KR20190112100A - 마그네슘 촉매를 사용하는 개환 중합에 의해 제조된 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체 - Google Patents

마그네슘 촉매를 사용하는 개환 중합에 의해 제조된 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체 Download PDF

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KR20190112100A
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매튜 베커
제임스 에이. 윌슨
위셩 첸
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더 유니버시티 오브 아크론
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Abstract

하나 이상의 구현예에서, 본 발명은 가능하게는 다수의 손쉬운 "클릭" 반응 중 하나를 통해 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종에 중합후 개질을 위한 작용기가 첨가되도록 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체 및 이로부터 제조된 중합체 구조체 (및 관련 방법)에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 말단기 작용화는 중합 과정에서 사용된 작용화된 개시 알코올을 통해 달성된다. 일부 구현예에서, 이들 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체의 작용화는 산화프로필렌 단량체 전구체의 작용화를 통해 달성되고, 이는 이후 수득된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체 상에 작용화된 측쇄를 형성한다.

Description

마그네슘 촉매를 사용하는 개환 중합에 의해 제조된 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 2월 2일에 출원된 "락톤 및 폴리(프로필렌 푸마레이트)의 블록 공중합체"의 명칭의 미국가특허 출원 일련 번호 62/543,786, 2017년 2월 2일에 출원된 "작용성 개시제와 함께 Mg 촉매를 사용하는 산화프로필렌 및 말레산 무수물의 공중합"의 명칭의 미국가특허 출원 일련 번호 62/453,724, 2017년 5월 3일에 출원된 "향상된 생물활성을 위한 3D 프린팅후 작용화 중합체 스캐폴드"의 명칭의 미국가특허 출원 일련 번호 62/500,777, 2017년 5월 22일에 출원된 "작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체 및 그것의 제조 방법"의 명칭의 미국가특허 출원 일련 번호 62/509,340, 2017년 8월 7일에 출원된 "잘 정의된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 및 폴리(에틸렌 글리콜) 블록 공중합체의 합성 및 특성규명"의 명칭의 미국가특허 출원 일련 번호 62/541,889, 2017년 9월 22일에 출원된 "헥산 중의 폴리(프로필렌 푸마레이트)의 Mg 촉매화 제조"의 명칭의 미국가특허 출원 일련 번호 62/561,722, 및 2018년 2월 2일에 본 출원인에 의해 본원과 함께 출원된 "락톤 및 폴리(프로필렌 푸마레이트)의 블록 공중합체"의 명칭의 미국특허출원의 이익을 주장하며, 이들 모두는 그 전문이 본원에 참조로 편입되어 있다.
공동 연구 합의에 대한 단체의 명칭
본 출원은 오하이오주 애크런 소재의 애크런 대학과 오하이오주 애크런 소재의 21st Century Medical Technologies, Inc. 간의 공동 연구 합의의 대상이다.
발명의 분야
본 발명의 하나 이상의 구현예는 신규한 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체 및 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체의 제조 방법에 관한 것이다. 특정 구현예에서, 본 발명은 명확한 생분해성 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체 및 이를 제조하고 이를 작용화하기 위한 확장가능한 방법에 관한 것이다. 특정 구현예에서, 본 발명은 다양한 재생 의약 응용분야에서 사용하기 위한 잘-정의된 생분해성 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체에 관한 것이다.
이해되는 바와 같이, 조직 엔지니어링은 조직 기능을 복구하거나, 유지하거나 또는 개선하고, 다양한 치료 표적 예컨대 혈관, 신경 및 뼈 치료에 적용가능한 생물학적 대체물의 개발에 대해 엔지니어링 및 라이프 사이언스의 원리가 적용되는 학제간의 분야이다. 조직 엔지니어링에 대한 2개의 일반적으로 사용되는 방법이 존재한다. 하나의 방법은 스캐폴드로 명명되는 지지 구조 디바이스로 세포를 이식하는 것이다. 다른 방법은 세포가 환자의 신체로 이를 이식하기 이전에 천연 조직으로 스캐폴드를 리모델링되게 하는 것이다. 이러한 조직 엔지니어링 원리에 기초하여, 스캐폴드는 조직 엔지니어링 응용분야에서 중요한 역할을 한다. 따라서, 스캐폴드를 구성하는 물질은 또한 조직 엔지니어링에 대해 중요하다. 골 조직 엔지니어링에 대한 모든 또는 거의 모든 요건을 충족시키고, 스캐폴드가 되도록 처리될 수 있는 물질이 필요하다. 조직 엔지니어링에 대한 일반적인 물질은 그것이 스캐폴드를 형성하는 경우에 상기 표적 조적의 벌크 기계적 및 구조 요건에 적합하여야 하고, 조직 치유를 촉진하는 세포와의 분자 상호작용을 갖게 하여야 한다. 나아가, 저독성 및 신속 생물분해능은 물질이 가져야 하는 기본 특징이다.
스캐폴드, 예컨대 금속, 세라믹, 천연 및 합성 중합체로서 이전에 사용된 물질은 이러한 요건을 충족시키는데 모두 실패하였다. 그러나, 이러한 물질 중에서, 합성 중합체는 그것의 기계적 및 물리적 특성을 조정하기 위한 능력으로 인하여 적합한 스캐폴드 물질에 대한 가능한 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르의 일 유형인 폴리(프로필렌 푸마레이트) (PPF)는 골 조직 엔지니어링을 위해 합성되고, 연구되었다.
또한, 적층 가공 (예컨대 3D 프린팅)에서의 발달은 다양한 이유로 조직 엔지니어링을 크게 변화시키는 잠재력을 가지고, 이러한 기술이 환자 특이적 요건을 충족시키도록 스캐폴드를 빠르게 설계하고 프린팅되는 것이 가능하게 하는 잠재력을 가지는 것이 중요하다. 그러나, 이러한 발달은 특정 응용분야의 화학적, 기계적 및 생물학적 요건을 충족시키는 프린트가능 물질의 이용가능성에 크게 좌우될 것이다. 3D 프린팅으로서 보다 구어체적으로 알려진 다양한 형태의 적층 가공은 문헌에 입증되어 있다. 융합 증착 모델링 (FDM)은 압출 성형 고체 필라멘트, 예컨대 폴리(우레탄) (PU), 폴리(L-락트산) (PLLA) 또는 폴리(에스테르 우레아) (PEU)의 다층 방법이다. 또한, 중합체 수지는 연속적 디지털 광원 처리 (cDLP)를 사용하여 프린팅될 수 있고, 여기서 특정 영역에서의 광-가교결합은 고해상도 스테레오리소그래피를 통해 달성된다. 잉크젯 방법은 또한 3D 프린팅에서 실증되었고, 분말 또는 수지와 함께 사용될 수 있다.
생물학적 시스템과 양립가능한 3D 스캐폴드를 생성하기 위해 중합체는 무독성이고, 거부 없이 이식가능하고, 분해시 완전하게 재흡수되어야 한다. 최초 2개의 기준은 다수의 중합체 시스템에서 달성되는 한편, 또한 생체흡수성인 상대적으로 소수의 예; 폴리락타이드, 폴리(ε-카프로락톤) (PCL) 및 폴리(프로필렌 푸마레이트) (PPF)가 존재한다. 각각의 이러한 예는 폴리에스테르이고, 이에 따라 효소적으로 또는 생체내 가수분해를 통해 분해될 수 있다. 그러나, PLLA의 급속 분해의 결과로서 주위 조직의 산증 및 염증은 자주 관측된다. 반대로, 인간 신체에서의 PCL의 느린 열화는 특히 혈관 조직을 개질하는 것과 관련된 조직 치유에서의 이의 용도를 제한한다.
PLLA 및 PCL 둘 모두는 시험관내 분해가 진행될 수 있는 3D 스캐폴드를 제조하기 위해 FDM을 통해 압출될 수 있다. 물질이 중간 정도의 기계적 및 인장 특성을 나타내는 한편, 물질에서의 다수의 결함은 적층된 층들 사이의 계면에서 관찰된다. 또한, FDM에서의 압출 노즐의 달성가능한 폭의 결과로서, 3D 프린팅된 스캐폴드의 해상도는 제한된다.
그러나, 스트레오리소그래픽 방법, 예컨대 cDLP는 이들이 사용되는 물질보다 프린터의 광원에 의해 제한되기 때문에 FDM 기술과 비교되는 매우 더 높은 해상도를 나타낸다. 이는 3D 스캐폴드가 생리적 조건과 일치되도록 조정될 수 있는 제어된 다공성을 갖도록 프린팅될 수 있게 한다.
PPF는 자연적으로 배출되는 푸마르산 및 프로필렌 글리콜을 형성하기 위해 생체내 분해되는 불포화된 폴리에스테르이다. PPF는 다양한 의료 응용, 예컨대 혈관 스텐트, 신경 이식, 연골, 약물 방출 비히클, 혈관 엔지니어링, 및 골 조직 엔지니어링에 대해 사용되어 왔다. 중합체 골격에서의 불포화된 알켄의 결과로서, 분자간 가교결합은 물질의 기계적 특성을 강화시키기 위해 달성될 수 있다. 용매 및 가교결합제 모두로 작용되는 반응 희석제 디에틸 푸마레이트 (DEF)로 중합체를 용해시킴으로써 프린팅가능 PPF 수지의 개발은 광범위하게 연구되었고, 뼈와 비슷한 압출 모듈러스를 갖는 3D 스캐폴드를 제조할 수 있는 것으로 나타났다.
PPF 생산의 현재 방법은 DEF 및 프로필렌 글리콜의 단계-성장 중축합 (반응식 1)을 통한 것이다. 그러나, 이것은 3D 프린팅 목적을 위한 PPF에 대한 산업적으로 이용가능한 생산 방법이 아니다. 유일하게 저분자량 PPF (<3000 Da)는 더 낮은 분자량에서 관측된 유체 올리고머에 대해 반대로 낮은 용해도를 갖는 고형 고분자를 야기하는 사슬 길이와 함께 증가된 결정도의 결과로서 cDLP 시스템에서 실증되었다. 따라서, 단계-성장 중축합을 통해 3D 프린팅하기 위한 PPF의 규모확대 및 상업화는 어려운 것으로 입증되었다. 단계 성장 방법은 높은 말단기 정확도 및 좁은 분자량 분포를 유지하는 데 도움이 되지 않는다. 분자량 분포에 대한 조절의 결여는 물질의 분해 특성에 직접적으로 영향을 미친다. 또한, 단계-성장 중축합 조건의 부산물로서 잔류 에탄올 및 미반응된 단량체는 PPF의 산업적 규모확대를 위한 정제 문제를 야기하였다.
반응식 1
폴리(프로필렌 푸마레이트)를 제조하기 위한 중합 방법
Figure pct00001
말레산 무수물 (MAn) 및 산화프로필렌 (PO)의 개환 (공)중합 (ROCOP)은 PPF 시스-알켄 이성질체 폴리(프로필렌 말레에이트) (PPM)을 제조하는 것으로 이전에 보고된 바 있고, 이는 저온 (~60℃)에서 약염기를 사용하여 PPF로 전환될 수 있다. 유리하게는, ROCOP는 알코올 개시제에 대한 단량체(들)의 비의 변동을 통한 분자량 분포 및 말단기 정확도에 대해 고도의 조절을 가능하게 한다. 접촉 세포독성 검정 및 세포 배양 결과를 포함하는 ROP를 통한 PPF 합성의 최근 연구는 ROP에 의해 제조된 PPF 중합체가 무독성이고, 세포는 그것의 박막 상에 부착되고 증식되었음을 나타내었다. 문헌에서의 예에는 이미 ROCOP를 사용하여 제조된 PPM이 존재하는 한편, 이러한 시스템은 개시 말단기로서 사용되는 알코올과 관련하여 제한된 선택사항을 갖는 금속 알콕시드 촉매/사슬 이동제를 사용하는 것에 기초하였다.
이전에, 마그네슘 에톡사이드 (Mg(OEt)2)는 PPM의 ROCOP 형성을 위한 촉매적 거동을 나타내는 것으로 보였다. 그것의 반응성의 결과로서 촉매작용에서 전형적으로 사용되지 않지만, 마그네슘은 말단 산화 생성물, 산화마그네슘이 식품 첨가물로서 사용되는 생체적합물질 합성에 대해 매력적이다. 그러나, Mg(OEt)2의 경우에서, 말단기 정확도는 또한 사슬 이동 종으로서 작용하는 약하게 배위된 에톡사이드 리간드의 결과로서 달성가능하지 않다. 생성된 중합체는 에톡시- 또는 하이드록시-말단 종이다. 마그네슘 2,6-디-tert-부틸-4-메틸펜옥사이드 (Mg(BHT)2-(THF)2)은 락톤에 대한 '영원한(immortal)' ROP 촉매로서 이전에 입증된 촉매이고, 이는 낮은 촉매적 장입량으로 높은 말단기 정확도 폴리에스테르를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 유리하게는, 촉매는 '공기' 조건에서 상대적인 안정성을 나타내고, 물의 존재 하에 개시/에스테르교환 부반응을 촉진하지 않는다. 중요하게는, 2,6-디-tert-부틸-4-메틸펜옥사이드 (BHT)는 식품 및 패키징에서의 산화방지제 및 안정화제로서의 그것의 사용의 결과로서 리간드 시스템으로서 초기에 선택되었다. 이러한 제한된 생체적합성이 우려된다.
