JPWO2013147301A1 - ブロック基を有するポリロタキサンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明1は、環状分子、環状分子に串刺し状に包接される直鎖状分子、及び直鎖状分子から環状分子が脱離しないように直鎖状分子の両末端に配置されるブロック基を有するポリロタキサンの製造方法であって、
溶媒の非存在下又は非プロトン性アミド系溶媒及び芳香族炭化水素からなる群より選択される少なくとも1種の有機溶媒中、環状分子に包接され、両末端にカルボキシル基を有する直鎖状分子と、アミノ基を含むブロック化剤とを、当該直鎖状分子のカルボキシル基1モルに対して、2.0モル〜100モルのトリアジン系アミド化剤の存在下で反応させて、ブロック基を形成することを含む、ポリロタキサンの製造方法に関する。
本発明2は、トリアジン系アミド化剤が、式(1):
R1及びR2は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜4のアルキル基又は炭素原子数6〜8のアリール基であり、
R3、R4及びR5のいずれか1つは、炭素原子数1〜4のアルキル基であり、他の2つは、それらが結合する窒素原子と一緒になって、5〜6員環を形成しており、
Xは、ハロゲン原子である)
で示される化合物である、本発明1の製造方法に関する。
本発明3は、トリアジン系アミド化剤が、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウム・クロリド(DMT−MM)である、本発明2の製造方法に関する。
本発明4は、両末端にカルボキシル基を有する直鎖状分子が、分子の両末端がカルボキシル基であるポリアルキレングリコール類である、本発明1〜3のいずれかの製造方法に関する。
本発明5は、環状分子が、シクロデキストリンである、本発明1〜4のいずれかの製造方法に関する。
本発明6は、アミノ基を含むブロック化剤が、アダマンチルアミン又はその塩酸塩である、本発明1〜5のいずれかの製造方法に関する。
本発明7は、両末端にカルボキシル基を有する直鎖状分子のカルボキシル基1モルに対して、トリアジン系アミド化剤が3.8モル〜80モル用いられる、本発明1〜6のいずれかの製造方法に関する。
本発明8は、両末端にカルボキシル基を有する直鎖状分子のカルボキシル基1モルに対して、アミノ基を含むブロック化剤が1.4モル〜40モル用いられる、本発明1〜7のいずれかの製造方法に関する。
本発明9は、反応を、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、及びトルエンからなる群より選択される少なくとも1種の溶媒中で行なう、本発明1〜8のいずれかの製造方法に関する。
本発明10は、反応を、有機塩基の存在下で行う、本発明1〜9のいずれかの製造方法に関する。
本発明11は、反応を、5〜60℃の反応温度で行う、本発明1〜10のいずれかの製造方法に関する。
本発明12は、反応を、反応開始時の反応混合物中の水分量が5質量%以下の条件で行う、本発明1〜11のいずれかの製造方法に関する。
アミノ基を有するブロック化剤を使用した擬ポリロタキサンへのブロック基導入反応では、詳細には、アミノ基を有するブロック化剤と、擬ポリロタキサン中の直鎖状分子の末端基であるカルボキシル基とのアミド化反応の他に、擬ポリロタキサン中の環状分子として含まれ得るシクロデキストリンの水酸基と、直鎖状分子の末端基のカルボキシル基とのエステル化反応の2種類の反応が同時に進行する。しかしながら、本発明のトリアジン系アミド化剤を使用した方法によれば、カルボキシル基のアミド化によるブロック基の導入割合(以降、アミド化選択率ということがある)が非常に高く、すなわち、非常に高い反応選択率で、目的とするブロック化されたポリロタキサンを高収率且つ高純度で取得することができる。
