KR102011170B1 - 히드록시알킬화 폴리로탁산의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

공업적으로 적합한 히드록시알킬화 폴리로탁산의 제조 방법을 제공한다. 히드록시기를 갖는 환상 분자, 환상 분자에 꼬치 형상으로 포접되는 직쇄상 분자, 및 직쇄상 분자로부터 환상 분자가 탈리되지 않도록 직쇄상 분자의 양쪽 분자 말단에 배치되는 블록기를 갖는 폴리로탁산과, 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르를 물 및 유기 염기의 존재 하에서 반응시키는 것을 포함하는, 히드록시알킬화 폴리로탁산의 제조 방법이다.

Description

히드록시알킬화 폴리로탁산의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING HYDROXYALKYLATED POLYROTAXANE}
본 발명은 폴리로탁산과 특정한 환상 에테르의 반응에 의해 히드록시알킬화 폴리로탁산을 제조하는 방법에 관한 것이다.
근년 토폴로지컬 겔(topological gel)로서 알려져 있는 가교 폴리로탁산의 구성 성분인 폴리로탁산은 환상 분자(회전자: rotator)의 개구부에 직쇄상 분자(축: axis)가 꼬치 형상으로 포접되고, 또한 직쇄상 분자의 양쪽 말단에, 환상 분자가 유리(遊離)되지 않도록 블록기가 배치되어 이루어지는 화합물이다(예를 들어 특허문헌 1 내지 5 참조).
예를 들어 특허문헌 1에는 환상 분자로서 시클로덱스트린을 갖는 폴리로탁산이 개시되고, 1N 수산화나트륨 수용액 중에서 프로필렌옥시드를 반응시켜 시클로덱스트린의 히드록시프로필화를 행함으로써, 히드록시프로필화 폴리로탁산을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는 염화시아누르 등의 가교제를 이용하여 블록화 폴리로탁산을 가교한 가교 폴리로탁산의 합성 방법이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 3 및 4에서는 히드록시프로필화 폴리로탁산을 이용하여 2차 가공된 재료가 예를 들어 의료용 재료나 도료 등에 유용한 것이 보고되어 있다.
그런데, 옥시란류(알킬렌옥시드류)를 이용하여 알코올성 히드록시기를 알킬에테르화하는 방법은 특허문헌 1 및 2 이외에도 다양한 문헌에 기재되어 있지만, 여기에서는 오로지 알칼리 금속염 등의 무기 염기나 금속 알콕시드가 사용되고 있다(예를 들어 특허문헌 5 내지 7 및 비특허문헌 1 참조).
국제 공개 공보 제2005/080469호 공보 국제 공개 공보 제2001/083566호 공보 일본 특허 공개 (평)10-306104호 공보 일본 특허 공개 제2011-178931호 공보 일본 특허 공개 (소)59-104334호 공보 일본 특허 공개 제2002-212125호 공보 일본 특허 공표 제2011-509998호 공보
Applied Catalysis B: Environmemtal, Vol.104 54-63(2011)
본 발명자들은 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 방법에 따라, 1N 수산화나트륨 수용액 중에서 환상 분자로서 시클로덱스트린을 갖는 폴리로탁산과 프로필렌옥시드를 반응시켜 히드록시프로필화 폴리로탁산을 얻으려고 시도한 결과, 반응 중에 불용물이 석출하여 원하는 히드록시프로필화 수식률을 갖는 폴리로탁산을 양호한 순도로 얻기는 어려운 것을 확인하였다. 또한, 이 불용물은 얻어진 히드록시프로필화 폴리로탁산에 혼입되기 때문에, 이것을 제조 원료로서 이용한 2차 가공 재료에도 계속해서 이 불용물이 포함되게 되고, 예를 들어 특허문헌 4에 기재된 도료 용도로 사용한 경우, 이것이 돌기(예를 들어 돌출물)의 원인이 된다. 또한, 특허문헌 1 및 특허문헌 4에는 수산화나트륨 수용액 중에서 폴리로탁산과 프로필렌옥시드를 반응시킨 후의 처리 방법으로서, 사용한 알칼리를 중화하고, 발생한 염을 투석에 의해 제거하고, 투석 후의 처리액을 동결 건조하여 목적물인 히드록시프로필화 폴리로탁산을 얻는 방법이 개시되어 있지만, 이 염을 제거하는 처리 방법은 번잡하고, 방대한 처리 시간이 걸리기 때문에, 공업적 제조 방법으로서 적합한 방법이라고는 말하기 어려웠다.
본 발명의 과제는 공업적으로 적합한 히드록시알킬화 폴리로탁산의 제조 방법을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로는 간편한 조작으로 반응 중의 불용물의 생성을 억제하고, 양호한 순도로 원하는 히드록시알킬화 수식률을 갖는 폴리로탁산을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하는 방법으로서 하기를 발견하였다.
본 발명 1은 히드록시기를 갖는 환상 분자, 환상 분자에 꼬치 형상으로 포접되는 직쇄상 분자, 및 직쇄상 분자로부터 환상 분자가 탈리되지 않도록 직쇄상 분자의 양쪽 분자 말단에 배치되는 블록기를 갖는 폴리로탁산과, 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르를 물 및 유기 염기의 존재 하에서 반응시키는 것을 포함하는, 히드록시알킬화 폴리로탁산의 제조 방법에 관한 것이다.
Figure 112014101451056-pct00001
(화학식 중, R1 내지 R4는 각각 서로 독립적으로, 수소 원자이거나, 또는 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 또는 히드록시기로 치환되어 있거나 비치환된, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기 또는 아르알킬기이고,
R1과 R2 또는 R3과 R4는 그들이 결합하고 있는 탄소 원자와 하나가 되어, 3 내지 12원의 탄소환(예를 들어 옥사스피로알킬렌류 등)을 형성하고 있을 수도 있고,
R1 또는 R2와 R3 또는 R4는 그들이 결합하고 있는 탄소 원자와 하나가 되어, 3 내지 12원의 탄소환(예를 들어 옥사비시클로알칸류 등)을 형성하고 있을 수도 있고,
L은 단결합이거나, 또는 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 또는 히드록시기로 치환되어 있거나 비치환된, 탄소 원자수 1 내지 12의 알킬렌기이되,
단, 화학식 (1)의 탄소 원자수는 50을 초과하지 않는 것으로 함)
본 발명 2는 유기 염기가 지방족 제3급 아민류, 방향족 제3급 아민류, 지환식 제3급 아민류 및 복소 지환식 제3급 아민류, 피리딘류, 이미다졸류 및 트리아졸류로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 본 발명 1의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명 3은 유기 염기가 트리알킬아민 및 피리딘류로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 본 발명 2의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명 4는 유기 염기의 사용량이 제조 원료인 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.10몰 이상 1몰 미만인 본 발명 1 내지 3 중 어느 하나의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명 5는 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르가 옥시란, 탄소 원자수 3 내지 24의 1치환 옥시란류 및 탄소 원자수 4 내지 24의 2치환 옥시란류로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 본 발명 1 내지 4 중 어느 하나의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명 6은 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르가 옥시란, 메틸옥시란, 에틸옥시란, 프로필옥시란, 부틸옥시란, 페닐옥시란 및 글리시돌로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 본 발명 5의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명 7은 히드록시기를 갖는 환상 분자가 α-시클로덱스트린인 본 발명 1 내지 6 중 어느 하나의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명 8은 폴리로탁산과 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 반응 후에, 데칸테이션에 의해 유기 염기의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함하는 본 발명 1 내지 7 중 어느 하나의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 공업적으로 적합한 히드록시알킬화 폴리로탁산의 제조 방법이 제공된다. 보다 구체적으로는 간편한 조작으로 반응 중의 불용물의 생성을 억제하고, 양호한 순도로 원하는 히드록시알킬화 수식률을 갖는 폴리로탁산을 제조하는 방법이 제공된다. 이와 같이 하여 얻어진 히드록시알킬화 폴리로탁산은 각종 용도에 문제 없이 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명은 폴리로탁산과 특정한 환상 에테르의 반응에 의해 히드록시알킬화 폴리로탁산을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 있어서 폴리로탁산은 히드록시기를 갖는 환상 분자, 환상 분자에 꼬치 형상으로 포접되는 직쇄상 분자, 및 직쇄상 분자로부터 환상 분자가 탈리되지 않도록 직쇄상 분자의 양쪽 분자 말단에 배치되는 블록기를 갖고 있다. 특정한 환상 에테르는 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물이다. 본 발명의 제조 방법은 물 및 유기 염기의 존재 하에서, 폴리로탁산 중의 환상 분자의 히드록시기와 특정한 환상 에테르를 반응시키는 공정을 포함한다.
본 발명은 또한 상기 공정에 의해 얻어진 히드록시알킬화 폴리로탁산을 함유하는 용액을 중화하지 않고, 사용한 유기 염기의 적어도 일부를 제거하는 공정을 포함할 수 있다.
[폴리로탁산]
본 발명에 있어서의 폴리로탁산은 히드록시기를 갖는 환상 분자, 환상 분자에 꼬치 형상으로 포접되는 직쇄상 분자, 및 직쇄상 분자로부터 환상 분자가 탈리되지 않도록 직쇄상 분자의 양쪽 분자 말단에 배치되는 블록기를 갖는다. 이러한 폴리로탁산은 예를 들어 상기 특허문헌 1, 2 또는 4 등에 기재된 방법으로 제조할 수 있다.
