JP4820286B2 - 高分子ケトアルデヒド - Google Patents
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Description
本発明は、一般的に、高分子構成物(composition)に関する。より詳細には、本発明は、化学結合特性を有する、高分子ケトアルデヒド構成物を作製および使用する方法に関する。
本発明は、高分子構成物に関する。特に、本発明は、化学結合特性を有する高分子構成物を作製および使用する、改良された方法に関する。本発明の高分子構成物は、増加した取り込みレベルで、任意の適切な流体の1つ以上の適切な成分と化学的に結合し得る、高分子ケトアルデヒドを含む。本明細書で使用される場合、用語「高分子構成物」または他の同様の用語は、例えば、合成ポリマー、天然ポリマーなどを含む、1000amuより重い分子量を有する分子のような、巨大分子を意味する。
本発明は、一般的に、高分子構成物に関する。より詳細には、本発明は、化学結合特性を有するケトアルデヒドを含む高分子構成物のような、高分子構成物を作製および使用する方法に関する。
本発明は、種々の適切な樹脂材料を含み得る。一般的に、この樹脂材料は、多孔性重合体構造または非多孔性重合体構造を含み得る。この孔のサイズは、用途に依存して、微小孔〜巨大孔のサイズまで変化し得る。ある実施形態では、この樹脂材料は、任意の適切なポリマーから作製される、多孔性ビーズ材料から構成される。好ましくは、この樹脂材料は、適切な量の架橋剤(例えば、ジビニルベンゼン)と架橋したスチレンのような、架橋型スチレンから作製される。ある実施形態では、この架橋型樹脂材料は、約25重量%以下のこの架橋剤を含む。任意の適切なタイプの材料が、この樹脂材料として使用され得ることが理解されるべきである。例えば、この樹脂材料は、ゲル材料を含み得る。一般的に、これは、有効に非多孔性であるポリマー材料である。
本明細書で使用される場合、用語「グリオキサール化」または他の同様の用語は、グリオキサール基を生成するために、化学的部分を改変することを意味する。例えば、フェニルグリオキサールを生成するために、フェニル環を改変すること。
上で議論されたような、本発明のプロセスは、アセチル化および酸化の処理段階に限定されないが、任意の適切な数およびタイプのさらなる処理段階を含み得ることが理解されるべきである。例えば、このグリオキサール基以外の化学基は、上で議論されたようにフェニル環に結合され得る。これらの付加的な他の基としては、例えば、電子求引基、立体基、立体効果および電子求引効果の両方を表し得る化学基、電子供与基、ハロゲン基、アルキル基、ならびに/または上記で記載された同様のものが挙げられ得る。
(ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂(0.5〜80% PS/DVB、5μm〜1mm)からのポリビニルアセトフェノンの調製についての一般的手順)
ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂の一部に、1:20〜1:100(w/v)の割合で、ジクロロエタンまたは他の適切な溶媒を加え、所定の時間にわたって、膨張させた。膨張期間の間、この混合物に塩化アセチルを加え得る。この混合物の膨張の間、膨張を促進させるために、加熱し得る。膨張後、樹脂に、1〜10モル当量の塩化アセチルを加え、その後1〜10モル当量の塩化アルミニウムまたは他の適切なフリーデル−クラフト試薬を加えた。この反応を、6〜24時間またはHClガスの放出が停止するまで、50℃〜65℃で加熱した。この樹脂を、濾過によって単離し、アセトン、水、濃HCl、水およびアセトンでリンスした。次いで、この樹脂を、50℃〜80℃にて、減圧下で乾燥した。
(ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂(0.5〜80% PS/DVB、5μm〜1mm)からのポリビニルアセトフェノンの調製についての一般的手順)
ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂の一部に、1:20〜1:100(w/v)の割合で、ジクロロエタンまたは他の適切な溶媒を加え、所定の時間にわたって、膨張させた。膨張期間の間、この混合物に塩化アセチルを加え得る。この溶媒を、樹脂から除去するが、これは乾燥させない。この樹脂を、ジクロロエタンまたは他の適切な溶媒中で、塩化アルミニウムを用いて調製した、1〜10モル当量の塩化アセチル溶液に加えた。この反応を、6〜24時間またはHClガスの放出が停止するまで、50℃〜65℃で加熱した。この樹脂を、濾過によって単離し、アセトン、水、濃HCl、水およびアセトンでリンスした。次いで、この樹脂を、50℃〜80℃にて、減圧下で乾燥した。
(α−ケトアルデヒド ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂(0.5〜80% PS/DVB、5μm〜1mm)の調製についての一般的手順)
