JP7161657B2 - Novel polymer compound - Google Patents

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Description

本発明は、新規の高分子化合物に関する。 The present invention relates to novel polymeric compounds.

両親媒性高分子は、1つの分子内に水(水相)になじむ「親水基」と、油(有機相)になじむ「親油基」(疎水基)の両方を併せ持つ高分子化合物であり、親水性と疎水性の両立が求められる使用環境において広く用いられている(例えば特許文献1~4)。 An amphipathic polymer is a polymer compound that has both a “hydrophilic group” that is compatible with water (aqueous phase) and a “lipophilic group” (hydrophobic group) that is compatible with oil (organic phase) in one molecule. , are widely used in environments where compatibility between hydrophilicity and hydrophobicity is required (eg Patent Documents 1 to 4).

一方、包摂能を有する環状化合物は、他の分子をゲストとして包摂する機能を有する化合物である。このような環状化合物によれば、通常、ある環境下で安定に分散させることが困難な化合物についても、ゲストとして選択的に取り込ませることにより、該化合物を単独で使用する場合に比べて分散の安定性を向上できること等が知られている(例えば特許文献5)。 On the other hand, a cyclic compound having inclusion ability is a compound having the function of including another molecule as a guest. According to such a cyclic compound, even for a compound that is usually difficult to disperse stably under a certain environment, by selectively incorporating it as a guest, the compound can be dispersed more efficiently than when the compound is used alone. It is known that stability can be improved (for example, Patent Document 5).

このような特殊な機能を有する両親媒性高分子と環状化合物とを化学的な結合で一体化させた新規の高分子化合物は、更なる機能の向上や、特異な機能の発揮により、新たな用途の開拓等が期待できる。
しかしながら、そのような高分子化合物を新たに合成する、あるいは既存の高分子化合物を修飾して新たな高分子化合物を作製するということは、容易ではなかった。
New polymer compounds that combine amphiphilic polymers with such special functions and cyclic compounds by chemical bonding can further improve their functions and exhibit new functions by exhibiting their unique functions. It is expected that new applications will be developed.
However, it has not been easy to newly synthesize such a polymer compound or to modify an existing polymer compound to prepare a new polymer compound.

特開2000-356088号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-356088 特開2002-308946号公報JP-A-2002-308946 特開2006-096933号公報JP 2006-096933 A 特開2015-224223号公報JP 2015-224223 A 特開2017-014431号公報JP 2017-014431 A

そこで本発明は、両親媒性高分子と包摂能を有する環状化合物とを化学的な結合で一体化させた新規の高分子化合物を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel polymer compound in which an amphipathic polymer and a cyclic compound having encapsulating ability are integrated by chemical bonding.

本発明者らは、鋭意検討した結果、環状化合物の親水性基を利用することで、包摂能を有する環状ユニットと、該環状ユニットに化学的に結合した両親媒性高分子ユニットとを有する高分子化合物であって、前記環状ユニットが、内側に疎水的な場を有し、且つ外側に親水性基を有する、新規の高分子化合物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that by utilizing the hydrophilic group of a cyclic compound, a high molecular weight compound having a cyclic unit having inclusion ability and an amphiphilic polymer unit chemically bonded to the cyclic unit can be obtained. The inventors have found that it is possible to obtain a novel polymer compound in which the cyclic unit has a hydrophobic site on the inside and a hydrophilic group on the outside, and have completed the present invention. .

すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
[1] 包摂能を有する環状ユニットと、該環状ユニットに化学的に結合した両親媒性高分子ユニットとを有する高分子化合物であって、
前記環状ユニットが、内側に疎水的な場を有し、且つ外側に親水性基を有する、
高分子化合物。
[2] 前記環状ユニットが、シクロデキストリン、カリックスアレーン、ククルビットウリル及びこれらの誘導体から選択される少なくとも一種の環状化合物由来である、上記[1]に記載の高分子化合物。
[3] 前記両親媒性高分子ユニットが、N-ビニル-ε-カプロラクタム及びN-ビニルピロリドンから選択される少なくとも一種のモノマーが重合してなるポリマー由来である、上記[1]又は[2]に記載の高分子化合物。
[4] 前記両親媒性高分子ユニットが、前記環状ユニット1単位に対し、1単位以上8単位以下結合してなる、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の高分子化合物。
That is, the gist and configuration of the present invention are as follows.
[1] A polymer compound having a cyclic unit having inclusion ability and an amphiphilic polymer unit chemically bonded to the cyclic unit,
the cyclic unit has a hydrophobic site on the inside and a hydrophilic group on the outside;
polymer compound.
[2] The polymer compound according to [1] above, wherein the cyclic unit is derived from at least one cyclic compound selected from cyclodextrin, calixarene, cucurbituril, and derivatives thereof.
[3] The above [1] or [2], wherein the amphiphilic polymer unit is derived from a polymer obtained by polymerizing at least one monomer selected from N-vinyl-ε-caprolactam and N-vinylpyrrolidone. The polymer compound according to .
[4] The polymer compound according to any one of [1] to [3] above, wherein the amphiphilic polymer unit is bonded to 1 unit of the cyclic unit and 1 unit or more and 8 units or less. .

本発明によれば、両親媒性高分子と包摂能を有する環状化合物とを化学的な結合で一体化させた新規の高分子化合物を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a novel polymer compound in which an amphiphilic polymer and an encapsulating cyclic compound are integrated by chemical bonding.

本発明に従う高分子化合物の実施形態について、以下で詳細に説明する。 Embodiments of polymeric compounds according to the present invention are described in detail below.

本発明の高分子化合物は、包摂能を有する環状ユニットと、該環状ユニットに化学的に結合した両親媒性高分子ユニットとを有し、前記環状ユニットが、内側に疎水的な場を有し、且つ外側に親水性基を有する。
以下、高分子化合物の構成について、各ユニット毎に詳しく説明する。
The polymer compound of the present invention has a cyclic unit having encapsulating ability and an amphipathic polymer unit chemically bonded to the cyclic unit, and the cyclic unit has a hydrophobic field inside. , and has a hydrophilic group on the outside.
Hereinafter, the structure of the polymer compound will be described in detail for each unit.

