KR101119861B1 - 고순도 폴리락틱산, 또는 그 유도체, 그 염, 및 그의 정제방법 - Google Patents

고순도 폴리락틱산, 또는 그 유도체, 그 염, 및 그의 정제방법 Download PDF

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Abstract

고순도의 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염 및 이를 정제하는 방법이 개시된다. 상기 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염은 의료용 및 약물전달 시스템 등에서 다양한 활용이 가능하다.
폴리락틱산, 고순도, 락타이드, 단량체, 올리고머, 정제방법

Description

고순도 폴리락틱산, 또는 그 유도체, 그 염, 및 그의 정제방법{HIGHLY PUREIFED POLYACTIC ACID, OR A DERIVATIVE THEREOF, A SALT OF THE SAME, AND PURIFICATION METHOD THEREOF}
고순도 폴리락틱산 또는 그 유도체, 그 염, 및 그의 정제방법에 관한 것이다.
생분해성 고분자인 폴리락틱산은 생체 적합성이 우수하고, 인체에 무해한 락틱산으로 가수분해되는 특징으로 인하여 다양한 형태로 약물 전달체에 응용되고 있다. 폴리락틱산 유도체는 분자량에 따라 다양한 성질을 가지게 된다. 예를 들어, 분자량 2000 달톤 이상의 폴리락틱산 유도체는 물에 녹지 않는 특성이 있으며, 이를 이용하여 마이크로스피어(microsphere), 나노입자(nanoparticle), 고분자 젤(polymeric gel) 및 임프란트제(implant agent) 등의 형태로 개발되었다.
또한, 약물 전달체로 사용되는 폴리락틱산 유도체는, 분자량 및 공중합체의 구성비 등을 조절함으로써, 약물의 방출 속도를 제어할 수 있다. 약물의 방출을 조절하기 위해서는, 폴리락틱산 유도체의 순도가 중요한 역할을 한다. 단량체로부터 고분자를 중합하게 되는데, 이러한 과정에서 반응하지 않고 남은 단량체가 포함 되어 폴리락틱산 유도체의 순도를 저하시키게 된다. 미반응 단량체의 함량이 높아지게 되면, 분자량 분포가 넓어지고 저분자량의 고분자를 인체에 투여했을 때, 초기에 약물이 과다 방출되는 현상을 보일 수 있다. 또한, 잔류하는 단량체가 분해되면서 pH를 떨어뜨리게 되고, 고분자의 분해속도가 빨라져서 지속적인 약물 방출을 어렵게 한다.
기존의 폴리락틱산의 합성과정에서는, 용매/비용매(solvent/non-solvent) 방법을 사용하여 폴리락틱산을 정제하였다. 이러한 방법은 분자량이 높은 경우 또는 L,L-폴리락틱산 유도체의 합성시, 고체화된 고분자를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 분자량이 낮은 경우 또는 결정성이 없는 D,L-폴리락틱산 유도체의 합성시에는, 비용매에 침전시키게 되면 젤 형태의 침전물이 생성되면서 정제가 용이하지 못하다는 단점이 있다.
특히, 분자량이 낮은 D,L-폴리락틱산의 경우에는, 아세톤에 녹여서 증류수에 침전시키게 되면, 젤 형태의 침전물이 생성된다. 젤 형태의 침전물은, 포함된 수분을 제거하기 위해 진공 건조를 하더라도 수분이 거의 제거되지 않으며, 수분 제거를 위해서는 장시간이 요구된다. 또한, 고온 진공조건일 경우에는, 축중합이 진행되어 분자량 조절이 어렵고, 단량체인 락타이드가 생성될 수 있다.
또한, 분자량이 높은 경우 또는 결정성이 있는 L,L-폴리락틱산의 경우에는, 앞서 언급된 용매/비용매 방법으로 고체화된 폴리락틱산을 얻을 수 있다. 그러나, 용매/비용매 방법으로 정제하는 과정에서, 단량체 및 유기금속촉매 등도 비용매에서 같이 침전되므로 효과적으로 제거되지 않는다는 문제점이 있다.
