカルプローブが開発されており、そのようなケミカルプローブは、標的分子の化学構造を特異的に認識すること、プローブの検出または認識性、コストが低いこと等が求められている。
ポリフェニルアセチレンはらせん構造を有するパイ共役ポリマーであり、アセチレン基の側鎖に官能基またはポリマー鎖を導入することで様々な機能性の発現が期待されている。例えば特許文献１は、導電性に優れ、溶媒処理や加圧処理により色が変化する有用なフェニルアセチレン系ポリマーについて記載している。また、非特許文献１は、スルホアミド基を有するポリフェニルアセチレンを用いたアニオンの認識について記載している。
しかしながら、特許文献１のフェニルアセチレン系ポリマーは化学構造を特異的に認識するケミカルプローブとしての役割を果たすものではない。
非特許文献２は、２−ビニルオキシエチル４−エチニル安息香酸（ＰＡＶＥ）のトリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）付加物であるＰＡＶＥ−ＴＦＡを開始剤としてリビングカチオン重合を行い、イソブチルビニルエーテルとのマクロモノマーを合成し、これをＲｈ触媒を用いて重合することによるポリフェニルアセチレンの主鎖とポリビニルイソブチルビニルエーテルの側鎖からなるブラシ型ポリマーの合成について開示している。しかしながら、非特許文献２に記載の製造方法では、フェニルアセチレン骨格の重合度が１０未満と小さいフェニルアセチレン系ポリマーしか合成できず、かかるフェニルアセチレン系ポリマーは側鎖の鎖長に応じて呈色が変化することはないため、ケミカルプローブとしての役割を果たすものではない。
Macromolecules, 2009, 42(12), pp 3892-3897
J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2014, 52, 2800-2805
本発明は、標的分子の化学構造を特異的に認識し、かつ結合した標的分子を含めた自身の大きさに応じて呈色するポリフェニルアセチレンを提供することを課題とする。
本発明者らは、主鎖であるポリフェニルアセチレンにポリビニルエーテルを側鎖としてカチオン重合する新規な方法によりポリフェニルアセチレンを合成したところ、得られた重合体の吸収色がポリビニルエーテルの分子量（大きさ）に依存して変化することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
項１．下記一般式（１）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマー。
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚは水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎは５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。）
項２．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4が水素、メチルまたはハロゲンであり、Ｚが炭素数１〜６の炭化水素基であり、Ａが炭素数１〜６（該炭素数にはカルボキシル基の炭素を含まない）のカルボン酸エステルである項１に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚは水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎは５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。）
項２．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4が水素、メチルまたはハロゲンであり、Ｚが炭素数１〜６の炭化水素基であり、Ａが炭素数１〜６（該炭素数にはカルボキシル基の炭素を含まない）のカルボン酸エステルである項１に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
項３．下記一般式（２）で表される項１に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
（式中、Ｚは炭素数１〜６個のアルキルであり、
Ａは炭素数１〜６の炭化水素基または炭素数１〜６（該炭素数にはカルボキシル基の炭素を含まない）のカルボン酸エステルである。）
項４．Ａはマロン酸ジエステルである項１〜３のいずれか一項に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
Ａは炭素数１〜６の炭化水素基または炭素数１〜６（該炭素数にはカルボキシル基の炭素を含まない）のカルボン酸エステルである。）
項４．Ａはマロン酸ジエステルである項１〜３のいずれか一項に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
項５．下記一般式（３）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマー。
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚ1およびＺ2は、それぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎ1は５以上の整数であり、