작용기 화학양론 및 분해 특성 모두를 조절하기 위한 능력은 PPF의 유용성에 대한 중요하다. PPF가 완전한 생체흡수성 물질이 되도록 MAn 및 PO의 혼입은 손쉬운 가수분해가 진행될 수 있고, 쉽게 분해되지 않는 연속적인 PO 반복 단위들 사이에 폴리에테르 연결기를 혼입할 수 있는 부반응을 회피할 수 있는 폴리에스테르를 생산하도록 완벽하게 교대되어야 한다. 제어된 분해는 조직이 성장됨에 따라 스캐폴드가 분해될 수 있는 다수의 응용분야에서 중요하고, 이는 스캐폴드의 기계성 기여(mechanical contribution)를 최대화하고, 골 조직로의 효과적인 대체를 보장한다. 더 낮은 분자량 분포 (Ð M)를 갖는 중합체는 높은 Ð M 중합체보다 더 균일하게 분해되고, 이는 스캐폴드 분해에 대해 더 나은 제어를 가능하게 한다.
신체에 의한 이식 거부를 최소화하고 회복 과정을 촉진하기 위해, 바이오콘주게이트를 갖는 이식물의 표면의 중합후 개질을 광범위하게 조사하였다. 스캐폴드 표면에 대한 소분자 및 폴리펩타이드의 첨가는 세포 부착과 스캐폴드의 표면 상에의 분산을 지원하는 것을 나타내었다. 게다가, 폴리펩타이드의 선별적 선택으로 이 세포의 분화는 특정된 조직 성장 (예를 들어 골 조직)을 생성하기 위해 표적화될 수 있다. 그러나, 조직 성장 회복을 위한 스캐폴드는 세포 부착, 증식, 및 분화에 영향을 주어 원하는 조직만이 형성되는 것을 보장하여야 하고, 이는 아직 작용화된 PPF를 사용하여 실증되지 않았다. 가혹한 광화학적 가교결합 조건은 대부분 작용기를 파괴하고, 이전에 기재된 방법을 사용하여 생체활성 종을 혼입하는 능력을 제한하였다.
그러나, 현재 PPF 중합체에 대한 문제 중 하나는 비-작용화된 PPF는 세포와 상호작용하지 않고, 이는 성공적인 생체적합물질에 대한 중요한 요건이다. 그러므로, PPF 특성은 또한 그것의 합성 방법이 개선되었고, 이는 이미 그것의 완전하게 생체흡수성 특징 및 관측가능한 독성의 결여의 결과로서 골 조직 엔지니어링의 기본 요건의 일부를 충족시키지만 더 개선될 것이 필요하다. 이해될 수 있는 바와 같이, 합성 중합체 생물활성 특성을 개선하기 위한 일반 경로는 원하는 특성을 얻거나 또는 얻을 수 있는 것을 갖도록 중합체를 작용화하는 것이다. 최종 목표는 PPF 생체활성을 개선하기 위한 것이기 때문에, PPF에 표면 개질이 진행되고 프린팅 이후에 도움이 되는 생물활성 분자를 부착하는 능력을 부여하는 "클릭" 유형 또는 다른 반응이 진행될 수 있는 하나 이상의 작용기를 부가하는 능력이 요구된다.
따라서, 당업계에서 필요한 것은 조절가능한 기계적 특성을 갖고, 3-D 프린팅 이후에 표면 개질을 진행하고, 도움이 되는 생물활성 분자를 부착하는 능력을 이에 부여하는 "클릭" 유형 또는 다른 반응이 진행될 수 있는 PPF에 대해 하나 이상의 작용기로 작용화된 잘 정의된 무독성의 생분해성 PPF 중합체뿐만 아니라 이러한 중합체의 제조 및 사용을 위한 방법이다.
발명의 요약
하나 이상의 구현예에서, 본 발명은 3-D 프린팅 이후에 표면 개질을 진행하고, 도움이 되는 생물활성 분자를 부착하는 능력을 이에 부여하는 "클릭" 유형 또는 다른 반응이 진행될 수 있는 이러한 PPF에 대해 하나 이상의 작용기로 작용화된 잘 정의된 무독성의 생분해성 PPF 중합체뿐만 아니라 이러한 중합체의 제조 및 사용을 위한 방법을 제공한다. 일부 구현예에서, 이들 작용화된 PPF 중합체는 2-단계 공정을 사용하여 형성되고, 여기서 말단 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) (PPM) 중합체 중간체는 작용성 말단기를 갖는 개시 알코올 및 마그네슘 촉매를 사용하여 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 개환 중합에 의해 제1 단계에서 형성된다. PPM 중합체 중간체는 이후 제2 단계에서 이성질체화되어 말단 작용화된 PPF 중합체를 형성한다. 일부 다른 구현예에서, 본 발명은 이들 PPF 물질에 일부 작은 생물활성 분자를 부착하기 위한 능력을 제공하는 작용성 부위를 첨가하도록 ROP를 통해 PPF를 합성하기 위해 사용되는 공단량체 중 하나를 작용화시킴으로써 신규한 작용화된 PPF 중합체를 얻는다. 산화프로필렌 공단량체는 본 발명의 이들 구현예를 작용화를 위해 선택되었고, 이는 말레산 무수물로부터의 알켄 결합이 중합체의 광-가교결합 부위로서 작용하고, 이는 말레산 무수물 공단량체를 작용화하기 위한 반응 부위를 찾는 것을 어렵게 만든다.
이들 구현예에서, 산화프로필렌 작용화된 공단량체는 우선 상 이동 화학을 사용하여 얻어지고, 정제 이후 신규한 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 형성하기 위해 마그네슘 촉매를 사용하여 말레산 무수물 및 개시 알코올 (작용화되거나 또는 작용화되지 않을 수 있음)과 중합되고, 이는 이후 이성질체화되어 본 발명의 신규한 작용화된 PPF 중합체를 형성한다. 본 발명의 다양한 구현예에 따른 작용화된 공단량체 및 중합체의 화학 구조는 1H NMR, 13C NMR 및 1H-1H COSY 분광법을 특징으로 한다. 중합체의 높은 말단기 정확도는 MALDI-ToF 질량 분광법에 의해 제공되었다. 본 발명의 다양한 구현예에서, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체는 약 1000-2000 Da의 분자량을 가졌고, 이는 PPF 스캐폴드를 제조하기 위한 3D 프린팅에 적합하다. 또한, 이들 신규한 작용화된 PPF 중합체는 낮은 분산도를 나타내었다. 나아가, 이들 작용화된 PPF 중합체에 부착된 충분한 작용기가 완전한 뼈 및/또는 다른 조직 엔지니어링 디바이스에 대해 변형되는 강력한 능력을 갖는 작용화된 PPF 스캐폴드를 제조하기 위한 종래의 광 가교결합으로의 PPF 구조체로의 3D 프린팅을 견디는 것으로 밝혀졌다.
제1 양태에서, 본 발명은 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체에 관한 것이다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 말레산 무수물 단량체의 이성질체화된 잔기 및 작용화된 산화프로필렌 단량체의 잔기를 포함한다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 작용화된 개시 알코올의 잔기를 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 갖는 본 발명의 제1 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함한다:
Figure pct00002
식 중, n은 1 내지 1000의 정수이고; R은 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 작용기이다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 갖는 본 발명의 제1 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함한다:
Figure pct00003
식 중, n은 1 내지 1000의 정수이다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 본 발명의 제1 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 작용화된 개시 알코올은 프로파르길 알코올, 알릴 알코올, 4-디벤조사이클로옥티놀, 4-하이드록시부탄-2-온, 3-하이드록시프로판-2-온, 5-하이드록시펜탄-2-온, 6-하이드록시헥산-2-온, 7-하이드록시헵탄-2-온, 8-하이드록시옥탄-2-온, 5-노르보넨-2-올, α-브로모이소부티릴 4-메탄올 벤질메타노에이트, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 본 발명의 제1 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 작용화된 산화프로필렌 단량체는 알킨 작용화된 산화프로필렌, 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO), 글리시딜 프로파르길 에테르, (±)-에피클로로히드린, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 본 발명의 제1 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 작용화된 개시 알코올은 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기, 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용기를 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 갖는 본 발명의 제1 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함한다:
Figure pct00004
식 중, n은 1 내지 100의 정수이고; R은 벤질기, 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기 및 폴리(에틸렌 글리콜)기, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 작용기이고; R'는 작용기, 또는 작용기를 갖는 알킬 또는 아릴기이고, 상기 작용기는 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 티올기, 할라이드기, 또는 이들의 조합이다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기로부터 선택된 화학식을 갖는 본 발명의 제1 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함한다:
Figure pct00005
식 중, n은 1 내지 100의 정수이다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 약 0.7 kDa 내지 약 100,000 kDa의 수평균 분자량 (M n )을 갖는 본 발명의 제1 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 약 1.01 내지 약 1.8의 다분산도 지수 (Ð M)를 갖는 본 발명의 제1 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함한다.
제2 양태에서, 본 발명은 작용기, 또는 작용기를 포함하는 알킬 또는 아릴기에 직접적으로 또는 에테르 결합을 통해 연결된 글리시딜기를 포함하는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 형성하기 위한 작용화된 산화프로필렌 단량체에 관한 것이고, 여기서 작용기는 상응하는 작용기와 함께 클릭 반응에 유입될 수 있다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 작용기는 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 작용화된 단량체는 본 발명의 제2 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 작용화된 단량체는 글리시딜 프로파르길 에테르이다. 하나 이상의 구현예에서,본 발명의 작용화된 단량체는 하기 화학식을 갖는 본 발명의 제2 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함한다:
Figure pct00006
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 작용화된 단량체는 본 발명의 제2 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 작용화된 단량체는 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)이다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 작용화된 단량체는 하기 화학식을 갖는 본 발명의 제2 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함한다:
Figure pct00007
제3 양태에서, 본 발명은 하기 화학식을 갖는 본 발명의 제1 양태의 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 형성하기 위한 작용화된 산화프로필렌 단량체에 관한 것이다:
Figure pct00008
식 중, R은 작용기, 또는 작용기를 포함하는 알킬 또는 아릴기이고, 이는 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 티올기, 할라이드기, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌 단량체는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pct00009
제4 양태에서, 본 발명은 하기 화학식을 갖는 본 발명의 제1 양태의 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 형성하기 위한 작용화된 산화프로필렌 단량체에 관한 것이다:
Figure pct00010
제5 양태에서, 본 발명은 하기를 포함하는 본 발명의 제1 양태의 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다: 작용성 말단기를 더 포함하는 개시 알코올을 준비하는 단계; 적절한 용기에서 개시 알코올, 마그네슘 촉매, 말레산 무수물, 및 산화프로필렌을 조합시키고, 적합한 용매를 부가하는 단계; 용기를 밀봉하고, 이후 가열하여 개시 알코올에 의해 개시되는 말레산 무수물과 산화프로필렌 사이의 개환 중합 반응을 야기하고/거나 유지하고, 그것에 의해 작용성 말단기를 포함하는 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 형성하는 단계; 작용성 말단기를 포함하는 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 수집하고 정제하는 단계; 및 작용성 말단기를 포함하는 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체에 대해 작용성 말단기를 포함하는 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 이성질체화하는 단계. 하나 이상의 이들 구현예에서, 상기 조합에서의 마그네슘 촉매에 대한 개시 알코올의 몰비는 약 1:1이다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 방법은 본 발명의 제5 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 단량체 (말레산 무수물 및 작용화된 및/또는 미작용화된 산화프로필렌)의 총 몰수에 대한 개시 알코올의 몰의 비는 약 1:5 내지 약 1:1000이다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 방법은 본 발명의 제5 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 용액에서의 총 단량체 농도 (말레산 무수물 및 작용화된 및/또는 미작용화된 산화프로필렌)는 약 0.5M 내지 약 5.0M이다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 방법은 본 발명의 제5 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 적합한 용매는 톨루엔 또는 헥산이다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 방법은 본 발명의 제5 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 가열 단계는 약 40℃ 내지 약 100℃의 온도로 상기 용기를 가열하는 것을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 방법은 본 발명의 제5 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 적합한 용매는 헥산이고, 가열 단계는 약 45℃의 온도로 상기 용기를 가열하는 것을 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 방법은 본 발명의 제5 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 개시 알코올은 벤질 알코올, 프로파르길 알코올, 알릴 알코올, 4-디벤조사이클로옥티놀, 4-하이드록시부탄-2-온, 3-하이드록시프로판-2-온, 5-하이드록시펜탄-2-온, 6-하이드록시헥산-2-온, 7-하이드록시헵탄-2-온, 8-하이드록시옥탄-2-온, 5-노르보넨-2-올, α-브로모이소부티릴 4-메탄올 벤질메타노에이트, 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 방법은 본 발명의 제5 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 개시 알코올의 작용성 말단기는 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기, 폴리(에틸렌 글리콜) 기 및 이들의 조합을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 방법은 본 발명의 제5 양태의 상기 언급된 구현예 중 임의의 하나 이상을 포함하고, 여기서 마그네슘 촉매는 Mg(BHT)2(THF)2를 포함한다.