また、本発明で使用される4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウム・クロリド(DMT−MM)に代表されるトリアジン系アミド化剤は、通常、水の存在下で好適に使用される脱水縮合剤として知られている。これに対して、擬ポリロタキサンは、一般に水への溶解性が低く、水の存在下でのブロック基の形成は困難であるため、上記トリアジン系アミド化剤の使用は不向きとするのが妥当である。しかしながら、そのような周知技術の存在にも関わらず、本発明者らは、トリアジン系アミド化剤を、ブロック基を導入するための反応において使用してみたところ、水の非存在下であっても、さらに、固−液懸濁系のような不均一系で実施しても、良好な反応収率でアミド化反応が進み、そればかりか、反応終了後においても、所望とする包接率を有するポリロタキサンを高収率且つ高純度で取得することが可能であることを確認し、本発明の製造方法に至った。
直鎖状分子としての具体例としては、分子の両末端がカルボキシル基である、
ポリエチレングリコール誘導体、ポリプロピレングリコール誘導体、ポリテトラメチレングリコール誘導体、ポリペンタメチレングリコール誘導体、ポリヘキサメチレングリコール誘導体等のポリアルキレングリコール類(例えば、繰り返し単位中のアルキレン部分の炭素原子数が2〜14のポリアルキレングリコール類);
ポリブチロラクトン誘導体、ポリカプロラクトン誘導体等の脂肪族ポリエステル類(例えば、繰り返し単位中のアルキレン部分の炭素原子数が1〜14の脂肪族ポリエステル類);
ポリエチレン誘導体、ポリプロピレン誘導体、ポリブテン誘導体等のポリオレフィン類(例えば、オレフィン単位の炭素原子数が1〜12のポリオレフィン類);
ポリジメチルシロキサン誘導体等のポリジアルキルシロキサン類(例えば、ケイ素原子に結合しているアルキル部分の炭素原子数が1〜4のポリジアルキルシロキサン類);
ポリブタジエン誘導体、ポリイソプレン誘導体等のポリジエン類(例えば、ジエン単位の炭素原子数が4〜12のポリジエン類);
ポリエチレンカーボネート誘導体、ポリプロピレンカーボネート誘導体、ポリテトラメチレンカーボネート誘導体、ポリペンタメチレンカーボネート誘導体、ポリヘキサメチレンカーボネート誘導体、ポリフェニレンカーボネート誘導体等のポリカーボネート類(例えば、繰り返し単位中の炭化水素部分の炭素原子数が1〜12のポリカーボネート類);
カルボキシメチルセルロース誘導体、ヒドロキシエチルセルロース誘導体、ヒドロキシプロピルセルロース誘導体等のセルロース類;
ポリ(メタ)アクリル酸誘導体、ポリ(メタ)アクリル酸エステル誘導体(例えば、ポリメチルメタクリレート誘導体、ポリメチルアクリレート誘導体等)、ポリ(メタ)アクリルアミド誘導体、ポリ(メタ)アクリロニトリル誘導体、及び(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリルから選ばれる2種以上のモノマーを共重合させて得られるコポリマー誘導体等の(メタ)アクリル系ポリマー類;
ナイロン6誘導体、ナイロン66誘導体等のポリアミド類;ポリイミド類;ポリスルホン酸類;ポリイミン類;ポリ尿素類;ポリスルフィド類;ポリフォスファゼン類;ポリケトン類、ポリエーテルエーテルケトン類;例えば、クラブレスコール等のポリフェニレン類等が挙げられる。
ここで、分子の両末端がカルボキシル基であるポリアルキレングリコール類とは、ポリアルキレングリコールに由来する直鎖状の部分構造と、当該部分構造の両末端にカルボキシル基とを有するジカルボン酸化合物であるポリアルキレングリコール誘導体のグル―プを意味し、分子の両末端がカルボキシル基である脂肪族ポリエステル類、分子の両末端がカルボキシル基であるポリオレフィン類、分子の両末端がカルボキシル基であるポリジアルキルシロキサン類、分子の両末端がカルボキシル基であるポリジエン類等についてもそれぞれ同様の構成を成す誘導体のグル―プを意味する。
前記直鎖状分子の重量平均分子量が200以上であると、得られるポリロタキサンを用いて、例えば、架橋ポリロタキサンを構成した場合に、特性がより良好になる傾向がある。一方、前記直鎖状分子の重量平均分子量が200,000以下であると、水分含量の少ない擬ポリロタキサンを調製することがより容易になる傾向がある。