(직선 형상 분자)
본 발명에 있어서의 직쇄상 분자는, 환상 분자에 포접되며, 비공유 결합적으로 일체화될 수 있는 분자 또는 물질이며, 직쇄상의 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 이하를 들 수 있다.
폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리펜타메틸렌글리콜, 폴리헥사메틸렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜류(예를 들어 반복 단위 중의 알킬렌 부분의 탄소 원자수가 2 내지 14인 폴리알킬렌글리콜류);
폴리부티로락톤, 폴리카프로락톤 등의 지방족 폴리에스테르류(예를 들어 반복 단위 중의 알킬렌 부분의 탄소 원자수가 1 내지 14인 지방족 폴리에스테르류);
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 등의 폴리올레핀류(예를 들어 올레핀 단위의 탄소 원자수가 2 내지 12인 폴리올레핀류);
폴리디메틸실록산 등의 폴리디알킬실록산류(예를 들어 규소 원자에 결합하고 있는 알킬 부분의 탄소 원자수가 1 내지 4인 폴리디알킬실록산류;
폴리부타디엔, 폴리이소프렌 등의 폴리디엔류(예를 들어 디엔 단위의 탄소 원자수가 4 내지 12인 폴리디엔류);
폴리에틸렌카르보네이트, 폴리프로필렌카르보네이트, 폴리테트라메틸렌카르보네이트, 폴리펜타메틸렌카르보네이트, 폴리헥사메틸렌카르보네이트, 폴리페닐렌카르보네이트 등의 폴리카르보네이트류(예를 들어 반복 단위 중의 탄화수소 부분의 탄소 원자수가 2 내지 12인 폴리카르보네이트류);
카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스 등의 셀룰로오스류;
폴리(메트)아크릴산, 폴리(메트)아크릴산에스테르(예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트 등), 폴리(메트)아크릴아미드, 폴리(메트)아크릴로니트릴, 및 (메트)아크릴산, (메트)아크릴산에스테르, (메트)아크릴아미드 및 (메트)아크릴로니트릴로부터 선택되는 복수 종류의 단량체를 공중합시켜 얻어지는 공중합체 등의 (메트)아크릴계 중합체류;
폴리아미드류(예를 들어 나일론 6, 나일론 66 등), 폴리이미드류, 폴리술폰산류, 폴리이민류, 폴리요소류, 폴리술피드류, 폴리포스파젠류, 폴리케톤류, 폴리에테르에테르케톤류, 폴리페닐렌류(예를 들어 폴리페닐렌에테르류 등), 폴리테트라히드로푸란류(예를 들어 글라브레스콜 등) 등.
본 발명에 있어서의 직쇄상 분자는 바람직하게는 폴리알킬렌글리콜류, 폴리에스테르류, 폴리올레핀류, 폴리디엔류 또는 폴리디알킬실록산류이고; 보다 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리부티로락톤, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리디메틸실록산이고; 특히 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리디메틸실록산이다. 또한, 블록기의 도입에 있어서 직쇄상 분자의 양쪽 분자 말단을 카르복시기화하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 직쇄상 분자의 수 평균 분자량은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 200 내지 200,000이고, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 100,000이고, 보다 바람직하게는 3,000 내지 50,000이고, 특히 바람직하게는 5,000 내지 45,000이다. 또한, 직쇄상 분자의 수 평균 분자량은 예를 들어 겔 침투 크로마토그래피(GPC: Gel Permeation Chromatography, 표준 물질: 폴리스티렌, 풀루란 또는 폴리에틸렌옥시드)에 의해 측정되는 값이다.
상기 직쇄상 분자의 중량 평균 분자량이 200 이상이면, 얻어지는 폴리로탁산을 이용하여 예를 들어 가교 폴리로탁산을 구성한 경우에 특성이 보다 양호해지는 경향이 있다. 한편, 상기 직쇄상 분자의 중량 평균 분자량이 200,000 이하이면, 폴리로탁산을 제조하는 것이 보다 용이해지는 경향이 있다.
(블록기)
본 발명에 있어서의 블록기는 환상 분자를 직쇄상 분자로부터 탈리시키지 않도록 직쇄상 분자의 양쪽 분자 말단에 설치되는 것이고, 이러한 작용을 발생할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
이러한 블록기로서는 디니트로벤젠류 유래의 기(예를 들어 2,4-디니트로페닐기, 3,5-디니트로페닐기 등), 시클로덱스트린류 유래의 기, 아다만탄류 유래의 기(예를 들어 아다만틸기 등), 트리페닐메탄류 유래의 기(예를 들어 트리틸기 등), 플루오레세인류 유래의 기, 피렌류 유래의 기, 치환 벤젠류 유래의 기, 치환되어 있을 수도 있는 다핵 방향족기, 스테로이드류 유래의 기 등을 들 수 있다. 블록기는 바람직하게는 디니트로벤젠류 유래의 기, 시클로덱스트린류 유래의 기, 아다만탄류 유래의 기, 트리페닐메탄류 유래의 기, 플루오레세인류 유래의 기 또는 피렌류 유래의 기이고, 보다 바람직하게는 2,4-디니트로페닐기, 3,5-디니트로페닐기, 2,4-디페닐페닐기, 2,4-디이소프로필페닐기, 2,4-디-t-부틸페닐기, 4-디페닐아미노페닐기, 4-디페닐포스피닐페닐기, 아다만틸기 또는 트리틸기이고, 특히 바람직하게는 2,4-디니트로페닐기, 3,5-디니트로페닐기, 아다만틸기 또는 트리틸기이다. 또한, 본 발명의 폴리로탁산 양쪽 분자 말단에 설치되는 상기 블록기는 서로 동일할 수도 또는 상이할 수도 있다.
여기서, 본 발명에 있어서 블록기를 직쇄상 분자의 양쪽 분자 말단에 배치시키는 블록화제로서는 상기 블록기를 포함하는 아민류를 사용할 수 있다. 또한, 상기 블록기를 포함하는 아민류는 예를 들어 수화물, 무기산염(염산염, 브롬화수소산염 등) 또는 유기산염(메탄술폰산염, 톨루엔술폰산염 등)일 수도 있다.
본 발명에 있어서의 반응 방법에 의하면, 이 아민류를 양쪽 분자 말단을 카르복시기화한 직쇄상 분자의 말단과 반응시키고, 블록기를 도입할 수 있다. 여기서, 구체적인 블록화제로서 아다만틸아민 또는 그 염산염을 사용하는 것이 바람직하다.
(환상 분자)
본 발명에 있어서의 환상 분자는 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르와 반응할 수 있는 히드록시기(OH기)를 갖는 것이며, 또한 환상의 분자 구조를 갖고, 직쇄상 분자를 포접하여 도르래 효과를 발휘하는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 환상의 분자 구조는 반드시 폐환된 분자 형상일 필요는 없으며, 예를 들어 「C」자 형상과 같이 일부가 개환되어 있는 실질적으로 환상인 구조도 포함한다. 환상 분자는 히드록시기를 1개 이상 갖고 있으면 되며, 그 외에 예를 들어 니트로기, 시아노기, 알콕시기 등의 히드록시알킬화 반응에 악영향을 미치지 않는 치환기를 가질 수도 있다.
환상 분자로서 예를 들어 시클로덱스트린류, 크라운 에테르류, 벤조 크라운류, 디벤조 크라운류 및 디시클로헥사노 크라운류를 들 수 있는데, 모두 1개 이상의 히드록시기를 갖는 것으로 한다.
환상 분자는 바람직하게는 시클로덱스트린 및 시클로덱스트린 유도체이다. 시클로덱스트린 및 시클로덱스트린 유도체에 있어서의 시클로덱스트린의 형태는 특별히 한정되지 않으며, α형, β형, γ형, δ형 및 ε형 중 어느 것이어도 된다. 시클로덱스트린 유도체로서는 예를 들어 시클로덱스트린 중의 히드록시기의 일부가 메톡시기, 아세틸옥시기, 벤조일옥시기, 알킬술포닐옥시기, 톨루엔술포닐옥시기 등으로 변환된 시클로덱스트린 유도체를 들 수 있다.
