KR101945899B1 - Preparation method of hyperbranched polyaminoglycerol based on amino glycidyl ether - Google Patents

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Abstract

보호된 2차 아민기를 갖는 아미노글리시딜에테르계 모노머에 폴리올 개시제를 가하여 단일 중합 반응시킨 후 탈보호시켜 제조되는 고차분지형 폴리아미노글리세롤은, 폴리글리세롤 골격을 가짐으로써 생체적합성이 우수하고 아민 관능기를 가짐으로써 다양한 생물학적 분자와의 접합이 가능하며, 특히 상기 아민 관능기가 고차분지형 폴리글리세롤 골격의 내부에 은폐되어 높은 생체적합성을 유지할 수 있다.The polyglycidyl ether-based monomer having a protected secondary amine group is added to the polyol initiator to perform a single polymerization reaction followed by deprotection. The polyglycerol skeleton of the higher-resolution type has high biocompatibility and has an amine functional group , It is possible to bond with various biological molecules. In particular, the amine functional group is concealed inside the high-diffusive polyglycerol skeleton, so that high biocompatibility can be maintained.

Description

아미노글리시딜에테르 기반의 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조방법{PREPARATION METHOD OF HYPERBRANCHED POLYAMINOGLYCEROL BASED ON AMINO GLYCIDYL ETHER}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for preparing a polyglycidyl ether of a high-diffusive polyamino glycerol based on aminoglycidyl ether,

본 발명은 생물학/생의학 분야에서 운반체 등으로 사용될 수 있도록 아민 관능기를 갖는 고차분지형 폴리아미노글리세롤(hyperbranched polyaminoglycerol)계 단일 중합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조에 사용되는 모노머 화합물, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hyperbranched polyaminoglycerol based homopolymer having an amine functional group so that it can be used as a carrier in a biological / biomedical field and a method for producing the homopolymer. The present invention also relates to a monomer compound used in the production of a highly branched polyamino glycerol, and a process for producing the same.

폴리아민은 바이오테크놀로지 등의 산업 분야에서 널리 활용되어 많은 주목을 받고 있다. 폴리에틸렌이민 및 폴리프로필렌이민과 같은 아민기 함유 고분자들은 높은 아민 함량을 갖는 CO2 흡착제로서 각광 받고 있다. 폴리아민은 유기용매에 금속 이온을 용해시키는 킬레이트제로서 유용하며 또한 에폭시 수지의 경화제로 활용되고 있다.Polyamines are widely used in industrial fields such as biotechnology and have attracted much attention. Polymers containing amine groups such as polyethyleneimine and polypropyleneimine are attracting interest as CO 2 adsorbents having a high amine content. Polyamines are useful as chelating agents for dissolving metal ions in organic solvents and are also used as curing agents for epoxy resins.

폴리아민은 핵산 및 단백질을 비롯한 많은 주요 생물학적 분자의 구조, 배열 및 기능과 관련성이 있는 중요한 화합물이다. 스페르민 및 스페르미딘과 같은 자연 발생적인 폴리아민은 세포 성장, 막 안정성 유지, 세포예정사의 조절 및 자유라디칼 제거에 관여한다. 추가로, 이들의 생리학적 조건에서 양이온 특성을 가지므로, 폴리아민은 유전자 치료의 매개체로서 높은 잠재력을 갖는다. 일반적으로 폴리에틸렌이민은 양성자 흡착능으로 인해 높은 형질주입 효율을 갖는 유전자 전달 매개체로 사용되고 있으나, 이의 높은 전하 밀도는 때때로 세포에 대한 치명적인 독성을 야기하곤 하였다. 따라서, 양이온성 폴리아민의 세포 독성을 낮추기 위한 다양한 방법들이 연구되어 왔다. 특히, 신규의 아민 함유 모노머를 이용하여 생체적합성 폴리에테르 골격을 갖는 폴리아민을 합성하는 것이 시도되었다. Polyamines are important compounds that are related to the structure, arrangement and function of many major biological molecules, including nucleic acids and proteins. Spontaneous polyamines such as spermine and spermidine are involved in cell growth, maintenance of membrane stability, regulation of cellular uptake, and free radical scavenging. In addition, polyamines have high potential as mediators of gene therapy because of their cationic nature in their physiological conditions. In general, polyethyleneimine has been used as a gene transfer medium with high transfection efficiency due to its proton-adsorbing ability, but its high charge density has sometimes caused fatal toxicity to cells. Accordingly, various methods for lowering the cytotoxicity of cationic polyamines have been studied. In particular, attempts have been made to synthesize polyamines having biocompatible polyether skeletons using novel amine containing monomers.

예를 들어, N,N-다이벤질아미노글리시돌, N,N-다이알릴글리시딜아민, N,N-다이에틸글리시딜아민, 에피싸이아노히드린, 폴리(글리시돌-co-글리시딜아민) 및 폴리글리시돌-b-폴리글리시딜아민 등과 같은 다양한 아민 함유 모노머가 보고되었다(Macromolecules 2011, 44, 4082-4091 참조). 그러나 이와 같이 종래의 고분자들은 대체로 아미노글리시딜에테르계 모노머를 이용하여 폴리에테르 골격을 갖는 선형의 폴리아민에 대한 것으로 국한되어 있다. 또한, 아민기를 갖는 모노머와 다른 반응성 모노머와 공중합시키는 방식도 개발되고 있으나, 이는 공중합에 따른 물성 향상에도 불구하고 단일 중합의 간편성과 사이즈 조절성 등을 갖지 못하는 단점이 있다.For example, N, N-dibenzylaminoglycidol, N, N-diallyylglycidylamine, N, N-diethylglycidylamine, epithianohydrin, poly -Glycidyl amines) and polyglycidol-b-polyglycidyl amines have been reported (see Macromolecules 2011, 44 , 4082-4091). However, the conventional polymers are limited to linear polyamines having a polyether skeleton by using aminoglycidyl ether-based monomers. In addition, a method of copolymerizing a monomer having an amine group with another reactive monomer has been developed, but it has disadvantages in that it does not have the simplicity of single polymerization and the size controllability in spite of improvement of physical properties due to copolymerization.

또한, 종래에 고차분지형 폴리글리세롤의 쉘(shell)에 말단 아민기를 부가하려는 시도가 있었으나, 이 경우 고차분지형 폴리글리세롤을 먼저 합성한 뒤 추가적인 합성 반응에 의해 말단 아민기를 부가해야 하므로 합성 경로가 복잡하고, 또한 쉘에 부가된 말단 아민기는 생체친화성을 크게 저하시켜 생의학 등의 분야에 사용하기가 부적절하였다.Conventionally, attempts have been made to add a terminal amine group to a shell of a high-molecular-weight polyglycerol. However, in this case, since a high-molecular-weight polyglycerol must first be synthesized and then a terminal amine group must be added by an additional synthetic reaction, And the terminal amine groups added to the shell significantly lowered the biocompatibility, making them unsuitable for use in fields such as biology.

Meyer, J.; Keul, H.; Moller, M. Macromolecules 2011, 44, 4082-4091 Meyer, J .; Keul, H .; Moller, M. Macromolecules 2011, 44, 4082-4091

이에 본 발명자들은 생의학 분야에서 유용한 기능을 갖는 고차분지형 폴리에테르를 개발하기 위해 노력한 결과, 보호된 아미노에탄올글리시딜에테르계 모노머를 이용하여, 아미노 관능기를 갖는 고차분지형 폴리에테르를 단일 중합을 통해 원포트(one-pot) 합성할 수 있었다.Therefore, the present inventors have made efforts to develop a high-molecular-weight polyether having a useful function in the field of biomedical science. As a result, the present inventors have found that by using a protected aminoethanol glycidyl ether monomer, One-pot synthesis was possible.

따라서, 본 발명의 목적은 내부에 아민 관능기를 갖는 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a high-differential polyamino glycerol having an amine functional group therein.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조된 고차분지형 폴리아미노글리세롤을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a high-diffusive polyamino glycerol produced by the above method.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조방법에 사용되는 신규의 모노머 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide novel monomers for use in the process for preparing the highly branched polyamino glycerol and a process for producing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 생물학적/생의학적 용도를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide the biological / biomedical use of said high-affinity branched polyamino glycerol.

상기 목적에 따라, 본 발명은 보호된 2차 아민기 및 하이드록시 말단을 갖는 아미노글리시딜에테르계 모노머에 폴리올 개시제를 가하여 단일 중합 반응시킨 후 탈보호시키는 단계를 포함하는, 고차분지형 폴리아미노글리세롤(hyperbranched polyaminoglycerol)의 제조방법을 제공한다.According to the above object, the present invention provides a process for producing a high-diffusing-type polyamino acid, which comprises the steps of adding a polyol initiator to an aminoglycidyl ether-based monomer having a protected secondary amine group and a hydroxyl- A method for producing hyperbranched polyaminoglycerol is provided.

또한, 본 발명은 아미노글리시딜에테르계 모노머의 단일 중합체로서, 상기 아미노글리시딜에테르계 모노머는 보호된 2차 아민기를 가지고, 단일 중합 이후에 탈보호된, 고차분지형 폴리아미노글리세롤을 제공한다.The present invention also provides a homopolymer of an aminoglycidyl ether monomer, wherein the aminoglycidyl ether monomer has a protected secondary amine group and provides a high-diffusible polyamino glycerol which is deprotected after monopolymerization do.

또한, 본 발명은 상기 단일 중합에 사용되는 아미노글리시딜에테르계 모노머로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:Further, the present invention provides an aminoglycidyl ether-based monomer used in the above-mentioned single polymerization,

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112017067497218-pat00001
Figure 112017067497218-pat00001

상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 1 내지 4의 정수이고, PG는 보호기이다.In Formula 1, m and n are each an integer of 1 to 4, and PG is a protecting group.

또한 본 발명은 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤을 포함하는 생물학적 운반체를 제공한다.The present invention also provides a biological carrier comprising the high-differential polyamino glycerol.

본 발명에 따른 고차분지형 단일 중합체는 폴리글리세롤 골격을 가짐으로써 생체적합성이 우수하고 아민 관능기를 가짐으로써 다양한 생물학적 분자와의 접합이 가능하다. 특히 상기 아민 관능기가 고차분지형 폴리글리세롤 골격의 내부에 포함되어 높은 생체적합성을 유지할 수 있고, 2차 아민기의 형태로 포함됨으로써, 1차 아민기 등을 갖는 경우보다 밀집된 구조와 높은 아민 밀도를 가질 수 있다.The high-molecular-weight terpolymer according to the present invention has a polyglycerol skeleton, which is excellent in biocompatibility and can be bonded to various biological molecules by having an amine functional group. In particular, since the amine functional group is contained in the high-molecular-weight polyglycerol skeleton to maintain high biocompatibility and is contained in the form of a secondary amine group, a dense structure and a high amine density Lt; / RTI >

또한, 본 발명에 따르면 신규의 아미노글리시딜에테르계 모노머를 사용하여 아민 작용기를 갖는 고차분지형 폴리글리세롤을 원포트(one-pot) 합성시킬 수 있고, 중합 반응을 조절하여 분자량 제어가 용이하며 우수한 분자량 분포를 달성할 수 있다. 특히, 상기 모노머는 보호된 아민 작용기를 가짐으로써 고차 중합을 위한 긴 반응 시간과 강염기 및 고온과 같은 가혹한 중합 과정을 거친 뒤 탈보호되어 내부에 2차 아민기를 갖는 중합체 구조를 형성할 수 있다Further, according to the present invention, the novel aminoglycidyl ether-based monomer can be used for one-pot synthesis of a high-differential polyglycerol having an amine functional group, and the molecular weight can be easily controlled by controlling the polymerization reaction An excellent molecular weight distribution can be achieved. In particular, the monomers have a protected amine functional group, which can be deprotected after a long reaction time for high-order polymerization and a severe polymerization process such as a strong base and a high temperature to form a polymer structure having a secondary amine group therein

아울러, 상기 아미노글리시딜에테르계 모노머는 간단한 방식으로 합성되어 고차분지형 고분자의 제조 등에 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 양쪽 말단에 서로 다른 관능기를 갖는 비대칭성 모노머로서 단일 중합이 가능하여 중합 공정이 간편하고 사이즈 조절이 용이하다.In addition, the aminoglycidyl ether-based monomer can be synthesized in a simple manner and can be usefully used for the production of a high-molecular-weight type polymer. In particular, asymmetric monomers having different functional groups at both terminals can be single- Simple and easy to adjust the size.

