JP4510881B2 - 強化された拡大性と内部官能基性をもった樹枝状ポリマー - Google Patents

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Description

米国連邦政府による研究支援
本発明はThe Army Research Laboratoryとの契約によって米国国防総省により与えられたDAAL−01−1996−02−044号およびW911NF−04−2−0030号に基づく米国政府の支援により行われた。米国政府は本発明において一定の権利を保有するものとする。
本発明は樹枝状ポリマー(dendritic polymer、または樹木状ポリマー)の分野に関する。この分野においてその好適なポリマーの一例がデンドリマー(dendrimer)である。これらのポリマーは分子を捕捉し得る空虚の空間をもち、その表面の官能基はさらに反応を行うことができる。
従来法の説明
分岐したポリマーの開環反応
分岐したポリマー系を製造するための種々の開環反応は公知である。これらの方法のいくつかを下記に説明する。
開環反応を使用する重合反応、特に環式のエーテル、アミド、アジリジン、スルフィド、シロキサン、およびその他を、陰イオン性、陽イオン性または他の機構のいずれかにより使用する重合反応は良く知られている(非特許文献1)。しかし高度に分岐したポリマーの合成に開環重合反応を使用することはあまり知られていない。種々の超分岐ポリマー(hyperbranched polymer)の合成に開環重合反応を使用する研究が行われてきた。大部分の場合開環重合反応は伝統的なタイプのものであり、広い多分散度をもつ不規則な超分岐ポリマーを生じる。
超分岐ポリマーを製造するための開環重合反応の最初の例の一つはOdianおよびTomaliaの研究(非特許文献2)であり、この場合超分岐材料はオキサゾリンからつくられた。
開環反応は単一のイオン伝導体として直鎖または櫛形に分岐したポリエーテルをつくるのに用いられてきた(非特許文献3)。
超分岐したポリエーテルを得るために、塩基性条件下における2−ヒドロキシメチルオキセタンの開環重合反応が試みられた(非特許文献4)。
オキサゾリンの開環重合に関するD.A.Tomaliaの研究により超分岐したPEOXまたはPEIのポリマーが得られた(特許文献1〜3参照)。
超分岐した樹枝状の(dendritic)巨大分子は、コア(core)の所で開始剤を用いる多分岐重合法(MBP)を用いて製造された。これには例えばオキサジノンを用い反応開始剤の存在下においてPdを触媒として環式カルバメートを開環重合させることを含む開環重合が必要である(非特許文献5および6)。
AB型のモノマーの重合が関与するエポキシドの開環は、触媒量の開始剤、例えば水酸イオンを添加することによって開始され、酸または塩基を触媒とした反応が関与する他の超分岐したポリマーの製造法とは異なった新規の伝播モードで進行する(非特許文献7)。多分散度が1.5より低くなるように陰イオン性の開環重合を制御することにより、
ABモノマー型のグリシドールを重合させて超分岐した「ポリグリセロール」にする(非特許文献8)。ジアンヒドロ−D−マニトールの陽イオン性環化重合は超分岐した炭水化物ポリマーの製造に使用されている(非特許文献9および10)。
開環重合と自己縮合ビニル重合(SCVP)のいくつかの特徴とを組み合わせると超分岐したポリマーが得られ、カプロラクトンの開環重合により多分散度が約3.2の超分岐ポリエステルが得られる(非特許文献11)。
ビス−(ヒドロキシメチル)カプロラクトンの開環重合により超分岐したポリマーが得られる(非特許文献12)。
エチルヒドロキシメチルオキセタンの陽イオン性開環重合により、多分散度が1.33〜1.61の範囲の超分岐したポリエーテルが得られる(非特許文献13)。
3−エチル−3−(ヒドロキシメチル)オキセタンの開環反応は超分岐したポリエーテルを生成させるのに使用されている(非特許文献14)。
N−カルボン酸無水物の開環反応により樹枝状のポリペプチドが得られた。この方法は、N−カルボン酸無水物を繰り返し順次開環する過程、および末端でのカップリング反応を含んでいる。この方法によって統計的に生じる分岐の1個当たりの平均鎖長が明確な長さをもたないポリマー区域が得られ、また1.2〜1.5の典型的な多分散度をもったポリマーが得られる。
精密なデンドリマー開環反応
ポリスルフィド・デンドリマーは、ポリチオールを塩基性条件下においてエピクロロヒドリンと反応させてポリエピスルフィドをつくることにより製造することができる(特許文献4および5)。同じ特許文献にはポリアミノのコアを過剰のエチレンスルフィドと反応させてポリスルフィドをつくり、次いで過剰のアジリジンと反応させてさらなる世代(generation)をつくるポリアミノスルフィド・デンドリマーの製造法が論じられている。
部分的に保護されたデンドリマーの表面をつくる一つの方法として、N−トシルアジリジンを付加することが論じられており(特許文献6〜8)、これはアゼチジン誘導体へと拡張されている。
表面基を付加するための精密なデンドリマーの開環反応
末端基を付加する方法として開環反応が論じられている。例えば特許文献8にはデンドリマーの上にポリオール表面をつくるためにオキシランを使用することが記載されている。
精密なデンドリマー構造をつくる方法
広い範囲の精密なデンドリマー構造をつくるために多くの特殊な反応が使用されてきた。これらの反応は典型的にはコア(“C”)、分岐構造のタイプ(“BR”)および末端の官能基性(“TF”)を規定する。精密なデンドリマー構造の合成は二つの概括的な方法によって行われてきたが、これらは「収束合成法(convergent synthsis)」および「発散合成法(divergent synthsis)」として分類さていれる(非特許文献15)。これらの広義の範疇の中で、分岐セル(branch cell)の構築(即ちその場で、或いは予め行われる構築)、或いはデンドロン(dendron)の固定のタイプの構築の方法に関してさらに種々の変形がある。
最も初期に発表された分岐セル(branch cell)試薬の使用法の一つは、コ
アの周りに予めつくられた分岐セルを結合させ、低分子量の樹木状構造(arborol
structure)をつくることであった(非特許文献16)。ポリ(チオエーテル)・デンドリマーは、N=4のペンタエリトリトールのコア、およびN=3の4−アセトチオメチル−2,4,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタンをベースにして予めつくられた保護された分岐セル試薬を用いて合成された。この場合、デンドリマーの分岐構造の構築に保護された分岐セル試薬が使用されたが、これには迅速に構造をつくるために余分な段階として化学的に保護基を外すことが必要である。使用された試薬は多環式の型のエーテル(即ちオルトエステル)であるが、エーテル環は歪んではいず、重合の際に開環しない。
伝統的な小さい分子の化学における立体効果
小さい分子の化学において定義される立体効果は、すべての基本的な小分子の「建築ブロック成分」(即ち原子、官能基、炭化水素の足場など)が占めるナノメートルの規模以下(即ち0.05〜1nm)の空間の容積、および重要な反応および集団化が起こる際のそれらの相互関係によるものである。それらの相対的な大きさが反応性、変位、置換、キラリティー、会合、集団化、特殊な生成物の生成、および得られる構造様式に及ぼす効果は、学術的並びに経済的領域の両方において常に極めて重要性をもつ事柄である。例えば反応性を低下させる立体効果は「立体障害」と呼ばれている(非特許文献17参照)。立体障害は反応部位の所で邪魔をする基によって生じる。古典的な例には「ネオペンチル」効果が含まれ、この場合SN2反応に対する立体障害をもったハロゲン化アルキルの相対的な反応性は立体障害が増加するにつれて次第に抑圧され、3級ハロゲン化アルキル(即ち臭化ネオペンチル)ではその反応性は遅すぎて測定できないまでになる。反応速度を決定するのは、求核的な攻撃を受ける炭素に結合したアルキル基の数のみではない。アルキル基の相対的な大きさも非常に重要である。
Cramの規則は小さい分子の立体効果の他の例である。理論に拘束されるつもりはないが、立体効果はカルボニルの酸素の所における立体選択的な反応性をコントロールし、結果としてキラルな導入をすると考えられている。Cramの規則は、求核剤は最小の置換基に沿ってカルボニルに近づくと言うことを述べている。最大の基はカルボニル基に対しアンチ位に配位して立体効果を最低限度に抑制し、求核剤は小さい置換基の側から優先的に攻撃を行う(非特許文献18参照)。
上記の簡単な例は、このような類似した「立体効果」が、それが見出され定義された場合、ナノスケールレベル(即ち1〜100nm)における重要な構築成分のために与え得る可能性ばかりでなく、その重要性を予告している。これらのNSIS効果に対するナノスケール規模での規則は事実上分かっていない。本明細書の下記の「詳細な説明」の項でNSISがどのように本発明に関係しているかを説明することにする。
ポリ(アミドアミン)・デンドリマー(“PAMAM”)の合成
デンドリマーの合成におけるいくつかの難点はそれらの製造に使用されるる方法に固有の難点である。例えば、これらの樹枝状ポリマーの組成的に主要な種類の一つであるポリ(アミドアミン)・デンドリマー(“PAMAM”)の合成法では、その場で分岐セルを生成させるMichaelの付加反応の化学に最近注目が集まっている(非特許文献19)。通常の方法は、遅い化学過程、長い反応時間、および分化しない(non−differentiated、分岐を起こさない)二官能性の中間体を伴うアミド化の過程を含んでいる。このような環境のため、この方法では非常に希釈することが強いられ、その結果生成能力は低くなり、コストは高くなる。高い世代の場合は特にそうである。これに加えてPAMAMデンドリマーには、その特殊なアミド構造のために、逆Michael付加反応(reverse Michael addition)および加水分解反応を介して分解を起こす低エネルギーの反応経路がある。
現在使用されている方法に比べ、反応時間が速く、少量の副成物との分離が容易に行え、製造コストが安い精密なデンドリマー構造をつくる方法を見出だすことは明らかに望ましいことであろう。これに加えて、デンドリマーがいっそう安定であり、製造規模を拡大できれば、それもまた望ましいことであろう。
米国特許第4,690,985号明細書。 米国特許第5,631,329号明細書。 米国特許第5,773,527号明細書。 米国特許第4,558,120号明細書。 米国特許第4,587,329号明細書。 米国特許第4,361,337号明細書。 米国特許第4,587,329号明細書。 米国特許第4,568,737号明細書。 George Odian,Principles of Polymerization,John Wiley and Sons社、1993年発行、第7章。 P.A.Gunatillake,G.Odian,D.A.Tomalia,Macromolecules誌、21巻、1556頁(1998年)。 X.G.Sun,J.B.Kerr,C.L.Reeder,G.Liu,Y.Han,Macromolecules誌、37巻(14号),5133〜5135頁(2004年)。 Y.H.Kim,J.Polym.ScI,Polym.Chem.誌,36巻,1685頁(1998年)。 M.Suzuki,A.Ii,T.Saegusa,Macromolecules誌,25巻,7071〜7072頁(1992年)。 M.Suzuki,S.Yoshida,K.Shiraga,T.Saegusa,Macromolecules誌,31巻,1716〜19頁(1998年)。 H.T.Chang,J.M.J.Frechet,J.Am.Chem.Soc.誌,121巻,2313〜2314頁(1999年)。 A.Sunder,R.Hanselmann,H.Frey,R.Mulhaupt,Macromolecules誌,32巻,4240〜4246頁(1999年)。 T.Imai,T.Satoh,H.Kaga,N.Kaneko,T.Kakuchi,Macromolecules誌,36巻,6359〜6363頁(2003年)。 T.Imai,T.Satoh,H.Kaga,N.Kaneko,T.Kakuchi,Macromolecules誌,37巻,3113〜3119頁(2004年)。 M.Liu,N.Vladimirov,J.M.J.Frechet,Macromolecules誌,32巻,6881〜6884年(1999年)。 M.Trollsas,P.Lowenhielm,V.Y.Lee,M.Moller,R.D.Miller,J.L.Hedrick,Macromolecules誌,32巻,9062〜9066頁(1999年)。 Y.Mai,Y.Zhou,D.Yan,H.Lu,Macromolecules誌,36巻,9667〜9669頁(2003年)。 H.Magnusson,E.Malmstrom,A.HuIt,Macromolecules誌,34巻,5786〜5791頁(2001年)。 Dendrimers and other Dendritic Polymers,J.M.J.Frechet,D.A.Tomalia編,John Wiley and Sons,(2001年)発行。 G.R.Newkome,Z.−Q.Yao,G.R.Baker,V.K.Gupta,J.Org.Chem.誌,50巻,2003頁(1985年)。 P.Y.Bruice,Organic Chemistry,第2版,362頁,Prentice HaIl(1998年)発行。 D.J.Cram,A.Elhafez,J.Am.Chem.Soc.誌,74巻,5828頁(1952年)。 Dendrimers and other Dendritic Polymers,J.M.J.Frechet,D.A.Tomalia編,John Wiley and Sons(2001年)発行,第25章。
本発明の簡単な要約
本発明の樹枝状ポリマー構造は、驚くべき性質(伝統的な樹枝状ポリマー構造に比べて)を示し且つ独特の開環過程をその製造に使用できるいくつかの特有な成分をもっている。
これらの樹枝状ポリマーの構造を下記図1に示す。
Figure 0004510881
ここで
(C)はコア(core)を意味し;
(FF)はコアの焦点官能基性成分(forcal point functionality component)を意味し;
(BR)は分岐セル(branch cell)を意味し、pが1より大きい場合(BR)は同一または相異なる構成部分(moiety)であることができ;
pは該デンドリマーの中の分岐セル(BR)の総数であって、式
Figure 0004510881
により導かれる1〜2000の整数であり;
(IF)は内部官能基性(interior fuctionality)を意味し、
qが1より大きい場合(IF)は同一または相異なる構成部分であることができ;
qは独立に0または1〜2000の整数であり;
(EX)は延長部分(extender)を意味し、mが1より大きい場合(EX)は同一または相異なる構成部分であることができ;
mは独立に0または1〜1000の整数であり;
(TF)は末端の官能基性(terminal functionality)を意味し、zが1より大きい場合(TF)は同一または相異なる構成部分であることができ;
zは、1以上で或る与えられた世代(generation)(G)に対する(BR)に可能な理論的な数の範囲の表面の基の数を意味し、
z=N
によって与えられ;
Gはコアを取り囲む同心的な分岐セルの外殻の数であり;
は分岐セルのマルティプリシティ(multiplicity)であり;
はコアのマルティプリシティであって1〜1000の整数である。
さらに好ましくは、本発明のこのデンドリマーは式(III)で表される。
Figure 0004510881
ここで
=分岐セルのマルティプリシティ;
=コアのマルティプリシティ;
z=N Gi
G=世代(即ち1,2,3.....i);
TF=末端の官能基性;
R’=(BR);
Figure 0004510881
である。
式(I)のこれらの樹枝状ポリマーは、本明細書の下記に説明され流れ図IおよびIIに図示された方法によって製造される。
式(I)のこれらの樹枝状ポリマーは、下記のようにまたさらに本明細書で説明されて
いるように使用することができる。これらの材料および同様な樹枝状ポリマーの知識に基づいて、これらの樹枝状ポリマーはここに挙げられたすべての用途および多くの他の用途を展開できると思われる。エネルギーおよび電子製品の市場において、これらの樹枝状ポリマーは燃料電池(例えば膜、触媒)、エネルギー貯蔵剤(水素)、固相状態の発光、装置の熱管理、発光ダイオード、ディスプレー、電子インク、層間誘電体、フォトレジスト、分子電子機器、テレコム装置(導波管)、フォトニックス、写真材料、およびステルス的な(stealth)材料の強化に用途をもっていることができる。
環境分野においては、これらの樹枝状ポリマーは化学センサーおよび生物センサー、電子雑音(配列をベースにしたセンサー)、ワン・チップに取り付けたラボ(lab−on−a−chip)、材料の環境追跡用および産地識別用のナノ・コード化、環境センサーの増幅技術、殺生物材料、環境検知技術、矯正技術、クリーンな水(例えばイオン交換剤)、クリーンな空気(例えば超吸収材)、および触媒の分野に用途をもっていることができる。
個人用/家庭用の分野においては、これらの樹枝状ポリマーは燃料の環境的な品質向上、被膜および表面の改質剤(例えばストラッチ(stratch)抵抗性、抗菌性表面、色の変化、テクスチャー変性、埃抵抗性、耐水性を与えるため)、クレンザーおよびローション、化粧品、顔料および染料、紫外線吸収剤、栄養剤の担体、表面活性剤、着色しない機能性添加物としての用途をもっていることができる。
化学薬品および製造業の市場においては、これらの樹枝状ポリマーは改善された接合剤(binders)、化学触媒、化学分離材料、濾過システム、石油処理(ナノ触媒)および毒物漏洩センサーとしての用途をもっていることができる。
また式(I)の樹枝状ポリマーはその内部の空虚な空間の中に種々の担持された材料が存在していることができる。これらの樹枝状ポリマーは医薬品および農業の分野における薬品として種々の用途をもっていることができる。人および動物の医薬品および健康の分野において、これらの樹枝状ポリマーは生体内画像診断(例えば標的のコントラストを増加させた制御)、診断上の検知(例えばシグナルブースターによる同時目標設定)、薬剤の送達(drug delivery)(例えば口、静脈、皮膚、鼻などを介する強化された送達)、薬剤の開発(例えば小型化、バイオアレー(bioarray))、生体内および生体外の診断および治療、医療装置に対する蛋白質抵抗性をもった被膜(例えば生体内および生体外の被膜)、生物による汚損に対し抵抗性をもった装置の被膜および表面、経皮投与、腫瘍に対する化学療法、遠隔操作用および生体内での装置、多価の薬物への応用、近赤外線吸収剤、非侵襲性診断および検知、標的治療法(targeted therapy)、磁気バイオリアクター(例えば細胞の成長および収穫用の反応器)、薬品放出ステント(stent)、表面被覆、および制御された放出(例えば治療薬、栄養剤などの)としての用途をもっていることができる。
食品および農業の市場においては、これらの樹枝状ポリマーは高度の選択性をもった制御センサー、感知増幅材料(例えば味、匂い、音、視覚、および触感)、標的に対する無毒の生分解性殺虫剤、除草剤、時間を決めて放出される肥料、包装材料(例えば微生物抵抗性をもったプラスティックス)、新鮮さ、汚染度、および/または不正な変更に対するセンサー、および植物および動物に対する薬剤の送達の分野で用途をもっていることができる。
これに加えて、これらの樹枝状ポリマーはさらにこれから説明するような他の望ましい材料を担持することができる。
本明細書においてはこれらの用途に対する式(I)の樹枝状ポリマーの組成物についても説明を行う。
本発明の詳細な説明
用語
本明細書において使用される下記の言葉は下記に述べる定義をもつものであり、これらの言葉に対しては単数は複数を含むものとする。
AFMは原子間力顕微鏡を意味する。
AIBNは2,2’−アゾビスイソブチロニトリルを意味する。
APSはペルオキシ二硫酸アンモニウムを意味する。
BGPMはビス(4−グリシジルオキシフェニル)メタンを意味する。
BOCはt−ブトキシカルボニルを意味する。
セライト(Celite)は珪藻土(Fisher Scientific社製)を意味する。
DABはジアミノブタンを意味する。
DCMはジクロロメタンを意味する。
DEAはジエタノールアミンを意味する。
DIは脱イオン水を意味する。
DMEはジメトキシエタンを意味する。
DMIはイタコン酸ジメチルを意味する。
DMSOはジメチルスルフォキシドを意味し、Acros organics社のものを使用前にさらに蒸溜したものである。
DO3Aは1,4,7,10−テトラアザシクロドデカン−1,4,7−トリス(酢酸)を意味する。
DOTAは1,4,7,10−テトラアザシクロドデカン−1,4,7−テトラ(酢酸)を意味する。
DTPAはジメチレントリアミンペンタ酢酸を意味する。
DTTはジチオトレイトール(dithiothreitol)を意味する。
EAはエタノールアミンを意味する。
EDAはエチレンジアミンを意味し、Aldrich社製のものである。
EDTAはエチレンジアミン四酢酸を意味する。
EPIはエピクロロヒドリンを意味し、Acros organics社製のものを使用前にさらに蒸溜したものである。
Gはデンドリマーの世代を意味し、これはコアを取り囲む同心円的な分岐セルの外殻の数によって示される(通常コアから順次数えられる)。
gはグラムを意味する。
HClは塩酸を意味する。
ヘキサンはヘキサン異性体の混合物(Fisher Scientific社製)を意味する。
IRは赤外分光法を意味する。
KOHは水酸化カリウムを意味し、Aldrich社製の85%ペレットを使用前に粉砕して用いる。
Lはリットルを意味する。
MALDI−TOFはマトリックス支援レーザー脱着イオン化式飛行時間型質量分光法を意味する。
MBDGAは4,4’−メチレンビス(N,N’−ジグリシジルアニリン)を意味する。
MBPは多分岐重合(multibranching polymerization)を意味する。
MeOHはメタノールを意味する。
mgはミリグラムを意味する。
MIBKはメチルイソブチルケトンを意味する。
Mins.は分を意味する。
mLはミリリットルを意味する。
NMRは核磁気共鳴を意味する。
NSISはナノスケールで立体的に誘起される化学量論的な量比(stoichiometry)を意味する。
PAGEはポリ(アクリルアミド)ゲルを用いる電気泳動を意味する。
PAMAMはポリ(アミドアミン)デンドリマーを意味する。
PEHAMは式(I)のポリ(エーテルヒドロキシルアミン)デンドリマーを意味する。
PETGEはペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテルを意味する。
パーセントまたは%は特記しない限り重量による値を意味する。
PGAはポリ(グリシジル)アニリンを意味する。
PGEはポリ(グリシジル)エーテルを意味する。
はTLC中の相対的な流れを意味する。
RTは室温、約20〜25℃を意味する。
SCVPは自己縮合性ビニル重合を意味する。
SDSはドデシル硫酸ナトリウムを意味する。
SISは立体的に誘起される化学量論的な量比を意味する。
TBEはトリス(ヒドロキシメチル)アミドエタン、硼酸およびEDTA二ナトリウムの緩衝液を意味する。
TGAは熱重量分析法を意味する。
TLCは薄層クロマトグラフィーを意味し、この場合トルエンおよびアセトン(7:3v/v)を使用し、スポットはKMnOで着色して可視化する。
TMPTAはトリメチロールプロパントリアセテートを意味する。
TMPTGEはトリメチロールプロパングリシジルエーテルを意味し、Aldrich製の試薬を先ず蒸溜し、カラム・クロマトグラフィー(1.75’x10’)においてシリカゲル(200〜400メッシュ)上で溶離液として1:2:2の割合のヘキサン、酢酸エチルおよびクロロフォルムを用いて精製した。5gのTMPTGEを精製し、3.2g(収率64%)の純粋な(>98%)材料を得た。反応は注意しながら60時間保持するか、または一晩行った。
TPMTGEはトリフェニルメタントリグリシジルエーテルを意味する。
TRISはトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンを意味する。
化学構造
本発明の樹枝状ポリマーの構造は、驚くべき性質(伝統的な樹枝状構造に比べ)を示し、その製造に特有な開環反応を利用できる独特の成分をいくつか有している。これらの樹枝状ポリマーの構造を下記式(I)に示す。
Figure 0004510881
ここで、
(C)はコアを意味し;
(FF)はコアの焦点官能基性成分を意味し;
(BR)は分岐セルを意味し、pが1より大きい場合(BR)は同一または相異なる構成部分であることができ;
pは該デンドリマーの中の分岐セル(BR)の総数であって、式
Figure 0004510881
により導かれる1〜2000の整数であり;
(IF)は内部官能基性を意味し、qが1より大きい場合(IF)は同一または相異なる構成部分であることができ;
qは独立に0または1〜2000の整数であり;
(EX)は延長部分を意味し、mが1より大きい場合(EX)は同一または相異なる構成部分であることができ;
mは独立に0または1〜1000の整数であり;
(TF)は末端の官能基性を意味し、zが1より大きい場合(TF)は同一または相異なる構成部分であることができ;
zは、1以上で或る与えられた世代(G)に対する(BR)に可能な理論的な数の範囲の表面の基の数を意味し、
z=N
によって与えられ;
Gはコアを取り囲む同心的な分岐セルの外殻の数であり;
は分岐セルのマルティプリシティであり;
はコアのマルティプリシティであって1〜1000の整数である。
次に、上記式(I)に使用された言葉についてさらに説明を加える。
(C)は下記のことを含んでいる:
コアは単純なコア、足場(scaffolding)のコア、およびスーパー・コア(super core)を含んでいる。単純なコアは当業界においては公知である。単純なコアの例には、これだけには限定されないが、ポリ(グリシジルエーテル)(例えばビス−フェノールグリシジルエーテル、PETGE、TPTGE、TMPTGE、BGPM、テトラ(エポキシプロピル)シアヌレート、メチレンビス(ジグリシジルアニリン)ジグリシジルアニリン、ジグリシジルグリシドキシアニリン、ソルビトール、グリセロール、ネオペンチル、t−ブチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル)、アミノエタノール、ポリアミン類[例えばアンモニア、エチレンジアミン、PAMAM、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、メチルイソプロピリジンジエチレントリアミン、ピペラジン、アミノエチルピペラジン、超分岐したもの(例えばポリリジン、ポリエチレンイミン、ポリプロピレンイミン、トリス−2−(アミノエチルアミン))]、直鎖のポリエチレンイミン、水、硫化水素、アルキレン/アリーレンジチオール、シスタミン、4,4’−ジチオジ酪酸、イソシアヌレート、複素環式化合物類、マルチ炭素(multicarbon)のコア(エチレン、ブタン、ヘキサン、ドデカン)、ポリグリシジルメタクリレート、ポリ(官能基含有アクリレート)(例えばTMPTA、ジアリルアミン)、ジエチルアミノジアセテート、トリヒドロキシメチルアミノメタン、フォスフィン、オキシラン、チオラン、オキセタン、アジリジン、アゼチジン、シロキサン、オキサゾリン、カルバメート、またはカプララクトン(capralactone)が含まれる。好適なコアはシスタミン、イソシアヌレート、複素環式化合物類、マルチ炭素のコア(エチレン、ブタン、ヘキサン、ドデカン)、フォスフィン、一官能性または多官能性のエポキシドを有する直鎖の、分岐したまたは環式の構成部分である。単純なコアの例は米国特許第4,568,77号明細書;同第4,587,329号明細書;同第4,631,337号明細書;同第4,558,120号明細書;同第5,714,166号明細書;同第5,338,532号明細書、およびJohn Wiley and Sons(2001年)発行、J.M.J.Frechet,D.A.Tomalia編、Dendrimers and other Dendritic Polymerに記載されている。
足場のコアは単純なコアがそれに結合した他の構成部分または実体(entities)をもち、それが該樹枝状ポリマーの第1世代へと成長するプラットフォームとして作用するようなコアである。足場のコアの例には、これだけは限定されないが、キャッピングされた材料、例えばピペラジンでキャッピングされたトリメチルトリアクリレート、アミノエチルピペラジンでキャッピングされたPETGE、ピペラジンまたはアミノエチルピペラジンでキャッピングされたTMPTGE、ジイミノジ酢酸、エポキシド表面のPEHAMSが含まれる。
スーパー・コアは、デンドリマーがコアの官能基性として作用し、他の樹枝状構造が結合するか、或いはその表面から成長できる場所、或いは金の粒子またはコロイド、ラテックス、金属酸化物、ミセル、ベシクル(vesicle)、およびリプソム(lipsome)、バッキーボール(buckyball)、カーボンナノチューブ(単一壁または二重壁)、炭素繊維、シリカである。スーパー・コアのいくつかの例はその表面上に成長したPEHAMを有するPAMAM、その表面から成長したPEHAMおよびPAMAMを有するPEHAMのコアである。
コアは少なくとも一つの求核性の構成部分または少なくとも一つの求電子性の構成部分をもっているか:または多価のコアが少なくとも二つの配列している樹枝状の分岐に結合しているか:1つのコアの原子または分子が任意の1価のまたは一官能性の構成部分、或いは多価のまたは多官能性の構成部分、好ましくは該構成部分は樹枝状の分岐と結合し得る官能性部位の原子価結合を2〜2300個有する多官能性の構成部分であることができる。
求核性のコアの例には、アンモニア、水、硫化水素、フォスフィン、ポリ(アルキレンジアミン)、例えばエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、およびドデシルジアミン、ポリアルキレンポリアミン、例えばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミ
ン、テトラエチレンペンタアミン、直鎖または分岐したポリエチレンイミン、1級アミン、例えばメチルアミン、ヒドロキシエチルアミン、オクタデシルアミン、ポリメチレンジアミン、マクロ環式ポリアミン、ポリアミノアルキルアレン、トリス(アミノアルキル)アミン、複素環式アミン、および他の種々のアミンが含まれる。他の求核性のコアはエチレングリコール、ポリアルキレンポリオール、ポリアルキレンポリメルカプタン、チオフェノールおよびフェノールである。
求電子性のコアの例には、環式エーテル(エポキシド)、オキシラン、環式スルフィド(エピクロロスルフィド)、アジリジン、アゼチジン、シロキサン、オキセタン、オキサゾリン、オキサジン、カルバメート、カプロラクトン、カルボン酸無水物、チオールアセトン、β−ラクタム、α,β−エチレン型不飽和カルボン酸エステル、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリロニトリル、イタコン酸メチル、フマル酸ジメチル、マレイン酸無水物、およびアミド、例えばアクリルアミドが含まれる。
また多価のコアまたは星/櫛型の分岐したポリアミンを生成し得る化合物である多価の開始剤コア(initiator core)(コア化合物)も存在している。
コアは米国特許第4,507,466号明細書;同第4,558,120号明細書;および同第4,631,337号明細書に記載の樹枝状ポリマーから公知である。
またこれらのコアの好適な構成部分はトリアクリレート、テトラアクリレート、トリエポキシド、テトラエポキシド、ジグリシジルアニリン、アミノエタノール、エチレンジアミン、トリフェニルメタン、トリグリシジルエーテル、ビス(グリシドオキシフェニル)メタン、メチレンビス(ジグリシジルアニリン)、テトラエピスルフィド、およびトリスグリシジルイソシアヌレート(エポキシプロピル)シアヌレートである。
図2にこれらのコアを示す。
(FF)は次のことを意味する:
焦点官能基性(FF)構成部分は1個のデンドロンをコアとして使用できるようにする働きをし、これによって該コアは後でさらに反応することができ、これには二つまたはそれ以上のデンドロンを一緒に結合させること、または1個の(BR)と反応させることが含まれるが、それだけには限定されない。
好適な(FF)構成部分はチオール、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、環式エーテル、(例えばクラウンエーテル、クリプタンド)、ポルフィリン、ヒドロキシル、マレイミド、アルデヒド、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリールアルキル、フォスフィン、ボラン、アルコール、アルデヒド、アクリレート、アルケン、環式無水物、アジリジン、ピリジン、ニトリル、イタコネート、環式チオラクトン、チオラン、アゼチジン、環式ラクトン、マクロ環式化合物(例えばDOTA、DO3A)、キレート化配位子(例えばDTPA)、イソシアネート、イソチオシアネート、アルキン、イミダゾール、アジド、メルカプトアミン、シラン、オキサゾリン、オキシラン、オキセタン、オキサジン、イミン、トシレート、保護基(例えばBOC)、およびシロキサンまたは誘導体、置換基をもった誘導体、またはそれらの組合せである。これらの構成部分が存在する場合、その各々の中に存在する炭素の数は少なくとも2〜18であり;ハロゲンはクロロ、ブロモ、フルオロ、またはヨードを意味し;ヘテロはS、N、O、Si、BまたはPを意味する。好適なものはメルカプト、アミノ、カルボキシル、オキサゾリン、イソチオシアネート、イソシアネート、ヒドロキシル、エポキシオルトエステル、アクリレートである。
図2にこれらの(FF)構成部分を示す。
(BR)は次のことを意味している:
(BR)はコア(C)、延長部分(EX)、他の分岐セルまたは分岐セル試薬(BR)、または末端の官能基(TF)と反応することができる求核試薬または求電子試薬である。これらの(BR)構成部分はこのような反応が可能であり、次の世代(G)のためにマルティプリシティの反応性の基を生じなければならない。(BR)は低い世代の生成物の(C)、延長部分(EX)または(BR)と結合し、デンドリマーを次の世代へと成長させる。(米国特許第4,737,550号明細書参照。)これらの(BR)が選ばれ、反応して前の低い世代のコアまたは末端の反応基(TF)と結合をつくることができ、これらはさらに反応して次の高い世代へと成長して行く。このようにして多官能性の(C)はまた(BR)として作用することができる。
求電子性のコアと結合する共反応物の例には、求核性の構成部分、例えば裸のおよび部分的に保護されたポリアミン、即ち分岐したおよび直鎖の両方の1級および2級のジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、テトラエチレンペンタアミン、ポリエチレンイミン、メチルアミン、ヒドロキシエチルアミン、オクタデシルアミン、ポリメチレンジアミン、例えばヘキサメチレンジアミン、ポリアミノアルキルアレン、トリス(アミノアルキル)アミン、例えばトリス(アミノエチル)アミン、複素環式アミン、例えばイミダゾリン、ピペラジン、アミノアルキルピペラジン、および種々の他のアミン、例えばヒドロキシエチルアミノエチルアミン、メルカプトアルキルアミン、メルカプトエチルアミン、モルフォリン、置換基をもったピペラジン、ポリビニルベンジルクロリドおよび他のベンジルアミンのアミノ誘導体、他のベンジルアミン、例えばトリス(1,3,5−アミノメチル)ベンゼンが含まれる。他の適当な求核性の反応物には、ポリオール、例えばペンタエリトリトール、エチレングリコール、ポリアルキレンポリオール、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,2−ジメルカプトエタン、およびポリアルキレンポリメルカプタン;チオフェノールおよびフェノールが含まれる。ポリアミンが好適である。