시클로덱스트린 및 시클로덱스트린 유도체로서는 예를 들어 α-시클로덱스트린(글루코오스 수=6개), β-시클로덱스트린(글루코오스 수=7개), γ-시클로덱스트린(글루코오스 수=8개) 등의 시클로덱스트린; 디메틸시클로덱스트린, 글루코실시클로덱스트린, 2-히드록시프로필-α-시클로덱스트린, 2,6-디-O-메틸-α-시클로덱스트린, 6-O-α-말토실-α-시클로덱스트린, 6-O-α-D-글루코실-α-시클로덱스트린모노, 헥사키스(2,3,6-트리-O-아세틸)-α-시클로덱스트린, 헥사키스(2,3,6-트리-O-메틸)-α-시클로덱스트린, 헥사키스(6-O-토실)-α-시클로덱스트린, 헥사키스(6-아미노-6-데옥시)-α-시클로덱스트린, 헥사키스(2,3-아세틸-6-브로모-6-데옥시)-α-시클로덱스트린, 헥사키스(2,3,6-트리-O-옥틸)-α-시클로덱스트린, 모노(2-O-포스포릴)-α-시클로덱스트린, 모노[2,(3)-O-(카르복실메틸)]-α-시클로덱스트린, 옥타키스(6-O-t-부틸디메틸실릴)-α-시클로덱스트린, 숙시닐-α-시클로덱스트린, 글루크로닐글루코실-β-시클로덱스트린, 헵타키스(2,6-디-O-메틸)-β-시클로덱스트린, 헵타키스(2,6-디-O-에틸)-β-시클로덱스트린, 헵타키스(6-O-술포)-β-시클로덱스트린, 헵타키스(2,3-디-O-아세틸-6-O-술포)-β-시클로덱스트린, 헵타키스(2,3-디-O-메틸-6-O-술포)-β-시클로덱스트린, 헵타키스(2,3,6-트리-O-아세틸)-β-시클로덱스트린, 헵타키스(2,3,6-트리-O-벤조일)-β-시클로덱스트린, 헵타키스(2,3,6-트리-O-메틸)-β-시클로덱스트린, 헵타키스(3-O-아세틸-2,6-디-O-메틸)-β-시클로덱스트린, 헵타키스(2,3-O-아세틸-6-브로모-6-데옥시)-β-시클로덱스트린, 2-히드록시에틸-β-시클로덱스트린, 히드록시프로필-β-시클로덱스트린, 2-히드록시프로필-β-시클로덱스트린, (2-히드록시-3-N,N,N-트리메틸아미노)프로필-β-시클로덱스트린, 6-O-α-말토실-β-시클로덱스트린, 메틸-β-시클로덱스트린, 헥사키스(6-아미노-6-데옥시)-β-시클로덱스트린, 비스(6-아지드-6-데옥시)-β-시클로덱스트린, 모노(2-O-포스포릴)-β-시클로덱스트린, 헥사키스[6-데옥시-6-(1-이미다졸릴)]-β-시클로덱스트린, 모노아세틸-β-시클로덱스트린, 트리아세틸-β-시클로덱스트린, 모노클로로트리아지닐-β-시클로덱스트린, 6-O-α-D-글루코실-β-시클로덱스트린, 6-O-α-D-말토실-β-시클로덱스트린, 숙시닐-β-시클로덱스트린, 숙시닐-(2-히드록시프로필)-β-시클로덱스트린, 2-카르복시메틸-β-시클로덱스트린, 2-카르복시에틸-β-시클로덱스트린, 부틸-β-시클로덱스트린, 술포프로필-β-시클로덱스트린, 6-모노데옥시-6-모노아미노-β-시클로덱스트린, 실릴[(6-O-t-부틸디메틸)2,3-디-O-아세틸]-β-시클로덱스트린, 2-히드록시에틸-γ-시클로덱스트린, 2-히드록시프로필-γ-시클로덱스트린, 부틸-γ-시클로덱스트린, 3A-아미노-3A-데옥시-(2AS,3AS)-γ-시클로덱스트린, 모노-2-O-(p-톨루엔술포닐)-γ-시클로덱스트린, 모노-6-O-(p-톨루엔술포닐)-γ-시클로덱스트린, 모노-6-O-메시틸렌술포닐-γ-시클로덱스트린, 옥타키스(2,3,6-트리-O-메틸)-γ-시클로덱스트린, 옥타키스(2,6-디-O-페닐)-γ-시클로덱스트린, 옥타키스(6-O-t-부틸디메틸실릴)-γ-시클로덱스트린, 옥타키스(2,3,6-트리-O-아세틸)-γ-시클로덱스트린 등을 들 수 있다.
본 발명에서는 포접성의 관점에서 환상 분자는 바람직하게 α-시클로덱스트린, β-시클로덱스트린, γ-시클로덱스트린, 또는 이들의 유도체(예를 들어 히드록시기의 일부 또는 전부가 치환된 화합물)이고, 보다 바람직하게는 α-시클로덱스트린 또는 이들의 유도체(예를 들어 히드록시기의 일부 또는 전부가 치환된 화합물)이고, 특히 바람직하게는 α-시클로덱스트린이다.
본 발명에 있어서의 폴리로탁산은 1종만의 환상 분자를 갖고 있을 수도, 복수 종류의 환상 분자를 갖고 있을 수도 있다.
(폴리로탁산의 분자량)
본 발명에 있어서의 폴리로탁산의 수 평균 분자량은 바람직하게는 10,000 내지 500,000, 더욱 바람직하게는 30,000 내지 400,000, 보다 바람직하게는 50,000 내지 300,000, 특히 바람직하게는 90,000 내지 200,000, 가장 바람직하게는 100,000 내지 160,000이다. 또한, 폴리로탁산의 수 평균 분자량은 예를 들어 겔 침투 크로마토그래피(GPC: Gel Permeation Chromatography, 표준 물질: 폴리스티렌, 풀루란 또는 폴리에틸렌옥시드)에 의해 측정되는 값이다.
(폴리로탁산의 포접률)
본 발명에 있어서의 폴리로탁산에 대하여 직쇄상 분자를 포접하는 환상 분자의 도입 비율(포접률)은 특별히 한정되지 않으며, 원하는 용매에 대한 분산성, 수식 기의 종류 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 여기서, 직쇄상 분자를 포접하는 환상 분자의 도입 비율인 포접률은 직쇄상 분자에 환상 분자가 최밀(最密)로 포접된 경우(충전율: 100%)를 1.0으로 하여 통상 0.05 내지 0.80이다. 예를 들어 직선 형상 분자가 폴리에틸렌글리콜이고, 환상 분자가 시클로덱스트린인 경우의 포접률은 바람직하게는 0.05 내지 0.65이고, 보다 바람직하게는 0.10 내지 0.60이고, 보다 더 바람직하게는 0.15 내지 0.55이고, 특히 바람직하게는 0.20 내지 0.40이다. 포접률이 이 범위이면, 본 발명의 제조 방법에서 얻어지는 히드록시알킬화 폴리로탁산을 사용하여 상기 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 가교 폴리로탁산을 제조한 경우, 환상 분자 유래의 도르래 효과가 충분히 발현되고, 또한 환상 분자의 가동성도 양호하다.
환상 분자의 최대 포접량은 직쇄상 분자의 길이와 환상 분자의 두께에 따라 결정할 수 있다. 예를 들어 직쇄상 분자가 폴리에틸렌글리콜이며 환상 분자가 α-시클로덱스트린(α-CD) 분자인 경우, 최대 포접량은 예를 들어 특허문헌 4 및/또는 문헌[Macromolecules, 1993, Vol.26, 5698-5703페이지]에 기재된 방법에 의해 구할 수 있다. 또한, 최대 포접률은 예를 들어 PEG의 -CH2-CH2-O- 반복 단위 2 유닛이 α-CD의 1분자의 두께에 상당한다고 개산하여, 최밀로 포접되었을 때의 α-CD의 양(최대 포접량)을 1.0(충전율: 100%)으로서 나타낸다. 또한 포접률은 측정 용매(DMSO-d6)에, 얻어진 폴리로탁산을 용해시키고, 1H-NMR 측정 장치(아반스(AVANCE)500형 브루커 바이오스핀(Bruker BioSpin)사 제조)에 의해 측정하고, 화학적 이동이 4 내지 6ppm인 시클로덱스트린 유래의 양성자의 적분값과 3 내지 4ppm인 PEG 유래의 양성자의 적분값의 비교에 의해 산출할 수 있다.
[환상 에테르]
본 발명에 있어서의 환상 에테르는 하기 화학식 (1)로 표시되는, 탄소 원자수가 50을 초과하지 않는 화합물이다.
Figure 112014101451056-pct00002
(화학식 중, R1 내지 R4는 각각 서로 독립적으로, 수소 원자이거나, 또는 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 또는 히드록시기로 치환되어 있거나 비치환된, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기 또는 아르알킬기이고,
R1과 R2 또는 R3과 R4는 그들이 결합하고 있는 탄소 원자와 하나가 되어, 3 내지 12원의 탄소환(예를 들어 옥사스피로알킬렌류 등)을 형성하고 있을 수도 있고,
R1 또는 R2와 R3 또는 R4는 그들이 결합하고 있는 탄소 원자와 하나가 되어 3 내지 12원의 탄소환(예를 들어 옥사비시클로알칸류 등)을 형성하고 있을 수도 있고,
L은 단결합이거나, 또는 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 또는 히드록시기로 치환되어 있거나 비치환된, 탄소 원자수 1 내지 12의 알킬렌기이되,
단, 화학식 (1)의 탄소 원자수는 50을 초과하지 않는 것으로 함)
본 발명에 있어서의 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르에 있어서, 바람직하게는 하기 화학식 (2)로 표시되는 옥시란류 및 하기 화학식 (3)으로 표시되는 옥세탄류로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 환상 에테르이다.