(環状ユニット)
本発明の高分子化合物は、包摂能を有する環状ユニットをもつ。このような環状ユニットは、内側に疎水的な場を有し、且つ外側に親水性基を有する。ここでいう「包摂能」とは、環状ユニットの内側にある疎水的な場に、疎水性の分子を取り込み、環状ユニットの内部に包摂する機能を指す。
(Annular unit)
The polymer compound of the present invention has a cyclic unit having inclusion ability. Such cyclic units have hydrophobic sites on the inside and hydrophilic groups on the outside. The term "inclusion ability" as used herein refers to the ability to take in a hydrophobic molecule into the hydrophobic field inside the cyclic unit and include it in the interior of the cyclic unit.

環状ユニットは、その内側に疎水的な場を有し、且つその外側に親水性基を有する、環状化合物由来のものであれば特に限定されないが、例えば次のような環状化合物が挙げられる。
環状化合物としては、シクロデキストリン、カリックスアレーン、レゾルシンアレーン、ピラーアレーン、ククルビットウリル、及びこれらの誘導体等が挙げられる。中でも、シクロデキストリン、カリックスアレーン、ククルビットウリル及びこれらの誘導体から選択される少なくとも一種が好ましい。
The cyclic unit is not particularly limited as long as it is derived from a cyclic compound having a hydrophobic site on the inside and a hydrophilic group on the outside. Examples thereof include the following cyclic compounds.
Cyclic compounds include cyclodextrin, calixarene, resorcinarene, pillararene, cucurbituril, derivatives thereof, and the like. Among them, at least one selected from cyclodextrin, calixarene, cucurbituril and derivatives thereof is preferable.

シクロデキストリン(環状オリゴ糖)は、D-グルコースが連なってできたオリゴ糖の両端がつながって輪(環)になった構造をもち、D-グルコースの連結数(環員数)は5以上のものが知られており、Dグルコースが6つ結合してなるα-シクロデキストリン(環員数6)、D-グルコースが7つ結合してなるβ-シクロデキストリン(環員数7)、ブドウ糖が8つ結合してなるγ-シクロデキストリン(環員数8)が一般的である。中でも、β-シクロデキストリンが好ましい。 Cyclodextrins (cyclic oligosaccharides) have a structure in which both ends of oligosaccharides made of D-glucose are connected to form a ring (ring), and the number of D-glucose connections (ring members) is 5 or more. are known, α-cyclodextrin (6 ring members) with 6 D-glucose bonds, β-cyclodextrin (7 ring members) with 7 D-glucose bonds, and 8 glucose bonds γ-cyclodextrin (having 8 ring members) is generally used. Among them, β-cyclodextrin is preferred.

カリックスアレーンは、フェノールの2,6位がメチレン基を介して、数個環状につながった構造を持つオリゴマーである。カリックスアレーンは、一般にカリックス[n]アレーンと表記され、ここで[n]はフェノール単位の数(環員数)を表す。フェノール単位[n]は3~20程度が知られており、好ましくは3~10である。 Calixarene is an oligomer having a structure in which several phenolic 2 and 6-positions are cyclically linked via methylene groups. Calixarene is generally written as calix[n]arene, where [n] represents the number of phenolic units (number of ring members). The phenol unit [n] is known to be about 3-20, preferably 3-10.

レゾルシンアレーンは、カリックスアレーンのフェノールをレゾルシノール(1,3-ジヒドロキシベンゼン)に置き換えた環状分子である。レゾルシンアレーンは、一般にレゾルシン[n]アレーンと表記され、ここで[n]はレゾルシノール単位の数(環員数)を表す。レゾルシノール単位[n]は4,6が知られている。 Resorcinarene is a cyclic molecule in which the phenol of calixarene is replaced with resorcinol (1,3-dihydroxybenzene). Resorcinarene is generally referred to as resorcin[n]arene, where [n] represents the number of resorcinol units (number of ring members). As for the resorcinol unit [n], 4 and 6 are known.

ピラーアレーンは、一般的にピラー[n]アレーンと表記され、ここで[n]はアレーン単位の数(環員数)を表す。アレーン単位[n]は、5、6が知られており、より高次なピラーアレーンも合成可能であるが、本発明においては好ましくは5~6である。例えば、ジアルコキシピラーアレーンは、1,4-ジアルコキシベンゼン同士を、それぞれの2及び5位をメチレンで架橋した環状縮合体である。ここでアルコキシ基の炭素数は、1~8が好ましい。 A pillar arene is generally written as pillar [n] arene, where [n] represents the number of arene units (the number of ring members). The arene units [n] of 5 and 6 are known, and higher-order pillar arenes can be synthesized, but 5 to 6 are preferred in the present invention. For example, a dialkoxy pillar arene is a cyclic condensate in which 1,4-dialkoxybenzenes are bridged with methylene at their 2 and 5 positions. Here, the number of carbon atoms in the alkoxy group is preferably 1-8.

ククルビットウリルは、メチレン基(-CH-)でつなげられたグリコールウリル(=C)モノマーからなる大環状分子である。ククルビットウリルは、一般的にククルビット[n]ウリルと表記され、ここで[n]はグリコールウリル単位の数(環員数)を表す。グリコールウリル単位[n]は、5、6、7、8、10、14個が知られており、好ましくは6~8である。 Cucurbiturils are macrocyclic molecules consisting of glycoluril (=C 4 H 2 N 4 O 2 ) monomers linked by methylene groups (-CH 2 -). Cucurbiturils are generally written as cucurbit[n]urils, where [n] represents the number of glycoluril units (number of ring members). The number of glycoluril units [n] is known to be 5, 6, 7, 8, 10 or 14, preferably 6-8.