ｎ1は５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。）
項６．Ｚ1およびＺ2のうちの少なくとも一方が、糖、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、または核酸と相互作用する部分を有する項５に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚ1およびＺ2は、それぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎ1は５以上の整数であり、
ｎ1は５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。）
項６．Ｚ1およびＺ2のうちの少なくとも一方が、糖、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、または核酸と相互作用する部分を有する項５に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
項７．下記一般式（４）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーに、ポリビニルエーテルを（リビングカチオン）重合させることからなる、一般式（１）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーの製造方法。
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚは水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎは５以上の整数であり、
Ａは、水素、メチル基、またはメトキシ基である。）
項８．項１〜６のいずれかに記載のポリフェニルアセチレン系ポリマーを含む、リガンドと相互作用するケミカルプローブ。
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚは水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎは５以上の整数であり、
Ａは、水素、メチル基、またはメトキシ基である。）
項８．項１〜６のいずれかに記載のポリフェニルアセチレン系ポリマーを含む、リガンドと相互作用するケミカルプローブ。
項９．項１〜６のいずれかに記載のポリフェニルアセチレン系ポリマーを含む、リガンドとの結合により呈色が変化する呈色性材料。
本発明によれば、ポリビニルエーテル側鎖の構造及び大きさを変更することで、精密かつ柔軟に分子設計されたポリフェニルアセチレン系ポリマーを得ることができる。かかるポリフェニルアセチレン系ポリマーは、リガンド、リガンドと相互作用する呈色により認識可能なケミカルプローブとして、またはリガンドとの結合により呈色が変化する呈色性材料として、使用することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変形を加えた態様で実施できるものである。
（Ｉ）ポリフェニルアセチレン系ポリマー
本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、ポリビニルエーテル（polyVE）を側鎖に有し、ラセン構造を有するポリフェニルアセチレン（polyPhA）を主鎖に有するパイ共役ポリマーである。
本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、ポリビニルエーテル（polyVE）を側鎖に有し、ラセン構造を有するポリフェニルアセチレン（polyPhA）を主鎖に有するパイ共役ポリマーである。
ポリフェニルアセチレン系ポリマーは、ポリビニルエーテル（polyVE）を側鎖に有し、ラセン構造を有するポリフェニルアセチレン（polyPhA）を主鎖に有するパイ共役ポリマーである。
具体的には、本発明は、下記一般式（１）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーを包含する。
式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚは水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎは５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚは水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎは５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｚ、およびＡが炭化水素基である場合、炭化水素基としては、アルキル基、アラルキル基、シクロアルキルアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基等が挙げられ、中でもアルキル基が好ましい。アルキル基としては直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は１〜６個であることが好ましい。例えばアルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基でもよいが、炭素数４以上のもの、例えばブチル基、イソブチル基、３ −メチルブチル基、２−メチルブチル基、ヘキシル基等でもよい。