따라서, 본 발명의 고차분지형 폴리아미노글리세롤은 DNA, RNA 등의 생물학적 운반체 등과 같이 다양한 생물학적/생의학적 분야에 활용될 수 있다.Therefore, the high-differential polyamino glycerol of the present invention can be applied to various biological / biomedical fields such as biological carriers such as DNA, RNA and the like.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기에 사용된 약어들의 의미는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 설명하였다.
도 1의 (a)는 Boc-보호된 모노머(BAG)의 합성을 나타낸 것이고, (b)는 Boc-보호된 고분자(PBAG)의 음이온성 개환 중합 및 탈보호된 고분자(PAG)를 나타낸 것이다.
도 2의 (a)는 BAG 모노머의 1H-NMR 스펙트럼이고, (b)는 PBAG66 고분자의 1H-NMR 스펙트럼이며, (c)는 탈보호된 PAG66 고분자의 1H-NMR 스펙트럼이다.
도 3은 PAG13의 1600~2300 Da 범위의 확장 MALDI-ToF 질량 스펙트럼이다.
도 4는 PAG66 고분자의 13C-NMR 스펙트럼이다.
도 5는 PBAG13 및 PAG13의 DSC 곡선이다.
도 6은 고분자의 세포 생존 시험(in vitro) 결과이다.
도 7은 BAG 모노머의 1H-NMR 스펙트럼이다.
도 8은 BAG 모노머의 13C-NMR 스펙트럼이다.
도 9는 BAG 모노머의 COSY 스펙트럼이다.
도 10은 PBAG17(고분자 2)의 1H-NMR 스펙트럼이다.
도 11은 PBAG13(고분자 1) 및 PBAG66(고분자 5)의 GPC 용리 곡선이다.
도 12는 tert-부틸 다이에틸카바메이트를 탈보호시키는 반응을 시간대별로 측정한 1H-NMR 스펙트럼이다.
도 13은 PAG66 고분자(고분자 5)의 13C-NMR 스펙트럼이다.
도 14는 PAG66 고분자(고분자 5)의 DEPT 스펙트럼이다.
도 15는 BAG 모노머의 중합 과정에서 보호기의 작용을 나타낸 것이다.
도 16은 Ts-보호된 모노머의 1H-NMR 스펙트럼이다.
도 17은 Ts-보호된 모노머의 13C-NMR 스펙트럼이다.
도 18은 Ts-보호된 고분자의 1H-NMR 스펙트럼이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The meanings of the abbreviations used in the following are described in detail for the purpose of carrying out the invention.
Figure 1 (a) shows the synthesis of Boc-protected monomers (BAG), (b) shows the anionic ring-opening polymerization of Boc-protected polymers (PBAG) and deprotected polymers (PAG).
2 (a) is a 1 H-NMR spectrum of a BAG monomer, (b) is a 1 H-NMR spectrum of a PBAG 66 polymer, and (c) is a 1 H-NMR spectrum of a deprotected PAG 66 polymer.
3 is an expanded MALDI-ToF mass spectrum ranging from 1600 to 2300 Da of PAG 13 .
4 is a 13 C-NMR spectrum of PAG 66 polymer.
Figure 5 is the DSC curve of PBAG 13 and PAG 13 .
Fig. 6 shows the in vitro results of the polymer.
7 is a 1 H-NMR spectrum of the BAG monomer.
8 is a 13 C-NMR spectrum of the BAG monomer.
9 is the COZY spectrum of the BAG monomer.
10 is a 1 H-NMR spectrum of PBAG 17 (Polymer 2).
11 is a GPC elution curve of PBAG 13 (polymer 1) and PBAG 66 (polymer 5).
12 is a 1 H-NMR spectrum in which the reaction of deprotecting tert-butyldiethylcarbamate is measured over a period of time.
13 is a 13 C-NMR spectrum of PAG 66 polymer (polymer 5).
14 is a DEPT spectrum of PAG 66 polymer (Polymer 5).
Fig. 15 The action of the protecting group in the polymerization process of the BAG monomer is shown.
16 is a 1 H-NMR spectrum of the Ts-protected monomer.
17 is a < 13 > C-NMR spectrum of Ts-protected monomer.
18 is a 1 H-NMR spectrum of Ts-protected polymer.

이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically.

본 발명의 일 양태에 따르면, 보호된 2차 아민기 및 하이드록시 말단을 갖는 아미노글리시딜에테르계 모노머에 폴리올 개시제를 가하여 단일 중합 반응시킨 후 탈보호시키는 단계를 포함하는, 고차분지형 폴리아미노글리세롤(hyperbranched polyaminoglycerol)의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a process for preparing a high-diffusing-type polyamino acid, comprising the steps of adding a polyol initiator to an aminoglycidyl ether-based monomer having a protected secondary amine group and a hydroxyl- A process for preparing hyperbranched polyaminoglycerol is provided.

바람직하게는 상기 아미노글리시딜에테르계 모노머는 화학 구조상 양 말단에 서로 다른 관능기를 갖는 비대칭성 모노머(asymmetric monomer)이다. 구체적으로, 상기 아미노글리시딜에테르계 모노머는 한쪽 말단에 에폭시기를 갖고, 다른 쪽 말단에 하이드록실기를 갖는 비대칭성 모노머이다.Preferably, the aminoglycidyl ether-based monomer is an asymmetric monomer having different functional groups at both ends in chemical structure. Specifically, the aminoglycidyl ether-based monomer is an asymmetric monomer having an epoxy group at one end and a hydroxyl group at the other end.

특히 본 발명에서 사용하는 비대칭성 모노머는, 하나의 모노머 말단의 에폭시기가 다른 모노머 말단의 히드록시기와 반응하여 개환 중합반응이 일어나고, 에폭시기의 개환으로 인해 새로 생성된 하이드록시기가 새로운 중합개시 자리로서 기능하여 또 다른 모노머의 에폭시기와의 개환 중합반응을 일으킴으로써, 다중분지 방식으로 연쇄적으로 사슬을 연장시켜 나갈 수 있다. 그 결과, 본원발명의 1종의 모노머로부터 고차분지형 폴리글리세롤의 단일 중합이 가능하다.In the asymmetric monomer used in the present invention, the epoxy group at one end of the monomer reacts with the hydroxyl group at the other end of the monomer to cause a ring-opening polymerization reaction. The hydroxy group newly formed by the ring opening of the epoxy group functions as a new polymerization initiation site By causing a ring-opening polymerization reaction with the epoxy group of another monomer, the chain can be extended chain by chain. As a result, single polymerization of the high-differential polyglycerol from one kind of monomer of the present invention is possible.

이와 달리, 양 말단에 동일한 관능기를 갖는 대칭성 모노머의 경우 그 자체만으로는 단일중합이 불가능하고, 다른 종류의 모노머와 공중합되어 사슬을 연장하거나 또는 다른 종류의 화합물을 가교시켜야만 중합될 수 있는 단점이 있다. On the other hand, symmetric monomers having the same functional groups at both ends can not be polymerized by itself, and can be polymerized only by copolymerizing with other types of monomers to extend the chain or crosslinking other types of compounds.

또한, 비대칭성 모노머라 할지라도, 모노머의 한쪽 말단에만 관능기를 갖고, 다른 쪽 말단에는 관능기를 갖지 않거나 또는 반응성이 없도록 보호된 관능기를 가지는 경우에도, 역시 그 자체만으로는 단일 중합이 불가능한 단점이 있다.Even if an asymmetric monomer is present, even if it has a functional group at only one end of the monomer and a functional group protected at the other end so as not to have a functional group or to have no reactivity, there is also a disadvantage in that single polymerization can not be performed by itself.

또한, 상기 모노머는 보호된 2차 아민기를 가짐으로써, 긴 반응시간과 강염기 및 고온과 같은 가혹한 중합 과정을 견딜 수 있고(도 15 참조), 이후 탈보호되어 내부에 2차 아민기를 갖는 중합체 구조를 형성할 수 있다. The monomer also has a protected secondary amine group, which can withstand a severe polymerization process such as a long reaction time, a strong base and a high temperature (see FIG. 15), and is subsequently deprotected to form a polymer structure having a secondary amine group therein .

이와 같이 본 발명에 따르면 1종의 모노머만을 사용하여 사슬을 성장시킴으로써 간편하게 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, a chain can be easily grown by using only one type of monomer.

또한, 본 발명의 고차분지형 폴리글리세롤은 단량체 1종 만을 사용하여 중합체의 성장이 가능하므로, 필요에 따라 사이즈 및 분자량을 매우 작게 할 수 있다. 또는 반대로 중합반응을 계속하여 사슬을 성장시킬 경우, 필요에 따라 매우 큰 사이즈 및 분자량의 중합체로도 제조될 수 있다. 따라서, 본 발명의 고차분지형 폴리글리세롤은 사이즈 및 분자량 조절성 면에서 훨씬 선택의 폭이 클 수 있다.Further, the high-branched polyglycerol of the present invention can grow a polymer using only one kind of monomer, so that the size and molecular weight can be made very small as needed. Or conversely, when the chain is grown by continuing the polymerization reaction, it can be also produced as a polymer having a very large size and molecular weight as required. Therefore, the highly branched polyglycerol of the present invention can be much more selective in terms of size and molecular weight controllability.

일례로서, 상기 아미노글리시딜에테르계 모노머는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.As an example, the aminoglycidyl ether-based monomer may be represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112017067497218-pat00002
Figure 112017067497218-pat00002

상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 1 내지 4의 정수이고, PG는 보호기이다.In Formula 1, m and n are each an integer of 1 to 4, and PG is a protecting group.

바람직하게는, 상기 화학식 1에서 m 및 n은 각각 1 내지 3의 정수일 수 있고, 보다 바람직하게는 각각 2일 수 있다.Preferably, m and n in formula (1) may each be an integer of 1 to 3, more preferably 2, respectively.

또한, 상기 PG는 t-부틸옥시카보닐(Boc), p-톨루엔설포닐(Ts), 플루오렌일메틸옥시카보닐, 벤질, 트리페닐메틸 및 카복시벤질로 이루어진 군에서 선택되는 보호기일 수 있다. The PG may also be a protecting group selected from the group consisting of t-butyloxycarbonyl (Boc), p-toluenesulfonyl (Ts), fluorenylmethyloxycarbonyl, benzyl, triphenylmethyl and carboxybenzyl .

바람직한 일례로서, 상기 m 및 n은 각각 2이고, PG는 t-부틸옥시카보닐이다.As a preferred example, m and n are each 2 and PG is t-butyloxycarbonyl.

상기 단일 중합체의 제조방법을 도 1의 (b)에 개략적으로 나타내었다.The method of producing the homopolymer is schematically shown in Fig. 1 (b).

본 발명에 따르면, 보호기를 갖는 아미노글리시딜에테르계 모노머를 폴리글리세롤의 제조에 이용하고 폴리올 개시제를 사용하여 단일 중합 후 탈보호시킴으로써, 원포트(one-pot) 방식으로 2차 아민기를 갖는 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조가 가능하다.According to the present invention, an aminoglycidyl ether-based monomer having a protecting group is used in the preparation of polyglycerol and deprotected after single polymerization using a polyol initiator, whereby a compound having a secondary amine group in a one- It is possible to prepare a branched polyamino glycerol.

