JPH09509928A - 大環状イミド化合物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 膜、分子認識およびその他の特殊な分子マクロジオメトリーが重要である種々の目的に対して有効である、正確な分子ジオメトリーを有する大環状化合物を開示し、特許請求する。最も好ましい大環状体は、ジアミン類とα−無水物、ω−ニトロ化合物とを反応させて酸塩化物をい用いて環化することによって形成されたイミド類である。

Description

【発明の詳細な説明】 大環状イミド化合物 関連出願に対するクロスリファレンス 本出願は、本出願と同時に出願された「一無水化合物、それを製造する方法お よびその反応生成物」と題し、代理人Docket No．1490の米国特許出願に関連す る。この関連出願の開示は、以下に十分に記載するように、本明細書で参考のた めに引用する。 技術分野 本発明は、概して、大環状化合物、および、好ましい態様においては、α−酸 無水物、ω−ニトロ有機化合物をジアミンと反応させて、環化することによって 合成した大環状イミド類に関する。 背景 大環状化合物は、同分子量の直鎖ポリマー類と相反する独特の特性により、長 年、興味をもたれてきた。末端基がないことにより、溶融粘度およびバルク(bul k)における熱−機械的挙動に影響が及んでいる。流体力学的体積が低く、セグメ ント密度が高いので、大環状ポリマー類は、極限粘度数が低く、摩擦係数が低い 。 さらに、大環状化合物は、その十分に明確化された微細構造によって、特に、 認識(recognition)および選択的な錯形成(complexation)の領域において、特別 の用途を有することが認められている。Moore，J．et al．“Efficient Synthes is of Nanoscale Macrocyclic Hydrocarbons”,Angew．Chem．Int．Ed．Engl.， VCH(1992)，pp．922-924；Moore，J．et．al．“Synthesis of Three Dimension al Nanoscaffolding”，J．Am．Chem．Soc.，114，pp．8730-8732，ACS(1992)； Bonar-Law，R．P．et al.，“Morphine Recognition by a Porphyrin-Cyclochol ate Molecular Bowl”，Chem．Comm．(1993pp．456-458)；および、Anderson，H ．L．etal．“Recognition of Grant Cluster Anions by a protonated Porphyr in Trimer：Detection by Fast Atom Bombardment(FAB)Mass Spectrometry”，C hem．Comm．(1992)参照。 このような物質は、実際、多数の用途、例えば、ガス分離、限外濾過、キラル 分離用の膜、または、正確な分子ジオメトリーが重要とされるその他の用途にお いて、未曾有の潜在性を有する。 本発明は、正確な分子ジオメトリーを有する大環状体を製造するための方法お よびこのような化合物を提供する。 発明の概要 本発明に従えば、配列された大環状化合物を製造する方法であって、 式： Ｘ−Ｒ−Ｙ ［式中、Ｘは、ニトロ置換基または保護されたアミノ置換基であり、Ｙは、酸 無水物、酸塩化物、酸イミダゾリド類、スルホニルクロライド類、イソシアネー ト類およびカルボン酸類からなる群より選択されるアミンと反応することのでき る置換基であり、Ｒは、分子量約１５０以上の置換または未置換芳香核である。 ］ で表される化合物を用意し； 前記化合物をジアミンと反応させて、前記化合物のＸ官能基が未反応である第 １の反応生成物を形成し； 前記第１の反応生成物のＸ官能基をアミノ基に転化して、第２の反応生成物を 形成し； 前記第２の反応生成物を環化して大環状体を形成することを含む方法が提供さ れる。 特に好ましい方法においては、大環状体は、オリゴマージアミン類の酸二塩化 物との閉環反応によって製造される。オリゴマージアミン類は、ジアミンおよび 無水物から出発し、分子を拡張させて製造される。このために、ジアミンは、α −ニトロ、ω−無水物構成ブロックと反応される。縮合イミド化の後、末端ニト ロ基は、還元されて、トリマージアミンを与える。ついで、この方法を繰り返す とペンタマージアミンを与える。 以下の記載において、この合成は、ジアミンとしてのＮ，Ｎ−ビス（４−アミ ノフェニル）ドデシルアミンと適当な無水物構成ブロックとを使用して記載する 。 以下において、本発明の特有の化合物を同様に開示し、特許請求する。 図面の簡単な説明 本発明は、以降、図面に基づき記載する。 図１は、実施例７に従い合成される本発明の大環状化合物の化学構造の例を示 す図であり； 図２は、実施例８に従い合成される大環状化合物の化学構造を示す図である。 詳細な説明 以下、幾つかの例を参考にして、本発明を詳細に説明するが、これらは、単な る例を示すためのものである。当業者であれば、容易に理解できるように、本発 明は、概して、大環状化合物に関する。本化合物は、一般に、式： Ｘ−Ｒ−Ｙ ［式中、Ｘは、ニトロ置換基または保護されたアミノ置換基であり、Ｙは、酸 無水物、酸塩化物、酸イミダゾリド類、スルホニルクロライド類、イソシアネー ト類およびカルボン酸類からなる群より選択されるアミンと反応することのでき る置換基であり、Ｒは、分子量約１５０以上の置換または未置換芳香核である。 ］ で表される化合物を用意し； 前記化合物をジアミンと反応させて、前記化合物のＸ官能基が未反応である第 １の反応生成物を形成し； 前記第１の反応生成物のＸ官能基をアミノ基に転化して、第２の反応生成物を 形成し； 前記第２の反応生成物を環化して大環状体を形成することによって合成される 。保護されたアミンは、アミンのｔ−ブチロキシクロロホルメートまたはｔ−ブ チルアジドホルメートとの反応によりｔ−ブチロキシカルボニル誘導体を形成す るか、または、アミンのスルホニルクロライド、ベンジルクロライドまたはアセ トアミドを形成するアセチルクロライドとの反応により形成することができる。 最も好ましいＹは、カルボン酸無水物である。 第２の反応生成物を環化する工程は、第２の反応生成物を四酸無水物および二 酸塩化物からなる群より選択される化合物と反応させることを含む。Ｒは、最も 好ましくは、アルキル置換芳香核である。 本発明に従う配列された大環状ペンタマー化合物は、式： Ｘ−Ｒ−Ｙ ［式中、Ｘは、ニトロまたは保護されたアミノ置換基であり、Ｙは、酸無水物 、 酸塩化物、イミダゾリド類、スルホニルクロライド類、イソシアネート類および カルボン酸類からなる群より選択されるアミンと反応することのできる置換基で あり、Ｒは、有機基である。］ で表される第１の化合物を用意し； ２当量の第１の化合物を第１のジアミンと反応させて、前記化合物のＸ官能基 が未反応である第１のトリマーを形成し； 第１のトリマーのＸ官能基をアミノ基に転化させて、第２のジアミントリマー を形成し； 第２のジアミントリマーを、式： Ｘ−Ｒ−Ｙ で表される２当量の第２の化合物と反応させて、ＸおよびＹが上記定義した通り であり、Ｘ官能基が未反応であるペンタマーを形成し； ペンタマーのＸ官能基をアミノ基に転化させて、ペンタマージアミンを形成し ； 前記ペンタマージアミンを環化することによって製造される。 