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｚ、およびＡがヘテロ原子を含む置換基である場合、該置換基としては、脂肪族、中でも飽和脂肪族系のものが好ましく、このようなものとしては、例えばアルコキシ基（メトキシ、エトキシ、プロポキシ等）、第１級ないし第３級のアルキルアミノ基、アルキルエーテル基、ヒドロキシアルキル基、アルキルチオ基、アシロキシ基、アルキルカルボン酸エステル、アルキルカルボン酸アミド基、Ｎ−アルキルカルバモイル基、Ｎ ，Ｎ−ジアルキルカルバモイル基、アルキルスルホニル基、ハロゲン化アルキル基等が挙げられる。ヘテロ原子としては、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）；フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン等が挙げられる。置換基の炭素数は１〜６個であることが好ましい。
ｍは１０以上の整数であり、１０以上がより好ましい。ｍの上限は特に限定されないが、１０００以下であることが好ましい。
ｎは５以上の整数であり、１０以上がより好ましい。ｍの上限は特に限定されないが、１０００以下であることが好ましい。
一つの実施形態では、一般式（１）で表わされる上記ポリフェニルアセチレン系ポリマーにおいて、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4が水素、メチルまたはハロゲンであり、Ｚが炭素数１〜６の炭化水素基であり、Ａが炭素数１〜６（該炭素数にはカルボキシル基の炭素を含まない）のカルボン酸エステルである。Ａの該炭素数１〜６のカルボン酸エステルには、モノカルボン酸エステルおよびジカルボン酸エステルが含まれる。
ポリフェニルアセチレン系ポリマーはまた、下記一般式（２）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーであり得る。
式中、Ｚは炭素数１〜６個のアルキルであり、
Ａは炭素数１〜６の炭化水素基または炭素数１〜６（該炭素数にはカルボキシル基の炭素を含まない）のカルボン酸エステルである。
Ａは炭素数１〜６の炭化水素基または炭素数１〜６（該炭素数にはカルボキシル基の炭素を含まない）のカルボン酸エステルである。
ＺおよびＡは同一でも異なっていてもよい。
Ｚは例えば、メチル基、エチル基、プロピル、ブチル基、イソブチル基、３−メチルブチル基、２−メチルブチル基、ヘキシル基等でもよい。
Ａは例えば、メチル基、エチル基、プロピル、ブチル基、イソブチル基、３−メチルブチル基、２−メチルブチル基、ヘキシル基、フェニル基、エチニル基、ジエチルマロネート等でもよい。
ｍは１０以上の整数であり、１０以上がより好ましい。ｍの上限は特に限定されないが、１０００以下であることが好ましい。
ｎは５以上の整数であり、１０以上がより好ましい。ｍの上限は特に限定されないが、１０００以下であることが好ましい。
ポリフェニルアセチレン系ポリマーはまた、下記一般式（３）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーであり得る。
式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚ1およびＺ2は、それぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎ1は５以上の整数であり、
ｎ2は５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚ1およびＺ2は、それぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎ1は５以上の整数であり、
ｎ2は５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｚ1、Ｚ2、およびＡが炭化水素基である場合、炭化水素基としては、アルキル基、アラルキル基、シクロアルキルアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基等が挙げられ、中でもアルキル基が好ましい。アルキル基としては直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は１〜６個であることが好ましい。例えばアルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基でもよいが、炭素数４ 以上のもの、例えばブチル基、イソブチル基、３ −メチルブチル基、２−メチルブチル基、ヘキシル基等でもよい。
