JPH08503850A - 酵素的合成 - Google Patents

酵素的合成

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Abstract

(57)【要約】 繰り返し単位として、(i)少なくとも1種の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸、またはその誘導体の残基;あるいは(ii)(a)少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体の残基、(b)少なくとも1種の脂肪族ヒドロキシアミン、ジオール、ポリオール、ジアミンまたはポリアミンの残基、および所望により(c)少なくとも1種の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸またはその誘導体の残基を含むポリエステルの製造方法であって、(i)で定義した成分または(ii)で定義した成分を、溶剤の不在下で、かつリパーゼの存在下で反応させることからなる、上記ポリエステルの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】 酵素的合成 本発明は、モノマーの酵素的触媒反応によるポリエステルまたはポリエステル (アミド)の製造方法、およびこの方法のより得られる独特の特性を有するポリ エステルまたはポリエステル(アミド)に関する。 ポリエステルは、例えば自動車産業における成形体として主に用いられる産業 用生成物としてよく知られている。ポリエステルは、ポリウレタン(これも成形 体の形成に用いられる)の製造における中間体としても興味深い。ポリエステル は、イソシアナートと反応してポリウレタンを形成する。得られるポリウレタン の特性は、少なくとも一部はポリエステルの特性に依存する。 ポリエステルは、典型的には、高められた温度、強い酸および長い反応時間を 用いる化学的触媒反応により製造される。エステル化反応、エステル交換反応お よび加水分解反応の間の競合は、生成物の分子量を制限する。更に、これらの反 応は、相当量の希望しない副生成物、例えば環状エステルの形成を伴い、触媒の 除去が困難であるという追加の欠点を有する。そのほか、平衡を生成物側に進め るために、反応水を除去する必要がある。副生成物および残留触媒の存在が所望 物質の特性を劣化しない場合であっても、副生成物の形成を防ぎ、かつ主反応後 にそれらを除去するために、複雑な手はずが必要である(例えばEP-A-0425201参 照)。 ポリエステル(アミド)は、1960年代および1970年代に成形体用材料として流 行したが、これらは老化すると黄変することが認められたので、人気が少なくな った。最近、ポリエステル(アミド)に対する需要、特にアジピン酸/メチルエ タノールアミンを基礎とするものに対する需要が増加している。しかしながら、 メチルエタノールアミンは比較的低い沸点を有するので、反応を極めて高い圧力 で行なわない限り、従来の化学的に触媒される高温ポリエステル化反応には使用 できない。 本発明は、リパーゼ酵素の使用により、化学的触媒反応の困難を克服しようと するものである。リパーゼは、かつて、単純なエステル化反応およびエステル交 換反応(例えばEP-A-0383405参照)、および立体選択的オリゴマー化反応(例え ばMargolin A.L.et al.,Tet.Letters28:1607-1610(1987)参照)のため に用いられることが知られているが、ポリエステル化反応においては、リパーゼ は限られた場合にしか使用されなかった。特にWallace and Morrow,J.Polymer Science Part A, 27,2553-2562(1989)およびGutman,Mat.ResSoc.Symp .Proc. ,174,217-222(1990)は、エステル部分が高度に活性化されたジカルボ ン酸ジエステル(2,2,2,-トリクロロエステル)から、またはヒドロキシカルボ ン酸のエステルおよびヒドロキシジカルボン酸のジエステルから出発して、高い 重量平均分子量を有するポリエステルを生成するのに成功した。しかしながら、 これらの方法は有機溶剤の使用に頼っていた。 本発明は、無溶剤の酵素的ポリエステル化方法に関し、この方法は、これまで の化学的および酵素的技術の欠点を回避するのみならず、注目すべきことに、高 い重量平均分子量および狭い分布を有し、また、希望しない副生成物を含まない という点で極めて純粋なポリエステルおよびポリエステル(アミド)を与える。 本発明は更に、この方法により得られる新規なポリエステルおよびポリエステル (アミド)を提供する。 本発明は、一つの態様において、 繰り返し単位として、 (i)脂肪族ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸、またはその誘導体; あるいは (ii)(a)少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体の残基、 (b)少なくとも1種の脂肪族ヒドロキシポリアミン、ジオール、ポリオール、 ジアミンまたはポリアミンの残基、および所望により(c)少なくとも1種の脂 肪族ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸またはその誘導体の残基 を含むポリエステルの製造方法であって、 (i)で定義した成分または(ii)で定義した成分を、溶剤の不在下で、かつ リ パーゼの存在下で反応させることからなる前記ポリエステルの製造方法を提供す る。 ここで用いられるように、”ポリエステル”なる用語は、本発明の方法により 、ここで定義したモノマーの任意の好適な組み合わせから製造される物質を包含 することが意図されており、この用語は、アミノ基を有する少なくとも1種のモ ノマーから製造されるポリエステル(アミド)を包含する。 本方法は二つの段階で進行すると考えることができる。第一段階は、オリゴマ ー化段階であり、最初のモノマーの実質的に全てが反応してオリゴマーを生成し た時に完結する。第二段階は、生成したオリゴマーがポリエステルまたはポリエ ステル(アミド)に変換することと考えることができる。 本発明の方法に用いるのに好適な脂肪族ヒドロキシカルボン酸としては、式: HOCH2−R1−CO2H (式中、R1は結合であるか、または置換または非置換C1〜C12アルキル基の2 価の残基であり、この基は場合により1個または数個の炭素-炭素二重結合およ び場合により1個または数個の炭素-炭素三重結合を有する)で表されるものが 挙げられる。 