好ましくは、直前に記載した第１の化合物は、構造単位： ［式中、Ｒ’は、有機基である。］ を含む。 これは、構造単位： ［式中、Ｒ”は、Ｃ₁〜Ｃ₁₈アルキル鎖である。］ を含むこともできる。 本発明のもう１つの態様において、式： ［式中、Ｒは、分子量約５０〜約１０００の置換基であり、ＸおよびＹは、独 立に、水素、ハロゲン、有機基または硫黄含有基である。］ で表されるオリゴマー化合物が提供される。 このオリゴマー化合物は、分子量約１００〜約３００のＲ置換基を有し、式： ［式中、Ｒ’は、Ｃ₁〜Ｃ₁₈アルキル基である。］ で表される化合物の残基を含むこともできる。 本発明のイミド大環状体は、基礎構造単位： ［式中、Ｒ、Ｒ’およびＲ”は、同一であっても、異なっていてもよく、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₈アルキル基であり、少なくとも２つの追加α−ニトロ、ω−無水物化合物 の残基を含む。］ を含む。本発明の化合物は、当然のことながら、フィルムまたはその他の形状の 物品に所望通りに形成することができる。 大環状体は、最も好ましくは、オリゴマージアミン類の酸二塩化物との閉環反 応によって製造することができる。 オリゴマージアミン類は、ジアミンとニトロ無水物とから出発し、両端より分 子を拡張することによって合成される。このために、ジアミンは、α−ニトロ− ω−無水物構成ブロックと反応させられる。縮合イミド化後、末端ニトロ基は、 還元されて、トリマージアミンを与える。この方法をさらに繰り返せば、ペンタ マージアミンが得られる。 以下において、ジアミンとしてのＮ，Ｎ−ビス（４−アミノフェニル）ドデシ ルアミンとα−ニトロ−ω−無水物構成ブロックたる以下の化合物： とを使用する大環状体の合成を記載する。実施例１ α−ニトロ−ω−無水物構成ブロック（ＮＡＢＢ）の製造 ピロメリット酸モノ無水物（ＰＭＭＡ）とＮ，Ｎ−（４−アミノ−４’−ニト ロジフェニル）ドデシルアミン（ＡＮＤＡ）との反応 Ｎ，Ｎ−（４−アミノ−４’−ニトロジフェニル）ドデシルアミン（ＡＮＤＡ ）は、以下の文献記載の処理法[M.C．Kloetzel et al．J．Med．Pharm．Chem．1 ，197-211(1959)]に従って製造した。 ピロメリット酸モノ無水物は、以下のようにして製造した。 ２６ｇ（０．１２mol）のＰＭＤＡを、１−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭ Ｐ）とＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）との１：１混合物２００mlに 、２５℃で撹拌しつつ溶解した。透明な溶液に、ＮＭＰ４０ml中の２．８０ｇ（ ０．１６mol）の水を加えた。反応混合物の温度を２５℃に１５分間（冷却）保 持し、１５分ごとに５℃づつ下げた。１時間後（Ｔ＝５℃）、フラスコを氷冷バ スに入れて−１０℃に４時間保った。 ３８ｇ（０．０９６mol）のＡＮＤＡを、撹拌しながら冷却混合物に小分けし て加えた。固体が完全に溶解してから５分後に、１８ｇ（０．１９mol）の３− ピコリンと３５ｇ（０３４mol）の無水酢酸を加えた。溶液を室温で一晩放置し て、水７００ml、氷７００ｇおよび濃塩酸２５mlを十分に撹拌した混合物に、透 明な黄色溶液を微細流にして注いだ。 ２分後、沈殿を７００mlの塩化メチレンで抽出した。