한편, 액-액 상분리 방법으로 저분자량의 D,L-폴리락틱산을 정제하는 방법이 알려져 있다. 중합된 고분자를 메탄올 또는 에탄올 등에 가열하여 녹인 후, -78℃에 냉동 보관하면 층분리가 일어나게 된다. 저분자량의 폴리락틱산은 위층의 유기용매에 녹아 있고, 높은 분자량의 폴리락틱산은 아래층에서 고체화된다. 아래층을 분리하고, 용매를 증류 제거하는 공정을 통해, 단량체 및 올리고머가 제거되어 분자량 분포가 좁은 고순도의 D,L-폴리락틱산을 얻게 된다. 그러나, 중합공정에서 생성된 락타이드 단량체는 고온에서는 알코올 용매에 녹지만, 저온에서는 재결정화된다. 따라서, 상기 방법으로는 단량체 제거효과를 기대할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 일실시예의 목적은 폴리락틱산, 또는 그 유도체, 그 염을 효과적으로 정제하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일실시예의 목적은 고순도의 폴리락틱산, 또는 그 유도체, 그 염을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일실시예의 목적은 정제된 폴리락틱산, 또는 그 유도체, 그 염을 포함하는 약학 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 고순도의 폴리락틱산, 또는 그 유도체, 또는 그 염을 제공한다. 또한, 이를 정제하는 방법을 제공한다. 구체적으로는, 상기 방법은, 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 수혼화성이 있는 유기용매에 용해시키는 것; 유기용매에 용해시켜 얻은 고분자 용액에 물 또는 알칼리 금속염 수용액을 첨가하여 혼합하는 것; 혼합액을 층분리하여 물을 제거하고 유기용매층을 회수하는 공정; 및 회수한 유기용매층으로부터 유기용매를 제거하여 고분자를 회수하는 것을 포함한다. 또한, 본 발명은 락톤 단량체 함량이 1.0 중량% 이하이며, 유기금속촉매의 금속 함유량이 50 ppm이하인 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 제공한다.
본 발명은, 미반응 단량체 및 올리고머가 효과적으로 제거된 순도 높은 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염, 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명은 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 정제하는 방법을 제공한다. 구체적으로는, 본 발명은 락톤 단량체 함량이 1.0 중량% 이하이며, 유기금속촉매의 금속 함유량이 50 ppm, 구체적으로 20 ppm 이하인 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 락톤 단량체, 그의 가수 분해산물 및 저분자량의 올리고머는 체내 및 수용액에서 쉽게 분해되어 pH를 저하시키고, 이로 인해서 더욱더 고분자의 분해 속도를 촉진시키거나 고분자에 함유된 약물의 안정성에 영향을 미쳐 불순물의 유도하는 문제가 있다. 또한, 제조된 고분자에 불순물로서 포함된 유기금속촉매 역시 고분자의 가수분해를 촉진시켜 분자량을 감소시키고, 따라서 pH를 낮추게 된다. 유기금속촉매 불순물에 의해서 가수분해 속도가 빨라지면, 제형 조성물에서 약물전달체로 사용되는 고분자가 약물을 지속적으로 방출하는 것이 방해를 받게 되고, 원하는 기간보다 빠른 약물 방출현상을 보일 수 있어 악물방출속도를 조절하기 어렵게 된다. 따라서, 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 이용한 약물 전달에서 있어서, 약물의 방출속도를 조절하고, 불순물의 생성을 방지하기 위해서는 고분자에 혼재하는 단량체, 저분자량의 단량체의 올리고머, 및 유기 금속 촉매의 함량을 조절하는 것이 필수적이다.
상기 락톤 단량체 함량이 1.0 중량% 초과인 경우에는 고분자의 분해 속도를 촉진시키고, 고분자에 함유된 약물의 안정성에 영향을 미쳐 불순물의 생성을 유도하므로 바람직하지 않다. 또한, 유기금속촉매의 금속 함유량이 50 ppm 초과시에는 고분자의 가수분해를 촉진시켜 pH를 감소시키며 이로 인해 약물의 지속적 방출을 달성할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명은 폴리락틱산를 합성하는 공정에서 남게 되는 미반응 단량체, 올리고머, 또는 유기 금속 촉매를 효과적으로 제거함으로써, 고순도의 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 얻기 위한 것이다.