本発明の方法に用いるのに好適な脂肪族アミノカルボン酸としては、式: RHNCH2−R1−CO2H (式中、Rは水素またはC1〜C12アルキル基であり、R1は結合であるか、また はR1について定義した2価の残基である)で表されるものが挙げられる。 好適な脂肪族ジカルボン酸としては、式: HO2C−R5−CO2H (式中、R5は結合であるか、またはR1について定義した2価の残基である)で 表されるものが挙げられる。 好適な脂肪族ジオールとしては、式: HOCH2−R6−CH2OH (式中、R6は結合であってよく、またはR1について定義した2価の残基である )で表されるものが挙げられる。 好適な脂肪族ポリオールとしては、式: HOCH2−R7−CH2OH (式中、R7はR1について定義した2価の残基であり、かつ少なくとも1個のヒ ドロキシ置換基を有する)で表されるものが挙げられる。 好適な脂肪族ジアミンとしては、式: R10HNCH2−R8−CH2NHR11 (式中、R8は結合であってよく、またはR1について定義した2価の残基であり 、R10およびR11はそれぞれRについて定義した2価の残基である)で表される ものが挙げられる。 好適な脂肪族ポリアミンとしては、式: R12HNCH2−R9−CH2NHR13 (式中、R9はR1について定義した2価の残基であり、かつ少なくとも1個のア ミノ置換基を有し、R12およびR13は同一でも異なってもよく、それぞれ水素ま たはC1〜C12アルキル基である)で表されるものが挙げられる。 好適な脂肪族ヒドロキシアミンとしては、式: R14HNCH2−R15−CH2OH (式中、R15は結合であるか、またはR1について定義した2価の残基であり、 R15は水素またはC1〜C12アルキル基である)で表されるものが挙げられる。 前記のC1〜C12アルキル基のそれぞれは、置換されていても非置換でもよく 、そして環状、分岐状または直鎖状であってよく、場合により少なくとも1個の 炭素-炭素二重結合(シス-またはトランス-配座)を有し、かつ場合により少な くとも1個の炭素-炭素三重結合を有する。C1〜C12アルキル基が2個以上の災 素-炭素二重結合または三重結合を有する場合は、これらの結合は共役でも非兵 役でもよい。C1〜C12アルキル基は、場合により1個または数個の置換基(2 個以上の置換基がある場合、これら置換基は同一でも異なってもよい)で置換さ れており、それぞれハロゲン原子、例えば弗素、塩素または臭素、ヒドロキシル 、−NHR2(R2は水素またはC1〜C12アルキルである)、−OR3(R3は水 素またはC1〜C12アルキルである)、および−CO24(R4は水素またはC1 〜C12アルキルである)から選択される。 好ましくは、ジオールは2〜14個の炭素原子を有し、α,ω-ジオールであり 、例えば1,4-ブタンジオール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、プ ロピレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサン-1,6-ジオールまたはドデカ ン-1,12-ジオール、最も好ましくは1,4-ブタンジオールである。 好ましくは、ジアミンはα,ω-ジアミンであり、例えばエチレンジアミン、 プロピレンジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサン -1,6-ジアミンまたはドデカン-1,12-ジアミンである。好ましくは、ヒドロキシ アミンはN-メチルエタノールアミン、エタノールアミンまたはジエタノールアミ ンである。好ましくは、ポリアミンは3個、4個または5個のアミノ基を有する 。好ましくは、ジ酸は2〜14個の炭素原子を有し、例えばシュウ酸、コハク酸、 フマル酸、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸、マレイン酸またはアジピン酸 である。アジピン酸が最も好ましい。 好ましくは、ヒドロキシカルボン酸は2〜14個の炭素原子を有し、例えばグリ コール酸、乳酸、2-ヒドロキシ酪酸、2-ヒドロキシイソ酪酸、2-ヒドロキシカプ ロン酸、2-ヒドロキシイソカプロン酸、クエン酸またはリンゴ酸である。好まし くは、アミノカルボン酸は4-アミノ酪酸、6-アミノカプロン酸、12-アミノドデ カン酸または7-アミノヘプタン酸である。 ここで用いられるように、”カルボン酸誘導体”なる用語は、エステル、アミ ドおよび酸無水物を指す。ジ酸のエステルはモノエステルでもジエステルでもよ く、例えばモノまたはジアルキルエステルである。好ましくは、そのアルキル基 は、それぞれ1〜4個の炭素原子を有し、より好ましくはその誘導体はメチルま たはエチルエステルまたはジエステル、最も好ましくはアジピン酸メチルまたは アジピン酸ジメチルである。 ジエチレングリコールは、他の好適なジオールよりも低い活性を有するので、 ジエチレングリコールをモノマーとして用いる場合には、より高い温度で(この 場合は分布が比較的広い)、または低温で長期間、反応を行なう必要がある。 ポリオールは少なくとも3個のヒドロキシル基を有し、そのうち少なくとも2 個は立体障害されていない第一級または第二級ヒドロキシル基であることを要す る。好ましくは、ポリオールは3個、4個または5個のヒドロキシ基を有する。 第三級ヒドロキシル基、あるいは立体障害された第一級または第二級ヒドロキシ ル基は、本発明の条件下では反応しないようであるが、それにもかかわらず、続 いてイソシアナートと反応させる場合に分岐点を提供するであろう。好ましいポ リオールとしては、ペンタエリスリトールおよびトリオール、特にグリセロール が挙げられる。グリセロールを使用すると、酵素が第一級ヒドロキシル基を優先 的にエステル化し、第二級ヒドロキシル基が立体的に障害されるので、一般的に 線状ポリマーを生じるが、ある種の酵素を用いて分岐状生成物を得ることができ る。 本発明のポリエステルは、線状でも分岐状でもよい。ペンダントヒドロキシル 基またはアミノ基を有する分岐状ポリマーおよび線状ポリマーは、一般的に、少 ない割合の分岐状多官能性モノマー、例えばトリメチロールプロパン(TMP)、 ジメチロールプロパン酸(DMPA)、ペンタエリスリトール(PE)またはグリセロ ールを導入することにより形成される。