JP4162064B2

JP4162064B2 - 多分岐高分子化合物およびその製造方法

Info

Publication number: JP4162064B2
Application number: JP25499298A
Authority: JP
Inventors: 芳孝山川; 充上田; 道彦浅井; 和彦竹内
Original assignee: JSR Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: JSR Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: JP2000086758A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な多分岐高分子化合物（以下「多分岐高分子」という）およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、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およびそれを工業的に製造する方法に関する。
【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「ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ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「ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ法」がある。一方、ＡＢ_ｘ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る。これらは多分岐高分子（ｈｙｐｅｒｂｒａｎｃｈｅｄｐｏｌｙｍｅｒ）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．，７７，１（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ＡＢ_２型モノマーを用い、一段階毎に単離精製を繰り返す製造工程が必要で、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．Ｃｈｅｍ．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ＡＢ_２型モノマーを用い、また一段階毎の単離精製の工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い、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、下記式（３）および（４）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３】

【化４】

【０００７】
また、本発明のもう１つは、上記の多分岐高分子を製造する方法であって、５−アミノイソフタル酸を、４−アミノフェニルプロピオン酸とともに、段階的に縮合させることにより、上記式（３）および（４）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以下である多分岐高分子を製造する方法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の多分岐高分子は、上記式（３）で表わされる基本繰り返し単位と上記式（４）で表わされる基本繰り返し単位からなる構造を有し、該重量平均分子量が２００以上で、かつ、分子量分布３以下の樹状分岐ポリマーである。
【０００９】
本発明の上記式（３）および（４）で表わされる各基本繰り返し単位の含量の比は特に制限されないが、上記式（３）で表わされる単位の含量が７０モル％を超えないことが好ましい。上記式（３）で表わされる単位の含量が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。
【００１０】
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。
【００１１】
製造方法１：
中心核となる、カルボン酸を１個以上有する芳香族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ＡＢ_２型モノマー（芳香族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、ＡＢ_２型モノマーのみではなく、ＡＢ型モノマー（芳香族アミノカルボン酸）をさらに用いることもできる。また、異なる構造のＡＢ_２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。
【００１２】
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芳香族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ＡＢ_２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、モノマーの芳香族カルボン酸の活性化、次のモノマーとの縮合を繰り返す。このモノマーの芳香族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、ＡＢ_２型モノマーのみではなく、ＡＢ型モノマー（芳香族アミノカルボン酸）をさらに用いることもできる。また、異なる構造のＡＢ_２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芳香族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。
【００１３】
本発明の製造方法では、ＡＢ_２型モノマーとして、５−アミノイソフタル酸が用いられる。
【００１４】
また、本発明の製造方法で用いることのできるＡＢ型モノマーとしては、４−アミノフェニルプロピオン酸を挙げることができる。
【００１５】
これらのＡＢ型モノマーは、ＡＢ_２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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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５００〜１，０００，０００、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。
【００２２】
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；ＡＢ_２型繰り返し単位のデンドリック単位（ｄｅｎｄｒｉｃｕｎｉｔ）の数
Ｔ；ＡＢ_２型繰り返し単位のターミナル単位（ｔｅｒｍｉｎａｌｕｎｉｔ）の数
Ｌ；ＡＢ_２型繰り返し単位のリニアー単位（ｌｉｎｅａｒｕｎｉｔ）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。
【００２３】
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、３，１００〜３，５００ｃｍ^−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きる。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。
【００２４】
本発明の多分岐高分子は、上記のように、上記式（３）および（４）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ＡＢ_２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。
【００２５】
【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（ＧＰＣ）（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。
【００２６】
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ＡＢ_２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（ＤＢＯＰ）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。
【００２７】
【化５】

【００２８】
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（０．６１８ｍｍｏｌ）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９９．１ｍｇ（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１６７．３μｌ（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（２．４ｍｍｏｌ）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３，２６０、分子量分布１．３９、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。その ^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを図１に示す。
【００２９】
実施例２
トリメシン酸２１．０１ｍｇ（０．１ｍｍｏｌ）をＮＭＰ１．２ｍｌに溶解させ、トリエチルアミン４１．８μｌ（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（０．３ｍｍｏｌ）、ＤＢＯＰを１１８．３５ｍｇ（０．３１ｍｍｏｌ）、３０分間攪拌。５−アミノイソフタル酸５４．３５ｍｇ（０．３ｍｍｏｌ）、２４時間攪拌。ＮＭＰ１．２ｍｌ、トリエチルアミン８３．６μｌ（０．６ｍｍｏｌ）、ＤＢＯＰを２３６．６９ｍｇ（０．６２ｍｍｏｌ）、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）、ＤＢＯＰを２３６．６９ｍｇ（０．６２ｍｍｏｌ）、３０分間攪拌。ｐ−アニシジン１４７．７９ｍｇ（１．２ｍｍｏｌ）、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。その ^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを、図２に示す。
【００３０】
実施例３
トリメシン酸２１．０１ｍｇ（０．１ｍｍｏｌ）をＮＭＰ１．２ｍｌに溶解させ、トリエチルアミン４１．８μｌ（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（０．３ｍｍｏｌ）、ＤＢＯＰを１１８．３５ｍｇ（０．３１ｍｍｏｌ）、３０分間攪拌。５−アミノイソフタル酸５４．３５ｍｇ（０．３ｍｍｏｌ）、２４時間攪拌。ＮＭＰ１．２ｍｌ、トリエチルアミン８３．６μｌ（０．６ｍｍｏｌ）、ＤＢＯＰを２３６．６９ｍｇ（０．６２ｍｍｏｌ）、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）、ＤＢＯＰ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。ＮＭＰ２．４ｍｌ、トリエチルアミン１６７．３μｌ（１．２ｍｍｏｌ）、ＤＢＯＰを５０５．５６ｍｇ（１．３２ｍｍｏｌ）、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１０，４４０、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）の構造の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。その ^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを、図３に示す。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の多分岐高分子は、保護基を持たないＡＢ_２型モノマーおよびＡＢ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。

Claims

下記式（３）および（４）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合物。
５−アミノイソフタル酸を、４−アミノフェニルプロピオン酸とともに、段階的に縮合させて、請求項１に記載の多分岐高分子化合物を得ることを特徴とする分岐高分子化合物の製造方法。