別法として、求核性の構成部分を求電子性の反応物と反応させてコア付加物をつくり、次にこれを適当な第2の反応物と反応させてデンドリマーをつくることができる。
(BR)構成部分が開環反応の一部である場合、このような(BR)は環式エーテル(エポキシド)、オキシラン、スルフィド(エピクロロスルフィド)、アジリジン、アゼチチン、シロキサン、オキセタン、オキサゾリン、オキサジン、カルバメート、カプロラクトン、カルボン酸無水物、チオラクトン、およびβ−ラクタムであることができる。
好適な(BR)構成部分はトリアクリレート、テトラアクリレート、トリエポキシド、テトラエポキシド、ジアリルアミン、ジエタノールアミン、ジエチルイミノジアセテート、トリス(ヒドロキシメチルアミン)、ジエチルイミノジアセテート、および保護されたDETAである。これに加えてその場で使用することを含めてアクリル酸メチルを使用することができる。
図3および4にこれらの(BR)構成部分を示す。
(IF)は次のことを意味する;
この内部官能器基性(IF)は、適切な分岐セル試薬の反応によりつくられるこれらのデンドリマーが随時もっている特有な特徴であり、一つの世代から他の世代へと成長する(BR)を生じる。内部の反応部位(即ちヒドロキシル、スルフヒドリル、アミン、アルキルシラン、シラン、ボラン、カルボキシ、またはアミドなど)は開環反応から生じる。これによって、キレート化または内包する(encapsulate、包み込む)のに適
した重要な内部のアミン官能基性を保持しながら、内部において共有結合的にさらに化学反応をすることができる手掛りが与えられる。また(IF)は、樹枝状ポリマーの内部の疎水性/親水性に関する特性を調節するための、或いはプロドラッグ(pro−drug)のような結合した治療効果をもつ実体に対する独特の結合部位を与える。
好適な(IF)構成部分はヒドロキシル、チオール、およびアミンである。
図3にこれらの(IF)構成部分を示す。
(EX)は次のことを意味している:
延長部分(EX)はデンドリマーの内部に随時存在することができる。これによって距離を延ばし、従ってデンドリマーの世代の間の空間を増加させる手段が与えられる。このようにして追加された空間の内部容積のために、下記にさらに説明するようにデンドリマーが担体材料(M)を内包する(包み込む)能力が増加する。これらの(EX)は(BR)構成部分の前または後に存在するか、或いは(BR)構成部分の前および後の両方に存在することができる。またこれらの(EX)には(IF)構成部分が存在することができる。これらの(EX)は少なくとも二つの反応部位をもっていなければならない。
好適な延長部分(EX)はリジン、他のポリ(アミノ酸)、オリゴエチレングリコール、ジエチレンテトラアミンおよび高級アミン類似体、ジ−またはそれ以上の不均一なまたは均一な官能基性、不飽和脂肪族または芳香族の二官能性または多官能性構成部分、および不均一な不飽和脂肪族および芳香族の二官能性または多官能性構成部分をもった脂肪酸である。
また好適な(EX)はジアミノアルカン、ジフェノール、ジチオフェノール、、芳香族ポリ(カルボン酸)、メルカプトアミン、メルカプトエタノール、アリルアミン、ピペラジン、アミノエチルピペラジン、エチル−N−ピペラジンカルボキシレート、エチレンジアミン、ジエチルアミノジアセテート、および超分岐した樹枝状ポリマー、例えばポリリジンである。
図3にこれらの(EX)構成部分を示す。
(TF)は次のこと意味している;
末端の官能基(TF)は付加または置換反応、または開環反応を行うのに十分な反応性をもっているか、或いは次の世代へと樹枝状の分岐を伝播させるのに使用できる何等かの官能基的な活性をもった構成部分である。すべてではないが若干の(TF)構成部分は反応して次の世代のデンドリマーをつくることができる。(TF)基は同一または相異なることができる。(TF)は重合体の開始基であることができる。項(z)はGによって数学的に定義される表面の基の数を意味する。
このような末端の基の若干の例には、これだけには限定されないが、1級および2級アミノ基を含むアミノ基、例えばメチルアミノ、エチルアミノ、ヒドロキシエチルアミノ、ベンジルアミノ、メルカプトエチルアミノ、t−アミノ、例えばジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ビス(ヒドロキシエチル)アミノ、N−アルキル化された、N−アリール化された、N−アシル化された誘導体;ヒドロキシ、メルカプト、カルボキシ、アルケニル、アリル、メタルキル(methalkyl)、ビニル、アミド、ハロ、ウレア、オキシラニル、アジリジニル、オキサゾリニル、イミダゾリニル、スルフォナート、ファオスフォナート、イソシアナート、およびイソチオシアナートが含まれる。これらの基に対して存在する炭素の数は2〜18である。末端の基は通常の方法で他の置換基により置換することができる。(米国特許第4,507,466号明細書;同第4,558,120号明細書;同第4,631,337号明細書参照。)
好適な表面の基(TF)はポリエチレングリコール、ピロリドン、ヘキシルアミド、トリス(ヒドロキシメチル)アミドメタン、アミドエチルエタノールアミン、カルボメトキシピロリジノン、スクシンアミド酸、アミドエタノール、エポキシド、アクリレート、アミン、カルボキシレート、陽イオン性、陰イオン性、中性、芳香族、ビオチン、アビジン、ストレプアビジン、DOTA、DTPA、金属キレート、有機発色団、多価の付加化合物(attached compound)、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノ複合体、すべての金属ナノ粒子、すべての種類のコアおよび外殻を有するすべての半導体ナノ粒子、放射性材料およびそれらのキレート化した類似体、蛍光分子(金属塩、有機化合物)、電気伝導性分子、紫外線、可視光線、および赤外線吸収分子、量子ドット(quantum dot)、ポリフルオロ化された分子、表面活性剤、デンドロン、分化したデンドロン、デンドリマー、メトキシエトキシエトキシ、ポリアゾ化合物、ポリフォスファジン、ポリフルオロ化されたスルフォネート、へテロ原子の主鎖および分岐、脂質、澱粉、単純糖類、複合糖類、ビタミン(例えばビタミンE)、補助因子(例えばNADH)、または酸化防止剤が含まれる。
また好適な(TF)基はピペラジン、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、ヒドロキシル、エポキシド、オキサゾリン、アミノ、エチルイミン、ピペラジン、カルボキシレート、アルキル, アジリジン、アルキルエステル、エポキシドおよびアルコール基、チオラン、モルフォリン、アミン、カルボキシル、アリル、ヒドロキシルおよびエポキシド、メチルエステル、保護されたDETA、カルボキシアルキル、ピロリドン、およびエチルピペラジンである。
図5にこれらの(TF)基を示す。
式(I)の樹枝状ポリマーはそれらの所望の構造の中に少なくとも1個の(EX)または(IF)が存在することが好ましい。
従って製造された式(I)のデンドリマーは広範囲の化合物と反応させて独特の特性をもった多官能性の化合物をつくることができる。例えば、末端のアミン構成部分をもつデンドリマーは不飽和のニトリルと反応してポリニトリルを生じ、またはα,β−エチレン型不飽和アミドと反応してポリアミドを、またα,β−エチレン型不飽和エステルと反応してエステル末端デンドリマーを、オキシランと反応してポリオールを、エチレン型不飽和スルフィドと反応してチオール末端デンドリマーを生じることができる。末端ヒドロキシル構成部分を有するデンドリマーはカルボン酸と反応してエステル末端デンドリマーを、アルコールまたはハロゲン化アルキルと反応してエーテル末端デンドリマーを、イソシアネートと反応してウレタン末端デンドリマーを、塩化チオニルと反応してクロリド末端デンドリマーを、トシレートと反応してトシル末端デンドリマーを生じることができる。一例として好適な一般化された構造は下記式(II)で示される。
Figure 0004510881
ここで、N=コアのマルティプリシティ;N=分岐のマルティプリシティである。
Figure 0004510881
デンドリマーの各世代を成長させる方法は公知である。図6はこのような成長、(Z)基の数の増幅、および増加した分子量を示す。
さらに好ましくは、本発明のこのデンドリマーは式(III)で表される。
Figure 0004510881
ここで
=分岐セルのマルティプリシティ;
=コアのマルティプリシティ;
z=N Gi
G=世代(即ち1,2,3.....i);
TF=末端の官能基性;
R’=(BR);
Figure 0004510881
である。
ナノスケールで立体的に誘起される化学量論的な量比(“NSIS”)
簡単に言えば現在では、NSISはナノスケール規模の試薬または反応性をもった基質の反応性(即ち原子価/化学量論的な量比)を変化させるかまたはそれに影響を与える特殊なナノスケールの立体効果として定義することができる。これらのNSISの性質は実質的には知られておらず、せいぜいナノスケールの領域において不十分に定義されているに過ぎない。NSISの特性は、ナノスケールの試薬、ナノスケールの基質、ナノスケール以下の試薬またはナノスケール以下の基質の或る種の組合せ(combinations)または並べ換え(permutations)が一緒に起こり、化学結合をつくるか超分子の連係または集合をつくる際に何時も現れるように思われる。さらにまた、ミクロンの大きさの基質およびナノスケールの試薬は同様な効果を与えることができる。この概念の予備的な考察では、ナノスケールで反応する或る成分の容積の総和が反応部位を取り囲む利用可能なナノスケールの空間の容積に近づくかこれを越えた場合、このようなNSIS効果が現れ始めることを仮定している。例えば或るデンドリマーの表面の基の容積および入ってくる試薬の容積が反応性をもったデンドリマーの表面の基(TF)の集団を取り囲む利用可能な外部容積に近づいた場合、反応速度が劇的に抑制され、或る種の基の反応性が実質的に影響を受ける[D.A.Tomalia;A.M.Naylor;W.A.Goddard JR,Angew.Chem.Int.Ed.Engl,29巻,138〜175頁(1990年)]。従って、種々のコア、分岐セル試薬、デンドロン、デンドリマー、および他の樹枝状ポリマー構造を合成する場合、これらの構築に使用される特定のナノスケールおよびナノスケール以下の試薬および基質の相対的な大きさ、嵩性、電子的な/親水性/疎水性の特徴などに基づき、このような合成に関与する反応パラメータに影響を与えるためにこのNSISの効果を使用することは当然可能でなければならない。
製造方法
上記に説明した極めて多数の参考文献は、分岐セルを増幅させる目的で試薬を制御して添加するために高エネルギーの開環反応を用いるよりは、むしろ重合させて超分岐したポリマーを得るための開環反応に関するものである。これらの文献を組合せても、ここで本発明に報告されているような高度の官能性をもった分岐セル試薬を用いて反応性のある開環反応を得るという教示は得られない。これらの文献には、分岐セル試薬を段階的に制御して添加するために開環反応または他の高度に反応性をもった精密な化学反応を使用するという記載は全く存在していない。
PAMAMデンドリマーに対する伝統的は方法は、熱力学的に推進される低い反応速度の遅い化学過程を伴うアミド化の段階を含んでおり、この段階は分化しない二官能性の中間体(即ちエチレンジアミンおよびアクリル酸メチル)が関連する長い反応時間を伴っている。これらの方法の特徴として大過剰の試薬と高度の希釈が必要であり、そのため反応器の容積当たりの生産能力が低くなり、特に高い世代の場合コストが高くなる。
本発明は、典型的なPAMAMの発散合成法に記載されているような小さい分子の試薬(即ちエチレンジアミンおよびアクリル酸メチル)に比べ典型的な嵩張った多官能性の分子である分岐セル試薬を用い、デンドリマーの分岐構造を構築する方法に関する。
本発明は、速い、速度論的に推進される反応性の開環反応の化学(即ち「クリック・タイプ(click type)」または他の速い反応)を嵩張った多官能性の分岐セル試薬(BR)と制御された方法で組合せて使用し、世代から世代へと迅速且つ精密にデンドリマー構造を組み立てることに関する。本発明方法はよりきれいな化学(cleaner
chemistry)を伴う精密な構造、典型的には単一の生成物を与え、必要とされる試薬の過剰量は少なく、希釈の程度は低いから、商業的規模に拡大することが容易であり、新規範囲の材料を製造でき、低コストで生産能力が高い方法が提供される。製造されるデンドリマー組成物は新規の内部官能基性、大きな安定性、例えば熱安定性を有し、逆Michael反応を殆どまたは全く示さない(伝統的なPAMAM構造物に比べ)。さらに、これらの組成物は、伝統的なPAMAM構造物に比べ、低い世代で(従って低コストで)内包が起こる表面密度に達する(即ちナノスケールの容器(nano−container)の性質を獲得する)。予想外なことには、高度に官能化された表面をもつ本発明の多官能性の分岐セル試薬(BR)の反応は、伝統的なPAMAM系に通常必要とされるよりも低いおよび/または過剰な化学量論的な量比においても、ゲル化、架橋化および/または交叉結合化した系および/または材料を生じない。
末端の表面基(TF)は種々の方法で反応することができる。例えば(TF)がアミン構成部分である場合、これは不飽和のニトリルと反応してニトリル末端デンドリマーを生じるか;α,β−エチレン型不飽和アミドと反応してアミド末端デンドリマーを生じるか;α,β−エチレン型不飽和エステルと反応してエステル末端デンドリマーを生じるか;オキシランと反応してヒドロキシル末端デンドリマーを生じるか;またはエチレン型不飽和スルフィドと反応してチオール末端デンドリマーを生じることができる。これに加えてデンドリマーの末端基は二官能性または三官能性化合物、例えば二ハロゲン化アルキルまたは芳香族ジイソシアネートと反応し、多数のデンドリマーがポリハロゲン化物またはポリイソシアネートの残基を介して一緒に連結したポリ(デンドリマー)または架橋したデンドリマーをつくることができる。架橋したデンドリマーはまた求電子性の表面をもつデンドリマーを求核性の表面をもつデンドリマーと反応させることにより、例えばアミン末端表面のデンドリマーをエステル末端表面のデンドリマーと反応させることによりつくることができる。この反応が起こる場合、デンドリマーを引き離して空間を作るような連結基が随時存在することができる。このようにして接合した(互いに連係した)シートまたは集合体をつくことができる。
Michaelの付加反応は、デンドリマーの合成に使用される場合、多官能性の求核試薬(即ち不飽和のMichael受容体に対するアミン)の熱力学的に推進される付加反応の一例である。これらの反応は、中程度の条件下においても可逆的であることが知られており、ぶら下がった内部官能基性を与えない。従ってこれらの反応では、熱重力分析法(TGA)によって決定されるように、得られるデンドリマー構造の連結性は高い熱的な堅牢性および安定性に欠けて居る。他方、同じまたは同様な多官能性の試薬を用いる小さい歪みをもった環の開環反応は速度論的に制御される過程で推進され、熱分解および熱による転移に対して抵抗性が高い熱的に堅牢な樹枝状の構造を生じる。これらの速度論的に制御された開環反応を用いる他の利点は、この反応によってMichaelの付加反応では生じないぶら下がった内部官能基性(IF)が生じることである。
NSISは、関与する相対的な大きさおよび寸法のために、(C)と(BR)または焦点官能基性(FF)をもったデンドロンとの反応性に影響を与えるように思われる。(BR)が(C)よりも大きければ、化学的に結合できる物理的な空間を見出だし得る(BR)の数が少なくなり、その結果定義できるNSIS効果は大きくなる。他方、(C)が実質的に(BR)よりも大きければ、NSIS効果は小さくなり、多くの(BR)が(C)と結合できるであろう。NSISの効果を緩和するために本発明では(EX)を使用する。このような(EX)は(C)と(BR)の間により大きな物理的空間をつくることができ、NSISの効果を減少させる。
図9は式(I)のデンドリマーをつくる本発明の一部である種々の反応を示す。
NSISの他の使用法は、分化した(differentiated)樹枝状ポリマー(即ちデンドロン/デンドリマー)をつくることである。例えばNSISを使用して単一の焦点官能基性(FF)をもつデンドロンと多官能性のコア(C)、分岐セル(BR)、延長部分(EX)、デンドロンまたはデンドリマーの末端基(TF)との反応を制御し、直交的な反応性をもった(orthogonally reactive)分化した樹枝状構造をつくることができる。即ち、一つの(FF)をもったデンドロンをコアおよび一つの(BR)と結合した(EX)と反応させることができる。この(BR)はさらに反応させることができ、デンドロンは自分自身の表面の末端基(TF)をもち、これがまた(TF)基をもっていることができる。
発散法による樹枝状の成長は、少なくとも最初のいくつかの世代の成長に亙り数学的な式に従う理想的な樹枝状ポリマーを生じるように精密に制御することができる。しかし、発散法で理想的に成長が行われる際、デンドリマー分子の半径は世代の関数として直線的に増加し、他方表面のセルは幾何級数の法則に従って増幅して行くから、理想的な樹枝状の成長は無際限に拡大することはない。反応するデンドリマーの表面が数学的に要求される新しいユニットをすべて受け入れることができるほど十分な空間がなくなる臨界的な世代が存在する。理想的な樹枝状の成長におけるこの段階はdeGennesの緊密充填段階(dense−packed stage)と呼ばれる。この段階において表面は末端基で非常に混雑するので、末端基は化学的に反応性をもっているにも拘わらず、これ以上理想的な樹枝状の成長へ関与することが立体的に阻害される。換言すれば、反応性をもった表面基が利用できる平均の自由容積が次の世代を引き続き成長させて行くために望ましい反応の遷移状態に必要な分子の容積以下に減少した場合、発散法による合成法はdeGennesの緊密充填段階に達する。それにも拘わらず、発散合成法におけるdeGennesの緊密充填段階の出現は、この点を越えて樹枝状の成長が続くことを妨げるものではない。質量分析法を用いる研究によりdeGennesの緊密充填段階を越えて分子量をさらに増加させ得ることが実証されている。
緊密充填段階を越えて樹枝状の成長を続けることによって得られる生成物は構造が「不完全」である。何故なら、前駆体の生成において表面基のいくつかはそれ以上反応することが立体的に妨げられるからである。deGennesの緊密充填段階を越えて成長したデンドリマー上の官能基の数は、その世代に対し数学的に予見される理想的な値には対応しないであろう。この不連続性はdeGennesの緊密充填段階の特徴を示すものとして説明される。
反応性の差
異なったパラメータに基づく反応速度を下記の図式で研究した。
Figure 0004510881
Figure 0004510881
下記の説明において、下線を引いた数値記号は上記図式の構造を示すものとする。
1.開環反応に対する電子密度の効果
アミン試薬(IIeIIg)とポリ(グリシジル)エーテル(IaおよびIcId)(PGE)との反応は該アミン試薬とポリ(グリシジル)アニリン(Ib)(PGA)との反応よりも速かった。TRIS(IIe)のグリシジルアニリン(Ib)に対する付加反応は60℃において3日後にも完了せず、ビス−およびトリー付加物の両方を実質的な量で含む生成物が観測された。長時間の加熱は原料が多量に分解する原因となった。ジエタノールアミン(IIf)との反応はテトラ−およびトリ−付加物を生じた;IIgとの反応はテトラ−付加物を生じたが、長時間の反応により生成物が分解した。
理論によって拘束されることは望まないが、PGEおよびPGAにおけるこの反応性の差は、酸素および窒素の相対的な電気陰性度に基づいて説明できると思われる。酸素の方が窒素よりも電気陰性度が大きいから、PGEにおけるエポキシド環上の電子密度はPGAのエポキシドにおけるよりも小さく(即ち誘起効果により)、従ってはPGAに比べPGEの求核性開環反応の方が容易になる。即ちPGEの方が反応時間が速い。このデータは式(I)のデンドリマーが速い反応時間をもっていることを示している。
2.アミンの反応性に対するpkaの効果
分岐セル試薬(IIeIIg)のPGEおよびPGAに対する反応性もまた異なっていることが見出だされた。観測された反応性はIIfIIgIIeであった。この3種の分岐セル試薬の反応性の差はそのpkaに基づいて説明することができる。トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(TRIS)のpka値は8.10であり、ジエタノールアミン(DEA)は8.88である。pka値が高いほど塩基性は強い。DEAはTRISよりも強い塩基性をもっているから、DEAとの反応の方が速い。この原理は実験的な証拠によって支持される。従って(BR)に対するpkaが高いほど反応は速い。
3.プロトン性溶媒および温度の効果
PGEおよびPGAと種々の求核性の分岐セル試薬(BR)との反応性には差が存在する。種々の溶媒および温度において反応の研究を行った。先ず、基質Iaとトリ(グリシジルエーテル)との反応をメタノール中において室温で研究し、この反応は遅く反応時間は最高10日を要することを見出だした。種々の溶媒中においてもっと高い温度でこれらの反応を再検討した。分岐セル試薬(IIeIIg)(BR)をすべてのグリシジルエーテルに添加する反応を小規模(最高3g)で60℃において研究した。驚くべきことには、60℃においてメタノール中で反応はすべて12〜24時間で完了した。しかしこれとは対照的にポリ(グリシジルアニリン)(Ib)との反応は60℃においても非常に遅かった。従って(BR)は速度決定因子ではなく、基質がPGEの場合一番速かった。
これらの反応を種々の溶媒、即ちメタノール、ジクロロメタン(DCM)/メタノール(MeOH)混合物、およびジメトキシエタン(DME)中で研究した。反応はDCMおよびDME中、並びに室温のMeOH中では遅かった。これらの結果は、求核試薬の迅速な付加を促進するためにはプロトン性溶媒を使用することが好適なことを示している。
Cramの規則
理論に拘束されることを望むものではないが、立体的な効果はカルボニル酸素の所における立体選択的な反応性を制御し、その結果キラルな導入がされると考えられる。求核試薬は最も小さい置換基の沿ってカルボニルに近づくことをCramの規則は述べている。最大の基はカルボニル基に対しanti位に配位して立体効果を最低限度に抑制し、求核試薬は選択的に小さい置換基の側から攻撃を行う。[D.J.Cram,A.Elhafez,J.Am.Chem.Soc.誌、74巻,5828頁(1952年)参照。]
典型的な反応条件
本発明は、これだけには限定されないが、(1)付加反応および(2)開環反応を含む二つの主要な反応系を包含している。付加反応の例には、これだけには限定されないが、アクリレートがアミンと反応する場合のようなMichaelの付加反応が含まれる。開環反応の例には、これだけには限定されないが、アミンがエポキシ、チオランまたはアジリジン官能基と反応する場合のような開環反応が含まれる。これらのすべての場合におい
て、アミン、アクリレート、エポキシ、チオランまたはアジリジン基は単純なコア、足場のコア、またはスーパー・コアを含むコア(C)、延長部分(EX)、分岐セル試薬(BR)または末端官能基性(TF)の官能基の一部をなしていることができる。これらの二種類の反応、即ち付加反応と開環反応に対する反応条件は、炭素−炭素間二重結合に対する付加に関する文献に記載された範囲の条件によって記述することができる[例えばR.T.Morrison,R.N.Boyd著,Organic Chemistry,第6章 ,Allyn and Bacon,Inc,New York, NY(1966年)発行参照、或いは一般的な開環反応についても第6章参照のこと]。さらにまた反応条件の典型的な範囲も記載されている。
アクリレート−アミン反応系
アクリレート−アミン反応系の一例はアクリレート官能基をもつコアがアミン官能基をもつ延長部分と下記のように反応する反応系である。
(C)+(EX)=(C)(EX)(Fl) (1)
ここで(C)=トリメチロールプロパントリアクリレート;(EX)=ピペラジン;(F1)=アミンである。
アクリレート−アミン反応系の他の例はアクリレート官能基をもつ延長されたコア(C)(EX)(F1)がアミン官能基をもつ分岐セル試薬と下記のように反応する反応系である。
(C)(EX)(F1)+(BR)=(C)(EX)(BR)(F2) (2)
ここで(C)=トリメチロールプロパントリアクリレート;(EX)=ピペラジン;(F1)=アミン;(BR)=トリメチロールプロパントリアクリレート;(F2)=アクリレートである。
Figure 0004510881
分岐セル(BR)、延長部分(EX)、または官能基(F)の単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物に対する付加反応に対しては、付加すべき分子対単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物上の反応性官能基をもつ分子のモル比は極めて重要なパラメータである。例えばコアに対する延長部分の基の付加において(EX)/(C)のモル比は延長部分(EX)のモル数対単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の構造物上の反応性官能基のモル数の比として定義される。同様に単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の構造物上の反応性官能基に対する分岐セルの付加に対しては、(BR)/(C)が分岐セルの分子(BR)のモル数対単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の構造物上の反応性官能基のモル数の比として定義される。所望の構造に依存して、分岐セルまたは延長部分が単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物に付加する程度は、付加されるモル比または立体的に誘起される化学量論的な量比(例えばNSIS)によって制御される。全表面を被覆することが望ましい場合、単純なコア、足場のコア、またはスーパー・コア上の反応性官能基に対し、付加される基の分子、例えば延長部分または分岐セル試薬を過剰な量で用いることが好適である。
これらの種々の基の付加の順序は、単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物を分岐セルまたは延長部分に付加するか、または分岐セルまたは延長部分を単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物に付加する順序であることができる。好適な段階は単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物を延長部分または分岐セル試薬に付加する段階である。
反応時間の範囲は反応条件、溶媒、温度、試薬の活性、および他の因子に依存するが、一般に不飽和の有機官能基に対する付加反応を達成するのに十分な当業界に公知の典型的な反応条件の範疇に入ることができる。反応時間は1分〜数日の範囲であることができるが、立体的に嵩張った基の反応、または混み合った表面に対する反応、例えば表面の基を高い世代の生成物に付加する反応に対しては長い反応時間が必要である。
反応温度は典型的には炭素−炭素間二重結合の付加反応に典型的な範囲内であることができる。この温度範囲は反応を行う試薬の熱安定性および反応に必要な該温度における時間の長さによって制限を受ける。典型的な反応温度は下記に示されている。
この付加反応に適した任意の有機溶媒または水を使用することができ、その中には炭素−炭素間二重結合の付加反応に対する典型的な溶媒が含まれる。反応を行うのに適した濃度まで試薬を溶解するのに十分な任意の溶媒混合物を使用することができる。好適な溶媒は極性をもったプロトン性溶媒である。また極性溶媒および非極性溶媒の両方を含む溶媒混合物、プロトン性および非プロトン性溶媒の混合物、またはこれらの組合せも使用できる。溶媒混合物は主として非プロトン性溶媒であり、反応の触媒になるのに十分な触媒量のプロトン性溶媒がこれに含まれていることができる。これによって極性の小さいまたは非極性の単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、延長部分、または分岐セル試薬を溶解して反応させ得る条件が与えられる。ポリ(グリシジル)エーテルおよびポリ(グリシジル)アニリンと種々の求核性の分岐セル試薬との反応性には差が存在する。種々の溶媒および温度において反応の研究を行った。先ず、基質Iaのトリ(グリシジル)エーテルとの反応をメタノール中で室温において研究し、この反応は遅く最大10日を要することが見出だされた。種々の溶媒を用いもっと高い温度でこれらの反応を再検討した。分岐セル試薬(IIeIIg)のすべてのグリシジルエーテルへの付加反応を小規模において(最高3g)60℃で研究した。興味深いことにはメタノール中において60℃ですべての反応は12〜24時間で完了した。しかしこれとは対照的にポリ(グリシジルアニリン)(Ib)との反応は60℃においても非常に遅かった。
付加反応を容易にするために触媒を添加することができる。適当な触媒には炭素−炭素間二重結合の付加反応の触媒として通常用いられる任意の触媒が含まれる。典型的な触媒には金属塩、即ちチタン、マグネシウム、およびリチウムの塩、および有機付加反応に適した任意の他の触媒が含まれる。これらの反応、およびアミン官能基成分とアクリレート官能基成分との反応を含む他の反応に対し、典型的な反応条件を下記表にまとめる。
Figure 0004510881
開環反応系
開環反応系の一例はエポキシ官能性をもつコアとアミン官能性をもつ延長部分との反応、例えば
(C)+(EX)=(C)(IF1)(EX)(F1) (3)
である。ここに(C)=ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル;(IF1)=内部のヒドロキシル;(EX)=ピペラジン;(F1)=アミンである。
エポキシ−アミン反応の他の例はアミン官能性をもった延長されたコア試薬(C)(DF1)EX)(F1)とエポキシ官能性をもった分岐セル試薬との反応、例えば
(C)(IF1)(EX)(F1)+(BR)
=(C)(IF1)(EX)(IF2)(BR)(F2) (4)
である。ここに(C)=ペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル;(IF1)=内部のヒドロキシル;(EX)=ピペラジン;(F1)=アミン;(BR)=ペンタエリ
トリトールテトラグリシジルエーテル;(IF2)=内部のヒドロキシル;(F2)=アミンである。
Figure 0004510881
分岐セル(BR)、延長部分(EX)、または官能基(TF)をコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物に付加するためには、付加すべき分子対コア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物上の反応性官能基のモル比は極めて重要なパラメータである。例えばコアに対する延長部分の基の付加において(EX)/(C)のモル比は延長部分(EX)のモル数対単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の構造物上の反応性官能基のモル数の比として定義される。同様に単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の構造物に対する分岐セルの付加に対しては、(BR)/(C)は分岐セル分子(BR)のモル数対単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の構造物上の反応性官能基のモル数の比として定義される。所望の構造に依存して、分岐セルまたは延長部分が単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、または現在の世代の生成物に付加する程度は、付加されるモル比または立体的に誘起される化学量論的な量比によって制御される。全表面を被覆することが望ましい場合、単純なコア、足場のコア、またはスーパー・コア上の反応性官能基に対し、付加される基の分子、例えば延長部分または分岐セル試薬を過剰な量で用いることが好適である。
付加の順序は、単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物を分岐セルまたは延長部分に付加するか、または分岐セルまたは延長部分を単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物に付加する順序であることができる。単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、或いは現在の世代の生成物を延長部分または分岐セル試薬に付加することが好ましい。
反応時間の範囲は反応条件、溶媒、温度、試薬の活性、および他の因子に依存するが、一般に不飽和の有機官能基に対する付加反応を達成するのに十分な当業界に公知の典型的な反応条件の範疇に入ることができる。反応時間は1分〜数日の範囲であることができるが、立体的に嵩張った基の反応、または混み合った表面に対する反応、例えば表面の基を高い世代の生成物に付加する反応に対しては長い反応時間が必要である。
反応温度は典型的には炭素−炭素間二重結合の付加反応に典型的な範囲内であることができる。この温度範囲は反応を行う試薬の熱安定性および反応時間によって制限を受ける。典型的な反応温度は下記に示されている。
開環付加反応に適した任意の有機溶媒または水は歪んだ環の開環反応に適した典型的な溶媒を含んでいる。反応を行うのに適した濃度まで試薬を溶解するのに十分な任意の溶媒混合物を使用することができる。好適な溶媒は極性をもったプロトン性溶媒である。また極性溶媒および非極性溶媒の両方を含む溶媒混合物、プロトン性および非プロトン性溶媒の混合物、またはこれらの組合せも有用である。溶媒は、反応を起こさせるのに十分な触媒量のプロトン性溶媒を含む非プロトン性溶媒であることができる。溶媒中における試薬の濃度は極めて広い範囲に亙ることができる。或る場合には反応に対する試薬を過剰に用い溶媒として使用することができる。溶媒混合物は触媒量のプロトン性溶媒を十分な量で含む主として非プロトン性の溶媒であることができる。これによって極性の小さいまたは非極性の単純なコア、足場のコア、スーパー・コア、延長部分、または分岐セル試薬を溶解して反応させ得る条件が与えられる。例えばポリ(グリシジル)エーテルおよびポリ(グリシジル)アニリンと種々の求核性の分岐セル試薬との反応性には差が存在するために、種々の溶媒および温度について研究することが必要であった。高温が必要な反応に対しては、揮発性の低い溶媒が必要な場合もある。
これらの反応を種々の溶媒、即ちメタノール、ジクロロメタン(DCM)/メタノール(MeOH)混合物、およびジメトキシエタン(DME)中で研究した。反応はDCMおよびDME中、並びに室温のMeOH中では遅かった。これらの結果は、求核試薬の迅速な付加を促進するためにはプロトン性溶媒を使用することが好適なことを示している。
付加反応を容易にするために触媒を加えることができる。適当な触媒には開環反応の触媒として通常使用されるものが含まれる。典型的な触媒はルイス酸およびルイス酸の塩、例えばLiBF、BFまたはこの範疇に入る他の触媒である。
これらの反応、およびアミン官能基成分とアクリレート官能基成分との反応を含む他の反応に対し、典型的な反応条件を下記表にまとめる。