環状化合物の環員数は、特に限定されないが、環員数によって疎水的な場の空間的な大きさが異なるため、包摂対象とするゲストの大きさに応じて、所定の環員数の環状化合物を選択することが好ましい。 The number of ring members of the cyclic compound is not particularly limited, but since the spatial size of the hydrophobic field varies depending on the number of ring members, a cyclic compound with a predetermined number of ring members is selected according to the size of the guest to be included. preferably.

(両親媒性高分子ユニット)
本発明の高分子化合物は、両親媒性高分子ユニットをもつ。このような両親媒性高分子ユニットは、両親媒性高分子由来のものであればよい。
(Amphiphilic polymer unit)
The polymer compound of the present invention has an amphipathic polymer unit. Such an amphipathic polymer unit may be derived from an amphipathic polymer.

上記のような両親媒性高分子としては、以下のようなモノマーが重合してなるポリマーであることが好ましい。
両親媒性高分子を構成するモノマーとしては、例えば、N-ビニルアミド誘導体(N-ビニルラクタム、N-ビニル-ε-カプロラクタム、N-ビニルピロリドン、N-ビニルピペリドン、N-ビニルアセトアミド、N-ビニルホルムアミド、N-アルキル-N-ビニルアルキルアミド等)、アクリルアミド及びその誘導体(N-アルキルアクリルアミド等)等が挙げられる。
The amphipathic polymer as described above is preferably a polymer obtained by polymerizing the following monomers.
Monomers constituting amphiphilic polymers include, for example, N-vinylamide derivatives (N-vinyllactam, N-vinyl-ε-caprolactam, N-vinylpyrrolidone, N-vinylpiperidone, N-vinylacetamide, N-vinylformamide , N-alkyl-N-vinylalkylamide, etc.), acrylamide and its derivatives (N-alkylacrylamide, etc.), and the like.

N-ビニルアミド誘導体としては、例えば下記式(1)で表されるものが挙げられる。

Figure 0007161657000001

上記式(1)中、R及びRはそれぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~8の炭化水素基を表す。ただし、RとRとは互いに連結して炭素数2~6のアルキレン基を構成してもよい。また、具体例としては、Rが水素原子でRがイソプロピル基、Rが水素原子でRがプロピル基、Rが水素原子でRが2-ブテニル基、Rがイソプロピル基でRが水素原子、R及びRが共に水素原子、Rがメチル基でRがプロピル基、Rがメチル基でRがイソブチル基、Rがメチル基でRがイソペンチル基、Rがメチル基でRがメチル基、Rがメチル基でRがエチル基、Rが水素原子でRがシクロヘキシルメチル基、Rが水素原子でRが2-シクロペンチルエチル基であるものが挙げられる。 Examples of N-vinylamide derivatives include those represented by the following formula (1).
Figure 0007161657000001

In formula (1) above, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms. However, R 1 and R 2 may be linked together to form an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms. Further, as specific examples, R 1 is a hydrogen atom, R 2 is an isopropyl group, R 1 is a hydrogen atom, R 2 is a propyl group, R 1 is a hydrogen atom, R 2 is a 2-butenyl group, and R 1 is an isopropyl group. R 2 is a hydrogen atom, both R 1 and R 2 are hydrogen atoms, R 1 is a methyl group and R 2 is a propyl group, R 1 is a methyl group and R 2 is an isobutyl group, R 1 is a methyl group and R 2 is isopentyl group, R1 is a methyl group and R2 is a methyl group, R1 is a methyl group and R2 is an ethyl group, R1 is a hydrogen atom and R2 is a cyclohexylmethyl group, R1 is a hydrogen atom and R2 is 2 -Cyclopentylethyl group.

特に、両親媒性高分子を構成するモノマーとしては、N-ビニル-ε-カプロラクタム及びN-ビニルピロリドンから選択される少なくとも一種が好ましい。 In particular, at least one selected from N-vinyl-ε-caprolactam and N-vinylpyrrolidone is preferable as the monomer constituting the amphiphilic polymer.

また、上記のような両親媒性高分子としては、重量平均分子量が500~30000であるものが好ましく、1000~10000のものがより好ましい。 The amphipathic polymer as described above preferably has a weight average molecular weight of 500 to 30,000, more preferably 1,000 to 10,000.

このような両親媒性高分子ユニットは、環状ユニットに化学的に結合している。環状ユニットとの化学的な結合は、特に限定されず、共有結合又はイオン結合が挙げられ、高分子化合物としての安定性の観点で共有結合であることが好ましい。 Such amphiphilic macromolecular units are chemically bonded to cyclic units. A chemical bond with the cyclic unit is not particularly limited, and includes a covalent bond or an ionic bond, preferably a covalent bond from the viewpoint of stability as a polymer compound.

また、本発明の高分子化合物は、両親媒性高分子ユニットが、環状ユニット1単位に対し、1単位以上8単位以下結合してなることが好ましく、1単位以上5単位以下結合してなることがより好ましい。ここで、各単位数は、各構造ユニットにあたる部分ごとにカウントする。例えば、本発明の高分子化合物が、1分子中に、環状ユニットに当たる部分を1つと、両親媒性高分子ユニットにあたる部分を2つと、を含んでいる場合、この高分子化合物は、環状ユニット1単位に対し、両親媒性高分子ユニットが2単位結合してなる、とみる。なお、このような構成ユニットの単位数は、例えば公知の方法で、本発明の高分子化合物の各構造ユニット間の結合部分を切断し、環状ユニットに由来する化合物と両親媒性高分子ユニットに由来する高分子化合物のそれぞれについて分子量を求め、そこから各構造ユニットのモル数を算出し、それらの比として見積もることができる。 In the polymer compound of the present invention, the amphiphilic polymer unit preferably has 1 unit or more and 8 units or less, and preferably 1 unit or more and 5 units or less, per unit of the cyclic unit. is more preferred. Here, each number of units is counted for each part corresponding to each structural unit. For example, when the polymer compound of the present invention contains one portion corresponding to the cyclic unit and two portions corresponding to the amphipathic polymer unit in one molecule, the polymer compound has cyclic unit 1 It is considered that two amphiphilic polymer units are bound to each unit. Incidentally, the number of units of such a structural unit can be determined, for example, by a known method, by cleaving the bond between each structural unit of the polymer compound of the present invention to form a compound derived from a cyclic unit and an amphipathic polymer unit. The molecular weight of each derived polymer compound is determined, the number of moles of each structural unit is calculated therefrom, and the ratio can be estimated.