有機層を分離し、３００ mlの水と１００ｇの氷で洗浄した。（Ｎａ₂ＳＯ₄で）乾燥した有機相に、１０ｇ の無水酢酸と３ｇの３−ピコリンを加えた。回転蒸留器を使用して、溶剤のほぼ 半 分を除去した。結晶が分離し始めるまで、溶液をドライアイスアセトンバスで冷 却した。さらに、−１５℃で一晩放置し、冷却しつつ濾過した。結晶は、５０ml の冷トルエンで洗浄し、減圧オーブン中３５℃で窒素ブリードで乾燥した。収量 は４３ｇであった。 この化合物の構造は、ＣＤ₂Ｃｌ₂中で¹Ｈ−ＮＭＲによって確認した。８．５ ６ppmにシングレット、８．０５ppm、７．５８ppm、７．４２ppmおよび６．７８ ppmに４つのダブレットを示した。アルキル鎖は、Ｎ−ＣＨ₂−プロトンが３．８ １ppmにトリプレット、次の−ＣＨ₂−が１．７４ppmにマルチプレット、アルキ ル鎖の塊（bulk）が１．２７ppmにマルチプレットおよび末端−ＣＨ₃が０．８８ ppmのトリプレットとして観測された。全てのピークの強度は、目的とする構造 に一致した。実施例２ ジニトロ−トリマーの製造 Ｎ，Ｎ−ビス（４−アミノフェニル）ドデシルアミン（ＤＡＤＰＡ）は、以下 の文献記載の処理法に従い製造した（Kloetzel et al．）。 １８ｇ（４９mmol）のＤＡＤＰＡの８０ml乾燥ＤＭＡｃ溶液を、６１．４ｇ（ ０．１０mol）の実施例１のＮＡＢＢの３１０ml乾燥ＤＭＡｃ溶液に加えた。溶 液を１０分間撹拌し、１２．５ｇ（０．１２mol）の無水酢酸と２５ｇ（０．２ ７mol)の３−ピコリンを加えた。赤色の溶液を一晩放置、３０ｇの濃塩酸と３０ ｇのエタノールを加えた。 溶液を２０分間撹拌後、４００mlのエタノールを撹拌しつつ加えた。沈殿した 生成物を濾過し、濾液が透明になるまでエタノールで洗浄して４００mlのＣＨ₂ Ｃｌ₂で再溶解した。透明な深黄色溶液に、沈殿が現れ始めるまでエタノールを 加えた（約２００ml）。ついで、撹拌しつつ混合物を０℃まで冷却し、明黄色の 沈殿を生成させた。混合物を−１５℃で２時間貯蔵後、濾過し、ＣＨ₂Ｃｌ₂：エ タノール（１：１）で洗浄した。生成物を窒素流中５０℃で乾燥した。収量は、 ６１．５ｇ（８２％）であった。 ＣＨＣｌ₃（１％エタノール含有）を用いて生成物をＴＬＣ分析したところ、 １つのスポットが認められた。ＣＤ₂Ｃｌ₂による¹Ｈ−ＮＭＲでは、ＰＭＤＡプ ロトンが８．４６ppmにシングレット、芳香族プロトンが８．０６ppm、７．６０ ppm、７．４２ppm、７．４０ppm、７．２３ppmおよび６．６８ppmに６個のダブ レットとして観測された。アルキル鎖は、３．８２ppmにトリプレット、１．７ ６ppmおよび１．２８ppmに２つのマルチプレット、および０．８８ppmにトリプ レットとして観測された。この強度は、目的とする構造と一致した。実施例３ ジアミノ−トリマーの製造 １７ｇの氷酢酸を２５ｇジニトロハーフリング（実施例２の物質）の２５０ml ＣＨ₂Ｃｌ₂透明黄色溶液に、撹拌しつつ加えた。７ｇの触媒（活性炭担持５％Ｐ ｄ）を加えた後、混合物を水素圧８０psiで２．５時間水素化した（水素の吸収 レベルは、約９０分後、計算値の値となる。）。ついで、幾分暖めた溶液を濾過 して触媒を除き（触媒は再使用することができる）、回転蒸留器を使用して濾液 を濃縮して約１５０mlとした。１５０mlのエタノールを、撹拌しつつ赤褐色溶液 に加えた。５℃に冷却すると、幾分褐色の固体が沈殿した。この沈殿を濾過し、 エタノールで洗浄して、窒素流中４５℃で一晩乾燥した。収量は２３ｇ（９６％ ）であった。固体の化合物は空気中において室温で安定であったが、１００℃を 越える温度で分解した。 