ポリビニルアセトフェノン ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂の一部に、1:1〜1:100(w/v)の割合で、DMSO(ジメチルスルホキシド)溶媒を加え、これを所定の時間にわたって膨張させた。膨張の間、この混合物を、膨張を促進させるために加熱し得る。膨張後、48%HBr(Floyd,M.B.ら、J.Org.Chem.1985,50,5022−5027を参照のこと)を、室温でゆっくり加え、その後に、温度を65℃〜95℃に上げ、そしてDMS(ジメチルスルフィド)を、蒸留によって集めた。DMS蒸留の完了後、この反応物を95℃まで加熱するか、またはさらに2〜8時間、還流した。この樹脂を、濾過によって単離し、水およびアセトンで連続的に洗浄した。次いで、この樹脂を、最低でも1.5時間、80℃にて、減圧下で乾燥した。
(α−ケトアルデヒド ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂(0.5〜80% PS/DVB、5μm〜1mm)の調製についての一般的手順)
12gのポリビニルアセトフェノン ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂に、80mLのDMSOを加えた。次いで、臭化水素酸(20mL)を、室温で、穏やかに攪拌しながら加えた。次いで、この温度を、約8時間、85℃まで上げ、その後、この樹脂をDMSO、DMSO/アセトン混合物、アセトンおよび水の中で洗浄した。この樹脂を、乾燥機で60℃にて乾燥させた。
(尿素取り込み実験(Batch))
本発明の実施形態に従って作製されたα−ケトアルデヒドポリマーを、60mg/dL濃度に調製された尿素溶液に加えた。α−ケトアルデヒドポリマーと尿素溶液の比率を、1グラムのα−ケトアルデヒドポリマーと100mLの尿素溶液の比率で保ち続けた。一般的に、約500mgのα−ケトアルデヒドポリマーを、シールしたパイレックス(登録商標)(pyrex)ボトルの中の50mLの尿素溶液に加え、37℃で、8時間混合する。フラスコの内容物を冷却し、次いで、溶液の尿素濃縮物を、以下で述べる実験4によって測定する。
(ウレアーゼ法による尿素の測定)
水溶性サンプル由来の尿素濃縮物を、Boehringer Mannheim/Hitachi分析機で、TALKEおよびSCHUBERTの方法(Talke HおよびSchubert GE.,Klin Wschr.1965;43:174を参照のこと)に従って、測定した。
(COCHO定量化)
α−ケトアルデヒド基の定量化を、公知の手順によって決定した(例えば、米国特許第4,012,317号;Acta Chem.Scand.,4,892−900(1950);およびJ.Am.Chem.Soc.,94,1434−1436(1942)を参照のこと)。この方法は、過剰の水酸化ナトリウムを用いて、まず全てのα−ケトアルデヒドをマンデル酸基へと転換することによってα−ケトアルデヒド含有量を測定する、間接的な方法である。マンデル酸基のmmoleを、塩酸を用いる、過剰な塩基のpH7への逆滴定によって決定し、使用した塩基の量と滴定した量の間の相違を計算した。
(ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂(0.5〜80% PS/DVB、5μm〜1mm)のアルキル化についての一般的手順)
ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂の一部に、1:1〜1:100(w/v)の割合で、ジクロロエタンまたは他の適切な溶媒を加えた。この混合物に、溶媒に対して0.1%〜10%のニトロメタン(v/v)を加え、その後に、0.1モル〜10モル当量のハロゲン化アルキルを加えた。この混合物を、所定の時間にわたって、膨張させ、AlCl3(樹脂の0.1〜10モルパーセント)を加えた。この混合物を、周囲〜50℃までの範囲の温度で、2〜4時間攪拌した。このアルキル化樹脂を濾過によって単離し、溶媒でリンスした。α−ケトアルデヒドアルキルポリマーを調製するためのアセチル化および酸化を、上で議論した実験1bおよび2のように完了した。樹脂による尿素の取り込みを完了させ、そして上で議論したように実験3および4によって測定した。
(α−ケトアルデヒド ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂ビーズ(実験1aによって、3% PS/DVB、5μm〜1mm))
塩化アセチル(10mL)、75mLのジクロロエタン、および10.918gの樹脂ビーズを、合わせて、膨張させた。この樹脂ビーズは、市販されており、5μm〜1mmまでの範囲の粒子の大きさの3重量%のジビニルベンゼンを含む。この溶媒および塩化アセチルを濾過し、この樹脂を100mLのジクロロエタン、12mLの塩化アセチルおよび15.310gのAlCl3と合わせた。この反応物を、6時間加熱し、そしてこのアセチル化型ポリマーのビーズを、濾過によって単離し、500mLの水および200mLのアセトンで洗浄した。このビーズを風乾させた。6.200グラムのこのアセチル化型ポリマーのビーズを、150mLのDMSOに加え、そして80℃まで加熱し、その後で、48%のHBrを滴下した。この反応物を、3時間加熱し、そしてこの樹脂を濾過によって単離し、200mLの水および200mLのアセトンでリンスした。風乾後、1グラムの樹脂につき47.3mgの尿素の取り込み値を、上で議論した実験3および4に従って得た。