例えば、特許文献1(実施例1)に記載の方法に従って、本発明の製造原料である擬ポリロタキサンを取得することができる。
R1及びR2は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜4のアルキル基又は炭素原子数6〜8のアリール基であり、
R3、R4及びR5のいずれか1つは、炭素原子数1〜4のアルキル基であり、他の2つは、それらが結合する窒素原子と一緒になって、5〜6員環を形成しており、
Xは、ハロゲン原子である)
で示される化合物が挙げられる。
ジメチルフェニルアミン、エチルメチルフェニルアミン、ジエチルフェニルアミン、ジフェニルアミン、ジフェニルメチルアミン、ジフェニルエチルアミン、n−プロピルジフェニルアミン、イソプロピルジフェニルアミン、トリフェニルアミン等の置換基を有していてもよい炭素原子数8〜24のアリールアミン類;
ピリジン、ピコリン、ルチジン、コリジン、ジメチルアミノピリジン、4−ピロリジノピリジン等の置換基を有していてもよい炭素原子数5〜24のピリジン類;
ジアザビシクロウンデセン(DBU)、ジアザビシクロノネン(DBN)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、キヌクリジン、N−メチルピロリジン、N−エチルピロリジン、N−メチルピペリジン、N−エチルピペリジン、N−メチルモルホリン、炭素原子数1〜20のアルキルモルホリン、ジ(炭素原子数1〜10のアルキル)ピペラジン、炭素原子数1〜19のアルキルピペリジン等の置換基を有していてもよい炭素原子数4〜24の脂環式アミン類;
イミダゾール、N−(炭素原子数1〜12のアルキル)イミダゾール、N−フェニルイミダゾール、N−トリメチルシリルイミダゾール、N−トリエチルシリルイミダゾール、N−tert−ブチルジメチルシリルイミダゾール等の置換基を有していてもよい炭素原子数3〜24のイミダゾール類;
トリアゾール、N−(炭素原子数1〜12のアルキル)トリアゾール、N−フェニルトリアゾール等の置換基を有していてもよい炭素原子数3〜24のトリアゾール類;
テトラ(炭素原子数1〜4のアルキル)グアニジン等の置換基を有していてもよい炭素原子数1〜24のグアニジン類;
1,8−ビス(ジメチルアミノ)ナフタレン(別名:プロトンスポンジ)、ホスファゼン等が挙げられる。
(使用機器)
カラム:TSKgel SuperAWM-H φ6.0mm×150mm(東ソー社製)
ガードカラム:TSKguardcolumn SuperAW-H φ6.0mm×35mm東ソー社製)
溶離液:0.01M LiBr/DMSO
(LiBr・H2O:3.15gとDMSO:3Lとから調製)
カラム温度:50℃
検出器:RI検出器
流量:0.5mL/min
(試料調製)
実施例及び比較例で得られたブロック基を有するポリロタキサン10mg〜15mgを秤量し、これに溶離液(0.01M LiBr/DMSO)4mLを加えて、超音波処理を行なって溶解させた。次いで、この溶液を、クロマトディスク(GLサイエンス、0.2μm)でろ過処理し、得られたろ液を30μL使用してGPC分析を行なった。
(純度測定:GPC面積百分率、GPC面積%)
上記のようにして調製した試料についてGPC分析(標準物質:ポリエチレンオキシド)を行い、目的物であるブロック基を有するポリロタキサンに相当するGPC面積%を、本発明におけるブロック基を有するポリロタキサンの純度(GPC面積%)とした。
(使用機器)
上記の純度測定:GPC面積%の分析条件にて使用した条件と同じである。
(アルカリ処理された試料の調製)
実施例・比較例のブロック基を有するポリロタキサン25mgを秤量し、これに、水2.5mL及び50質量%水酸化ナトリウム水溶液0.3gを加えて、室温下、2時間攪拌した。次いで、得られた溶液に、酢酸0.25g、溶離液(0.01M LiBr/DMSO)10mLを順に加え、不溶物が無くなるまで超音波処理を行なって溶解させた。さらに、この溶液を、ろ紙(アドバンテック東洋社製、円形定量ろ紙、No.5C)でろ過処理し、得られたろ液を30μL使用してGPC分析を行なった。