このようなモノマーの導入は、線状およ び分岐状ポリエステルの両方を生じさせる。生成した線状ポリエステルは、一般 的にペンダントヒドロキシル基を有し、これらの基は、ポリエステルをイソシア ナートと共に急冷する(quenching)場合に分岐/架橋に導く。 類似の手段により、ポリアミンを用いて分岐点を導入することができる。 同様に、ヒドロキシ酸は、立体的に障害されていない第一級または第二級ヒド ロキシル基を有する必要がある。好ましいヒドロキシ酸は、ヒドロキシ-直鎖状 脂肪族カルボン酸である。第一級または第二級ヒドロキシル基に関して上記した 優先性(または好ましさ:preference)は、ヒドロキシアミン、アミノカルボン 酸、ジアミンおよびポリアミンに存在するアミノ基にも同様に適用される。 高い希釈度で、ある種のヒドロキシカルボン酸はラクトンを形成する傾向を有 し、従ってこのようなヒドロキシカルボン酸を本発明方法に用いる場合には、希 望しないラクトン形成反応を回避するために、これらの酸を高濃度でのみ使用す ることが好ましい。 本発明方法に用いられる温度が、従来の化学的に触媒されるポリエステル化反 応温度と比較して低いために、ジ酸およびヒドロキシ酸、例えばシュウ酸、乳酸 およびグリコール酸(これらの酸は高められた温度で脱炭酸する)を用いること ができ、従ってこれまでの方法では一般的にアクセスできなかったポリエステル の製造が可能である。 一つの態様において、本発明方法により製造されるポリエステルは、1種また は数種のヒドロキシ酸の繰り返し単位からなることができる。 他の態様において、本発明方法により製造されるポリエステルは、ジ酸および ジオール;ジ酸およびポリオール;ジ酸、ジオールおよびポリオール;ジ酸、ジ オールおよびヒドロキシ酸;ジ酸、ポリオールおよびヒドロキシ酸;ジ酸、ジオ ール、ポリオールおよびヒドロキシ酸;ジ酸、ジオールおよびヒドロキシアミン の繰り返し単位、あるいはモノマーの他の好適な組み合わせ、例えばジ酸がその メチルエステルまたはエチルエステル誘導体で置き換えられた組み合わせの繰り 返し単位を含むか、あるいはこれら繰り返し単位からなることができる。モノマ ーの好ましい組み合わせは次のものである。アジピン酸/ブタンジオール/エタ ノールアミン、アジピン酸ジメチル/1,4-ブタンジオール、アジピン酸/メチル エタノールアミン、エタノールアミン/アジピン酸、ジエタノールアミン/アジ ピン酸、エタノールアミン/アジピン酸ジメチル、N-メチルエタノールアミン/ アジピン酸ジメチル、ジエタノールアミン/アジピン酸ジメチル、アジピン酸/ グリセロール、アジピン酸/1,4-ブタンジオール、アジピン酸/ジエチレングリ コール、アジピン酸/ジエチレングリコール/グリセロール、アジピン酸/ジエ チレングリコール/トリメチロールプロパン、ジエチレングリコール/アジピン 酸/ジメチロールプロパン、アジピン酸/1,6-ヘキサンジオール。 一般的に、反応関与体の反応性カルボキシル基と、反応関与体の反応性ヒドロ キシ基およびアミノ基は、実質的に等しい数で存在する。反応は化学量論的不均 衡で行なうことができるが、その結果、反応関与体を等モル量で用いた場合より も低い重量平均分子量を有する生成物が一般的に生成する。しかしながら、本発 明の特別な態様においては、末端酸単位あるいは末端ヒドロキシまたはアミノ単 位を有するポリエステルが得られるように、比率をわずかに調節することができ る。末端酸単位を有するポリエステルは種々の塗料組成物に有用である一方、末 端ヒドロキシ単位を有するポリエステルは、ポリウレタンの製造においてソフト セグメントとして使用できる。特に、酸基とヒドロキシル基およびアミノ基との モル比は、ヒドロキシル-またはアミノ-末端生成物が得られるように、1:1〜 1:1.1が好ましい。 生成したポリマーが末端ヒドロキシル基またはアミノ基を有する場合には、最 初の反応混合物中に存在するヒドロキシル基またはアミノ基の過剰量を変えるこ とにより、得られるポリマーの長さを変えることができる。例えば、反応混合物 中の酸基の数に対するヒドロキシル基またはアミノ基の量を増加させると、より 短い鎖長を有するポリマーが生成するであろう。 本発明の方法に用いられる酵素は、不活性担体、例えば陰イオン交換樹脂、ア クリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂の ようなポリマー上に結合されていてもよく、あるいは遊離形態で使用することも できる。酵素が不活性担体上に結合されている場合、複雑な精製段階の必要なし に酵素を反応混合物から容易に除去することができる(例えば濾過により)。好 ましくは、酵素は反応混合物から回収され、再使用される。好ましくは、酵素は 単離形態で存在する。 酵素は、反応が完結に至るまで反応容器中に存在していてもよい。あるいは、 反応の初期オリゴマー化段階が完結した後に、酵素を反応容器から除去してもよ い。ヒドロキシル基および/またはアミノ基が過剰に存在している場合、カルボ ン酸含有モノマー全てが反応して酸/塩基付加物を形成したときに、初期段階は 完結する。反応の第一段階が完結した後に、例えば濾過により酵素を除去するこ とができる。 初期オリゴマー化段階が完結した直後に酵素を除去した場合、得られたオリゴ マーをポリエステルに変換する更なる段階は、水または他の縮合生成物(例えば モノマーとしてカルボン酸のメチルまたはエチルエステルを用いた場合はメタノ ールまたはエタノール)を除去して行なう必要があり、この除去により反応は生 成物の形成の方にに進められる。 初期オリゴマー化段階後に酵素を除去することは、ポリエステルまたはポリエ ステル(アミド)への変換中の酵素の損傷を回避するにの有利である。反応が進 行すると、反応関与体の粘度が上昇し、反応混合物の攪拌に必要な上昇した剪断 力は、酵素への損傷を引き起こすことがある。加えて、オリゴマーのポリエステ ルへの変換は、反応温度を少なくとも80℃に、例えば少なくとも85℃、90℃)95 ℃または100℃に高めることにより促進できる。これらの高い温度は、酵素の変 性を引き起こすことがあり、これは一般的に非可逆的である。従って、初期オリ ゴマー化段階が完結した後に酵素を反応混合物から除去することが有利である。 驚くべきことに、初期オリゴマー化段階の完結後に酵素を除去すると、水(ま たは他の縮合生成物)の除去により反応を駆りたてることができ、従来技術で用 いられた過酷な条件を採用する必要がない。 好適な酵素は商業的に入手しうるリパーゼである。