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｚ1、Ｚ2、およびＡがヘテロ原子を含む置換基である場合、該置換基としては、脂肪族、中でも飽和脂肪族系のものが好ましく、このようなものとしては、例えばアルコキシ基、第１級ないし第３級のアルキルアミノ基、アルキルエーテル基、ヒドロキシアルキル基、アルキルチオ基、アシロキシ基、アルキルカルボン酸エステル、アルキルカルボン酸アミド基、Ｎ−アルキルカルバモイル基、Ｎ ，Ｎ−ジアルキルカルバモイル基、アルキルスルホニル基、ハロゲン化アルキル基等が挙げられる。ヘテロ原子としては、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）；フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン等が挙げられる。置換基の炭素数は１〜６個であることが好ましい。
ｍは１０以上の整数である。ｍの上限は特に限定されないが、１０００以下であることが好ましい。
ｎ1およびｎ2は５以上の整数であり、１０以上がより好ましい。ｍの上限は特に限定されないが、１０００以下であることが好ましい。
一般式（３）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーは、一般式（１）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーの中のバリエーションの一つとも言える。Ｚ1およびＺ2のうちの少なくとも一方を、標的分子と相互作用する（特には結合する）部分または官能基を有するように構成することで、ケミカルプローブとして使用することができる。例えば、Ｚ1およびＺ2のうちの少なくとも一方が、糖、タンパク質（アミノ酸数１００個以上）、ペプチド（アミノ酸数２個以上１００個未満）、アミノ酸、または核酸と相互作用する（特には結合、さらには特異的に化学結合する）部分または官能基を有することで、かかる分子を検出することができる。糖にはグルコースが含まれる。タンパク質には抗原、酵素、ホルモン、サイトカイン等が含まれる。核酸にはＤＮＡ、ＲＮＡ等が含まれる。
一実施形態では、一般式（３）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーにおいて、Ｚ1およびＺ2のうちの少なくとも一方が、ポリフェニルアセチレン系ポリマーの特性を改善する部分または官能基を有し、Ｚ1およびＺ2のうちの少なくとも一方の他方が標的分子と相互作用する部分または官能基を有する。ポリフェニルアセチレン系ポリマーの特性を改善する部分または官能基は、例えばポリフェニルアセチレン系ポリマーの水溶性を高めるべく酸素原子や水酸基を導入すること等を指す。例えば、ポリフェニルアセチレン系ポリマーの水溶性を高めれば、生体内等の水系の環境でより効果的に該ポリマーを作用させることができる。
上記のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、リガンドと相互作用するケミカルプローブとして使用することができるため、かかるポリフェニルアセチレン系ポリマーからなるケミカルプローブも本発明に包含される。リガンドは例えば標的分子としての化学物質である。
本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、標的分子である対象化合物に含まれる特定の化学構造と相互作用する部分または官能基をパイ共役高分子に組み込んだ構造を有するため、対象化合物を特異的に高感度に認識する。さらに、対象化合物との結合後、対象化合物の大きさによりポリフェニルアセチレン系ポリマーの吸収色または発光色が変化する。
理論に束縛されるわけではないが、本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、側鎖としてビニルエーテルポリマー鎖を高密度に有するブラシ状ポリマーであり、光を吸収する主鎖のポリフェニルアセチレンが、多数のポリマー鎖で覆われているため、側鎖の分子量が大きくなることで嵩高くなり、側鎖間の立体的な反発によって主鎖のポリフェニルアセチレンの立体構造変化が誘起され、吸収色が変化すると考えられる。
よって本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、対象化合物の「化学構造」と「分子の大きさ」の両方を認識して呈色する、これまでに報告例のない画期的なケミカルプローブである。
（ＩＩ）本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーの製造方法
本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーの製造方法について以下に説明する。なお、説明の目的で、一般式（１）においてＲ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4が水素、Ｒ5がＣ2Ｈ4、Ａがジエチルマロネートである化合物を用いて説明する。
本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーの製造方法について以下に説明する。なお、説明の目的で、一般式（１）においてＲ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4が水素、Ｒ5がＣ2Ｈ4、Ａがジエチルマロネートである化合物を用いて説明する。