(GPC分析:アルカリ処理後のポリロタキサンの純度)
上記のようにしてアルカリ処理した試料についてGPC分析(標準物質:ポリエチレンオキシド)を行い、目的物であるブロック基を有するポリロタキサンに相当するGPC面積%を、アルカリ処理後のブロック基を有するポリロタキサンの純度(GPC面積%)とした。
(アミド化選択率の算出)
上記のようにして得られた実施例及び比較例におけるブロック基を有するポリロタキサンの純度とアルカリ処理後のブロック基を有するポリロタキサンの純度の数値を用いて、下記数式<1>より、本発明におけるブロック基を有するポリロタキサンのアミド化選択率を算出した。
(参考例1:PEG−ジカルボン酸の調製;TEMPO酸化)
分子量35,000のポリエチレングリコール(PEG)(Clariant社製)200gを使用して、特許文献1の実施例1の方法に従って、分子の両末端がカルボキシル基であるポリエチレングリコール誘導体(PEG−ジカルボン酸)を定量的に得た。
参考例1にて調製したPEG−ジカルボン酸10gに、65〜70℃に加温したα‐シクロデキストリン水溶液(組成;α‐シクロデキストリン:27.8g、水:40g)を加え、液温80℃にて1時間攪拌して包接化反応を行った。反応終了後、反応液から水分を留去し、得られた濃縮物を減圧乾燥することで、白色固体として擬ポリロタキサン(34.0g)を得た。
窒素雰囲気下、撹拌装置、加熱装置、及び温度計を備えた内容積100mLのガラス製フラスコに、ジメチルホルムアミド15.0g、アダマンチルアミン塩酸塩0.22g(1.17mmol)、及びトリエチルアミン0.63g(6.23mmol)を加え、30分攪拌した。次いで、この混合液に、参考例2と同様の方法で得られた擬ポリロタキサン10.00g(数平均分子量:130,000、0.077mmol相当)、DMT−MM0.32g(1.16mmol)、ジメチルホルムアミド10.0g(ジメチルホルムアミド使用量(合計):25.0g)の順に加え、固−液懸濁反応系下、25℃にて3時間攪拌した。なお、反応開始時の反応混合物の水分量は、0.47質量%であった。反応終了後、得られた反応混合物に、水30gを加えて攪拌して反応を停止させた後、ろ過を行ない、ろ物を取得した。得られたろ物をエタノール15.0gにて洗浄(リンス)し、減圧乾燥することにより、目的物であるブロック基を有するポリロタキサン(以下、「ブロック化されたポリロタキサン」ともいう)を、白色固体として9.58g得た。
得られたブロック基を有するポリロタキサンの包接率を表1に示す。
アミド化剤の種類を表1のように変更した以外は、実施例1と同様に反応を行った。結果を表1に示す。
有機塩基の種類を表1のように変更した以外は、実施例1と同様に反応を行った。結果を表1に示す。
有機塩基、反応温度及び反応時間を表1のように変更した以外は、実施例2と同様に反応を行った。結果を表1に示す。
*2:BOP;1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシトリス(ジメチルアミノ)ホスホニウム・ヘキサフルオロホスファート
*3:PyBOP;1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシトリピロリジノホスホニウム・ヘキサフルオロホスファート
*4:TEA;トリエチルアミン
*5:DIPEA;ジイソプロピルエチルアミン
*6:1H−NMR測定(DMSO−d6)より算出(最大包接率を:1.000)。―は未測定。
*7:ブロック化されたポリロタキサンの取得収率(%)
*8:ブロック化されたポリロタキサンの純度(%)
*9:数式<1>より算出(%)
アミド化剤(DMT−MM)の使用量を下記表2のように変更した以外は、実施例1と同様に反応を行った。結果を、実施例1の結果と併せて表2に示す。