Figure 112014101451056-pct00003
(화학식 중, R1 내지 R4는 상기 화학식 (1)의 것과 동일하고,
R5 및 R6은 수소 원자이거나, 또는 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 또는 히드록시기로 치환되어 있거나 비치환된, 탄소 원자수 1 내지 4의 알킬기이되,
단 화학식 (2) 또는 화학식 (3)의 탄소 원자수는 50을 초과하지 않는 것으로 함)
화학식 (1) 내지 (3) 중, R1 내지 R6에 있어서의;
알킬기로서는 탄소 원자수 1 내지 12의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기를 들 수 있고, 바람직하게는 탄소 원자수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기이며, 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기 등이다. 또한, 이들 알킬기 중 분지쇄상 알킬기는 위치 이성체나 광학 이성체를 포함한다. 단, 화학식 (3) 중, R5 및 R6의 알킬기는 탄소 원자수 1 내지 4이며, 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기이다.
시클로알킬기로서는 탄소 원자수 3 내지 12의 시클로알킬기를 들 수 있고, 바람직하게는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로도데실기 등이다.
아릴기로서는 탄소 원자수 6 내지 18의 아릴기를 들 수 있고, 바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 비페닐기 등이다.
아르알킬기로서는 탄소 원자수 7 내지 18의 아르알킬기를 들 수 있고, 바람직하게는 벤질기, 페네틸기 등이다.
또한, 상기 알킬기, 아릴기, 시클로알킬기, 아르알킬기는 비치환일 수도 있고, 탄소 원자가 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 및 히드록시기로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환되어 있을 수도 있다. 또한, 치환기로서는 불소 원자가 바람직하다.
화학식 (1) 중, L에 있어서의 탄소 원자수 1 내지 12의 알킬렌기로서는 메틸렌기, 에틸렌기 등을 들 수 있고, 이들은 비치환일 수도 있고, 탄소 원자가 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 및 히드록시기로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환되어 있을 수도 있다. 또한, 치환기로서는 불소 원자가 바람직하다. L로서는 단결합 또는 메틸렌기가 바람직하다.
화학식 (2)로 표시되는 옥시란류로서는
옥시란(에틸렌옥시드);
1치환 옥시란류, 바람직하게는 탄소 원자수 3 내지 26, 보다 바람직하게는 탄소 원자수 3 내지 24의 1치환 옥시란류이며, 그의 구체예로서는 메틸옥시란(프로필렌옥시드), 에틸옥시란(1,2-부틸렌옥시드), 프로필옥시란(1,2-펜틸렌옥시드), 부틸옥시란(1,2-헥실렌옥시드), 페닐옥시란, 메톡시메틸옥시란 등의 (탄소 원자수 1 내지 8의 알콕시메틸)옥시란, 글리시돌(2,3-에폭시메탄올) 등;
2치환 옥시란류, 바람직하게는 탄소 원자수 4 내지 26, 보다 바람직하게는 탄소 원자수 4 내지 24의 2치환 옥시란류이며, 그의 구체예로서는 2,3-디메틸옥시란, 2,2-디메틸옥시란, 2,3-디에틸옥시란, 2,2-디에틸옥시란, 2,3-디프로필옥시란, 2,2-디프로필옥시란, 2,3-디부틸옥시란, 2,2-디부틸옥시란, 2,3-디페닐옥시란, 2,2-디페닐옥시란, 2,3-비스(탄소 원자수 1 내지 8의 알콕시메틸)옥시란, 2,2-비스(메톡시메틸)옥시란 등의 2,2-비스(탄소 원자수 1 내지 8의 알콕시메틸)옥시란 등;
3치환 옥시란류, 바람직하게는 탄소 원자수 5 내지 26의 3치환된 옥시란류이며, 그의 구체예로서는 2,2,3-트리메틸옥시란, 2,2,3-트리에틸옥시란, 2,2,3-트리프로필옥시란, 2,2,3-트리부틸옥시란, 2,2,3-트리페닐옥시란, 2,2,3-트리스(메톡시메틸)옥시란 등의 2,2,3-트리스(탄소 원자수 1 내지 8의 알콕시메틸)옥시란 등;
4치환 옥시란류, 바람직하게는 탄소 원자수 6 내지 26에 4치환 옥시란류, 예를 들어 2,2,3,3-테트라메틸옥시란, 2,2,3,3-테트라에틸옥시란, 2,2,3,3-테트라프로필옥시란, 2,2,3,3-테트라부틸옥시란, 2,2,3,3-테트라페닐옥시란, 2,2,3,3-테트라키스(탄소 원자수 1 내지 8의 알콕시메틸)옥시란 등을 들 수 있다.
화학식 (3)으로 표시되는 옥세탄류로서는 옥세탄, 3-메틸옥세탄, 3-에틸옥세탄, 3-에틸-3-히드록시에틸옥세탄 등을 들 수 있다.
또한, 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르로서, R1 및 R2 또는 R3 및 R4가 그들이 결합하고 있는 탄소 원자와 하나가 되어, 3 내지 12원의 탄소환을 갖는 옥사스피로알킬렌류로서는, 예를 들어 1-옥사스피로[2.4]헵탄, 1-옥사스피로[2.5]옥탄을 들 수 있다. 또한, R1 또는 R2와 R3 또는 R4가 그들이 결합하고 있는 탄소 원자와 하나가 되어, 3 내지 12원의 탄소환을 갖는 옥사비시클로알칸류로서는, 예를 들어 구체예로서 6-옥사비시클로[3.1.0]헥산, 7-옥사비시클로[4.1.1]헵탄, 6-옥사비시클로[3.2.0]헵탄, 7-옥사비시클로[4.2.0]옥탄, 7-옥사비시클로[2.2.1]헵탄, 8-옥사비시클로[3.2.1]옥탄 등을 들 수 있다.
화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르는 바람직하게는 옥시란, 탄소 원자수 3 내지 24의 1치환 옥시란류 또는 탄소 원자수 4 내지 24의 2치환 옥시란류이고; 보다 바람직하게는 옥시란(에틸렌옥시드), 메틸옥시란(프로필렌옥시드), 에틸옥시란(1,2-부틸렌옥시드), 프로필옥시란(1,2-펜틸렌옥시드), 부틸옥시란(1,2-헥실렌옥시드), 페닐옥시란, 글리시돌(2,3-에폭시메탄올) 등이고; 특히 바람직하게는 옥시란(에틸렌옥시드), 메틸옥시란(프로필렌옥시드)이다. 또한, 본 발명의 제조 방법에서는 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르를 단독으로 사용할 수도 또는 복수 종류를 병용할 수도 있다.
(환상 에테르의 사용량)
본 발명에 있어서의 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 사용량은 히드록시알킬화의 정도에 따라 증감시킬 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 본 발명에 있어서의 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 사용량은, 제조 원료인 폴리로탁산 1g에 대하여 통상 0.01g 내지 100g으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.10g 내지 50g이고, 더욱 바람직하게는 0.50g 내지 25g이고, 보다 바람직하게는 1g 내지 15g이고, 특히 바람직하게는 1g 내지 10g이고, 가장 바람직하게는 1g 내지 5g이다.
또한, 예를 들어 상기의 특허문헌 1에 기재된 방법으로 폴리로탁산(직쇄상 분자: 폴리에틸렌글리콜, 환상 분자: α-시클로덱스트린(α-CD), 블록기: 아다만틸기를 포함하는 폴리로탁산)을 제조하였다고 한다. 평균 분자량 3.5만, 포접률이 0.25였다고 하면, 폴리로탁산의 이론 히드록시기량은 13.6mmol/g인 것이 계산된다
(히드록시기 수[mmol/g]=(1/평균 분자량)×(35000/88×0.25×18), 평균 분자량: 35000+(35000/88×0.25×972)).
이 폴리로탁산을 사용한 경우에 있어서의 환상 에테르의 사용량은, 제조 원료인 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.015몰 내지 150몰로 할 수 있고, 바람직하게는 0.15몰 내지 75몰, 더욱 바람직하게는 0.50몰 내지 35몰, 보다 바람직하게는 1.0몰 내지 20몰, 특히 바람직하게는 1.0몰 내지 15몰, 가장 바람직하게는 1.25 내지 7.5몰이다.
상기 사용량 범위이면, 후술하는 본 발명의 히드록시알킬화 폴리로탁산의 수식률(%)을 0.01 내지 100%로 제어할 수 있고, 수식률이 바람직하게는 1 내지 80%, 보다 바람직하게는 10 내지 80%, 특히 바람직하게는 25 내지 55%인 히드록시알킬화 폴리로탁산을 취득할 수 있다.
[유기 염기]
본 발명에 있어서는 유기 염기의 존재 하에서 히드록시알킬화 반응을 행한다. 유기 염기는 반응 후의 분리 정제의 관점에서 비점이 200℃ 이하인 유기 염기가 바람직하다.
유기 염기로서는 아민류(바람직하게는 지방족 제3급 아민류, 방향족 제3급 아민류, 지환식 제3급 아민류, 복소 지환식 제3급 아민류 등의 제3급 아민), 피리딘류, 이미다졸류 및 트리아졸류로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 염기성 유기 화합물을 사용할 수 있다. 유기 염기로서 바람직하게는 하기 화학식 (4)로 표시되는 예를 들어 지방족 제3급 아민류 및 방향족 제3급 아민류 외에, 지환식 제3급 아민류, 복소 지환식 제3급 아민류 등의 제3급 아민을 들 수 있다.