本発明の高分子化合物の重量平均分子量は、1000~30000であることが好ましく、1500~10000であることがより好ましい。上記範囲とすることにより、高分子ユニットの絡み合い等による失活が起きにくく、目的物質の包摂に十分な長さの高分子鎖を確保することができる。 The weight average molecular weight of the polymer compound of the present invention is preferably 1,000 to 30,000, more preferably 1,500 to 10,000. By setting the length within the above range, deactivation due to entanglement of the polymer units is unlikely to occur, and a polymer chain having a length sufficient to enclose the target substance can be secured.

(効果・用途)
本発明の高分子化合物は、両親媒性の機能を維持しつつ、疎水性の分子をゲストとして包摂する機能を発揮する。このような高分子化合物は、例えば従来、両親媒性高分子や、環状化合物が用いられてきた分野において好適に用いることができる。
具体的には、両親媒性高分子は、例えば、ガスハイドレート生成阻害剤、難水溶性薬物担持剤、増粘剤、保水剤、DDS、細胞シート等に用いられてきた。
また、環状化合物は、薬物担持剤、吸着材、分子基認識材料、テンプレート重合、ロタキサン高分子等に用いられてきた。
中でも、本発明の高分子化合物はガスハイドレート生成阻害剤として好適に用いることができる。
(effect/use)
The polymer compound of the present invention exhibits a function of encapsulating a hydrophobic molecule as a guest while maintaining an amphipathic function. Such a polymer compound can be suitably used, for example, in fields where amphipathic polymers and cyclic compounds have been conventionally used.
Specifically, amphipathic polymers have been used, for example, as gas hydrate formation inhibitors, poorly water-soluble drug carriers, thickeners, water retention agents, DDS, cell sheets, and the like.
Cyclic compounds have also been used for drug carriers, adsorbents, molecular group recognition materials, template polymerization, rotaxane polymers, and the like.
Among them, the polymer compound of the present invention can be suitably used as a gas hydrate formation inhibitor.

<ガスハイドレート生成阻害剤>
従来、両親媒性を有する高分子は、ガスハイドレートの生成阻害剤として広く用いられてきた(特開2001-139966号公報参照)。
ガスハイドレートは、メタン、エタン等の炭化水素や炭酸ガス等の種々の気体分子が溶解した水性媒体を特定の温度と圧力下におくことによって、溶解している気体分子を水分子が取り囲んだ氷状の結晶として生成することが知られている。このようなガスハイドレートの生成は、例えば天然ガス等の輸送管に詰まりを発生させる等の問題を引き起こすとして、その生成の抑制が望まれている。
<Gas hydrate formation inhibitor>
Conventionally, amphiphilic polymers have been widely used as gas hydrate formation inhibitors (see JP-A-2001-139966).
Gas hydrates are produced by placing dissolved gas molecules such as hydrocarbons such as methane and ethane, and various gas molecules such as carbon dioxide in an aqueous medium under a specific temperature and pressure, whereby water molecules surround the dissolved gas molecules. It is known to form as ice-like crystals. Generation of such gas hydrates causes problems such as clogging of transportation pipes for natural gas, for example, and suppression of the generation is desired.

このようなガスハイドレートの生成を抑制する上では、疎水性であるガス分子と水分子との間の相互作用の制御が重要となる。両親媒性高分子は、その親水性と疎水性の両方の性質を活かすことにより、ガス分子と水分子間との相互作用をより適当にコントロールすることができることが知られている。しかし、両親媒性高分子は、ガスハイドレートの結晶成長部位に接近しても離れやすい問題があり、ガスハイドレートの生成阻害の効果は未だ十分ではなかった。そのため、近年、より生成阻害効果に優れた高分子化合物の開発が求められていた。 In order to suppress the formation of such gas hydrates, it is important to control interactions between hydrophobic gas molecules and water molecules. It is known that amphipathic polymers can more appropriately control interactions between gas molecules and water molecules by making use of both hydrophilic and hydrophobic properties. However, amphipathic polymers have the problem that they tend to leave even if they approach the crystal growth site of gas hydrate, and the effect of inhibiting the formation of gas hydrate has not yet been sufficient. Therefore, in recent years, there has been a demand for the development of polymer compounds that are more effective in inhibiting production.

これに対し、本発明の高分子化合物は、従来の両親媒性高分子由来の両親媒性を活かしつつ、さらに、環状ユニットの包摂能により、さらに優れたガスハイドレートの生成阻害効果を発揮し得る。このような効果が発揮される詳しい機構は明らかではないが、本発明者らは以下のように考察する。 On the other hand, the polymer compound of the present invention exhibits an even better effect of inhibiting gas hydrate formation due to the encapsulating ability of the cyclic unit while making use of the amphipathic properties derived from conventional amphiphilic polymers. obtain. Although the detailed mechanism by which such an effect is exhibited is not clear, the present inventors consider as follows.

まず、本発明の高分子化合物を構成する環状ユニットは、その内側に疎水的な場を有し、且つその外側に親水性基を有しているため、外側の親水性基により水溶液中では安定に存在でき、且つその内側にある疎水的な場により、ガスハイドレートの生成核となる疎水性のガス分子(例えばメタンやエタン等)に容易に接近できる。さらに、近くに接近したガス分子を環状ユニットの疎水的な場において包摂することで、ガスハイドレートの結晶成長部位に本発明の高分子化合物を固定でき、離れ難くすることができると考えられる。その結果、このような環状ユニットに化学的に結合した両親媒性高分子ユニットは、ガスハイドレートの結晶成長部位において、ガスハイドレートの生成阻害効果を十分に発揮できると考えられる。 First, the cyclic unit that constitutes the polymer compound of the present invention has a hydrophobic field on the inside and a hydrophilic group on the outside. , and the hydrophobic field inside it allows easy access to hydrophobic gas molecules (eg, methane, ethane, etc.) that act as nuclei for gas hydrate formation. Furthermore, it is thought that by enclosing gas molecules that approach closely in the hydrophobic field of the cyclic unit, the polymer compound of the present invention can be fixed to the crystal growth site of the gas hydrate, making it difficult to separate. As a result, it is considered that the amphipathic polymer unit chemically bonded to such a cyclic unit can sufficiently exhibit the effect of inhibiting gas hydrate formation at the crystal growth site of the gas hydrate.