상기 폴리올 개시제는 예를 들어 3개 이상의 알콜기를 갖는 화합물일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 폴리올 개시제는 트리메틸올프로판(TMP)일 수 있다. The polyol initiator may be, for example, a compound having three or more alcohol groups. As a specific example, the polyol initiator may be trimethylol propane (TMP).

또한, 이때 상기 단일 중합 반응은 음이온성 개환 다중분지 중합반응(anionic ring-opening multibranching polymerization)일 수 있다.Also, the single polymerization may be anionic ring-opening multibranching polymerization.

바람직한 일례에 따르면, 상기 폴리올 개시제는 트리메틸올프로판이며, 상기 단일 중합 반응은 음이온성 개환 다중분지 중합반응일 수 있다.According to a preferred embodiment, the polyol initiator is trimethylolpropane, and the monopolymerization reaction may be an anionic ring-opening multi-branched polymerization reaction.

또한, 상기 탈보호는 통상적인 방식으로 수행될 수 있으며, 예를 들어 염산(HCl), 브롬산(HBr) 등의 산을 가하여 수행될 수 있다.The deprotection may be carried out in a conventional manner, for example, by adding an acid such as hydrochloric acid (HCl), bromic acid (HBr) or the like.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 아미노글리시딜에테르계 모노머의 단일 중합체로서, 상기 아미노글리시딜에테르계 모노머는 보호된 2차 아민기를 가지고, 단일 중합 이후에 탈보호된, 고차분지형 폴리아미노글리세롤이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a homopolymer of an aminoglycidyl ether-based monomer, wherein the aminoglycidyl ether-based monomer has a protected secondary amine group and is a high- Glycerol is provided.

상기 단일 중합체는 이를 구성하는 반복단위로서 상기 아미노글리시딜에테르계 모노머로부터 유래된 단위를 가지게 된다.The homopolymer has a unit derived from the aminoglycidyl ether-based monomer as a repeating unit constituting the homopolymer.

예를 들어, 상기 아미노글리시딜에테르계 모노머는 상기 화학식 1로 표시될 수 있다. 일례로서, 이때 상기 화학식 1에서 m 및 n은 각각 2일 수 있고, PG는 t-부틸옥시카보닐일 수 있다.For example, the aminoglycidyl ether-based monomer may be represented by the formula (1). As an example, m and n in the formula (1) may each be 2, and PG may be t-butyloxycarbonyl.

상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤은 수지상(dendritic) 구조를 가질 수 있고, 이에 따라 전체적으로 구의 형태를 가질 수 있으며, 이때 쉘(shell)과 코어(core)가 구분될 수 있다.The high-differential polyamino glycerol may have a dendritic structure, and thus may have a spherical shape as a whole, wherein a shell and a core may be distinguished from each other.

구체적으로, 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤은 코어로부터 퍼져나간 다수의 분지형(branched) 사슬을 포함한다. 이때 상기 코어는 개시제로 사용된 폴리올로부터 유래된 단위를 포함할 수 있다. 또한, 상기 분지형 사슬은 말단에 하이드록실기를 갖는 폴리에테르계 사슬일 수 있다. 이에 따라 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 쉘에는 하이드록실기가 존재한다.Specifically, the high-differential polyamino glycerol comprises a plurality of branched chains extending from the core. Wherein the core may comprise units derived from the polyol used as initiator. In addition, the branched chain may be a polyether chain having a hydroxyl group at the terminal. Accordingly, a hydroxyl group is present in the shell of the highly branched polyaminoglycerol.

구체적으로, 상기 분지형 사슬은 코어로부터 수지상(dendritic)으로 퍼져나가면서 다수의 분지(branch)들로 분화되고, 각 분지는 하이드록실기로 말단화된다. 이때 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤은 이를 구성하는 폴리에테르계 사슬의 중간에 2차 아민기를 포함한다.Specifically, the branched chain diffuses from the core to a dendritic, and is divided into a plurality of branches, and each branch is terminated with a hydroxyl group. Wherein the high-differential polyamino glycerol comprises a secondary amine group in the middle of the polyether chain constituting the polyamine glycerol.

즉, 상기 단일 중합체는 폴리에테르 골격을 갖는 다수의 분지형 사슬을 포함하고, 상기 분지형 사슬은 중간에 2차 아민기를 포함하고 말단에 하이드록실기로 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분지형 사슬은 하기 화학식 2의 그룹을 포함할 수 있다.That is, the homopolymer includes a plurality of branched chains having a polyether skeleton, and the branched chain may include a secondary amine group in the middle and a hydroxyl group at the end. More specifically, the branched chain may include a group of the following formula (2).

[화학식 2](2)

Figure 112018091535679-pat00029
Figure 112018091535679-pat00029

상기 화학식 2에서, m 및 n은 각각 1 내지 4의 정수이다.In Formula 2, m and n are each an integer of 1 to 4.

이에 따라, 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 쉘에는 아민 관능기가 존재하지 않을 수 있다. 즉, 아민 관능기가 상기 고차분지형 폴리글리세롤 골격의 내부에 은폐되므로 높은 생체적합성을 유지할 수 있다.Accordingly, the amine functional group may not be present in the shell of the highly branched polyaminoglycerol. That is, since the amine functional group is concealed inside the highly branched polyglycerol skeleton, high biocompatibility can be maintained.

또한, 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤은 내부에 2차 아민기를 가짐으로써, 1차 아민기를 갖는 등의 경우와 비교하여 보다 밀집된 구조를 가질 수 있다.In addition, the highly branched polyaminoglycerol has a secondary amine group therein, so that it can have a denser structure as compared with the case of having a primary amine group and the like.

상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤은 1,000 내지 50,000 g/mol의 범위, 2,000 내지 30,000 g/mol의 범위, 또는 3,000 내지 20,000 g/mol의 범위의 수평균분자량(Mn)을 가질 수 있다. The high-differential polyamino glycerol may have a number average molecular weight (Mn) in the range of 1,000 to 50,000 g / mol, in the range of 2,000 to 30,000 g / mol, or in the range of 3,000 to 20,000 g / mol.

또한, 상기 단일 중합체는 1~3의 범위, 1~2의 범위, 또는 1~1.7의 범위의 다분산지수(polydispersity index, Mw/Mn)를 가질 수 있다. In addition, the homopolymer may have a polydispersity index (Mw / Mn) in the range of 1 to 3, in the range of 1 to 2, or in the range of 1 to 1.7.

또한, 상기 단일 중합체는 10~50 mV의 범위, 10~40 mV의 범위, 또는 10~30 mV의 범위의 제타 전위를 가질 수 있다. 제타전위가 상기 바람직한 범위 내일 때, 생물학적 분자와 전기적 인력에 의한 접합이 보다 유리할 수 있다.The homopolymer may also have a zeta potential in the range of 10 to 50 mV, in the range of 10 to 40 mV, or in the range of 10 to 30 mV. When the zeta potential is within the preferred range, bonding by biological molecules and electrical attraction may be more advantageous.

또한, 상기 단일 중합체는 -60℃ 내지 -10℃의 범위, -50℃ 내지 -20℃의 범위, 또는 -40℃ 내지 -30℃의 범위의 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있다.The homopolymer may also have a glass transition temperature (Tg) in the range of -60 캜 to -10 캜, in the range of -50 캜 to -20 캜, or in the range of -40 캜 to -30 캜.

구체적인 일례로서, 상기 단일 중합체는 3,000 내지 20,000 g/mol의 수평균분자량(Mn), 10~50 mV의 제타 전위, 및 -50℃ 내지 -20℃의 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있다.As a specific example, the homopolymer may have a number average molecular weight (Mn) of 3,000 to 20,000 g / mol, a zeta potential of 10 to 50 mV, and a glass transition temperature (Tg) of -50 ° C to -20 ° C.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조에 모노머로서 사용될 수 있는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이 제공된다:According to another aspect of the present invention, there is provided a compound represented by the following formula (1), which can be used as a monomer in the production of the highly branched polyamino glycerol:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112017067497218-pat00004
Figure 112017067497218-pat00004

상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 1 내지 4의 정수이고, PG는 보호기이다.In Formula 1, m and n are each an integer of 1 to 4, and PG is a protecting group.

바람직하게는, 상기 화학식 1에서 m 및 n은 각각 1 내지 3의 정수, 보다 바람직하게는 각각 2일 수 있다.Preferably, m and n in formula (1) may each be an integer of 1 to 3, more preferably 2.

또한, 상기 PG는 t-부틸옥시카보닐(Boc), p-톨루엔설포닐(Ts), 플루오렌일메틸옥시카보닐, 벤질, 트리페닐메틸 및 카복시벤질로 이루어진 군에서 선택되는 보호기일 수 있으며, 바람직하게는 t-부틸옥시카보닐일 수 있다.The PG may also be a protecting group selected from the group consisting of t-butyloxycarbonyl (Boc), p-toluenesulfonyl (Ts), fluorenylmethyloxycarbonyl, benzyl, triphenylmethyl and carboxybenzyl , Preferably t-butyloxycarbonyl.

바람직한 일례에 따르면, 상기 m 및 n은 각각 2이고, PG는 t-부틸옥시카보닐일 수 있고, 이는 하기 화학식 1a로 표시될 수 있다.According to a preferred example, m and n are each 2, and PG may be t-butyloxycarbonyl, which may be represented by the following formula (1a).

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112017067497218-pat00005
Figure 112017067497218-pat00005

상기 화학식 1a의 화합물은 Boc-보호된 아미노에탄올글리시딜에테르(Boc-protected aminoethanol glycidyl ether)로 불리거나, 또는 t-부틸 (2-하이드록시에틸)(2-(옥시란-2-일)메톡시)에틸카바메이트로 명명될 수 있다.The compound of formula (Ia) is referred to as Boc-protected aminoethanol glycidyl ether or t-butyl (2-hydroxyethyl) (2- (oxiran- Methoxy) < / RTI > ethyl carbamate.

상기 화학식 1a의 화합물은 예를 들어 (1) 다이에탄올아민을 다이-t-부틸 다이카보네이트(Boc2O)와 반응시켜 t-부틸 비스(2-하이드록시에틸)카바메이트를 제조하는 단계; 및 (2) 상기 t-부틸 비스(2-하이드록시에틸)카바메이트를 에피클로로히드린과 반응시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.The compound of formula (Ia) may be prepared by, for example, (1) reacting diethanolamine with di-t-butyl dicarbonate (Boc 2 O) to prepare t-butyl bis (2-hydroxyethyl) carbamate; And (2) reacting the t-butyl bis (2-hydroxyethyl) carbamate with epichlorohydrin.

상기 화학식 1a의 화합물의 제조방법을 도 1의 (a)에 예시하였다. The method for preparing the compound of formula (1a) is illustrated in FIG. 1 (a).

상기 단계 (1)의 반응시에 트라이에틸아민(TEA)과 같은 아민계 화합물을 더 첨가할 수 있다. An amine compound such as triethylamine (TEA) may be further added during the reaction of step (1).

상기 단계 (2)의 반응은 예를 들어 실온 내지 30℃의 온도에서 10~30 시간 동안 수행될 수 있다. 또한, 상기 반응은 테트라부틸암모늄 하이드로젤 설페이트(TBAHS)와 같은 상전이 촉매 존재 하에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 에피클로로히드린은 상기 t-부틸 비스(2-하이드록시에틸)카바메이트 대비 동일한 당량 내지 과량, 예를 들어, 1.5~10배 당량, 또는 2~5배 당량으로 사용될 수 있다.The reaction of step (2) may be carried out at a temperature of, for example, room temperature to 30 ° C for 10 to 30 hours. The reaction may also be carried out in the presence of a phase transfer catalyst such as tetrabutyl ammonium hydrogensulfate (TBAHS). Further, the epichlorohydrin may be used in the same equivalent amount to excess amount, for example, 1.5 to 10 times equivalent amount, or 2 to 5 times equivalent amount to the t-butyl bis (2-hydroxyethyl) carbamate.