まず、下記のスキームに示すように、最初に、フェニル基の４位にビニルエーテル（VE）を有するフェニレンアセチレン（PhA）の誘導体に、カルボン酸をVE部位選択的に付加させ、２−ビニロキシエトキシ ４−エチニル安息香酸エステル・カルボン酸付加体（PhAVE-AcOH）（Ｉ） （下記スキームでは（Ｉ）の化合物はカルボン酸が酢酸である場合を示す）を合成する。カルボン酸としては酢酸、プロピオン酸等の脂肪酸の炭素数４以下の短鎖カルボン酸、カプリル酸等の炭素数６〜１０の中鎖カルボン酸、炭素数１２以上の長鎖カルボン酸、トリフルオロ酢酸およびトリクロロ酢酸等のハロゲン化カルボン酸等が挙げられる。
次に、工程（１）において、原料モノマーであるPhAVE-AcOH （Ｉ）を、P(Ph-F)3 触媒の存在下、別途調製したロジウム錯体を触媒とし、乾燥N2 雰囲気下の溶媒中、所定の温度および時間、溶液重合することでポリ（２−（１−ビニロキシエトキシ）エチル ４−エチニル安息香酸エステル poly(PhAVE-AcOH)（ＩＩ）（下記スキームではポリ（２−（１−アセトキシエトキシ）エチル ４−エチニル安息香酸エステル）を得る。モノマー濃度は０．０００１〜 １０Ｍとする。ロジウム錯体としてはノルボルナジエンロジウム錯体、ビニルロジウム錯体等が挙げられる。重合温度は好ましくは−６０〜１００ ℃とし、重合時間は好ましくは１ 分〜４８時間とする。溶媒としては、特に制限されず、例えば炭化水素（ ヘキサン、ヘプタンのような脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメンのような芳香族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンのような脂環式炭化水素等）、ハロゲン化炭化水素（ クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタン等）、窒素化合物（ アセトニトリル、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロベンゼン、トリエチルアミン等）、エーテル（ ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、セロソルブ等） 、ケトン（ アセトン、メチルエチルケトン等）、脂肪酸（ 酢酸、無水酢酸等） 、エステル（ 酢酸エチル、乳酸エチル等）等が挙げられる。
工程（１）におけるモノマーの重合により、所望のポリフェニルアセチレン系ポリマー（ＩＩ）が得られる。
次に、工程（２）において、得られたpoly(PhAVE-AcOH)（ＩＩ）を多官能性高分子重合の開始剤（主鎖）とし、乾燥N2 雰囲気下の溶媒中、EtAlCl2/ジオキサンを活性化剤 / 添加塩基とする重合系において、ビニルエーテル（スキーム中ではイソブチルVE（IBVE））のリビングカチオン重合を所定の温度および時間行い、ビニルエーテルを重合し、本発明のポリビニルエーテルがグラフト重合されたポリフェニルアセチレン（スキーム中ではpolyPhA-g-polyIBVE）（ＩＩＩ）を得る。（ＩＩＩ）の化合物において、ビニルエーテル重合の末端はメチル基であるが、水素またはメトキシ基である場合もある。
重合温度は好ましくは−６０〜１００ ℃とし、重合時間は好ましくは１ 分〜４８時間とする。溶媒としては、特に制限されず、例えば炭化水素（ ヘキサン、ヘプタンのような脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメンのような芳香族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンのような脂環式炭化水素等） 、ハロゲン化炭化水素（クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタン等） 、窒素化合物（ アセトニトリル、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロベンゼン、トリエチルアミン等） 、エーテル（ ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、セロソルブ等） 、ケトン（ アセトン、メチルエチルケトン等） 、脂肪酸（ 酢酸、無水酢酸等） 、エステル（ 酢酸エチル、乳酸エチル等） 等が挙げられる。
任意選択で、工程（３）において、本発明の一般式（Ｉ）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーのＡをさらに官能化して、官能化されたポリフェニルアセチレン系ポリマー（ＩＶ）を製造してもよい。例えば、本発明のポリビニルエーテルがグラフト重合されたポリフェニルアセチレン（ＩＩ）をモノカルボン酸エステル、ジカルボン酸エステル等と塩基下で反応（スキーム中ではマロン酸ジエチルとＮａH下で反応）させることにより、一般式（Ｉ）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーのＡをカルボン酸エステルで官能化することができる。このような官能化によりポリフェニルアセチレン系ポリマーに種々の機能性を付与することができる。
したがって本発明は、下記一般式（４）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーに、ポリビニルエーテルを（リビングカチオン）重合させることからなる、一般式（１）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーの製造方法を包含する。