Figure 112014101451056-pct00004
(Ra, Rb 및 Rc는 각각 서로 독립적으로, 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 또는 히드록시기로 치환되어 있거나 비치환된, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 아르알킬기 또는 트리알킬실릴기임)로 표시되는 제3급 아민을 들 수 있다.
화학식 (4) 중, Ra, Rb 및 Rc에 있어서의;
알킬기로서는 탄소 원자수 1 내지 18의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기를 들 수 있고, 바람직하게는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등이다.
시클로알킬기로서는 탄소 원자수 3 내지 18의 시클로알킬기를 들 수 있고, 바람직하게는 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등이다.
아릴기로서는 탄소 원자수 6 내지 18의 아릴기를 들 수 있고, 바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 안트라닐기 등이다.
아르알킬기로서는 탄소 원자수 7 내지 18의 아르알킬기를 들 수 있고, 바람직하게는 벤질기, 페네틸기 등이다.
트리알킬실릴기로서는 알킬기가 각각 독립적으로 탄소 원자수 1 내지 18의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기인 것이 바람직하고, 예를 들어 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, tert-부틸디메틸실릴기 등을 들 수 있다.
상기 알킬기, 아릴기, 시클로알킬기, 아르알킬기 및 트리알킬실릴기는 비치환일 수도 있고, 불소 원자, 니트로기, 시아노기 및 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환되어 있을 수도 있다. 치환기로서 바람직하게는 불소 원자, 니트로기 또는 알콕시기이다.
화학식 (4)로 표시되는 제3급 아민으로서는 탄소 원자수 3 내지 24의 트리알킬아민류, 예를 들어 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 디이소프로필메틸아민, 트리-n-부틸아민 등; 트리알킬실릴기 함유 지방족 아민류, 바람직하게는 탄소 원자수 5 내지 24의 트리알킬실릴기를 함유하는 트리알킬실릴기 함유 지방족 아민류, 예를 들어 N-트리메틸실릴디메틸아민, N-트리에틸실릴디메틸아민, N-tert-부틸디메틸실릴디메틸아민, N-트리메틸실릴디에틸아민, N-트리에틸실릴디에틸아민, N-tert-부틸디메틸실릴디에틸아민, N-트리메틸실릴디-n-프로필아민, N-트리에틸실릴디-n-프로필아민, N-tert-부틸디메틸실릴디-n-프로필아민, N-트리메틸실릴디이소프로필아민, N-트리에틸실릴디이소프로필아민, N-tert-부틸디메틸실릴디이소프로필아민 등을 들 수 있다.
또한, 화학식 (4)로 표시되는 제3급 아민으로서는 탄소 원자수 8 내지 24의 방향족 제3급 아민류, 예를 들어 디메틸페닐아민, 에틸메틸페닐아민, 디에틸페닐아민, 디프로필페닐아민, 디페닐메틸아민, 디페닐에틸아민, n-프로필디페닐아민, 이소프로필디페닐아민, 트리페닐아민 등; 탄소 원자수 15 내지 24의 트리알킬실릴기를 함유하는 방향족 아민류, 예를 들어 N-트리메틸실릴디페닐아민, N-트리에틸실릴디페닐아민, N-tert-부틸디메틸실릴디페닐아민 등을 들 수 있다.
제3급 아민으로서는 환상 제3급 아민류도 사용할 수 있고, 디아자비시클로운데센(DBU), 디아자비시클로노넨(DBN), 1,4-디아자비시클로[2.2.2]옥탄(DABCO), 퀴누클리딘, N-치환 피롤리딘류, N-치환 피페리딘류, N,N'-디치환 피페라진류 등의 지환식 제3급 아민류, N-치환 모르폴린류 등의 복소 지환식 제3급 아민류를 들 수 있다.
N-치환 피페리딘류로서는 탄소 원자수 6 내지 24의 N-알킬 치환 피페리딘류가 바람직하고, N-메틸피페리딘, N-에틸피페리딘을 들 수 있다.
N-치환 모르폴린류로서는 탄소 원자수 5 내지 24의 N-알킬 치환 모르폴린류가 바람직하고, N-메틸모르폴린을 들 수 있다.
N,N'-디치환 피페라진류로서는 탄소 원자수 6 내지 24의 N,N'-디알킬 치환 피페라진류가 바람직하고, N,N'-디메틸피페라진을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 염기로서는 하기에 나타내는 피리딘류, 이미다졸류, 트리아졸류 등도 사용할 수 있다.
피리딘류(피리딘 및 피리딘 유도체)로서는 탄소 원자수 5 내지 24의 피리딘류가 바람직하고, 예를 들어 피리딘, 피콜린, 루티딘, 콜리딘, 디메틸아미노피리딘, 4-피롤리디노피리딘 등을 들 수 있다.
이미다졸류(이미다졸 및 이미다졸 유도체)로서는 이미다졸, 탄소 원자수 4 내지 24의 N-치환 이미다졸류를 들 수 있다. N-치환 이미다졸류는 N-알킬 치환 이미다졸, N-아릴 치환 이미다졸, N-트리알킬실릴 치환 이미다졸일 수 있고, 예를 들어 N-페닐이미다졸, N-트리메틸실릴이미다졸, N-트리에틸실릴이미다졸, N-tert-부틸디메틸실릴이미다졸을 들 수 있다.
트리아졸류(트리아졸 및 트리아졸 유도체)로서는 트리아졸, 탄소 원자수 3 내지 24의 N-치환 트리아졸류를 들 수 있다. N-치환 트리아졸류는 N-알킬 치환 트리아졸, N-아릴 치환 트리아졸, N-트리알킬실릴 치환 트리아졸일 수 있고, 예를 들어 바람직하게는 N-페닐트리아졸 등이다.
또한, 유기 염기로서는 1,8-비스(디메틸아미노)나프탈렌(양성자 스펀지), 포스파젠 등도 사용할 수 있다. 탄소 원자수 4 내지 24의 테트라알킬구아니딘 등도 사용할 수 있고, 예를 들어 1,1,3,3-테트라메틸구아니딘을 들 수 있다.
본 발명에 있어서의 유기 염기로서 바람직하게는 트리알킬아민류, 지환식 제3급 아민류, 피리딘류 또는 이미다졸류이고; 더욱 바람직하게는 트리알킬아민류 또는 피리딘류이고; 보다 바람직하게는 탄소 원자수 3 내지 12의 트리알킬아민류, 피리딘, 2-피콜린, 3-피콜린, 4-피콜린 또는 2,6-루티딘이고; 특히 바람직하게는 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 디이소프로필메틸아민, 트리-n-부틸아민 또는 피리딘이다. 또한, 본 발명에서는 상기 유기 염기를 단독으로 사용할 수도, 또는 복수 종류를 병용할 수도 있다.
(유기 염기의 사용량)
본 발명에 있어서의 유기 염기의 사용량은, 제조 원료인 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.01몰 내지 500몰로 할 수 있고, 바람직하게는 0.05몰 내지 50몰이고, 더욱 바람직하게는 0.10몰 내지 10몰이고, 보다 바람직하게는 0.10몰 내지 5몰이고, 특히 바람직하게는 0.10몰 이상 1몰 미만이다.
상기 사용량 범위이면, 반응이 양호하게 진행되고, 충분한 생산성이 얻어지며, 원하는 히드록시알킬화 수식률을 달성할 수 있다. 또한, 반응 종료 후, 사용한 유기 염기의 제거도 용이한 점에서 공업적 제조의 관점에서도 바람직하다.
[물]
본 발명에 있어서는 물의 존재 하에서 히드록시알킬화 반응을 행한다.
본 발명에 있어서의 물의 사용량은, 제조 원료인 폴리로탁산 1g에 대하여 0.01g 내지 200g으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.1g 내지 150g이고, 더욱 바람직하게는 1.0g 내지 100g이고, 보다 바람직하게는 3.0g 내지 50g이고, 특히 바람직하게는 4.0g 내지 30g이고, 가장 바람직하게는 4.0g 내지 20g이다.
예를 들어 제조 원료인 폴리로탁산이 예를 들어 상기의 특허문헌 1에 기재된 방법으로 제작된 폴리로탁산(직쇄상 분자: 평균 분자량 3.5만의 폴리에틸렌글리콜, 환상 분자: α-시클로덱스트린(α-CD), 블록기: 아다만틸기를 포함하는 폴리로탁산, 포접률이 0.25임)인 경우, 폴리로탁산의 이론 히드록시기량은 13.6mmol/g이다.
이 폴리로탁산을 사용한 경우에 있어서의 물의 사용량은 제조 원료인 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.05몰 내지 800몰로 할 수 있다. 이 범위의 물의 사용량이면, 히드록시알킬화 반응이 양호하게 진행되고, 충분한 생산성이 얻어지며, 원하는 히드록시알킬화 수식률을 달성할 수 있다. 또한, 반응 종료 후, 사용한 유기 염기의 제거도 용이한 점에서 공업적 제조의 관점에서도 바람직하다.
[반응 조건]
본 발명의 제조 방법은 물 및 유기 염기의 존재 하에서, 폴리로탁산 중의 환상 분자의 히드록시기와 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르를 반응시키는 공정을 포함한다. 반응은 물 및 유기 염기의 존재 하에, 폴리로탁산과 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르를 혼합하고, 교반, 진탕 등을 함으로써 행할 수 있다. 구체적으로는 물 및 유기 염기에 폴리로탁산을 첨가하고, 계속해서 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르를 첨가하면서 교반을 행하여 반응시키는 것이 바람직하다.