또한, 상기 화학식 1에서 m 및 n이 각각 1, 3, 4 또는 5인 화합물은, 앞서의 화학식 1a의 화합물의 제조방법의 단계 (1)에서 다이에탄올아민 대신 다이메탄올아민, 다이프로판올아민, 다이부탄올아민, 또는 다이펜탄올아민을 사용함으로써 제조될 수 있다. The compound wherein m and n are each 1, 3, 4 or 5 in the above formula (1) can be prepared by reacting a compound represented by the formula (1) in the presence of a base such as dimethanolamine, Butanol amine, or dipentaanolamine.

또한, 상기 화학식 1에서 PG가 Boc 외의 다른 보호기인 화합물은, 앞서의 화학식 1a의 화합물의 제조방법의 단계 (1)에서 t-부틸 비스(2-하이드록시에틸)카바메이트 대신 적절한 반응 화합물을 사용함으로써 제조될 수 있다.In the above formula (1), PG is a protecting group other than Boc can be prepared by using a suitable reaction compound instead of t-butylbis (2-hydroxyethyl) carbamate in the step (1) ≪ / RTI >

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤을 포함하는 생물학적 운반체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a biological carrier comprising the high-differential polyamino glycerol.

상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤은 아민 관능기로 인해 생물학적 분자와 전기적 인력에 의해 접합되어 생물학적 분자를 목적지로 운반할 수 있다. 특히 상기 아민기가 고차분지형 폴리글리세롤 골격의 내부에 은폐되어 높은 생체적합성을 유지할 수 있다.The high-differential polyamino glycerol can be conjugated to biological molecules by an electrical attraction due to the amine functional group to transport the biological molecules to the destination. In particular, the amine group is concealed inside the highly branched polyglycerol skeleton, so that high biocompatibility can be maintained.

예를 들어, 상기 생물학적 운반체는 DNA 또는 RNA를 운반하는 것일 수 있다.For example, the biological carrier can be one that carries DNA or RNA.

상기 고차분지형 폴리아미노글리세롤을 포함하는 운반체는 생물학적 분자와 접합되어 세포내 섭취 등의 방식으로 세포내로 유입될 수 있으므로, 생물학 및 생의학 분야에서 강력한 운반체로 사용될 수 있다.The carrier containing the high-differential type polyamino glycerol can be used as a powerful carrier in biological and biomedical fields since it can be conjugated with a biological molecule and be introduced into cells by intracellular ingestion or the like.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. The following examples are illustrative of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

이하의 실시예 및 시험예에서 사용된 약어들은 아래와 같은 의미를 갖는다:The abbreviations used in the following Examples and Test Examples have the following meanings:

- Boc: t-부틸옥시카보닐- Boc: t-Butyloxycarbonyl

- BAG: Boc-보호된 아미노에탄올글리시딜에테르, 즉 t-부틸 (2-하이드록시에틸)(2-(옥시란-2-일)메톡시)에틸카바메이트- BAG: Boc-protected aminoethanol glycidyl ether, i.e. t-butyl (2-hydroxyethyl) (2- (oxiran-2-yl) methoxy) ethylcarbamate

- PBAG: BAG의 단일 중합체 - PBAG: homopolymer of BAG

- PAG: PBAG를 탈보호시켜 얻은 단일 중합체 - PAG: homopolymer obtained by deprotection of PBAG

- PBAGn 또는 PAGn: BAG 단위를 n개 갖는 단일 중합체, 또는 이를 탈보호시킨 단일 중합체- PBAG n or PAG n : a homopolymer having n number of BAG units, or a homopolymer obtained by deprotecting it

- Ts: p-톨루엔설포닐(tosyl).- Ts: p-toluenesulfonyl (tosyl).

이하의 실시예 및 시험예에서 사용된 재료 및 측정방법은 아래와 같다: The materials and measurement methods used in the following Examples and Test Examples are as follows:

- 아래 실시예에서 사용된 시약과 용매들은 다른 언급이 없다면 Sigma-Aldrich사 및 Acros사에서 구매되었다.The reagents and solvents used in the examples below were purchased from Sigma-Aldrich and Acros unless otherwise noted.

- CDCl3, D2O, 및 DMSO-d6와 같은 중수소화 NMR 용매들은 Cambridge Isotope Laboratory사에서 구매되었다.Deuterated NMR solvents such as CDCl 3 , D 2 O, and DMSO-d 6 were purchased from Cambridge Isotope Laboratory.

- 1H-NMR 및 13C-NMR 스펙트럼은 400-MR DD2 (400 MHz) 분광기를 사용하여 CDCl3 및 D2O 용매로 얻었으며, 화학적이동값은 TMS를 표준으로 하여 ppm 단위로 기록되었다.- 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra were obtained with CDCl 3 and D 2 O solvents using a 400-MR DD2 (400 MHz) spectrometer and the chemical shift values were recorded in ppm with TMS as standard.

- 중량평균분자량(Mw) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 겔투과크로마토그래피(GPC, Agilent Technologies 1200 series)를 이용하여 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 표준물질로 다이메틸포름아마이드(DMF)를 용리액으로 하여 30℃에서 1.00 mL/분의 유속으로 측정되었다.- The weight average molecular weight (M w ) and the molecular weight distribution (M w / M n ) can be measured by using polymethyl methacrylate (PMMA) as a standard substance using gel permeation chromatography (GPC, Agilent Technologies 1200 series) (DMF) as an eluent at a flow rate of 1.00 mL / min at 30 캜.

- MALDI-ToF(matrix-assisted laser desorption and ionization time-of-flight mass spectrometry) 분석은 Ultraflex III MALDI 질량 분광기를 이용하여 α-사이아노-4-하이드록시신남산(CCA)을 매트릭스로 하여 수행되었다.- Matrix-assisted laser desorption and ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-ToF) analysis was performed using? -Cyano-4-hydroxycinnamic acid (CCA) as a matrix using an Ultraflex III MALDI mass spectrometer .

- 시차주사열량법은 DSC(Q200 model, TA Instruments)를 이용하여 -80℃ 내지 20℃의 온도에서 10 K/min의 가온속도로 질소 분위기 하에서 수행되었다.- Differential scanning calorimetry was carried out under a nitrogen atmosphere at a temperature of -80 ° C to 20 ° C at a heating rate of 10 K / min using a DSC (Q200 model, TA Instruments).

- 제타 전위는 Malvern Zetasizer Nano-ZS(ZEN3600, Malvern, UK)를 이용하여 측정되었다.Zeta potential was measured using a Malvern Zetasizer Nano-ZS (ZEN3600, Malvern, UK).

실시예 1-1: Boc-보호된 모노머의 합성Example 1-1 Synthesis of Boc-Protected Monomer

단계 (1) Boc-보호된 다이에탄올아민의 합성Step (1) Synthesis of Boc-protected diethanolamine

t-부틸 비스(2-하이드록시에틸)카바메이트를 공지된 방식과 유사한 경로로 합성하였다(J. Med. Chem. 2006, 49, 4183-4195 등 참조). 먼저, 다이-tert-부틸 다이카보네이트(22.9 mL, 99.9 mmol)의 CH2Cl2 (50 mL) 용액을, 다이에탄올아민(10 g, 95.1 mmol) 및 트라이에틸아민(13.9 mL, 99.9 mmol)의 CH2Cl2 (30 mL) 용액에 깔대기를 이용하여 실온에서 1시간 동안 적가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 6시간 교반하고 CH2Cl2에 용해시킨 후, 물과 브라인으로 추출하였다. 유기층을 Na2SO4로 건조하고 감압하에 농축하였다. 수득한 잔사를 10% 헥산/에틸아세테이트(EA)를 용리액으로 하는 플래시 컬럼크로마토그래피를 통해 정제한 결과, 연한 황색 오일 상의 순수한 t-부틸 비스(2-하이드록시에틸)카바메이트을 얻었다(13.67 g, 70%). t-Butyl bis (2-hydroxyethyl) carbamate was synthesized by a route similar to that known in the art (see J. Med. Chem. 2006 , 49 , 4183-4195, etc.). First, a solution of diethanolamine (10 g, 95.1 mmol) and triethylamine (13.9 mL, 99.9 mmol) in di-tert-butyl dicarbonate (22.9 mL, 99.9 mmol) in CH 2 Cl 2 (50 mL) To the CH 2 Cl 2 (30 mL) solution was added dropwise at room temperature for 1 hour using a funnel. The reaction mixture was stirred at room temperature for 6 hours, dissolved in CH 2 Cl 2 and extracted with water and brine. The organic layer is dried over Na 2 SO 4 and concentrated under reduced pressure. The resulting residue was purified by flash column chromatography using 10% hexane / ethyl acetate (EA) as an eluent to give pure t-butyl bis (2-hydroxyethyl) carbamate as a pale yellow oil (13.67 g, 70%).

1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ ppm 3.85 (d, 6H, J = 55.9 Hz), 3.42 (s, 4H), 1.46 (s, 9H). 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ):? Ppm 3.85 (d, 6H, J = 55.9 Hz), 3.42 (s, 4H), 1.46 (s, 9H).

단계 (2) Boc-보호된 모노머의 합성Step (2) Synthesis of Boc-protected monomers

소듐하이드록사이드(3.90 g, 50 wt%), 에피클로로히드린(10.7 g, 116 mmol) 및 테트라부틸암모늄 하이드로젤 설페이트(TBAHS, 1.65 g, 4.87 mmol)의 수용액을 0℃에서 교반하여 충분히 혼합하였다. 여기에 t-부틸 비스(2-하이드록시에틸)카바메이트(10 g, 48.7 mmol)의 THF(30 mL) 용액을 30분간 천천히 적가하고 실온에서 15시간 추가로 교반하였다. 수득한 반응 혼합물에 CH2Cl2을 첨가하여 추출된 생성물을 물과 브라인으로 세척하여 중화시켰다. 유기층을 무수 소듐설페이트로 건조하고 감압하에 농축하였다. 수득한 잔사를 17% 헥산/에틸아세테이트를 용리액으로 하는 플래시 컬럼크로마토그래피를 통해 정제한 결과, 연한 황색의 점성액 형태의 t-부틸 (2-하이드록시에틸)(2-(옥시란-2-일메톡시)에틸카바메이트를 얻었다(4.1 g, 32%). An aqueous solution of sodium hydroxide (3.90 g, 50 wt%), epichlorohydrin (10.7 g, 116 mmol) and tetrabutylammonium hydrogensulfate (TBAHS, 1.65 g, 4.87 mmol) Respectively. Thereto was slowly added dropwise a solution of t-butyl bis (2-hydroxyethyl) carbamate (10 g, 48.7 mmol) in THF (30 mL) for 30 minutes and further stirred at room temperature for 15 hours. To the resulting reaction mixture was added CH 2 Cl 2 and the extracted product was neutralized by washing with water and brine. The organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate and concentrated under reduced pressure. The obtained residue was purified by flash column chromatography using 17% hexane / ethyl acetate as an eluent to obtain t-butyl (2-hydroxyethyl) (2- (oxiran- Ylmethoxy) ethylcarbamate (4.1 g, 32%).

합성된 Boc-보호된 모노머(즉 BAG)를 1H-NMR, 13C-NMR, COSY, DEPT 및 ESI-MS와 같은 다양한 분광/질량 분석을 통해 확인하였다.The synthesized Boc-protected monomers (i.e., BAG) were identified by various spectroscopic / mass spectrometry such as 1 H-NMR, 13 C-NMR, COZY, DEPT and ESI-MS.