(α−ケトアルデヒド ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂ビーズ(実験1aによって、70〜80% PS/DVB))
100gの湿ったポリスチレン樹脂ビーズ(Supelco,Amberlite XAD−4)を、この樹脂ビーズの中のTHFを抽出することによって、乾燥させた。この樹脂ビーズは、市販されており、5μm〜1mmまでの範囲の粒子の大きさで、70重量%〜80重量%のジビニルベンゼンを含む。次いで、樹脂ビーズを、2×150mLのジクロロエタンでリンスした。この樹脂ビーズを、300mLのジクロロエタンおよび50mLの塩化アセチルを用いて膨張させた。この溶液をデカントし、100mLの塩化アセチルを加えた500mLの新しいジクロロエタンを、この樹脂と合わせ、その後147.38gのAlCl3と合わせた。この反応物を、48時間、42℃まで加熱した。この樹脂を濾過によって単離し、3〜5時間にわたって750mLの濃HClを含む4Lの水でリンスした。この樹脂を2Lの水でリンスした後、1LのDMSOでリンスした。この樹脂ビーズを、500mLのDMSOおよび200mLの48%HBrが入った反応フラスコに移した。この混合物を、加熱して還流し、24時間混合させた。この樹脂ビーズを、濾過によって単離し、2時間にわたって4Lの水でリンスし、3時間、減圧下で80℃にて乾燥させた。乾燥後、1グラムの樹脂につき8.8mgの尿素取り込み値を、実験3および4によって行ったようにして得た。
(α−ケトアルデヒド ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマー樹脂ビーズ(実験1bによって、PS/1%DVB))
40mLのジクロロエタンおよび15mLの塩化アセチルを入れた、乾燥させておいた300mL三口フラスコに、このポリマー樹脂ビーズ(2.5g)を3時間にわたって入れることによって、ポリスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマーのビーズの調製を達成した。この膨張させたポリマーを、過剰のジクロロエタンでリンスし、濾過によって単離した。300mLフラスコの別々の乾燥した丸底に、25mLのジクロロメタン、7gのAlCl3、および4.5mLの塩化アセチルを加えた。この混合物を溶解させ、その後に予め膨張させた樹脂を加えた。この混合物を、一定に攪拌しながら、14時間、65℃〜75℃で反応させた。この樹脂を濾過によって単離し、以下の手順によってリンスした。最初に300mLのジクロロメタン、400mLのアセトン、300mLの水、90mLの濃HClを加えた300mLの水、600〜800mLの水、そして最後に150mLのアセトン。このアセチル化型ポリマーを、減圧下で乾燥した。このアセチル化型樹脂を、30mLのDMSO(ジメチルスルホキシド)が入った250mLフラスコに移し、30〜45分間、80〜90℃で浸した。この反応物に、10mLのHBrを滴下し、2時間加熱した。この反応物を、さらに2時間還流させ、冷却し、DMSO、水、アセトンでリンスし、濾過によって単離した。このα−ケトアルデヒド PS/1%DVBポリマービーズを、減圧下で乾燥させた。実験3および4に従って、1グラムのα−ケトアルデヒドポリマーにつき45mgの尿素の尿素取り込みを有した。
(ポリアセトフェノンを生成するための1% PS/DVBビーズのアセチル化の拡大)
このポリマー樹脂ビーズを、600mLのジクロロエタン、200mLの塩化アセチル、および45gのポリマーを入れた、乾燥させておいた1Lの三口フラスコに入れることによって、ポリスチレン−ジビニルベンゼン(1% PS/DVB、75〜150メッシュ)コポリマービーズの調製を達成した。3時間後、このポリマー樹脂を、濾過によって単離し、過剰のジクロロエタンで洗浄した。乾燥させた1Lフラスコの丸底に、500mLのジクロロエタン、146gのAlCl3、および100mLの塩化アセチルを加えた。この混合物を溶解させ、その後、65〜75℃で、100mLのジクロロエタンを加えた。予め膨張させた樹脂を、この溶液にゆっくり加え、穏やかに攪拌しながら14時間にわたって65〜75℃で反応させた。この樹脂を濾過によって単離し、そしてジクロロエタンでリンスした。この樹脂を、600mLのジクロロエタン、過剰のアセトンおよび23%のHCl溶液を用いて洗浄し、濾過によって単離した。500mLのアセトンを用いた最後の洗浄の前に、この最後の水のリンスが、中性pHであることを確認した。
(α−ケトアルデヒド 1% PS/DVBビーズの調製)