Figure 0004510881
上記両方の種類の反応に対する生成物の分離法および精製法は、炭素−炭素間二重結合付加反応および歪んだ環の開環付加反応に対する典型的な方法を含んでいる。これに加えて、典型的な樹枝状の分子を分離する公知方法が用いられる。超遠心分離、透析、シリカゲルまたはSephadexを用いるカラムを使用する分離、沈澱、溶媒分離、または蒸溜が好適である。分離法は生成物の大きさまたは世代に依存して変えることができる。ポリマー粒子の大きさが大きくなった際のさらに好適なデンドリマーの分離方法には超遠心分離および透析が含まれ、或る場合には反応した化学種と未反応の化学種の間の溶解度の差を用いて生成物の選別および分離の助けにすることができる。例えばかなり無極性の強いエポキシドと極性の大きな開環したポリオールの間の溶解度の差を分離工程に利用することができる。
反応を促進する方法にはマイクロ波または超音波支援反応が含まれる。
本発明の理論
理論により拘束されることを望むものではないが、特定の大きさのコアまたは或る与えられた世代のレベルで足場を作りつつあるデンドリマーと反応し得る分岐セル試薬(BR)、延長部分(EX)、または末端官能基(TF)の数がNSISにより制御されることにより、本発明のいくつかの有利な結果が得られると考えられる。これらの反応の化学量論的な量比はナノスケールの基質(即ちコアまたは種々のデンドリマー/デンドロンを生成する表面)の相対的な大きさ(即ちSに対するS)および反応している試薬(即ち分岐セル試薬(BR)または焦点官能基性(FF)の反応性デンドロン)によってナノスケールの規模で立体的に制御されるように思われる。本発明に使用される嵩張った分岐セル(BR)およびそれらの付加生成物は予想外の挙動を示すから、NSISが直接関連をもっていると考えられる。最も注目すべきことには、分岐セル試薬は高い反応性をもった多官能性の実体であるという事実にも拘わらず、反応の際隣接した部分との間に交叉結合をつくることはない。このことは直感に反しているが、分岐セル試薬の反応性(これらはPAMAMの反応に典型的なアミン−アクリレートの反応またはエステルのアミド化よりも遥かに大きな反応性をもっている)と移動度[例えば小さいアミン試薬に比べ大きな分岐セル試薬の方が移動が遅い(即ち遅い拡散係数をもっている)]との間で平衡が移動することに関連付けることができる。
用途
式(I)のデンドリマーの用途はPAMAMデンドリマーおよびその樹枝状ポリマーと同じくらい多い。下記の用途のリストはすべてを含むものではなく、単に例示のためのものである。これらの式(I)のデンドリマーは精密な大きさをもっているから、サイズ選択性をもった膜、高効率のプロトン除去剤、および電子顕微鏡の較正標準として使用することができる。これらの式(I)のデンドリマーは油/水乳化液の脱乳化剤、製紙業における湿潤強度賦与剤、およびペイントまたは他の同様な溶液、懸濁液、および乳化液のような水性組成物の粘度調節剤として使用することができる。
これらの式(I)のデンドリマーの特有な性質は次の通りである:熱分解に対して安定であり、また開環反応を使用した際逆Michael反応を起こさない;(IF)構成部分(開環反応により得られる)が存在しており、これはさらに反応して材料をさらに結合させる;非常に純粋であり、多分散度の範囲が狭い;製造コストが低い(反応時間が速く、必要な試薬の量が少なく、製造段階も少ないため)。
上記式(I)のデンドリマーの用途に加えて、これらの式(I)のデンドリマーは材料(M)の特殊な送達が望ましい多様な用途に適している。
これらの式(I)のデンドリマーは材料(M)を内包することができる内部の空虚な空間をもっている。このような担持材料(M)の例は米国特許第5,338,532号明細書に記載されている。これらの材料は、農業的な、薬学的な、生物学的な、或いは他の活性をもっていることができる。
反応する分岐セルが十分生成した後、表面の基(Z)のdeGennesの緻密充填が生じ、表面は混み合ってきて内部の空虚な空間を閉鎖するが、この空間は分子レベルの障壁になることができ、材料がデンドリマーの内部へまたは内部から拡散するのを制御するのに使用することができる。これらのデンドリマーの官能基の密度の増加により1個のデンドリマーが多量の材料を担持することができるようになる。表面(Z)の上および内部(IF)のデンドリマー上の官能基の数は制御できるから、これによってまた例えば1個のデンドリマーが送達する材料(M)の量を制御する手段が与えられる。例えばこれらのデンドリマーは、特定の標的とされる生物体、例えば動物、人、植物または病害虫、または標的とされる生物体の部位に対し生物活性試薬を送達することができる、標的を設定された生物活性試薬の担体であることができる。
表面の基(Z)は、所望の化学的な官能基を含む反復単位を選ぶことにより、或いはこれらの(Z)基のすべてまたは一部を修飾して新しい表面官能基性をつくることにより、予め定められた方法でその化学的性質を制御することができる。これらの表面は特定の部位に狙いを定めているか、または特定の細胞、例えば細網内皮細胞による摂取に抵抗性をもつようにすることができる。
これに加えて、式(I)のデンドリマーを一つまたはそれ以上含む架橋したデンドリマーをつくると、これらの樹枝状重合構造(polydendritic)の構成部分も材料の担体として適している。
本発明のデンドリマーの内部は可能な内部官能基性(IF)をもっていることができ、この場合内部の基は材料と反応し、担体材料に対しもっと強力に結合した系として作用する能力をもっている。この材料はこれらのデンドリマーの内部、表面、または内部および表面の両方と連係し、これらの基は同一または相異なることができる。ここで使用される「連係する(associated with)」と言う言葉は、担持された材料(M)がデンドリマーの内部に物理的に内包されるか捕捉され、デンドリマー全体に亙って部分的にまたは完全に分散するか、或いはデンドリマーに結合(attached)および/または連結(linked)し、その際この結合または連結は共有結合、水素結合、吸着、吸収、金属結合、ファン・デル・ワールス力、またはイオン結合、或いはそれらの組み合わせによって行われることを意味する。担持された材料とデンドリマーとの連係は、これらのコンジュゲート(conjugate)の製造または使用を容易にするために連結材および/またはスペーサー或いはキレート剤を随時使用することができる。適当な連結基は、組み合わされたデンドリマーと材料(コンジュゲート)の中に存在するディレクター(director)の効果または他の担持された材料の効果を実質的に損なうことなく、標的のディレクター(即ちT)をデンドリマー(即ちD)に連結する基である。これらの連結基は開裂できまたはできず、典型的には標的のディレクターとデンドリマーとの間の立体障害を避けるために使用され、開裂できる連結基(例えば細胞表面における酸で開裂しできる連結基)が送達する場所に存在しない限り、連結基は安定である(即ち開裂できない)ことが好ましい。これらのデンドリマーの大きさ、形および官能基の密度は厳密に制御されているから、担持された材料がデンドリマーと連係し得る方法は多数存在する。例えば(a)担持された材料とデンドリマーの表面またはその近くに位置する実体、典型的には官能基との間の連係は共有結合、クーロン力、疎水性型、またはキレート型であることができる;(b)担持された材料とデンドリマーの内部に位置する構成部分との間には共有結合、クーロン力、疎水性型、またはキレート型の連係が存在することができる;(c)デンドリマーは主として中空の内部をもつようにつくることができ、該内部(空虚な空間)はその中に担持された材料を物理的に捕捉することができ、またデンドリマーの表面に拡散により制御される構成部分を密集させることにより担持された材料の放出を随時制御することができる;(d)デンドリマーに内部の官能基性(IF)が存在する場合、これはまた担体材料と連係することができる;或いはまたは(e)上記の現象の種々の組合せを使用することができる。
これらのデンドリマーに内包されるまたはそれと連係する材料(M)は、所望の目的に適う可能な構成部分をもった非常に大きな群であることができる。このような材料には、これだけには限定されないが、デンドリマーの物理的な一体性を著しく擾乱させることなくデンドリマーと連係することができる、動物または植物または微生物、ウイルスおよび任意の生体系の診断または治療のための処理に使用される生体内(in vivo)または試験管内(in vitro)、或いは生体外(ex vivo)での用途の医薬品材料が含まれる。
好適具体化例においては、「M」により表される担持された材料は医薬品材料である。本発明のデンドリマーのコンジュゲートに使用するのに適したこのような材料には、デンドリマーの物理的な一体性を著しく擾乱させることなくこれらのデンドリマーと連係することができる、哺乳動物の診断または治療の処理のための生体内または試験管内で使用される任意の材料、例えば薬剤、例えば抗生物質、鎮痛薬、血圧降下剤、強心薬など、例えばアセトアミナフェン(acetaminaphen)、アシクロヴィア(acyclovir)、アルケラン(alkeran)、アミカシン(amikacin)、アンピシリン(ampicillin)、アスピリン(aspirin)、ビサントレン(bisantrene)、ブレオマイシン(bleomycin)、ネオカルジオスタチン(neocardiostatin)、クロロアンブシル(chloroambucil)、クロランフェニコール(chloramphenicol)、シタラビン(cytarabine)、ダウノマイシン(daunomycin)、ドキソルビシン(doxorubicin)、フルオロウラシル(fluorouracil)、ジェンタマイシン(gentamycin)、イブプロフェン(ibuprofen)、カナマイシン(kanamycin)、メプロバメート(meprobamate)、メトトレキセート(methotrexate)、ノヴァントロン(novantrone)、ナイスタンチン(nystatin)、オンコヴィン(Oncovin)、フェノバルビタール(phenobarbital)、ポリマイキシン(polymyxin)、プロブコール(probucol)、プロカルバビジン(procarbabizine)、リファンピン(rifampin)、ストレプトマイシン(streptomycin)、スペチノマイシン(spectinomycin)、シンメトレル(Symmetrel)、チオグアニン(thioguanine)、トブラマイシン(tobramycin)、トリメトプリム(trimethoprim)、およびヴァルバンル(valbanl);トキシン、例えばジフテリア・トキシン(diphtheria toxin)、ゲロニン(gelonin)、エキソトキシンA(exotoxin A)、アブリン(abrin)、モデッシン(modeccin)、リシン(ricin)、またはそれらの毒性をもったフラグメント;金属イオン、例えばアルカリおよびアルカリ土類金属;アクチニドまたはランタニド系列、または他の同様な遷移金属の元素、または他の元素から生成される放射性元素、例えば47Sc、67Cu、67Ga、82Rb、89Sr、88Y、90Y、99mTc、105Rh、109Pd、111In、115mIn、125I、131I、140Ba、140La、149Pm、153Sm、159Gd、166Ho、175Yb、177Lu、186Re、188Re、194Lr、および199Au、好ましくは88Y、90Y、99mTc、125I、131I、153Sm、166Ho、177Lu、186Re、67Ga、111In、115mIn、および140La;存在することにより系に検出並びに測定可能な摂動(perturbation)を与える例えば蛍光、燐光、および放射線の発生体を含むシグナル生成剤;シグナル反射剤、例えば常磁性体、例えばFe、Gd、またはMn;キレート化した金属、例えば放射性をもつか否かには拘わらずキレート剤と連係した場合の上記の任意の金属;シグナル吸収剤、例えばコントラスト剤および電子ビーム乳濁剤(opacifiers)、例えばFe、GdまたはMn;モノクロナール抗体、および抗イディオタイプ(idiotype)抗体を含む抗体;抗体フラグメント;ホルモン;生物応答修飾因子、例えばインターロイキン、インターフェロン、ウイルスおよびウイルス・フラグメント;診断用乳濁剤;および蛍光剤が含まれる。運ばれる医薬品材料には除去剤(scavaging agents)、例えばキレート剤、抗原、抗体、または選択的な除去作用をもった治療剤または診断剤となり得る任意の部分が含まれる。
他の具体化例においては、本明細書において「M」で表される担持材料は農業用の材料である。これらのコンジュゲートに使用するのに適したこのような材料には、デンドリマーの物理的な一体性を著しく擾乱させることなくこれらのデンドリマーと連係することができる、植物または非哺乳動物(微生物を含む)に対し生体内または試験管内での治療、診断または施用に使用される任意の材料が含まれる。例えば担持材料はトキシン(toxins)、例えばジフテリア・トキシン、ゲロニン、エキソトキシンA、アブリン、モデッシン、リシン、またはそれらの毒性をもったフラグメント;金属イオン、例えばアルカリおよびアルカリ土類金属;アクチニドまたはランタニド系列、または他の同様な遷移金属元素または他の元素から生成される放射性元素、例えば47Sc、67Cu、67Ga、82Rb、89Sr、88Y、90Y、99mTc、105Rh、109Pd、111In、115mIn、125I、131I、140Ba、140La、149Pm、153Sm、159Gd、166Ho、175Yb、177Lu、186Re、188Re、194Lr、および199Au;存在することで系に検出並びに測定可能な摂動を与える例えば蛍光、燐光、および放射線の発生体を含むシグナル生成剤;シグナル反射剤、例えば常磁性体、例えばFe、Gd、またはMn;シグナル吸収剤、例えばコントラスト剤および電子ビーム乳濁剤、例えばFe、GdまたはMn;モノクロナール抗体、および抗イディオタイプ抗体を含む抗体;抗体フラグメント;ホルモン;生物応答修飾因子、例えばインターロイキン、インターフェロン、ウイルスおよびウイルス・フラグメント;抗微生物剤、殺藻剤(aligicides)、アリセルメティックス(arithelmetics)、殺ダニ剤(acaricides)、II殺虫剤、誘引物質、忌避剤、除草剤および/または殺菌・殺カビ剤を含む農薬、例えばアセフェート(acephate)、アシフルオルフェン(acifluorfen)、アラクロール(alachlor)、アトラジン(atrazine)、ベノミル(benomyl)、ベンタゾン(bentazon)、キャプタン(captan)、カルボフラン(carbofuran)、クロロピクリン(chloropicrin)、クロルピリフォス(chlorpyrifos)、クロルスルフロンシアナジン(chlorsulfuron cyanazine)、シヘキサチン(cyhexatin)、シペリミトリン(cypermithrin)、2,4−ジロロフェノキシ酢酸、ダラポン(dalapon)、ジカンバ(dicamba)、ジクロフォップメチル(diclofop methyl)、ジフルオロベンズロン(diflubenzuron)、ジノセブ(dinoseb)、エンドトール(endothall)、フェルバム(ferbam)、フルアジフォプ(fluazifop)、グリフォセート(glyphosate)、ハロキシフォプ(haloxyfop)、マラチオン(malathion)、ナプタラム(naptalam)、ペンジメタリン(pendimethalin)、ペルメトリン(permethrin)、ピクロラム(picloram)、プロパクロール(propachlor)、プロパニル(propanil)、セトキシジン(sethoxydin)、テメフォス(temephos)、テルブフォス(terbufos)、トリフルラリン(trifluralin)、トリフォリン(triforine)、ジネブ(zineb)などが含まれる。担持される農業材料には除去剤、例えばキレート剤、キレート化した金属(放射性に有無に拘わらず)、または作用をもった治療剤または診断剤を選択的に除去し得る任意の構成部分が含まれる。
他の具体化例においては、本明細書において(M)で表される担持される材料は免疫賦活剤である。これらのコンジュゲートに使用するのに適したこのような材料には、デンドリマーの物理的な一体性を著しく擾乱させることなくこれらのデンドリマーと連係することができる免疫応答性を上昇させる抗体、ハプテン(hapten)、または有機原子団または有機または無機の化合物が含まれる。例えば担持される材料は、マラリア(米国特許第4,735,799号明細書)、コレラ(米国特許第4,751,064号明細書)および尿路感染症(米国特許第4,740,585号明細書)に対するワクチンの製造に使用される合成ペプチド、抗バクテリア・ワクチン(米国特許第4,695,624号明細書)を製造するためのバクテリア性ポリサッカリド、およびエイズおよび肝炎のような疾患の予防を行うウイルス蛋白質およびウイルス粒子が含まれる。
これらのコンジュゲートを免疫強化剤に対する担体として使用すると、補助的な担体(
adjuvant carrier)に対する高分子構造を与えるのに使用される通常公知のまたは合成された重合体コンジュゲートについてその性能および構造が不明確であるという欠点が避けられる。免疫強化剤に対する担体としてデンドリマーを使用すると、コンジュゲートの大きさ、形および表面の組成を制御することができる。このような方法を選択することにより生物体に対する抗原の提供を最適化することができ、従来の助剤を使用する場合に比べ大きな選択性と高度の親和性をもった抗体が得られる。またT−およびB−細胞のエピトープの両方を結合させる場合のように多数の抗原のペプチドまたはその群をデンドリマーに連結することが望ましい。このような設計によって改善されたワクチンが得られるであろう。
カルバメート、トリアジンまたは有機フォスフェート成分のような免疫応答を具現し得る農薬または汚染物質をデンドリマーに連係させて結合する(conjugate)ことが望ましい。所望の農薬または汚染物質に対して生成される抗体は標準的な方法で精製し、適当な支持体の上に不動化し、次いで周囲環境または生物体の中で該農薬または汚染物質を検出するのに使用することができる。
さらに他の具体化例においては、これらのコンジュゲートを使用するのに適した本明細書において「M」で表される担持された材料は、デンドリマーの物理的な一体性を著しく擾乱させることなくこれらのデンドリマーと連係することができる、農業材料または医薬品材料以外の材料、例えば金属イオン、例えばアルカリおよびアルカリ土類金属;存在することにより系に検出並びに測定可能な摂動を与える例えば蛍光、燐光、および放射線の発生体を含むシグナル生成剤;シグナル反射剤、例えば常磁性体、例えばFe、Gd、またはMn;シグナル吸収剤、例えばコントラスト剤および電子ビーム乳濁剤、例えばFe、Gd、またはMn;フェロモン構成部分;芳香剤構成部分;染料構成部分などを含んでいる。担持される材料は除去剤、キレート剤、または種々の試薬を選択的に除去し得る任意の構成部分を含んでいる。
また好ましくは担持される材料(M)は生物活性試薬である。本明細書において使用される「生物活性」という言葉は、標的となる実体、例えば蛋白質、グリコ蛋白質、リポ蛋白質、脂質、標的となる細胞、標的となる器官、標的となる生物体[例えば微生物、植物または動物(人のような哺乳動物を含む)]または他の標的となる構成部分のような標的となる実体の検出、同定、阻害、処理、触媒による促進、制御、消滅、強化または修飾を行い得る分子、原子、イオンおよび/または他の実体のような活性をもった実体を意味する。また生物活性物質として、遺伝子治療、分析、修飾、活性化、アンチセンス(anti−sense)、サイレンシング(silencing)、形質および配列の診断などの分野に広い用途をもっている遺伝物質が含まれる。これらのコンジュゲートは、細胞のトランスフェクション(transfection)を行い、樹枝状ポリマーと遺伝物質との複合体を含んで成る遺伝材料を生体内でつくり、この複合体をトランスフェクションされる細胞が利用できるようにすることを含んでいる。
これらのコンジュゲートは多様な生体内、生体外、または試験管内での診断または治療上の用途に使用することができる。若干の例にはガンのような疾患、自己免疫性疾患、遺伝子欠損、中枢神経系の不全、感染性疾患、および心不全の治療、診断的用途、例えば放射線免疫検定法、電子顕微鏡、酵素と連結した免疫吸着剤検定法、核磁気共鳴分光法、コントラスト画像診断法、イムノシントグラフィー(immnoscintography),および農薬の送達、例えば除草剤、殺菌・殺カビ剤、忌避剤、誘引物質、抗微生物剤、または他のトキシンの送達がある。またインターロイキン、インターフェロン、腫瘍壊死因子、または他の蛋白質、或いはこれらのフラグメント、抗ウイルス剤のような非遺伝物質も含まれる。
これらのコンジュゲートは当業界の専門家には公知の結合剤を用いて錠剤にすることができる。このような投与形態は米国、ペンシルバニア州、Easton,Mack Publishing Company,1990年発行、Remington’s Pharmaceutical Sciences,第18版に記載されている。適当な錠剤には圧縮した錠剤、糖衣錠、フィルム被覆錠剤、腸溶性被膜被覆錠剤、多重圧縮錠剤、制御放出型錠剤などが含まれる。適当な組成物としてアンプル、軟膏、ゲル、懸濁液、乳化液、注射液(筋肉注射、静脈注射、腹腔内注射)も使用できる。医薬品として許容される通常の塩、助剤(adjuvants)、希釈剤、および賦形剤をこれらの組成物に使用することができる。農業的な用途に対しては、これらのコンジュゲートは通常の適当な賦形剤および農業的に許容される担体または希釈剤、例えば乳化可能な濃縮物、溶液、および懸濁液と一緒に組成物にすることができる。
下記の実施例に対して種々の試験を行うために用いた種々の装置および方法を下記に説明する。
装置および方法
サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)
Sephadexで精製したデンドリマーのメタノール溶液を蒸発させ、SECの実験に用いる移動相を加えて再調製した(1mg/mLの濃度)。すべての試料は新しく調製し、直ちにSECに使用した。
サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によりデンドリマーの定量分析を行った。SECシステム(Waters 1515)は屈折率検出器(Waters 2400)およびWaters社の717パルス自動試料採取器を用い等張モード(isocratic mode)で操作した。分析は室温において二つの直列に配置したTSKゲルのカラム(Supelco)、粒径10μm、30cmx7.5mmのG3000PWおよびG2500PWを用いて行った。酢酸塩緩衝液(0.5M)の移動相を1mL/分の流速で圧入した。デンドリマーの溶離容積はデンドリマーの世代に従って11〜16mLであることが観測された。
薄層クロマトグラフィー(TLC)
薄層クロマトグラフは化学反応の進行を監視するのに使用した。一般に有機溶媒中に0.05〜0.4Mの溶液の材料1滴をシリカゲルのpPlateに加え、溶媒室に入れ、一般に10〜15分間発現させた。溶媒を溶離させた後、TLC板をほぼ乾燥させ、次いで着色を行った(下記に説明するように)。シリカゲルは極性をもった重合体の支持体であるから、極性の小さい分子は板の上方へと移動するであろう。「R」値を用いTLCの板の上で材料がどれだけ移動したかを識別する。溶媒の条件を変えると、それに従ってR値が変化するであろう。Rは生成物が移動した長さ対溶媒が移動した長さの比によって測定される。
材料:使用したTLC板は(1)カタログ番号4861:840の裏地がガラスで、大きさが20×20cm、層の厚さが1000μmの「Thin Layer Chromatography Plates−Whatman(R)」PK6F Silica Gelであるか、または(2)カタログ番号5547−7の裏地がアルミナで、大きさが20×20cm、層の厚さが200μmの「Thin Layer Chromatography Plate Plastic Sheet−EM Science」であった。
着色条件:(1)ニンヒドリン:1.5gのニンヒドリン,5mLの酢酸、および500mLの95%エタノールを用い溶液をつくった。板をこのニンヒドリン溶液に浸漬し、乾燥させ、加熱銃を用い変色するまで加熱した(ピンクまたは紫のスポットはアミンの存在を示す)。(2)ヨード室:2〜3gのIを閉じた容器に入れる。TLC板をこの室の中に15分間入れる。生成物のスポットは褐色に着色するであろう。(3)KMnOの着色:1.5gのKMnO、10gのKCO、2.5mLの5%NaOH、および150mLのHOを用いて溶液をつくる。TLC板をこのKMnO溶液に浸漬する。生成物のスポットは黄色に変わる。(4)紫外線による検査:紫外線(UV)ランプを用いて生成物のスポットを照射する。生成物の同定には短波長(254nm)および長波長(365nm)の両方を使用する。
MALDI TOF型質量スペクトル
質量スペクトルはパルス・イオン抽出器を用いたBruker Autofiex LRF MALDI−TOF質量スペクトルで得た。20kDa以下の質量範囲は19kVの試料電圧、20kVのレフレクター電圧を用い、レフレクター・モードで得た。較正にはポリエチレンオキシドを用いた。これよりも高い質量範囲は20kVの試料電圧を用い、リニアー・モードで得た。この高い範囲の質量範囲は牛の血清アルブミンを用いて較正した。
典型的には、5mg/mLの検体の溶液の1μLのアリコートを10μLのマトリックス溶液と組み合わせて試料をつくった。特記しない限りマトリックスの溶液は3:7のアセトニトリル:水中に2,5−ジヒドロキシ安息香酸を含む10mg/mLの溶液であった。試料/マトリックス溶液のアリコート(2μL)でターゲット板の上にスポットをつくり、室温で空気乾燥させる。
透析分離
典型的な透析の実験では、生成物を保持するのに十分ではあるが不純物は保持しない適切な孔の大きさをもつ透析膜を通して約500mgの生成物の透析を行った。透析は水中で約21時間行い、透析物を2回取替えた。回転蒸発器で水を保持物から蒸発させ、高真空下で固体が得られるまで生成物を乾燥させる。
Sephadexによる分離
約640mgの生成物を2mLのメタノールに溶解し、メタノール中(v/v 105mL)でSephadex LH−20を通して精製する。生成物のバンドを得るのに十分な溶媒を溶離させた後、約4mLのアリコートの中に溶離分を捕集した。TLC(CHOH中50%のNHOH)を用いて同様な生成物の混合物を含む溶離分の同定を行った。同様な溶離分を混合し溶媒を蒸発させて固体生成物を得る。
NMR
試料の調製:50−100mgの乾燥した試料を800−900μLの重水素化した溶媒に加えて溶解させる。典型的な溶媒はCDCl、CDOD、DMSOおよびアセトン−dである。溶解した試料をNMR管に移し、管の中の高さを約5.5cmにする。
装置:(1)300MHzのNMRのデータは、自動三重共鳴広帯域(ATB)プローブH/X(ここでXは15N〜31Pに同調可能)を使用し、300MHzの2−チャンネルVarian Mercury Plus NMR分光器システムで得た。データの取り込みはSolaris 9オペレーティング・システムを備えたSun Blade
150コンピュータを用いて行った。使用したソフトウエアはVNMR v6.1Cであった。(2)500MHzのNMRのデータは、切換え可能なプローブH/X(ここでXは15N〜31Pに同調可能)を使用し、500MHzの3−チャンネルVarian
Inova 500MHz NMR分光器システムで得た。データの取り込みはSolaris 9オペレーティング・システムを備えたSun Blade 150コンピュ
ータを用いて行った。使用したソフトウエアはVNMR v6.1Cであった。
動力顕微鏡法(Dynamic Force Microscopy)
すべての像は脱イオン水中で多目的大型スキャナーおよびMACモードのチップ(MAC mode Tips)[タイプII MAClevers、厚さ:3μm、長さ:225μm幅:28μm、共鳴周波数:約45KHz、力の定数:約2.8N/m(米国、Molecular Imaging社)]を使用し、タッピング・モード(tapping mode)でPicoSPMLE AFM(米国、Molecular Imaging社)を用いて得た。典型的には、異なった区域を走査するために、自由状態でカンチレバーの振幅を0.90の設定点にし3ライン/秒の走査速度を使用した。薄い空気間隙の水力学的な効果を避けるために、チップと試料との距離を小さくし注意深く共鳴を測定した。
溶解度
PAMAMデンドリマーがゲル状の固体であるのとは対照的に、式(I)のデンドリマーは一般に白色または淡い黄色の固体である。このデンドリマーは乾燥した状態に留まり、PAMAMデンドリマーのように容易に水を吸収することはない。最近ではこのデンドリマーは固体の形で、或いは溶液としてメタノール中で貯蔵されている。この二つの貯蔵方法の間に差は認められない。これらのデンドリマーはPAMAMデンドリマーよりも速く且つはるかに容易に水に溶解する。PAMAMデンドリマーはすべて水に可溶ではあるが、この系列の材料はゲル状態であるため、一般に水に溶解することが困難である。式(I)のデンドリマーは殆ど直ちに水に溶解し、また多くの有機溶媒に可溶であることが観測されている。これらの有機溶媒には、これだけには限定されないが、次のものが含まれる:メタノール、エタノール、イソプロパノール、ジメトキシエタン、クロロフォルム、二塩化メチレン、1、2−ジクロロエタン、メトキシプロパノール、メチルイソブチルケトン、およびジメチルスルフォキシド。
熱重量分析(TGA)
熱重量分析のデータはUniversal V3.9A TA Instrumentにより得た。温度の走査範囲は20〜520℃の範囲であり、昇温速度は毎分10℃であった。試料の大きさは典型的には固体生成物約10mgであった。
ゲル電気泳動
溶媒中に保存したデンドリマーを真空下で乾燥し、次いで水に溶解するか希釈して水4mL中の濃度を約100mgにした。この水溶液をドライアイスを用いて凍結させ、凍結乾燥器(LABCONCO Corp.、型番号がFree Zone 4.5Liter,Freeze Dry System 77510)を使用し、約−47℃、60×10−3ミリバールで試料を乾燥させた。凍結乾燥させたデンドリマー(1〜2mg)を水と共に蒸溜し、濃度を1mg/mLにする。追跡用の染料を10%v/vの濃度で各デンドリマーの試料に加える。この染料は(1)塩基性化合物に対してはメチレンブルー染料(1%w/v)、(2)酸性化合物に対してはブロモフェノールブルー染料(0.1%w/v)、(3)中性化合物に対しては0.1%のSDSと組み合わせたブロモフェノールブルー染料(0.1%w/v)を含んでいる。
予め注型した4〜20%の勾配をもったゲルはISC BioExpress社から購入した。ゲルの大きさは100mm(幅)×80mm(高さ)×1mm(厚さ)であり、カセットの中には予め番号が付けられた試料の孔が作られている。試料の孔の容積は50μLである。市販品でないゲルは30%のアクリルアミド3.33mL、4倍のTBE緩衝液(2.5mL)、水(4.17mL)、10%のAPS(100μL)、TEMED(3.5μL)を用いてつくった。ゲル電気泳動に使用するTBE緩衝液はトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(43.2g)、硼酸(22.08g)、EDTA二ナトリウム(3.68g)を1Lの水に加えてpH8.3の溶液をつくることにより調製した。この緩衝液は使用前に4倍に希釈する。
電気泳動はPowerPac 300 165−5050の電源、およびBIO−RAD Mini Protean 3 Electrophoresis Cellsを用いて行った。組み立てる前にゲルを脱イオン水で洗浄する。内部室の中に緩衝液を装入して外部室のワイヤーを覆うようにし、気泡を除去する。調製したデンドリマー/染料混合物(それぞれ5μL)を別々の試料の孔に装荷し、電気泳動の実験を行う。アミン表面をもったデンドリマーは約1時間の間グルタルアルデヒド溶液で固定し、次いで約1時間Coomassie Blue R−250を用いて着色した。次に氷酢酸溶液を用いて約1時間の間脱色する。画像はhp ScanJet 5470Cスキャナーを用いて記録する。
赤外スペクトル法
赤外スペクトルのデータはNicolet社のフーリエ変換赤外分光光度計、Model G Series Omnic,System 20 DXB、シリアル番号ADU9700220により得た。塩の試料板を用いニートの状態で生成物のスペクトルを得た。
出発材料
出発材料として用いられるトリ−グリシジルエーテルはAldrichから得ることができるが、それらは約70%の低い純度を有する。テトラ−グリシジルエーテルの合成及び/又は精製は、“Synthesis”1993,p487に見出されるエピクロロヒドリン、KOH及びDMSOを用いる方法に基づいた。
実施例A:ペンタエリトリトール及びエピクロロヒドリン(EPI)からのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテルの調製
[(C)=PETGE]
大きな攪拌棒を含有する100mLの丸底フラスコに、4.1gのペンタエリトリトール(30.1ミリモル,120ミリモルOH)(Aldrich)及び30mLのDMSO(15.85g)とKOH(13.47g)の混合物(240ミリモル,OHにつき2当量)を加えた。この水浴中で室温において急速に攪拌される混合物に、エピクロロヒドリン(34g,367ミリモル,OHにつき3当量)(Aldrich)を60〜90分かけて滴下した(10〜15秒当たりに約1滴)。10分毎に温度を監視し、温度を35℃より低く保持した。さらに1時間後、発熱がおさまり、混合物を35℃に5〜6時間加熱した。トルエン−アセトン(7:3)を用いるTLCにより反応を監視した。スポットをKMnO染色から視覚化した。アリコートをエーテル−ブライン混合物に加えてDMSOを除去し、NaSOを用いてエーテル層を乾燥した。反応混合物のTLCは添加が完了した後に5個のスポットを示し、次いで7時間後に2個のスポットを示した。粗い溶融ガラスロート(fritted funnel)を介して混合物を濾過し、60mLのジエチルエーテルで2回洗浄した。濾過された液体を150mLのジエチルエーテルと混合し、洗浄液と合わせた。このエーテル層を80mLのブラインで洗浄した。ブライン層をさらに150mLのジエチルエーテルで洗浄した。合わせたエーテル層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過し、蒸発させて12gの粗材料を得た。この粗材料を9:1トルエン−アセトンの混合物中に溶解し、同じ溶媒中の140gのシリカゲル(60Å,230−400メッシュ)に加えた。最初の2個の画分はそれぞれ200mLであり、非常に高いR(TLC)の材料を含有した。次の30個の画分はそれぞれ50mLであり、画分7−10に純粋な生成物を有した。生成物の画分を集め、排気して(evacuated)4.0g(収率37%,理論値 10.85g)を得;そして
H NMR(500MHz,CDCl):δ2.593(dd,J=6.5Hz,4H),2.773(t,J=6.5Hz),2.922(m,4H),3.10(m,4H),3.37(ddd,J=7.0,3.7,1.5Hz,4H),3.475(d,J=12H,4H),3.515(d,J=12Hz,4H),3.70(dd,J=12および7.0Hz,4H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ44.17,45.75,50.822,69.93,72.013,72.036,72.055,72.078;および
MALDI−TOF:計算値360.47;実測値360amu
であった。