제6 양태에서, 본 발명은 하기를 포함하는 본 발명의 제1 양태의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다: 작용화된 산화프로필렌을 제조하는 단계; 마그네슘 촉매의 존재 하에 작용화된 산화프로필렌을 말레산 무수물 및 개시 알코올을 반응시켜 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 형성하는 단계; 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 염기와 반응시킴으로써 이를 이성질체화시켜 본 발명의 제1 양태의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 형성하는 단계. 하나 이상의 이들 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌은 알킨 작용화된 산화프로필렌, 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO), 글리시딜 프로파르길 에테르, (±)-에피클로로히드린 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 이들 구현예들 중 일부에서, 개시 알코올은 벤질 알코올, 프로파르길 알코올, 알릴 알코올, 4-디벤조사이클로옥티놀, 4-하이드록시부탄-2-온, 3-하이드록시프로판-2-온, 5-하이드록시펜탄-2-온, 6-하이드록시헥산-2-온, 7-하이드록시헵탄-2-온, 8-하이드록시옥탄-2-온, 5-노르보넨-2-올, α-브로모이소부티릴 4-메탄올 벤질메타노에이트, 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화된 개시 알코올이다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 금속 촉매는 마그네슘 2,6-디-tert-부틸-4-메틸펜옥사이드 (Mg(BHT)2(THF)2)이다.
제7 양태에서, 본 발명은 하기를 포함하는 본 발명의 제1 양태의 작용화된 단량체를 제조하는 방법에 관한 것이다: 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 염기를 함유하는 수용액에 프로파르길 알코올을 첨가하는 단계; 적합한 유기 용매 중에 (±)-에피클로로히드린 및 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트를 용해시키는 단계; 프로파르길 알코올 용액에 용액 및 H2O를 첨가하는 단계; 및 글리시딜 프로파르길 에테르를 제조하기 위한 불활성 분위기 하에 반응을 진행시키는 단계.
이들 구현예들 중 일부에서, 프로파르길 알코올을 첨가하는 단계는 교반하면서 약 -10℃ 내지 약 30℃의 온도에서 수산화나트륨 (NaOH)의 수용액에 프로파르길 알코올을 적가하는 것을 포함하고, 여기서 수산화나트륨 (NaOH)의 수용액은 약 20 중량% 내지 약 50중량%의 NaOH를 포함하고; 용해 단계에서의 유기 용매는 헥산을 포함하고; 반응을 진행시키는 단계는 반응 온도를 주위 온도로 증가시키며, N2 블랭킷 하에서 약 1 시간 내지 약 24 시간 동안 반응을 지속시키는 것을 포함한다. 일부 다른 구현예에서, 본 방법은 추가로 하기를 포함한다: 반응을 켄칭시키는 단계; 적합한 유기 용매로 조 생성물을 추출하는 단계; 및 칼럼 크로마토그래피 또는 증류로 조 생성물을 정제시켜 정제된 글리시딜 프로파르길 에테르를 생성하는 단계.
제8 양태에서, 본 발명은 하기를 포함하는 작용화된 단량체를 제조하는 방법에 관한 것이다: 적합한 유기 용매에 o-니트로벤질 알코올을 용해시키는 단계; 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트 및 염기를 함유한 수용액을 o-니트로벤질 알코올 용액에 첨가하는 단계로서, 상기 염기는 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단계; (±)-에피클로로히드린을 첨가하는 단계; 및 반응을 진행시켜 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)을 생성하는 단계. 하나 이상의 이들 구현예에서, 본 방법은 추가로 하기 단계를 포함한다: 적합한 유기 용매로 조 생성물을 추출하는 단계; 및 칼럼 크로마토그래피 또는 증류에 의해 조 생성물을 정제하여 정제된 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)을 생성하는 단계.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본 발명의 제1 양태의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 포함하는 3-D 프린팅된 중합체 스캐폴드에 관한 것이다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 3-D 프린팅된 중합체 스캐폴드는 추가로 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체에 결합된 복수의 생체활성 물질을 포함한다.
본 발명의 특징 및 장점의 보다 완전한 이해를 위해, 하기의 수반되는 도면과 함께 본 발명의 상세한 설명을 이하 참조한다:
도 1은 촉매로서 Mg(BHT)2(THF)2를 사용하는 DP 10 벤질 알코올 개시된 폴리(프로필렌 말레에이트) (표 2, 항목 1)의 1H NMR 스펙트럼이다 (300 MHz, 303 　K, DMSO-d 6).
도 2는 촉매로서 Mg(BHT)2(THF)2를 사용하는 DP 25 프로파르길 알코올 개시된 폴리(프로필렌 말레에이트) (표 2, 항목 6)의 1H NMR 스펙트럼이다 (300 MHz, 303 　K, DMSO-d 6).
도 3은 촉매로서 Mg(BHT)2(THF)2를 사용하는 DP 25 4-하이드록시부탄-2-온 개시된 폴리(프로필렌 말레에이트) (표 2, 항목 10)의 1H NMR 스펙트럼이다 (300 MHz, 303 　K, DMSO-d 6).
도 4는 헥산 (표 2, 항목 6)에서 생성된 (상부) 전구체 DP25 프로파르길 알코올-개시된 PPM 및 이성질체화 이후의 (하부) 수득한 프로파르길 알코올-개시된 PPF의 1H NMR 스펙트럼 비교 (500 MHz, CDCl3, 303 　K)이다.
도 5a-b는 [MAn]0 : [PO]0 : [BnOH]0 : [촉매]0 = 25 : 25 : 1 : 1, 총 초기 단량체 농도 = 2 M로 톨루엔 중에서 80℃에서 수행된 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 공중합체 대한 동력학 플롯 (도 5a) 및 폴리(스티렌) 표준에 대한 SEC에 의해 결정되는 동일한 공중합체 대한 증가된 단량체 전환율에 대한 M n (다이아몬드형) 및 Ð M (정사각형)에서의 변화를 나타내는 그래프 (도 5b)이다.
도 6은 일정 범위의 개시된 종을 사용한 다양한 정도의 중합시 PPF에 대한 M n (고체 형상) 및
Figure pct00011
(중공 형상)을 나타내는 그래프이다. 분자량은
Figure pct00012
표준에 대한 SEC에 의해 결정된다.
도 7은 DP 10 벤질 알코올 개시된 PPM (표 2, 항목 1)에 대한 13C NMR 스펙트럼이다 (125 MHz, CDCl3, 303 　K).
도 8은 DP 25 벤질 알코올 개시된 PPM (표 2, 항목 2)에 대한 SEC 크로마토그램이다. 분자량은 폴리(스티렌) 표준에 대해 결정된다.
도 9는 DP 25 프로파르길 알코올 개시된 PPM (표 2, 항목 6)에 대한 13C NMR 스펙트럼이다 (125 MHz, DMSO-d 3, 303 　K).
도 10은 DP 25 프로파르길 알코올 개시된 PPM (표 2, 항목 6)에 대한 SEC 크로마토그램이다. 분자량은 폴리(스티렌) 표준에 대해 결정된다.
도 11은 DP 25 4-하이드록시부탄-2-온 개시된 PPM (표 2, 항목 10)에 대한 13C NMR 스펙트럼이다 (125 MHz, CDCl3, 303 　K).
도 12는 DP 25 4-하이드록시부탄-2-온 개시된 PPM (표 2, 항목 10)에 대한 SEC 크로마토그램이다. 분자량은 폴리(스티렌) 표준에 대해 결정된다.
도 13은 60℃에서 헥산 중에 중합된 DP 25 벤질 알코올 개시된 PPM (표 3, 항목 2)의 1H NMR 스펙트럼이다 (300 MHz, CDCl3, 303 　K).
도 14는 60℃에서 헥산 중에 중합된 DP 25 벤질 알코올 개시된 PPM (표 3, 항목 2)의 13C NMR 스펙트럼이다 (125 MHz, CDCl3, 303 　K).
도 15는 45℃에서 헥산 중에 중합된 DP 25 벤질 알코올 개시된 PPM (표 3, 항목 2)에 대한 SEC 크로마토그램이다. 분자량은 폴리(스티렌) 표준에 대해 결정된다.
도 16은 아자이드-작용화된 GRGDS (N3-GRGDS) 폴리펩타이드 서열에 대한 ESI 스펙트럼이다.
도 17은 라이브/데드® 검정에 의해 결정되는 프로파르길 알코올-작용화된 PPF 및 GRGDS-PPF 바이오콘주게이트 필름에 대한 프로파르길 알코올-작용화된 PPF, 물리적으로 흡착된 N3-GRDGS의 세포 생존비를 나타내는 그래프이다.
도 18은 글리시딜 프로파르길 에테르 (하부), 프로파르길 알코올 (중간) 및 에피클로로히드린 (상부)의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 19는 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 20은 트랜스-폴리(글리시딜 프로파르길 에테르-코-말레산 무수물)의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 21은 트랜스-폴리(글리시딜 프로파르길 에테르-코-말레산 무수물)의 정량적 13C NMR 스펙트럼이다.
도 22는 이성질체화 이전 (하부) 및 이후 (상부)의 폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란-코-말레산 무수물)의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 23은 트랜스-폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란-코-말레산 무수물)의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 24는 트랜스-폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란-코-말레산 무수물)의 13C NMR 스펙트럼이다.
도 25는 글리시딜 프로파르길 에테르 (GPE) 및 말레산 무수물 (MA)의 공중합의 단기 동력학 연구 플롯이다.
도 26은 글리시딜 프로파르길 에테르 (GPE) 및 말레산 무수물 (MA)의 공중합의 장기 동력학 연구 플롯이다.
도 27은 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO) 및 말레산 무수물 (MA)의 공중합의 동력학 연구 플롯이다.
도 28은 폴리(ECH-코-MA)의 1H NMR 스펙트럼이다 (300 MHz, 303 　K, CDCl3).
도 29는 폴리(ECH-코-MA)의 정량적 13C NMR 스펙트럼이다 (125 MHz, 303 　K, CDCl3).
도 30은 P(ECH-코-MA)의 분자량 분포의 SEC 크로마토그램이다.
도 31은 폴리(GPE-코-MA)의 1H NMR 스펙트럼이다 (300 MHz, 303 　K, CDCl3).
도 32는 폴리(GPE-코-MA)의 정량적 13C NMR 스펙트럼이다 (125 MHz, 303 　K, CDCl3).
도 33은 폴리(NMMO-코-MA)의 1H NMR 스펙트럼이다 (300 MHz, 303 　K, CDCl3).
도 34는 폴리(NMMO-코-MA)의 13C NMR 스펙트럼이다 (125 MHz, 303 　K, CDCl3).
상기 제시된 바와 같이, 그것의 낮은 세포독성, 양호한 생물분해능 및 조절가능 기계적 특성으로 인하여, 폴리(프로필렌 푸마레이트) (PPF)는 뼈 또는 다른 조직 엔지니어링을 위한 스캐폴드를 제조하는 이상적인 합성 폴리에스테르이다. 그러나, 조직 엔지니어링 요건에 기초하여, PPF는 이상적으로 세포 부착, 증식 및 분화를 지원하도록 세포와의 분자 상호작용을 가져야 한다. 그러므로, 생물활성 분자 (즉 생물활성 약물, 펩타이드, 단백질, 당)을 부착하기 위한 PPF의 작용화는 골 조직 엔지니어링 응용분야에 대해 사용되는 경우에 중요한 단계이다. 합성 중합체를 개질하기 위한 보다 손쉬운 방법 중 하나는 중합후 변형을 위해 작용기를 첨가하는 것이고, 이는 중합체의 화학 구조를 변경할 것이다. PPF 화학 구조 및 그것의 합성 경로 (즉 ROCOP)에 기초하여, 작용화를 위한 2개의 잠재적 방법이 존재한다. 하나는 작용화된 개시 알코올을 통한 말단기 작용화이고, 다른 하나는 단량체 전구체의 작용화를 통한 것이고, 이는 이후 중합시 PPM/PPF 중합체 상에 작용화된 측쇄를 형성한다 ("단량체 작용화된" PPM/ PPF).