1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ ppm 3.88-3.21 (m, 11H), 3.21-3.06 (m, 1H), 2.88-2.73 (m, 1H), 2.62 (s, 1H), 1.47 (s, 9H). 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3): δ ppm 3.88-3.21 (m, 11H), 3.21-3.06 (m, 1H), 2.88-2.73 (m, 1H), 2.62 (s, 1H), 1.47 ( s, 9H).

13C-NMR (101 MHz, CDCl3): δ ppm 156.03, 80.06, 77.11, 71.69, 70.34, 62.20, 52.21, 50.55, 48.97, 43.92, 28.32. 13 C-NMR (101 MHz, CDCl 3 ):? Ppm 156.03, 80.06, 77.11, 71.69, 70.34, 62.20, 52.21, 50.55, 48.97, 43.92, 28.32.

MS (m/z + Na+, ESI+) calcd for C12H23NO2 284.3, found 283.9 MS (m / z + Na + , ESI +) calcd for C 12 H 23 NO 2 284.3, found 283.9

실시예 1-2: Ts-보호된 모노머의 합성Example 1-2: Synthesis of Ts-protected monomers

단계 (1) Ts-보호된 다이에탄올아민의 합성Step (1) Synthesis of Ts-protected diethanolamine

4-톨루엔설포닐 클로라이드(9.14 g, 48 mmol)의 CH2Cl2(40 mL) 용액을, 다이에탄올아민(5.46 mL, 58 mmol) 및 트라이에틸아민(20.2 mL, 144 mmol)의 용액에 깔대기를 이용하여 0℃에서 30분 동안 적가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하고 CH2Cl2에 용해시킨 후, 물과 브라인으로 추출하였다. 유기층을 Na2SO4로 건조하고 감압하에 농축하였다. 수득한 잔사를 소량의 CH2Cl2과 과량의 헥세인으로 침전을 통해 정제한 결과, 흰색 분말 형태의 순수한 N,N-비스(2-하이드록시에틸)-4-메틸벤젠설폰아마이드를 얻었다(9.5 g, 76%).A solution of 4-toluenesulfonyl chloride (9.14 g, 48 mmol) in CH 2 Cl 2 (40 mL) was added to a solution of diethanolamine (5.46 mL, 58 mmol) and triethylamine (20.2 mL, At 0 < 0 > C for 30 minutes. The reaction mixture was stirred at room temperature overnight, dissolved in CH 2 Cl 2 and extracted with water and brine. The organic layer is dried over Na 2 SO 4 and concentrated under reduced pressure. The resulting residue was purified by precipitation with a small amount of CH 2 Cl 2 and excess hexane to obtain pure N, N-bis (2-hydroxyethyl) -4-methylbenzenesulfonamide in the form of a white powder 9.5 g, 76%).

1H NMR (600 MHz, CDCl3): δ 7.72-7.64 (m, 2H), 7.31 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 3.95-3.74 (m, 4H), 3.32-3.19 (m, 4H), 2.42 (s, 3H). 1 H NMR (600 MHz, CDCl 3): δ 7.72-7.64 (m, 2H), 7.31 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 3.95-3.74 (m, 4H), 3.32-3.19 (m, 4H) , ≪ / RTI > 2.42 (s, 3H).

13C NMR (151 MHz, CDCl3): δ 143.71, 135.21, 129.82, 127.26, 77.21, 62.23, 52.95, 21.48. 13 C NMR (151 MHz, CDCl 3 ):? 143.71, 135.21, 129.82, 127.26, 77.21, 62.23, 52.95, 21.48.

단계 (2) Ts-보호된 모노머의 합성Step (2) Synthesis of Ts-protected monomers

포타슘 t-부톡사이드(1.12 g, 10 mmol)를 t-부탄올 (30 mL)에 녹인 후, N,N-비스(2-하이드록시에틸)-4-메틸벤젠설폰아마이드(2.59 g, 10 mmol)와 교반하여 충분히 혼합하였다. 여기에 에피클로로하이드린(3.91 mL, 50 mmol)의 THF(30 mL) 용액을 천천히 적가하고 실온에서 4시간 추가로 교반하였다. 수득한 반응 혼합물에 CH2Cl2을 첨가하여 추출된 생성물을 물과 브라인으로 세척하여 중화시켰다. 유기층을 무수 소듐설페이트로 건조하고 감압하에 농축하였다. 수득한 잔사를 33% 헥산/에틸아세테이트(EA)를 용리액으로 하는 플래시 컬럼크로마토그래피를 통해 정제한 결과, 연한 황색의 오일 형태의 Ts-보호된 모노머를 얻었다(1.49 g, 47%). N, N-bis (2-hydroxyethyl) -4-methylbenzenesulfonamide (2.59 g, 10 mmol) was dissolved in t-butanol (30 mL) With stirring. To this was slowly added dropwise a solution of epichlorohydrin (3.91 mL, 50 mmol) in THF (30 mL) and further stirred at room temperature for 4 hours. To the resulting reaction mixture was added CH 2 Cl 2 and the extracted product was neutralized by washing with water and brine. The organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate and concentrated under reduced pressure. The obtained residue was purified by flash column chromatography using 33% hexane / ethyl acetate (EA) as an eluent to give a Ts-protected monomer in the form of a pale yellow oil (1.49 g, 47%).

합성된 Ts-보호된 모노머를 1H-NMR, 13C-NMR 및 ESI-MS와 같은 분광/질량 분석을 통해 확인하였다.The synthesized Ts-protected monomers were identified by spectroscopic / mass spectrometry such as 1 H-NMR, 13 C-NMR and ESI-MS.

1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.77-7.63 (m, 2H), 7.37-7.28 (m, 2H), 3.86-3.72 (m, 5H), 3.47-3.18 (m, 6H), 3.14 (ddt, J = 5.8, 4.2, 2.7 Hz, 1H), 2.81 (dd, J = 4.9, 4.1 Hz, 1H), 2.62 (dd, J = 4.9, 2.7 Hz, 1H), 2.43 (s, 3H). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ):? 7.77-7.63 (m, 2H), 7.37-7.28 (m, 2H), 3.86-3.72 (m, 5H), 3.47-3.18 ddt, J = 5.8, 4.2, 2.7 Hz, 1H), 2.81 (dd, J = 4.9, 4.1 Hz, 1H), 2.62 (dd, J = 4.9, 2.7 Hz, 1H), 2.43 (s, 3H).

13C NMR (151 MHz, CDCl3): δ 143.58, 135.59, 129.75, 127.25, 77.27, 71.76, 71.06, 61.73, 53.11, 50.40, 49.86, 44.16, 21.45. 13 C NMR (151 MHz, CDCl 3 ):? 143.58, 135.59, 129.75, 127.25, 77.27, 71.76, 71.06, 61.73, 53.11, 50.40, 49.86, 44.16, 21.45.

MS (m/z + Na+, ESI+) calcd for C14H21NO5S 315.38, found 338.11. MS (m / z + Na + , ESI +) calcd for C 14 H 21 NO 5 S 315.38, found 338.11.

실시예 2-1: PAG의 합성 (Boc-보호된 모노머 이용)Example 2-1: Synthesis of PAG (using Boc-protected monomer)

단계 (1) PBAG의 합성Step (1) Synthesis of PBAG

1,1,1-트라이메틸올프로판(TMP, 26.8 mg, 0.2 mmol)을 1목 둥근바닥 플라스크에 넣었다. 포타슘메톡사이드의 메탄올 용액(25.0 wt%, 22.4 μL, 0.0758 mmol)을 메탄올 0.70 mL로 희석하고, 플라스크에 가한 뒤 아르곤 대기 하의 실온에서 30분간 교반하였다. 60℃에서 4시간 동안 고진공을 가하여 메탄올을 제거한 결과, 개시제의 백색 염을 얻었다. 플라스크를 아르곤으로 퍼징하고 90℃에서 가열하였다. 앞서 실시예 1-1에서 제조한 t-부틸 (2-하이드록시에틸)(2-(옥시란-2-일메톡시)에틸카바메이트(BAG, 1.0 g, 19.1 mmol) 모노머를 주사기 펌프를 통해 12시간 동안 천천히 가하였다. 모노머 주입이 완료된 후, 용액을 36시간 동안 추가로 교반하였다. 수득한 단일 중합체에 메탄올 1.0 mL를 가하여 반응을 종료하고, 고분자 용액을 차가운 다이에틸에테르에 침전시킨 후, 침전물을 다이에틸에테르로 2회 세척하였다. 수득한 고분자(PBAG17)를 진공하 60℃에서 1일간 건조하였다.1,1,1-Trimethylolpropane (TMP, 26.8 mg, 0.2 mmol) was placed in a one neck round bottom flask. Methanol solution of potassium methoxide (25.0 wt%, 22.4 μL, 0.0758 mmol) was diluted with 0.70 mL of methanol, added to the flask, and stirred at room temperature under argon atmosphere for 30 minutes. A high vacuum was applied at 60 캜 for 4 hours to remove methanol, whereby a white salt of an initiator was obtained. The flask was purged with argon and heated at 90 < 0 > C. The monomer of t-butyl (2-hydroxyethyl) (2- (oxiran-2-ylmethoxy) ethylcarbamate (BAG, 1.0 g, 19.1 mmol) prepared in Example 1-1 was dissolved in 12 After the monomer injection was completed, the solution was further stirred for 36 hours. To the obtained homopolymer, 1.0 mL of methanol was added to terminate the reaction, the polymer solution was precipitated in cold diethyl ether, Was washed twice with diethyl ether. The obtained polymer (PBAG 17 ) was dried under vacuum at 60 ° C for 1 day.

NMR 데이터(도 10 참조)로부터 아래 식을 이용하여 계산된 PBAG17의 Mn은 4524 g/mol이었고, NMR 적분값의 오차범위를 고려할 때, NMR로부터 계산된 Mn 값을 4500 g/mol로 산정하였다:NMR data (see Fig. 10) was a PBAG 17 of the M n was 4524 g / mol calculated using the equation below from, considering the margin of error of NMR integrals, the M n value calculated from the NMR to 4500 g / mol Lt; / RTI >

반복단위(BAG) 수 = 218.39 (폴리에테르 골격의 적분값) / 13 (폴리에테르 골격의 양자수) = 16.80; Mn = 261.32 (BAG 모노머의 분자량) x 16.80 + 134.17 (TMP의 분자량) = 4524.35 g/mol. Number of repeating units (BAG) = 218.39 (integral value of polyether skeleton) / 13 (number of quantities of polyether skeleton) = 16.80; M n = 261.32 (molecular weight of BAG monomer) x 16.80 + 134.17 (molecular weight of TMP) = 4524.35 g / mol.

단계 (2) 보호기의 제거Step (2) Removal of protecting group

앞서 얻은 Boc-보호된 폴리아미노글리세롤(PBAG17)를 CH2Cl2에 1.0 M HCl 1.0 mL를 이용하여 용해시키고 실온에서 2시간 교반하였다. 반응 혼합물을 감압 하에 농축하여 탈보호된 고분자를 얻고 메탄올 1.0 mL에 용해시켰다. 그 결과 수득한 PAG17 고분자를 진공하 60℃에서 1일간 건조하였다.The previously obtained Boc-protected polyamino glycerol (PBAG 17 ) was dissolved in 1.0 mL of 1.0 M HCl in CH 2 Cl 2 and stirred at room temperature for 2 hours. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure to obtain a deprotected polymer, which was dissolved in 1.0 mL of methanol. The resultant PAG 17 polymer was dried under vacuum at 60 ° C for 1 day.