본 발명에서 사용된, "폴리락틱산"이란, 락타이드 또는 락틱산으로 중합된 폴리머를 의미하며, 폴리락틱산의 말단은 히드록시이거나 카르복시기일 수 있다.
상기 폴리락틱산 유도체는, 예를 들어, 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드, 폴리만델릭산, 폴리카프로락톤, 폴리디옥산-2-온, 폴리아미노산, 폴리오르소에스터, 폴리언하이드라이드 및 그들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다. 구체적으로는, 상기 폴리락틱산 유도체는, 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤 또는 폴리디옥산-2온이다.
일실시예에서, 상기 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염은, 폴리락틱산, 락트산과 만델릭산의 공중합체, 락트산과 글리콜산의 공중합체, 락트산과 카프로락톤의 공중합체 및 락트산과 1,4-디옥산-2온의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
문맥상 다른 것을 지칭하는 것으로 명확하게 기재되어 있지 않다면, '폴리락틱산' 또는 '폴리락틱산 유도체'는 폴리락틱산 및 폴리락틱산 유도체를 총징하는 개념이며, 폴리락틱산과 폴리락틱산 유도체 간의 정제 방법상의 차이는 없다고 볼 것이다.
또 다른 일실시예에서, 폴리락틱산의 또는 폴리락틱산 유도체의 염은 폴리락틱산 또는 폴리락틱산 유도체의 알칼리 금속염일 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 알칼리 금속염은, 나트륨, 칼륨 및 리튬으로 구성된 군으로부터 선택되는 일가 금속 이온의 금속염일 수 있다.
일실시예에서, 상기 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염의 수평균분자량은 500 내지 20,000 달톤이며, 구체적으로는 500 내지 10,000 달톤, 보다 구체적으로는 500 내지 5,000 달톤일 수 있다.
출발물질로서, 폴리락틱산 또는 그 유도체를 합성하는 몇 가지 방법을 살펴보면 다음과 같다.
폴리락틱산 유도체를 합성하는 첫번째 방법으로는, L-락타이드 또는 D,L-락타이드 등의 락톤을 단량체로 사용하는 개환중합법이다. 개시제로는 히드록실기를 포함하는 화합물이 사용 가능하며, 일실시예로서, 비점이 높은 알코올이 사용될 수 있다. 구체적으로, 라우릴 알코올(lauryl alcohol), 1,6-헥산디올(hexanediol) 등을 들 수 있다.
그리고, 개시제가 가지는 히드록실기에서 단량체가 중합되도록 유기금속촉매를 사용할 수 있다. 특히, 의료용으로 사용되는 폴리락틱산 유도체를 합성공정에서는, 의료용에 사용 가능하다고 FDA에서 승인된 스태너스 옥토에이트 촉매를 주로 사용한다. 개환중합법은, 고분자량의 폴리락틱산 유도체를 합성하는데 유리하다. 개환중합법으로 합성된 폴리락틱산 유도체에는, 미반응의 단량체 및 촉매로 첨가된 유기금속 등이 포함되어 있게 된다.
폴리락틱산 등을 합성하는 또 다른 방법으로는, 락틱산 등의 유리산 형태를 사용하여 축중합하는 방법이 있다. 축중합하는 방법은 저분자량의 폴리락틱산 등을 합성하는데 유리하다. 이는 축중합 공정에서 부산물로 생성되는 물을 효과적으로 제거하는 것이 용이하지 않기 때문이다. 부산물인 물을 제거하는 방법으로는, 고온의 진공조건에서 용융 중합하거나 딘 스타크(dean stark) 장치가 있는 반응기에서 물과 섞이지 않는 유기용매를 사용하여 용액중합하는 방법이 있다. 상기 락틱산을 사용하여 축중합하는 방법은, 5,000 달톤 이하의 낮은 분자량의 폴리락틱산 또는 그 유도체를 합성할 때 바람직한 공정으로, 이 경우에는 촉매를 첨가하지 않고 중합할 수도 있다. 락틱산을 용융 축중합법으로 중합하게 되면, 미반응물의 락틱산과 고온진공조건에서 생성되는 락타이드 등이 포함되어 있게 된다.