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "작용화된"은 작용기를 포함하거나, 또는 포함하도록 개질된 중합체, 생체활성 물질, 또는 기타 물질을 지칭하고, 보다 넓은 용어 "작용화"는 작용기가 이에 의해 중합체, 생체활성 물질, 또는 다른 물질에 첨가되는 공정, 방법 및/또는 반응, 및 특히 (심지어 이성질체화 이전에 첨가되는 경우에) PPF 중합체에의 작용기의 첨가 및/또는 PPF 중합체에 이 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종을 첨가하기 위한 목적으로의 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종을 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 "작용기" 및 "작용성 모이어티"는 화학적으로 활성 종 또는 화학적으로 활성 종을 함유하는 그룹을 지칭하기 위해 상호교환적으로 사용된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체"는 중합체에 다른 작용성 종의 생체활성 물질을 첨가하기 위한 목적을 위해 하나 이상의 작용기를 포함하는 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 지칭한다.
따라서, 용어 "말단기 작용화된," 또는 "말단기 작용화된" 또는 "말단 작용화된,"은 중합체 사슬의 말단에 작용기를 가지거나 또는 포함하도록 개질된 중합체를 지칭하도록 상호교환적으로 사용되고, 용어 "말단기 작용화," 또는 "말단기 작용화" 또는 "말단 작용화,"는 이에 의해 작용기가 중합체 사슬의 말단에 첨가되는 공정, 방법 및/또는 반응을 지칭하도록 상호교환적으로 사용된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 "단량체 작용화된"은 작용화된 단량체, 및 특히, 작용화된 산화프로필렌 단량체를 통해 중합 과정에서 첨가되는 하나 이상의 작용기를 갖는 PPM 또는 PPF 중합체를 지칭한다. 유사하게는, 본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 "작용성 말단기"는 중합체 사슬의 말단에 위치한 작용기를 지칭한다. 용어 "작용화된 개시 알코올"은 본원에서 마그네슘 촉매의 존재 하에 말레산 무수물 단량체 및 작용화된 또는 미작용화된 폴리산화프로필렌 단량체의 개환 공중합을 개시할 수 있는 알코올을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 "생물활성 분자(들)" 및 "생체활성 물질(들)"은 세포 기능에 영향을 주는 물질을 지칭한다. 생물활성 분자는 비제한적으로, 펩타이드, 탄수화물, 단백질, 올리고뉴클레오타이드 및 소분자 약물을 포함할 수 있다.
용어 이성질체화는 본원에서 촉매의 존재 하에서 시스-이성질체 (PPM)를 트랜스-이성질체 (PPF) 형태로 전화시키는 반응을 지칭한다.
본 발명의 PPF 중합체 상의 작용기에 부착될 수 있는 생물활성 또는 다른 작용성 종은 특별히 제한되지 않으나, 단, 이는 중합체 상의 작용기의 적어도 하나에 결합될 수 있는 모이어티를 함유하거나 또는 함유하도록 작용화된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 "생물활성 분자(들)" 및 "생체활성 물질(들)"은 세포 기능에 영향을 미치는 물질을 지칭하고, 비제한적으로, 펩타이드, 탄수화물, 단백질, 올리고뉴클레오타이드 및 소분자 약물을 포함할 수 있다. 본 발명의 PPF 중합체에 부착될 수 있는 물질의 사용된 맥락에서 사용되는 바와 같이, 용어 "작용성 종"은 부가되는 장점을 제공하도록 본 발명의 작용화된 PPF 중합체에 첨가될 수 있는 생체활성 물질 이외의 물질을 지칭하고, 형광 및 다른 마커, 소분자 염료, 및/또는 할라이드 원자와 같은 것을 포함할 수 있다. 부착되는 생물활성 또는 다른 작용성 종은 크기로 제한되지 않는 한편, 이는 일반적으로 약 40,000 Da보다 더 작고, 이들이 프린팅된 또는 형성된 중합체 구조의 내면에 용이하게 도달될 수 없고 및/또는 결합이 가능하게 하는 방식으로 PPF 중합체 상의 작용기에 도달될 수 없을 정도로 크지 않아야 한다. 다양한 구현예에서, 부착되는 생물활성 또는 다른 작용성 종은 비제한적으로, 단쇄 펩타이드, 펩타이드, 단백질, 당, 탄수화물, 생물활성 약물, 올리고뉴클레오타이드, 소분자 약물, 형광 또는 다른 마커, 소분자 염료 및/또는 할라이드 원자를 포함할 수 있다.
본 발명을 실시하기 위해 필요하지 않지만, 본 발명의 PPF 중합체 상의 작용기는 바람직하게는 잘 알려진 "클릭" 반응에 유입되어 중합체에 대해 바람직한 물질, 예컨대 생물활성 화합물의 중합후 첨가를 촉진할 수 있는 작용기이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "클릭 반응," "클릭 화학," "클릭 화학 방법," 및 "클릭 화학 반응,"은 하기 전제 조건을 충족시키는 "클릭" 반응으로서 당업계에서 일반적으로 지칭되는 직교 콘주게이션 반응 (orthogonal conjugation reaction)의 그룹을 지칭하기 위해 상호교환적으로 사용된다: (i) 높은 수율, 거의 정량적 전환율; (ii) 생물학적으로 양호한 조건 (수용액, 주위 온도, 및 거의 생리적 pH); (iii) 제한적이거나 또는 없는 잔존 부산물. 이들 반응은 전형적으로 높은 수율로, 입체특이성으로, 넓은 범위로 간단하게 수행되고, 크로마토그래피 없이 제거될 수 있는 부산물만을 생성하고, 쉽게 제거가능한 또는 온화한 용매에서 수행될 수 있다. 유사하게, 용어 "클릭가능"은 클릭 반응을 통해 결합할 수 있는 분자 또는 작용기를 지칭한다.
상기 제시된 바와 같이, "클릭" 화학 개념은 현재 수많은 직교 반응 (orthogonal reaction)을 나타내고, 이는 강력하고, 선택적이고, 효율적이고, 수율이 높다. 다양한 구현예에서, 적합한 클릭 반응은 비제한적으로, 구리 (I) 구리 (I) 촉매화된 아자이드-알킨 고리화부가 (CuAAC) 반응 (휴이스겐 고리화부가 반응으로도 알려짐), 티올-엔 라디칼 첨가 반응, 옥심 리게이션 반응, 마이클-첨가 반응, 티올-마이클-첨가 반응, 만니치-유형 첨가 반응, "엔-유형" 첨가 반응, 티올-엔 라디칼 첨가, 변형 촉진된 아자이드-알킨 고리화부가 (SPAAC) 반응, 비-무흔적 스타우딩거 리게이션, 무흔적 스타우딩거 리게이션, 딜스-알더 반응, 헤테로 딜스-알더 반응, 역전자 수요 딜스-알더 반응, 탠덤 [3+2] 고리화부가-레트로-딜스-알더 (탠덤 crD-A) 반응, 티올-알킨 반응, 티올-피리딜 디설파이드 반응, 티올-할로겐 리게이션, 네이티브 화학적 리게이션(native chemical ligation), 및 티오졸리딘 리게이션 반응을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 적합한 "클릭가능" 모이어티는 비제한적으로, 알킨기, 알켄기, 아자이드기, 케톤 또는 변형된 사이클로옥틴기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 생물활성 또는 다른 작용성 종은 티올-엔 반응, 티올-인 반응, 알킨과 아자이드 사이의 1,3-쌍극성 고리화부가, 또는 생물활성 또는 다른 작용성 종 상의 작용성 모이어티와 본 발명의 작용화된 PPF 중합체 상의 작용기 사이의 케톤과 아민 유형 반응 사이의 옥심 리게이션에 의해 본 발명의 PPF 중합체 상의 작용기에 부착될 수 있다.
말단-작용화된 PPF 중합체
제1 양태에서, 본 발명은 무독성이고, 반응 개시제를 사용하는 3D 프린팅에 적합한 제한되고 예상되는 물질 특성을 갖고, 그것이 프린팅되거나 또는 중합체 구조를 형성된 이후에 생물활성 기로 유도될 수 있는 말단 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체에 관한 것이다. 상기 제시된 바와 같이, 일부 구현예에서 본 발명의 PPF 중합체는 중합체에 작용성 종을 첨가하기 위한 중합후 반응에 대해 유용한 작용성 말단기를 함유하고, 이는 상기 설명된 제1 단계에서 PPM 중간체를 형성하도록 사용되는 개시 알코올을 통해 이들 PPF 중합체에 도입된다. 용어 "개시 알코올" 및 "개시 알코올"은 작용성 말단기에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는, Mg 촉매의 존재 하에서 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 개환 중합 반응을 개시하는 하이드록실기를 포함하는 분자를 지칭하기 위해 상호교환적으로 사용된다. 이들 작용성 말단기의 일부 또는 모두는 중합 (단계 1) 및 본 발명의 PPF 중합체를 형성하는 이성질체화 반응 (단계 2) 모두를 견디고, 하나 이상의 작용성 종, 예컨대 생체활성 물질, 마커, 소분자 염료, 단쇄 펩타이드, 약물, 및/또는 할라이드 원자의 중합후 첨가를 위해 유용하다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "이성질체화"는 광범위하게는 시스-이성질체 (PPM)의 그것의 트랜스-이성질체 (PPF) 형태로의 전환을 지칭하거나, 또는 화학적 반응 또는 공정 ("이성질체화 반응")의 맥락에서 시스-이성질체 (PPM)를 그것의 트랜스-이성질체 (PPF) 형태로 전환시키는 반응 또는 공정을 지칭한다.
사용될 수 있는 작용성 말단기는 특별히 제한되지 않으며, 단, 이는 중합 및 이성질체화 반응 이후에 그것의 반응성의 적어도 일부가 유지된다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 말단 작용화된 PPF 중합체 상의 작용기는 비제한적으로, 벤질기, 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기 및 폴리(에틸렌 글리콜)기, 락톤기, 보호된 하이드록실기, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "보호된 하이드록실기"는 원하는 반응이 일어나고, 이 시점에서 보호기는 양성자로 대체되어 하이드록실기를 재형성할 때까지 원하지 않는 반응을 방지하도록 수소 원자가 보호기로 대체되는 하이드록실기를 지칭한다. 당업계에서 알려진 임의의 적합한 보호기 또는 보호기들이 사용될 수 있고, 이는 비제한적으로, tert-부틸옥시카보닐 (BOC)기, 트리메틸실릴 에테르 (TMS)기, tert-부틸디메틸실릴 에테르 (TBDMS), 또는 플루오레닐메틸옥시카보닐 (FMOC) 기를 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 PPF 중합체는 1개 초과의 상이한 말단 작용기를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 이는 1개 초과의 유형의 작용기를 갖는 개시 알코올을 사용하여 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 단일 작용화된 개시 알코올이 사용되는 경우보다 더 넓은 다분산도 및 중합체 특성에 대해 더 낮은 제어를 가진 중합체 혼합물을 야기할 것이다. 따라서, 1개 초과의 상이한 말단 작용기는 갖는 본 발명의 PPF 중합체의 제조는 바람직하게는 각각 상이한 원하는 말단 작용기를 갖는 2개의 이상의 별개의 중합체의 배치를 제조하고, 이후 이를 균질한 혼합물로 조합하여 1개 초과의 상이한 말단 작용기를 가질 수 있는 본 발명의 PPF 중합체를 형성함으로써 달성된다.
다양한 구현예에서, 본 발명의 말단 작용화된 PPF 중합체는 크기 배제 크로마토그래피 (SEC)에 의해 측정되는 약 0.7 kDa 내지 약 100,000 kDa의 수평균 분자량 (M n) 및 약 1.01 내지 약 1.8의 다분산도 지수 (Ð M)를 가질 것이다. 일부 구현예에서, 말단 작용화된 PPF 중합체는 1.0 kDa 이상, 다른 구현예에서, 약 5 kDa 이상, 다른 구현예에서, 약 8 kDa 이상, 다른 구현예에서, 약 10 kDa 이상, 다른 구현예에서, 약 1000 kDa 이상, 다른 구현예에서, 약 10,000 kDa 이상의 M n을 가질 것이다. 일부 구현예에서, 말단 작용화된 PPF 중합체는 90,000 kDa 이하, 다른 구현예에서, 약 80,000 kDa 이하, 다른 구현예에서, 약 70,000 kDa 이하, 다른 구현예에서, 약 60,000 kDa 이하, 다른 구현예에서, 약 50,000 kDa 이하, 다른 구현예에서, 약 40,000 kDa 이하의 M n을 가질 것이다.