또한 상기 실시예 2-1과 동일한 절차를 반복하되, 반응시의 중합도를 변화시켜, 다양한 분자량의 PAG들을 각각 합성하였다. 이후 합성된 각각의 고분자에 대해 NMR 및 GPC 데이터를 얻고 이로부터 고분자 조성 및 Mn 등을 산출하였다.The same procedure as in Example 2-1 was repeated except that the degree of polymerization during the reaction was changed to synthesize PAGs of various molecular weights. NMR and GPC data were obtained for each synthesized polymer, and the polymer composition and Mn were calculated from the NMR and GPC data.

이와 같이 합성된 다양한 PAG 고분자들의 물성을 하기 표 1에 정리하였다.The physical properties of various PAG polymers thus synthesized are summarized in Table 1 below.

고분자
번호
Polymer
number
고분자 조성
(NMR)a
Polymer composition
(NMR) a
Mn (NMR)M n (NMR) Mwb Mw b Mw/Mn b M w / M n b Tg (℃) (DSC)Tg (占 폚) (DSC) 제타 전위
(mV)
Zeta potential
(mV)
PBAGPBAG PAGPAG PBAGPBAG PBAGPBAG PBAGPBAG PAGPAG 1One PAG13 PAG 13 35003500 23002300 34003400 1.191.19 -28.4-28.4 -33.5-33.5 14.1±1.014.1 ± 1.0 22 PAG17 PAG 17 45004500 28002800 41004100 1.251.25 -15.4-15.4 -37.5-37.5 16.7±0.716.7 ± 0.7 33 PAG33 PAG 33 87008700 53005300 82008200 1.391.39 -14.0-14.0 -37.5-37.5 19.1±2.219.1 ± 2.2 44 PAG50 PAG 50 1330013300 77007700 94009400 1.671.67 -21.0-21.0 -31.2-31.2 17.0±0.917.0 ± 0.9 55 PAG66 PAG 66 1740017400 1080010800 1060010600 1.831.83 -25.6-25.6 -43.8-43.8 23.7±1.423.7 ± 1.4 a 1H-NMR 분광법에 의해 측정.
b DMF 중의 GPC-RI 및 PMMA 표준물질을 이용하여 측정.
a < 1 > H-NMR spectroscopy.
b Measured using GPC-RI and PMMA standards in DMF.

실시예 2-2: PAG의 합성 (Ts-보호된 모노머 이용)Example 2-2: Synthesis of PAG (using Ts-protected monomer)

1,1,1-트라이메틸올프로판(TMP, 22.54 mg, 0.168 mmol)을 1목 둥근바닥 플라스크에 넣었다. 포타슘 메톡사이드의 메탄올 용액(25.0 wt%, 49.6 μL, 0.168 mmol)을 메탄올 0.70 mL로 희석하고, 플라스크에 가한 뒤 아르곤 대기 하의 실온에서 30분간 교반하였다. 60℃에서 4시간 동안 고진공을 가하여 메탄올을 제거한 결과, 개시제의 백색 염을 얻었다. 플라스크를 아르곤으로 퍼징하고 90℃에서 가열하였다. 앞서 실시예 1-2에서 제조한 N-(2-하이드록시에틸-4-메틸-N-(2-(옥시란-2-일메톡시)에틸)벤젠설폰아마이드(1.0 g, 3.86 mmol) 모노머를 30분 동안 천천히 가하였다. 모노머 주입이 완료된 후, 용액을 24시간 동안 추가로 교반하였다. 수득한 단일 중합체에 메탄올 1.0 mL를 가하여 반응을 종료하고, 고분자 용액을 차가운 다이에틸에테르에 침전시킨 후, 침전물을 다이에틸에테르로 2회 세척하였다. 수득한 Ts-보호된 고분자를 진공하 60℃에서 1일간 건조하였다.1,1,1-Trimethylolpropane (TMP, 22.54 mg, 0.168 mmol) was placed in a one neck round bottom flask. A methanol solution (25.0 wt%, 49.6 μL, 0.168 mmol) of potassium methoxide was diluted with 0.70 mL of methanol, and the mixture was added to a flask, followed by stirring at room temperature under an argon atmosphere for 30 minutes. A high vacuum was applied at 60 캜 for 4 hours to remove methanol, whereby a white salt of an initiator was obtained. The flask was purged with argon and heated at 90 < 0 > C. (1.0 g, 3.86 mmol), which was prepared in Example 1-2, was added to a solution of N- (2-hydroxyethyl-4-methyl-N- After the completion of the monomer injection, the solution was further stirred for 24 hours. To the obtained homopolymer, 1.0 mL of methanol was added to terminate the reaction, the polymer solution was precipitated in cold diethyl ether, The precipitate was washed twice with diethyl ether. The obtained Ts-protected polymer was dried under vacuum at 60 DEG C for 1 day.

NMR 데이터(도 18 참조)로부터 아래 식을 이용하여 계산된 Ts-보호된 고분자의 Mn은 5821 g/mol이었고, NMR 적분값의 오차범위를 고려할 때, NMR로부터 계산된 Mn 값을 5800 g/mol로 산정하였다:NMR data (see Fig. 18) had the following formula The Ts- is 5821 g / mol M n of the protected polymer with from calculation, considering a margin of error of NMR integrals, 5800 g of an M n value calculated from NMR / mol:

반복단위 수 = 285.13 (폴리에테르 골격의 적분값) / 13 (폴리에테르 골격의 양자수) = 21.93; Mn = 259.32 (Ts-보호된 모노머의 분자량) x 21.93 + 134.17 (TMP의 분자량) = 5821.06 g/mol. Number of repeating units = 285.13 (integral value of polyether skeleton) / 13 (number of quantities of polyether skeleton) = 21.93; M n = 259.32 (molecular weight of Ts-protected monomer) x 21.93 + 134.17 (molecular weight of TMP) = 5821.06 g / mol.

앞서 얻은 Ts-보호된 고분자로부터 HBr을 이용하여 상기 실시예 2-1의 단계 (2)와 유사한 방식으로 보호기를 제거하였다. The protecting group was removed in a similar manner to the step (2) of Example 2-1 above using HBr from the Ts-protected polymer obtained above.

실시예 3: 세포 독성 분석Example 3: Cytotoxicity analysis

쥐 대식세포(murine macrophage) 세포주인 RAW264.7를 한국세포주은행(서울, 한국)에서 구입하였다. 세포 독성 분석은 일반적인 WST-1 분석에 의해 수행되었다. 96-웰 플레이트에 1 x 105 세포/웰의 밀도로 세포를 접종하고, 5% CO2 및 37℃ 조건에서 24시간 배양하였다. 10% 소태아혈청(FPS) 및 1% 페니실린-스트렙토마이신을 갖는 배지(RPMI, WELGENE)에 RAW264.7 세포를 배양하였다. 각 웰을 다양한 농도의 PAG 용액(고분자 2 및 4)으로 처리하고 24시간 추가로 배양하였다. WST-1 분석을 위해, 각 웰에 분석시약(EZ-Cytox, EZ-3000; Dogen bio)을 10 μL씩 채워 넣었다. 1시간 배양 후에, 플레이트를 1분간 가볍게 흔들고 흡광도를 측정하였다. 용액의 흡광도는 450 nm에서 측정되었으며 참고 파장을 600~650 nm으로 하였다.Mouse murine macrophage cell line RAW264.7 was purchased from Korean Cell Line Bank (Seoul, Korea). Cytotoxicity assays were performed by routine WST-1 assay. Cells were seeded at a density of 1 x 10 5 cells / well in 96-well plates and cultured for 24 hours at 5% CO 2 and 37 ° C. RAW 264.7 cells were cultured in medium containing 10% fetal bovine serum (FPS) and 1% penicillin-streptomycin (RPMI, WELGENE). Each well was treated with various concentrations of PAG solution (Polymers 2 and 4) and further cultured for 24 hours. For WST-1 analysis, each well was filled with 10 μL of assay reagent (EZ-Cytox, EZ-3000; Dogen bio). After incubation for 1 hour, the plate was gently shaken for 1 minute and the absorbance was measured. The absorbance of the solution was measured at 450 nm and the reference wavelength was 600 to 650 nm.

시험 결과 및 분석Test results and analysis

도 1의 (a)는 BAG 모노머의 합성을 나타낸 것이고, (b)는 PBAG의 음이온성 개환 중합 및 탈보호를 통한 PAG의 합성을 나타낸 것이다. 앞서의 실시예 1-1 및 실시예 2-1에서는, BAG 모노머 및 PAG 고분자를 도 1의 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 같은 방식으로 각각 합성하였다. 먼저, 다이-t-부틸 다이카보네이트(Boc2O) 및 트라이에틸아민(TEA)의 CH2Cl2 용액을 이용하여 다이에탄올아민에 보호기를 부가하였다. 수득한 t-부틸 비스(2-하이드록시에틸)카바메이트를 에피클로로히드린과 반응시켜, Boc-보호된 아미노에탄올글리시돌(BAG), 즉 t-부틸 (2-하이드록시에틸)(2-(옥시란-2-일메톡시)에틸카바메이트)를 얻었다. 합성된 BAG 모노머를 1H-NMR, 13C-NMR, COSY, DEPT 및 ESI-MS와 같은 다양한 분광/질량 분석을 통해 확인하였다(도 2, 도 7 내지 도 9 참조).Fig. 1 (a) shows the synthesis of BAG monomer, and (b) shows the synthesis of PAG by anionic ring-opening polymerization and deprotection of PBAG. In Examples 1-1 and 2-1, the BAG monomer and the PAG polymer were synthesized in the same manner as shown in Figs. 1 (a) and 1 (b), respectively. First, a protecting group was added to the diethanolamine using a CH 2 Cl 2 solution of di-t-butyl dicarbonate (Boc 2 O) and triethylamine (TEA). The obtained t-butylbis (2-hydroxyethyl) carbamate was reacted with epichlorohydrin to obtain Boc-protected aminoethanol glycidol (BAG), namely t-butyl (2-hydroxyethyl) - (oxiran-2-ylmethoxy) ethylcarbamate). The synthesized BAG monomer was confirmed by various spectroscopic / mass spectrometry such as 1 H-NMR, 13 C-NMR, COZY, DEPT and ESI-MS (see FIGS. 2, 7 to 9).

BAG 모노머의 합성 이후에, 트라이메틸올프로판(TMP)과 포타슘메톡사이드 용액에 의해 형성된 포타슘알콕사이드 개시제를 이용한 음이온성 개환 다중분지 중합을 수행하였다. 이후, 탈양자화된 TMP 개시제에 BAG 모노머를 첨가하고 90℃에서 48시간 중합하였다. 이와 같이 제조된 PBAG 고분자의 중합 구조를 1H-NMR 및 GPC 측정에 의해 확인하였다. After the synthesis of the BAG monomer, anionic ring opening multistage polymerization using a potassium alkoxide initiator formed by trimethylol propane (TMP) and potassium methoxide solution was performed. Then, BAG monomer was added to the deprotonated TMP initiator and polymerization was carried out at 90 DEG C for 48 hours. The polymerization structure of the thus-prepared PBAG polymer was confirmed by 1 H-NMR and GPC measurements.