このような本発明の高分子化合物は、従来の両親媒性高分子に比べ、少量の使用で同等以上の生成阻害効果を発揮し得る。 Such a polymer compound of the present invention can exhibit a production inhibitory effect equal to or greater than that of a conventional amphipathic polymer when used in a small amount.

特に、ガスハイドレートの生成阻害剤として用いられる本発明の高分子化合物は、環状ユニットが、シクロデキストリン、カリックスアレーン、ククルビットウリル及びこれらの誘導体から選択される少なくとも一種の環状化合物由来であることが好ましく、中でもシクロデキストリン由来であることがより好ましい。また、このような高分子化合物は、両親媒性高分子ユニットが、N-ビニル-ε-カプロラクタム及びN-ビニルピロリドンから選択される少なくとも一種のモノマーが重合してなるポリマー由来であることが好ましく、中でもN-ビニル-ε-カプロラクタムが重合してなるポリマー由来であることがより好ましい。 In particular, in the polymer compound of the present invention used as a gas hydrate formation inhibitor, the cyclic unit is derived from at least one cyclic compound selected from cyclodextrin, calixarene, cucurbituril and derivatives thereof. is preferred, and among them, it is more preferred that it is derived from cyclodextrin. In such a polymer compound, the amphiphilic polymer unit is preferably derived from a polymer obtained by polymerizing at least one monomer selected from N-vinyl-ε-caprolactam and N-vinylpyrrolidone. Among them, it is more preferably derived from a polymer obtained by polymerizing N-vinyl-ε-caprolactam.

(高分子化合物の合成方法)
本発明の高分子化合物の合成方法は、特に限定されないが、例えば次のような方法により合成することができる。
なお、以下では、環状化合物としてはシクロデキストリン(CD)を、両親媒性高分子としてはポリビニルカプロラクタム(PVCap)をそれぞれ用いて説明するが、いずれもこれらに限定されるものではなく、上述の各種環状化合物及び両親媒性高分子を用いても、基本的には同様に行うことができる。
(Method for synthesizing polymer compound)
Although the method for synthesizing the polymer compound of the present invention is not particularly limited, it can be synthesized, for example, by the following method.
In the following description, cyclodextrin (CD) is used as the cyclic compound, and polyvinylcaprolactam (PVCcap) is used as the amphipathic polymer. Even if a cyclic compound and an amphiphilic polymer are used, basically the same procedure can be performed.

<方法1:CDとエステル結合を形成する方法>
まず、下記式(I)で示されるように、アゾ系ラジカル重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、重合用溶媒であるジメチルホルムアミド(DMF)及び連鎖移動剤としてのメルカプト酢酸の存在下で、ビニルカプロラクタム(VCap)を重合反応させ、末端にカルボキシ基を有するPVCap[高分子(A)]を合成する。
次に、下記式(II)で示されるように、チオニルクロライド(SOCl)を用いて、高分子(A)のカルボキシ基を塩素化し、末端に酸クロライド構造を有するPVCap[高分子(B)]を得る。
さらに、下記式(III)で示されるように、トリエタノールアミン(TEA)及びDMFの存在下で、高分子(B)とCDとを反応させ、エステル結合を形成して、新規の高分子化合物(X)を得る。なお、CDの複数(2~5箇所)の6位の水酸基が修飾される場合は、該修飾はランダムに行われてもよいし、ブロックで行われてもよい(以下のCDの修飾においても同じ。)。
<Method 1: Method of forming an ester bond with CD>
First, as shown by the following formula (I), azobisisobutyronitrile (AIBN) as an azo radical polymerization initiator, dimethylformamide (DMF) as a polymerization solvent, and mercaptoacetic acid as a chain transfer agent. Vinylcaprolactam (VCap) is polymerized in the presence of VCap to synthesize PVCcap [polymer (A)] having a terminal carboxyl group.
Next, as shown by the following formula (II), thionyl chloride (SOCl 2 ) is used to chlorinate the carboxyl groups of the polymer (A) to obtain PVCcap [polymer (B) ].
Furthermore, as shown by the following formula (III), in the presence of triethanolamine (TEA) and DMF, the polymer (B) and CD are reacted to form an ester bond to form a novel polymer compound. (X) is obtained. When multiple (2 to 5) hydroxyl groups at the 6-position of CD are modified, the modification may be performed randomly or in blocks (also in the following modification of CD same.).

Figure 0007161657000002
Figure 0007161657000002

<方法2:CDとアミド結合を形成する方法>
まず、下記式(IV)~(V)で示されるように、CDの6位の水酸基をアミノ基に置換した化合物(E)を得る。
さらに、下記式(VI)で示されるように、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)及び水溶性カルボジイミド(WSC)の存在下で、化合物(E)と、上記式(I)で得た末端にカルボキシ基を有するPVCap[高分子(A)]を反応させ、アミド結合を形成させ、新規の高分子化合物(Y)を得る。
<Method 2: Method of forming an amide bond with CD>
First, as represented by the following formulas (IV) to (V), a compound (E) is obtained in which the hydroxyl group at the 6-position of CD is substituted with an amino group.
Furthermore, as shown in the following formula (VI), in the presence of 1-hydroxybenzotriazole (HOBt) and water-soluble carbodiimide (WSC), the compound (E) and the terminal carboxyl obtained in the above formula (I) A group-containing PVC Cap [polymer (A)] is reacted to form an amide bond to obtain a novel polymer compound (Y).