일부 구현예에서, 말단 작용화된 PPF 중합체는 1.03 이상, 다른 구현예에서, 약 1.05 이상, 다른 구현예에서, 약 1.10 이상, 다른 구현예에서, 약 1.20 이상, 다른 구현예에서, 약 1.30 이상, 다른 구현예에서, 약 1.40 이상의 다분산도 지수 (Ð M)를 가질 것이다. 일부 구현예에서, 말단 작용화된 PPF 중합체는 1.70 이하, 다른 구현예에서, 약 1.60 이하, 다른 구현예에서, 약 1.50 이하, 다른 구현예에서, 약 1.40 이하, 다른 구현예에서, 약 1.30 이하, 및 다른 구현예에서, 약 1.20 이하의 Ð M을 가질 것이다.
다양한 구현예에서, 본 발명의 말단 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00013
식 중, n은 1 내지 1000의 정수이고, R은 중합체에의 바람직한 물질, 예컨대 생물활성 화합물의 중합후 첨가를 위해 유용한 작용기이다. 이들 구현예들 중 일부에서, n은 100 내지 1000, 다른 구현예에서, 200 내지 1000, 다른 구현예에서, 300 내지 1000, 다른 구현예에서, 400 내지 1000, 다른 구현예에서, 1 내지 900, 다른 구현예에서, 1 내지 800, 다른 구현예에서, 1 내지 700, 및 다른 구현예에서, 1 내지 600의 정수이다. 다양한 구현예에서, R은 비제한적으로, 벤질기, 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기 및 폴리(에틸렌 글리콜)기, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 구현예들 중 일부에서, R은 상기에서 정의된 바와 같은 클릭가능 모이어티를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00014
식 중, n은 상기에 정의되어 있다.
상기 제시된 바와 같이, 본 발명의 PPF의 말단 작용기는 중합체에의 작용성 종, 예컨대 생물활성 또는 다른 유용한 물질의 중합후 첨가를 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 본 발명의 PPF 중합체에 부착되는 작용성 종은 자연적으로 그것의 원하는 작용성을 상실하지 않고 클릭 또는 다른 유형의 반응에 의해 PPF의 말단 작용기에 결합될 수 있는 작용기를 함유할 것이다. 그러나, 일부 다른 구현예에서, 본 발명의 PPF 중합체에 부착되는 작용성 종은 우선 바람직하게는 클릭 반응을 통해 사용되는 말단 작용기에 결합하는 것으로 알려진 모이어티로 작용화되어야 한다. 작용성 종에의 그것의 부착을 위한 특정 클릭가능 모이어티 및 수단은 부착되는 생물활성 또는 다른 물질 및 사용되는 특정 클릭 반응에 좌우될 것이다. 당해 분야의 숙련가는 과도한 실험 없이 부착되는 생물활성 또는 다른 물질에 적절한 클릭가능 모이어티를 부착할 수 있을 것이다. 예를 들어, 아자이드기로 작용화된 펩타이드는 휴이스겐 1,3 고리화부가 반응을 사용하여 스캐폴드 상에 알킨 말단-작용화된 PPF 사슬에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 티올기 또는 시스테인 잔기로 작용화된 펩타이드는 티올렌 반응을 사용하여 스캐폴드 상의 알켄 또는 노르보르넨 말단-작용화된 PPF 사슬에 커플링될 수 있다.
본 발명의 PPF 중합체 상의 말단 작용기의 첨가는 본원에 개시되고 논의된 분자량에서 중합체의 원하는 기계적, 열, 열화, 및/또는 독성 특성에 유의미한 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다.
단량체-작용화된 PPF 중합체
제2 양태에서, 본 발명은 중합체를 형성하도록 사용되는 말레산 무수물 단량체의 이성질체화된 잔기 및 작용화된 산화프로필렌 단량체의 잔기를 포함하는 신규한 작용화된 PPF 중합체에 관한 것이다. 명백한 바와 같이, 말레산 무수물 단량체 및 작용화된 산화프로필렌 단량체의 잔기가 반응하여 중합체를 형성하는 경우에, 말레산 무수물 단량체 및 산화프로필렌은 활성 측쇄를 형성하는 작용화된 산화프로필렌 단량체의 작용기를 갖는 PPM/PPF 중합체의 골격을 형성할 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "잔기(들)"은 일반적으로 중합체 또는 대분자로 혼입되는 단량체 또는 다른 화학적 단위의 부분을 지칭하기 위해 사용된다. 나아가, 용어 "말레산 무수물 단량체의 잔기" 및 "작용화된 산화프로필렌 단량체의 잔기"는 각각 PPM 및 PPF 중합체로 혼입된 말레산 무수물 단량체 및 작용화된 산화프로필렌 단량체의 부분을 지칭하기 위해 사용된다. 용어 "말레산 무수물 단량체의 이성질체화된 잔기"는 구체적으로 이중 결합이 작용화된 시스 배치형태로부터 트랜스 배치형태로 이성질체화되어 PPF 중합체가 형성되는 말레산 무수물 단량체의 잔기를 지칭한다. 용어 "개시 알코올의 잔기" 또는 "개시 알코올 잔기" 등은 이것이 중합을 개시한 이후에 PPM/PPF 중합체 사슬의 말단에서 결합되어 유지되는 개시 알코올의 부분을 지칭한다. 유사하게, 용어 "작용화된 개시 알코올의 잔기" 또는 "작용화된 개시 알코올 잔기" 등은 작용화된 개시 알코올이 중합을 개시한 이후에 중합체 사슬의 말단에서 결합되어 유지되는 작용화된 개시 알코올의 작용기 또는 다른 부분을 지칭한다.
다양한 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌 단량체의 잔기 상의 작용기는 비제한적으로, 알킨기, 프로파르길기, 알켄기, 하이드록실기, 케톤기, 티올기, 할라이드기, 니트로벤질기, 또는 작용기 예컨대 할라이드기, 니트로벤질기, 또는 하이드록실기로 용이하게 전환될 수 있는 기를 포함할 수 있다. 단량체 작용화 방법을 사용하는 것은 심지어 공정에 견디는 더 적은 작용기를 사용하여 유일한 말단기 작용화와 비교하여 이용가능한 작용기의 양을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 본 발명의 PPF 중합체의 단량체는 본원에 개시되고 논의된 분자량에서 중합체의 원하는 기계적, 열, 열화, 및/또는 독성 특성에 유의미한 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다.
다양한 구현예에서, 본 발명의 신규한 작용화된 PPF 중합체의 작용화된 산화프로필렌 단량체 잔기는 클릭 반응에 상응하는 작용기를 갖거나 또는 갖도록 작용화된 생물활성 화합물과 함께 "클릭" 반응에 유입될 수 있는 작용기를 포함할 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 이들 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌 상의 작용기는 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 케톤기, 티올기, 또는 이러한 작용기로 용이하게 전환될 수 있는 기일 수 있다. 일부 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌은 (±)-에피클로로히드린일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌은 알킨 작용화된 산화프로필렌일 수 있다. 일부 구현예에서, 본 발명의 신규한 작용화된 PPF 중합체는 글리시딜 프로파르길 에테르의 잔기를 포함한다.
이들 구현예들 중 일부에서, 본 발명의 신규한 작용화된 PPF 중합체는 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)의 잔기를 포함한다. 이들 구현예에서, NMMO 상의 니트로벤질기는 UV 감수성 보호기이고, 이는 특정 UV 파장에의 노출시 하이드록실기로 용이하게 대체될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 일부 다른 구현예에서, 본 발명의 신규한 작용화된 PPF 중합체는 할라이드 작용화된 산화프로필렌의 잔기를 포함한다. 이들 구현예들 중 일부에서, 본 발명의 신규한 작용화된 PPF 중합체는 (±)-에피클로로히드린의 잔기를 포함한다. 이들 구현예에서, (±)-에피클로로히드린 상의 할라이드기는 보호기이고, 이는 이후 임의의 적합한 친핵체로 대체되는 것으로 이해되어야 한다. 적합한 친핵체는 비제한적으로, 아민, 알코올, 티올 및 하이드록실아민을 포함할 수 있다.
또한, 명백한 바와 같이, 다양한 구현예에서, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체는 또한 상기 기재된 바와 같이 개시 알코올을 통해 첨가된 말단 작용기를 함유할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00015
식 중, n은 1 내지 100의 정수이고; R은 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기 및 폴리(에틸렌 글리콜)기, 락톤기, 및 비-작용성 개시 알코올 잔기로부터 선택된 기를 포함하는 작용기이고; R'는 작용기, 또는 상응하는 작용기와 함께 클릭 또는 다른 반응에 유입될 수 있는 작용기를 갖는 알킬 또는 아릴기이고, 이는 그 중에서도 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 티올기, 할라이드기, 또는 하이드록실기를 포함할 수 있다. 상기에 제시된 바와 같이, 용어 "보호된 하이드록실기"는 원하는 반응이 일어나고, 이 시점에서 보호기는 양성자로 대체되어 하이드록실기를 재형성할 때까지 원하지 않는 반응을 방지하도록 수소 원자가 보호기로 대체되는 하이드록실기를 지칭한다. 당업계에 알려진 임의의 적합한 보호기 또는 보호기들이 사용될 수 있고, 이는 비제한적으로, tert-부틸옥시카보닐 (BOC)기, 트리메틸실릴 에테르 (TMS)기, tert-부틸디메틸실릴 에테르 (TBDMS), 또는 플루오레닐메틸옥시카보닐 (FMOC) 기를 포함한다. 이들 구현예들 중 일부에서, n은 약 5 내지 약 100, 다른 구현예에서, 15 내지 100, 다른 구현예에서, 25 내지 100, 다른 구현예에서, 40 내지 100, 다른 구현예에서, 1 내지 80, 다른 구현예에서, 1 내지 70, 다른 구현예에서, 1 내지 60, 및 다른 구현예에서, 1 내지 40의 정수일 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00016
식 중, n은 약 1 내지 약 100의 정수이다. 이들 구현예들 중 일부에서, n은 약 5 내지 약 100, 다른 구현예에서, 15 내지 100, 다른 구현예에서, 25 내지 100, 다른 구현예에서, 40 내지 100, 다른 구현예에서, 1 내지 80, 다른 구현예에서, 1 내지 70, 다른 구현예에서, 1 내지 60, 및 다른 구현예에서, 1 내지 40의 정수일 수 있다.
일부 다른 구현예에서, 본 발명의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00017
식 중, n은 약 1 내지 약 100의 정수이다. 이들 구현예들 중 일부에서, n은 약 5 내지 약 100, 다른 구현예에서, 15 내지 100, 다른 구현예에서, 25 내지 100, 다른 구현예에서, 40 내지 100, 다른 구현예에서, 1 내지 80, 다른 구현예에서, 1 내지 70, 다른 구현예에서, 1 내지 60, 및 다른 구현예에서, 1 내지 40의 정수일 수 있다.
일부 다른 구현예에서, 본 발명의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00018
식 중, n은 약 1 내지 약 100의 정수이다. 이들 구현예들 중 일부에서, n은 약 5 내지 약 100, 다른 구현예에서, 15 내지 100, 다른 구현예에서, 25 내지 100, 다른 구현예에서, 40 내지 100, 다른 구현예에서, 1 내지 80, 다른 구현예에서, 1 내지 70, 다른 구현예에서, 1 내지 60, 및 다른 구현예에서, 1 내지 40의 정수일 수 있다.
다양한 구현예에서, 단량체 본 발명의 작용화된 PPF 중합체는 크기 배제 크로마토그래피 (SEC)에 의해 측정되는 약 0.7 kDa 내지 약 100,000 kDa의 수평균 분자량 (M n), 및 약 1.01 내지 약 1.8의 다분산도 지수 (Ð M)를 가질 것이다. 일부 구현예에서, 단량체 작용화된 PPF 중합체는 1.0 kDa 이상, 다른 구현예에서, 약 5 kDa 이상, 다른 구현예에서, 약 8 kDa 이상, 다른 구현예에서, 약 10 kDa 이상, 다른 구현예에서, 약 1000 kDa 이상, 및 다른 구현예에서, 약 10,000 kDa 이상의 M n를 가질 것이다. 일부 구현예에서, 단량체 작용화된 PPF 중합체는 90,000 kDa 이하, 다른 구현예에서, 약 80,000 kDa 이하, 다른 구현예에서, 약 70,000 kDa 이하, 다른 구현예에서, 약 60,000 kDa 이하, 다른 구현예에서, 약 50,000 kDa 이하, 및 다른 구현예에서, 약 40,000 kDa 이하의 M n를 가질 것이다.
일부 구현예에서, 단량체 작용화된 PPF 중합체는 1.03 이상, 다른 구현예에서, 약 1.05 이상, 다른 구현예에서, 약 1.10 이상, 다른 구현예에서, 약 1.20 이상, 다른 구현예에서, 약 1.30 이상, 다른 구현예에서, 약 1.40 이상의 다분산도 지수 (Ð M)를 가질 것이다. 일부 구현예에서, 단량체 작용화된 PPF 중합체는 1.70 이하, 다른 구현예에서, 약 1.60 이하, 다른 구현예에서, 약 1.50 이하, 다른 구현예에서, 약 1.40 이하, 다른 구현예에서, 약 1.30 이하, 및 다른 구현예에서, 약 1.20 이하의 Ð M을 가질 것이다.