実施例B:ペンタエリトリトール及びエピクロロヒドリン(EPI)からのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテルの合成
[(C)=PETGE]
この方法はMitsuo et al.著,Synthesis,487(1993)に従って行なわれ、下記のスキームAにより示される:
Figure 0004510881
ペンタエリトリトールI(13.6g,400ミリモル,OHミリモル)及びDMSO(100mL)を1Lの3つ口丸底フラスコ中にとり、次いで52.7gのKOH(800ミリモル,OHにつき2当量)を一度に加えた。機械的攪拌機を用いて反応混合物を激しく攪拌し、氷浴を用いて15〜20℃に冷却した。均圧化ロート(pressure−equalizing funnel)中のエピクロロヒドリンII(110.4g又は93.55mL,1.2モル,OHにつき3当量)を150分かけて滴下した。エピクロロヒドリンの滴下の間、温度を15〜20℃に保持した。反応混合物の色は無色から淡黄色に変った。滴下の完了後、反応混合物が室温に温まるのを許し、攪拌を終夜続けた。TLCにより反応の進行を監視した。3時間後、TLCはペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(PETGE)III及びペンタエリトリトールトリグリシジルエーテルIVに関するスポットを示した。反応を続けることにより、トリグリシジルエーテルIVは生成物IIIに転換されると予測された;しかしながら、IIIのいくらかの二量化が観察され、それは生成物Vを与えた。
ブフナーロートを介して反応混合物を濾過し、固体をジクロロメタン(100mL)(DCM)で洗浄した。DCMの揮発性画分を回転蒸発器上で除去した。粗反応混合物を飽和ブラインで処理し(2x100mL)、ジエチルエーテルで抽出した(2x100mL)。合わせたエーテル層をNaSO上で乾燥し、回転蒸発器上で濃縮し、暗黄色/明褐色の液体を得た。粗材料を2等分し、シリカゲル上のカラムクロマトグラフィーにかけた。シリカゲル(300g)をカラム(高さ10“x幅2.2”)上に充填した。500mLの溶媒を溶離させた後、画分を40mLで集めた。画分の第1はエピクロロヒドリンであり、PETGE(III)(R=0.62)、次いで二量体(V)(R=0.44)及び最後にトリグリシジルエーテル(IV)(R=0.33)が続いた。単離された純粋なPETGEの収率は45〜60%であった(いくらかの量は他の副生成物で汚染されるであろう)。スペクトル分析はIIIに関して報告されたデータと一致し、生成物IV及びVについての分析も満足できた。
実施例C:PETGEからのテトラ(エピスルフィド):エピスルフィド分岐セルの調製[(C)=テトラチオラン;(TF)=チオラン]
オーブン乾燥された100mLの1つ口丸底フラスコにPETGE1(1.8g,5ミリモル)を装入し、乾燥アセトニトリル(40mL)を加えた。上記の反応混合物にチオウレア(3.04g,40ミリモル)を一度に加え、続いてLiBF(0.372g)を加えた。フラスコに還流コンデンサーを備え、60℃で加熱した。5時間加熱した後、TLCは微量のPETGE1及び上に2個の他の新しいスポットを示した。N下で加熱を終夜続けた。次いで50mLの水を用いて反応混合物をクエンチングし、CHClで抽出した(3x50mL)。合わせた抽出物をブラインで洗浄し(2x30mL)、NaSO上で乾燥し、回転蒸発器上で濃縮して液体を得た。ヘキサン:酢酸エチル:クロロホルム(1:2:2)を用い、シリカゲルを用いるカラムクロマトグラフィーを介して粗反応混合物を精製し、それは0.610g(収率29%)の純粋なテトラ(エピスルフィド)を無色の液体として与えた。(テトラエピスルフィドはメタノール中に可溶性でないが、クロロホルム中に可溶性である。)そのスペクトルは以下の通りである:
H NMR(300MHz,CDCl):δ2.17(dd,J=1.20および5.40Hz,4H),2.50(d,J=6.00Hz,4H),3.05(quintet,J=6.00Hz,4H),3.43−3.50(m,14H),3.56(quintet,J=6.00Hz,4H);および
13C NMR(75MHz,CDCl):δ23.90,32.56,45.99,69.67,76.85;および
MALDI−TOF:C1728計算値424,実測値447(MNa)amu。
以下のスキームBはこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例1:Michael付加反応
A.トリアミン官能基性コアを生ずるためのピペラジンを用いるトリアクリレートのキャッピング
[(C)=TMPTA;(EXI)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する250mLの丸底フラスコに、13gの無水ピペラジン(151ミリモル,アクリレートにつき5当量)(Aldrich)及び45gのメタノールを加えた。この混合物を均一にし、N下で4℃に冷却した。この攪拌された混合物に、20gのメタノール中の3gのトリメチロールプロパントリアクリレート(10.12ミリモル,30.4ミリモルアクリレート)(TMPTA)(Aldrich)を約10分かけ、滴下ロートを用いて加えた。この混合物を4℃で1時間、次いで25℃で1時間攪拌した。この混合物から回転蒸発器上で揮発性物質を蒸発させた。得られる残留物をクロロホルム中に溶解し、水で抽出した(4x20mL)。TLC(メタノール中の5%NHOH)は、ピペラジンの完全な除去を示した。有機層を硫酸ナトリウム上で乾燥し、濾過し、揮発性物質を蒸発させて3.2g(収率60%)の所望の生成物を粘性無色の固体として得;そして
H NMR(500MHz,CDCl):δ0.89(qt,3H,CH),1.49(t,2H,CH),2.42(bs,12H,CH),2.52(t,6H,CH),2.66(t,6H,CH),2.86(t,12H,CH),4.05(s,6H,CH);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ7.49,22.77,32.16,40.91,45.93,54.03,54.93,63.57,63.57,172.04;および
MALDI−TOF:計算値554.4,実測値556amu
であった。
上記の反応を以下のスキーム1によりさらに示す:
Figure 0004510881
B.実施例1Aからの三官能基性ピペラジンコアへのアクリレート分岐セル試薬の付加:ポリ(エステルアミン)デンドリマー,G=1
[(C)=TMPTA;(EX1=ピペラジン;(BR1)=TMPTA;(TF)=アクリレート]
攪拌棒を含有する25mLの丸底フラスコに、6.4gのトリメチロールプロパントリアクリレート(21.7ミリモル,NHにつき2当量)(Aldrich)及び5gのメ
タノールを加えた。4℃に冷却されたこの混合物に、2gのメタノール中の2.0gのトリメチロールプロパントリス(3−ピペラジニルプロピオネート)(3.6ミリモル,10.8ミリモルNH)(実施例1Aにより調製)を約5分かけて加えた。この混合物を暗所で25℃において20時間攪拌した。混合物をヘキサンで抽出し(3x30mL)、得られるメタノール層から回転蒸発器上で揮発性物質をとばした。高真空を用いる30分の排気は、4.9gの生成物を与えた。
生成物に関する(TF)は表面上に6個のアクリレートを有し;そして
13C NMR(125MHz,CDCl):δ7.42,7.47,23.11,23.25,32.27,32.32,40.92,50.59,52.76,53.44,64.14,127.97,128.01,131.31,165.79,165.80,171.96,172.04および
MALDI−TOF:計算値1442;実測値1443amu
である。
C.ピペラジンを用いる実施例1BからのG=1アクリレート表面のキャッピング:ポリ(エステルアミン)デンドリマー,G=1
[(C)=TMPTA;(EX1)=ピペラジン;(BR1)=TMPTA;(EX2)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する250mLの丸底フラスコに、8.8gのピペラジン(102ミリモル,アクリレートにつき5当量)(Aldrich)及び38gのメタノールを加えた。4℃に冷却されたこの混合物に、10gのメタノール中の4.9gのポリ(エステルアミン)デンドリマー,G=1,アクリレート表面(3.4ミリモル,21ミリモルアクリレート)(実施例1Bにより調製)を加えた。この混合物を4℃において1時間及び次いで25℃において1時間攪拌した。この混合物の揮発性物質を回転蒸発器により除去した。この得られる粗混合物から高真空においてピペラジンをバルブツウバルブ蒸留し(bulb to bulb distilled)、5.5gの所望の材料を得た。この材料の1グラムを、メタノール中で1K再生セルロース膜を用いて透析し、透析物を4回交換し、揮発性物質を排気すると、400mgの生成物が得られた。13C及びH NMR分光学による分析は、生成物が所望の生成物であることを示した。
この材料のPAGEは、G=1Tris表面PAMAMデンドリマーに対応する密なバンドを示し;そして
H NMR(500MHz,CDCl):δ0.89(bt,12H),1.47(bqt,8H),2.3−2.6(bm,72H),2.65(t,J=7Hz,24H),2.86(t,J=7Hz,24H),4.04(s,24H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ7.41,7.42,22.54,22.78,32.25,32.33,40.85,40.91,45.92,52.65,52.82,53.45,54.09,54.14,54.19,63.60,64.16,171.99,172.08,172.40,172.50,172.88
であった。
以下の反応スキーム2は、上記の反応のこの段階を示す:
Figure 0004510881
D.実施例1Cからのピペラジンデンドリマーへの三官能基性アクリレート分岐セルの付加:ポリ(エステルアミン)デンドリマー,G=2
[(C)=TMPTA;(EX1)=ピペラジン;(BR1)=TMPTA;(EX2)=ピペラジン;(BR2)=TMPTA;(TF)=アクリレート]
アルミニウム箔で包まれ、攪拌棒を有する50mLの丸底フラスコに、3.64gのトリメチロールプロパントリアクリレート(12.3ミリモル,NHにつき4当量)(Aldrich)及び8mLのメタノールを加えた。この攪拌された混合物に、6mLのメタノール中の1.0gのポリ(エステルアミン)デンドリマー,G=1,トリメチロールプロパンコア,ピペラジン表面(5.1x10−4モル,3.1ミリモルNH)(実施例1Cにより調製)を約5分かけて加えた。この混合物を25℃で24時間攪拌した。この混合物を3x30mLのヘキサンで抽出した。メタノール層を、4℃で冷却された10gのメタノール中の3.0gのピペラジン(34.8ミリモル,アクリレートにつき約6当量)の混合物に10分かけて加えた。得られる混合物を25℃で約2時間攪拌した。この混合物をメタノールで約5%w/w固体まで希釈し、メタノール中で1K再生セルロース膜を用い、透析物を5回交換して約36時間透析した。保持物質(retentate)からの揮発性物質の除去は900mg(収率47%)の所望の生成物を与えた。この材料のTLC(メタノール中の10%NHOH)は1個のみのスポットを示し、低分子量材料の存在を示さず;そして
H NMR(500MHz,CDCl):δ0.82−0.94(m,30H),1.34(q,2H),1.38(q,6H),1.49(bq,12H),2.42(m,84H),2.51(t,J=7Hz,60H),2.65(t,J=7Hz,60H),2.86(bs,84H),4.05(bs,60H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ7.36,7.44,22.40,22.71,31.97,32.11,32.18,32.30,32.38,40.81,40.87,40.92,45.73,45.84,52.63,52.70,52.74,53.40,54.05,54.10,63.50,64.06,64.47,171.88,171.95,172.03
であった。
実施例2:エポキシド開環反応を用いる付加
A.トリアミン官能基性コアへのピペラジンを用いるトリエポキシドのキャッピング:トリメチロールプロパントリス(2−ヒドロキシプロピル−3−ピペラジン)
[(C)=TMPTGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する250mLの丸底フラスコに、17gのピペラジン(198ミリモル,エポキシドにつき5当量)(Aldrich)及び50gのメタノールを加えた。この混合物を均一にした。この混合物に、20gのメタノール中の4.0gのトリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(13.2ミリモル,40ミリモルエポキシド)を約5分かけて加えた。この混合物を窒素下に50℃で20時間加熱した。この粗混合物のTLC(MeOH中の5%NHOH)及びKMnO溶液を用いる発色(developing)は、エポキシドの不在を示した。この混合物から回転蒸発器上で揮発性物質を蒸発させた。得られる残留物から、高真空及び140℃における30分間の混合物の加熱を用い、バルブツウバルブ蒸留装置を用いてピペラジンを蒸留した。この混合物のTLC(MeOH中の5%NHOH)は、残留ピペラジンが混合物中に残ることを示した。残留物を20gのメタノール中に溶解し、60gのトルエンと混合した。この均一な混合物を回転蒸発器上で蒸留してピペラジンを共沸させた。この手順を3回繰り返し、TLCによりピペラジンを含まない生成物を得た。25℃における終夜の高真空排気は、6.8g(収率92%)の所望の生成物を与え;そして
H NMR(500MHz,CDCl):δ0.84(t,J=7.5Hz,3H),1.40(qt,J=7.5Hz,2H),2.3−2.5(bm,12H),2.7−3.0(bm,12H),3.3−3.5(m,5H),3.88(m,6H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ7.71,23.14,43.40,46.03,54.61,61.48,66.35,71.96,73.14,および
MALDI−TOF:計算値560.4,560amu
であった。
下記のスキーム3は、上記の反応を示す:
Figure 0004510881
B.三官能基性ピペラジンコアへの三官能基性エポキシド分岐セルの付加,G=1
[(C)=TMPTGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=TMPTGE;(TF)=OH]
攪拌棒を含有する100mLの丸底フラスコに、4.4gのトリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(14.6ミリモル,NHにつき3.9当量)(Aldrich)及び20mLのメタノールを加えた。この混合物に、10mLのメタノール中の700mgのトリメチロールプロパントリス(2−ヒドロキシプロピル−3−ピペラジン)(1.25ミリモル,3.75ミリモルNH)(実施例2Aにより調製)を加えた。この混合物をN下に50℃で3日間加熱した。回転蒸発器及び高真空により揮発性物質を除去し、6.3gの粗材料を得た。600mgのアリコートをメタノール中でSephadex LH−20により精製した。画分1−14を集め、揮発性物質をとばして220mg(収率92%)の生成物を得た。13C及びH NMR分光学による分析は、生成物がメタノールで開環したエポキシドを有する所望の生成物であることを示した。この材料のPAGEは、G=1,EDAコア,TRIS PAMAMデンドリマー(Dendritic Nanotechnologies,Inc.)に対応する密なバンドを示し;そして H NMR(500MHz,CDCl):δ0.84(bs,12H),1.38(bs,8H),2.3−2.9(m,12H),3.37(s,18H),3.4−3.7(bm,48H),3.93(bs,18H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ8.13,23.95,44.62,54.12,59.49,61.23,62.28,65.83,68.20,68.94,70.49,71.89,72.68,73.88,75.15,75.40,80.20
であった。
C.三官能基性ピペラジンコアへの三官能基性エポキシド分岐セルの付加,G=1,ピペラジンを用いるキャッピング
[(C)=TMPTGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=TMPTGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する25mLの丸底フラスコに、873mgのトリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(2.9ミリモル,エポキシドにつき3当量)及び5gのメタノールを加えた。この混合物を均一にし、4℃に冷却した。この混合物に、3gのメタノール中の180mgのトリメチロールプロパントリス(2−ヒドロキシプロピル−3−ピペラジン)(3.2x10−4モル,9.64x10−4モルNH)(実施例2Bにより調製
)を5分かけて加えた。25℃において1時間後の反応混合物のTLC(MeOH中の30%NHOH)は、R=0.9における過剰のエポキシドと共にベースラインから約0.6のRへのすじを示した。この混合物のTLCは、出発アミンが残留していないことを示し(ベースラインのスポットなし)、R0.9における1対のスポットを示した。25℃において8時間の後、反応混合物を28gのメタノール中の14.5gのピペラジン(168ミリモル,エポキシドにつき20当量)に10分かけて加えた。この混合物を25℃で24時間攪拌した。回転蒸発器上で揮発性物質を除去し、白色の固体を得た。高真空及び160℃における30分間のバルブツウバルブ蒸留によりピペラジンを除去し、2.2gの重量の透明無色の材料を得た。この材料をMeOH中の5%w/w溶液として、1K再生セルロース膜においてMeOHを3回交換し(それぞれ4L)、24時間かけて透析し、排気すると508mg(収率80%)の所望の生成物が得られた。この材料のPAGEは、G=1,EDAコア,TRIS PAMAMデンドリマー(Dendritic Nanotechnologies,Inc.)に対応する密なバンドを示し;そして
H NMR(500MHz,CDOD):δ0.86(t,J=7Hz,12H),1.41(q,J=7Hz,8H),2.34(m,60H),2.84(m,12H),3.34(bs,12H),3.36(bs,6H),3.37(bs,6H),3.89(bs,12H);および
13C NMR(125MHz,CDOD):δ8.04,8.07,23.91,44.59,46.21,49.82,54.61,55.49,62.66,63.28,68.49,68.67,72.68,75.43
であった。
以下のスキーム4は、上記の反応を示す:
Figure 0004510881
D.G=1,ピペラジン表面のデンドリマーへの三官能基性エポキシドの付加及びピペラジンを用いるキャッピング:ポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=2
[(C)=TMPTGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=TMPTGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=TMPTGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を有する25mLの丸底フラスコに、2.3gのトリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(7.6ミリモル,NHにつき10当量)及び12gのメタノールを加えた。この攪拌され4℃に冷却された混合物に、3gのメタノール中の250mgのポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=1,ピペラジン表面(1.26x10−4モル,7.5x10−4モルNH)(実施例2Cにより調製)を5分かけて加えた。この混合物をN下に、密閉された容器中で25℃において24時間攪拌した。この混合物を、30gのメタノール中の10gのピペラジン(116ミリモル,エポキシドにつき5当量)の混合物に10分かけて加えた。この混合物を25℃で18時間攪拌した。回転蒸発器によりこの混合物の揮発性物質を除去し、白色の固体を得た。高真空及び140℃における1時間のバルブツウバルブ蒸留を用いてピペラジンを除去し、6gの透明無色の粘性の材料を得た。この材料を100gのメタノール中に溶解し、4Lのメタノール中の1K再生セルロース膜において、透析物を2回交換して24時間かけて透析し、それは1.4gの生成物を与えた。TLC(MeOH中のNHOH)は、いくらかの低分子量材料の存在を示した。同じ条件下におけるさらに24時間の透析は360mg(収率59%)の生成物を与え、それはTLCにより低分子量不純物の不在を示した。
H NMR(500MHz,CDOD):δ0.86(t,J=7.0Hz,12H),1.41(q,J=7.0Hz,8H),2.32−2.45(m,H),2.5(bs,H),2.60(bs,H),2.84(t,J=7.0Hz,H),3.33−3.35(bs,H),3.64(bs,H),3.37(bs,H),3.89(m,H);および
13C NMR(125MHz,CDOD):δ8.04,8.07,23.91,44.59,46.21,54.61,55.49,62.66,63.28,68.49,68.67,72.68,75.43。
実施例3:追加の開環反応及び末端キャッピング
A.アミノジアルコール分岐セル試薬を用いる開環:トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル及びジエタノールアミンからのヒドロキシル表面のデンドリマー(G=1)[(C)=TMPTGE;(IF1)=OH;(BR1)=DEA;(TF)=OH]
ジエタノールアミンII(7.82g,74.47ミリモル)(Aldrich)及び乾燥エタノール(120mL)(Aldrich)を、両方ともさらなる精製なしで、オーブン乾燥された250mLの1つ口丸底フラスコ中に入れた。フラスコに攪拌棒及び隔壁を備えた。トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルI(5g,16.55ミリモル)を乾燥メタノール(40mL)中に溶解し、上記の攪拌された溶液に、均圧化ロートを介し、室温で1時間かけて滴下した。ロートを還流コンデンサーで置き換え、N下に60℃で60時間加熱した。
減圧下における回転蒸発器上で溶媒を除去し、それは無色透明な液体を与える。反応混合物全体を100mLの1つ口丸底フラスコに移した。減圧下に180〜190℃において、Kugelrohr蒸留装置により過剰のジエタノールアミン(II)を分離した。(蒸留プロセスは約45分を要する。)蒸留されたジエタノールアミンは3.11gの重量であり、透明粘性の液体として蒸留されない材料IIIは9.76g(収率95.53%)の重量であった。
蒸留された材料の分析データ(H及び13C)はジエタノールアミンに関するシグナルを示した。CDOD溶媒中の蒸留されない材料の13C NMRは、ヘキサヒドロキシル表面のデンドリマー(G=1)IIIに関する9個のシグナルを示し、これらの画分のいずれにおいても汚染は見出されなかった。化合物−IIIをメタノール中で0℃において保存する。化合物(III)に関するスペクトルは:
H NMR(300MHz,CDOD):δ0.87(t,J=7.50Hz,3H,CH),1.43(q,CH,J=7.20Hz,2H),2.52−2.79(m,18H),3.32(s,3H,3xOH),3.50(s,6H),3.40(d,J=5.10Hz,6H),3.54−3.67(m,12H),3.93(sextet,J=5.10Hz,3H),4.85(s,6H,6xOH);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ6.93,22.76,43.43,57.42,58.51,59.47,68.32,71.56,73.72;および
IR(Neat):λmax3354,2939,2817,1454,1408,1367、1321,1280,1111,1081,1070,871,778cm−1;および
MALDI−TOF MS:C275912についての計算値;617および実測値641((MNa)amu
である。
以下のスキーム5はこの反応を示す:
Figure 0004510881
B.アミノジエステル分岐セル試薬を用いる開環:トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(TMPTGE)及びジエチルイミノジアセテートからのエステル表面のデンドリマー,G=1
[(C)=TMPTGE;(IF1)=OH;(BR1)=ジエチルイミノジアセテート;(TF)=エチルエステル]
ジエチルイミノジアセテートII(14.07g,74.47ミリモル)(Aldrich)及び乾燥メタノール(120mL)を、オーブン乾燥された250mLの1つ口丸底フラスコ中に入れた。フラスコに攪拌棒及びセプタムを備えた。トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(TMPTGE)I(5g,16.55ミリモル)(Aldrich)を40mLの乾燥メタノール中に溶解し、次いで上記の攪拌された溶液に、均圧化ロートを介し、室温で1時間かけて滴下した。ロートを還流コンデンサーで置き換え、フラスコをN下に60℃で60時間加熱した。
減圧下における回転蒸発器上で溶媒を除去し、それは無色透明な液体を与える。反応混合物全体を100mLの1つ口丸底フラスコに移した。減圧下に150〜160℃において、Kugelrohr蒸留により過剰のジエチルイミノジアセテート(II)を蒸留した。(蒸留プロセスは約45分を要する。)蒸留されたジエチルイミノジアセテートは4.71gの重量であり、淡黄色の粘性の液体としての蒸留されない材料IIIは12.59g(収率87.55%)の重量であった。化合物−IIIをエチルアルコール中で0℃において保存する。
蒸留された材料のH及び13C NMRはジエチルイミノジアセテート(II)と一致した。CDOD中の蒸留されない材料のH及び13C NMRはいくつかの特性を示した。13C NMRは168.67、170.25及び172.31ppmにおいて3個のエステルカルボニル炭素及び脂肪族領域において19個のシグナルを示した。化合物(III)に関するスペクトルは:
H NMR(300MHz,CDOD):δ4.65(sextet,J=4.20Hz,3H),4.16(m,12H),3.59(s,12H),3.36(s,6H),3.30(s,6H),3.05(dd,J=3.60Hz,3H),2.95(dd,J=3.90Hz,2H),2.81(dt,J=1.80Hzおよび9.90Hz,3H),2.67(dd,J=8.40および8.10Hz,2H),1.37(q,J=7.50Hz,2H),1.26(t,J=7.20Hz,6H,2xCH),1.25(J=7.20Hz,12H,6xCH),0.85(t,J=7.50Hz,3H,CH);および
13C NMR:(75MHz,CDOD):δ6.81,13.36,13.40,22.66,43.48,49.85,53.62,55.76,56.21,58.00,60.55,60.68,68.72,71.17,71.33,71.50,73.40,78.43,78.48,168.67,170.25,172.31;および IR(Neat):λmax2980,2934,2904,2868,1741,1460,1408,1378,1342,1250,1198,1111,1065,1024,983,927,860,784cm−1;および
MALDI−TOF MS:C397118についての計算値;869および実測値893(MNa)および847,801,779,775amu
である。(スペクトルはOC基の脱離に関する典型的なフラグメンテーションパターンを示す。)
以下のスキーム6はこの反応を示す:
Figure 0004510881
C.開環分岐セル反応を用いるエステル表面G=1のアミド化:ヘキサアミン表面,G=1,デンドリマーの合成
[(C)=TMPTGE;(IF1)=OH;(BR1)=ジエチルイミノジアセテート;(EX1)=EDA;(TF)=アミン]
エステル表面のデンドリマーIII−g(G=1)(実施例3Bにより調製)をエチレンジアミン(エステルにつき200モル当量)で処理し、ヘキサアミン表面のデンドリマー(G=1)Vを得た。反応は標準的な条件下で行なわれた。通常の仕上げ(work up)の後、粗試料について分析データを集め、それは構造と一致することが見出された。赤外による試料の分析は、エステルカルボニル(C=O)の不在及びアミド(C=O)官能基の存在を示した。MALDI−TOF:MSは予測される分子イオンに関する明白なピークを示した。H及び13C−NMRもアミン表面のデンドリマーVの構造と一致した。この生成物はヒドロキシル部分中に(IF)を有する。
エチレンジアミン(180mL,メタノール中の77%,エステルにつき200モル当量)を500mLの1つ口丸底フラスコに加えた。フラスコをNでフラッシングし、攪拌棒、均圧化ロートを備え、氷浴で0℃に冷却した。ヘキサエチルエステル表面のデンドリマーIII(0.869g,10mLのメタノール中の1ミリモル)を20分かけて加えた。均圧化ロートを除去し、丸底フラスコをセプタムで密閉し、4℃で40時間保存した。フラスコが室温に温まるのを許し、過剰のエチレンジアミン及びメタノールを回転蒸発器上で除去して無色透明の液体、ヘキサ−アミノ表面(G=1);デンドリマーVを得、それをさらに高真空下で乾燥した。メタノール及びトルエン中の共沸蒸留により残留EDAを分離し、それは0.95g(収率>99%)を与えた。デンドリマーVに関するスペクトルは:
H NMR(300MHz,CDOD):δ0.8−0.9(t,J=Hz,3H),1.30−1.42(q,J=Hz,2H),1.94(s,3H,3OH),2.64−2.80(m,24H),3.26−3.40(m,30H),3.82(m,3H);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ6.70,6.95,21.42,40.77,40.81,41.70,41.94,43.41,43.71,59.41,59.59,68.05,71.58,73.79,172.86;および
IR(Neat):νmax3290,3068,2930,2863,1659,1542,1437,1360,1292,1110,919,603cm−1
MALDI−TOF MS:C39831512についての計算値,954および実測値977(MNa)amu
である。
以下のスキーム7はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例4:トリス(ヒドロキシメチルアミン)(TRIS)分岐セル試薬を用いる開環:TMPTGE及びTRISからのヒドロキシル表面のデンドリマー,G=1
[(C)=TMPTGE;(IF1)=OH;(BR1)=TRIS;(TF)=OH]
TMPTGE(I)(2.66g,8.8ミリモル)及びメタノール(50mL)を、オーブン乾燥された100mLの1つ口丸底フラスコ中に入れた。フラスコに攪拌棒及び栓を備えた。TRIS(II)(4.79g,39.6ミリモル)(Fisher Sc
ientific Company)を、上記の攪拌された反応混合物に室温で一度に加えた。フラスコに還流コンデンサーを備え、N下に60℃で60時間加熱した。約15分加熱された後に、TRISは完全に溶解するであろう。
反応混合物を室温に冷却し、500mLの三角フラスコに移し、次いで120mLのクロロホルムを加えた。上記の混合物に、スパチュラで一定に攪拌しながらヘキサン(300mL)をゆっくり加えた。ヘキサンの添加の間に白色の沈殿の生成が観察された。混合物を再度十分に混合し、室温で終夜放置した。フラスコの壁及び底上にフレークとして固体が観察された。溶液を穏やかに混合し、固体を分離させた。ブフナーロートを介する溶液の濾過は固体を分離し、それは1.7gの重量であった。固体の分離後も、フラスコの底上に無色のペーストが残った。このペーストは5.2gの重量であった(H及び13C NMRは、微量のTRISと共にデンドリマー−IIIに関するシグナルを示した)。溶液の蒸発は1.14gの吸湿性固体及び主成分としてのデンドリマー−IIIを与えた。
上記のペースト(5.2g)を5mLのメタノール中に溶解し、Sephadex LH−20カラム上に負荷した。フラスコを2x2mLのメタノールで濯ぎ、カラム上に負荷した。600mLのメタノールを溶離させた後、15mLのアリコートにおいて画分を集めた。デンドリマーは画分18−47において見出され、TRISは画分48−58において見出された。TRISは、20〜30分後に管の上部に固体を生成することにより、容易に同定することができた。18−47からの画分を混合し、減圧下における回転蒸発器上で溶媒を蒸発させ、それは4.202g(71.82%)の吸湿性の固体、(G=1)デンドリマー−IIIを与えた。48−58からの溶媒の蒸発は、0.592gのTRIS IIを無色の固体として与えた。
スペクトル分析(H及び13C)は、汚染がないこと及び生成物が純粋な単離化合物であることを示した。それらのスペクトルデータは構造と一致した。デンドリマー−IIIのいくらかの量はまだTRISを有する。この試料の分析は、主成分がデンドリマー−IIIであることを示し、それは以下のスペクトルを示した:
H NMR(300MHz,CDOD):δ0.86(t,J=7.20Hz,3H),1.42(q,J=6.90Hz,2H),2.64(dd,J=7.80および8.10Hz,3H),2.78(dd,J=3.60および3.60Hz,3H),3.34(s,6H),3.35(s,6H),3.41(d,5.10Hz,6H),3.48(s,1H,OH),3.50(s,1H,OH),3.53(d,J=3.00Hz,12H),3.58(s,1H,OH),3.67(bt,J=3.00Hz,3H,3xNH),3.79(sextet,J=3.60Hz,3H),4.81(s,9H,9xOH);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ6.91,22.72,43.41,44.34,59.83,61.49,70.07,71.57,74.27;および
IR(Neat):νmax3354,2919,2873,1460,1424,1408,1367,1296,1234,1106,1029,866,773cm−1. MALDI−TOF MS:C275915についての計算値;665および実測値689(MNa)amu。
以下のスキーム8はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例5:モルホリンを用いる開環:代わりの第2級アミン
[(C)=TMPTGE;(IF1)=OH;(EX1)=モルホリン;(TF)=環状エーテル]
8mLの乾燥メタノール中の1.044gのモルホリンII−d(12ミリモル)の攪拌された溶液に、室温で2mLの乾燥メタノール中の0.604gのトリメチロールプロパントリグリシジルエーテルI(2ミリモル)を一度に加えた。TLCにより反応の進行を監視した。3時間攪拌した後、TLCはTMPTGEの完全な消費を示した。室温で終夜攪拌を続けた。減圧下における回転蒸発器上で溶媒を除去し、高真空下で乾燥し、過剰のモルホリンを除去して無色透明の液体を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(高さ8.5“x幅1.25”)を介し、クロロホルム中のメタノールの量を増加させることにより(CHCl中の5−10%MeOH)、粗反応混合物を精製した。IIId+IVdに関する収率 25%及び800mg、それは同定されない材料と共に生成物IIId及びIVdも含有する(収率71%)。全体的収率は96%である。IIId+IVd(2つの化合物の混合物)=221mg III−d(純粋な画分)=66mg。