乾燥させた2Lの三口丸底フラスコに、240mLのDMSO(ジメチルスルホキシド)および実験10からの16グラムのアセチル化型樹脂を加えた。この反応混合物を、緩やかに攪拌しながら、80℃〜90℃で、45〜60分間、混合させた。この混合物に、2時間にわたって、ジメチルスルフィドを蒸留しながら、80mLの48%臭化水素酸を加えた。この反応物をさらに2時間還流させた。この反応物を、冷却させ、そしてα−ケトアルデヒド1%PS/DVBビーズを、濾過によって単離し、水およびアセトンで、連続して洗浄した。次いで、最低で1.5時間、減圧下で、80℃にて、この樹脂を乾燥させた。このα−ケトアルデヒド PS/1%DVBポリマービーズを減圧下で乾燥させ、実験3および4に従って、1グラムのα−ケトアルデヒドポリマーにつき39.6mgの尿素の尿素取り込みを有した。
(尿素取り込み試験I)
様々な量のDVBを有する、いくつかのポリスチレン樹脂ビーズを、実験3および4に従う尿素取り込み結果を伴う、実験7、8および9に従って調製した。この結果を以下の表1に示す。
(α−ケトアルデヒド樹脂のγ線照射)
この実験を、尿素取り込みに対する、γ線の効果を決定するために行った。本発明の実施形態に従って作製した樹脂材料を、実験3および4に従って樹脂1グラムにつき、43.8mgの尿素取り込み値を有すると決定した。この同じ樹脂材料を、約40Gky〜約50Gkyのγ線照射に曝露し、樹脂1グラムにつき43.6mgの尿素の尿素取り込み値を、実験3および4に従って得た。
(尿素取り込み試験II)
50mLの505.8mg/dLの尿素溶液に、実験10と同様に調製した0.507gのα−ケトアルデヒドポリマーを加えた。この混合物を、パイレックス(登録商標)ボトルの中に入れシールし、24時間攪拌しながら50℃まで加熱した。この尿素濃度を、実験4に従って測定し、そして、このα−ケトアルデヒドポリマーは1グラムのα−ケトアルデヒドポリマーにつき、109mgの尿素の尿素取り込みを有した。
(尿素取り込み試験III)
実験9と同じように調製された、このα−ケトアルデヒドポリマーによる尿素取り込みを、米国特許第4,012,317号に記載の実施例11〜15における手順に従って測定した。100mgのポリマーおよび15mLの1g/Lの濃度の尿素水溶液、0.05モル濃度のリン酸一カリウム(pH7)または炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムのpH10の0.05モル/Lの溶液のいずれかと混合させた。シールしたボトルの内容物を、二連で調製し、平均された結果のサンプルを用いて、37℃にて、15時間混合した。尿素取り込みを、実験4に従って測定した。この結果を以下の表2に示す。
(尿素取り込み試験IV)
実験9において調製されたα−ケトアルデヒドによる尿素取り込みを、米国特許第4,012,317号の実施例5に記載の手順によって測定した。25mgのα−ケトアルデヒドポリマーを、5mLの1mol/lの濃度の尿素水溶液、ならびに0.05モル濃度のリン酸一カリウム(pH7)または炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムのpH10の0.05mol/Lの5mLの溶液のいずれかを含む、5mLの溶液と合わせた。このシールしたパイレックス(登録商標)ボトルの内容物を、37℃で、15時間混合させ、濾過し、そして水の20mLアリコートを用いて、10回洗浄した。次いで、この樹脂を減圧下で乾燥させた。α−ケトアルデヒドポリマーの中の尿素を、元素分析によって、窒素のパーセントとして測定した。表3の結果は、以下に示すように、米国特許第4,012,317号において調製された、α−ケトアルデヒドポリマーからの結果の比較を提供する。
2.米国特許第4,012,317号の実施例3に従って調製されたα−ケトアルデヒドポリマー。
3.米国特許第4,012,317号の実施例6からの尿素取り込みに基づく窒素パーセント値。
Claims (25)
- 溶液から有効な量の1つ以上の成分を除去し得る、ケトアルデヒド基を含む高分子構成物を生成する方法であって、該方法は、以下:
フェニル基を含む樹脂材料を調製する工程;
該フェニル基上でアセチル基を形成する工程;および
ケトアルデヒド基を形成するために、スルホキシドおよび酸と、該アセチル基とを反応させる工程を含む、1段階の反応を介して、該アセチル基を酸化する工程;
を包含する、方法。 - 前記樹脂材料が、ポリスチレン、架橋型ポリスチレンおよびそれらの混合物からなる群より選択されるポリマーを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記樹脂材料が、該樹脂材料の0.01重量%〜99.9重量%の範囲の量で、スチレンを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記アセチル基が、フリーデル−クラフト反応を通して形成された、請求項1に記載の方法。