(반응 온도)
본 발명의 제조 방법에 있어서 반응 온도는 사용하는 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 물성 등에 따라 적절히 정할 수 있다. 즉, 본 발명의 제조 방법에 있어서의 반응 온도는 사용하는 폴리로탁산의 유리 전이 온도 이상이며, 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 비점 이하이면 특별히 한정되지 않지만, -20℃ 내지 100℃로 할 수 있다. 이 온도 범위이면, 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르도 반응계 중에 머무르기 쉽고, 또한 폴리로탁산의 환상 분자의 히드록시기와의 반응성도 양호한 점에서 높은 반응 수율을 기대할 수 있다. 반응 온도는 바람직하게는 -10℃ 내지 80℃이고, 보다 바람직하게는 10℃ 내지 60℃이고, 특히 바람직하게는 25℃ 내지 60℃이다. 반응 시간은 적절히 변경할 수 있으며, 예를 들어 1 내지 48시간을 들 수 있고, 바람직하게는 3 내지 30시간이다.
(반응 압력)
본 발명의 제조 방법에 있어서 반응 압력은 사용하는 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 종류, 반응 온도 등에 따라 적절히 정할 수 있으며, 특별히 한정되지 않지만, 대기압 하에서 행하는 것이 바람직하다. 예를 들어 질소, 아르곤 등의 불활성 가스 유통 하 또는 분위기 하로 하여 반응을 행할 수도 있고, 또는 개방계(대기압 하)로 하여 반응을 행할 수도 있다.
(반응 용매)
본 발명의 제조 방법에 있어서 반응은 물 및 유기 염기의 존재 하에서 행해지기 때문에, 별도 반응 용매를 사용할 필요는 없다. 그러나, 본 발명에서 사용하는 폴리로탁산의 물 및/또는 유기 염기에 대한 용해도가 낮은 경우 등에, 적절히 반응 용매를 사용할 수 있다. 반응 용매는 히드록시알킬화 반응에 악영향을 미치지 않는 것이면, 특히 그 용매종 및 사용량은 한정되지 않는다.
(히드록시알킬화 폴리로탁산의 취득 조작)
본 발명의 폴리로탁산과 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 반응 종료 후, 액체 상태의 반응 혼합물이 얻어진다. 얻어진 반응 혼합물은 예를 들어 재침전 조작 후, 데칸테이션 또는 여과 등의 분리·정제 조작에 의해 목적으로 하는 히드록시알킬화 폴리로탁산을 고형물로서 취득할 수 있다. 즉, 본 발명의 제조 방법에서는 사용한 유기 염기를 중화 처리하지 않고, 상기 방법으로 용이하게 제거할 수 있기 때문에 매우 편리하고, 공업적 제조 방법에 적합하다.
구체적인 취득 조작으로서는 히드록시알킬화 폴리로탁산을 함유하는 반응 혼합물을 그대로 또는 후술하는 첨가 용매(예를 들어 재침전 용매)를 첨가하여 재침전 조작을 행하고, 계속해서 이것을 데칸테이션 및/또는 여과 등의 분리 조작을 행함으로써, 고형물로서 히드록시알킬화 폴리로탁산을 취득하는 것이 바람직하다.
(재침전 조작)
폴리로탁산과 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물로부터 목적물인 히드록시알킬화 폴리로탁산을 고형물로서, 또한 양호한 순도 및 수율로 취득하기 위해서, 재침전 조작을 행할 수도 있다. 여기서, 재침전 조작은 반응 혼합물로부터 히드록시알킬화 폴리로탁산을 고형물로서 상분리하는 것 외에, 히드록시알킬화 폴리로탁산을 포함하는 액상물을 반응 혼합물로부터 상분리하는 것을 포함한다.
따라서, 재침전 조작에 사용하는 재침전 용매로서는 목적물인 히드록시알킬화 폴리로탁산에 대하여 빈용매가 되는 것이면, 특별히 한정되지 않는다.
또한, 재침전 용매로서 바람직하게는 물; 아세토니트릴; 아세톤, 부타논, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌글리콜 등의 알코올류; 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란, 1,2-디메톡시에탄, 디옥산 등의 에테르류, 및 이들의 혼합 용매가 사용되고, 보다 바람직하게는 물; 아세토니트릴; 아세톤, 부타논, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌글리콜 등의 알코올류, 및 이들의 혼합 용매가 사용되고, 특히 바람직하게는 물; 아세톤, 부타논, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 및 이들의 혼합 용매가 사용된다.
재침전 용매의 사용량은 얻어진 반응 혼합물로부터 목적물인 히드록시알킬화 폴리로탁산을 고형물로서 또는 이것을 포함하는 액상물로서 분리 가능하고, 또한 그 외 불순물을 고형물로서 또는 액상물과 분리 가능한 용액으로서 분리할 수 있는 양이면, 특별히 한정되지 않는다. 재침전 용매의 사용량은 반응 종료 후에 얻어진 반응 혼합물 1g에 대하여 0.1g 내지 1000g으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.5g 내지 100g, 더욱 바람직하게는 1g 내지 50g, 보다 바람직하게는 1g 내지 20g, 특히 바람직하게는 1g 내지 10g, 가장 바람직하게는 1g 내지 5g이다.
(데칸테이션)
본 발명의 제조 방법에 적용할 수 있는 데칸테이션은 고형물과 액체로, 또는 2층으로 분리되는 2종의 액체로 분리된 히드록시알킬화 폴리로탁산을 함유하는 반응 혼합물로부터, 히드록시알킬화 폴리로탁산을 포함하지 않는 액체(예를 들어 상청 용액)를 제거하는 조작에 의해, 고형물로서 히드록시알킬화 폴리로탁산을 분리·정제하여 취득하는 조작이다. 여기서, 고형물과 액체로, 또는 2층으로 분리되는 2종의 액체로 분리하는 조작은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 반응 혼합물 또는 상기 첨가 용매(예를 들어 재침전 용매)를 첨가하여 재침전 조작을 행한 반응 혼합물을 그대로 방치(정치)하거나, 또는 원심 분리기 등을 사용하여 행한다. 또한, 데칸테이션에 사용하는 장치는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 고형물과 액체의 분리 상태, 또는 2종의 액체의 분리 상태 등에 따라 적절히 정할 수 있다.
데칸테이션의 일례는 이하와 같다. 폴리로탁산과 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물로부터 고형물 또는 액상물을 침전 또는 분리시키기 위해서, 예를 들어 그대로 방치(정치)하거나, 첨가 용매(예를 들어 재침전 용매)를 첨가하여 방치(정치)하는 조작을 행하거나, 또는 원심 분리기로 원심 분리를 행하는 등의 방법에 의해, 고형물 또는 액상물과 상청액이 분리된 분리액을 얻는다. 또한, 이때 방치 시간은 특별히 한정되지 않는다.
또한, 상기 데칸테이션에 있어서 용매를 더 첨가하는 경우, 사용되는 첨가 용매는 상기 (재침전 조작)항에 기재된 재침전 용매와 동일한 용매종이고, 또한 이들 용매는 단독으로 사용할 수도 또는 복수 종류를 병용할 수도 있다. 또한, 첨가 용매의 사용량에 대해서도 상기 (재침전 조작)항에서의 기재와 동일하다.
계속해서, 얻어진 분리액으로부터 예를 들어 경사법, 및/또는 피펫, 스포이트 등의 기구를 이용한 방법 등을 이용하여 상청 용액을 제거하는 작업을 행하여, 분리된 고형물 또는 액상물을 얻는다. 또한, 분리된 고형물 또는 액상물은 필요에 따라, 예를 들어 사용한 첨가 용매를 다시 첨가하여 적절히 교반한 후, 데칸테이션을 행하거나 정제를 더 행할 수도 있다. 또한, 상기 데칸테이션 조작은 반복해서 행할 수도 있다.
또한, 데칸테이션에 의해 액상물이 얻어지는 경우에는 액상물에 포함되는 용매를 제거함으로써, 고형물로서 히드록시알킬화 폴리로탁산을 얻을 수 있다.
또한, 데칸테이션으로 얻어진 고형물의 히드록시알킬화 폴리로탁산은, 예를 들어 후술하는 여과 작업을 더 행하여 부착된 용매를 제거하거나, 또는 통상의 고분자 정제 조작에서 행해지는 재침전 작업을 행하여, 정제를 더 행할 수도 있다.
(여과)
본 발명의 제조 방법에 적용할 수 있는 여과는 히드록시알킬화 폴리로탁산을 함유하는 반응 혼합물로부터 히드록시알킬화 폴리로탁산이 고형물로서 여과 분별되도록 하는 방법이면 특별히 한정되지 않는다. 여과는 예를 들어 여과지, 여과포, 유리 필터 또는 멤브레인 필터 등의 필터를 이용하여 행할 수 있다. 또한, 필터의 종류는 사용한 유기 염기, 용매의 종류 등에 따라 적절히 정할 수 있다. 또한, 필터는 1종만을 사용할 수도 복수 종류를 조합하여 사용할 수도 있다. 히드록시알킬화 폴리로탁산을 함유하는 반응 혼합물의 여과는 상압 하, 감압 하 또는 가압 하 중 어느 하나의 조건 하에서 행해도 되고, 또한 상온 하, 냉각 하 또는 가열 하 중 어느 하나의 조건 하에서 여과를 행해도 된다. 또한, 여과 장치는 특별히 한정되지 않으며, 조건이나 조작 내용에 따라 적절히 정할 수 있다.