IIIdに関するスペクトルは:
H NMR(500MHz,CDCl):δ0.81(t,J=7.50Hz,3H),1.36(q,J=7.50Hz,2H),2.32−2.43(m,12H),2.52−2.59(quintet,J=4.50Hz,6H),3.28−3.47(m,12H),3.52(s,3H,OH),3.64−3.71(m,12H),3.87(quintet,J=4.50Hz,3H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ7.91,23.39,43.61,54.10,61.54,66.41,67.09,72.22,74.02;および
MALDI−TOF:C2753についての計算値563,実測値587(MNa)amu
である。
IV−dについてのスペクトルは:
MALDI−TOF:C2344についての計算値476,実測値500(MNa)amu(Fraction−II)
である。
スキーム9はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例6:三官能基性分岐を有する四官能基性コア
A.ピペラジンを用いるテトラエポキシドのキャッピング,コア
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(TF)=アミン]
大きな攪拌棒を含有する500mLの丸底フラスコに、26gのピペラジン(310ミリモル,エポキシドにつき8当量)(Aldrich)及び45gのメタノールを加えた。この均一な混合物に、10gのメタノール中の3.5gのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(9.71ミリモル,38.8ミリモルエポキシド)(実施例Aにより調製)の混合物を5分かけて滴下した。この混合物をN下に25℃で24時間攪拌した。回転蒸発器を用いて揮発性物質を除去し、白色の固体残留物を得た。この残留物から、高真空及び140℃においてバルブツウバルブ蒸留装置を用い、30〜40分間ピペラジンを蒸留した。得られるポット残留物は少量のピペラジンを含有することがTLC(MeOH中の30%NHOH)により決定された。この残留ピペラジンを、30mLのメタノール及び90mLのトルエンを用いる3回の共沸蒸留により除去した。この生成物を25℃における終夜の高真空を用いて乾燥し、6.7g(収率97%)の所望の生成物を得た。この混合物のTLC(MeOH中の30%NHOH)はいくらかのオリゴマーを示した。この混合物のアリコート(700mg)を、メタノール中でSephadex LH−20を用いるサイズ排除クロマトグラフィーにより精製した。空隙容積(void volume)の採取の後、それぞれ8mLの48個の画分を集めた。画分1−3は空であり、画分4−7はオリゴマーのみを含有し、画分8は生成物とオリゴマーの混合物であった。画分9−48は生成物を含有し、それを集めて揮発性物質をとばし、400mgの生成物を得た。
H NMR(500MHz,CDCl):δ2.36−2.44(bm,2H),2.53−2.60(bm,2H),2.82(m,4H),3.45(m,4H),3.88(m,2H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ45.62,46.02,46.02,54.72,61.52,66.18,70.49,74.27および
MALDI−TOF:計算値704.5,実測値705amu。
B.四官能基性ピペラジンコアへの四官能基性エポキシド分岐セル試薬の付加及びピペラジンキャッピング:ポリ(アミノアルコール)デンドリマーG=1
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する25mLの丸底フラスコに、8mLのメタノール中の2.45gのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(6.8ミリモル,NHにつき5.44当量(実施例Aにより調製)を加えた。この混合物に、3gのメタノール中の200mgのペンタエリトリトールテトラ(2−ヒドロキシプロピル−3−ピペラジン)(3.1x10−4モル,1.25ミリモルNH)(実施例6Aにより調製)の混合物を約5分かけて滴下した。この混合物をN下に25℃で8.5時間攪拌した。この混合物を、攪拌棒、35gのピペラジン(406ミリモル,エポキシドにつき15当量)及び70gのメタノールを含有する250mLの丸底フラスコに、約5分かけて滴下した。この得られる混合物をN下に25℃で18時間攪拌した。回転蒸発器を用いてこの混合物から揮発性物質を除去し、白色の固体残留物を得た。高真空及び140℃のポット温度においてバルブツウバルブ蒸留装置を用い、約1時間又はポット中の残留物がフラスコの内部上で透明な均一のフィルムとなるまで、粗反応材料から過剰のピペラジンを除去した。この粗残留物は5.0gとなった。この材料を100gのメタノール中に溶解し、1K再生セルロース膜中に置き、2Lの容器中で48時間、透析物を4回交換して透析した。TLC(MeOH中の30%NHOH)は、いくらかの低分子量材料が混合物中に存在することを示した。保持物質(retentate)から揮発性物質を除去し、1.3gの生成物(理論値:992mg)を得た。揮発性物質が完全にとばれさた透析物のTLCは、所望の生成物がMeOHにより膜を介して移動しなかったことを示した。材料をさらに24時間透析した。この材料のTLCは、低分子量残留物のほとんど完全な除去を示した。保持物質から揮発性物質をとばし、900mgの生成物を得た。すべての低分子量不純物を完全に除去するために、材料を脱イオン水中で24時間さらに透析した。保持物質のTLCは、低分子量残留物の完全な除去を示し、1個のスポットを示した。この材料の重量は360mg(収率36%)となった。揮発性物質がとばされた水性透析物のTLCは、低分子量不純物と一緒に膜を介して移動し、520mg(収率〜45%)の重量を与える有意な量の生成物を示し;そして
H NMR(500MHz,CDOD):δ2.3−2.7(m,21H),2.7−2.8(bt,43H),3.34(s,H),3.38(s,H),3.45(bt,43H),3.89(bm,22H);および
13C NMR(125MHz,CDOD):δ46.21,46.78,46.92,54.61,55.46,62.58,63.19,68.55,68.65,71.27,75.54,および
MALDI−TOF:計算値3180,実測値3143amu。
であった。
C.ピペラジン官能基化:ポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマーへの四官能基性エポキシド分岐セル試薬の付加
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する25mLの丸底フラスコに、2.8gのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(7.8ミリモル,NHにつき10当量)(実施例6Aにより調製)及び8gのメタノールを加えた。この攪拌された混合物に、3gのメタノール中の200mgのポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,ペンタエリトリトールコア,G=1,ピペラジン表面(6.3x10−5モル,7.6x10−4モルNH)(実施例6Bにより調製)を約5分かけて加えた。この混合物をN下に25℃において24時間攪拌した。この混合物を、80mLのメタノール中に溶解された40gのピペラジン(46
4ミリモル,エポキシドにつき15当量)の攪拌された混合物に、25℃において約5分かけて滴下した。この混合物を24時間攪拌した。この得られる混合物の揮発性物質を回転蒸発器上で除去し、白色の固体残留物を得た。高真空及び140℃においてバルブツウバルブ蒸留装置を用い、ポット残留物が透明な粘性の材料となるまで1時間、粗残留物からピペラジンを除去した。5.65gの重量のこの粗残留物を20gのメタノール中に溶解し、MeOH中のSephadex LH−20カラムに加えた。500mL及び3x25mLの空隙容積画分を採取した。最後の2個の空隙容積画分中に生成物が観察されることがTLC(MeOH中の30%NHOH)により観察され、可視の低分子量材料は存在しなかった。空隙容積の後、それぞれ15mLの合計49個の画分を採取した。純粋な生成物は画分1−7中に観察され、2個の空隙容積と合わせ、揮発性物質をとばし、390mgの生成物を得た。画分8−21中では低分子量材料が生成物と混合されていた。これらを合わせ、揮発性物質をとばし、1K再生セルロース膜中で、透析物を3回交換して(それぞれ2L)透析した。保持物質から揮発性物質をとばし、200mgの生成物を得た。画分22−49は生成物を含有せず、低分子量材料のみを含有した。これらの画分から揮発性物質をとばし、4.5gを得た。生成物の合計重量は590mg(収率88%)となった。0.1%SDSを有する15%均一ゲル上におけるこの生成物のPAGEは、PAMAMデンドリマー段(ladder)G=2−6からのG=4,EDAコア,TRIS PAMAMデンドリマー(分子量=18000)(Dendritic Nanotechnologies,Inc.)及びG=1の二量体に対応するバンドを示した。段上のG=5と6の間の中心に対応するスポットまでゲル中を移動した他のバンドが観察された。このバンドはおそらくG=2の二量体である。レーンの上部に、移動しなかったより多くの材料が観察された。以下のスペクトルが見出された:
13C NMR(125MHz,CDCl):δ46.28,46.98,54.69,55.58,62.66,63.28,68.52,68.72,71.32,75.30,75.61。
D.ピペラジンキャッピングを有するピペラジン官能基性G=2への四官能基性エポキシド分岐セル試薬の付加:ポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=3
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(IF6)=OH;(BR3)=PETGE;(IF7)=OH;(EX4)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する50mLの丸底フラスコに、15mLのメタノール中の5.2gのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(実施例Aにより調製)を加えた。この攪拌された混合物に、3gのメタノール中の200mgのポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=2,ピペラジン表面(1.88x10−5モル,6.7x10−4モルNH)(実施例6Cにより調製)を約5分かけて滴下した。この混合物をN下に25℃において24時間攪拌した。この得られる混合物を、140mLのメタノール中の73gのピペラジン(847ミリモル,エポキシドにつき15当量)の混合物に、25℃において約10分かけて滴下した。24時間後、回転蒸発器を用いてメタノールを除去し、白色の固体残留物を得た。高真空及び140℃においてバルブツウバルブ蒸留装置を用い、1時間又はポット残留物が透明且つ粘性になるまで、ピペラジンを除去した。この材料の重量は10.2gとなった。この材料を30gのメタノール中に溶解し、MeOH中のSephadex LH−20カラムに加えた。空隙容積の後、最初の9個の画分は、TLC(MeOH中の30%NHOH)により決定される場合に低分子量材料により汚染されていない生成物を含有することが見出された。これらの集められた画分から揮発性物質をとばし、820mg(収率80%)の生成物を得た。画分10−22は、低分子量材料により汚染された生成物を含有した。以下のスペクトルが見出された:
13C NMR(125MHz,CDCl):δ46.29,46.89,47.00,54.70,55.59,62.67,63.29,68.53,68.73,70.41,71.34,74.06,75.45,75.62。
E.ピペラジンキャッピングを有するピペラジン官能基性G=1への四官能基性エポキシド分岐セル試薬の付加:ポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=2
[透析を用いる過剰のエポキシドの除去]
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(IF6)=OH;(BR3)=PETGE;(IF7)=OH;(EX4)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する50mLの丸底フラスコに、5.7gのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(15.8ミリモル,NHにつき16当量)(実施例Aにより調製)及び20gのメタノールを加えた。この攪拌された混合物に、5gのメタノール中の260mgのポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=1,ピペラジン表面(8.2x10−5モル,9.8x10−4ミリモルNH)(実施例6Bにより調製)を5分かけて滴下した。この混合物を25℃において24時間攪拌した。この混合物をメタノールで約100mLに希釈し、5%固体溶液を得、それを再生セルロース膜,1K中に置き、2Lのメタノール中で透析物を2回交換して24時間透析した。この保持物質混合物を140gのメタノール中の75gのピペラジン(848ミリモル,エポキシドにつき341当量)に加えた。この得られる混合物を室温で18時間攪拌した。回転蒸発器により揮発性物質を除去し、白色の固体を得た。140℃における高真空での1時間のバルブツウバルブ蒸留によりピペラジンを除去し、半透明粘性の材料を得、それはメタノール中にあまり可溶性でなかった。この材料をメタノール中で16時間攪拌し、続いて濾過し、濾液から揮発性物質を蒸発させると360mg(理論値1.2g)の所望の材料が得られた。
F.ピペラジンキャッピングを有するピペラジン官能基性G=1への四官能基性エポキシド分岐セル試薬の付加:ポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=2,(C)=ペンタエリトリトール,(TF)=ピペラジン[クエンチング]
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(IF6)=OH;(BR3)=PETGE;(IF7)=OH;(EX4)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する50mLの丸底フラスコに、4.9gのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(13.6ミリモル,NHにつき10当量)及び20gのメタノールを加えた。この急速に攪拌された混合物に、3gのメタノール中の360mgのポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=1,ピペラジン表面(1.13x10−4モル,1.36ミリモルNH)(実施例6Bにより調製)を約5分かけて加えた。この混合物をN下で密閉し、25℃において6時間攪拌した。この混合物を250gのメタノール中の250gのピペラジン(2.9モル,エポキシドにつき50当量)に約10分かけて加えた。この混合物をN下に25℃で18時間攪拌した。回転蒸発器により揮発性物質を除去し、白色の固体を得た。高真空を用いて140℃でバルブツウバルブ蒸留装置を用い、ピペラジンを除去して10gの透明粘性の材料を得た。この材料を30gのメタノール中に溶解し、メタノール中のSephadex LH−20カラム上で精製した。画分1−9は純粋な生成物を含有することが見出され、画分10−19は混合された生成物と低分子量材料であることがTLC(MeOH中の30%NHOH)により決定された。集められた画分1−9から回転蒸発器及び高真空を用いて揮発性物質をとばし、950mg(収率80%)の透明粘性の材料を得た。集められた画分10−19から揮発性物質をとばし、1.6gを得た。この材料をメタノール中で、1K再生セルロース膜を用い
、低分子量材料が除去されるまで透析し、150mgの純粋な生成物を得た。
G.ピペラジンキャッピングを有するピペラジン官能基化G=1への四官能基性エポキシド分岐セル試薬の付加:ポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=2[過剰のエポキシドの除去のための限外濾過]
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(IF6)=OH;(BR3)=PETGE;(IF7)=OH;(EX4)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する50mLの丸底フラスコに、4.2gのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(11.6ミリモル,NHにつき16当量)(実施例Aにより調製)及び15gのメタノールを加えた。この均一な混合物に、3gのメタノール中の200mgのポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,ペンタエリトリトールコア,G=1,ピペラジン表面(6.29x10−5モル,7.55x10−4モルNH)(実施例6Bにより調製)を約5分かけて滴下した。この混合物を25℃において4時間攪拌した。この混合物を100mLのメタノールで希釈して5%w/w溶液を得、メタノール中のステンレススチールの接線流限外濾過装置で、20psi(138kPa)において温度を35℃に安定化させて限外濾過した。透過物を2.75時間集め、1.4回の再循環の間に225mLの体積とした。次いでこの混合物を、140gのメタノール中の75gのピペラジン(871ミリモル)に、10分かけて滴下した。この混合物を25℃で18時間攪拌した。回転蒸発器上で揮発性物質を除去し、白色の固体残留物を得た。140℃及び高真空における1時間のバルブツウバルブ蒸留によりピペラジンを除去し、6gの透明粘性の残留物を得た。残留物は透明粘性の液体ではなくて多孔質の固体であり、それは数分の攪拌後にメタノール中に可溶性でなかった。この混合物を100mLのメタノール中で、25℃において20時間攪拌した。透明な液体をデカンテーションし、揮発性物質を蒸発させて360mgを得た。この材料を、メタノール中のSephadex LH−20を用い、TLC(MeOH中の30%NHOH)を用いてそれぞれ8mLの画分を監視しながら精製した。画分1−9は所望の生成物を含有することがPAGEにより決定され、260mgの量になり、有意なオリゴマー性材料がPAGEのベースライン上に存在した。
H.ピペラジンキャッピングを有するピペラジン官能基性G=1への四官能基性エポキシド分岐セル試薬の付加[保持物質温度制御]
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(IF6)=OH;(BR3)=PETGE;(IF7)=OH;(EX4)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する50mLの丸底フラスコに、3.80gのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(10.5ミリモル,NHにつき15当量)(実施例Aにより調製)及び12gのメタノールを加えた。この均一な急速に攪拌された混合物に、3gのメタノール中の180mgのポリ(アミノアルコールエーテル)デンドリマー,G=1,ペンタエリトリトールコア(5.66x10−5モル,6.8x10−4モルNH)(実施例6Bにより調製)を加えた。この混合物をN下に、密封された容器中で25℃において4時間攪拌した。この混合物を、メタノール中の1K再生セルロース膜を含有する接線流限外濾過装置に加え、80mLにおける保持物質の体積、約5%w/w及び25〜27℃の温度を維持した。3.4回の再循環の間に合計280mLの透過物が得られた(4.5時間)。透過物から揮発性物質をとばし、1.9g(50%回収)を得た。保持物質を取り出し、限外濾過装置を80mLのメタノールで3回洗浄した。合わせた溶液を140g
のメタノール中の75gのピペラジン(871ミリモル)の混合物に、15分かけて滴下した。この得られる混合物を25℃で18時間攪拌した。この混合物から揮発性物質を除去し、白色の固体を得た。140℃及び高真空における1時間のバルブツウバルブ蒸留を用いて混合物からピペラジンを除去し、4gの透明粘性の残留物を得た。この混合物を9gのメタノール中に溶解し、メタノール中のSephadex LH−20サイズ排除カラム上で精製した。575mLの空隙容積を採取した後、それぞれ8mLの48個の画分を集めた。純粋な生成物は画分1−12中に観察され、それらから揮発性物質をとばして540mg(収率90%)の生成物を得た。画分13−22中の生成物とペンタエリトリトールテトラ(2−ヒドロキシプロピル−3−ピペラジン)エーテルの混合画分を集め、メタノール中で再生セルロース膜を用いて透析し、40mg(6%)を得た。画分23−32中の本質的に純粋なペンタエリトリトールテトラ(2−ヒドロキシプロピル−3−ピペラジン)エーテルを再循環のために集めた。
実施例7:エポキシド開環反応においてモノ保護アミンを用いる三官能基性分岐を有する四官能基性コア
A.モノ保護ピペラジンを用いるテトラエポキシドのキャッピング,コア:ペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(PETGE)及びエチル−N−ピペラジンカルボキシレートからのポリ(エーテル−ヒドロキシアミン)デンドリマー,G=0
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=エチルピペラジンカルボキシレート;(TF)=カルボキシレート]
エチル−N−ピペラジンカルボキシレート(6.32g,40ミリモル,エポキシドにつき1当量)及び40mLのメタノールを100mLの丸底フラスコ中にとり、フラスコに攪拌棒を備えた。ペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(PETGE)(3.6g,10ミリモル)を10mLのメタノール中に溶解し、上記の攪拌された溶液に20分間かけ、滴下ロートを介して滴下した。2時間攪拌した後、TLCはPETGE,R=0.80(3:1のCHCl:CHOH)の完全な消費を示し、ヨウ素蒸気を用いてスポットを視覚化した。室温で終夜攪拌を続け、回転蒸発器上で溶媒を蒸発させ、それは無色の液体を与えた。微量のエチル−N−ピペラジンカルボキシレートをKugelrohr蒸留装置により180℃で20分内に蒸留し、それはエステル表面(G=0)デンドリマー2,9.47g(95%)を粘性の液体として与えた。
H NMR(300MHz,CDOD):δ1.24(t,J=6.90Hz,12H),2.36−2.55(m,24H),3.29−3.49(m,36H),3.89(quintet,J=4.80Hz,4H),4.10(q,J=7.20Hz,8H);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ13.80,43.50,45.80,53.42,61.31,61.53,67.55,70.15,74.30,155.95;および
IR(Neat):λmax3446,2975,2863,2801,1695,1536,1456,1424,1378,1352,1244,1116,1034,876,830,758cm−1;および
MALDI−TOF:C458416計算値993,実測値1017(MNa)amu。
以下のスキーム10は、この上記の反応を示す:
Figure 0004510881
B.実施例7Aからのキャッピングされたテトラエポキシドコアの脱保護,KOHを用いるエステル表面,G=0,デンドリマーの加水分解
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(TF)=アミン]
デンドリマー(G=0)(9.4g,9.46ミリモル)(実施例7Aにより調製)を250mLの丸底フラスコ中にとり、85mLのメタノール中に溶解した。フラスコに攪拌棒を備えた。水酸化カリウム溶液,45%(28.2gのKOH(90%)を56.4mLの水中に溶解した)を室温で上記の攪拌された溶液に加えた。フラスコに還流コンデンサーを備え、予備−加熱された油浴中で85〜90℃に保った。反応の進行をTLCにより監視した。2時間後、TLCは3個のスポットを示し、加熱を終夜続けた。ニンヒドリン溶液に暴露すると、生成物はピンク色のスポットを示した。(MeOH中の50%NHOH中でR=0.17)。減圧下に、回転蒸発器上で溶媒及び水を除去し、それは濃い液体を与える。この液体を分液ロートに移し、DCM(3x50mL)で抽出した。DCM層は上に見られた。合わせたDCM層をNaSO上で乾燥し、セライト(高さ1cm)を介して濾過し、セライトをDCMで十分に洗浄した。回転蒸発器上でDCMを除去し、それはデンドリマー(G=0)3を無色粘性の液体として与えた(6.01g,収率90%)。高真空下で2時間乾燥すると、それは吸湿性の固体を与えた。この材料は、その分光学的データから非常に純粋であることが見出され、さらなる精製なしで続く合成において用いられた。
H NMR(300MHz,CDOD):δ3.46(s,8H),3.39(d,J=2.10Hz,8H),2.84(t,J=4.80Hz,16H),2.51(bs,16H),2.41(d,J=3.90Hz,8H),2.40(s,4H,NH),2.37(s,4H,OH),3.89(sextet,J=4.80Hz,4H);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ45.06,45.80,54.33,62.07,67.37,70.14,74.41;および
IR(Neat):λmax3456,2936,2817,1595,1457,1319,1111,1005,859,732,697cm−1;および
MALDI−TOF:C3368計算値704,実測値727(MNa),743(MK)amu。
以下のスキーム11は上記の反応を示す:
Figure 0004510881
C.ピペラジン官能基性G=0への四官能基性エポキシド分岐セル試薬の付加及びモノ保護ピペラジンキャッピング:ポリ(エーテル−ヒドロキシアミン)デンドリマー(G=1.5)
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジンカルボキシレート;(TF)=カルボキシレート]
PETGE1(5.05g,14.04ミリモル)及び35mLのメタノールを100mLの1つ口丸底フラスコ中にとり、攪拌棒を備えた。氷−浴を用いてフラスコを4℃に冷却した。デンドリマー(G=0)(1.65g,2.34ミリモル)(実施例7Bにより調製)を10mLのメタノール中に溶解し、上記の攪拌された溶液中に20分間かけ、滴下ロートを介して滴下した。氷−浴を除去し、反応混合物を室温で20時間攪拌した。MALDI−TOFは、ビス−、トリ−及びテトラ−付加生成物に関するシグナルを示した。反応混合物を室温で2日間攪拌した。
次いで温度を25℃に維持しながら、上記の反応混合物を限外濾過(1K)に供し、過剰のPETGEを除去した。6回の再循環の後(6x120mL)、TLCは保持物質と共に残る微量のPETGEしか示さなかった。保持物質を丸底フラスコ(250mL)中に移し、エチル−N−ピペラジンカルボキシレート(エポキシドにつき1.5当量)でクエンチングした。減圧下において回転蒸発器上で、最少の熱(45℃)を用いて反応混合物を50mLに濃縮した。反応混合物を室温で終夜攪拌した。室温における限外濾過(1K)により過剰のエチル−N−ピペラジンカルボキシレートを除去した(6x120mL)。減圧下における回転蒸発器上で保持物質から溶媒を除去し、高真空下で乾燥し、それは吸湿性の固体を与えた。
D.キャッピングされたカルボエトキシ基の脱保護:KOHを用いるエステル表面(G=1)デンドリマーの加水分解
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(TF)=アミン]
エステル表面のデンドリマー(5.2g)(実施例7Cにより調製)を250mLの1つ口丸底フラスコ中にとり、47mLのメタノール中に溶解した。フラスコに攪拌棒を備えた。KOH(90%)(15.6g)を31mLの水中に溶解し、上記の攪拌溶液中に室温で5分かけて加えた。フラスコを予備−加熱された油浴(85〜90℃)中に保ち、22時間加熱した。この時点に、TLCはエステル表面のデンドリマー(G=0)が残されていないことを示した。回転蒸発器上で過剰のメタノールを除去し、水相をDCMで抽出した(3x150mL)。合わせた濾液をNaSO上で乾燥し、セライトベッドを介して濾過した。セライトをDCMで十分に洗浄し、回転蒸発器上で蒸発させ、それは吸
湿性の固体を与え、次いで高真空下で乾燥してピペラジン表面のデンドリマー4(G=1)1.7g(収率27%)を得た。
後に、6N HClを用いて反応混合物を酸性化し、続いてKClを濾過し、1Kを介して限外濾過することにより、この上記の仕上げをさらに改良し、それは>90%の収率を与えた。
H NMR(300MHz,CDOD):δ2.37−2.46(m,H),2.51(bs,H),2.59(bs,H),2.84(t,J=3.90Hz,H);3.30(m,H),3.35(bs,H),3.45(bs,H),3.83−3.90(quintet,J=5.40Hz,20H);および
13C NMR(75MHz,CDOD+D2O(two drops):δ44.97,45.79,53.40,54.29,58.37,61.43,62.06,67.34,67.54,69.20,70.11,72.83,74.16,74.43;および
IR(Neat):λmax3385,2939,2873,2811,1649,1634,1454,1367,1321,1301,1111,1009,963,860,830,789cm−1;および
MALDI−TOF:C1493003240計算値3180,実測値3202.4(MNa)amu。
以下のスキーム12は上記の反応を示す:
Figure 0004510881
実施例8:エポキシド開環を用いるアミノエチルピペラジン保護
A.アミノエチルピペラジンの保護及び四官能基性エポキシドのキャッピングのための使用:1個の第1級アミン
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=エチルピペラジン;(TF)=アミン]
Dean−Starkトラップ及びコンデンサーが備えられた250mLの丸底フラスコにおいて、4−メチル−2−ペンタノン(Aldrich)中の8.075gの1−(2−アミノエチル)ピペラジン(0.0625モル)(Acros)の混合物をアルゴン下で加熱還流した。理論量の水(1.12mL)が共沸した後、反応物を室温に冷却した。反応混合物(4mL)を25mLの丸底フラスコ中に入れ、4mLのメタノール中の実施例Bからのペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(PETGE)(エポキシドにつき1.5当量の第2級アミン)を加えた。混合物を60℃に終夜加熱した。次いで真空下で溶媒を除去した。2−プロパノール(20mL)及び水(3mL)を残留物に加え、混合物を50℃に2.5時間加熱した。溶媒を除去し、生成物を黄色の油として得た。
MALDI−TOF:877.759(MH),899.752(MNa),748.621(トリ−置換生成物)amu。
以下のスキーム13は上記の反応を示す:
Figure 0004510881
B.ジエチレントリアミンの第1級アミンの保護及び四官能基性エポキシドのキャッピングのための第2級アミンの使用:2個の第1級アミン
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(BR1)=ジイミノアミン;(TF)=アミン]
ジエチレントリアミン(6.563g,63.6ミリモル)(Acros)及び125mLの4−メチル−2−ペンタノン(Aldrich)を、Dean−Starkトラップが備えられた250mLの丸底フラスコ中に入れ、アルゴン下で140℃に加熱した。理論量の水(2.20mL)が共沸した後、反応物を室温に冷却した。混合物の重量は77.37gであり、63.6ミリモルの第2級アミンを含有した。混合物(12.16g)を50mLの丸底フラスコに移した。回転蒸発により溶媒を除去して油を得た。この油に5.5mLの乾燥メタノール中の360mgのPETGE(1ミリモル)(実施例Bにより調製)の溶液を加えた。反応物を75℃に23時間加熱した。溶媒を除去し、25mLの2−プロパノール及び3.0mLの水を残留物に加えた。混合物を50℃に2時間加熱した。回転蒸発器を用いて溶媒を除去した。Kugelrohr蒸留(150℃)により過剰のジエチレントリアミンを除去し、生成物をわずかに黄色の粘着性の油として得、それは以下のスペクトルを有する:
MALDI−TOF:計算値773,実測値795.784(MNa)amu。
以下のスキーム14はこの上記の反応を示す:
Figure 0004510881
実施例9:エポキシ開環反応/試薬とMichaelの付加反応/試薬の組み合わせ
A.テトラエポキシドのジアリルアミンとの反応:表面のアリル化
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(BR1)=ジアリルアミン;(TF)=アリル]
4mLのメタノール中の816mgのジアリルアミン(8.40ミリモル)(aldrich)の溶液に、1mLのメタノール中の360mgのPETGE(1.0ミリモル)(実施例Bにより調製)の溶液を加えた。混合物を60℃に64時間加熱した。次いで溶媒を除去して生成物を透明無色の油として得(657mg,収率89%)、それは以下のスペクトルを有する:
H NMR(500MHz,CDCl):δ2.47(m,8H),3.06(q,8H),3.21(q,8H),3.39(m,20H),3.83(4H),5.15(m,16H),5.81(m,8H);
13C NMR(125MHz,CDCl):δ45.54,55.63,56.86,66.75,70.54,74.11,117.73,135.12,および
MALDI−TOF:計算値748,実測値749.588(MH),771.583(MNa)amu。
以下のスキーム15はこの反応を示す:
Figure 0004510881
B.テトラエポキシドのアジリジンとの反応:第2級アミンの反応
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(TF)=アジリジン]
2mLのメタノール中の913mgの2−メチルアジリジン(16ミリモル)(adrich)の溶液に、1mLのメタノール中の360mgのPETGE(1.0ミリモル)(実施例Bにより調製)の溶液を加えた。混合物を室温で終夜攪拌した。次いで溶媒を除去し、生成物を透明無色の油として得た。(550mg,収率93%)。
MALDI−TOF:計算値 588,実測値 589.430(MH),611.422(MNa)amu。
以下のスキーム16は上記の反応を示す:
Figure 0004510881
実施例10:アミンのアルキル化