Figure 0007161657000003
Figure 0007161657000003

<方法3:CDを連鎖移動剤に変換して使用する方法>
例えば、以下のいずれかの方法で行うことができる。
<方法3-1>
下記式(VII)で示されるように、上記式(V)で得た化合物(E)と、ジチオグリコール酸とを反応させ化合物(F)を作製し、下記式(VIII)で示されるように、化合物(F)を還元して-SHを有するCD[化合物(G)]を得る。
そして、下記式(IX)で示されるように、アゾ系ラジカル重合開始剤であるAIBNの存在下で、化合物(G)を連鎖移動剤として用いて、VCapを重合反応させ、新規の高分子化合物(Y)を得る。
<Method 3: Method of converting CD into a chain transfer agent and using it>
For example, it can be carried out by any of the following methods.
<Method 3-1>
As shown by the following formula (VII), the compound (E) obtained by the above formula (V) is reacted with dithioglycolic acid to prepare a compound (F), and as shown by the following formula (VIII) , the compound (F) is reduced to give CD [compound (G)] with —SH.
Then, as represented by the following formula (IX), in the presence of AIBN, which is an azo radical polymerization initiator, VCap is polymerized using compound (G) as a chain transfer agent to obtain a novel polymer compound. (Y) is obtained.

Figure 0007161657000004
Figure 0007161657000004

<方法3-2>
下記式(X)で示されるように、上記式(IV)の化合物(C)と、チオ尿素とを反応させ化合物(H)を作製し、下記式(XI)で示されるように、化合物(H)を還元して-SHを有するCD[化合物(I)]を得る。
そして、下記式(XII)で示されるように、アゾ系ラジカル重合開始剤であるAIBNの存在下で、化合物(I)を連鎖移動剤として用いて、VCapを重合反応させ、新規の高分子化合物(Z)を得る。
<Method 3-2>
As shown by the following formula (X), the compound (C) of the above formula (IV) is reacted with thiourea to prepare the compound (H), and as shown by the following formula (XI), the compound ( H) is reduced to give CD [compound (I)] with —SH.
Then, as represented by the following formula (XII), in the presence of AIBN, which is an azo radical polymerization initiator, VCap is polymerized using compound (I) as a chain transfer agent to obtain a novel polymer compound. (Z) is obtained.

Figure 0007161657000005
Figure 0007161657000005

なお、本発明の化合物は、例えば上記のような方法により合成することができるが、上記以外の方法で合成してもよい。 The compound of the present invention can be synthesized, for example, by the methods described above, but may be synthesized by methods other than those described above.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various aspects within the scope of the present invention including the concept of the present invention and the scope of claims. can be modified to

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is by no means limited to the following examples.

(製造例1)
反応容器にβ-シクロデキストリン(東京化成工業株式会社製)12gを入れ、172mLのイオン交換水に溶解させ、反応溶液を得た。0℃にて、反応溶液に、水酸化ナトリウム(和光純薬工業株式会社製)4.5mol/L水溶液12mLを、2分かけてゆっくりと加えた。続けて、この反応溶液に、p-トルエンスルホニルクロライド(東京化成工業株式会社製)2.89gをアセトニトリル(ナカライテスク株式会社製)6.6mLに溶解させた溶液を、滴下させながらゆっくりと加えた。この反応溶液を、室温にて4時間反応させた後、塩酸(和光純薬工業株式会社製)3mol/L溶液を用いて、反応溶液のpHを6に調製した。その後、沈殿物を回収し、トシル化CD(上記化合物(C))を得た。
(Production example 1)
12 g of β-cyclodextrin (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was placed in a reaction vessel and dissolved in 172 mL of deionized water to obtain a reaction solution. At 0° C., 12 mL of a 4.5 mol/L aqueous solution of sodium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was slowly added over 2 minutes to the reaction solution. Subsequently, a solution obtained by dissolving 2.89 g of p-toluenesulfonyl chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in 6.6 mL of acetonitrile (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd.) was slowly added dropwise to the reaction solution. . After reacting this reaction solution at room temperature for 4 hours, the pH of the reaction solution was adjusted to 6 using a 3 mol/L solution of hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Thereafter, the precipitate was collected to obtain tosylated CD (compound (C) above).

合成した上記トシル化CD3.01gと、チオ尿素(ナカライテスク株式会社製)1.78gとを、DMF(関東化学株式会社製、無水)120mLに溶解させ、窒素ガス雰囲気下、75℃で48時間撹拌させた。この反応溶液を空冷後、ジエチルエーテル(ナカライテスク株式会社製)に、生成物を再沈殿させ、沈殿物を回収し、さらにアセトンを用いた再結晶により、沈殿物を回収した。得られた沈殿物を、ピロ亜硫酸ナトリウム(Na、ナカライテスク株式会社製)を用いて還元し、凍結乾燥法により精製し、CD誘導体である連鎖移動剤(上記化合物(I))を得た。 3.01 g of the synthesized tosylated CD and 1.78 g of thiourea (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd.) were dissolved in 120 mL of DMF (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., anhydrous), and the mixture was dissolved in a nitrogen gas atmosphere at 75° C. for 48 hours. allowed to stir. After cooling the reaction solution with air, the product was reprecipitated in diethyl ether (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) to collect the precipitate, which was then recrystallized using acetone to collect the precipitate. The resulting precipitate is reduced using sodium pyrosulfite (Na 2 S 2 O 5 , manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd.), purified by a freeze-drying method, and a CD derivative chain transfer agent (the above compound (I) ).

合成した上記連鎖移動剤103mgと、N-ビニルカプロラクタム(東京化成工業株式会社製)1.106gと、DMF1.11mLと、AIBN(和光純薬工業株式会社製)3.68mgとをフラスコに入れ、窒素ガスバブリングを2分間行った後、80℃にて、反応を開始した。16時間後、反応溶液を空冷させ、ジエチルエーテルに再沈殿させ、遠心分離により、目的物である高分子化合物を分離精製した。 103 mg of the synthesized chain transfer agent, N-vinylcaprolactam (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 1.106 g, DMF 1.11 mL, and AIBN (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 3.68 mg were placed in a flask, After bubbling nitrogen gas for 2 minutes, the reaction was started at 80°C. After 16 hours, the reaction solution was air-cooled, reprecipitated in diethyl ether, and centrifuged to separate and purify the target polymer compound.