*2:ブロック化されたポリロタキサンの取得収率(%)
*3:ブロック化されたポリロタキサンの純度(%)
*4:数式<1>より算出(%)
ブロック化剤(アダマンチルアミン・塩酸塩)の使用量を下記表3のように変更した以外は、実施例1と同様に反応を行った。結果を、実施例1の結果と併せて表3に示す。
有機塩基(トリエチルアミン)の使用量を下記表4のように変更した以外は、実施例1と同様に反応を行った。結果を表4に示す。
有機溶媒の種類を下記表5のように変更した以外は、実施例1と同様に反応を行った。結果を実施例1の結果と併せて表5に示す。
*2:ブロック化されたポリロタキサンの取得収率(%)
*3:○;反応に使用可能、×;低収率、又は未反応のため反応に使用不可
有機溶媒(ジメチルホルムアミド)に、下記表6のように水を含有させて使用した以外は、実施例1と同様に反応を行った。結果を表6に示す。
*2:反応系への水の添加量(g)、及び反応溶媒(溶媒+水)における水の含有量(質量%)
*3:ブロック化されたポリロタキサンの取得収率(%)
*4:ブロック化されたポリロタキサンの純度(%)
*5:数式<1>より算出(%)
*6:カールフィッシャー水分測定による、反応終了後の反応混合物中の水の含有量(質量%)
*7:1H−NMR測定(DMSO−d6)より算出(最大包接率:1.000)
反応温度を下記表7のように水を含有させて使用した以外は、実施例1と同様に反応を行った。結果を表7に併せて示す。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。
Claims (12)
- 環状分子、環状分子に串刺し状に包接される直鎖状分子、及び直鎖状分子から環状分子が脱離しないように直鎖状分子の両末端に配置されるブロック基を有するポリロタキサンの製造方法であって、
溶媒の非存在下又は非プロトン性アミド系溶媒及び芳香族炭化水素からなる群より選択される少なくとも1種の有機溶媒中、環状分子に包接され、両末端にカルボキシル基を有する直鎖状分子と、アミノ基を含むブロック化剤とを、当該直鎖状分子のカルボキシル基1モルに対して、2.0モル〜100モルのトリアジン系アミド化剤の存在下で反応させて、ブロック基を形成することを含む、ポリロタキサンの製造方法。 - トリアジン系アミド化剤が、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウム・クロリド(DMT−MM)である、請求項2記載の製造方法。
- 両末端にカルボキシル基を有する直鎖状分子が、分子の両末端がカルボキシル基であるポリアルキレングリコール類である、請求項1〜3のいずれか1項記載の製造方法。
- 環状分子が、シクロデキストリンである、請求項1〜4のいずれか1項記載の製造方法。
- アミノ基を含むブロック化剤が、アダマンチルアミン又はその塩酸塩である、請求項1〜5のいずれか1項記載の製造方法。
- 両末端にカルボキシル基を有する直鎖状分子のカルボキシル基1モルに対して、トリアジン系アミド化剤が3.8モル〜80モル用いられる、請求項1〜6のいずれか1項記載の製造方法。
- 両末端にカルボキシル基を有する直鎖状分子のカルボキシル基1モルに対して、アミノ基を含むブロック化剤が1.4モル〜40モル用いられる、請求項1〜7のいずれか1項記載の製造方法。
- 反応を、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、及びトルエンからなる群より選択される少なくとも1種の有機溶媒中で行なう、請求項1〜8のいずれか1項記載の製造方法。
- 反応を、有機塩基の存在下で行う、請求項1〜9のいずれか1項記載の製造方法。
- 反応を、5〜60℃の反応温度で行う、請求項1〜10のいずれか1項記載の製造方法。
- 反応を、反応開始時の反応混合物の水分量が5質量%以下の条件下で行う、請求項1〜請求項11のいずれか1項記載の製造方法。
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