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=エチルピペラジン;(BR1)その場=メチルアクリレート;(TF)=メチルエステル]
メチルアクリレート(861mg,10ミリモル)(Acros)を1.0mLのメタノール中に溶解し、0℃に冷却した。次いで4mLのメタノール中の前に調製されたテトラアミン(489mg,0.56ミリモル)(実施例8Aにより調製)の溶液を滴下した。滴下の後、反応物が室温に温まるのを許した。次いで混合物を40℃に48時間加熱した。溶媒を除去し、生成物を淡黄色の油(820mg,収率89%)として得、それは以下のスペクトルを有する:
MALDI:計算値 1565,実測値 1566.67(MH),188.69(MNa)amu。
スキーム17はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例11:第1級アミンからのエステル誘導体
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(BR1)=ジエチレントリアミン;(BR2)その場=メチルアクリレート;(TF)=メチルエステル]
メタノール中のオクタアミン(実施例8Bにより調製)の溶液を、メタノール中のメチルアクリレート(Acros)の溶液に0℃で滴下した(NHにつき1.5当量)。滴下の後、反応物が室温に温まるのを許した。次いで混合物を40℃に24時間加熱した。次いで溶媒を除去し、生成物を以下のスペクトル:
MALDI−TOF:計算値 2146,実測値 2169.662(MNa)amuを有する黄色の油として得た。
スキーム18はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例12:第1級アミンからのピロリドン誘導体
[(C)=PETGE;(IF1)=ヒドロキシル;(BR1)=ジエチレントリアミン;(EX1)=ピロリドン;(TF)=ピロリドン]
イタコン酸ジメチル(1.0g,6.32ミリモル)(Acros)を2.5mLのメタノール中に溶解し、0℃に冷却した。次いで7mLのメタノール中のオクタアミン(実施例8Bにより調製)の溶液を前記の溶液に加えた。滴下の後、反応物が室温に温まるのを許し、24時間攪拌した。溶媒の除去の後、MALDI−TOFを決定した。
MALDI−TOF:計算値 1771,実測値 1804.246(MNa)amu。
スキーム19はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例13:デンドリマー(G=1)及びPETGEからのポリ(エーテル−ヒドロキシルアミン)デンドリマー(G=2)の合成
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(TF)=アミン]
ペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(PETGE)(4.40g,12.24ミリモル)をメタノール(20mL)中にとり、フラスコを氷浴中で4℃に冷却した。G=1デンドリマー(0.54g,0.17ミリモル,2.04−(NH)−ミリモル)(実施例7Dにより調製)をメタノール(10mL)中に溶解し、上記の攪拌溶液に15分間かけて滴下した。氷−浴を除去し、混合物を室温で20時間攪拌した。反応混合物をメタノール中で5%溶液とし、限外濾過(1Kカットオフ)に供した。5回の循環の後(5x120mL)、保持物質を限外濾過から回収した。限外濾過の濾液をメタノールで洗浄し(2x20mL)、エチル−N−ピペラジンカルボキシレート(3.38g,21.44ミリモル,エポキシドにつき3.5当量)でクエンチングし、減圧下に、最少の熱を用いて回転蒸発器上で15mLに濃縮した。
反応混合物を室温で16時間攪拌した。限外濾過(1Kカットオフ)を介して過剰のエチル−N−ピペラジンカルボキシレートを分離した(2.33gのエチル−N−ピペラジンカルボキシレートが透過物から回収された)。回転蒸発器上で溶媒を除去し、高真空下で乾燥し、それは2.3gのエステル表面のデンドリマーを与える。
エステル表面G=2デンドリマー(2.3g)を21mLのメタノール中に溶解した。KOH水溶液(14mLの水中に6.9gの90%を溶解した)を上記の攪拌溶液に5分
間かけて滴下した。フラスコに還流コンデンサーを備え、予備−加熱された油浴(85〜90℃)中に置き、20時間加熱した。回転蒸発器上でメタノールを除去し、得られる水性反応混合物を20mLの水でさらに希釈し、氷浴を用いて10℃に冷却し、一定に混合しながら6N HClで中和した。pHを9に調整し、回転蒸発器上で濃縮し、それは固体を与えた。穏やかな熱(ヒート−ガン(heat−gun)により)を用いて固体を120mLのメタノール中に再−溶解し、室温で放置した。ブフナーロートを介して固体を濾過し、メタノールで洗浄した。濾液を回転蒸発器上で濃縮し、固体材料(3g)を得た。この材料を限外濾過(1Kカットオフ)(5x120mL)に供し、微量のKClを除去した。保持物質からの溶媒の蒸発はピペラジン表面,G=2デンドリマー(1.66g,収率91.76%)を淡黄色の固体として与え、それは以下のスペトルを有し:
H NMR(300MHz,CDOD):δ2.37−2.42(m,144H),2.51(bs,144H),2.58(bs,136H),2.83(bs,128H),3.30(bs,68H,−OH),3.34(s,36H,−NH),2.37(d,J=4.50Hz,136H),3.42−3.45(bs,136H),3.90(bs,68H);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ45.09,45.80,53.50,54.40,61.47,62.10,67.35,67.55,69.24,70.12,72.85,74.20,74.42;および
IR(Neat):λmax3385、2929,2924,2817,1649,1557,1454,1362,1321,1367,1106,1029,1004,860,825,784cm−1;および
MALDI−TOF:C497996104136計算値10605,実測値4000−10000amu;
そして
AFMから測定される多分散性は1.091を与える。
実施例14:デンドリマー(G=2)及びPETGEからのポリ(エーテル−ヒドロキシルアミン)デンドリマー(G=3)
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(IF6)=OH;(BR3)=PETGE;(IF7)=OH;(EX4)=ピペラジシン;(TF)=アミン]
1つ口100mLの丸底フラスコにペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(PETGE)(15.55g,43.2ミリモル)及び35mLのメタノールを装入した。氷−浴を用いてフラスコを10℃に冷却した。デンドリマー,G=2(1.06g,0.1ミリモル,3.6−(NH)−ミリモル)(実施例13により調製)を15mLのメタノール中に溶解し、上記の攪拌溶液に20分間かけ、滴下ロートを介して加えた。氷−浴を除去し、室温で42時間攪拌した。反応混合物を320mLのメタノールで希釈して5%メタノール性溶液を得、限外濾過(1Kカットオフ)に供した。5回の再循環の後(5x120mL)、TLCは保持物質と一緒に微量のPETGEしか示さなかった(11.78gのPETGEが透過物から回収された)。
保持物質を限外濾過液から回収し;限外濾過液をメタノールで洗浄した(2x20mL)。保持物質の合計量は150mLであり、それをエチル−N−ピペラジンカルボキシレート(23g,145.56ミリモル,エポキシドにつき13.47当量)でクエンチングし、室温で4日間攪拌した。反応混合物をメタノールで希釈して5%メタノール性溶液を得、限外濾過(1Kカットオフ)(14x120mL)により過剰のエチル−N−ピペラジンカルボキシレートを分離した(透過物から19.15gのエチル−N−ピペラジンカルボキシレートが回収された)。保持物質からの溶媒の蒸発は、5.57gのエステル
表面G=3デンドリマーを泡状の固体として与えた。
エステル表面G=3デンドリマー(5.38g)を250mLの丸底フラスコ中にとり、48mLのメタノール中に溶解した。KOH水溶液(45%)(16.14gの90%KOHを32mLの水中に溶解した)を上記の攪拌溶液に5分かけて加えた。フラスコに還流コンデンサーを備え、予備加熱された(85〜90℃)油−浴中に置き、36時間加熱した。TLCは、副生成物として生成すると予測されたG=0エステルが残っていないことを示した。反応混合物を室温に冷却し、回転蒸発器上で濃縮した。氷−浴を用いて水性反応混合物を10℃に冷却した。時々振りながら6N HClを加えた。40mLの添加の後、塩基性から酸性へのpHの変化がpH紙により観察された。さらに6mLのHClを加えてpH5に調整した。次いで溶液を回転蒸発器上で減圧下において濃縮した(浴温は70℃である)。溶液の半分の蒸発の後、フラスコ中における固体の生成が観察された。乾燥により水を完全に除去した。フラスコを回転蒸発器から取り出し、ヒート−ガンを用いて穏やかに加熱しながら残留物を150mLのメタノール中に溶解した。フラスコを机上に数分間放置した。ブフナーロートを介して固体材料を濾過し、メタノール(100mL)で十分に洗浄した。固体は完全にはメタノール中に溶解せず、限外濾過の速度が非常に遅いことが見出された。1K膜を介する6回の再循環の後、保持物質を回転蒸発器上で濃縮し、それは淡黄色泡状固体のピペラジン表面5.36gを与える(理論的収量は3.206gである)。
CDOD中のH NMRは、表面ピペラジンからのすべてのプロトンが=0.55ppm下方磁場(down field)に移動したことを明らかにした。材料は完全にはメタノール中に溶解しなかった。これは、腔/内部内におけるゲスト分子の捕獲の結果であり得た。これは最終的収率>100%からも明らかである。
上記の試料を水中の1K膜を介して透析し、透析物を2回交換して21時間透析した。保持物質から回転蒸発器上で水を蒸発させ、高真空下で乾燥し、それは2.34g(収率71%)のG=3デンドリマーを淡黄色の固体として与えた。第1の透析物の濃縮は固体を与えた。
透析物についてのMALDI−TOF分析は、ゲスト分子がG=0デンドリマー、微量のG=0エステル及びいくつかの他の同定されない化合物であることを示した。
保持物質からの化合物のH NMRを記録し、表面ピペラジンからのプロトンが0.55ppm上方−磁場(up−field)に移動したことが見出された。
H NMR(300MHz,CDOD):δ2.53(bs,H),2.81(bs,H),3.23(bs,H),3.30(bs,H),3.45(bs,H),3.90(bs,H),4.07(bs,H);および
13C NMR(75MHz,CDOD+3drops of DO):δ43.53,45.77,50,22,51.46,58.47,59.74,60.62,66.16,67.45,69.18,70.17,72.83,74.09;および
MALDI−TOF:C15413084320424計算値32882,実測値49617amu;そして
AFMから測定される多分散性は1.117を与える。
Figure 0004510881
実施例15:ペンタエリトリトールテトラ(2−ヒドロキシ−3−ピペラジン−N−エチルカルボキシレート)のアセチル化
[(C)=PETGE;(IF1)=アセチル;(EX1)=エチルピペラジンカルボキシレート;(TF)=カルボキシレート]
攪拌棒を含有する10mLの丸底フラスコに、ペンタエリトリトールテトラ(2−ヒドロキシ−3−ピペラジン−N−エチルカルボキシレート)(800mg,8.1x10−4モル,3.2ミリモルOH)、ジメチルアミノピリジン(23mg,1.9x10−4モル,無水物に基づいて3モル%)(Acros)及び6mLの塩化メチレンを加えた。4℃に冷却されたこの均一な混合物に、無水酢酸(550mg,5.4ミリモル,OHにつき1.7当量)を2〜3分かけて滴下した。この混合物をN下に、密閉して25℃において16時間攪拌した。この混合物を20mLの塩化メチレンで希釈し、2x3mLの飽和NaHCOで洗浄した。有機層をNaSOで洗浄し、濾過し、揮発性物質をとばし、930mgを得(理論値 940mg:収率99%)、それは以下のスペクトルを有する:
H NMR(500MHz,CDCl):δ1.25(t,J=7Hz,12H),2.06(s,9H),2.38−2.43(m,8H),2.5−2.7(m,16H),3.5−4.0(m,8H),4.1−4.5(m,16H),3.5−3.7(m,8H),4.127(qt,J=7Hz,8H),5.12(pt,J=6.5Hz,4H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ14.67,21.23,39.01,43.74,45.77,53.34,58.52,61.29,70.04,71.41,155.45,170.25;および
MALDI−TOF:計算値1160,実測値1160amu。
実施例16:ポリ(エーテルヒドロキシルアミン)デンドリマー,G=1,Nc=4,Nb=2,カルボエトキシ表面のアセチル化
[(C)=PETGE;(IF1)=アセチル;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=アセチル;(BR1)=PETGE;(IF3)=アセチル;(EX2)=エチルピペラジンカルボキシレート;(TF)=カルボキシレート]
攪拌棒を含有する25mLの丸底フラスコに、ポリ(エーテルヒドロキシルアミン)デンドリマー,G=1,Nc=4,Nb=2,カルボエトキシ表面(500mg,1.92x10−4モル,2.3ミリモルOH)、ジメチルアミノピリジン(Acros)及び15mLの塩化メチレンを加えた。4℃に冷却されたこの均一な溶液に、500mgの無水酢酸を加えた。この混合物をN下に、密閉して25℃において24時間攪拌した。この混合物を25mLのCHClで希釈し、2x5mLの飽和NaHCO溶液で洗浄した。有機層を無水NaSOで乾燥した。この混合物を濾過し、揮発性物質を排気して260mgの粗生成物を得た。この材料を、シリカゲルを用い、CHCl:MeOH(3:1v/v)を用いてクロマトグラフィーにかけ、最初の2個の画分を集め、揮発性物質を排気して230mg(収率95%)を得、それは以下のスペクトルを有する:
13C NMR(125MHz,CDCl):δ7.71,14.69,21.25,22.96,39.39,43.46,43.75,53.34,53.66,58.48,59.26,61.29,69.74,70.08,70.24,71.24,71.36,71.64,155.49,169.75,170.41。
実施例17:種々のアミンと反応したポリ(エポキシド)のフェニル含有グリシジルエーテルクラス
A.トリフェニルメタントリグリシジルエーテル(TPMTGE)(I−d)のトリヒドロキシメチルメチルアミン(II−e)との反応
[(C)=TPMTGE;(IF1)=OH;(BR1)=トリス(ヒドロキシメチルアミン);(TF)=OH]
トリフェニルメタントリグリシジルエーテル,I−d(0.46g,1ミリモル)(Aldrich)及び30mLのメタノールを100mLの1つ口丸底フラスコ中に入れた。トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(TRIS)(0.726g,6ミリモル)(Aldrich)を上記の反応混合物に一度に加えた。最初、これらの2つの出発材料は完全には可溶性でなかったが、約10〜15分の加熱の後、溶解するであろう。60℃で終夜加熱を続けた。TLCは、その時間の間に出発グリシジルエーテルの完全な消費を示した。回転蒸発器上で溶媒を除去し、無色の固体を得た。反応混合物全体を、熱い条件下で溶媒の混合物(CHCl及びCHOH,60mL,3:1v/v)中に溶解し(加熱ガンを用いる加熱により)、次いで室温に冷却し、ヘキサンを加えて沈殿を生成させた。ブフナーロートを介して固体を濾過し、過剰のTRISを除去した。濾液の蒸発はヒドロキシル末端(G=1)デンドリマー,III−e(収量,0.815g,99%)を与え、それは以下のスペクトルを有する:
H NMR(300MHz,DMSO−d6):δ1.28−1.171(t,J=6.00Hz,3H),1.48(bs,9H),2.47(s,3H),3.77−3.84(m,6H),4.22(m,18H),4.98(bs,3H),5.72(s,1H),6.62−6.88(m,8H),6.92(m,4H);および
H NMR(75MHz,DMSO−d6):δ44.72,55.59,60.08,61.64,69.86,71.31,114.74,114.87,128.02,130.48,137.17,157.51;および
MALDI−TOF:C406115についての計算値823;実測値847(MNa)amu。
スキーム20はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例18:TPMTGEのジエタノールアミンとの反応
[(C)=TPMTGE;(IF1)=OH;(BR1)=DEA;(TF)=OH]
トリフェニルメタントリグリシジルエーテル(TPMTGE)I−d(0.92g,2ミリモル)及び30mLのメタノールを100mLの1つ口丸底フラスコ中に入れ、続いて10mLのメタノール中の0.785gのジエタノールアミン(7.5ミリモル)の溶液を加えた。フラスコに攪拌棒及び還流コンデンサーを備え、次いで60℃で加熱した。TLCにより反応の進行を監視した。3時間後、TLCはいくらかの量の未反応トリグリシジルエーテルを示した。加熱を同温度で終夜続けた。この時点に、MALDI−TOF質量分析による分析は、デンドリマー,III−fに関する分子イオンピークを示した。次いで減圧下において回転蒸発器上で溶媒を除去し、それは透明な液体を与えた。反応混合物全体(1.746g)を10mLのメタノール中に溶解し、続いて時々振りながら、50mLの酢酸エチルを加えた。酢酸エチルの添加の間に無色の沈殿の生成が観察された。フラスコを室温で2時間放置した。2時間後、フラスコの底における油の分離が観察された。次いでデカンテーションにより混合物を分離し、油を酢酸エチルで洗浄した(2x1mL)。高真空下における乾燥により油を固化させ、1.242gの固体を得た。13C NMRによるこの画分の分析は、過剰のジエタノールアミンが分離したことを示し、スペクトルデータはデンドリマー−IIIと一致した。
回転蒸発器上における溶液の濃縮は、0.522gの無色透明の液体を与え、それは生成物III−fとジエタノールアミンの混合物であった。III−fに関するスペクトルは:
H NMR(300MHz,CDOD):δ2.92−2.58(m,6H),2.60−2.77(m,12H),3.29−3.31(quintet,J=1.50Hz,3H),3.46−3.67(m,6H),3.57−3.67(m,6H),3.80−4.00(m,10H),4.84(s,6H),6.02−6.86(m,6H),6.90−6.97(m,4H),7.08−7.20(m,2H);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ57.51,58.28,59.64,67.97,68.13,70.23,114.12,130.10,137.27,157.52;および
MALDI−TOF:C406112についての計算値775;実測値799(MNa)amu
である。
スキーム21はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例19:TPMTGEのジエチルイミノジアセテートとの反応
[(C)=TPMTGE;(IF1)=OH;(BR1)=ジエチルイミノジアセテート;(TF)=エチルエステル]
トリフェニルメタントリグリシジルエーテル(TPMTGE)I−d(0.92g,2ミリモル)及び30mLのメタノールを100mLの1つ口丸底フラスコ中に入れ、続いて10mLのメタノール中の1.417gのジエチルイミノジアセテート(7.5ミリモル)(Aldrich)の溶液を一度に加えた。フラスコに攪拌棒及び還流コンデンサーを備え、60℃で終夜加熱した。終夜加熱した後、MALDI−TOF質量分析は、デンドリマー,III−gに関するピークを示した。加熱を24時間続け、減圧下において回転蒸発器上で溶媒を除去し、それは淡黄色の液体を与える。反応混合物全体をシリカゲル上のカラムクロマトグラフィーにより精製した(高さ9’x幅1.5’)。最初に30%酢酸エチル/ヘキサンを用いて過剰のジエチルイミノジアセテートを溶離させ、続いて5%CHOH/CHClを用いて生成物III−g(1.929g,収率93.91%)を溶離させた。III−gに関するスペクトルは:
H NMR(300MHz,CDCl):δ1.26(t,J=6.90Hz,18H),3.34−3.55(m,12H),3.61(s,3H),3.65−3.79(m,6H),3.88−4.04(m,9H),4.13−4.22(m,13H),6.71−6.35(m,6H),6.89−6.99(m,6H);および
13C NMR(75MHz,CDCl):δ14.44,48.91,50.09,50.26,50.36,51.05,52.11,54.38,56.34,57.03,58.28,58.74,61.16,67.44,69.85,77.05,111.45,114.44,120.69,127.79,130.21,130.40,130.48,130.55,157.30,169.61,172.18,172.59;および
MALDI−TOF:C527315についての計算値1027;実測値1050(MNa)amu
である。
以下のスキーム22はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例20:エステル末端,G=1,デンドリマーからのヘキサアミン末端,G=1,デンドリマーの合成
[(C)=TPMTGE;(IF1)=OH;(BR1)=ジエチルイミノジアセテート;(EX1)=EDA;(TF)=アミン]
エチレンジアミン(EDA)(168.3g,2244ミリモル)を、オーブン乾燥された500mLの1つ口丸底フラスコに入れ、それに攪拌棒を備え、氷浴で0℃に冷却した。エステル末端(G=1)デンドリマーIII−g(1.929g,1.87ミリモル)(実施例19により調製)を10mLのメタノール中にとり、上記の攪拌冷却溶液に、均圧化ロートを介して15分かけて加えた。フラスコをNでフラッシングし、セプタムで密閉した。反応混合物をその温度で1時間攪拌し、0℃で2日間保存した。反応混合物を室温で1時間攪拌した。MALDI−TOF質量分析による試料の分析は、ヘキサアミン表面(G=1)デンドリマー,IV−dに関する分子イオンピークを示した。減圧下における回転蒸発器上で過剰のEDAを除去し、それは淡黄色の液体を与える。共沸混合物の形成により残るEDAを除去するために、反応混合物全体を30mLのメタノール中に溶解し、70mLのトルエンを加えた。このプロセスを3回繰り返し、混合物を高真空下で乾燥し、それは淡黄色の吸湿性の固体を与えた。分析データ(IR,H及び13C)は、ヘキサアミン末端(G=1)デンドリマー,IV−d,2.073g(収率99%)と一致した。IV−dに関するスペクトルは:
H NMR(300MHz,CDOD):δ2.68−2.84(m,12H),2.84−2.90(m,3H),3.11−3.18(m,6H,NH),3.22−3.30(m,18H),3.31−3.35(m,12H),3.80−4.14(m,10H),4.82(s,12H,NH2),6.58−6.98(m,12H);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ40.74,41.58,51.99,59.20,59.52,67.69,70.30,114.13,127.57,130.14,136.77,137.35,157.43,172.74,172.89;および
IR(Neat):νmax3303(br),2933,2863,1652,1543,1508,1451,1242,1176,1109,1033,968,829,757cm−1;および
MALDI−TOF:C52551512についての計算値1111;実測値1134(MNa)amu
である。
スキーム23はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例21:ビス(4−グリシジルオキシフェニル)メタン(BGPM)のトリヒドロキシメチルメチルアミンとの反応
[(C)=BGPM;(IF1)=OH;(BR1)=TRIS;(TF)=OH]
ビス(4−グリシジルオキシフェニル)メタンI−c(0.624g,2ミリモル)及び20mLのメタノールを100mLの1つ口丸底フラスコ中に入れた。上記の反応物にTRIS(0.605g,5ミリモル)を一度に加えた。50℃で5〜10分間攪拌した後、両方の出発材料は完全に溶解した。50℃で加熱を42時間続け、その後TLCはビス−グリシジルエーテル(I−c)の完全な消費を示したが、攪拌をさらに6時間続けた。回転蒸発器上で溶媒を除去し、無色の固体を得た。粗反応混合物全体を、加熱ガンを用いる加熱により熱い条件下で溶媒の混合物(CHCl(60mL)+CHOH(15mL)中に溶解し、次いで室温に冷まし、30mLのヘキサンを加えた。ヘキサンの添加の間に沈殿の生成が観察された。フラスコを机上に保ち、固体を濾過した。溶液の濃縮は吸湿性の固体,III−e(1.044g,収率94%)を与え、それは以下のスペクトルを有する:
MALDI−TOF:C274210計算値 554.63,実測値 578.608(MNa)amu。
スキーム24はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例22:ビス(4−グリシジルオキシフェニル)メタン(BGPM)のジエチルイミノジアセテートとの反応
[(C)=BGPM;(IF1)=OH;(BR1)=ジエチルイミノジアセテート;(TF)=エチルエステル]
ビス(4−グリシジルオキシフェニル)メタンI−c(1.248g,4ミリモル)(Aldrich)及び30mLのメタノールを、攪拌棒が備えられた100mLの1つ口丸底フラスコ中に入れた。ジエチルイミノジアセテート(1.965g,10.4ミリモル)(Aldrich)を10mLのメタノール中に溶解し、上記の反応混合物に一度に加えた。フラスコに還流コンデンサーを備え、60℃で36時間加熱した。終夜加熱した後、MALDI−TOF質量分析は、ビス−及びモノ−付加生成物に関するピークを示した。TLCも2個の新しいスポットを示した。その温度で加熱を36時間続け、TLCは1個のみのスポットを示した。回転蒸発器上で溶媒を除去し、それは透明な液体を与える。反応混合物をシリカゲル上のカラムクロマトグラフィーに供した(高さ9’,幅1.5’)。最初にヘキサン中の40%酢酸エチルを用いて過剰のジエチルイミノジアセテート(0.447g,回収率98%)を溶離させ、続いてクロロホルム中の5%メタノールを用いてテトラエステル表面(G=1)デンドリマーIII−g(2.57g,収率93%)を溶離させ、それは以下のスペクトルを有する:
H NMR(300MHz,CDCl):δ1.20−1.30(m,12H),2.60−2.74(m,2H),3.13−3.24(m,2H),3.34(s,2H),3.45−3.72(m,8H),3.80−4.00(m,6H),4.07−4.22(m,8H),4.75−4.83(m,2H),6.76−6.84(m,4H),7.01−7.09(m,4H);および
13C NMR(75MHz,CDCl):δ14.43,35.59,35.72,40.31,50.36,52.09,54.39,56.36,57.03,58.74,61.15,67.45,67.61,69.77,69.90,77.07,111.35,111.50,114.58,114.70,120.96,121.49,127.65,127.84,129.76,129.93,130.02,130.09,130.57,131.09,130.57,131.01,134.16,156.50,157.27,166.97,169.61,172.16;および
MALDI−TOF:C355012についての計算値690;実測値714(MNa)amu。
以下のスキーム25はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例23:エステル末端(G=1)デンドリマーからのテトラアミン末端(G=1)デンドリマーの合成
[(C)=BGPM;(IF1)=OH;(BR1)=ジエチルイミノジアセテート;(EX1)=EDA;(TF)=アミン]
エチレンジアミン(EDA)(111.6g,1488ミリモル)を、オーブン乾燥された1つ口500mL丸底フラスコ中に入れ、0℃に冷却した。エステル末端(G=1)デンドリマー(III−g)(2.57g,3.72ミリモル)(実施例22により調製)を10mLのメタノール中に溶解し、上記の冷溶液に滴下ロートを介し、20分間かけて滴下した。フラスコをNでフラッシングし、この温度で1時間攪拌し、0℃で2日間保存した。フラスコが室温に温まるのを許し、1時間攪拌した。試料の分析は、ヘキサアミン表面(G=1)デンドリマーIV−gに関する分子イオンピークを示した。減圧下において回転蒸発器上で過剰のEDAを除去し、それは淡黄色の液体を与える。共沸混合物の形成により残留EDAを除去するために、反応混合物全体を30mLのメタノール中に溶解し、70mLのトルエンを加えた。このプロセスを3回繰り返し、混合物を高真空下で乾燥し、それは淡黄色の吸湿性の固体を与える。分析データ(IR,H及び13C)はヘキサアミン末端(G=1)デンドリマー,IV−g(2.687g,収率96.77%)と一致し、それは以下のスペクトルを有する:
H NMR(300MHz,CDOD):δ2.54−2.62(m,4H,NH),2.67−2.75(m,8H),2.83−2.88(m,4H),3.22−3.31(m,8H),3.33−3.36(m,8H),3.80(s,2H),3.88−4.02(m,8H),4.80(s,8H,NH),6.79−6.94(m,4H),7.03−7.19(m,4H);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ40.76,41.66,59.21,59.53,67.55,67.69,70.27,111.32,114.25,114.36,120.65,127.51,129.49,129.61,129.92,130.50,133.87,134.44,156.64,157.22,157.366,172.78,172.85;および
IR(Neat):νmax3286(br),3071,2932,2872,1653,1541,1509,1452,1242,1175,1114,966,822,756,602cm−1;および
MALDI−TOF:C355810についての計算値746;実測値770(MNa)amu。
スキーム26はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例24:4,4’−メチレンビス(N,N’−ジグリシジルアニリン)(MBDGA)のジエタノールアミンとの反応
[(C)=MBDGA;(IF1)=OH;(BR1)=DEA;(TF)=OH]
グリシジルアニリンI−b(0.844g,2ミリモル)及び30mLのメタノールを100mLの1つ口丸底フラスコ中に入れ、攪拌棒を備えた。ジエタノールアミン(1.68g,16ミリモル)をメタノール(10mL)中に溶解し、上記の攪拌溶液に室温で加えた。フラスコに還流コンデンサーを備え、N下に60℃で2日間加熱した。2日後、TLCは出発材料I−bの完全な消費を示し、MALDI−TOF MSはオクタヒドロキシル末端(G=1)デンドリマーIII−f及びヘキサヒドロキシル末端生成物に関する分子イオンピークを示した。回転蒸発器上で溶媒を除去し、それは透明な液体を与える。III−fに関するスペクトルは:
MALDI−TOF:C417412に関する計算値 843;実測値866(MNa)及びトリ付加生成物に関する761(MNa)amu
である。
以下のスキーム27はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例25:4,4’−メチレンビス(N,N’−ジグリシジルアニリン)(MBDGA)のトリス(ヒドロキシメチル)メチルアミン(TRIS)との反応
[(C)=MBDGA;(IF1)=OH;(BR1)=TRIS;(Z1)=OH;(Z2)=エポキシド]
テトラグリシジルアニリン,I−b(0.422g,1ミリモル)を50mLの1つ口丸底フラスコ中に量り込み、15mLのメタノール及び5mLのジクロロメタンを加えた。TRIS(0.121g,1ミリモル)を上記の反応混合物に加えた。フラスコに還流コンデンサーを取り付け、40℃で3日間加熱した。回転蒸発器上で溶媒を蒸発させ、それは無色のワックス状の固体を与え、それをさらに高真空下で乾燥した。反応混合物全体を、ヒートガンを用いて熱い条件下で、溶媒の混合物(CHCl+CHOH;50mL,3:1)中に溶解した。フラスコが室温に温まるのを許し、30mLのヘキサンを加えた。ヘキサンの添加の間に沈殿の生成が観察された。3時間後、ブフナーロートを介して固体を濾過し、回転蒸発器上における溶媒の蒸発は粘性の液体を与え、それをシリカゲル上のカラムクロマトグラフィーに供した。最初に40%酢酸エチル/ヘキサンを用いて微量のテトラグリシジルアニリンを溶離させ、続いて5%CHOH/CHClを用いて化合物−IIIを溶離させた。純粋な画分(TLCにより決定)を蒸発させ、それは37mgの吸湿性の固体を与える。分析データ、MALDI−TOF、H及び13C NMRは、それが化合物−IIIであることを明らかにした。メタノールとジクロロメタンの混合物中で2当量のTRIS/エポキシドを用いてもこの反応を研究し、優れた収率で化合物−IIIを得た。反応はジメトキシエタン(DME)中では進行せず、60℃において終夜、メタノール中で2当量のTRISを用いると、ビス−及びトリ−付加生成物を与える。60℃で3日間、2当量のTRISを用いる反応も、微量のテトラ付加生成物と一緒にビス−及びトリ−付加生成物を与える。III−eに関するスペクトルは:
H NMR(500MHz,CDCl):δ2.50(q,J=2.40Hz,2H),2.70(q,J=4.50Hz,2H),2.82(bs,H),3.07(s,4H),3.24−3.37(m,7H),3.58−3.66(m,9H),3.95(s,2H),4.59(s,6H),6.65(d,J=8.40Hz,4H),6.98(d,J=8.10Hz,4H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ39.98,45.58,45.71,50.92,51.03,53.35,55.08,57.84,63.40,71.03,112.85,112.93,129.84,131.02,146.76,148.08;および
MALDI−TOF:C2941についての計算値,543;実測値567(MNa)amu
である。
スキーム28はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例26:グリシジルアニリンI−bのジエチルイミノジアセテートとの反応
[(C)=MBDGA;(IF1)=OH;(BR1)=ジエチルイミノジアセテート;(TF)=エチルエステル]
ジエチルイミノジアセテート(1.512g,8ミリモル)を1つ口100mL丸底フラスコ中にとり、12mLのメタノールを加えた。グリシジルアニリンI−b(0.422g,1ミリモル)を溶媒の混合物(3mLのDCM及び5mLのMeOH)中に溶解し、上記の反応混合物に30分間かけて加えた。室温で反応混合物を2日間攪拌した後、MALDI−TOF質量分析はモノ−及びビス−付加生成物に関する分子イオンピークを示した。フラスコに還流コンデンサーを備え、40℃で3日間加熱した。回転蒸発器上で溶媒を除去し、それは淡黄色の液体を与える。反応混合物全体をシリカゲル上のカラムクロマトグラフィーにかけた(7“x1.5”)。最初に40%酢酸エチル/ヘキサンを用いて過剰のジエチルイミノジアセテートを溶離させ、続いて5%メタノール/クロロホルムを用いてオクタエステル末端(G=1)デンドリマーIII−g,0.92g(収率78%)を溶離させ、それは以下のスペクトルを有する:
H NMR(300MHz,CDCl):δ2.40−3.80(m,H),3.90−4.3(m,16H),4.7(m,4H),6.60−6.76(m,4H),6.90−7.10(m,4H);および
13C NMR(75MHz,CDCl):δ14.43,21.29,39.90,45.57,45.71,45.91,50.64,50.79,50.88,51.18,51.97,52.06,53.22,53.03,53.54,53.97,54.23,54.62,55.00,55.88,56.07,56.48,56.59,56.92,58.68,58.98,59.28,59.63,60.63,60.99,61.11,66.60,66.92,67.13,67.62,112.33,112.76,112.98,113.12,113.33,129.67,129.79,129.91,167.37,169.66,171.92,171.97,172.02(見出される炭素の数はトランスエステル化生成物を示した.);および
MALDI−TOF:C579020についての計算値,1178;実測値1201(MNa)amu。
スキーム29はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例27:エステル末端(G=1)デンドリマーからのオクタアミン末端(G=1)デンドリマーの合成
[(C)=MBDGA;(IF1)=OH;(BR1)=ジエチルイミノジアセテート;(EX1)=EDA;(TF)=アミン]
エチレンジアミン(66g,200モル当量)を、オーブン乾燥された500mLの1つ口丸底フラスコ中に入れ、攪拌棒を備え、ゴムセプタムで密閉し、氷−浴を用いて0℃に冷却した。エステル表面のデンドリマーIII−g(0.65g,0.55ミリモル)(実施例26から)を10mLのメタノール中に溶解し、均圧化ロートを介して20分間かけ、上記の溶液に加えた。ロートを除去し、フラスコをNでフラッシングし、ゴムセプタムで密閉して冷蔵庫中に0℃において2日間保存した。2日後、反応混合物が室温に温まるのを許した。減圧下における回転蒸発器上で過剰のEDAを除去し、それはワックス状の無色の化合物を与える。反応混合物全体を30mLのメタノール中に溶解し、70mLのトルエンを加え、次いで回転蒸発器上で蒸発させた。このプロセスを3回繰り返し、残留量のEDAを除去し、それは明黄色の固体、アミン表面のデンドリマーIV(0.825g,収率98%)を与え、それは以下のスペクトルを有する:
13C NMR(125MHz,DMSO−d6):δ41.97,42.53,49.27,52.96,54.09,56.76,57.56,59.90,60.44,66.76,112.57,112.71,129.71,171.16;および
IR(Neat):νmax3291(br),2933,1653,1545,1517,1440,1358,1232,1189,1000,962,799,7322cm−1;および
MALDI−TOF:C571062212についての計算値,1290;実測値1313(MNa)amu。
スキーム30はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例28:ジエポキシドの開環:4,4’−メチレン−ビス(N,N−2−ヒドロキシプロピル−3−ピペラジニルアニリン)
[(C)=ジグリシジルアニリン;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(TF)=アミン]
攪拌棒を含有する250mLの丸底フラスコに、16gのピペラジン(189ミリモル,エポキシドにつき5当量)及び85gのエレチングリコールジメチルエーテル中に溶解された4gの4,4’−メチレン−ビス(N,N−ジグリシジルアニリン)(9.5ミリモル,37.8ミリモルエポキシド)(Aldrich)を加えた。45gのメタノールの添加により混合物を均一にした。この混合物を窒素下に、60℃で65時間加熱した。この混合物を冷却し、回転蒸発器上で揮発性物質を排気した。高真空及び140〜180℃の範囲の温度を用いるバルブツウバルブ蒸留を用いて、混合物からピペラジンを蒸留した。この混合物のTLCは、MeOH中の5%NHOHを用いて残留ピペラジンを示した。70重量%トルエン−30重量%MeOH混合物を用い、秤量された量のMeOH中に残留物を溶解し、トルエンを加えて回転蒸発器上で蒸留することにより、残留ピペラジンを共沸させた。このピペラジンを含有しない生成物を25℃において高真空で終夜排気し、6.8g(収率94%)の所望の生成物を得た。
H NMR(500MHz,CDCl):δ2.3−2.6(bm,8H),2.8−2.9(bs,8H),3.35(dd,J=7Hz,1H),3.15(dd,J=7Hz,1H),3.65(d,J=7Hz,1H),3.79(m,2H),4.04(bd,2H),6.44(d,J=7Hz,1H),6.74(d,J=7Hz,1H),7.02(t,J=7Hz,2H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ39.78,46.08,46.13,54.81,54.99,57.20,59.32,62.52,65.33,65.79,111.98,113.34,129.29,129.34,129.44,129.47,129.69,129.75,130.28,130.32,146.18,147.22;および
MALDI−TOF:計算値768.6,実測値767amu。
以下のスキーム31はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例29:ヘテログリシジルエーテルのエチル−N−ピペラジンカルボキシレートとの反応
[(C)=ジグリシジルグリシドキシアニリン;(IF1)=OH;(EX1)=エチルピペラジンカルボキシレート;(Z1)=カルボキシレート;(Z2)=エポキシ]
N,N−ジグリシジル−4−グリシジルオキシアニリン1(Aldrich)の、エポキシドにつき0.33当量のエチル−N−ピペラジンカルボキシレート(Aldrich)との反応を室温において調べた。1日後、MALDI−TOF質量分析は、いくらかの量のビス−付加生成物2aと共に、主生成物としてモノ−付加生成物2に関するピークを示した(H NMRから比率は11:1である)。室温でエポキシドにつき1.1当量のエチル−N−ピペラジンカルボキシレートを用いる研究は、3個のエポキシドのすべてが反応して優れた収率(92%)で生成物3を与える結果を与える。化合物3についてのアルカリ加水分解は、89%の単離収率で化合物4を与える。(反応性の差は、この明細書で記載した結果と一致し、すなわちグリシジルエーテルがアニリンより反応性である。)この方法は、種々の分岐セル試薬を用いる分化した(differentiated)デンドリマーの合成を可能にすることができる。
A.メタノール(5mL)中のN,N−ジグリシジル−4−グリシジルオキシアニリン1(1.38g,5ミリモル)の攪拌溶液に、メタノール(5mL)中のエチル−N−ピペラジンカルボキシレート(0.79g,5ミリモル)の溶液を加え、室温で1日攪拌した。しかしながら、シリカゲル上のカラムクロマトグラフィーによるこの生成物の単離は、開環生成物2を与え、それは以下のスペクトルを有する:
MALDI−TOF:C2233 計算値 435,実測値 436(MH)及び458(MNa)amu。
B.15mLのメタノール中のN,N−ジグリシジル−4−グリシジルオキシアニリン1(2.77g,10ミリモル)の攪拌溶液に、エチル−N−ピペラジンカルボキシレート(5.21g,33ミリモル)の溶液を加え、室温で2日攪拌した。出発材料は完全に消費された。減圧下における回転蒸発器上で溶媒を除去した。Kugelrohr蒸留により過剰のエチル−N−ピペラジンカルボキシレートを除去し、それは純粋な化合物3(6.91g,収率92%)を与え、それは以下のスペクトルを有する:
MALDI−TOF:C366110 計算値 751,実測値 774(MNa)amu。
C.丸底フラスコ(250mL,1つ口)に化合物3(6.91g,9.2ミリモル)を装入し、42mLのメタノール中に溶解した。KOH水溶液(45%)(20.73gの90%KOHを42mLの水中に溶解した)を上記の攪拌溶液に室温で5分かけて加えた。フラスコに還流コンデンサーを備え、予備−加熱された油−浴(85〜90℃)中に入れ、終夜加熱した。反応の進行をTLCにより監視した。回転蒸発器上でメタノールを除去し、水層をDCM(3x50mL)で抽出した。合わせた抽出物をNaSO上で乾燥し、セライトを介して濾過し、回転蒸発器上で濃縮し、次いで高真空下で乾燥し、それは淡黄色のピペラジン表面,G=0デンドリマー4を固体として与え(4.86g,収率89%)、それは以下のスペクトルを有する:
MALDI−TOF:C2749 計算値 535,実測値 536(MH),558(MNa)amu。
スキーム32はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例30:ブロックされたピペラジンを用いるテトラエピスルフィド分岐セルのキャッピング,コアG=0
[(C)=テトラチオラン;(IF1)=SH;(EX1)=エチルピペラジンカルボキシレート;(TF)=カルボキシレート]
エチル−N−ピペラジンカルボキシレート(0.91g,5.76ミリモル,エピスルフィドにつき1当量)及びメタノール(5mL)を、攪拌棒が備えられた50mLの丸底フラスコ中にとり、4℃に冷却した。テトラエピスルフィド(0.610g,1.44ミリモル)(実施例Cにより調製)を5mLのクロロホルム中に溶解し(テトラエピスルフィドはメタノール中に可溶性でない)、上記の攪拌溶液に5分間かけて滴下した。反応混合物を36時間攪拌した。回転蒸発器上で溶媒を蒸発させ、粗反応混合物をシリカゲル上のカラムクロマトグラフィーを介し、3:1の比率のDCMとメタノールを用いて精製し、それは純粋なテトラエステル2を与え、それは以下のスペクトルを有する:
H NMR(300MHz,CDCl):δ1.24(J=6.90Hz,12H),2.44(m,26H),2.61(4H,SH),3.22(quintet,J=6.00Hz,4H),3.44−3.59(m,30H),4.09(q,J=7.20Hz,8H);および
13C NMR(75MHz,CDCl):δ13.79,37.53,43.64,53.08,61.54,62.08,69.39,74.42,76.10,155.95;および
MALDI−TOF:C458412計算値1057,実測値1079(MNa)amu。
以下のスキーム33はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例31:トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレートとエチル−N−ピペラジンカルボキシレート
[(C)=テトラ(エポキシプロピル)シアヌレート;(IF1)=OH;(EX1)=エチルピペラジンカルボキシレート;(TF)=カルボキシレート]
6mLのメタノール中のエチル−N−ピペラジンカルボキシレート(1.422g,9ミリモル)の攪拌溶液に、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート(0.594g,2ミリモル)を一度に加え、次いで4mLのジクロロメタンを加えた。(イソシアヌレートはメタノール中に可溶性でない。)約3時間攪拌した後、イソシアヌレートは完全に溶解した。反応混合物を室温で2日間攪拌した。TLC(1:2:2のヘキサン:酢酸エチル:CHCl)は、イソシアヌレートの完全な消費を示し、粗生成物についてのMALDI−TOFは、最終的な生成物のみに関するピークを示した。回転蒸発器を用いて溶媒を除去し、無色透明の液体を得た。170℃におけるKugelrohr蒸留(15分間)による過剰のエチル−N−ピペラジンカルボキシレートの除去は、化合物2を淡黄色の高度に粘性の液体として与え(1.54g,収率100%)、それは以下のスペクトルを有する:
H NMR(300MHz,CDOD):δ1.24(t,J=7.20Hz,9H),2.41−2.54(m,18H),3.45(bs,12H),3.90−4.04(m,6H),4.07−4.16(m,3H),4.11(q,J=7.20Hz,6H);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ13.79,43.52,46.96,53.28,61.54,62.15,65.54,150.11,155.94;および
IR(Neat):λmax3344,2986,2934,2858,2806,1685,1465,1434,1388,1357,1383,1244,1173,1127,1096,1034,1004,881,835,768cm−1;および
MALDI−TOF:C335712計算値771,実測値794((MNa)amu。
スキーム34はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例32:イソシアヌレートG=0デンドリマーのウレア誘導体へのアルカリ塩基触媒分解
[(C)=テトラ(エポキシプロピル)イソシアヌレート;(IF1)=OH;(EX1)=エチルピペラジン;(TF)=アミン]
丸底フラスコに化合物2(実施例31により調製)を装入し、14mLのメタノール中に溶解し、KOH水溶液(4.5gの90%KOHを9mLの水中に溶解した)を上記の攪拌溶液に室温で5分かけて加えた。フラスコを予備−加熱された(85〜90℃)油浴中に置き、終夜加熱した。TLC(3:1のDCM:CHOH)は、陽性ニンヒドリン試験を用いて出発材料の不在を示した(MeOH中の50%NHOH中でR=0.41)。回転蒸発器上でメタノールを除去し、水層をDCM(2x30mL)で抽出し、合わせた抽出物をNaSO上で乾燥し、セライトのパッドを介して濾過し、回転蒸発器上で濃縮し、高真空下で乾燥し、それは透明な液体を与える。分析から、化合物2が加水分解段階の間に塩基により開環したことが見出された。MALDI−TOFから、それはウレア誘導体と同定され、化合物4が主生成物であり、それは以下のスペクトルを有する:
13C NMR(75MHz,CDOD):δ45.13,45.81,54.27,63.02,68.48,160.40;および
IR(Neat):λmax3272,2929,2847,2811,1659,1567,1454,1367,1321,1270,1132,1065,1009,855,794,702cm−1;および
MALDI−TOF:C1532計算値344,実測値367(MNa)amu。
スキーム35はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例33:イソシアヌレートと保護ジエチレントリアミン
[(C)=テトラ(エポキシプロピル)シアヌレート;(IF1)=OH;(BR1)=ジイミノアミン;(EX1)=ピロリドン;(TF)=ピロリドン]
A.15mLのメタノール中の1,7−ビス(メチル−イソプロピリジン)ジエチレントリアミン(2.151g,9ミリモル)の攪拌溶液に、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート(0.594g,2ミリモル)を室温で一度に加えた。最初、イソシアヌレートは可溶性でないが、50℃における約3時間の加熱の後に溶解した。加熱を2日間続けた。TLC(1:2:2のヘキサン:酢酸エチル:クロロホルム)は、イソシアヌレートが完全に消費されたことを示した。回転蒸発器上で溶媒を除去し、次いで高真空下で乾燥し、それは黄色の液体を与える。MALDI−TOF質量分析は、化合物2ではなくて化合物3及びいくつかの他の化合物に関する質量を示した。
B.上記の反応混合物をイソプロパノール中の10%水(30mL)中に溶解し、50℃で1日加熱した。回転蒸発器上でイソプロパノール及び水を除去し、残留物をKugelrohr蒸留により蒸留して黄色の粘性の液体を得た(1.83g)。理論的収量は1.212gである。H及び13C NMRはあまり明白でないが、MALDI−TOFは:
MALDI−TOF:C245412 計算値 606,実測値 607(MH)及び629(MNa)amu
の化合物3に関する質量を示した。
C.イタコン酸ジメチル(DMI)(1.896g,12ミリモル)の氷−浴中の冷(4℃)溶液に、4mLのメタノール中の化合物3(0.606g,1ミリモル)の溶液を10分間かけて滴下した。氷−浴を除去し、室温で攪拌した。1日後、MALDI−TOF質量分析は1364及び1386amuにおける試料を示した。攪拌を2日間続け、回転蒸発器上で溶媒を除去し、粗反応混合物をシリカゲル上のカラムクロマトグラフィーにかけた。最初に1:2:2のヘキサン:酢酸エチル:クロロホルムを用いて過剰のDMIを溶離させ、続いてDCM及びメタノール(5:1)を用いて溶離させ、それはヘキサ−ピロリドン表面のデンドリマー4を吸湿性の固体として与え、それは以下のスペクトルを有する:
H NMR(300MHz,CDOD):δ2.52−2.60(m,18H),2.66(d,J=8.70Hz,6H),2.73(d,J=4.80Hz,6H),3.47−3.34(m,12H),3.72(s,18H),3.76−3.90(m,12H),3.64−3.70(m,12H),4.00(quintet,J=3.30Hz,3H);および
13C NMR(75MHz,CDOD):δ33.90,35.85,40.53,40.58,47.02,49.79,51.79,58.10,66.93,150.20,173.91,174.17;および
IR(Neat):λmax3374,3052,2952,2842,2822,1735,1686,1495,1461,1363,1271,1203,1072,1024,937,847,766,732,700cm−1;および
MALDI−TOF:C60901224計算値1363,実測値1364(MH)および1386(MNa)amu。
スキーム36はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例34:エチレンジアミンを用いる開環,二官能基性第1級アミン:3エポキシド
[(C)=EDA;(IF1)=OH;(BR1)=TMPTGE;(TF)=エポキシド]
12mLのメタノール中の1.81gのトリグリシジルエーテル(6ミリモル)の攪拌された溶液に、3mLのメタノール中の0.06gのエチレンジアミン(1ミリモル)を15分かけて滴下した。室温で攪拌を24時間続け、MALDI−TOF質量分析は、微量のデンドリマーIV−aと一緒にデンドリマーIII−aを示した。室温における3日間の攪拌の後、MALDI−TOF質量分析はピークの複雑な混合物を示した。
減圧下における回転蒸発器上で溶媒を蒸発させ、無色透明の液体を得、それを高真空下で乾燥した。反応混合物全体を15mLの酢酸エチル中に溶解し、時々振りながら40m
Lのヘキサンを滴下した。この時間の間に、沈殿の生成が観察された。フラスコを室温に2時間保ち、デカンテーションにより溶液を分離し、沈殿をヘキサンで洗浄して明黄色の固体を得た(0.716g)。(%収率は、III−a及びIV−aの混合物の比率が未知であるために計算できなかった)。固体生成物を高真空下で乾燥し、スペクトルデータを集めた。室温におけるTMPTGEの蒸留を用い、非常にきれいな生成物が得られた。1日後、MALDI−TOF質量分析は、微量の(トリ−デンドロン)デンドリマーIV−aと共にデンドロイド(ジ−デンドロン)デンドリマー,III−a(G=1)を主生成物として示した。
III−aに関するスペクトルは:
13C NMR(75MHz,CDCl):δ7.92,14.36,22.87,23.07,31.80,43.60,44.32,51.22,71.81,72.19,73.87;および
MALDI−TOF:C305612についての計算値642,実測値666(MNa)amu
である。
以下のスキーム37はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例35:エチレンジアミン,G=1,デンドリ{CH−CH−CO−CHC(CHCH)(CHOC=(O)CH=CH(ヘキサ−アクリレート付加物)の調製
[(C)=EDA;(BR1)=トリメチロールプロパントリアクリレート;(TF)=アクリレート]
攪拌棒が備えられた100mlの丸底フラスコに、約4℃に冷却された5mlのメタノール中のトリメチロールプロパントリアクリレート(29.6g,0.10モル)(Aldrich)及び5mlのメタノール中のエチレンジアミン(EDA)(1.2g,0.02モル)を約5分間かけて加えた。この混合物を30℃で18時間攪拌した。この混合物を20℃に冷却し、150gの攪拌されたメタノール中に注いだ。室温で攪拌せずに1時間混合物を放置した後、生成物が相分離した(phased out)。上澄みメタノール層をデカンテーションし、このプロセスをさらに2回繰り返した。得られる透明な粘性の相を、アルミニウム箔で反応容器の回りを包んで反応塊を光から保護しながら高真空(2〜3mm)において3時間排気し、20gの生成物を得た。収率はトリ−付加物に基づいて100%であり、テトラ−付加物に基づいて80%収率であった。単離された生成物の重量は、材料のほとんどが1個のEDAに付加した3個のトリメチロールプロパントリアクリレートより成るヘキサ−アクリレート(トリ−付加物)生成物であったことを示唆する。この生成物のMALDI−TOF質量スペクトルは、949の理論的分子量を有するヘキサ−アクリレートトリ−付加物の生成物に対応する950amuにおける主ピークを示した。オクタ−アクリレート(テトラ−付加物)生成物と一致する1245amuにおける小ピークが観察された。
13C NMR(500MHz,CDCl):δ7.45,23.00,23.14,32.38,40.77,40.86,49.48,63.88,64.05,128.04,131.26,165.69,127.10。
実施例36:ヘキサ−メルカプトエタノール表面の調製
[(C)=EDA;(BR1)=トリメチロールプロパントリアクリレート;(EX1)=メルカプトエタノール;(TF)=OH]
攪拌棒を有する250mLの丸底フラスコに、エチレンジアミンコアポリエステルアミン(19g,20ミリモル,50mlのDME中の120ミリモルのアクリレート)(実施例35により調製)及び20mLのDME中のメルカプトエタノール(10.4g,132ミリモル,アクリレート基について1.1当量)(Aldrich)を加えた。この混合物を室温で2日間攪拌した。回転蒸発器上でこの混合物から揮発性物質をとばした。得られる材料を150mLの酢酸エチルと混合し、攪拌棒で急速に攪拌した。この不均一な混合物を約1時間沈降させた。透明な酢酸エチル層をデカンテーションした。このプロセスをさらに2回繰り返した。EDAコア,PAMAMデンドリマー,エタノールアミン表面(Dendritic Nanotechnologies,Inc.)標準G=2−6を用いる15%架橋均一ポリアクリルアミドゲル上におけるこの材料のPAGEは、G=1 PAMAMデンドリマーに対応する鋭い密なバンドを示した。
実施例37:ヘキサメチレンジアミン,G=1,デンドリ{CH−CH−CO−CHC(CHCH)(CHOC=(O)CH=CHの調製
[(C)=ヘキサメチレンジアミン;(BR1)=トリメチロールプロパントリアクリレート;(TF)=アクリレート]
攪拌棒が備えられた100mLの丸底フラスコに、トリメチロールプロパントリアクリレート(29.6g,0.10モル)(Aldrich)及び10mLのメタノールを加えた。4℃で冷却されたこの混合物に、20mLのメタノール中のヘキサメチレンジアミン(2.32g,0.02モル)(Aldrich)を加えた。この混合物をN下に30℃で18時間加熱した。この混合物を約15℃に冷却し、150mLの攪拌されたメタノール中に注いだ。アルミニウム箔で反応容器を包むことによりフラスコを光から保護しながら、この混合物を攪拌せずに1時間放置することにより、生成物が相分離した。メタノール層をデカンテーションし、この操作をさらに2回繰り返して透明無色の粘性の液体を得た。高真空(2〜3mm)における3〜5時間の排気により、この非混和性の相から揮発性物質を除去し、24g(収率92%)の粗生成物を得、その単離重量はオクタ−アクリレート(テトラ−付加物)構造と一致する。この生成物のMALDI−TOF質量スペクトルは、テトラ−付加物と一致する1301amuにおける小ピーク及び、おそらくテトラ−付加物構造の「その場質量分析計分解(in−situ mass spectrometer decomposition)」に由来するいくつかのもっと低分子量のピークを示した。この生成物の溶液中での長時間の放置又は室温で溶媒を除去するための何らかの試みは、白色の不溶性の架橋生成物の生成を生じた。従ってこの生成物は、下記の実施例38に記載するように、化学量論的量の適したアミン又はチオール試薬とそれを反応させることにより、すぐにもっと安定なマイケル付加物に転換された。
実施例38:実施例37の生成物へのアミンのMichael付加を介するオクタ−モノエタノールアミン付加物の調製
[(C)=ヘキサメチレンジアミン;(BR)=トリメチロールプロパントリアクリレー
ト;(EX)=エタノールアミン;(TF)=OH]
攪拌棒を含有する250mLの丸底フラスコに、50mLのDME中のエタノールアミン(27g,442ミリモル,アクリレートにつき3当量)を加えた。4℃に冷却されたこの混合物に、50mLのDME中のヘキサメチレンジアミンコアポリエステルアミン,G=1,オクタ−アクリレート(24g,18.4ミリモル,デンドリマーにつき8アクリレート)(実施例37により調製)を約10分かけて滴下した。この混合物をN下に25℃で2日間攪拌した。回転蒸発器を用いてこの混合物から揮発性物質をとばした。この粗材料を急速に攪拌される酢酸エチル中に注いだ。数分の攪拌の後、混合物を1時間放置して2つの層を分離させ、酢酸エチル層をデカンテーションした。同じ体積の酢酸エチルを加え、混合物を急速に攪拌し、前の通りに分離させた。これを2回繰り返し、合計で3回洗浄した。透明無色の粘性の油を室温において高真空で終夜排気し、29.7g(収率90%)の所望の生成物を得た。標準としてPAMAMデンドリマー(G=2−6)を用いる15%架橋均一ポリアクリルアミドゲル上におけるPAGEによる分析は、G=1
PAMAMデンドリマーに対応する鋭い密なバンドである材料を示した。
実施例39:実施例38からの材料のオクタ−モルホリン付加物の調製
[(C)=ヘキサメチレンジアミン;(BR1)=トリメチロールプロパントリアクリレート;(EX1)=モルホリン;](TF)=環状エーテル]
攪拌棒を含有する250mLの丸底フラスコに、50mLのエチレングリコールジメチルエーテル中のポリエステルアミン,G=1,ヘキサメチレンジアミンコア(24g,18.4ミリモル,147ミリモルアクリレート)(実施例37により調製)を加えた。約4℃に冷却されたこの混合物に、50mLのDME中のモルホリン(14g,160ミリモル,アクリレートにつき1.1当量)を約5〜10分かけて加えた。この混合物を室温に温め、24時間攪拌した。回転蒸発器上で且つ30℃での高真空において18時間、この混合物から揮発性物質をとばし、34g(収率94%)の生成物を得た。この材料のMALDI−TOF質量スペクトルは、1998amuの理論的分子量に対応するピークを、1998amuピークのフラグメンテーションに由来するいくつかのもっと低いピークと一緒に示した。この材料の13C NMRスペクトルは、生成物が非常にきれいで、所望の生成物に関する炭素の正しい数と一致することを示す。
13C NMR(500MHz,CDCl):δ7.42,22.82,27.21,27.54,32.15,40.78,40.89,48.97,53.40,53.94,55.85,59.04,63.56,71.79,171.86,172.16。
すべてのPAGEは15%架橋均一ゲル上で行なわれ、キャリブレーション段、すなわちEDAコア.PAMAM,エタノールアミン表面,G=2−6,(Dendritic
Nanotechnologies,Inc.)と比較して最も移動性の存在である非常に密なバンドを示す。これは、大きなオクタ−モノエタノールアミン付加物に対してこの付加物と一致するより小さいサイズを示す。オクタ−モルホリン付加物は、移動性においてオクタ−モノエタノールアミン付加物に匹敵する。しかしながら、水中におけるモルホリン−付加物の限界的な溶解性は、水中でもっと可溶性のメルカプトエタノール及びエタノールアミン付加物の場合に観察される密なバンドではなくて、なすられたような柱を示す。
実施例40:アミノエタノールとの反応:第1級アミン当たりに2個の三官能基性エポキシドを付加させる第1級アミン
[(C)=アミノエタノール;(FF1)=OH;(IF1)=OH;(BR1)=TMPTGE;(TF1)=エポキシド;]
8mLのメタノール中の1.81gのトリメチロールプロパントリグリシジルエーテルI(6ミリモル)の溶液に、2mLのメタノール中の122mgのエタノールアミンII−cの溶液を加えた。室温で攪拌を45時間続けた。反応の進行を薄層クロマトグラフィ
ーにより監視した。減圧下における回転蒸発器上で溶媒を蒸発させ、得られる反応混合物を高真空下で乾燥し、それは透明な液体を与える。質量分析(MALDI−TOF)は、生成物III−c及びIV−cに関する質量を示した。この反応混合物を沈殿による精製に供した。最初に、ヘキサンを反応混合物に加え、続いて酢酸エチルを加えた。丸底フラスコを振る間に、無色の沈殿の生成が観察された。しばらくフラスコを室温に保ち、母液をデカンテーションし、沈殿をヘキサンで洗浄し、高真空下で乾燥し、0.902gを得た(III−c及びIV−cの混合物の比率がわからないので、収率の%を計算することはできなかった)。この材料は、メタノール中に溶解することによって移す間に固化した。
スキーム38はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例41:アリル末端デンドリマーのデンドロン化
[(C)=PETGE;(IF1)=ヒドロキシル;(BR1)=ジアリルアミン;(BR2)=PAMAM型分岐セル;(IF2)=アリル;(TF)=ピロリドン]
ピロリドン表面を有する世代ゼロ(G=0),シスタミンコアPAMAMデンドリマー(571mg,0.5129ミリモル)(Dendritic Nanotechnologies,Inc.)を1.5mLの無水メタノール(Acros)中に溶解した。次いでジチオトレイトール(DTT,71mg,0.462ミリモル,0.9当量のジスルフィド結合)を加えた。還元反応物をアルゴン下に室温で終夜攪拌した。別のフラスコで、オクタ−アリル生成物(57mg,0.0761ミリモル)(実施例9Aにより調製)及び2,2’−アゾ−ビス−イソブチロニトリル(17mg,0.104ミリモル)(Aldrich)を3mLの無水テトラヒドロフラン(Acros)に加えた。この溶液に、還元されたデンドロン溶液をアルゴン下で加えた。次いで反応混合物を65℃に終夜加熱した。次いで溶媒を除去し、粗生成物を泡の固体として得(631mg,用いられた過剰のデンドロンのために>100%)、それは以下のスペクトルを有する:
MALDI−TOF:計算値 3002.68(MNa),実測値 3003.43(MNa)amu。
スキーム39はこの反応を示す:
Figure 0004510881
実施例42:PEHAMデンドリマー,ジ(2−アミドエチルピペラジン)−4’,4−ジチオブチルアミドコア,Nc=2,Nb=3,G=0,ピペラジン表面の調製
[(C)=ジメチルジチオブチレート;(EX1)=アミノエチルピペラジン;(IF1)=OH;(BR1)=PETGE;(EX2)=エチルピペラジンカルボキシレート;(F)=カルボキシレート]
攪拌棒を含有する25mLの丸底フラスコに、アミノエチルピペラジン(1.0g,7.75ミリモル,エステルにつき2当量)及び5gのMeOHを加えた。この均一な混合物にジメチルジチオ−4,4’−ブチレート(500mg,1.88ミリモル,3.76ミリモルエステル)を加えた。25℃において24時間後のこの混合物のTLC(MeOH中の10%NHOH)は、有意な量のジエステルが残り、且ついくらかの生成物が生成したことを示した。65℃における16時間のこの混合物の加熱は、TLCによる1個のスポットへのジエステルの完全な転換を示した。この混合物を濃縮し、MeOH中の5%NHOHを用いてシリカゲルによりクロマトグラフィーにかけた。集められた生成物を含有する画分から揮発性物質をとばし、840mg(理論値 865mg:収率97%)を得;そして
H NMR(500MHz,CDCl):δ2.04(t,J=7Hz,4H),2.32(t,J=7Hz,4H),2.38−2.52(m,16H),2.74(t,J=7Hz,4H),2.89(t,J=7Hz,4H),3.34(dt,J=7Hz,4H);および
13C NMR(125MHz,CDCl):δ24.79,34.60,35.81,37.98,45.97,54.20,57.22,172.06;および
MALDI−TOF:計算値461;実測値460amu
であった。
攪拌棒を含有する25mLの丸底フラスコに、ペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル(660mg,1.83ミリモル,NHにつき3当量)及び2gのMeOHを加えた。この均一な混合物に、2gのMeOH中のジ(2−アミドエチルピペラジン)−4,4’−ジチオブチルアミド(140mg,3.04x10−4モル,6.1x10−4モル)の混合物を5分かけて滴下した。この混合物をN下で密閉して25℃において2
4時間攪拌した。この混合物を、攪拌棒を含有する25mLの丸底フラスコ中のエチル−1−ピペラジン−カルボキシレート(1.8g,11.4ミリモル,エポキシドにつき1.6当量)の混合物に滴下した。この得られる混合物をN下で密閉して室温で24時間攪拌した。この混合物を回転蒸発器上で濃縮して3gの粗材料を得た。この混合物のアリコート、900mgをMeOH中に溶解して50%w/w溶液を得、525mLの空隙容積を有するMeOH中のSephadex LH−20カラムに加えた。空隙容積の採取の後、それぞれ4mLの37個の画分を集めた。各画分のTLC(MeOH中の30%NHOH)は、画分2−10中に純粋な生成物が含有されることを示した。これらの画分を集め、回転蒸発器により、続いて高真空によりとばし、以下のスペクトル:
13C NMR(125MHz,CDCl):δ14.66,24.77,34.57,36.01,38.00,43.63,45.59,52.90,53.18,56.61,60.81,60.81,61.34,66.36,66.46,70.56,74.12,74.26,155.42,172.06;および
MALDI−TOF:計算値2130,実測値1065(ジスルフィド結合の開裂から)を有する172mg(収率98%)を得た。
実施例43:単一焦点PAMAMデンドロンシスタミンコア世代テトラアセトアミド表面[(C)又は(BR)=単一部位反応性デンドロン]
世代=0,シスタミンコア,アミン表面のデンドリマー、2.315g(3.80ミリモル)を5mLのメタノール中に溶解した。次いで1.847g(18.25ミリモル)のトリエチルアミンを溶液に加えた。氷−浴を用いてこの混合物を0℃に冷却した。次いで1.725mL(18.25ミリモル)の無水酢酸を滴下した。次いで反応物が室温に温まるのを許し、終夜攪拌した。TLCは、すべての出発材料が消費されたことを示した。次いで溶媒を除去し、残留物を高真空に供し、粗生成物を褐色の固体3.47gとして得た。粗材料(1.27g)をSiOクロマトグラフにより、6:1:0.02 CHCl:MeOH:NHOHの溶媒を用いて精製し、593.3mgの生成物を白色の固体として得,融点141.0〜142.0℃;そして