작용화된 산화프로필렌 단량체
제3 양태에서, 본 발명은 상기 논의된 신규한 작용화된 PPF 중합체를 형성하기 위해 사용되는 신규한 작용화된 공단량체에 관한 것이다. 다양한 구현예에서, 본 발명의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 형성하기 위한 작용화된 단량체는 상응하는 작용기와 함께 클릭 반응에 유입될 수 있는 작용기를 갖는 알킬 또는 아릴기에 에테르 결합을 통해 연결되는 글리시딜기를 포함한다. 이들 구현예들 중 일부에서, 알킬 또는 아릴기는 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 티올기, 또는 할라이드기를 포함할 것이다. 일부 다른 구현예에서, 작용기는 글리시딜기에 직접적으로 연결될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 신규한 작용화된 공단량체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00019
식 중, R은 작용기, 또는 PPF 중합체에 첨가되는 생물활성 화합물 (즉 상기에 기재된 바와 같은 생물활성 약물, 펩타이드, 단백질, 당, 등), 작용성 종, 또는 다른 화합물 상의 상응하는 작용기와 함께 "클릭" 또는 다른 반응에 유입될 수 있는 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기이다. 일부 구현예에서, 표적화된 생물활성 화합물은 상응하는 작용기를 첨가하도록 작용화될 수 있고, 단, 이와 같이 실시하는 것은 생물활성 화합물을 변성시키지 않거나 또는 그렇지 않으면 생물활성 화합물, 작용성 종, 또는 다른 화합물이 그것의 의도된 목적에 대해 비효과적으로 PPF 중합체에 첨가되지 않아야 한다. 하나 이상의 구현예에서, R은 알킨, 알켄, 하이드록실, 보호된 하이드록실, 티올 또는 할라이드 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기일 것이다.
하나 이상의 구현예에서, 본 발명의 작용화된 단량체는 글리시딜 프로파르길 에테르이다. 일부 구현예에서, 본 발명의 작용화된 단량체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00020
하나 이상의 다른 구현예에서, 본 발명의 작용화된 단량체는 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)이다. 일부 구현예에서, 본 발명의 작용화된 단량체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00021
일부 다른 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌은 (±)-에피클로로히드린일 수 있다. 일부 구현예에서, 본 발명의 작용화된 단량체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00022
부착물을 갖는 작용화된 PPF 중합체
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기에 기재된 바와 같은 PPF 중합체 상의 작용기에 부착된 하나 이상의 생물활성 또는 다른 작용성 종을 더 포함하는 상기에 기재된 바와 같은 작용화된 PPF 중합체에 관한 것이다. 하나 이상의 구현예에서, 본 발명은 하기 반응식 3에 나타난 및/또는 하기 실시예 13 및 14에 기재된 본 발명의 작용화된 PPF 중합체에 부착된 단쇄 펩타이드, 염료 또는 다른 생물활성 화합물 또는 작용성 종을 포함할 수 있다. 이들 구현예들 중 일부에서, 아자이드 작용화된 염료, 생물활성 화합물 또는 다른 작용성 종은 적합한 용매, 예컨대 이소프로필 알코올/H2O 혼합물에 용해되고, CuSO4 촉매 및 나트륨 아스코르베이트와 조합되고, 약 1시간 동안 알킨 작용기를 갖는 말단 또는 단량체 작용화된 PPF 중합체와 반응된다. 이들 구현예에서, 작용화된 염료, 생물활성 화합물 또는 다른 작용성 종은 구리 보조된 1,3 휴이스겐 고리화부가 클릭 반응을 통해 말단 또는 단량체 작용화된 PPF 중합체에 첨가된다. 부착된 염료, 생물활성 화합물 또는 다른 작용성 종을 갖는 말단 또는 단량체 작용화된 PPF 중합체는 이후 이소프로필 알코올 및 H2O로 세정하여 임의의 비-고정된 염료(non-tethered dye), 생물활성 화합물 또는 다른 작용성 종 및 촉매를 제거한다.
일부 다른 구현예에서, 아자이드 작용화된 펩타이드는 하기와 같이 합성될 수 있다. 우선, 원하는 펩타이드는 표준 Fmoc 화학 조건 및 Wang 수지를 사용하는 CEM Liberty1 펩타이드 합성기 상의 마이크로웨이브-보조된 고상 펩타이드 합성 (SPSS)에 의해 합성될 수 있다. 펩타이드 (여전히 Wang 수지 상에 있음)는 이후 브로모헥산산 (1 mmol), 디이소프로필카보디이미드 (DIC) 및 하이드록시벤조트리아졸와 조합되고, 약 2 시간 동안 반응되어 Br-작용화된 펩타이드를 생성하고, 이는 이후 종래의 방법을 사용하여 절단된다. 고체 Br-작용화된 펩타이드는 이후 정제되어 그 다음 물 중의 10% 에탄올 용액에 재용해된다. 아자이드 작용기의 첨가는 NaN3 및 18-크라운-6을 첨가하여 수행되었고, 용액이 약 12시간 동안 반응되게 하여 아자이드 작용화 펩타이드를 산출하였다.
작용화된 PPF 스캐폴드 또는 다른 중합체 구조
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기에 기재된 바와 같은 작용화된 PPF 중합체를 포함하는 3D 프린팅된 스캐폴드 또는 다른 구조에 관한 것이다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체는 3-D 프린팅가능 수지로 형성된다. 이들 구현예들 중 일부에서, 3-D 프린팅가능 수지는 문헌 [Luo, Y.; Dolder, C. K.; Walker, J. M.; Mishra, R.; Dean, D.; Becker, M. L., Biomacromolecules, 2016, 17, 690-697]에 보고된 조성을 가질 것이고, 그것의 개시내용은 본원에 그 전문이 편입되어 있다. 이들 구현예에서, 말단 또는 단량체 작용화된 PPF는 동등 질량의 디에틸 푸마레이트 (DEF)에 용해되고, 광개시제 및 광 산란제의 혼합물은 수지 전반에서 고르게 혼합된다. 수지는 이후 3-D 프린팅되고, cDLP 프린터 또는 다른 적합한 3-D 프린터로 광-가교결합되어 생물활성 화합물 또는 다른 작용성 종의 첨가를 위한 이용가능한 작용기를 갖는 스캐폴드 또는 다른 중합체 구조체를 형성한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기에 기재된 바와 같은 작용화된 PPF 중합체 및 복수의 생물활성 또는 다른 작용성 종을 포함하는 3D 프린팅된 스캐폴드 또는 다른 중합체 구조체에 관한 것이고, 여기서 복수의 생물활성 또는 다른 작용성 종은 스캐폴드 또는 다른 구조체의 형성 이후 PPF 중합체 상의 이용가능한 작용기에 부착되었다.
말단-작용화된 PPF 중합체의 제조 방법
제2 양태에서, 본 발명은 또한 상기 기재된 말단 작용화된 PPF 중합체를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 매우 간단하다. 우선, 개시 알코올, 마그네슘 촉매, 바람직하게는 Mg(BHT)2(THF)2 또는 Mg(OEt)2, 말레산 무수물, 및 산화프로필렌은 앰풀 또는 다른 적합한 밀봉된, 건조 용기에 배치되고, 약 0.5 M 내지 약 5 M의 단량체 (말레산 무수물 및 산화프로필렌) 농도로 적합한 용매, 예컨대 톨루엔 또는 헥산에 용해시켰다. 명백한 바와 같이, 반응은 밀봉된, 건조 환경에서 일어나 바람직하지 않은 부반응을 회피하는 것이 중요하다. 일부 구현예에서, 시약 모두는 불활성 분위기 하에 및 바람직하게는 N2 블랭킷 하에 첨가된다.
상기에 제시된 바와 같이, 본 발명의 하나 이상의 이들 구현예에서, 작용화된 개시 알코올은 하이드록실기를 포함할 것이고, 이는 말레산 무수물 및 산화프로필렌 단량체, 및 작용성 말단기의 개환 중합 반응을 개시하고, 중합후 반응을 위해 유리하고, 중합 (단계 1) 및 이성질체화 반응 (단계 2)를 견딘다. 적합한 작용화된 개시 알코올은 비제한적으로, 프로파르길 알코올, 알릴 알코올, 4-디벤조사이클로옥티놀, 4-하이드록시부탄-2-온, 3-하이드록시프로판-2-온, 5-하이드록시펜탄-2-온, 6-하이드록시헥산-2-온, 7-하이드록시헵탄-2-온, 8-하이드록시옥탄-2-온, 5-노르보넨-2-올, PEG 디올, α-브로모이소부티릴 4-메탄올 벤질메타노에이트, 하이드록실 말단기를 갖는 선형 중합체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
말레산 무수물 및 산화프로필렌의 ROP 중합을 위한 촉매는 유기금속 촉매일 수 있고, 바람직하게는 마그네슘 촉매이다. 적합한 마그네슘 촉매는 Mg(BHT)2(THF)2 및 Mg(OEt)2를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 촉매는 Mg(BHT)2(THF)2이다. 이러한 반응에 대한 적합한 용매는 일반적으로 무극성 알킬 탄소 사슬이고, 비제한적으로, 펜탄, 헥산, 혼합된 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸 도데칸, 톨루엔, 디옥산, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 용매는 톨루엔이다. 일부 다른 구현예에서, 용매는 헥산 또는 혼합된 헥산이다.
상기에 제시된 바와 같이, 용액 중의 단량체 (말레산 무수물 및 (작용화된 및/또는 비작용화된) 산화프로필렌) 농도는 약 0.5 M 내지 약 5 M일 것이다. 당해 분야의 숙련가에게 이해될 수 있는 바와 같이, 더 높은 단량체 농도는 단량체의 더 빠른 전환을 야기하고, 더 적은 용매를 요구할 것이다. 일부 구현예에서, 용액 중의 단량체 농도는 약 0.5 M 내지 약 4 M, 다른 구현예에서, 약 0.5 M 내지 약 3 M, 다른 구현예에서, 약 0.5 M 내지 약 2 M, 다른 구현예에서, 약 1 M 내지 약 5 M, 다른 구현예에서, 약 1.5 M 내지 약 5 M, 다른 구현예에서, 약 2 M 내지 약 5 M, 및 다른 구현예에서, 약 2.5 M 내지 약 5 M일 것이다.
이들 구현예에서, 마그네슘 촉매에 대한 개시 알코올의 몰비는 약 약 1:1 내지 약 1:1000이고, 단량체에 대한 개시 알코올의 몰비는 약 1:5 내지 약 1:1000이다. 일부 구현예에서, 마그네슘 촉매에 대한 개시 알코올의 몰비는 약 1:1 내지 1: 500, 다른 구현예에서, 1: 1 내지 1:300, 다른 구현예에서, 1:1 내지 1:200, 다른 구현예에서, 1:1 내지 1:100, 다른 구현예에서, 1: 1 내지 1:75, 다른 구현예에서, 1:1 내지 약 1:50, 다른 구현예에서, 약 1:5 내지 약 1:20, 다른 구현예에서, 약 1:5 내지 약 1:25, 다른 구현예에서, 약 1:1 내지 약 1:15, 다른 구현예에서, 1: 10 내지 1:1000, 다른 구현예에서, 1: 50 내지 1:1000, 다른 구현예에서, 1:100 내지 1:1000, 및 다른 구현예에서, 1: 200 내지 1:1000이다. 일부 구현예에서, 단량체에 대한 개시 알코올의 몰비는 임의의 부분에서 약 1:5 내지 약 1:500, 다른 구현예에서, 약 1:5 내지 약 1:300, 다른 구현예에서, 약 1:5 내지 약 1:250, 다른 구현예에서, 약 1:5 내지 약 1:150, 다른 구현예에서, 약 1:5 내지 약 1:50, 다른 구현예에서, 약 1:5 내지 약 1:10, 다른 구현예에서, 약 1:25 내지 약 1:1000, 다른 구현예에서, 약 1:100 내지 약 1:1000, 다른 구현예에서, 약 1:200 내지 약 1:1000이다.
당해 분야의 숙련가에게 명백한 바와 같이, 말레산 무수물 및 산화프로필렌은 단량체가 소모되는 것을 방지하도록 용액에서 약 1:1 몰비로 존재하여야 한다. 말레산 무수물 또는 산화프로필렌이 이러한 반응 조건 하에 단독중합될 것임을 이해하여야 한다.