シリカゲル上のこの化合物のＣＨＣｌ₃（１％エタノール）でのＴＬＣは、１ つのスポットを示した。この化合物ははじめは赤褐色であったが、時間が経つに つれて暗色に変化した。この化合物の構造は、¹Ｈ−ＮＭＲによって確認した。実施例４ ジニトロペンタマーの合成 この反応は、本質的には実施例２に記載した反応と同一である。３３．９ｇ（ ２３mmol）の実施例３のジアミノ−トリマーの３００mlＤＭＡｃ溶液を、２８ｇ （４７mmol）ＮＡＢＢの２８０mlＤＭＡｃ溶液に、撹拌しつつ加えた。１０分後 、６ｇ（５９mmol）の無水酢酸と１２ｇ（０．１３mol）の３−ピコリンを加え て溶液を一晩放置した。 ついで、１０ｇのエタノールを加え、３０分後に２００mlのＤＭＡｃを加えた 。この透明な深い黄色の溶液に、６００mlのアセトンを緩やかに加えてジニトロ ペンタマーを沈殿させた。これを濾過してアセトンで洗浄し、５０℃で乾燥した 。 構造は¹Ｈ−ＮＭＲによって確認した。実施例５ ジアミノペンタマーの合成 この反応は、実施例３と同様である。８．１ｇの実施例４のジニトロペンタマ ーを２５０mlのＣＨ₂Ｃｌ₂に溶解し、３０ｇの酢酸を加えた。５ｇのトリエチル アミンを冷却しつつ、少量づつ小分けして加えた。最後に、１０ｇの触媒（活性 炭担持５％Ｐｄ）を加え、混合物を水素圧８０psiで３時間水素化した。触媒を 濾過によって除去し、濾液を濃縮して約２００mlとした。ついで、１５０mlのエ タノールを加えて、混合物を５℃に冷却すると沈殿が分離した。これを濾過して エタノールで洗浄し、３５℃で乾燥する。収量は７ｇであった。 構造は、¹Ｈ−ＮＭＲによって確認した。実施例６ 大環状体１の合成 １．２ｇ（０．４７mmol）の実施例５のジアミノペンタマーの４５mlＮＭＰ溶 液および９５mg（０．４７）のテレフタロイルクロライドの２２．５mlＣＨ₂Ｃ ｌ₂を、撹拌しつつ、２μl／秒および１μl／秒で４５mlのＤＭＡｃに加えた。 約１０分後に結晶の沈殿が分離し始めた。添加完了後、結晶沈殿を濾過し、ＤＭ Ａｃで洗浄した。減圧オーブン中にて窒素ブリードで８０℃で乾燥した。収量は １ｇであった。この化合物は、ＤＭＡｃを用いて再結晶することによって精製し た。 構造は¹Ｈ−ＮＭＲによって確認した。実施例７ 大環状体２の合成 ９５mgのテレフタロイルクロライドに代えて、１６３mgの２，５−ビス（エト キシカルボニル）テレフタロイルクロライドを使用して、実施例６の処理法を繰 り返した。収量は１gであった。［２，５−ビス（エトキシカルボニル）テレフ タロイルクロライドは、文献記載の処理法に従い製造した：［H．W．Schmidt et al．Macromolecules，Vol．25，6789(1992)］ この化合物は、符合する¹Ｈ−ＮＭＲおよび¹³Ｃ−ＮＭＲスペクトルを与えた 。構造は図１に示すとおりであった。実施例８ 大環状体３の合成 実施例６の処理法を繰り返した。ただし、１ｇのジアミノトリマーおよび２３ ７mgの２，５−ビス（カルボニルエトキシ）テレフタロイルクロライドを使用し た。結晶沈殿は混合物からなっており、各成分は再結晶または調製用のＧＰＣに よって分離することができた。主生成物は、図２に示す６員環であった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 配列された大環状化合物を製造する方法であって、 式： Ｘ−Ｒ−Ｙ ［式中、Ｘは、ニトロ置換基または保護されたアミノ置換基であり、Ｙは、酸 無水物、酸塩化物、酸イミダゾリド類、スルホニルクロライド類、イソシアネー ト類およびカルボン酸類からなる群より選択されるアミンと反応することのでき る置換基であり、Ｒは、分子量が約１５０以上の置換または未置換芳香核である 。