위에서 언급한 개환중합 또는 축중합으로 합성된 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염은, 미반응 단랑체인 락타이드와 락틱산, 그 올리고머 및 유기 금속 촉매가 일정량 포함되게 된다. 합성된 조중합체(crude polymer)에 포함된 단량체, 올리고머 및 유기 금속 촉매는, 체내 및 수용액에서 쉽게 분해되어 pH를 내려 산성화시키고, 이로 인해 분해 속도가 더욱 빨라지게 된다. 불순물에 의해서 가수분해 속도가 빨라지면, 제형 조성물에서 약물전달체로 사용되는 고분자가 약물을 지속적으로 방출하는 것이 방해를 받게 되고, 원하는 기간보다 빠른 약물 방출현상을 보일 수 있고, 약물 방출속도를 조절하기 어렵게 된다.
따라서, 본 발명에서는 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 합성과정에서 발생되는 부산물 또는 불순물을 효과적으로 제거하여 고순도의 폴리락틱산 또 는 그 유도체, 또는 그 염을 제조할 수 있는 정제방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 정제방법은, 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 수혼화성이 있는 유기용매에 용해시키는 것; 유기용매에 용해시켜 얻은 고분자 용액에 물 또는 알칼리 금속염 수용액을 첨가하여 혼합하는 것; 혼합액을 층분리하여 물을 제거하고 유기용매층을 회수하는 것; 및 회수한 유기용매층으로부터 유기용매를 제거하여 고분자를 회수하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 정제방법은 분자량이 낮은 폴리락틱산 또는 그 유도체에 대해서도 적용이 가능하다.
폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 수혼화성이 있는 유기용매에 용해시켜 고분자 용액을 생성한다. 일실시예에서, 상기 유기용매는, 고분자를 가용화할 수 있는 용매로서, 비점이 100℃ 이하인 수혼화성이 있는 유기용매일 수 있다. 또 다른 일실시예에서, 상기 유기용매는 아세톤 또는 아세토니트릴일 수 있다.
유기용매에 용해시켜 얻은 고분자 용액에 물 또는 알칼리 금속염 수용액을 첨가한다. 보다 구체적으로는, 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염이 용해된 유기용매에 물 또는 알칼리 금속염 수용액을 서서히 첨가하여 미반응 단량체, 올리고머를 가수분해시킨다. 일실시예에서, 상기 알칼리 금속염 수용액의 농도는 0.05 내지 0.1 g/ml이다. 물 또는 알칼리 금속염 수용액의 사용량은 미반응 단량체 함유량과 유기용매의 양에 따라 결정되지만, 유기용매 부피 대비 0.5~2 배로 첨가할 수 있다.
알칼리 금속염 수용액을 첨가하는 경우에는 폴리락틱산 등의 카르복시산이 카르복시기의 알칼리 금속염으로 치환된 폴리락틱산, 폴리락틱산 염 등을 동시에 얻을 수 있다. 일실시예에서, 상기 알칼리 금속염은 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨 및 탄산리튬으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 구체적인 알칼리 금속염은, 하기 화학식 2 또는 3의 화합물과 같은, 카르복실 말단기를 가진 폴리락틱산 염의 카르복실기와 이온 결합되는 금속염의 종류를 결정한다. 특히, 알칼리 금속염 수용액은 탄산수소나트륨 또는 탄산수소칼륨 수용액일 수 있다. 물을 사용하는 경우에는, 수소이온을 그대로 가지는 카르복시산 말단기를 가진 폴리락틱산 물질이 얻어진다.