全てのリパーゼが実質的量 の水の存在下でポリエステル化触媒として機能するわけではないので(その一例 はMucor meiheiからのリパーゼである)、反応中に水を除去して酵素の活性を保 持するか、あるいは水が存在する場合に機能する酵素を選択する必要があろう。 驚くべきことに、本発明の反応に用いられる酵素の多くは水の存在下でもなお 活性であることが見出された。従って、酵素を反応混合物から、一般的に初期オ リゴマー化反応後に除去した場合にだけ、水の除去が必要である。酵素を反応中 ずっとそのままにしておく場合には、水の除去は、厳密に必要ではないが、好ま しい。 本発明方法に使用するのに好適な酵素は、Candida antarcticaから誘導される リパーゼ、非特異的トリアシルグリセロールリパーゼ[E.C. no.3.1.1.3]、例え ばNovo Industri ASから入手しうるNovozym435(登録商標)であり、この商品に おいて酵素はマクロ多孔質アクリル樹脂上に固定化されている。この酵素は、組 み換えDNA技術により商業的に得ることができ、天然配列または遺伝子工学的 なその修飾体を有するが、所望により微生物から抽出してもよい。他の好適なリ パーゼは、当業者の能力の範囲内にある簡単な試行錯誤実験法によって同定でき る。 酵素の活性は反応混合物中に存在する物質により影響されることがあり、例え ば C.antarcticaからのリパーゼはグリセロールにより阻害される。分岐状多 官能性モノマー、特に第二級アルコールを初期反応混合物中に含ませないことが 好ましいが、その添加を反応が開始した後まで遅らせて、酵素活性の低下を回避 することが好ましい。例えば初期オリゴマー化段階の完結後に酵素を除去するま では、分岐状多官能性モノマーを反応混合物に添加しないことが好ましい。反応 開始の少なくとも12時間、例えば少なくとも14時間、16時間または24時間に、分 岐状多官能性モノマーを反応混合物に添加する場合、酵素が反応混合物中にまだ 存在しているならば、酵素活性は低下するであろうが、完全に低下する のではなく、分岐状多官能性モノマーが添加されていない場合よりも遅い速度で 反応は続くであろう。 酵素の使用量は臨界的ではなく、一般的に経済的な考慮によって制限される。 少なすぎる酵素量は遅い反応を生じる一方で、多すぎる酵素はコストを不必要に 増加させるだけである。Candida antarcticaからのリパーゼ(Novo Industri AS Catalogue no SP 435)の場合、モノマー総重量に基づき0.1〜1.5重量%、好ま しくは0.1〜0.6重量%、最も好ましくは0.15〜0.3重量%の担持酵素を用いるの が好都合であることが見出された。 本方法の両方の段階は一般的に10℃〜90℃、好ましくは40℃〜60℃で行なわれ る。90℃を越えると大部分の酵素は変性するであろうが、90℃より高い変性温度 を有する酵素を用いることができ、この酵素が存在する場合は、反応の各段階を 90℃より高い温度で行なうことができる。10℃未満では反応が極めて遅く、モノ マーの完全な変化に達するのに不経済に長い反応時間を要する。酵素を初期オリ ゴマー化段階後に除去した場合、オリゴマーのポリマーへの変換は一般的に10℃ 〜90℃、好ましくは40℃〜80℃で行なわれるが、温度を90℃以上に高めることに より反応を促進することができる。 大部分の用途のためには、40℃〜60℃のような高められた温度で処理して、反 応期間を短縮することが好ましいが、特に狭い分布が要求される場合には、低い 温度および長い反応時間を用いることができる。 本方法は一般的に大気圧または減圧で行なわれる。反応により生成した水は一 般的に反応中または反応後に除去され、例えば初期オリゴマー化後に、および続 くオリゴマーのポリエステルへの変換中に除去される。反応が行なわれる圧力を 低下することにより、例えば100mbarまたは50mbarに、好ましくは5mbarに低下 することにより、水は好都合に除去される。あるいは、拭き取り式(wiped)フ ィルム蒸発器を用いて減圧下で、例えば5mmHgまたは1mmHg(1mmHg=133,322 Pa)以下で水を除去することができる。他のもう一つの方法においては、乾燥剤 、例えばモレキュラーシーブが用いられるが、乾燥剤と酵素支持体との摩擦によ る担持酵素への物理的損傷を回避するよう注意する。 一般的に、本方法は酵素を水和するのに充分な水の存在下に行なわれ、実質的 量の水が存在していてもよく、ポリエステル化反応に影響を与えない。しかしな がら、ポリエステルへの完全な変化を達成しようとするならば、少なくとも反応 の終わりに大部分の水(即ち酵素を水和するのに必要な水を除いて)を除去する ことが必要であろう。 反応混合物についての要求条件は、カルボン酸エステル基を有するモノマーを 用いた場合の反応により生成するアルコール、例えばメタノールまたはエタノー ルの除去に、およびカルボン酸アミド基を有するモノマーを用いた場合の反応に より生成するアンモニアまたはアミンの除去に、同様に適用される。 反応の開始時に水が存在すると、反応速度が予想外に上昇することが見出され た。 全反応時間は一般的に6〜48時間、好ましくは12〜24時間である。 酵素は、一般的に反応が開始した後1〜24時間の間に、例えば反応が開始した 後2時間、4時間、12時間、18時間または24時間に、反応混合物から除去される 。典型的には、反応は酵素を除去した後、少なくとも10時間、例えば12時間、14 時間、18時間または24時間続けられる。 本発明の方法は、一般的に高い重量平均分子量、例えば8kDaまで、またはそ れ以上、特に10kDaまで、またはそれ以上を有するポリエステルおよびポリエス テル(アミド)の製造を可能にする。 本発明の方法により製造されたポリエステルおよびポリエステル(アミド)は 、一般的に200Da、好ましくは600Da、より好ましくは1000Da、最も好ましくは4 kDaの最小重量平均分子量を有する。ポリエステルまたはポリエステル(アミド )の重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィーを用いて測定される。 本発明の方法により製造されたポリエステルおよびポリエステル(アミド)は 、一般的に6〜50個のモノマー単位、好ましくは10〜40個のモノマー単位、最も 好ましくは30〜40個のモノマー単位を含む。これは一般的に0〜50、好ましくは 0〜25の酸価、より好ましくは0.5〜10の酸価を有する。