式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、ｍ、ｎは一般式（１）に関して説明した通りである。
本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーの製造方法によれば、従来技術の製造方法では製造が困難であったフェニルアセチレン骨格の重合度が１０以上の、ポリフェニルアセチレン系ポリマーを製造することができる。
従って、従来の「化学構造」を認識するアプローチから発展して、これまでにない「化学構造」と「分子の大きさ」の両方を認識可能なケミカルプローブの創製が可能となる。リビング重合はこれまでに多くの研究例があり、幅広い分子設計が可能な合成手法であることから、多様の蛋白質マーカーの認識に応用可能である。
これまで複雑な蛋白質の認識に広く用いられてきた抗原抗体反応は、コスト面や操作性に課題があるが、本発明で提案するアプローチが新たな解決方法となり、在宅医療で必須となる簡便な診断手法が期待される。
（ＩＩＩ）ポリフェニルアセチレン系ポリマーの利用
上記のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、ポリビニルエーテル側鎖の構造及び大きさを変更することで、精密かつ柔軟に分子設計することができる。このため、本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、リガンドと結合して呈色が変化する呈色性材料として使用することができるし、リガンドと結合した当該ポリフェニルアセチレン系ポリマーを認識可能なケミカルプローブとして使用することもできる。
上記のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、ポリビニルエーテル側鎖の構造及び大きさを変更することで、精密かつ柔軟に分子設計することができる。このため、本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、リガンドと結合して呈色が変化する呈色性材料として使用することができるし、リガンドと結合した当該ポリフェニルアセチレン系ポリマーを認識可能なケミカルプローブとして使用することもできる。
上記のポリフェニルアセチレン系ポリマーは、リガンド、ポリフェニルアセチレン系ポリマー、および／またはリガンドと結合したポリフェニルアセチレン系ポリマーを認識可能なケミカルプローブとして、医療、薬学、バイオ、化学、材料等の分野で広く使用することができる。
例えば、ポリフェニルアセチレン系ポリマーを、特に生体内の標的分子である糖（グルコース等）、タンパク質（抗原、酵素、ホルモン、サイトカイン等）、ペプチド、アミノ酸、または核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ等）等の化学物質と相互作用する部分を有するように設計することで、かかる化学物質を特異的に検出できるケミカルプローブとして使用することができる。特に、疾患の指標分子である疾患マーカーを検出するように設計すれば、本発明のポリフェニルアセチレン系ポリマーを疾患の検出または診断のツールとして、使用することができる。
また、上記のポリフェニルアセチレン系ポリマーおよびその製造方法は、グラフトポリマー鎖由来の特性とパイ共役骨格由来の特性が協奏的に機能発現する新たな機能性材料の開発にも使用することができる。
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
実施例１ ビニルエーテルが重合されたポリフェニルアセチレンポリマーの合成
下記のスキーム１に示すように、最初に、フェニル基の４位にビニルエーテル（VE）を有するフェニレンアセチレン（PhA）の誘導体に、酢酸（AcOH）をVE 部位選択的に付加させることで、２−（１−アセトキシエトキシ）エチル ４−エチニル安息香酸エステル（PhAVE-AcOH） を合成した。続いて、PhAVE-AcOH をP(Ph-F)3 触媒の存在下、別途調製したRh 錯体1 を触媒とし、乾燥N2 雰囲気下トルエン中、0℃で24 時間重合することでpoly(PhAVE-AcOH)（Mn= 42,000, Mn/Mw = 1.04）を得た。1H NMR 解析した結果、cis-transoid PolyPhA 由来のピーク（δ=5.7 ppm，-(CH=CR)n-）、および、側鎖の1-(アセトキシ)エトキシ基（VE のAcOH 付加体残基）由来のピークが5.9 ppm に現れ、重合中に副反応を起こすことなくpoly(PhAVE-AcOH)が化学構造を保持していることを確認した。
下記のスキーム１に示すように、最初に、フェニル基の４位にビニルエーテル（VE）を有するフェニレンアセチレン（PhA）の誘導体に、酢酸（AcOH）をVE 部位選択的に付加させることで、２−（１−アセトキシエトキシ）エチル ４−エチニル安息香酸エステル（PhAVE-AcOH） を合成した。続いて、PhAVE-AcOH をP(Ph-F)3 触媒の存在下、別途調製したRh 錯体1 を触媒とし、乾燥N2 雰囲気下トルエン中、0℃で24 時間重合することでpoly(PhAVE-AcOH)（Mn= 42,000, Mn/Mw = 1.04）を得た。1H NMR 解析した結果、cis-transoid PolyPhA 由来のピーク（δ=5.7 ppm，-(CH=CR)n-）、および、側鎖の1-(アセトキシ)エトキシ基（VE のAcOH 付加体残基）由来のピークが5.9 ppm に現れ、重合中に副反応を起こすことなくpoly(PhAVE-AcOH)が化学構造を保持していることを確認した。