일실시예에서, 상기 혼합은, 구체적으로 40 내지 100℃에서 10 분 내지 24 시간 동안 교반함으로써 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로는, 60 내지 80℃에서 2 시간 내지 6 시간 동안 교반하는 공정일 수 있다. 가열 교반하는 공정을 통해, 저분자량의 폴리락틱산 및 단량체가 가수분해된다. 알칼리 금속염을 사용하는 경우에는, 알칼리 금속염, 저분자량 폴리락틱산 및 단량체들 사이에서 중화반응을 일으켜 염 화합물이 생성된다. 상기 염 화합물은 수용액에 대한 용해도가 매우 높으므로 층분리시 정제에 용이하다. 따라서, 두 번째 공정에서의 가열 온도 및 교반 시간 등은, 가수분해 및 염 화합물의 생성을 촉진하기 위한 것이다. 예를 들어, 가열하는 온도가 너무 높게 되면, 이미 합성된 폴리락틱산이 가수분해되어 분자량이 감소될 수 있다.
일실시예에서, 상기 혼합물은 층분리될 수 있다. 상기 층분리는, 혼합액에 염을 첨가하여 유기용매층과 수용액층으로 분리시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 염 은 염화나트륨 또는 염화칼륨 등일 수 있다. 염을 이용한 분리과정은, 예를 들어, 가수분해 공정을 거친 상기 혼합물에 염화나트륨을 첨가하여 수혼화성 유기용매와 수용액을 층분리시키게 된다. 층분리 과정을 통해, 유기용매 층에는 정제된 고분자가 녹아 있고, 수용액 층에는 염화합물, 알칼리 금속염, 미반응 단량체와 올리고머 및 유기금속촉매가 녹아 있게 된다. 폴리락틱산 또는 그 유도체가 수소 이온을 갖는 카르복실산으로 말단기로 존재할 때에는, 염을 첨가하지 않아도 층분리가 일어날 수 있으며, 이는 상기 고분자가 물에 용해되지 않기 때문이다.
층분리된 유기용매층으로부터 유기용매를 제거하여 고분자를 회수하게 된다. 일실시예에서, 층분리된 유기용매층에서, 분별증류를 통해 유기용매를 제거한다. 분별증류온도는, 예를 들어, 60 내지 80℃ 일 수 있다.
일실시예에서, 유기용매를 제거하여 고분자를 회수한 이후에,
회수한 고분자를 무수 유기용매에 용해시킨 후, 여과하여 고분자가 함유된 유기용매를 얻는 것; 및
고분자가 함유된 유기용매에서 무수 유기용매를 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.
또 다른 일실시예에서, 상기 무수 유기용매는 무수 아세톤 또는 무수 아세토니트릴일 수 있다.
상기 여과하여 고분자가 함유된 유기용매를 얻는 과정에서, 유기용매가 제거된 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 다시 무수 유기용매에 녹이게 되면, 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염은 용해되고, 소량 존재하는 염화나트륨, 탄산수소나트륨 등의 염화합물 및 알칼리금속염은 침전된다. 침전된 염 화합물은 원심분리 또는 여과법으로 제거한다.
그리고, 고분자가 함유된 유기용매에서 무수 유기용매를 제거하는 과정에서는, 염화나트륨과 같은 염이 제거된 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염에 대하여, 다시 증류법을 사용하여 유기용매를 제거하게 된다. 일실시예에서, 상기 증류법이 적용되는 증류온도는 60 내지 80℃ 일 수 있다. 유기용매가 제거되면, 정제된 고분자를 얻을 수 있다.
일실시예에서, 본 발명의 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염은 화학식 1의 단량체를 포함할 수 있다.
Figure 112009041910288-pat00001
상기 화학식 1에서,
Y는 수소, 메틸기 또는 페닐기이고,
A는 5 내지 300의 정수이다.
일실시예에서, 상기 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염은, 하기 화학식 2 또는 3으로 표시된다.
HO-[R1]l-[R2]m-C(=O)-O-M
[HO-[R1]l-[R2]m-C(=O)-O-]n-A
상기 화학식 2 또는 3에서,
R1은 -C(=O)-O-CHZ-이고,
R2는 -C(=O)-O-CHY-, -C(=O)-O-CH2CH2CH2CH2CH2- 또는 -C(=O)-O-CH2CH2OCH2-이고,
Z 및 Y는 독립적으로 수소, 메틸기 또는 페닐기이고,
l 및 m은 0 내지 150의 정수이고 동시에 0이 될 수 없으며,
M은 수소, 나트륨, 칼륨 또는 리튬이며,
A 는 디올 또는 3 내지 12개의 히드록실기를 포함하는 폴리올 화합물이고,
n 은, 2 내지 12의 정수로서, A가 포함하고 있는 히드록실기의 개수와 동일하다.