最も 好ましくは、ポリエステルまたはポリエステル(アミド)は約1の酸価を有する 。 本発明の方法により製造されたポリエステルおよびポリエステル(アミド)は 、一般的に1.5以下、好ましくは1.3以下の分布を有する。分布は、下記のように して計算され、 そして数平均分子量および重量平均分子量は、好適な方法により得ることができ る。 一般的に、従来方法により製造されるポリエステルは、環状ジエステル不純物 、例えば環状エステル1,6-ジオキサシクロドデカン-7,12-ジオンを少なくとも0. 5重量%またはそれ以上、例えば1.5重量%まで、またはそれ以上の量で含有してい る。必要な場合、環状ジエステル不純物含量は、例えば拭き取り式フィルム蒸発 または高真空蒸留のような方法により低減される。蒸留の後、0.3〜0.7重量%ほ どに低い環状ジエステル不純物含量を達成することができる。この不純物レベル は多くの場合に許容できるが、大きな出費で達成される。これとは対照的に、本 発明方法は、更なる精製なしに、低含量(許容できると考えられる範囲内)を有 する物質を提供することができる。環状ジエステル不純物の存在は、ガスクロマ トグラフィー、質量分析または高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて検 出できる。 本発明の方法は、溶剤の不在下で行なわれる。本発明によれば、溶剤は本発明 の反応条件下で不活性な有機液体である。 無溶剤ポリエステル化反応にアジピン酸を使用する問題の一つは、アジピン酸 が他のモノマー、例えばジオールまたはポリオールに僅かしか溶解しないことで ある。本発明の方法では、低分子量のオリゴマーおよび2量体が初期反応生成物 である。アジピン酸はこの低分子量生成物に溶解し、こうして反応が促進し、よ り高分子量のポリマーが生成する。 本発明の好ましい態様によれば、ヒドロキシ末端基を有するポリエステルを少 なくとも1種のイソシアナートと更に反応させて、ポリウレタンを製造する。一 般的に、イソシアナートとの反応前に、酵素はポリエステルから除去される。こ の除去は、酵素およびその支持体がポリエステル/イソシアナート反応を妨害し ないように防ぐ。一般的に、ポリエステル化反応中に生成した水は、イソシアナ ートとの反応の前に除去される。 本発明のポリエステルは、鋭い融点を有し(これまで製造された広い分布を有 する物質とは異なる)、ポリウレタンに優れた物理的特性、例えば硬度、曲げ強 度および引張り強度の望ましい組み合わせを与える。 本発明により製造されるある種のポリエステルは新規物質であり、本発明の他 の態様を形成する。 一つの態様において、本発明は1.5以下の分布を有するポリエステルまたはポ リエステル(アミド)、特に少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸残基および少 なくとも1種の脂肪族ジオール残基を繰り返し単位として含むこのようなポリマ ーを提供する。 本発明のもう一つの態様において、繰り返し単位としてシュウ酸、乳酸および グリコール酸の少なくとも1種の残基を含むポリエステルが提供される。 ポリエステルの組成に関して上記した優先性(または好ましさ)は、本発明の これら二つの態様にも適用される。 本発明のポリエステルおよびポリウレタンは、成形体および成形発砲体として 、特に自動車用に用いられる。 本発明を以下の実施例により更に説明するが、これら実施例は保護範囲を限定 するものではない。実施例1 材料 1. アジピン酸、Aldrich、9.83g、0.066モル、1当量。 2. グリセロール、Fison's、6.30g、0.0707モル、1.05当量。 3. リパーゼ SP 435、BX LC 002、91/7、Novo、200mg。手順 反応関与体を試験管型80mlセル反応器(CR)に入れ、これにラグビーボール磁 気攪拌器を加えた。CRを油浴中で40℃に加熱し、粘度が低下してから内容物を 磁気的に攪拌した。開放容器中で5時間攪拌を行ない、次いでCRにT−ピース アダプター(その頂部にはパージ用コックが嵌められている)を取付けた。側部 アームにより、更に5時間、真空(10mbar、5mbarに低下)にした。ある割合の 未反応アジピン酸があったが、GPC測定はオリゴマー状混合物を明確に示した 。分析技術 重縮合反応の経過は、薄層クロマトグラフィーにより定性的に監視できる。保 持ファクター(retention factor)と分子サイズとの間には近似相関があるから である。アジピン酸/1,4-ブタンジオール系についての最適の溶離剤は、ジクロ ロメタンおよびエタノールの10:1(容量)混合物であり、これを用いると、こ のジオールはRf0.18に現れ、エステル生成物はRf0.26〜0.70の範囲に現れる( 鎖が生長するにつれて次第に高くなる)が、個々のオリゴマーの同定を許容する には、分離は充分でない。ジオールおよび生成物は、p-アニスアルデヒドおよび 熱で可視化すると青色に着色する。 反応残留物中の低次エステル生成物の存在、最も顕著には3成分および5成分 ヒドロキシ末端オリゴマーの存在が、多段階カラムクロマトグラフィーにより確 認された。完全な分離の達成を困難にするこれらオリゴマーの化学的類似性およ び相互溶解性にもかかわらず、一つの主要な種を含有する生成物フラクションを 得ることができ、従来の分光分析手段による同定が可能である。次いで各フラク ションからのクロマトグラフィーデータを相互参照すると、各成分の保持ファク ターが得られ、これから、次の反応残留物中にそれらが存在するか、または存在 しないかを容易に評価できる。 低重量生成物フラクションは、赤外線およびプロトンNMR分析、質量分析お よびゲル透過クロマトグラフィーにより特性決定された。IRは鎖長については 殆ど指示を与えることができないが(ヒドロキシル吸収の相対的強度の若干の変 化以外)、有意な末端基を明確に示すであろう。最も重要な識別上の特色は、ヒ ドロキシルの場合は3450cm-1付近での強い吸収(O-H ストレッチ);カルボキシ ルの場合は2400-3600cm-1の範囲での非常に広い吸収(O-H ストレッチ)、およ びカルボニル(C=O ストレッチ)吸収が1720cm-1より低く広がることである。 プロトンNMRは、オリゴマー末端基の確認を提供するのみならず、繰り返し 単位の数を評価するのにも使用できる。