次に、得られたpoly(PhAVE-AcOH)を多官能性高分子重合開始剤として用い、乾燥N2雰囲気下、EtAlCl2 /ジオキサンを活性化剤 / 添加塩基とする重合系を用いて、イソブチルVE（IBVE）のリビングカチオン重合を-35 ℃で1時間行った（[1-(アセトキシ)エトキシ]0 /[IBVE]0 / [EtAlCl2] 0 / [ジオキサン] 0= 10 mM / 1.0 M / 25 mM / 2.0 M; [1-(アセトキシ)エトキシ]0 はpoly(PhAVE-AcOH)溶液に含まれる重合開始点の濃度に相当））。
生成したポリマーは有機溶媒に可溶であり、GPC解析した結果、Mn = 159,000, Mw / Mn = 1.05 の分子量分布の非常に狭いポリマーであることを確認した。さらに詳細な重合挙動を検討したところ、モノマー転化率に対し生成ポリマーのMn が直線的に増加し、全重合を通して狭い分子量分布
を保持していた（図１）。これらのことから、poly(PhAVE-AcOH)を高分子重合開始剤として用いた重合系において、IBVE がリビング的にグラフト重合したこと確認した。
そして、MeOH, EtOH の混合溶媒を用いた再沈殿により生成物を単離した後、1H NMR 解析した結果、5.7, 6.7, 7.6 ppm のpolyPhA由来のピークがブロード化するとともに、新たに0.9 ppm にpolyIBVE 由来のピークが見られた。以上の結果より、リビング配位重合とリビングカチオン重合を併用することで、PhA主鎖およびIBVE側鎖ともに構造が精密に制御されたポリイソブチルビニルエーテルがグラフトカチオン重合されたポリフェニルアセチレン（polyPhA-g-polyIBVE）の合成に成功した。
実施例２ polyIBVE 側鎖の鎖長の違いによる光吸収の変化の検討
polyPhA-g-polyIBVEのビニルエーテルの重合度（重合数）を変化させて、溶液色がpolyIBVE鎖長に依存して変化するかどうかを検討した。
実施例２ polyIBVE 側鎖の鎖長の違いによる光吸収の変化の検討
polyPhA-g-polyIBVEのビニルエーテルの重合度（重合数）を変化させて、溶液色がpolyIBVE鎖長に依存して変化するかどうかを検討した。
実施例１に従い、poly(PhAVE-AcOH)（ビニルエーテルの重合度０）、ビニルエーテルの重合度が１４、３８、５０、９９、１２０の（polyPhA-g-polyIBVE）を合成し、紫外可視分光光度計（SHIMADZU, UV-2550）により、紫外可視領域の波長における吸光度を測定した。
図２に示すように、poly(PhAVE-AcOH)（ビニルエーテルの重合度０）からビニルエーテルの重合度が１２０のものまでビニルエーテルの重合度を増大させると、フェニルアセチレン系ポリマーを含有する溶液は黄色から赤色に変わることが観察された。
これにより、グラフト鎖であるビニルエーテルの伸長によりポリフェニルアセチレンのらせんのピッチが変化したことが示唆された。
図３はビニルエーテルの重合前のpoly(PhAVE-AcOH)および重合度が９９のpolyPhA-g-polyIBVEのMn、Mw／Mn値、吸光度を示す。
図４は種々の重合度のpolyPhA-g-polyIBVEの吸光度を示す。これらの結果により、重合が進むとフェニルアセチレン系ポリマーの紫外可視領域の吸収が長波長側にシフトすることが示された。
実施例３ 溶媒の違いによる光吸収の変化の検討
本実施例では重合度が９９のpolyPhA-g-polyIBVEを、ヘキサン、酢酸エチル、トルエン、ジクロロメタンに溶解し、吸光度を測定した。
実施例３ 溶媒の違いによる光吸収の変化の検討
本実施例では重合度が９９のpolyPhA-g-polyIBVEを、ヘキサン、酢酸エチル、トルエン、ジクロロメタンに溶解し、吸光度を測定した。
結果を図５に示す。溶媒の違いにより、吸収スペクトルがわずかながら変化することが示された。
実施例４ レクチンを標的分子として特異的に結合可能なフェニルアセチレン系ポリマーの製造
下記のスキーム２に示すように、poly(PhAVE-AcOH)を多官能性高分子重合開始剤として用い、乾燥N2 雰囲気下、EtAlCl2/ジオキサンを活性化剤 / 添加塩基とする重合系を用いて、メトキシエトキシエトキシVE（MEEVE）とプロパルギルオキシエトキシエトキシVE（VEEP）とのリビングカチオン共重合を-35 ℃で1時間行った（[1-(アセトキシ)エトキシ]0 / [MEEVE] 0 / [VEEP]0 / [EtAlCl2] 0 / [ジオキサン] 0= 10 mM / 0.9 M / 0.1 M / 25 mM / 2.0 M; [1-(アセトキシ)エトキシ] 0 はpoly(PhAVE-AcOH)溶液に含まれる重合開始点の濃度に相当））。
実施例４ レクチンを標的分子として特異的に結合可能なフェニルアセチレン系ポリマーの製造