도 2의 (a)는 BAG 모노머의 1H-NMR 스펙트럼이고(용매 CDCl3), (b)는 PBAG66 고분자(고분자 5)의 1H-NMR 스펙트럼이며(용매 D2O), (c)는 탈보호된 PAG66 고분자(고분자 5)의 1H-NMR 스펙트럼이다(용매 D2O). 도 2에서 보듯이, BAG 모노머 및 고분자의 1H-NMR 스펙트럼은 특징적인 양자 피크에 대응하였다. 또한, TMP 개시제의 메틸과 메틸렌 그룹들의 피크 적분값(각각 0.75 및 1.25 ppm) 및 폴리에테르 골격의 피크 적분값(3.0~4.0 ppm) 간의 비율에 의해 Mn 값을 계산하였다.2B is a 1 H-NMR spectrum (solvent D 2 O) of a PBAG 66 polymer (Polymer 5), and FIG. 2C is a 1 H-NMR spectrum of a BAG monomer (solvent CDCl 3 ) Is a 1 H-NMR spectrum (solvent D 2 O) of the deprotected PAG 66 polymer (Polymer 5). As shown in FIG. 2, the 1 H-NMR spectrum of the BAG monomer and the polymer corresponded to characteristic quantum peaks. The M n value was also calculated by the ratio between the peak integral value (0.75 and 1.25 ppm) of the methyl and methylene groups of the TMP initiator and the peak integral value (3.0 to 4.0 ppm) of the polyether skeleton.

이후 Boc-보호된 PBAG를 염산(HCl)으로 2시간 처리하여 최종 PAG를 얻었다. 1H-NMR 스펙트럼에서 1.34 ppm에서 강한 t-부틸기가 사라지는 것에 의해 Boc 잔기의 탈보호를 확인하였다(도 2의 (c) 참조). 합성된 PBAG 및 탈보호된 PAG 고분자는 물 뿐만 아니라 메탄올, DMSO 및 DMF와 같은 유기 극성 용매에서 매우 잘 용해되었다. 특히, 탈보호 이후에, PAG 골격의 피크(3.0~4.0 ppm)은 PBAG 골격의 피크보다 더 선명해졌다. 이는 부피가 큰 소수성 Boc 보호기의 제거에 의해 PAG의 수성 용해도가 향상된 것으로 볼 수 있다.The Boc-protected PBAG was then treated with hydrochloric acid (HCl) for 2 hours to obtain the final PAG. The deprotection of the Boc residue was confirmed by disappearance of the strong t-butyl group at 1.34 ppm in 1 H-NMR spectrum (see Fig. 2 (c)). The synthesized PBAG and the deprotected PAG polymer were very well dissolved in water as well as organic polar solvents such as methanol, DMSO and DMF. In particular, after deprotection, the peak of the PAG skeleton (3.0-4.0 ppm) became sharper than the peak of the PBAG skeleton. It can be seen that the removal of the bulky hydrophobic Boc protecting group improves the aqueous solubility of PAG.

GPC를 이용하여 합성된 고분자를 더 분석하였다. 이때 2차 아민기가 컬럼 충전 입자들과 쉽게 반응하기 때문에, PAG 대신 PBAG를 사용하였다. GPC 결과 단일 분포로 제어된 분자량을 나타내었고(표 1 및 도 11 참조), 이는 합성된 고분자에 불순물이나 부반응물이 거의 없음을 의미한다. 구체적으로, PBAG 고분자의 Mw가 3400~10600 g/mol로 측정되었고, GPC 및 PMMA 표준물질을 이용한 다분산지수(Mw/Mn)가 1.19~1.83로 측정되었으며, 이는 소수성 Boc 보호기의 존재로 인한 것이다. 고분자의 분자량은 1H-NMR로부터 산출된 분자량과 일반적으로 일치하였으나, PBAG50 및 PBAG66(고분자 4 및 5)와 같이 분자량이 큰 고분자의 경우 다소 차이가 있었다.The polymer synthesized by GPC was further analyzed. PBAG was used instead of PAG because the secondary amine group easily reacts with the column-packed particles. The GPC results showed a molecular weight controlled by a single distribution (see Table 1 and FIG. 11), which means that there are few impurities or side products in the synthesized polymer. Specifically, the M w of the PBAG polymer was measured at 3400 ~ 10600 g / mol, and the polydispersity index (M w / M n ) using GPC and PMMA standards was measured to be 1.19 ~ 1.83, . The molecular weight of the polymer was generally in agreement with the molecular weight calculated from 1 H-NMR, but slightly differed in the case of the polymer having a high molecular weight such as PBAG 50 and PBAG 66 (Polymers 4 and 5).

분자량이 큰 고분자를 합성하기 위해서는 긴 반응시간과 강염기 및 고온과 같은 가혹한 반응조건이 필요하기 때문에, Boc 보호기를 이용하여 중합과정에서 보호할 수 있다. 즉, 중합 과정에서 아민기가 보호됨으로써 최종 고분자의 내부에 2차 아민기가 포함될 수 있는 반면, 중합 과정에서 아민기가 보호되지 않을 경우 다른 단량체 등과 반응하여 3차 아민이 형성될 수 있다(도 15 참조). 이와 같은 3차 아민의 형성은, 목적하는 고분자의 구조를 변형시키고 용해도 등의 고분자 물성을 저하시킬 수 있다. In order to synthesize a polymer having a large molecular weight, a long reaction time and a severe reaction condition such as a strong base and a high temperature are required, so that the polymerization can be protected by using a Boc protecting group. That is, by protecting the amine group in the polymerization process, the secondary amine group may be contained in the final polymer, whereas if the amine group is not protected during the polymerization, a tertiary amine may be formed by reacting with other monomers and the like (see FIG. 15 ) . The formation of such a tertiary amine may modify the structure of the desired polymer and lower the physical properties of the polymer such as solubility.

한편, tert-부틸 다이에틸카바메이트를 이용하여 탈보호가 발생하는 비율을 시험하였다(도 12 참조). 그 결과, 고분자 중합과 동일한 반응 조건 하에서 Boc 그룹이 탈보호되는 비율은 약 5% 이하로 확인되었으므로, 중합 과정에서 부반응을 일으키는 비율이 적을 것으로 추측되었다.On the other hand, the ratio of deprotection occurring using tert-butyldiethylcarbamate was tested (see FIG. 12). As a result, it was presumed that the ratio of the Boc group to be deprotected under the same reaction conditions as the polymeric polymerization was found to be about 5% or less, so that the ratio of side reactions in the polymerization process would be small.

MALDI-TOF 분광법을 수행하여 TMP 개시제의 존재 및 PAG 고분자 내의 관능성 모노머 세그먼트의 존재를 확인하였다. 도 3은 PAG13 (고분자 1)의 1600~2300 Da 범위의 확장 MALDI-ToF 질량 스펙트럼이다. 신호간 간격은 각 모노머의 질량에 대응한다(AG: 161.2 g/mol). 도 3에서 보듯이, 신호간 간격들은 PAG 고분자 내의 각 모노머의 질량에 대응하였으므로, PAG의 중합을 분명하게 확인할 수 있었다. 예를 들어, 1946.56 g/mol의 질량 피크는 개시제인 TMP, 11개의 모노머 단위, 및 짝이온인 K+를 갖는 고분자에 대응하였다(TMP(134.17) + PAG의 모노머(161.2) x 11 + K+ (39.1)). MALDI-TOF spectroscopy was performed to confirm the presence of a TMP initiator and the presence of a functional monomer segment in the PAG polymer. 3 is an expanded MALDI-ToF mass spectrum ranging from 1600 to 2300 Da of PAG 13 (Polymer 1). The inter-signal spacing corresponds to the mass of each monomer (AG: 161.2 g / mol). As shown in FIG. 3, the inter-signal spacings corresponded to the mass of each monomer in the PAG polymer, so that the polymerization of the PAG was clearly confirmed. For example, a mass peak of 1946.56 g / mol corresponds to a polymer with initiator TMP, 11 monomer units, and a counter ion K + (TMP (134.17) + PAG monomer (161.2) x 11 + K + (39.1).

또한, 13C-NMR 스펙트럼의 분석을 통해(도 4, 도 13, 도 14 및 표 2 참조), 공지의 계산식으로 PAG 고분자의 분지도(degree of branching, DB)를 산출하여 고차분지 특성을 평가하였다. 그 결과, PAG 골격 내의 분지된 세그먼트들 간의 비를 확인할 수 있었다.Further, the degree of branching (DB) of the PAG polymer was calculated by a known calculation formula through analysis of the 13 C-NMR spectrum (see FIGS. 4, 13, 14 and Table 2) Respectively. As a result, the ratio between the segmented segments in the PAG skeleton was confirmed.

예를 들어, 하기 표 2는 13C-NMR 스펙트럼을 통한 PAG66 고분자(고분자 5)의 분지도를 계산한 것이다. 하기 표 2의 13C-NMR의 상대 적분값을 이용하여, 고분자의 분지도(degree of branching, DB)를 AB2 식에 따라 계산한 결과, PAG66의 분지도는 0.37로 계산되었다.For example, Table 2 below shows the distribution of PAG 66 polymer (polymer 5) through 13 C-NMR spectrum. The degree of branching (DB) of the polymer was calculated according to the AB 2 equation using the relative intrinsic value of 13 C-NMR in the following Table 2, and the fraction of PAG 66 was calculated to be 0.37.

Figure 112017067497218-pat00006
Figure 112017067497218-pat00006

영역domain 화학적이동 (ppm)Chemical shift (ppm) 상대 적분값Relative integral value PAG66 PAG 66 L(1,10) L (1,10) 71.49~72.4371.49 to 72.43 0.890.89 말단end 69.33~70.0969.33 ~ 70.09 0.920.92 DD 70.24~70.9670.24 to 70.96 0.550.55 L(1,3) L (1,3) 62.87~63.3962.87 to 63.39 1.01.0

도 4는 PAG66 고분자(고분자 5)의 13C-NMR 스펙트럼으로서(용매 D2O), 고분자 구조 내의 선형, 덴드리머형, 및 말단형 그룹을 확인할 수 있다. PBAG66 고분자의 DB는 약 0.37이었으며, 이는 일반적인 고차분지형 고분자의 DB(0.4~0.6)보다 약간 낮은 수치였다. 이는 간단한 글리시돌과 비교하여, BAG 모노머 내의 긴 스페이서 단위가 말단 하이드록실기의 분지를 제한하기 때문인 것으로 보인다.FIG. 4 is a 13 C-NMR spectrum (solvent D 2 O) of PAG 66 polymer (Polymer 5), confirming linear, dendrimer, and terminal groups within the polymer structure. The DB of PBAG 66 polymer was about 0.37, which was slightly lower than that of DB (0.4 ~ 0.6) of the conventional high molecular weight terpolymer. This appears to be due to the long spacer unit in the BAG monomer, as compared to a simple glycidol, limiting the branching of the terminal hydroxyl groups.

합성된 PBAG 및 PAG 고분자의 열 특성을 시차주사열량법(DSC)로 측정하였다. DSC 결과, PAG 고분자의 유리전이온도(Tg)는 -43.8℃ 내지 -31.2℃의 범위로 측정되었다. 또한, PBAG 고분자의 DSC 결과, 보다 높은 Tg를 나타내었으며, 이는 부피가 큰 보호기로 인해 고분자 사슬의 회전 자유도를 감소시키는 것과 일치하였다. The thermal properties of synthesized PBAG and PAG polymers were measured by differential scanning calorimetry (DSC). As a result of DSC, the glass transition temperature (Tg) of the PAG polymer was measured in the range of -43.8 캜 to -31.2 캜. In addition, the DSC results of the PBAG polymer showed higher Tg, which was consistent with decreasing the degree of rotational freedom of the polymer chain due to bulky protective groups.

도 5는 PBAG13 및 PAG13의 DSC 곡선이다. PBAG13의 Tg(-28.4℃)는 탈보호 이후에 PAG13의 Tg(-33.5℃)보다 높았다. 또한, 고분자 내의 자유 아민기를 탈보호시킬 때, 제타 전위 측정에 의해 전하밀도를 확인하였다. 그 결과, 합성된 PAG 고분자는 예상대로 14.1~23.7 mV 사이의 높은 양전하를 나타내었으므로, 유전자 전달 운반체로 유용함을 확인할 수 있었다(표 1 참조).Figure 5 is the DSC curve of PBAG 13 and PAG 13 . The Tg (-28.4 ° C) of PBAG 13 was higher than the Tg (-33.5 ° C) of PAG 13 after deprotection. Further, when the free amine group in the polymer was deprotected, the charge density was confirmed by zeta potential measurement. As a result, it was confirmed that the synthesized PAG polymer exhibited a high positive charge between 14.1 and 23.7 mV as expected, so that it is useful as a gene transfer carrier (see Table 1).