앰풀 또는 다른 용기는 이후 밀봉되고, 용액은 약 1 h 내지 약 96 h 동안 약 40℃ 내지 약 100℃의 온도로 가열되어 개시 알코올에 의해 개시되고 마그네슘 촉매로 촉매화되어 말레산 무수물과 산화프로필렌 사이의 개환 중합 반응을 개시하고/거나 유지하여 말단 작용화된 PPM 중합체 중간체를 형성한다. 일부 구현예에서, 용액은 약 40℃ 내지 약 90℃, 다른 구현예에서, 약 40℃ 내지 약 70℃, 다른 구현예에서, 약 40℃ 내지 약 50℃, 다른 구현예에서, 약 45℃ 내지 약 100℃, 다른 구현예에서, 약 60℃ 내지 약 100℃, 및 다른 구현예에서, 약 70℃ 내지 약 100℃의 온도로 가열되어 말단 작용화된 PPM 중합체 중간체를 형성한다.
일부 구현예에서, 용액은 약 1 h 내지 약 6 h, 다른 구현예에서, 약 1 h 내지 약 12 h, 다른 구현예에서, 약 1 h 내지 약 24 h, 다른 구현예에서, 약 1 h 내지 약 48 h, 다른 구현예에서, 약 1 h 내지 약 72 h, 및 다른 구현예에서, 약 1 h 내지 약 96 h 동안 가열되어 PPM 중간체를 생성한다. (도 1-3 참조)
일부 구현예에서, 말레산 무수물, 산화프로필렌, 개시 알코올 및 Mg(BHT)2(THF)2 촉매 모두는 질소 블랭킷 하에 톨루엔에 용해되고, 그 다음 약 1 내지 약 30 시간 동안 약 80℃의 온도로 가열하여 PPM 중간체를 생성한다. 이들 구현예들 중 일부에서, 반응 시간은 약 6 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 12 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 18 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 20 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 20 시간, 및 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 18 시간일 것이다.
일부 다른 구현예에서, 말레산 무수물, 산화프로필렌, 개시 알코올 및 Mg(BHT)2(THF)2 촉매 모두는 질소 블랭킷 하에 헥산에 용해되고, 그 다음 약 1 h 내지 약 100 h 시간 동안 약 45℃의 온도로 가열되어 PPM 중간체를 생성한다. 이들 구현예들 중 일부에서, 반응 시간은 약 12 시간 내지 약 96 시간, 다른 구현예에서, 약 24 시간 내지 약 96 시간, 다른 구현예에서, 약 36 시간 내지 약 96 시간, 다른 구현예에서, 약 48 시간 내지 약 96 시간, 다른 구현예에서, 약 60 시간 내지 약 96 시간, 다른 구현예에서, 약 72 시간 내지 약 96 시간, 다른 구현예에서, 약 84 시간 내지 약 96 시간, 다른 구현예에서, 약 90 시간 내지 약 100 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 90 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 80 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 70 시간일 것이다. 이러한 시스템은 감소된 온도의 결과로서 더 긴 중합 시간을 요구하는 한편, 이러한 방법은 규모확대 반응과 관련하여 유리할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 헥산으로의 중합체 이외의 모든 시약의 가용성은 대다수의 불순물이 중합 이후 헥산 용액으로부터 경사분리하여 순수하게 중합체로부터 제거되고, 이에 따라 요구되는 침전의 수를 감소시켜 순수한 PPM 중합체 중간체를 회수하는 것을 의미한다. 유리하게는, 경사분리된 용액이 실온으로 냉각되는 경우에, 미반응된 MAn 재결정화되고, 추가의 사용을 위해 회수될 수 있다.
PPM 중합체 중간체는 임의의 알려진 방법을 사용하여 수집되고 정제될 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 종래의 기술을 사용하여 과도한 실험 없이 PPM 중합체를 수집하고 정제할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 수득한 PPM 중합체 중간체는 불혼화성 용매, 예컨대 과잉 디에틸 에테르, 헥산, 헥산, 헵탄, 옥탄 또는 클로로포름으로의 반복된 침전에 의해 회수될 수 있다.
제2 단계에서, PPM 중합체 중간체는 이 목적을 위해 당해 분야에 알려진 임의의 방법을 사용하여 그것의 트랜스-이성질체 형태 (PPF)로 이성질체화된다. 하나 이상의 구현예에서, PPM 중합체는 미국 공개 출원 번호 2016/0237212에 기재된 방법을 사용하여 이성질체화될 수 있고, 그것의 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로 편입되어 있다. 이성질체화 단계는 중합체에 대한 일부 다른 변화를 야기하는 한편, 근사치 M n, Ð M, 및 T g 범위와 같은 본 발명의 구현예의 말단 작용화된 PPF 중합체의 가장 일반적인 양태는 제1 반응에서 결정되는 것은 자명한 것이다.
하나 이상의 이들 구현예에서, PPM 중합체 중간체는 이후 적합한 컨테이너, 예컨대 둥근바닥 플라스크에 배치되고, 불활성 분위기 하에 적합한 용매 예컨대 클로로포름, 테트라하이드로푸란 (THF), 디옥산, 디에틸 에테르, 또는 이들의 조합에 용해된다. 선택되는 어떠한 용매라도 과도한 어려움 또는 비용 없이 제거될 수 있는 것으로 구상되고, 일부 구현예에서, 용매는 클로로포름이다. PPM 중합체 중간체가 용해되는 경우에, 촉매, 바람직하게는 디에틸아민을 첨가한다. 컨테이너는 이후 응축기에 연결되고, 그 다음 약 5℃ 내지 약 80℃의 반응 온도로 가열된다. 일부 구현예에서, 반응 온도는 약 55℃ 내지 약 65℃일 수 있다. 이들 구현예에서, 용액은 약 5 내지 약 100 시간 동안 가열된다. 일부 구현예에서, 용액은 약 24 내지 약 48 시간 동안 가열된다.
심지어 비교적 작은 양의 PPM 중합체 사슬이 PPF 중합체에 잔류하는 경우에, 이는 가교결합하는 중합체의 능력에 부정적인 영향을 미칠 것이고, 이는 3D 프린팅 및 다른 유사한 응용분야에 대해 이를 부적합하게 만드는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본질적으로 모든 PPM은 PPM으로 전환되거나 또는 제거되는 것이 중요하다. (도 4 참조) 일부 구현예에서, PPM 내지 PPF의 전환율은 약 96 질량 퍼센트 내지 약 100 질량 퍼센트이다. 일부 구현예에서, PPM 내지 PPF의 전환율은 약 98 질량 퍼센트 내지 약 100 질량 퍼센트이다. 일부 구현예에서, PPM 내지 PPF의 전환율은 약 99 질량 퍼센트 내지 약 100 질량 퍼센트이다. 일부 구현예에서, 본 발명의 PPF 중합체는 자외선-가시광선 분광법 (UV-Vis) 스펙트럼, 푸리에 변환 적외선 분광법 (FTIR) 스펙트럼, 양성자 핵자기 공명 (1H NMR) 분광법 또는 매트릭스 보조 레이저 탈착/이온화 - 비행시간형 (MALDI-TOF) 질량 분광법에 의해 측정되는 바와 같이 잔존 PPM 중합체 사슬을 함유하지 않는다.
이성질체화 반응이 완료되는 경우, 말단 작용화된 PPF 중합체는 이러한 목적을 위한 임의의 적합한 당해 분야에서 알려진 방법에 의해 단리하거나 정제될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 및 말단 작용화된 PPF 중합체는 헥산으로부터 침전을 통해 회수되었고, 말단 작용화된 PPF 중합체는 완전하게 디에틸아민을 제거하기 위해 포스페이트 완충 용액 (pH = 6)으로의 세정에 의해 단리되고 정제되었다. 용매는 회전식 증발 또는 이 목적을 위해 당업계에 알려진 임의의 다른 방법에 의해 제거될 수 있다.
실시되는 본 발명의 구현예를 추가로 정의하고 감소시키기 위해, 다양한 알코올 개시제 및 표적화된 DP와 함께 촉매로서 Mg(BHT)2(THF)2를 사용하는 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 개환 공중합이 조사되었다. 이러한 시험에 대한 반응 조건 및 수율은 하기 표 1에 나타나 있다:
표 1
다양한 알코올 개시제 및 표적화된 DP와 함께 촉매로서 Mg(BHT) 2 (THF) 2 를 사용하여 생성된 PPF 중합체의 조건 및 수율
Figure pct00023
초기에, 벤질 알코올 (BnOH)을 사톨루엔 중의 2 M의 총 농도의 시약과 함께 일차 알코올 개시제로서 사용하였다. 반응을 밀봉된, 건조 N2 분위기에서 80℃로 수행하였다 (반응식 2). 중합을 과량의 클로로포름으로의 켄칭 이전 24시간 동안 지속하였고, 그 후 중합체를 디에틸 에테르 중의 침전으로부터 회수하였다.
반응식 2.
폴리(프로필렌 말레에이트)를 형성하기 위해 다양한 개시제를 사용하는 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 개환 공중합
Figure pct00024
MAn의 단량체 전환율은 조 반응 혼합물의 1H NMR 분광 분석 및 상응하는 중합체 양성자 공명 (δ = 6.26 ppm)에 대한 단량체 양성자 공명 (δ = 7.01 ppm)의 비교를 통해 모니터링되었다. PO의 단량체 전환율은 1H NMR 분광법을 사용하여 신뢰할 수 없는 적분값을 야기하는 낮은 증기압 및 PO의 비점의 결과로서 특성화하지 않았다. 회수된 물질의 1H NMR 분광 분석은 중합체가 또한 존재하는 벤질 알코올(도 1)에 상응하는 양성자 공명을 갖는 폴리(프로필렌 말레에이트)이었음을 보여준다. 특히, PO의 단독 중합체로부터 관찰되는 메틸렌 양성자에 상응하는 양성자 공명 (δ = 3.3-3.5 ppm)을 없었다. MAn의 단독중합은 공중합 과정에서 관찰되지 않았으나, PO의 단독중합은 이전에 PO의 더 높은 반응성 및 촉매의 낮은 선택성을 야기하는 더 높은 고리-변형의 결과로서 관측되었다. 중합체 골격으로 혼입된 MAn 및 PO의 비는 거의 등몰로 유지되었고, 따라서, 몇몇 부반응 (예컨대 혼입된 MAn의 알켄에서의 분지화 또는 가교결합)이 발생되는 것으로 관측된다.
매트릭스 보조 레이저 탈착/이온화 비행시간형 질량 분광분석법 (MALDI-ToF MS)은 사슬 말단-기 정확도를 확인하기 위해 사용되었다. 교대 공중합계로부터 예상된 바와 같이, 2개의 주요한 분포는 전체 중합체 반복 단위 또는 절반 중합체 반복 단위 (즉, 사슬-말단에 혼입된 하나의 추가의 말레산 무수물 또는 산화프로필렌)에 기인하는 것으로 관측되었다. 두 개의 주요 분포에 대한 말단기는 BnOH 개시에 상응하는 것으로 계산되었고, 소수의 분포가 관측되지 않았다. 촉매로서 Mg(BHT)2(THF)2를 사용하는 MAn 및 PO의 공중합은 선택적으로 일차 알코올 공급원으로부터 개시될 것이다. 오르가노촉매를 사용하는 이전의 공중합은 알켄 결합에서의 가교결합 및 원치않는 하이퍼분지형 공중합체의 형성을 포함하는 원치않는 부반응에서 수득되었다. 또한, PPM의 MALDI-ToF 질량 스펙트럼은 또한 PO 단독중합의 결여를 확인하였고, 또 다른 PO 반복 단위에 인접한 PO 첨가에 기인하는 연속적인 질량 차이는 존재하지 않았다. MAn 및 PO의 공중합에 대한 메커니즘은 디메틸 아연 촉매를 사용하는 무수물 및 에폭사이드의 ROCOP에 유사한 방식으로 일어날 수 있고, 여기서 말레산 무수물의 배위 삽입은 유일하게 알코올 사슬 말단에 의해서만 개시될 수 있고, 에폭사이드의 배위 삽입은 유일하게 카복실산 사슬 말단에 의해 개시될 수 있고, 이는 교대 공중합을 야기한다.
MAn 및 PO의 ROCOP의 유사-1차 동력학은 25개의 반복 단위의 표적화된 중합도 (DP)로 동일한 조건으로 후속되었다. 분취액을 8시간의 기간에 걸쳐 취출하였고, MAn의 단량체 전환율은 조 혼합물의 1H NMR 분광 분석에 의해 결정되었다. (도 5a) 각각의 분취액의 분자량 분포는 침전 이후 SEC에 의해 결정되었다. (도 5b) MAn의 단량체 전환율은 2차 동력학을 나타내었고, 전파의 속도 상수 (k' p)는 k' p = 1.36 × 10-5 s-1인 것으로 관측되었다. 유사-1차 동력학의 결과로서, 활성 사슬의 수가 유지되고, 종결 부반응이 중합 전반에 걸쳐 일어나지 않은 것이 추정될 수 있다. 증가하는 단량체 전환율과 함께의 선형 분자량 성장 및 낮은 Ð M는 또한 각각에 대해 관측되었고, 이는 제어된 ROCOP의 추가의 증거를 제공한다.