］ で表される化合物を用意し； 前記化合物をジアミンと反応させて、前記化合物のＸ官能基が未反応である第 １の反応生成物を形成し； 前記第１の反応生成物のＸ官能基をアミノ基に転化して、第２の反応生成物を 形成し； 前記第２の反応生成物を環化して大環状体を形成することを含む方法。 ２． Ｘがアミノ基のｔ−ブチロキシカルボニル誘導体である、請求の範囲第１ 項に記載の方法。 ３． Ｘがアセトアミドである、請求の範囲第１項に記載の方法。 ４． Ｙがカルボン酸無水物である、請求の範囲第１項に記載の方法。 ５． 前記第２の反応生成物を環化する工程が、前記第２の反応生成物を四酸無 水物および二酸塩化物からなる群より選択される化合物と反応させることを含む 、請求の範囲第１項に記載の方法。 ６． Ｒがアルキル置換芳香核である、請求の範囲第１項に記載の方法。 ７． 配列された大環状化合物を製造する方法であって、 式： Ｘ−Ｒ−Ｙ ［式中、Ｘは、ニトロまたは保護されたアミノ置換基であり、Ｙは、酸無水物 、酸塩化物、イミダゾリド類、スルホニルクロライド類、イソシアネート類およ びカルボン酸類からなる群より選択されるアミンと反応することのできる置換基 であり、Ｒは、有機基である。］ で表される第１の化合物を用意し； ２当量の前記第１の化合物を第１のジアミンと反応させて、前記化合物のＸ官 能基が未反応である第１のトリマーを形成し； 前記第１のトリマーのＸ官能基をアミノ基に転化させて、第２のジアミントリ マーを形成し； 前記第２のジアミントリマーを、式： Ｘ−Ｒ−Ｙ ［ＸおよびＹは上記定義の通りである］で表される２当量の第２の化合物と反応 させて、Ｘ官能基が未反応であるペンタマーを形成し； 前記ペンタマーのＸ官能基をアミノ基に転化させて、ペンタマージアミンを形 成し； 前記ペンタマージアミンを環化すること； を組み合わせて含む方法。 ８． 前記第１の化合物が、構造単位： ［式中、Ｒ’は、有機基である。］ を含む、請求の範囲第７項に記載の方法。 ９． 前記第１の化合物が、構造単位： ［式中、Ｒ”は、Ｃ₁〜Ｃ₁₈アルキル鎖である］ を含む、請求の範囲第８項に記載の方法。 １０． Ｘがアミノ基のｔ−ブチロキシカルボニル誘導体である、請求の範囲第 ７項に記載の方法。 １１． Ｘがアセトアミドである、請求の範囲第７項に記載の方法。 １２． Ｙがカルボン酸無水物である、請求の範囲第７項に記載の方法。 １３． 前記ペンタマージアミンを環化する工程が、前記ジアミンを二酸塩化物 と反応させることを含む、請求の範囲第７項に記載の方法。 １４． 式： ［式中、Ｒは、分子量約５０〜約１０００の有機基であり、ＸおよびＹは、独 立に、水素、ハロゲン、有機基または硫黄含有基である。］ で表されるオリゴマー化合物。 １５． Ｒの分子量が約１００〜約３００である、請求の範囲第１４項に記載の オリゴマー化合物。 １６． 前記化合物が、式： ［式中、Ｒ’は、Ｃ₁〜Ｃ₁₈アルキル基である。］ で表される化合物の残基を含む、請求の範囲第１４項に記載のオリゴマー化合物 。 １７． 基礎構造単位： ［式中、Ｒ、Ｒ’およびＲ”は、同一であっても、異なっていてもよく、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₈アルキル基である。］ を含むイミド大環状化合物。 １８． さらに、少なくとも２つの追加のα−ニトロ、ω−無水物化合物の残基 を含む、請求の範囲第１７項に記載の大環状化合物。 １９． フィルムに形成された、請求の範囲第１７項に記載の化合物。 ２０． フィルムに形成された、請求の範囲第１８項に記載の化合物。