- 前記フリーデル−クラフト反応が、前記樹脂材料と、ジクロロエタンおよび塩化アセチルとを反応させる工程を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記スルホキシドが、脂肪族スルホキシドを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記酸が、ハロゲン化水素酸を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記酸化工程が、前記酸を加えた後、還流条件下で進行される、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ここで、前記高分子構成物が、生理的溶液から前記有効な量の1つ以上の成分を除去し得、かつ、該成分は、求核部分、電子豊富な化学基、ルイス塩基、ブレンステッド塩基、アニオン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ここで、前記高分子構成物が、生理的溶液から前記有効な量の1つ以上の成分を除去し得、かつ、該成分は、ハロゲン化物、および自由電子対を有する1つ以上のヘテロ原子を含む分子またはラジカル、ならびにそれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
- 請求項10に記載の方法であって、ここで、前記ヘテロ原子が、硫黄、窒素、酸素、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ここで、前記高分子構成物が、生理的溶液から前記有効な量の1つ以上の成分を除去し得、かつ、該成分は、尿素、クレアチニン、尿酸、β−2 ミクログロブリン、代謝性廃棄物、タンパク様物質、生物学的物質、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
- 芳香族α−ケトアルデヒドを含む、高分子構成物を調製する方法であって、該方法は、以下:
フェニル基を含むポリマー材料を調製する工程;
該ポリマー材料をアセチル化し、それによって、アセチル基を該フェニル基に結合させる工程;ならびに
該アセチル基と、スルホキシドおよびハロゲン化水素酸とを反応させる工程を含む1段階の反応を介して該アセチル基を酸化し、それによって、α−ケトアルデヒドを形成する工程;
を包含する、方法。 - 前記スルホキシドが、脂肪族スルホキシドを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記ハロゲン化水素酸が、臭化水素酸を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記ポリマー材料が、ポリスチレン、架橋型ポリスチレン、多孔性樹脂材料、巨大多孔性樹脂材料、非多孔性樹脂材料、ゲル樹脂材料およびそれらの混合物からなる群より選択される樹脂材料を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記高分子構成物が、有効な量のγ線照射で滅菌される、請求項13に記載の方法。
- 生理的溶液から有効な量の1つ以上の成分を除去し得る、グリオキサール基を含むバインダー材料を生成する方法であって、該方法は以下:
樹脂材料を調製する工程;
アセチル基を形成する工程;ならびに
グリオキサール基を形成するために、スルホキシドおよびハロゲン化水素酸と、該アセチル基とを反応させる工程を含む、1段階の反応を介して、該アセチル基を酸化する工程;
を包含する、方法。 - 前記グリオキサール基が、水和グリオキサール基、非水和グリオキサール基、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項18に記載の方法。
- 前記成分が、求核部分、電子豊富な化学基、ルイス塩基、ブレンステッド塩基、アニオン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項18に記載の方法。
- 前記成分が、ハロゲン化物、および自由電子対を有する1つ以上のヘテロ原子を含む分子またはラジカル、ならびにそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項18に記載の方法。
- 前記ヘテロ原子が、硫黄、窒素、酸素、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項21に記載の方法。
- 前記成分が、尿素、クレアチニン、尿酸、β−2 ミクログロブリン、代謝性廃棄物、タンパク様物質、生物学的物質、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項18に記載の方法。
- 前記バインダー材料が、血液透析治療の間、1つ以上の前記成分を除去し得る、請求項18に記載の方法。
- 前記スルホキシドが、ジメチルスルホキシドを含み、かつ前記ハロゲン化水素酸が、臭化水素酸を含む、請求項18に記載の方法。
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