일실시예에서, 상기 2 내지 12개의 하이드록실기를 포함하는 화합물은 알코올, 디올 화합물, 글리세롤, 펜타에리스니톨 또는 자이리톨과 같은 단일 화합물이거나, 폴리에틸렌 글리콜 또는 모노메톡시 폴리에틸렌 글리콜과 같은 고분자 화합물일 수 있다.
또한, 본 발명은 정제된 고순도의 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 제공한다. 일실시예에서, 상기 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염은, 락톤 단량체 함량이 1.0 중량% 이하이며, 유기금속촉매의 금속 함유량이 50 ppm, 구체적으로는 20 ppm이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염을 함유하는 약학 조성물을 제공한다. 상기 폴리락틱산 등의 고분자는 생체 적합성이 우수하고 인체에 무해하기 때문에 다양한 형태의 약물전달체로 활용할 수 있다. 또한, 상기 고분자는 분자량 및 공중합체의 구성비 등을 조절하여 약물 방출 속도를 제어할 수 있으며, 이를 위해서는 고순도의 고분자가 요구된다.
상기 약학 조성물은 방부제, 안정화제, 수화제 또는 유화 촉진제, 삼투압 조절을 위한 염 및/또는 완충제 등의 약제학적 보조제 및 기타 치료적으로 유용한 물질을 추가로 함유할 수 있다. 또한, 상기 약학 조성물은, 투여 경로에 따라, 통상적인 방법에 따라 다양한 경구 또는 비경구 투여 형태로 제형화할 수 있다.
이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예 등은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[ 제조예 1] 축중합법으로 D,L- 폴리락틱산(PLA-COOH)의 합성
D,L-락틱산 1,000 g을 2,000 ml의 삼구 둥근바닥 플라스크에 넣고 교반기를 장치하였다. 그런 다음, 80℃로 가열한 기름 중탕에서 가열 및 감압 아스피레이터로 25 ㎜Hg로 감압하면서 1 시간 동안 반응시켜, 과량으로 존재하는 수분을 제거하 였다.
반응 온도를 160℃로 상승시키고, 압력을 5~10 ㎜Hg로 감압한 조건에서, 6 시간 반응시킨 후 반응을 종결하였다. 그 결과, 정제되지 않은 상태의 폴리락틱산 646 g을 얻었다. 제조된 폴리락틱산에 대한 NMR 측정결과는 도 1에 나타내었다.
[ 제조예 2] 개환중합법으로 D,L- 폴리락틱산(PLA-COOH)의 합성
D,L-락타이드 500 g을 1-구 플라스크에 넣고, 50C에서 4시간동안 진공건조시킨다. 상온으로 낮춘 후, 틴옥토에디트 촉매(250mg ; 0.05 wt%)를 녹인 톨루엔 용액(0.5 ml)와 1-도데칸올(1-docecanol) 62.5 g을 플라스크에 투입하고, 2시간동안 진공 건조한다. 플라스크를 질소로 충진하고, 130C에서 6시간 동안 중합한다. 그 결과, 정제되지 않은 상태의 폴리락틱산 380 g을 얻었다.
[ 비교예 1] D,L- 폴리락틱산(PLA-COOH)의 정제
제조예 1에서 얻은 폴리락틱산 100 g에 아세톤 100 ml를 가하여 고분자를 용해시켰다. 고분자 용액을 증류수 1000 ml에 서서히 첨가하면서 고분자를 석출시켰다. 석출된 고분자를 여과하고, 증류수 500 ml로 2 회 세척하였다. 과량의 수분을 제거하기 위하여, 90℃에서 2 시간 동안 진공 건조하였다. 그 결과, 정제된 폴리락틱산 87 g을 얻었다. 정제된 폴리락틱산에 대한 NMR 측정결과는 도 2에 나타내었다.