下記のスキーム２に示すように、poly(PhAVE-AcOH)を多官能性高分子重合開始剤として用い、乾燥N2 雰囲気下、EtAlCl2/ジオキサンを活性化剤 / 添加塩基とする重合系を用いて、メトキシエトキシエトキシVE（MEEVE）とプロパルギルオキシエトキシエトキシVE（VEEP）とのリビングカチオン共重合を-35 ℃で1時間行った（[1-(アセトキシ)エトキシ]0 / [MEEVE] 0 / [VEEP]0 / [EtAlCl2] 0 / [ジオキサン] 0= 10 mM / 0.9 M / 0.1 M / 25 mM / 2.0 M; [1-(アセトキシ)エトキシ] 0 はpoly(PhAVE-AcOH)溶液に含まれる重合開始点の濃度に相当））。
得られたポリマー（polyPhA-g-poly(MEEVE-co-VEEP)）にHuisgen反応を用いて保護基フリーのアジ化グルコース（Glu-N3）を反応させた後、透析を用いて精製した。生成物の1HNMR解析の結果、グルコース残基がほぼ定量的に導入されていることを確認した。
式（６）のフェニルアセチレン系ポリマーを得た。下記の式（６）の化合物中、ｘは５〜９５、ｙは９５〜５である。
式（６）のフェニルアセチレン系ポリマーには、分子の水溶性を高めるために水溶性オリゴオキシエチレン鎖を組み込むと共に、水溶性のポリビニルエーテル部分とは別にレクチンと結合するグルコースを付加したポリビニルエーテル部分を備えている。このため、式（６）のフェニルアセチレン系ポリマーは血液中に溶解し、血中のレクチンと特異的に結合することができると考えられる。
Claims (9)
- 下記一般式（１）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマー。
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚは水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎは５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。） - Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4が水素、メチルまたはハロゲンであり、Ｚが炭素数１〜６の炭化水素基であり、Ａが炭素数１〜６（該炭素数にはカルボキシル基の炭素を含まない）のカルボン酸エステルである請求項１に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
- 下記一般式（２）で表される請求項１に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
Ａは炭素数１〜６の炭化水素基または炭素数１〜６（該炭素数にはカルボキシル基の炭素を含まない）のカルボン酸エステルである。） - Ａはマロン酸ジエステルである請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
- 下記一般式（３）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマー。
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚ1およびＺ2は、それぞれ独立して水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎ1は５以上の整数であり、
ｎ1は５以上の整数であり、
Ａは、水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基である。） - Ｚ1およびＺ2のうちの少なくとも一方が、糖、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、または核酸と相互作用する部分を有する請求項５に記載のポリフェニルアセチレン系ポリマー。
- 下記一般式（４）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーに、ポリビニルエーテルを（リビングカチオン）重合させることからなる、一般式（１）で表されるポリフェニルアセチレン系ポリマーの製造方法。
ｍは１０以上の整数であり、
Ｒ5はＣpＨ2p（ｐは１以上２０以下）であり、
Ｚは水素、炭化水素基、ハロゲン、またはヘテロ原子を含む置換基であり、
ｎは５以上の整数であり、
Ａは、水素、メチル基、またはメトキシ基である。） - 請求項１〜６のいずれかに記載のポリフェニルアセチレン系ポリマーを含む、リガンドと相互作用するケミカルプローブ。
- 請求項１〜６のいずれかに記載のポリフェニルアセチレン系ポリマーを含む、リガンドとの結合により呈色が変化する呈色性材料。
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| JP2008063360A (ja) * | 2006-09-04 | 2008-03-21 | Kyoto Univ | ポリフェニルアセチレン系ポリマーおよびその製造方法、並びにフェニルアセチレン誘導体 |
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