この系中に認められるシグナルは、1.66 -1.68ppmでのマルチプレット(中央またはb、メチレン)、1.70-2.10ppmでの不 安定なシングレット(ヒドロキシル)、2.33-2.34ppmでのマルチプレット(カル ボニルに隣接するメチレン)、3.66-3.70ppmでのトリプレット(ヒドロキシルに 隣接するメチレン)、4.10-4.14ppmでのトリプレット(エステル酸素に隣接する メチレン)、および7.00ppmでの広く不安定なシングレット(ヒドロキシルとカ ルボキシルとの組み合わせ)である。鎖長は、末端基シグナルの相対的強度から 決定することができる。遊離酸残基において、ヒドロキシルシングレットはしば しば鎖メチレンマルチプレット内に隠され、カルボキシルシングレットは、もし 認められるならば、痕跡量の水との水素結合のために誇張しがちであり、従って 尺度ファクターとして用いるのに最も信頼できるシグナルは、3.68ppm付近での CH2OHトリプレットである。全-ヒドロキシ末端の場合、例えば、このものは 4のプロトン数を有するはずなので、積分の和はその分子の合計水素含量と解釈 することができ、これは26+16nに等しく、nは繰り返し単位の数(あるい は類似のオリゴマーの混合物の場合は、数平均重合度)である。この技術は4単 位以下の低次オリゴマーにとって有用であり;より長い鎖では、通常nが2以上 の場合に、積分の不正確さは不確実性を生じる。 オリゴマー同一性の不明瞭でない確認は、質量分析によって提供される。アン モニア衝突による化学的イオン化を用いると、分子イオンは、600-700ダルトン の分子量までは水素およびアンモニアと結合して、即ちM+1およびM+18に おいて認められ、それ以上では鎖はフラグメントになる傾向がある。 重縮合残留物の分析に用いた主な技術は、ゲル透過クロマトグラフィーであっ た。試料をテトラヒドロフランに溶解し、この溶液をポリマーゲル充填カラムに 通した。成分はそれらの分子容積に応じて分離され、より小さい物質はそれて孔 中に入る傾向があり、従って間隙を直接通過する大きな分子よりも長い経路をた どる。種々の成分の溶離は、示差反射計、および保持時間(チャート紙上の距離 として表される)に対して作成された強度のプロットにより監視される。保持フ ァクターと分子サイズとの関係は対数であり、従って低いサイズ範囲にある物質 は非常によく分離され、個々に同定できるピークを生じるが、サイズが大きくな ると分離は低下し、シグナルは結果として、カラムの最大孔寸法によって定めら れる点で合体する。試料の成分が構造的に類似している場合には、分子量は実際 の目的のために分子容積に比例するとみなすことができる。 オリゴマーを個々に特性決定できる領域の上方では、縮合生成物は、測定した 溶離ピークの保持ファクターをポリエチレングリコール参照標準物のそれと比較 することにより、分子量範囲に分類されている。残留物の分析の基礎としたデー タは下記のとおりである。 ゲル透過クロマトグラフィーは、Baxenden Chemicals Ltd.により、Waters44 0シリーズクロマトグラフィー装置を用い、THFを移動相として行なった。Pol ymer Laboratories Ltd.により製造されたカラムは、寸法が600x7.5mmであり、 粒子サイズ10μmおよび孔サイズ50Å(または特定した場合は500Å)の高度に架 橋した球状ポリスチレン/ジビニルベンゼン材料であるPLゲルが充填されてい た。検出器はWatersモデル401示差反射計であり、分子量平均の評価は、BBCモデ ルBマイクロコンピューターにより、市販のPEG試料に対して検定して行なった 。 生成物混合物の数平均分子量および重量平均分子量、MnおよびMwの評価値は 、市販のPEG標準に対する検定によりコンピューターで作成され、残留出発物質 の既知質量(殆どの場合アジピン酸、MW 146)に対して補正されていた。これら の数値は近似関係から計算され、従って、保持の直接比較よりも低い本来の精度 を有するが、それにもかかわらず、これらの数値は実験結果の便利な尺度を提供 する。補正した平均値の信頼幅は±10%と推定される。実施例2 材料 1. アジピン酸(AA)、Aldrich、196.6g、1.35モル1当量。 2. 1,4-ブタンジオール(BD)、Aldrich、127.3g、1.41モル1.05当量。 3. リパーゼ SP 435、BX LC 002、91/7、Novo)1g(モノマーの 0.15重量%)。手順 アジピン酸、ブタンジオールおよびリパーゼを、500mlのフランジ付きフラス コに入れ、フラスコを油浴中で40℃に加熱した。粘稠混合物を木製スパーテルで 攪拌し、次いで移動性スラッジが生じるまで、油浴中に0.5時間放置した。次い でフランジ付きフラスコに、ラグビーボール攪拌器(4cm)と、真空除去用コッ クおよびパージ用コックが装備された5頸容器蓋とを装着した。酸素の摩擦を回 避するために混合物をゆっくり攪拌しながら、水流真空を22時間適用した。2時 間後、混合物は透明な移動性溶液を形成し、固定化酵素だけが不溶であった。回 転油圧ポンプにより高真空を適用し、真空を3時間かけて10mbarから5mbarに低 下させた。パージは合計5時間続けた。完成した生成物は、反応の終りごろに、 または続いて放置すると、固形物に固まった。 重量 約250g 酸価 6 ヒドロキシル価 35 分子量 − 数平均Mn 5020 − 重量平均Mw 7466 分布 1.49 ブタンジオール含量 <0.01% 水含量 0.18% 環状エステル含量 <0.1%実施例3 材料 1. アジピン酸(AA)、Aldrich、590g、4.04モル、1当量。 2. 1,4-ブタンジオール(BD)、Aldrich、382g、4.24モル、1.05当量。 3. リパーゼ SP 435、BX LC 002、91/7、Novo、3g(モノマーの 0.15重量%)。手順 アジピン酸、ブタンジオールおよびリパーゼを、1リットルのフランジ付きフ ラスコに入れ、フラスコを油浴中で40℃に加熱した。粘稠混合物を木製スパーテ ルで攪拌し、次いで移動性スラッジが生じるまで油浴中に0.5時間放置した。次 いでフランジ付きフラスコに、オーバーヘッド攪拌器と、真空除去用コックおよ びパージ用コックが装備された5頸容器蓋とを装着した。酵素の摩擦を回避する ために混合物をゆっくり攪拌しながら、水流真空を22時間適用した。2時間後、 混合物は透明な移動性溶液を形成し、固定化酵素だけが不溶であった。回転油圧 ポンプにより高真空を適用し、真空を3時間かけて10mbarから5mbarに低下させ た。