[ 비교예 2] D,L- 폴리락틱산(PLA-COOH)의 정제
제조예 2에서 얻은 폴리락틱산 100 g에 메틸렌클로라이드 100 ml를 가하여 고분자를 용해시켰다. 고분자 용액을 디에틸에테르 1,000 ml에 서서히 첨가하면서 고분자를 석출시켰다. 석출된 고분자를 여과하였다. 얻어진 고분자는 상온에서 진공 건조하였다. 그 결과, 정제된 폴리락틱산 66 g을 얻었다.
[ 실시예 1] D,L- 폴리락틱산(PLA-COOH)의 정제
제조예 1에서 얻어진 폴리락틱산 100 g에 아세토니트릴 200 ml를 첨가하여 고분자를 용해시켰다. 고분자 용액에 증류수 200 ml를 첨가하고, 60℃에서 2 시간 동안 100 rpm에서 교반하였다. 상온에서 두 용매가 층분리되면 유기용매층을 분리하였다. 분리된 유기용매층에 증류수 100 ml를 섞어 세척한 후, 다시 층분리하여 유기용매층을 얻었다. 얻어진 유기용매층을 80℃에서 진공조건으로 분별 증류하여 유기용매를 제거하였다. 그 결과, 정제된 폴리락틱산 73 g을 얻었다. 정제된 폴리락틱산에 대한 NMR 측정결과는 도 3에 나타내었다.
[ 실시예 2] D,L- 폴리락틱산 나트륨염( PLA - COONa )의 합성 및 정제
제조예 1에서 얻어진 폴리락틱산 100 g에 아세토니트릴 150 ml를 첨가하여 용해시켰다. 그런 다음, 탄산수소나트륨 수용액(0.1 g/ml) 150 ml를 서서히 첨가하고, 60℃에서 2 시간 동안 100 rpm에서 교반하였다. 상온에서 염화나트륨 15 g을 첨가하고 교반하면서 용해시켰다. 분별 깔대기를 이용하여 두 용매층을 층분리 시키고, 수용액층을 제거하였다.
남아있는 유기용매층에 증류수 100 ml와 염화나트륨 10 g을 첨가하여 교반하면서 용해시켰다. 다시 분별 깔대기를 이용하여 두 용매층을 층분리시키고 유기용매층을 얻었다. 얻어진 유기용매층을 80℃에서 진공조건으로 2 시간 동안 분별 증류하여, 유기용매와 증류수를 완전히 제거하였다.
그런 다음, 무수 아세톤 150 ml를 첨가하여 고분자를 용해시키고, 용해되지 않은 침전물은 여과 분리하여 제거하였다. 80℃에서 진공조건으로 2 시간 동안 분별 증류하여, 아세톤을 제거하였다. 그 결과, 정제된 폴리락틱산 나트륨염 69 g을 얻었다. 정제된 폴리락틱산 나트륨염에 대한 NMR 측정결과는 도 4에 나타내었다.
[ 실시예 3] D,L- 폴리락틱산 나트륨염( PLA - COONa )의 합성 및 정제
제조예 2에서 얻어진 폴리락틱산 100 g을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 진행하여 정제된 폴리락틱산 63을 얻었다.
[ 실험예 1] 정제도 비교 실험
제조예 1, 2, 비교예 1, 2, 실시예 1, 2 및 3에서 합성 또는 정제된 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 염에 대하여, 분자량, 락타이드 및 유기금속촉 함량을 비교 측정하였다.
각 경우에 있어서, 분자량 및 락타이드 함량은 1H-NMR 분석을 통해, 폴리락 틱산 말단기인 히드록실기를 기준으로 강도(intensity)를 구하여, 분자량 및 락타이드 함량을 계산하였다. Sn 함량은 유도결합플라스마 발광광도법(ICP)으로 분석하였다.
실험 결과는 하기 표 1과 같다.
Figure 112009041910288-pat00002
상기 표 1을 참조하면, 비교적 낮은 분자량을 가진 D,L-폴리락틱산의 정제공정에서 기존의 (용매/비용매) 정제법에 의한 결과(비교예 1)에서는, 락타이드가 완전히 제거되지 않았으며, 정제전 시료(제조예 1)와 비교하여 분자량 증가량도 상대적으로 작다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 2의 경우는, 락타이드 함량이 높을 뿐만 아니라, 유기금속촉매 역시 제거되지 않고 다량 잔존함을 알 수 있다.