상기로부터, 여과로 얻어진 본 발명의 히드록시알킬화 폴리로탁산은, 예를 들어 사용한 용매(물, 유기 염기 및/또는 재침전 용매)에 의한 린스 등의 통상의 고분자 정제 조작에서 행해지는 조작을 행하여, 정제를 더 행할 수도 있다.
<히드록시알킬화 폴리로탁산>
(분자량)
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 히드록시알킬화 폴리로탁산의 수 평균 분자량은 30,000 내지 500,000일 수 있다. 그러나, 히드록시알킬화 폴리로탁산의 사용 용도를 고려한 경우, 그의 수 평균 분자량은 바람직하게는 60,000 내지 400,000, 보다 바람직하게는 80,000 내지 300,000, 특히 바람직하게는 100,000 내지 200,000, 가장 바람직하게는 130,000 내지 160,000이 되도록 제조한다. 또한, 히드록시알킬화 폴리로탁산의 수 평균 분자량은 예를 들어 겔 침투 크로마토그래피(GPC: Gel Permeation Chromatography, 표준 물질: 폴리스티렌, 풀루란 또는 폴리에틸렌옥시드)에 의해 측정되는 값이다.
(포접률)
본 발명의 제조 방법에서는 제조 원료로서 사용한 폴리로탁산 중의 시클로덱스트린의 포접률에 영향을 미치는 것이 억제되고 있기 때문에, 본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 히드록시알킬화 폴리로탁산은 제조 원료인 폴리로탁산과 실질적으로 동일한 포접률을 유지할 수 있다.
(히드록시알킬화 수식률)
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 히드록시알킬화 폴리로탁산에 대하여 환상 분자의 히드록시기에 대한 히드록시알킬화에 의한 수식률(히드록시알킬화 수식률)은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 원하는 용매에 대한 분산성 등의 히드록시알킬화 폴리로탁산의 사용 목적에 따라, 상술한 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 종류와 그의 사용량, 반응 용매의 양, 유기 염기의 양, 반응 온도 및/또는 반응 시간을 적절히 조절하여 제어된다. 또한, 본 명세서에 있어서 히드록시알킬화 폴리로탁산의 히드록시알킬화 수식률이란, 제조 원료인 폴리로탁산 환상 분자의 히드록시기의 총 개수에서 차지하는 히드록시알킬화된 환상 분자의 히드록시기의 개수의 비율이다. 본 발명의 제조 방법에 의하면 히드록시알킬화 폴리로탁산의 수식률(%)을 0.01 내지 100%로 할 수 있다. 이 범위이면 히드록시알킬화 폴리로탁산을 이용하여 도막을 형성하였을 때에 불용물(이물 부착 등에서 유래하는 돌출물)이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 본 발명의 제조 방법에 의하면, 수식률(%)이 바람직하게는 20 내지 100%, 보다 바람직하게는 40 내지 100%, 특히 바람직하게는 60 내지 100%인 히드록시알킬화 폴리로탁산을 취득할 수 있다.
또한, 상기 히드록시알킬화 폴리로탁산의 수식률(%)은 구체적으로 다음과 같이 계산할 수 있다. 예를 들어 이론 히드록시기량이 13.6mmol/g인 폴리로탁산이었다고 한다. 여기에서 α-CD의 일부에 수식기로서 예를 들어 히드록시프로필기(-CH2CH(CH3)OH)를 부여하는 경우, 상기 포접률의 산출의 경우와 마찬가지로 1H-NMR(500MHz; DMSO-d6) 스펙트럼 분석에서의 차트에 있어서, 화학적 이동값이 4 내지 6ppm인 양성자(A: α-CD의 히드록시기의 양성자 및 아노머(anomer) 위치의 탄소에 결합하는 양성자의 합계)의 실측된 적분값과, 화학적 이동이 0.5 내지 1ppm 부근인 히드록시프로필기의 메틸기의 양성자(B)의 실측된 적분값을 기준으로, 히드록시프로필기의 수식률이 산출된다. 또한, 수식률의 산출에 있어서 수식률이 100%일 때의 (A)의 이론값은 24 양성자, (B)의 이론값은 54 양성자인 것을 사용한다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 히드록시알킬화 폴리로탁산을 이용함으로써, 예를 들어 이것과 디이소시아네이트 화합물을 반응시키고, 또한 히드록시알킬화 폴리로탁산 중의 히드록시기를 가교시킨, 소위 가교 폴리로탁산을 제조할 수 있다. 이 가교 폴리로탁산은 유연성이나 내구성이 우수한 토폴로지컬 겔 재료로서 유용하다.
또한, 본 발명에 따르면 물 및 유기 염기의 존재 하에서 히드록시알킬화 반응을 행함으로써 불용물의 생성이 억제되고, 따라서 원하는 히드록시알킬화 수식률을 갖는 폴리로탁산을 양호한 순도로 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 히드록시알킬화 폴리로탁산은 각종 용도에 문제 없이 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어 히드록시알킬화 폴리로탁산을 제조 원료로 한 가교 폴리로탁산을 이용하여 도막을 형성한 경우, 지금까지 문제였던 불용물 유래의 돌출물이나 이물 부착 등에서 유래하는 돌출물(돌기)이 억제된다. 따라서, 불량품 발생률의 저하가 기대되는 점에서 히드록시알킬화 폴리로탁산은 경제적으로도 공업적으로도 사용하기 쉬운 재료이다.
<실시예>
이어서, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명하는데, 본 발명은 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 제조 원료인 폴리로탁산은 예를 들어 특허문헌 1, 특허문헌 4 등에 기재된 방법과 마찬가지의 방법으로 제조된 이하의 특징을 갖는 화합물이다.
<제조 원료: 폴리로탁산>
직쇄상 분자: 폴리에틸렌글리콜(수 평균 분자량(GPC*1: Mn): 35,000)
환상 분자: α-시클로덱스트린
블록기: 아다만틸기(양쪽 분자 말단은 아미드 결합임)
포접률: 0.25
이론 히드록시기량: 13.6mmol/g
폴리로탁산의 수 평균 분자량(GPC*1: Mn): 130,000*1
*1: GPC 분석에 있어서의 피크 톱의 수 평균 분자량 값을 사용하였다.
(실시예 1: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 유기 염기; 트리에틸아민, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
질소 분위기 하에서 교반 장치, 가열 장치, 적하 장치 및 온도계를 구비한 내용적 200ml의 유리제 플라스크에, 폴리로탁산 20.0g(폴리로탁산 중의 히드록시기량: 0.272몰), 트리에틸아민 5.7g(0.056몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.21몰 사용) 및 물 100.0g을 첨가하고, 교반하면서 액온을 40℃로 하였다. 계속해서, 이 혼합물에 프로필렌옥시드 43.4g(0.75몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 2.75몰 사용)을 40분에 걸쳐 적하하였다. 적하 후, 6시간 더 교반한 결과, 반응 혼합물 중의 프로필렌옥시드의 잔존율이 10%를 하회하였기 때문에 반응을 종료하였다. 이때, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 맑고, 불용물의 생성은 관찰되지 않았다.
반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물에, 액온 40℃ 하에서 교반하면서 물 30.0g, 아세톤 710.0g을 차례로 첨가하고, 잠시동안 교반을 행하였다. 그 후, 교반을 멈추고 그 용액을 정치한 결과 2층으로 분리되었기 때문에, 상청액으로서 상층을 제거하였다. 이어서, 얻어진 하층에 물 140.0g, 아세톤 710.0g을 첨가하고, 상청액을 제거하는 조작을 2번 행하였다. 마지막으로 얻어진 하층을 증발기를 이용하여 농축 건조시켜, 백색 고형물로서 목적물인 히드록시프로필화 폴리로탁산을 20.7g 취득하였다.
또한, 얻어진 히드록시프로필화 폴리로탁산 중의 트리에틸아민 잔존율은 0.47%였다.
(실시예 2: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 유기 염기; 트리에틸아민, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
프로필렌옥시드의 사용량을 40.0g(0.69몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 2.53몰 사용)으로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 맑고, 불용물의 생성은 관찰되지 않았다.
(실시예 3: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 유기 염기; 트리에틸아민, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
프로필렌옥시드의 사용량을 32.2g(0.55몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 2.04몰 사용)으로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 맑고, 불용물의 생성은 관찰되지 않았다.
(실시예 4: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 유기 염기; 트리에틸아민, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
트리에틸아민의 사용량을 6.4g(0.063몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.23몰 사용)으로 하고, 프로필렌옥시드의 사용량을 37.0g(0.64몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 2.34몰 사용)으로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 맑고, 불용물의 생성은 관찰되지 않았다.