油浴温度を60℃に高め、パージを合計17時間続けた。完成した生成物は、反 応の終りごろに、または続いて放置すると、固形物に固まった。ポリプロピレン 微細メッシュを通して濾過することにより、生成物からを酵素触媒を除去した。 重量 650g 酸価 8 ヒドロキシル価 36 分子量 − 数平均Mn 4783 − 重量平均Mw 7139 分布 1.49 ブタンジオール含量 0.21% 水含量 0.08% 環状エステル含量 <0.12%実施例4 材料 1. アジピン酸、Aldrich、196.6g、1.35モル、1当量。 2. ジエチレングリコール、Chemi Trade、160.2g、1.51モル、 1.12当量。 3. リパーゼ、Novozym 435、1.03g(0.29%w.w)。 4. 水6.8ml(1.9%w/w)。方法 ジエチレングリコール(DEG)/水を、500mlのフラスコに入れた。フラスコを 油浴中で40℃に加熱した。オーバーヘッド攪拌器/フランジ蓋を取り付けた。フ ラスコ内容物が40℃に達したとき、急速に攪拌しながらアジピン酸を加えた。攪 拌速度を低下させ、酵素を加えた。このスラリーを40℃で6時間、次いで60℃で 更に19時間攪拌した。酸価の監視は141の値を示し、フラスコ内容物は移動性液 体であった。真空(100mbar)を1.5時間適用し、74ミクロンナイロン布を通して 第二のフラスコに直接濾過し、酵素を除去した。攪拌速度を高速にセットし、オ リゴマーに80℃で真空ストリップ(最初は20mbar、次いで5mbarに低下)を施し た。物質の特性 Bxサイズ - Kg: 350g OH価 -: 54.4 酸価 -: 5.3 分子量: 2063 Mn −GPC: 2233 Mw −GPC: 4493 分布: 2.01 水含量: 0.0537 環状エステル含量: 1.5%実施例5 分岐状多官能性モノマーの導入 材料 1. ジエチレングリコール(DEG)、FW 106、617.4g、5.82モル、 1.08当量。 2. 水27.2g(1.9% w/w DEG+AA)。 3. アジピン酸(AA)、ex ICI、FW 146、786.4g、5.39モル、1.0当量。 (0.29% w/w DEG+AA)。 5. グリセロール、ex FISON'S、FW 92、0.1628モル、0.0302当量、 2.43% w/w DEG、1.07% w/w DEG+AA。方法 DEGおよび水を、オーバーヘッド攪拌器および蓋を備えた1リットルのフラ ンジ付きフラスコに入れた。フラスコ内容物の温度を恒温マントルに連結した金 属プローブにより制御した。フラスコ内容物を40℃に加熱し、急速に攪拌しなが らアジピン酸を加えた。攪拌速度を低下させ、酵素を加えた。得られたスラリー を40℃で6時間、次いで60℃で更に19時間攪拌した。酸価の監視は129の値を示 した。フラスコ内容物は移動性液体であった。フラスコ内容物を74ミクロンナイ ロン布を通して濾過し、酵素を除去した。得られた透明液体にグリセロールを加 え、そして最初は60℃、最後は80℃の温度を用い、攪拌力を高めて、オリゴマー に真空ストリップ(最初は20mbar、次いで5mbarに低 下)を施した。G.C.アッセイにより遊離グリセロール含量の減損が確認された。 得られた物質の特性は表1に示すとおりである。実施例6 グリセロールをトリメチロールプロパンで交換 材料 1. ジエチレングリコール、FW 106、154.4g、1.46モル、1.08当量。 2. 水6.8ml(1.9% w/w DEG+AA)。 3. アジピン酸、ex ICI、FW 146、196.6g、1.35モル、1.0当量。 1.03g、0.29% w/w(DEG+AA)。 5. トリメチロールプロパン(TMP)、ex Aldrich、FW 134、5.49g、 0.041モル、0.030当量、3.6% w/w DEG、1.6% w/w(DEG+AA)。方法 方法を実施例5に記載のように行ない、ただし油浴加熱を恒温マントル加熱で 置き換えた。トリメチロールプロパンは、酵素を濾過した後で、最後の真空水ス トリップの前に、加える。遊離TMPの減損はガスクロマトグラフィー(GC)に より監視した。 得られた物質は表1に示す特性を有していた。実施例7 TMPのジメチロールプロピオン酸(DMPA)での交換 材料 1. ジエチレングリコール、FW 106、156.1g、1.47モル、1.104当量。 2. 水、6.8ml(1.9% w/w DEG+AA)。 3. アジピン酸(AA)、ex ICI、FW 146、194.8g、1.33モル、1当量。 4. リパーゼ、NovozymR 435、Bx 0013-1、92-6、 1.03g(0.29% w/w DEG+AA)。 5. ジメチロールプロパン、ex Aldrich、FW 134、3.19g、 0.024当量、2% w/w DEG、0.91% w/w(DEG+AA)。方法 方法を実施例6と同様に行ない、ただしTMPをDMPAで置き換えた。ポリ マーマトリックス中へのDMPAの導入は、イオン対逆相液体クロマトグラフィ ーを用いて測定して、遊離DMPAの減損によって証明された。 得られた物質の特性を表1に示す。実施例8 ポリエステル/ポリアミドの製造 材料 1. アジピン酸ジメチル、FW 174、11.48g、0.066モル、1当量。 2. N-メチルエタノールアミン、Aldrich、FW 75、5.20g、 0.0693モル、1.05当量。 3. リパーゼ、Novozym 435、BX 0013-1、92-6、 200mg、(1.2% w/w組み合わせ基質)。方法 液体成分をセル反応器に入れ、リパーゼを加えた後、磁気攪拌しながら50℃に 18時間加温した。G.C.による監視は、アジピン酸ジメチルの100%消費を示した。 GPC監視は、一組の短鎖オリゴマー、即ちMw405、Mn327およびポリ分布イ ンデックス1.24を有する2量体〜8量体種を示した。次いでセル反応器に、浴温 度60℃で高真空、5〜10mbarを18時間適用すると、オリゴマー状混合物が生じた 。GPCによる特性決定は、有意に高い重合度、即ちMw762、M546、分布1.4を 示した。観察された変化は、モノ付加物”酸/塩基”(AB) が生長単位として作用する”リビング”重合過程を示す。 得られた物質の特性を表1に示す。 予備実験を行なって、種々の重合反応の実行可能性を決定した。結果を表IIに 示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI C08G 63/60 NPS 8830−4J 69/44 NSR 9286−4J C12P 13/02 2121−4B (72)発明者 ビンス,ファルメイ 英国 ランカシャー ビービー5 2エス エル エヌアール アクリングトン バク センデン パラゴン ワークス バクセン デン ケミカルズ リミテッド