이에 반해, 실시예 1, 2 및 3의 경우에는, 락타이드 함량이 아주 낮은 것으로 분석되었으며, 분자량 증가량도 상대적으로 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 3의 경우에는, 유기금속촉매가 효과적으로 제거되었음 알 수 있다. 따라서, 종래의 방법과 비교하여 고순도의 폴리락틱산 그 유도체, 또는 그 염의 제조가 가능하다는 것을 확인하였다.
도 1은 제조예 1에서 제조된 D,L-폴리락틱산의 1H-NMR 결과이다;
도 2는 비교예 1에 의해 정제된 D,L-폴리락틱산의 1H-NMR 결과이다;
도 3은 실시예 1에 의해 정제된 D,L-폴리락틱산의 1H-NMR 결과이다;
도 4은 실시예 2에 의해 정제된 D,L-폴리락틱산의 1H-NMR 결과이다.

Claims (14)

  1. 폴리락틱산 또는 그 유도체를 수혼화성이 있는 유기용매에 용해시키는 것;
    유기용매에 용해시켜 얻은 고분자 용액에 알칼리 금속염 수용액을 첨가하여 혼합함으로써 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염을 얻는 것;
    혼합액을 층분리하여 물을 제거하고 유기용매층을 회수하는 것; 및
    회수한 유기용매층으로부터 유기용매를 제거하여 고분자를 회수하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기용매는 아세톤 또는 아세토니트릴인 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리 금속염은, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 탄산리튬으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속염인 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합은, 40 내지 100℃에서 10 분 내지 24 시간 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 층분리시 염을 첨가하여 유기용매층과 수용액층으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 염은 염화나트륨 또는 염화칼슘인 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 유기용매를 제거하여 고분자를 회수한 이후에,
    회수한 고분자를 무수 유기용매에 용해시킨 후, 여과하여 고분자가 함유된 유기용매를 얻는 것; 및
    고분자가 함유된 유기용매에서 유기용매를 제거하는 것을 더 포함하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 무수 유기용매는 무수 아세톤 또는 무수 아세토니트릴인 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 알칼리 금속염은 하기 화학식 1의 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
    Figure 112011061428546-pat00003
    (화학식 1)
    상기 화학식 1에서,
    Y는 수소, 메틸기 또는 페닐기이고,
    A는 5 내지 300의 정수임.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리락틱산 유도체는 하기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 것을 특징으로 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
    (화학식 2)
    HO-[R1]l-[R2]m-C(=O)-O-M
    (화학식 3)
    [HO-[R1]l-[R2]m-C(=O)-O-]n-A
    상기 화학식 2 또는 3에서,
    R1은 -C(=O)-O-CHZ-이고,
    R2는 -C(=O)-O-CHY-, -C(=O)-O-CH2CH2CH2CH2CH2- 또는 -C(=O)-O-CH2CH2OCH2-이고,
    Z 및 Y는 독립적으로 수소, 메틸기 또는 페닐기이고,
    l 및 m은 0 내지 150의 정수이고 동시에 0이 될 수 없으며,
    M은 수소, 나트륨, 칼륨 또는 리튬이고,
    A 는 디올 또는 3 내지 12개의 히드록실기를 포함하는 히드록실 화합물이며,
    n 은, 2 내지 12개의 정수로서, A가 포함하고 있는 히드록실기의 개수임.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염은 락톤 단량체 함량이 1.0 중량% 이하이며, 유기금속촉매의 금속 함유량이 50 ppm 이하인 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리락틱산 또는 그 유도체는 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드, 폴리만델릭산, 폴리카프로락톤 또는 폴리디옥산-2-온, 이들의 공중합체, 폴리아미노산, 폴리오르소에스터 및 폴리언하이드라이드로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리락틱산 또는 그 유도체, 또는 그 알칼리 금속염의 수평균 분자량은 500 내지 20,000 달톤인 것을 특징으로 하는 폴리락틱산 또는 그 유도체의 알칼리 금속염의 정제방법.
  14. 삭제
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