得られた化合物の同定は、核磁共鳴装置(株式会社JEOL RESONANCE製、JNM-ECX400)を用いたH-NMR測定と、MALDI-TOF/MS装置(BRUKER社製、AutoflexII)を用いた質量分析と、GPC測定装置(株式会社島津製作所、ProminenceGPCシステム、検出器:RI、UV)を用いた分子量測定とにより行った。同定の結果、CDに分子量が約1300~4000のPVCapが直接結合した、本発明の高分子化合物(上記化合物(Z))の合成を確認した。 The obtained compound was identified by 1 H-NMR measurement using a nuclear magnetic resonance apparatus (JNM-ECX400, manufactured by JEOL RESONANCE Co., Ltd.) and mass spectrometry using a MALDI-TOF/MS apparatus (AutoflexII, manufactured by BRUKER). and molecular weight measurement using a GPC measurement device (Shimadzu Corporation, Prominence GPC system, detector: RI, UV). As a result of the identification, synthesis of the polymer compound of the present invention (compound (Z) above) in which PVCap having a molecular weight of about 1300 to 4000 was directly bound to CD was confirmed.

[評価]ガスハイドレートの生成阻害性能の評価方法
阻害剤のガスハイドレートの生成阻害性能は、以下の方法で評価した。
(1)まず、食塩(NaCl)26.28gと、テトラヒドロフラン(THF、99.9%、関東化学株式会社製)170gとを混合し、更に水を加えて、最終的に900mLになるようにTHF/NaCl水溶液を調製する。このTHF/NaCl水溶液80mLを100mLのガラス製のビーカーに入れる。
(2)次に、阻害剤0.16gを上記ビーカーのTHF/NaCl水溶液に加え、阻害剤の濃度が0.2質量%の溶液を調製する。なお、阻害剤は、下記実施例1、比較例1及び2のとおりである。
(3)上記(2)で調製した阻害剤/THF/NaCl水溶液のビーカーを、-0.5℃(±0.05℃)に設定された冷却槽内に設置する。
(4)そして5分おきに溶液を攪拌し、20分間冷却する。
[Evaluation] Method for evaluating gas hydrate formation inhibition performance The gas hydrate formation inhibition performance of the inhibitor was evaluated by the following method.
(1) First, 26.28 g of common salt (NaCl) and 170 g of tetrahydrofuran (THF, 99.9%, manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) are mixed, water is added, and THF is added so that the final volume becomes 900 mL. / NaCl aqueous solution is prepared. 80 mL of this THF/NaCl aqueous solution is placed in a 100 mL glass beaker.
(2) Next, 0.16 g of the inhibitor is added to the THF/NaCl aqueous solution in the beaker to prepare a solution having an inhibitor concentration of 0.2% by mass. In addition, inhibitors are as described in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 below.
(3) Place the beaker of the inhibitor/THF/NaCl aqueous solution prepared in (2) above in a cooling bath set at -0.5°C (±0.05°C).
(4) Stir the solution every 5 minutes and cool for 20 minutes.

(5)次に、ガラスチューブ(径7mm)に、-10℃に保たれた氷を充填する。
(6)このガラスチューブの先を、上記冷却された阻害剤/THF/NaCl水溶液の少なくとも半分まで浸して、30分間冷却する。冷却槽としては、高低温サーキュレーター(F12-ED、ユラボ社製)を使用した。
(5) Next, a glass tube (diameter 7 mm) is filled with ice kept at -10°C.
(6) Immerse the tip of the glass tube at least halfway in the chilled inhibitor/THF/NaCl aqueous solution and cool for 30 minutes. A high-low temperature circulator (F12-ED, manufactured by JULABO) was used as the cooling bath.

(7)そして、チューブの端で、30分間、THFハイドレートを結晶成長させる。その後、チューブを取り出し、THFハイドレートの形態の確認とその生成量を測定し、生成速度(g/分)を算出する。生成速度が小さいほど、阻害剤の阻害効果が大きいことを意味する。 (7) Then, THF hydrate is allowed to crystallize at the end of the tube for 30 minutes. After that, the tube is taken out, the form of THF hydrate is confirmed, the amount of THF hydrate produced is measured, and the production rate (g/min) is calculated. A smaller production rate means a greater inhibitory effect of the inhibitor.

(実施例1)
評価1の阻害剤として、製造例1で作製した高分子化合物を使用した。このとき、生成物の形態はシャーベット状で、生成速度は0.89g/分であった。
(Example 1)
As the inhibitor for evaluation 1, the polymer compound produced in Production Example 1 was used. At this time, the form of the product was sherbet-like, and the production rate was 0.89 g/min.

ここで、シャーベット状とは、完全に固形化した結晶物ではなく、細かな結晶の集まりで、流動性のある状態を指す(以下においても同じ)。通常、阻害剤を用いない場合は、生成物の結晶成長が進み、生成物は塊となって固形化し、ガスパイプ等の詰まりの要因となる。しかし、生成物がシャーベット状であれば、適度な流動性を確保できるため、ガスパイプ等のつまりが抑制される。 Here, the term "sherbet-like" refers to a fluid state in which fine crystals are aggregated rather than completely solidified crystals (the same applies hereinafter). Normally, when no inhibitor is used, the crystal growth of the product proceeds, and the product solidifies in lumps, causing clogging of gas pipes and the like. However, if the product is sherbet-like, it is possible to ensure adequate fluidity, so clogging of gas pipes and the like can be suppressed.