이상과 같이 높은 전하 밀도를 갖는 것으로 확인된 고분자(PAG17 및 PAG50) 에 대해 세포 독성을 평가하여 생의학 분야에의 잠재성을 알아보았다. 먼저 개개의 고분자를 일반적인 쥐 대식세포 세포주인 RAW264.7로 처리하였다. 이후 고분자 및 나노재료의 세포 독성을 시험하는데 일반적으로 사용되는 WST-1 분석에 의해 고분자의 세포 독성을 평가하였다. 용해 단계를 필요로 하는 MTT 분석과 달리, WST-1 분석은 높은 민감도와 더욱 넓은 측정 범위가 가능하다.The cytotoxicity of the polymers (PAG 17 and PAG 50 ), which have been confirmed to have high charge densities as described above, was evaluated for their potential in the biomedical field. First, the individual macromolecules were treated with the normal mouse macrophage cell line RAW264.7. The cytotoxicity of the polymer was then evaluated by WST-1 analysis, which is commonly used to test the cytotoxicity of polymers and nanomaterials. Unlike MTT analysis, which requires a dissolution step, WST-1 analysis allows for higher sensitivity and a wider range of measurement.

도 6은 고분자의 세포 생존 시험(in vitro) 결과이다. 흑색 막대는 PAG17(고분자 2)의 결과이고 백색 막대는 PAG50(고분자 4)의 결과이며, RAW264.7 세포주를 이용한 WST-1 분석을 통해 얻었다. 도 6에서 보듯이, 다양한 농도의 PAG17로 처리한 각 세포주의 세포 생존률은 500 μg/mL의 농도까지도 90%를 초과하였다. 아민 잔기를 높은 함량으로 갖는 PAG50의 경우, 단단한 세포 결합에 관여된 자유 아민기로 인해 약간의 독성을 나타내었고, 이에 따라 250 μg/mL 농도까지 세포 생존률이 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 많은 폴리아민들이 단단한 세포 결합에 관여된 자유 아민기로 인해 높은 세포 독성을 갖는 것으로 알려져 있음에도, 본 발명에 따른 PAG 고분자는 상대적으로 매우 낮은 세포 독성을 나타내었으며, 이는 고차분지형 폴리글리세롤의 쉘에 의해 은폐된 아민기로 인해 세포 독성이 완화되었기 때문이다.Fig. 6 shows the in vitro results of the polymer. The black bar is the result of PAG 17 (Polymer 2) and the white bar is the result of PAG 50 (Polymer 4), which was obtained by WST-1 analysis using RAW264.7 cell line. As shown in FIG. 6, the cell viability of each cell line treated with various concentrations of PAG17 exceeded 90% even at a concentration of 500 μg / mL. In the case of PAG 50 having a high content of amine residues, it showed some toxicity due to free amine groups involved in rigid cell binding, Thus, the cell viability tended to decrease gradually to 250 μg / mL. Although many polyamines are known to have high cytotoxicity due to the free amine groups involved in tight cell binding, the PAG polymers according to the present invention exhibit relatively low cytotoxicity, which is concealed by shells of high-differential polyglycerols This is because the cytotoxicity is mitigated by the amine group.

이상의 실시예 및 시험예에 따르면, 아민 관능기를 갖는 고차분지형 폴리글리세롤의 원포트 합성이 가능함이 확인되었다. 즉, 신규의 모노머인 보호된 아미노에탄올글리시딜에테르(BAG)를 합성하고, 음이온성 개환 다중분지 중합을 통해 중합하여, 분자량의 조절이 가능하고 분자량 분포가 낮은 PBAG를 제조할 수 있었다. 이후 PBAG를 탈보호시켜 목적하는 고차분지형 폴리아미노글리세롤(PAG)를 얻을 수 있었다. 또한 1H-NMR, 13C-NMR, GPC, MALDI-TOF, 및 DSC를 통해, 성공적으로 중합되었음을 확인할 수 있었다. 상기 PAG는 제타-전위가 높으면서 생체적합성이 우수하므로, 생물학 및 생의학 분야에서 상당한 잠재력을 가지고 있으며, 고차분지형 폴리글리세롤 내에 숨겨진 자유 아민기의 이점을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 신규의 관능성 에폭사이드 모노머 및 고분자는 생의학 분야에 유용한 폴리글리세롤계 고분자로 사용될 수 있다.According to the above Examples and Test Examples, it was confirmed that one-pot synthesis of high-molecular weight polyglycerol having an amine functional group is possible. That is, it was possible to synthesize protected aminoethanol glycidyl ether (BAG), which is a novel monomer, and to polymerize it through anionic ring opening multibranched polymerization to prepare PBAG which can control the molecular weight and has a low molecular weight distribution. Subsequently, PBAG was deprotected to obtain a desired high-differential polyamino glycerol (PAG). Also, it was confirmed that the polymer was successfully polymerized through 1 H-NMR, 13 C-NMR, GPC, MALDI-TOF, and DSC. The PAG has a great potential in the biological and biomedical fields because of its high zeta-potential and good biocompatibility, and can have the advantage of free amine groups hidden within high-differential polyglycerols. Accordingly, the novel functional epoxide monomers and polymers according to the present invention can be used as polyglycerol-based polymers useful in biomedical fields.

Claims (15)

보호된 2차 아민기 및 하이드록시 말단을 갖는 아미노글리시딜에테르계 모노머에 폴리올 개시제를 가하여 단일 중합 반응시킨 후 탈보호시키는 단계를 포함하는, 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조방법.
A step of adding a polyol initiator to an aminoglycidyl ether-based monomer having a protected secondary amine group and a hydroxyl end to perform a single polymerization reaction and then deprotecting the polyamine glycerol.
제 1 항에 있어서,
상기 아미노글리시딜에테르계 모노머가 한쪽 말단에 에폭시기를 갖고 다른 쪽 말단에 하이드록실기를 갖는 비대칭성 모노머(asymmetric monomer)인, 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the aminoglycidyl ether-based monomer is an asymmetric monomer having an epoxy group at one end and a hydroxyl group at the other end.
제 2 항에 있어서,
상기 아미노글리시딜에테르계 모노머가 하기 화학식 1로 표시되는, 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조방법:
[화학식 1]
Figure 112017067497218-pat00007

상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 1 내지 4의 정수이고, PG는 보호기이다.
3. The method of claim 2,
Wherein the aminoglycidyl ether-based monomer is represented by the following formula (1): < EMI ID =
[Chemical Formula 1]
Figure 112017067497218-pat00007

In Formula 1, m and n are each an integer of 1 to 4, and PG is a protecting group.
제 3 항에 있어서,
상기 화학식 1에서, PG는 t-부틸옥시카보닐, p-톨루엔설포닐, 플루오렌일메틸옥시카보닐, 벤질, 트리페닐메틸 및 카복시벤질로 이루어진 군에서 선택되는 보호기인, 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein PG is a protecting group selected from the group consisting of t-butyloxycarbonyl, p-toluenesulfonyl, fluorenylmethyloxycarbonyl, benzyl, triphenylmethyl and carboxybenzyl, Method of producing glycerol.
제 3 항에 있어서,
상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 2이고, PG는 t-부틸옥시카보닐인, 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein m and n are each 2 and PG is t-butyloxycarbonyl in the above formula (1).
제 1 항에 있어서,
상기 폴리올 개시제는 트리메틸올프로판(TMP)이고,
상기 단일 중합 반응은 음이온성 개환 다중분지 중합반응(anionic ring-opening multibranching polymerization)인, 고차분지형 폴리아미노글리세롤의 제조방법.
The method according to claim 1,
The polyol initiator is trimethylol propane (TMP)
Wherein the single polymerization reaction is anionic ring-opening multibranching polymerization.
아미노글리시딜에테르계 모노머의 단일 중합체로서,
상기 아미노글리시딜에테르계 모노머는 보호된 2차 아민기를 가지고,
단일 중합 이후에 탈보호된, 고차분지형 폴리아미노글리세롤.
As the homopolymer of the aminoglycidyl ether-based monomer,
The aminoglycidyl ether-based monomer has a protected secondary amine group,
Highly branched polyamino glycerol deprotected after monopolymerization.
제 7 항에 있어서,
상기 아미노글리시딜에테르계 모노머는 하기 화학식 1로 표시되는, 고차분지형 폴리아미노글리세롤:
[화학식 1]
Figure 112017067497218-pat00008

상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 1 내지 4의 정수이고, PG는 보호기이다.
8. The method of claim 7,
The aminoglycidyl ether-based monomer is a high-differential polyamino glycerol:
[Chemical Formula 1]
Figure 112017067497218-pat00008

In Formula 1, m and n are each an integer of 1 to 4, and PG is a protecting group.
제 8 항에 있어서,
상기 화학식 1에서 m 및 n은 각각 2이고, 상기 PG는 t-부틸옥시카보닐인, 고차분지형 폴리아미노글리세롤.
9. The method of claim 8,
Wherein m and n are each 2 in Formula 1, and PG is t-butyloxycarbonyl.
제 7 항에 있어서,
상기 단일 중합체는 폴리에테르 골격을 갖는 다수의 분지형(branched) 사슬을 포함하고, 상기 분지형 사슬은 중간에 2차 아민기를 포함하고 말단에 하이드록실기를 갖는, 고차분지형 폴리아미노글리세롤.
8. The method of claim 7,
Wherein the homopolymer comprises a plurality of branched chains having a polyether skeleton, wherein the branched chain comprises a secondary amine group in the middle and a hydroxyl group at the end, wherein the branched polyamino glycerol has a polyether skeleton.
제 10 항에 있어서,
상기 분지형 사슬은 하기 화학식 2의 그룹을 포함하는, 고차분지형 폴리아미노글리세롤:
[화학식 2]
Figure 112018091535679-pat00030

상기 화학식 2에서, m 및 n은 각각 1 내지 4의 정수이다.
11. The method of claim 10,
Wherein said branched chain comprises a group of the formula (2): < EMI ID =
(2)
Figure 112018091535679-pat00030

In Formula 2, m and n are each an integer of 1 to 4.
제 7 항에 있어서,
상기 단일 중합체는 3,000 내지 20,000 g/mol의 수평균분자량(Mn), 10~50 mV의 제타 전위, 및 -50℃ 내지 -20℃의 유리전이온도(Tg)를 갖는, 고차분지형 폴리아미노글리세롤.
8. The method of claim 7,
Said homopolymer having a number average molecular weight (Mn) of 3,000 to 20,000 g / mol, a zeta potential of 10 to 50 mV, and a glass transition temperature (Tg) of from -50 DEG C to -20 DEG C, .
하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
[화학식 1]
Figure 112017067497218-pat00010

상기 화학식 1에서, m 및 n은 각각 1 내지 4의 정수이고, PG는 보호기이다.
A compound represented by the following formula (1):
[Chemical Formula 1]
Figure 112017067497218-pat00010

In Formula 1, m and n are each an integer of 1 to 4, and PG is a protecting group.
제 13 항에 있어서,
상기 화학식 1에서 m 및 n은 각각 2이고, 상기 PG는 t-부틸옥시카보닐인, 화합물.
14. The method of claim 13,
Wherein m and n are each 2, and PG is t-butyloxycarbonyl.
제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 고차분지형 폴리아미노글리세롤을 포함하는, 생물학적 운반체.13. A biological carrier comprising a high-differential topo-polyamino glycerol according to any one of claims 7 to 12.
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