(실시예 5: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 유기 염기; 트리에틸아민, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
트리에틸아민의 사용량을 7.0g(0.068몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.25몰 사용)으로 하고, 프로필렌옥시드의 사용량을 37.0g(0.63몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 2.34몰 사용)으로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 맑고, 불용물의 생성은 관찰되지 않았다.
(실시예 6: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 유기 염기; 트리에틸아민, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
트리에틸아민의 사용량을 8.4g(0.083몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.31몰 사용)으로 하고, 프로필렌옥시드의 사용량을 40.0g(0.69몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 2.53몰 사용)으로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 맑고, 불용물의 생성은 관찰되지 않았다.
(실시예 7: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 반응 온도: 30℃, 반응 시간: 24시간)
반응 온도를 40℃에서 30℃로 하고, 반응 시간을 24시간으로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 맑고, 불용물의 생성은 관찰되지 않았다.
(실시예 8: 히드록시부틸화 폴리로탁산의 제조: 유기 염기; 트리에틸아민, 환상 에테르; 부틸렌옥시드)
트리에틸아민의 사용량을 8.4g(0.083몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.31몰 사용)으로 하고, 프로필렌옥시드 대신에 부틸렌옥시드 40.0g(0.55몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 2.04몰 사용)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 맑고, 불용물의 생성은 관찰되지 않았다.
(실시예 9: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 유기 염기; 피리딘, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
유기 염기를 트리에틸아민으로부터 피리딘 4.4g(0.056몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.20몰 사용)으로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 맑고, 불용물의 생성은 관찰되지 않았다.
(비교예 1: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 수산화나트륨 사용, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
질소 분위기 하에서 교반 장치, 가열 장치 및 온도계를 구비한 내용적 200ml의 유리제 플라스크에, 폴리로탁산 20.0g(폴리로탁산 중의 히드록시기량: 0.272몰) 및 수산화나트륨 6.2g(0.155몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.56몰 사용), 물 100.0g을 첨가하고, 교반하면서 40℃로 승온하였다. 계속해서, 이 혼합물에 프로필렌옥시드 40.0g(0.69몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 2.53몰 사용)을 40분에 걸쳐 적하하였다. 적하 후, 6시간 더 교반한 결과, 반응 혼합물 중의 프로필렌옥시드의 잔존율이 10%를 하회하였기 때문에 반응을 종료하였다. 이때, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 백색의 불용물의 생성이 관찰되었다.
반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물에 20% 염산 26.7g을 첨가하여 중화를 행하고, 이어서 아세톤 710.0g을 첨가하여 잠시 동안 교반을 행하였다. 그 후, 교반을 멈추고 그 용액을 정치시킨 결과 2층으로 분리되었기 때문에, 상청액으로서 상층을 제거하였다. 이어서, 얻어진 하층에 물 140.0g, 아세톤 710.0g을 첨가하고, 상청액을 제거하는 조작을 2번 행하였다. 마지막으로 얻어진 하층을 증발기를 이용하여 농축 건조시키고, 백색 고형물로서 목적물인 히드록시프로필화 폴리로탁산을 20.7g 취득하였다.
또한, 얻어진 히드록시프로필화 폴리로탁산 중의 염화나트륨 잔존율은 0.04%였다.
(비교예 2: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 수산화나트륨 사용, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
수산화나트륨 사용량을 3.3g(0.083몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.30몰 사용)으로 하고, 프로필렌옥시드의 사용량을 29.0g(0.50몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 1.84몰 사용)으로 한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 백색의 불용물의 생성이 관찰되었다.
(비교예 3: 히드록시프로필화 폴리로탁산의 제조: 수산화나트륨 사용, 환상 에테르; 프로필렌옥시드)
수산화나트륨 사용량을 3.3g(0.083몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.30몰 사용)으로 하고, 프로필렌옥시드의 사용량을 25.8g(0.44몰, 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 1.63몰 사용)으로 한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지의 방법으로 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물을 확인한 결과, 백색의 불용물의 생성이 관찰되었다.
이어서, 상기 실시예 및 비교예의 결과를 정리하면 하기의 표 1과 같이 되었다.
Figure 112014101451056-pct00005
*1: 사용한 폴리로탁산의 히드록시기 1몰에 대한 유기 염기의 사용량(몰)
*2: 사용한 폴리로탁산의 히드록시기 1몰에 대한 알킬렌옥시드의 사용량(몰)
*3: 히드록시알킬화 폴리로탁산의 히드록시알킬화 수식률(%)
본 발명에 따르면, 공업적으로 적합한 히드록시알킬화 폴리로탁산의 제조 방법이 제공된다. 보다 구체적으로는 간편한 조작으로 반응 중의 불용물의 생성을 억제하고, 양호한 순도로 원하는 히드록시알킬화 수식률을 갖는 폴리로탁산을 얻을 수 있다. 본 발명의 제조 방법은 유기 염기를 사용한 방법으로서, 수산화나트륨 등을 사용한 경우와 같이 목적물의 분해, 장치의 부식 및 안전성의 면 등에서 문제가 발생하는 것을 피할 수 있고, 또한 산 등을 이용한 중화 처리나 중화 후의 염의 투석 처리도 불필요하게 할 수 있다.
본 발명의 제조 방법은 여과 및/또는 데칸테이션과 조합함으로써, 사용한 유기 염기뿐만 아니라 그 외의 불순물(환상 에테르끼리의 반응물 등) 외에 목적으로 하는 히드록시알킬화 수식률의 범위 밖의 히드록시알킬화 폴리로탁산도 제거할 수 있어, 일정한 히드록시알킬화 수식률을 갖는 히드록시알킬화 폴리로탁산을 양호한 수율로 또한 양호한 순도로 취득할 수 있고, 각종 용도에 문제 없이 적절하게 사용할 수 있다. 히드록시알킬화 폴리로탁산은 가교시켜 가교 폴리로탁산으로 할 수 있고, 이 가교 폴리로탁산은 토폴로지컬 겔로서의 특유한 성질인 우수한 유연성, 내구성 등을 나타내기 때문에, 예를 들어 포장 재료, 쿠션재, 자동차나 다양한 장치의 완충재, 장치의 마찰 부분의 코팅재, 접착제, 점착제, 시일 재료, 소프트 콘택트 렌즈용 재료, 타이어용 재료, 전기 영동용 겔, 생체 적합성 재료, 습포 재료, 도포 재료 또는 창상 피복재 등의 체외에 이용하는 의료용 재료, 약물 수송 시스템, 사진용 감광 재료, 다양한 도료 및 상기 코팅 재료를 포함하는 코팅 재료의 구성 성분 등, 분리 기능막, 수팽윤 고무, 지수 테이프, 흡습 겔화제, 건축물용 내화 피복재, 방열 재료, 폐니(廢泥) 겔화제, 크로마토그래피 담체용 재료, 바이오리액터 담체용 재료, 연료 전지 또는 전해질 등의 다양한 전지 재료 등으로서 유용하다.
일본 특허 출원 제2012-082226호의 개시는 그 전체를 본 명세서에 원용한다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 도입되는 것이, 구체적이며 개개로 기재된 경우와 동일한 정도로 본 명세서에 참조에 의해 도입된다.

Claims (8)

  1. 히드록시기를 갖는 환상 분자, 환상 분자에 꼬치 형상으로 포접되는 직쇄상 분자, 및 직쇄상 분자로부터 환상 분자가 탈리되지 않도록 직쇄상 분자의 양쪽 분자 말단에 배치되는 블록기를 갖는 폴리로탁산과, 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르를 물 및 유기 염기의 존재 하에서 반응시키는 것을 포함하고,
    상기 환상 에테르가 옥시란, 메틸옥시란, 에틸옥시란, 프로필옥시란, 부틸옥시란, 페닐옥시란 및 글리시돌로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이고,
    상기 유기 염기가 탄소 원자수 3 내지 24의 트리알킬아민류 및 탄소 원자수 5 내지 24의 피리딘류로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인, 히드록시알킬화 폴리로탁산의 제조 방법.
    Figure 112019025039092-pct00006

    (화학식 중, R1 내지 R4는 각각 서로 독립적으로 수소 원자이거나, 또는 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 또는 히드록시기로 치환되어 있거나 비치환된, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기 또는 아르알킬기이고,
    R1과 R2 또는 R3과 R4는 그들이 결합하고 있는 탄소 원자와 하나가 되어, 3 내지 12원의 탄소환을 형성하고 있을 수도 있고,
    R1 또는 R2와 R3 또는 R4는 그들이 결합하고 있는 탄소 원자와 하나가 되어, 3 내지 12원의 탄소환을 형성하고 있을 수도 있고,
    L은 단결합이거나, 또는 불소 원자, 니트로기, 시아노기, 알콕시기 또는 히드록시기로 치환되어 있거나 비치환된, 탄소 원자수 1 내지 12의 알킬렌기이되,
    단, 화학식 (1)의 탄소 원자수는 50을 초과하지 않는 것으로 함)
  2. 제1항에 있어서, 유기 염기의 사용량이 제조 원료인 폴리로탁산 중의 히드록시기 1몰에 대하여 0.10몰 이상 1몰 미만인 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 히드록시기를 갖는 환상 분자가 α-시클로덱스트린인 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리로탁산과 화학식 (1)로 표시되는 환상 에테르의 반응 후에, 데칸테이션에 의해 유기 염기의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함하는 제조 방법.
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