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 繰り返し単位として、 (i)少なくとも1種の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸 、またはその誘導体の残基;あるいは (ii)(a)少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体の残 基、(b)少なくとも1種の脂肪族ヒドロキシアミン、ジオール、ポリオール、 ジアミンまたはポリアミンの残基、および所望により(c)少なくとも1種の脂 肪族ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸またはその誘導体の残基 を含むポリエステルの製造方法であって、 (i)で定義した成分または(ii)で定義した成分を、溶剤の不在下で、 かつリパーゼの存在下で反応させることからなる、上記ポリエステルの製造方法 。 2. ジカルボン酸が2〜14個の炭素原子を有する、請求項1に記載の方法。 3. ジカルボン酸がアジピン酸である、請求項1または2に記載の方法。 4. ジカルボン酸誘導体がメチルまたはエチルジエステルである、前記請求項 の何れか一つに記載の方法。 5. ジオールが2〜14個の炭素原子を有する、前記請求項の何れか一つに記載 の方法。 6. ジオールが1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオールまたはジエチレン グリコールである、前記請求項の何れか一つに記載の方法。 7. ヒドロキシ酸が2〜14個の炭素原子を有する、前記請求項の何れか一つに 記載の方法。 8. ヒドロキシ酸がグリコール酸または乳酸である、請求項7に記載の方法。 9. 脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジオールの残基からなるポリエステルを 製造するための、前記ジ酸またはその誘導体と前記ジオールとを、溶剤の不在下 で、かつリパーゼの存在下で反応させることからなる、前記請求項の何れか一つ に記載の方法。 10. ポリエステルが1.5以下の分布を有する、請求項9に記載の方法。 11. ポリエステルが1.3以下の分布を有する、請求項10に記載の方法。 12. リパーゼがCandida antarcticaからのものである、前記請求項の何れか一 つに記載の方法。 13. 酵素を反応混合物から除去することを更に含む、前記請求項の何れか一つ に記載の方法。 14. 実質的に全てのカルボン酸含有モノマーが反応して酸/塩基付加物を形成 したときに、酵素を反応混合物から除去する、請求項13に記載の方法。 15. 反応により生成した水を反応容器から除去する、前記請求項の何れか一つ に記載の方法。 16. 酵素を除去した後にのみ水を反応混合物から除去する、請求項15に記載の 方法。 17. 得られたポリエステルが0.3重量%以下の環状ジエステル不純物を含有 する、前記請求項の何れか一つに記載の方法。 18. 得られるポリエステルが200〜10,000Daの重量平均分子量を有する、前記 請求項の何れか一つに記載の方法。 19. ポリエステルが600〜8000Daの重量平均分子量を有する、請求項17に記載 の方法。 20. ポリエステルをイソシアナートと反応させてウレタンポリマーを生成させ ることを更に含む、前記請求項の何れか一つに記載の方法。 21. ポリエステルまたはウレタンポリマーを成形体に成形することを更に含む 、前記請求項の何れか一つに記載の方法。 22. 前記請求項1〜19の何れか一つに記載の方法により得られるポリエステル 。 23. 繰り返し単位として、 (i)少なくとも1種の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸 、またはその誘導体の残基;あるいは (ii)(a)少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体の残 基、(b)少なくとも1種の脂肪族ヒドロキシアミン、ジオール、ポリオール、 ジアミンまたはポリアミンの残基、および所望により(c)少なくとも1種の脂 肪族ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸またはその誘導体の残基 を含むポリエステル。 24. 少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体、および少なくと も1種の脂肪族ジオールの残基を繰り返し単位として含む、請求項23に記載の ポリエステル。 25. ジカルボン酸が2〜14個の炭素原子を有する、請求項23に記載のポリエス テル。 26. ジカルボン酸がアジピン酸である、請求項25に記載のポリエステル。 27. ジオールが2〜14個の炭素原子を有する、請求項23〜26の何れか一つに記 載のポリエステル。 28. ジオールが1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオールまたはジエチレン グリコールである、請求項27に記載のポリエステル。 29. 300〜10,000Daの重量平均分子量を有する、請求項23〜28の何れか一つに 記載のポリエステル。 30. 600〜8000Daの重量平均分子量を有する、請求項29に記載のポリエステル 。 31. 1.3以下の分布を有する、請求項請求項23〜30の何れか一つに記載のポリ エステル。 32. 繰り返し単位として、シュウ酸、乳酸およびグリコール酸の少なくとも1 種の残基を含む、ポリエステル。 33. 実施例の何れか一つに記載のポリエステルまたは方法。 34. 請求項23〜33の何れか一つに記載のポリエステルを含むポリウレタン。 35. 請求項23〜34の何れか一つに記載のポリマーからなるか、あるいは請求項 1〜22の何れか一つに記載の方法により製造されたポリマーからなる成形体。
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