なお、シャーベット状の生成物は、固形の結晶物と違い、結晶と水とを完全に分離することはできない。そのため、生成速度を算出した際の生成量は、シャーベット状の生成物を回収した際に、薬さじを用いてビーカーの淵で適度に水切りを行い、そのまま水を含んだ状態で測定した値を用いた(以下においても同じ)。 In the sherbet-like product, unlike solid crystals, the crystals and water cannot be completely separated. Therefore, when calculating the production rate, the amount of production is the value measured when the sherbet-like product is collected, drained moderately at the edge of the beaker using a medicine spoon, and contains water as it is. (same below).

(比較例1)
評価1の阻害剤として、下記の方法で合成したPVCapを使用した。このとき、生成物はシャーベット状で生成速度は1.40g/分であった。
(Comparative example 1)
As an inhibitor for evaluation 1, PVCap synthesized by the following method was used. At this time, the product was sherbet-like and the production rate was 1.40 g/min.

比較例1で用いたPVCapは、以下の方法で合成した。
まず、メルカプト酢酸(和光純薬工業株式会社製)1.26mLと、N-ビニルカプロラクタム21.0gと、DMF102mLと、AIBN0.342gとをフラスコに入れ、窒素ガスバブリングを2分間行った後、80℃にて、反応を開始した。8時間後、反応溶液を空冷させ、ジエチルエーテルに再沈殿させ、遠心分離により、PVCapを分離精製した。
なお、上記と同様の方法で化合物の同定を行った結果、分子量が約2000のPVCap(上記化合物(A))の合成を確認した。
The PVCcap used in Comparative Example 1 was synthesized by the following method.
First, 1.26 mL of mercaptoacetic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 21.0 g of N-vinylcaprolactam, 102 mL of DMF, and 0.342 g of AIBN were placed in a flask, and nitrogen gas was bubbled for 2 minutes. °C, the reaction was initiated. After 8 hours, the reaction solution was air-cooled, reprecipitated in diethyl ether, and separated and purified by centrifugation to PVCcap.
As a result of identification of the compound by the same method as above, the synthesis of PVCap (compound (A) above) having a molecular weight of about 2000 was confirmed.

(比較例2)
評価1の阻害剤として、比較例1で用いたPVCapとβ-シクロデキストリンの混合物(混合比は、重量比で1:1)を使用した。このとき、生成物はシャーベット状で生成速度は1.61g/分であった。
(Comparative example 2)
As an inhibitor for evaluation 1, the mixture of PVCcap and β-cyclodextrin used in Comparative Example 1 (mixing ratio: 1:1 by weight) was used. At this time, the product was sherbet-like and the production rate was 1.61 g/min.

本発明の高分子化合物は、THFハイドレートの生成を抑制する阻害剤として効果的であることが確認された(実施例1)。これに対し、従来阻害剤として用いられていたPVCapは、本発明の高分子化合物に比べて、THFハイドレートの生成を抑制する効果が劣ることが確認された(比較例1及び2)。 It was confirmed that the polymer compound of the present invention is effective as an inhibitor for suppressing the production of THF hydrate (Example 1). On the other hand, it was confirmed that PVCap, which has been conventionally used as an inhibitor, is inferior to the polymer compound of the present invention in the effect of suppressing the formation of THF hydrate (Comparative Examples 1 and 2).

特に、実施例1と比較例2との対比からもわかるように、THFハイドレートの生成阻害効果は、PVCapとβ-シクロデキストリンとが化学的な結合により一体となっている場合の方が、PVCapとβ-シクロデキストリンとを単に混ぜ合わせただけの場合に比べて、大きくなることが確認された。 In particular, as can be seen from the comparison between Example 1 and Comparative Example 2, the THF hydrate formation inhibitory effect is higher when PVCCap and β-cyclodextrin are chemically bonded together. It was confirmed that the size increased compared to the case where PVCCap and β-cyclodextrin were simply mixed.

Claims (4)

包摂能を有する環状ユニットと、該環状ユニットに化学的に結合した両親媒性高分子ユニットとを有する高分子化合物であって、
前記環状ユニットが、内側に疎水的な場を有し、且つ外側に親水性基を有し、
前記両親媒性高分子ユニットが、N-ビニル-ε-カプロラクタム及びN-ビニルピロリドンから選択される少なくとも一種のモノマーのみが重合してなるポリマー由来である、高分子化合物。
A polymer compound having a cyclic unit having encapsulating ability and an amphipathic polymer unit chemically bonded to the cyclic unit,
the cyclic unit has a hydrophobic site on the inside and a hydrophilic group on the outside;
A polymer compound, wherein the amphipathic polymer unit is derived from a polymer obtained by polymerizing only at least one monomer selected from N-vinyl-ε-caprolactam and N-vinylpyrrolidone.
包摂能を有する環状ユニットと、該環状ユニットに化学的に結合した両親媒性高分子ユニットとを有する高分子化合物であって、 A polymer compound having a cyclic unit having encapsulating ability and an amphipathic polymer unit chemically bonded to the cyclic unit,
前記環状ユニットが、内側に疎水的な場を有し、且つ外側に親水性基を有し、 the cyclic unit has a hydrophobic site on the inside and a hydrophilic group on the outside;
前記両親媒性高分子ユニットが、N-ビニル-ε-カプロラクタムが重合してなるポリマー由来である、高分子化合物。 A polymer compound, wherein the amphipathic polymer unit is derived from a polymer obtained by polymerizing N-vinyl-ε-caprolactam.
前記環状ユニットが、シクロデキストリン、カリックスアレーン、ククルビットウリル及びこれらの誘導体から選択される少なくとも一種の環状化合物由来である、請求項1又は2に記載の高分子化合物。 3. The polymer compound according to claim 1, wherein the cyclic unit is derived from at least one cyclic compound selected from cyclodextrin, calixarene, cucurbituril and derivatives thereof. 前記両親媒性高分子ユニットが、前記環状ユニット1単位に対し、1単位以上8単位以下結合してなる、請求項1~3のいずれか1項に記載の高分子化合物。 4. The polymer compound according to any one of claims 1 to 3, wherein the amphipathic polymer unit is bonded to 1 unit or more and 8 units or less with respect to 1 unit of the cyclic unit.
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