H NMR(300MHz,DO):δ1.82(s,12H),2.25(m,8H),2.64(m,16H),3.19(t,16H),4.67(s,8H);および
13C NMR:δ21.92,32.52,34.39,38.60,38.66,48.77,51.43,174.14,175.01
であった。
1.[シスタミン];Gen=0;デンドリ−PAMAM;(アセトアミド)デンドリマーの還元:
148.8mg(0.1915ミリモル)のデンドリマーを2mLのメタノール中に溶解した。メタノールは使用前に窒素で15分間パージされた。次いで28mg(0.182,デンドリマーの0.95当量)のDTT(ジチオトレイトール)を溶液に加えた。反応混合物を窒素下に、室温で2日間攪拌した。TLCは、すべてのDTTが消費されたことを示し、スポットはTLC板上のエルマン試薬に陽性であった。生成物をさらなる精製なしで次の反応において用いた。
2.焦点,チオール官能基化PAMAMデンドロンのメチルアクリレートとの反応:
段階2の反応溶液に、117mg(1.36ミリモル)のメチルアクリレートを加えた。次いで反応物を40℃に2時間加熱した。TLCは、出発材料が残されていることを示した。次いでさらに117mgのメチルアクリレートを加えた。TLCは4時間後に、反応が完了したことを示した。回転蒸発器により溶媒を除去した。残留物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、104mgの生成物を淡白色の固体として得た:融点 128.0〜129.5℃。
H NMR(300MHz,CDCl):δ1.93(s,6H),2.32(m,8H),2.65(m,12H),3.29(m,4H),3.65(s,3H);および
13C NMR(75MHz,CDCl):δ23.10,27.13,29.80,33.69,34.58,39.22,39.78,49.86,51.84,53.03,171.27,172.33,173.00。
3.焦点,チオール官能基化PAMAMデンドロンの2−イソプロペニルオキサゾリンとの反応:
段階2の反応溶液に、15.4mg(0.136ミリモル)のイソプロペニルオキサゾリンを加えた。次いで反応物を40℃に2.5時間加熱した。TLCは、出発材料が残されていることを示した。次いでさらに3.0mgのイソプロペニルオキサゾリンを加えた。TLCは4時間後に、反応が完了したことを示した。回転蒸発器により溶媒を除去した。残留物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、58mgの生成物をワックス状の白色の固体(85%)として得た;融点 92.0〜95.0℃;以下のスペクトルを有する:
H NMR(300MHz,CDCl):δ1.17(d,J=6.6Hz,3H),1.89(s,6H),2.27(t,J=6.0Hz,6H),2.47−2.78(m,17H),3.74(t,J=9.6Hz,2H),4.14(t,J=9.6Hz),7.32(s,2H),7.87(s,2H);および
13C NMR(75MHz,CDCl):δ17.17,23.07,29.98,33.70,34.08,36.11,39.12,39.77,49.91,52.92,53.97,67.37,170.29,171.19,172.99。
スキーム40は上記の反応を示す:
Figure 0004510881
実施例44:G=1デンドリマーを用いるDTPA−Gdのカプセル封入
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペリジン;(IF2)=OH;(BR2)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(TF)=アミン;(M)=DTPA−Gd]
G=1デンドリマー(50mg,0.0157ミリモル)(実施例7Dにより調製)を7mLの脱イオン水(DI)中に溶解した。次いでDTPA−Gd(275mg,0.503ミリモル)(Aldrich)を加えた。反応混合物を室温で2日間攪拌した。微量の非溶解固体を濾過した。次いで混合物をDI水に対して、1,000カット−オフ膜を用い、水を数回交換して5時間透析した。回転蒸発器により水を除去し、生成物をわずかに黄色の固体として得た(164mg,重量増加 114mg,デンドリマー:DTPA
−Gd=1:13.2,モル比)。
実施例45:G=2デンドリマーを用いるDTPA−Gdのカプセル封入
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(TF)=アミン;(M)=DTPA−Gd]
G=2デンドリマー(100mg,0.00943ミリモル)(実施例13により調製)を7mLのDI水中に溶解した。次いでDTPA−Gd(537mg,0.981ミリモル)(Aldrich)を加えた。反応混合物を室温で2日間攪拌した。微量の非溶解固体を濾過した。次いで混合物をDI水に対して、1,000カット−オフ膜を用い、水を数回交換して5時間透析した。回転蒸発器により水を除去し、生成物をわずかに黄色の固体として得た(318mg,重量増加 218mg,デンドリマー:DTPA−Gd=1:42,モル比)。
実施例46:G=3デンドリマーを用いるDTPA−Gdのカプセル封入
[(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=ピペラジン;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジン;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=ピペラジン;(IF6)=OH;(BR3)=PETGE;(IF7)=OH;(EX4)=ピペラジン;(TF)=アミン;(M)=DTPA−Gd]
G=3デンドリマー(120mg,0.00366ミリモル)(実施例14により調製)を7mLのDI水中に溶解した。次いでDTPA−Gd(313mg,0.5703ミリモル)(Aldrich)を加えた。反応混合物を室温で2日間攪拌した。微量の非溶解固体を濾過した。次いで混合物をDI水に対して、1,000カット−オフ膜を用い、水を数回交換して5時間透析した。回転蒸発器により水を除去し、生成物をわずかに黄色の固体として得た(294mg,重量増加 174mg,デンドリマー:DTPA−Gd=1:86,モル比)。
比較実施例:PAMAMデンドリマーと比較される式(I)のデンドリマー
実施例I:熱安定性(TGA)
式(I)の本デンドリマーは、PAMAMデンドリマーと比較して有意に(約100℃)向上した熱安定性,TGAを有する。このデータを図10に示す。曲線3は、典型的なPAMAM(ポリ(アミドアミン),G=3デンドリマー),ジアミノブタンコアアミン表面のポリマー(Dendritic Nanotechnologies,Inc.,製品番号105)の窒素中における熱分解分布を示す。比較して、曲線1及び2は、それぞれ実施例7D及び13の生成物の熱分解分布を示す。データからわかる通り、実施例7D及び13からの生成物は類似の熱分布を示し、類似の世代のPAMAMポリマーと比較して有意に優れた熱安定性を示す。これらの実施例のポリマーは、以前に知られていたよりずっと高い熱分解の開始の温度及びより大きい残留質量を示す。
このデータは、式(I)の本デンドリマーがPAMAMデンドリマーと比較して増大した(greated)熱安定性を有することを示す。
実施例II:コスト的利益の議論
式(I)のデンドリマーは、PAMAMデンドリマーより調製するのが安価であり、それは:
●中間体のより高い官能基性のために処理段階がより少ない、
●開環又は付加反応のために反応副生成物がより少ない、
●試薬に関するコストがより低い、そして
●より少ない試薬の過剰量のために、工程能力がより高い
からである。
式(I)のデンドリマーのN=4及びN=3を有するエポキシド開環,ピペラジンデンドリマー対その場分岐セル生成を有する典型的なPAMAMデンドリマーに関する式量及び表面基の数の以下の比較を下記の表により示す。
Figure 0004510881
この表は、本発明がなぜPAMAMの場合より少ない世代において急速な表面官能基の構築、分子量における急速な増加ならびにGennes表面充填及び従って容器性の取得を可能にするかを示す。それぞれの世代の追加は、単位操作における増加の故に有意なコストを増すので、より少ない段階で高い分子量及び表面官能基性を得ることは、コストを低下させる有意な可能性を示す。
実施例III:多分散性
あまり制御されない無作為な開環による超分岐重合体(Hyperbranched Polymers by Less Controlled Random Ring Opening)と比較すると、式(I)のデンドリマーの場合にはより狭い多分散性が観察される。
AFMデータは、実施例13及び14に関してそれぞれ1.091及び1.117の非常に狭い多分散性の数(polydispersity numbers)を与える。これらの数は非常に狭く、粒子が高度に単分散されており、凝集していないことを示す。超分岐重合体の典型的な多分散性は1.3〜1.5未満では見出されず、典型的にはもっとずっと広く、約3〜8である。
実施例IV:サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)
図11は、分子量5000及び8000の2種の類似の平均分子量の高分岐樹枝状ポリグリシドールに関するデータとの比較における実施例7D及び13の生成物のSECを示す。SEC曲線番号1及び2は、超分岐材料の典型的な広い多分散性に対して実施例7D及び13の最適化されない生成物のより低い多分散性を示す。計算される多分散性の数を下記の表に示す。
Figure 0004510881
比較V:式(I)の種々のデンドリマー及びPAMAMに関する比較実施例Iと同じ条件下におけるTGA
Figure 0004510881
上記のこれらの結果は、式(I)のデンドリマーがPAMAMと比較して有意なより高い熱安定性を示すことを示している。
本発明をその好ましい態様に言及して記載してきたが、当該技術分野における通常の熟練者は、この開示を読み且つ理解すると、上記の又は前記で特許請求した本発明の範囲及び精神から逸脱することなく成し得る変更及び修正を認識できるであろう。
コア(C)の成分、分岐セル(BR)、内部の官能基性(IF)および延長部分(EX)を有する内部成分、および末端の官能基性(TF)を有する表面基(Z)の数をもった式(I)のデンドリマーに対するデンドリマーのコア−の外殻構造の三次元射影。 求電子性の構成部分(E)、求核性の構成部分(Nu)、または他の反応性の構成部分(O)、またはこれらの構成部分の組合せの一つまたはそれ以上から成ることができる種々のコアの成分(C)を示す図。コアのマルティプリシティはNで定義される。これらの三つの語(E)、(Nu),および(O)の中には、これらの構成部分に対して通常使用される構成部分に加えて、図示のように焦点官能基性(FF)をもったデンドロンのような基が含まれている。 下記の一つまたはそれ以上の構成部分を有する分岐セル(BR)をもった式(I)のデンドリマーの内部を示す図:求電子性の構成部分(E)、求核性の構成部分(Nu)、または他の反応性の構成部分(O)(即ちフリーラジカル)、またはこれらの構成部分の組合せ。これに加えて、該内部は通常開環反応から誘導される内部の官能基性(IF)を与える基を随時もっていることができ、これらの基は下記の一つまたはそれ以上の構成部分を有することができる:求電子性の構造部分(E)、求核性の構成部分(Nu)、または他の反応性の構成部分(O)、またはこれらの構成部分の組合せ。また該内部の中には下記の一つまたはそれ以上の構成部分を有する延長部分の構成部分(EX)も随時存在している:求電子性の構成部分(E)、求核性の構成部分(Nu)、または他の反応性の構成部分(O)、またはこれらの構成部分の組合せ。これらの内部の構成部分はデンドリマーの各世代に対して繰り返されることができる。 テトラグリシジルエーテルの分岐セル試薬に対する(BR)構成部分、(EX)構成部分および(TF)を示す一つの分岐セルを例示する図。ここでN=3。同様にN=2の場合は図1に示されている。 末端の官能基性(TF)を有する表面の基の数(z)を示す図。(TF)は同一または相異なることができる。またこれらの(TF)は求電子性の構成部分(E)、求核性の構成部分(Nu)、または他の反応性の構成部分(O)、またはこれらの構成部分の可能な組合せを一つまたはそれ以上有している。 一つの世代から次の世代への樹枝状ポリマーの成長(即ちデンドリマーの構築体系)を示す図。樹枝状ポリマーが成長するにつれ、それは数学的に(mathematically)拡大して行きナノスケールにおける分子の形を変化させる:ここで(C)=トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、量子化された数の分岐セル(BR)=トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、(EX)=ピペラジン、(IF)=OH、(z)個の(TF)の基=ピペラジンであり、分子量は世代の関数として定義されている。 (BR)が(C)よりも大きいかまたは小さい場合の式(I)のデンドリマー/デンドロンのNSIS特性、および可能な基の数に対するNSISの効果を示す図。 (BR)が(C)より大きい場合の種々の構成部分の反応性を示すための式(I)のデンドリマー/デンドロンのNSIS特性を示す図であり、小さい反応物によるこれ以上の反応がなお可能であることを示す。 式(I)に対するデンドロン/デンドリマーをつくるための(BR)、(EX)、(C),(FF)および(TF)に対する(Nu)、(O)、および(E)の組合せ反応性を示す図。 伝統的なPAMAMデンドリマーと比較した場合の式(I)のデンドリマーの強化された熱安定性を示す図。図10において番号の付けられた線は次のデンドリマーからのデータを表す:1は実施例7D、2は実施例13、3はPAMAMであり、G=3、(C)=DAB、(TF)=アミンである。 平均分子量が5000(#2)および8000(#1)の2種の関連した超分岐樹枝状ポリマーと比較した式(I)の代表的な生成物[即ち実施例13(#4)および14(#3)]に対するサイズ排除クロマトグラフ(SEC)を示す図。

Claims (32)

  1. 式(I)
    Figure 0004510881
    ここで、
    (C)はコアを意味し;
    (FF)はコアの焦点官能基性成分を意味し;
    (BR)は分岐セルを意味し、pが1より大きい場合(BR)は同一または相異なる構成部分であることができ;
    pはデンドリマーの中の分岐セル(BR)の総数であって、式
    Figure 0004510881
    により導かれる1〜2000の整数であり;
    (IF)は内部官能基性を意味し、qが1より大きい場合(IF)は同一または相異なる構成部分であることができ;
    qは独立に0または1〜2000の整数であり;
    (EX)は延長部分を意味し、mが1より大きい場合(EX)は同一または相異なる構成部分であることができ;
    mは独立に0または1〜1000の整数であり;
    (TF)は末端の官能基性を意味し、zが1より大きい場合(TF)は同一または相異なる部分であることができ;
    zは、1以上で或る与えられた世代(G)に対する(BR)に可能な理論的な数の範囲の表面の基の数を意味し、
    z=N
    によって与えられ;
    Gはコアを取り囲む同心的な分岐セルの外殻の数であり;
    は分岐セルのマルティプリシティであり;
    はコアのマルティプリシティであって1〜1000の整数であり、
    但し(EX)および(IF)のうち少なくとも一つが存在する、
    を有することを特徴とする樹枝状ポリマー。
  2. 式(III)
    Figure 0004510881
    ここで
    =分岐セルのマルティプリシティ;
    =コアのマルティプリシティ;
    z=N Gi
    G=世代(即ち1,2,3.....i);
    TF=末端の官能基性;
    R’=(BR);
    Figure 0004510881
    である、
    を有することを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  3. (C)は単純なコアであることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  4. (C)は足場のコアであることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  5. (C)はスーパー・コアであることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  6. (C)は少なくとも一つの求核性の構成部分または少なくとも一つの求電子性の構成部分であるか:或いは少なくとも二つ配列している樹枝状の分岐に結合した多価のコアであるか:或いは1価のまたは一官能性の構成部分または多価のまたは多官能性の構成部分、好ましくは樹枝状の分岐との結合に利用できる官能性部位の原子価結合を2〜2300個有する多官能性の構成部分であり得る1つのコア原子または分子であることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  7. (C)はトリアクリレート、テトラアクリレート、トリエポキシド、テトラエポキシド、ジグリシジルアニリン、アミノエタノール、エチレンジアミン、トリフェニルメタン、トリグリシジルエーテル、ビス(グリシドオキシフェニル)メタン、メチレンビス(ジグリシジルアニリン)、テトラエピスルフィド、およびトリスグリシジルイソシアヌレート(エポキシプロピル)シアヌレートであることを特徴とする請求項6記載の樹枝状ポリマー。
  8. (C)はシスタミン、イソシアヌレート、複素環式化合物、マルチ炭素のコア(エチレン、ブタン、ヘキサン、ドデカン)、フォスフィン、または一官能性または多官能性のエポキシドを有する直鎖の、分岐したまたは環式の構成部分であることを特徴とする請求項6記載の樹枝状ポリマー。
  9. (FF)は1個のデンドロンをコアとして使用できるようにする働きをするか、二つまたはそれ以上のデンドロンを一緒に結合させ得るか、または1個の(BR)との反応を可能にする構成部分であることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  10. (FF)はチオール、アミン、カルボン酸、エステル、エーテル、環式エーテル、(例えばクラウンエーテル、クリプタンド)、ポルフィリン、ヒドロキシル、マレイミド、アルデヒド、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリールアルキル、フォスフィン、ボラン、アルコール、アルデヒド、アクリレート、アルケン、環式無水物、アジリジン、ピリジン、ニトリル、イタコネート、環式チオラクトン、チオラン、アゼチジン、環式ラクトン、マクロ環式化合物、キレート化配位子、イソシアネート、イソチオシアネート、アルキン、イミダゾール、アジド、メルカプトアミン、シラン、オキサゾリン、オキシラン、オキセタン、オキサジン、イミン、トシレート、保護基、およびシロキサンまたは誘導体、置換基をもった誘導体、またはそれらの組合せであ、ここでこれらの構成部分が存在する場合、各構成部分の中に存在する炭素の数は少なくとも2〜18であり;ハロゲンはクロロ、ブロモ、フルオロ、またはヨードを意味し;ヘテロはS、N、O、Si、BまたはPを意味することを特徴とする請求項9記載の樹枝状ポリマー。
  11. (FF)はメルカプト、アミノ、カルボキシ、オキサゾリン、イソチオシアネート、イソシアネート、ヒドロキシル、エポキシオルトエステル、またはアクリレートであることを特徴とする請求項10記載の樹枝状ポリマー。
  12. (BR)は(C)、延長部分(EX)、他の分岐セルまたは分岐セル試薬(BR)、または末端の官能基(TF)と反応し、次の世代(G)のための反応性の基を多数生じ得る求核試薬または求電子試薬であることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  13. (BR)を共反応物と共に使用してコア付加物をつくり、これをさらに第2の共反応物と反応させることを特徴とする請求項12記載の樹枝状ポリマー。
  14. (BR)はトリアクリレート、テトラアクリレート、トリエポキシド、テトラエポキシド、ジアリルアミン、ジエタノールアミン、ジエチルイミノジアセテート、トリス(ヒドロキシメチルアミン)、ジエチルイミノジアセテート、保護されたDETAであるか、或いはまたその場で使用されることを含めてアクリル酸メチルを使用できることを特徴とする請求項12記載の樹枝状ポリマー。
  15. (BR)は環式エーテル(エポキシド)、オキシラン、スルフィド(エピクロロスルフィド)、アジリジン、アゼチジン、シロキサン、オキセタン、オキサゾリン、オキサジン、カルバメート、カプロラクトン、カルボン酸無水物、チオラクトン、またはβ−ラクタムあることを特徴とする請求項12記載の樹枝状ポリマー。
  16. (IF)は内部の反応部位を生じる開環反応から得られる活性をもった構成部分であることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  17. (IF)はヒドロキシル、スルフヒドリル、アミン、アルキルシラン、シラン、ボラン、カルボキシ、またはアミドであることを特徴とする請求項16記載の樹枝状ポリマー。
  18. (IF)はヒドロキシル、チオール、またはアミンであることを特徴とする請求項16記載の樹枝状ポリマー。
  19. (EX)は次のGが成長する前に(BR)試薬に対する距離を長くすることができる構成部分であることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  20. (EX)はリジン、他のポリ(アミノ酸)、オリゴエチレングリコール、ジエチレンテトラアミンおよび高級アミン類似体、ジ−またはそれ以上の不均一なまたは均一な官能基性、不飽和の脂肪族または芳香族二官能性または多官能性構成部分、および不均一な不飽和の脂肪族および芳香族の二官能性または多官能性構成部分をもった脂肪酸であることを特徴とする請求項19記載の樹枝状ポリマー。
  21. (EX)はジアミノアルカン、ジフェノール、ジチオフェノール、芳香族ポリ(カルボン酸)、メルカプトアミン、メルカプトエタノール、アリルアミン、ピペラジン、アミノエチルピペラジン、エチル−N−ピペラジンカルボキシレート、エチレンジアミン、ジエチルアミノジアセテート、および超分岐した樹枝状ポリマー、例えばポリリジンであることを特徴とする請求項19記載の樹枝状ポリマー。
  22. (TF)は樹枝状の分岐を次の世代に伝播し得る官能的に活性をもった構成部分であることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  23. (TF)はピペラジン、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、ヒドロキシル、エポキシド、オキサゾリン、アミノ、エチルイミン、ピペラジン、カルボキシレート、アルキルアジリジン、アルキルエステル、エポキシドおよびアルコール基、チオラン、モルホリン、アミン、カルボキシル、アリル、ヒドロキシルおよびエポキシド、メチルエステル、保護されたDETA、カルボキシアルキル、ピロリドン、およびエチルピペラジンであることを特徴とする請求項22記載の樹枝状ポリマー。
  24. (TF)はポリエチレングリコール、ピロリドン、ヘキシルアミド、トリス(ヒドロキシメチル)アミドメタン、アミドエチルエタノールアミン、カルボメトキシピロリジノン、スクシンアミド酸、アミドエタノール、エポキシド、アクリレート、アミン、カルボキシレート、陽イオン性、陰イオン性、中性、芳香族、ビオチン、アビジン、ストレプアビジン、DOTA、DTPA、金属キレート、有機発色団、多価の付加化合物、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノ複合体、すべての金属ナノ粒子、すべての種類のコアおよび外殻を有するすべての半導体ナノ粒子、放射性材料およびそれらのキレート化した類似体、蛍光分子(金属塩、有機化合物)、電気伝導性分子、紫外線、可視光線、および赤外線吸収分子、量子ドット、ポリフルオロ化された分子、表面活性剤、デンドロン、分化したデンドロン、デンドリマー、メトキシエトキシエトキシ化合物、ポリアゾ化合物、ポリフォスファジン、ポリフルオロ化されたスルフォネート、へテロ原子の主鎖および分岐、脂質、澱粉、単純糖類、複合糖類、ビタミン(例えばビタミンE)、補助因子(例えばNADH)、または酸化防止剤であることを特徴とする請求項22記載の樹枝状ポリマー。
  25. ポリマーは強化された熱安定性、改善された化学的安定性、および狭い多分散度範囲をもっていることを特徴とする請求項1記載の樹枝状ポリマー。
  26. 以下のいずれかである、請求項1または2記載の樹枝状ポリマー。
    [(C)=EDA;(FF)=H;(BR1)=TMPTA;(EX1)=HSEt;(TF)=OH;G=1]
    [(C)=HMDA;(BR)=TMPTA;(EX)=EA;(TF)=OH;G=1]
    [(C)=HMDA;(BR1)=TMPTA;(EX1)=モルホリン;(TF)=環状エーテル;G=1]
    [(C)=EDA;(FF)=H;(IF1)=OH;(BR1)=TMPTGE;(TF)=エポキシ;G=1]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ−CO Et;(TF)=CO Et;G=0.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=PIPZ;(TF)=NH;G=1.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=PIPZ;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=PIPZ;(TF)=NH;G=2.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=PIPZ;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=PIPZ;(IF6)=OH;(BR3)=PETGE;(IF7)=OH;(EX4)=PIPZ;(TF)=NH;G=2.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=PIPZ;(IF4)=OH;(BR2)=PETGE;(IF5)=OH;(EX3)=PIPZ;(IF6)=OH;(BR3)=PETGE;(IF7)=OH;(EX4)=PIPZ;(TF)=NH;G=3.5]
    [(C)=TMPTGE;(FF)=Et;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(IF2)=OH;(BR1)=TMPTGE;(IF3)=OH;(EX2)=PIPZ;(TF)=NH;G=1.5]
    [(C)=TPMTGE;(FF)=H;(IF1)=OH;(BR1)=TRIS;(TF)=OH;G=1]
    [(C)=TMPTA;(FF)=Et;(EX1)=PIPZ;(BR1)=TMPTA;(EX2)=PIPZ;(TF)=NH;G=1.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(BR1)=BAA;(TF)=アリル;G=1]
    [(C)=TMPTGE;(FF)=Et;(IF1)=OH;(BR1)=TRIS;(TF)=OH;G=1]
    [(C)=TMPTGE;(FF)=Et;(IF1)=OH;(BR1)=DEA;(TF)=OH;G=1]
    [(C)=TMPTGE;(FF)=Et;(IF1)=OH;(BR1)=DEIDA;(TF)=CO Et;G=1.5]
    [(C)=TPMTGE;(FF)=H;(IF)=OH;(BR1)=DEA;(TF)=OH;G=1]
    [(C)=TPMTGE;(FF)=H;(IF1)=OH;(BR1)=DEIDA;(TF)=CO Et;G=1.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=EPC;(TF)=CO Et;G=0.5]
    [(C)=TMPTA;(FF)=Et;(EX1)=PIPZ;(TF)=NH;G=0.5]
    [(C)=TMPTGE;(FF)=Et;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(TF)=NH;G=0.5]
    [(C)=TGIC;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(TF)=CO Et;G=0.5]
    [(C)=TGIC;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(TF)=NH;G=0.5]
    [(C)=TES;(IF1)=SH;(EX1)=EPC;(TF)=CO Et;G=0.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=AEP;(TF)=NH ;G=0.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(TF)=アジリジン;G=0.5]
    [(C)=DMDTB;(EX1)=AEP;(IF1)=OH;(BR1)=PETGE;(EX2)=EPC;(TF)=CO Et;G=0.5]
    [(C)=PETGE;(IF)=アセチル;(EX1)=EPC;(TF)=CO Et;G=0.5]
    [(C)=TMPTA;(FF)=Et;(EX1)=PIPZ;(BR1)=TMPTA;(TF)=アクリレート;G=1]
    [(C)=TMPTGE;(FF)=Et;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(IF2)=OH;(BR1)=TMPTGE;(TF)=OMe;G=1]
    [(C)=TMPTGE;(FF)=Et;(IF1)=OH;(BR1)=DEIDA;(EX1)=EDA;(TF)=NH ;G=1]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(IF2)=OH;(BR1)=PETGE;(IF3)=OH;(EX2)=ピペラジンカルボキシレート;(TF)=CO Et;G=1.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(BR1)=DIA;(TF)=NH ;G=1]
    [(C)=TPMTGE;(FF)=H;(IF1)=OH;(BR1)=DEIDA;(EX1)=EDA;(TF)=NH ;G=1]
    [(C)=BGPM;(IF1)=OH;(BR1)=TRIS;(TF)=OH;G=1]
    [(C)=BGPM;(IF1)=OH;(BR1)=DEIDA;(TF)=CO Et;G=1.5]
    [(C)=BGPM;(IF1)=OH;(BR1)=DEIDA;(EX1)=EDA;(TF)=NH ;G=1]
    [(C)=DGGA;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(TF)=NH;G=1.5]
    [(C)=EA;(FF)=OH;(IF1)=OH;(BR1)=TMPTGE;(TF)=エポキシド;G=1]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(EX1)=Et−PIPZ;(BR1)その場=メチルアクリレート;(TF)=CO Me;G=1.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(BR1)=DETA;(EX1)=ピロリドン;(TF)=CO Me;G=1.5]
    [(C)=TEPC;(IF1)=OH;(BR1)=DIA;(EX1)=ピロリドン;(TF)=CO Me;G=1.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=アセチル;(EX1)=PIPZ;(IF2)=アセチル;(BR1)=PETGE;(IF3)=アセチル;(EX2)=EPC;(TF)=CO Et;G=1.5]
    [(C)=TMPTGE;(FF)=Et;(IF1)=OH;(EX1)=モルホリン;(TF)=環状エーテル;G=1]
    [(C)=MBDGA;(IF1)=OH;(BR1)=TRIS;(TF)=OHおよびエポキシド;G=1]
    [(C)=DGGA;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(TF)=NH;G=1.5]
    [(C)=TMPTA;(FF)=Et;(EX1)=PIPZ;(BR1)=TMPTA;(EX2)=PIPZ;(BR2)=TMPTA;(TF)=アクリレート;G=2]
    [(C)=TMPTGE;(FF)=Et;(IF1)=OH;(EX1)=PIPZ;(IF2)=OH;(BR1)=TMPTGE;(IF3)=OH;(EX2)=PIPZ;(IF4)=OH;(BR2)=TMPTGE;(IF5)=OH;(EX3)=PIPZ;(TF)=NH;G=2.5]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(BR1)=DETA;(BR2)その場=メチルアクリレート;(TF)=CO Me;G=2.5]
    [(C)=MBDGA;(IF1)=OH;(BR1)=DEA;(TF)=OH;G=2]
    [(C)=MBDGA;(IF1)=OH;(BR1)=DEIDA;(TF)=CO Et;G=2.5]
    [(C)=MBDGA;(IF1)=OH;(BR1)=DEIDA;(EX1)=EDA;(TF)=NH ;G=2]
    [(C)=PETGE;(IF1)=OH;(BR1)=BAA;(BR2)=PAMAM;(IF2)=アリル;(EX1)=ピロリドン;(TF)=CO Me;G=2.5]
    [(C)=N−CH CH −S−S−CH CH −N;(BR)=N(CH CH C=O) ;(EX)=HNCH CH NH;(TF)=COMe;G=0.5]
    [(C)=NCH CH S;(FF)=CH CH CO Me;(BR)=N(CH CH C=O) ;(EX)=HNCH CH NH;(TF)=COMe;G=0.5]
    [(C)=NCH CH S;(FF)=2−(4,5−ジヒドロ−1,3−オキサゾル−2−イル)プロピル;(BR)=N(CH CH C=O) ;(EX)=HNCH CH NH;(TF)=COMe;G=0.5]
  27. 担持された材料(M)は内部または表面において樹枝状ポリマーと連係していることを特徴とする請求項1または2記載の樹枝状ポリマー。
  28. 担持された材料は樹枝状ポリマーの内部と連係していることを特徴とする請求項27記載の樹枝状ポリマー。
  29. 担持された材料は医薬品的に活性をもった薬品またはプロドラッグであることを特徴とする請求項27記載の樹枝状ポリマー。
  30. 少なくとも1種の医薬品的に許容できる希釈剤または担体が存在する請求項29記載の樹枝状ポリマーを含んで成ることを特徴とする配合物。
  31. 担持された材料は農業的に活性をもった薬品であることを特徴とする請求項27記載の樹枝状ポリマー。
  32. 少なくとも1種の農業的に許容できる希釈剤または担体が存在する請求項31記載の樹枝状ポリマーを含んで成ることを特徴とする配合物。
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