공중합 동력학에 대한 제어력을 정량화하기 위해, DP의 범위는 표적화되었다. PPM은 공단량체에 대한 개시제의 비에 기초하여 10, 25, 50 및 100의 DP를 표적화하여 합성되었다 (도 6). 최종 공중합체의 분자량은 1H NMR 분광법 및 SEC를 사용하여 특성규명되었다. 수득한 공중합체의 DP는 개환 산화프로필렌 (δ = 5.25 ppm)의 메틴 양성자 공명 및 개환 말레산 무수물 (δ = 6.26 ppm)의 알켄 양성자 공명에 대한 벤질 알코올 메틸렌 양성자 공명 (δ = 5.01 ppm)의 비에 기초하여 계산되었다. 분자량은 전반에 걸쳐 관측된 낮은 Ð M과 함께 표적화된 DP와 함께 선형으로 증가되는 것으로 관측되었다.
자연적으로, 벤질 사슬-말단은 중합후 또는 프린팅후 생체활성 종으로의 개질에 대해 이상적인 말단기는 아니다. 이를 위해, MAn 및 PO의 ROCOP는 일차 알코올 개시제로서 프로파르길 알코올을 사용하여 동일한 조건 하에 수행되었다 (반응식 3). 수득한 PPM의 1H NMR 분광 분석은 δ = 4.78 및 2.27 ppm에서의 양성자 공명의 존재를 나타내었고, 이는 각각 프로파르길 알코올의 메틸렌 및 알킨 양성자에 상응하는 것이다. MALDI-ToF MS는 추가로 프로파르길 알코올로부터의 개시를 확인하였다. 하나의 주요 및 하나의 소수 분포인 2개의 분포가 관측되었고, 둘은 프로파르길 알코올 사슬-말단에 상응하는 분자량이다. 벤질 알코올 개시로 관측되는 바와 같이, 주요 분포는 완전한 반복 단위를 갖는 PPM이었고, 소수 분포는 짐작컨대 사슬 말단에서 추가의 산화프로필렌 단위를 함유하였다. 다른 분포가 관측되지 않았고, 이는 고도의 사슬 말단-기 정확도가 달성되는 것을 나타낸다.
반응식 3
개시제로서 프로파르길 알코올을 사용하는 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 ROCOP로부터의 염료- 및 펩타이드 - 작용화된 폴리 (프로필렌 푸마레이트 ) 스캐폴드의 합성
Figure pct00025
MAn 및 PO의 ROCOP는 동일한 조건 하에서 개시 종으로서 일차 알코올 4-하이드록시-2-부탄온 (4HB)을 사용하여 추가로 연구되었다. 4HB는 아민 또는 하이드록실아민으로의 프린팅후 작용화를 촉진하기 위해 개시제로서 선택되었다. 4HB로부터의 개시는 각각 δ = 4.45 및 2.19 ppm에서 관측되는 아실 메틸렌 및 메틸기의 특징적인 양성자 공명과 함께 수득한 PPM 물질의 1H NMR 분광법에 의해 확인되었다. 마찬가지로, MALDI-ToF MS는 중합체의 사슬-말단 정확도를 확인하기 위해 사용되었다. 그러나, 요구되는 이온화 에너지의 결과로서, 절단 부반응이 일어났고, 여기서 말단기는 절단되어 부산물로서 아크롤레인을 방출하였다. 그 결과, 말단기는 MALDI-ToF MS에 의한 물 개시인 것을 나타내었고, 이는 동일한 물질의 1H 및 13C NMR 분광법에서 관측되지 않았다. 이전의 문헌은 중합 과정에서의 물의 존재는 중합을 개시하기 보다는 촉매를 피독시키는 것을 나타내었다. 벤질 알코올 및 프로파르길 알코올 개시된 시스템과 달리 3개의 분포가 관측되었고, 이는 1, 2 또는 3개의 추가의 PO 반복 단위를 갖는 전체 PPM 반복 단위와 일치된다. 그러나, 각각의 분포는 4HB 사슬 말단을 나타내었고, 따라서 사슬 말단 정확도는 PO 혼입에 대한 증가된 선호도에도 불구하고 보존되었다.
말단기 개질가능한 PPF를 생성하기 위해, PPM의 이성질체화는 말단기 종의 절단 또는 다른 부반응을 야기하는 부반응 없이 수행되어야 한다. 이전에 보고된 과정 (문헌 [DiCiccio, A. M.; Coates, G. W., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 10724-10727] 참조, 그것의 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함됨)에 따라, 벤질 알코올 개시된 PPM의 이성질체화는 촉매로서 디에틸아민 (알켄마다 0.15 당량)을 사용하여 CHCl3 중의 0.5 M의 농도에서 24시간 동안 환류 하에 수행되었다. 용매가 회전식 증발을 통해 제거되기 이전에 디에틸아민을 완전하게 제거하기 위해 용액을 인산나트륨 완충 용액 (3:1 v/v)으로 세정하였다. 회수된 중합체의 1H NMR 분광법은 시스-알켄 양성자 (δ = 6.2 ppm)에 기인하는 양성자 공명 및 트랜스-알켄 양성자 (δ = 6.7 ppm)에 기인하는 신규한 양성자 공명의 완전한 감소를 나타내었고, 이는 시스-알켄 함유 PPM을 트랜스-알켄 함유 PPF로의 완전한 이성질체화를 나타낸다.
1H NMR 스펙트럼의 추가의 분석은 각각의 말단기의 양성자 공명이 이성질체화 이전에 중합체에 일치되는 적분값을 가진 재로 유지되는 것을 나타내었고, 이에 따라 말단기가 이성질체화 과정에 의해 영향을 받지 않음이 입증된다. 이는 유사한 분자량 분포를 보여주는 이성질체화 이전 및 이후의 중합체의 SEC 분석에 의해 추가로 확인되었다.
이러한 실험에서 생성된 PPF 중합체의 특성은 하기 표 2에 요약되어 있다:
표 2
다양한 알코올 개시제 및 표적화된 DP와 함께 촉매로서 Mg(BHT) 2 (THF) 2 를 사용하여 생성된 PPF 중합체의 특성
Figure pct00026
또한 도 1-3, 7-12를 참조한다.
더 낮은 온도에서 다른 유기금속 촉매를 사용하는 PPM의 생성에 대한 비교로서, MAn 및 PO의 ROCOP는 개시제로서 벤질 알코올 및 촉매로서 Mg(BHT)2(THF)2를 사용하여 45℃에서 헥산 중의 2M의 총 단량체 농도로 수행되었다. 저온의 결과로서, 더 긴 중합 시간이 필요하고, 이에 따라 중합 켄칭 이전에 96시간 동안 지속시켰다. 톨루엔 중의 중합과 달리, MAn은 용액을 가열하기 이전에 용해시키는 것으로 관측되지 않았다. 유사하게는, 중합체는 중합의 대부분에 걸쳐 헥산 용액과 불혼화성인 것으로 관측되었고, 이는 또한 단량체 전환이 1H NMR 분광법에 의해 모니터링되는 것을 방해하였다. 그러나, 1H NMR 분광법에 의한 수득한 중합체의 분석은 PPM은 단량체에 대한 개시제의 초기 몰비에 기초한 표적화된 DP로 합성되는 것을 나타내었다 (표 3). MALDI-ToF MS는 추가로 말단기 정확도가 물 개시 또는 물과의 에스테르교환 부반응에 기인하는 분포 없이 중합 과정에서 유지되는 것을 입증하였다. 중합체의 SEC 분석은 분자량이 심지어 반응 용액에 불혼화성인 대다수의 중합체를 사용한 낮은 Ð M (1.17)과 함께 1H NMR 분광법에 기초한 이론적 M n 및 M n 둘 모두와 일치되었음을 나타내었다.
표 3
다양한 DP에 대한 헥산 중에서 생산된 PPF의 분자량 특성
Figure pct00027
또한 도 4, 13-15를 참조한다:
상기에 제시된 바와 같이, 이러한 시스템이 감소된 온도의 결과로서 더 긴 중합 시간을 요구하지만, 이러한 방법은 규모확대 반응의 관점에서 유리할 수 있다. 헥산에서의 중합체가 아닌 모든 시약의 용해도는 다수의 불순물이 중합 이후 헥산 용액을 경사분리함으로서 순수하게 중합체로부터 제거되는 것을 의미하고, 이에 따라 순수한 PPM을 회수하기 위한 침전의 수를 감소시킨다. 유리하게는 경사분리된 용액이 실온으로 냉각되는 경우에, 미반응된 MAn은 재결정화되는 것으로 관측되었고, 추가의 사용을 위해 회수될 수 있다. 화학적으로 동일한 톨루엔 및 헥산 중에서 생성된 PPM의 결과로서, PPF로의 이성질체화는 동일한 조건에서 수행되었고, 트랜스-알켄으로의 모든 시스-알켄의 완전한 전환이 야기되었다 (도 4).
상기에 제시된 바와 같이, 3D 스캐폴드를 프린팅하기 위해, 말단-작용화된 PPF는 이전에 보고된 조성물과 함께 수지로 혼합되었다. 문헌 [Luo, Y.; Dolder, C. K.; Walker, J. M.; Mishra, R.; Dean, D.; Becker, M. L., Biomacromolecules, 2016, 17, 690-697]을 참조하고, 이의 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다. 간단하게는, 말단-작용화된 PPF는 동등 질량의 디에틸 푸마레이트 (DEF)에 용해시키고, 광개시제 및 광 산란 제제 (4.1 wt.%)의 혼합물은 수지 전반에 균일하게 혼합되었다. 박막은 EnvisionTEC Micro cDLP 프린터를 사용하여 프린팅될 수 있다. 프로파르길 알코올-작용화된 PPF 디스크 (
Figure pct00028
= 6 mm)가 프린팅되고, 표면적을 계산하였다. Chromeo® 546-아자이드 염료는 구리-매개된 아자이드-알킨 고리화부가 (CuAAC)를 사용하여 디스크에 부착되었고, 프로파르길 알코올 말단기의 표면 농도는 감산 농도 방법(subtractive concentration method)을 통해 계산되었다. 즉, 염료 용액의 농도의 감소는 필름이 용액으로 침적된 이후에 UV/가시광 및 형광 분광법을 통해 측정되었다. 촉매의 존재 하에 촉매 없이 필름을 코팅하고, 최초 용액에 대해 비교하였다. 표면 상의 염료의 물리적 흡착은 30.0 (± 3.3) pmol.cm-2의 CuAAC 표면 부착 농도와 비교하여 0.1 (± 0.1) pmol.cm-2의 농도를 가지는 것으로 결정되었다. 다른 표면 작용화된 물질, 예컨대 PEG-펩타이드 하이드로겔 및 펩타이드 가교결합된 폴리(에스테르 우레아)는 증가된 세포 생존력에서의 실증 연구를 사용하여 유사한 표면 농도를 나타내었다. 아자이드-작용화된 염료의 선택적 부착은 마스크로서 작용하는 육각형 격자 투과 전자 현미경검사 (TEM) 그리드로 피복된 박막 상의 Megastokes® 673-아자이드 염료의 CuAAC를 통해 추가로 실증되었다. 피복된 필름은 1시간 동안 이소프로필 알코올 및 물 혼합물 중의 황산구리 및 나트륨 아스코르베이트의 용액에 침지시켰다. 필름을 3회 탈이온수로 세정하고, 이미지형성을 위해 673 nm 필터가 구비된 형광 현미경 하에 배치하였다.
말단-작용화된 중합체가 생물활성 펩타이드로 유도될 수 있는지 확인하기 위해, 세포 연구는 표면 작용화 이후 펩타이드가 생물활성인지 여부를 평가하기 위해 마우스 MC3T3-E1 세포를 사용하여 수행되었다. 펩타이드 서열 GRGDS는 생체적합물질 표면에의 세포 유착을 향상시키기 위해 널리 사용되는 RGD 서열의 유사체이다. 아자이드-작용화된 GRGDS (N3-GRGDS)는 이러한 목적을 위한 고상 펩타이드 합성을 통해 합성하고, CuAAC를 사용하여 프로파르길 알코올 말단-작용화된 PPF 디스크에 부착되었다. (도 16 참조) 디스크는 또한 대조군 시편으로 작용하도록 N3-GRGDS 첨가 없이 그리고 황산구리 촉매 첨가 없이 제조되었다. 원형 디스크는 6 mm의 직경으로 프린팅되었고, 광개시제 부산물을 제거하기 위해 클로로포름, 아세톤 및 에탄올로 세정하였다. 70% 에탄올 및 UV 광으로의 멸균 이후, 디스크는 이후 세포독성에 대해 시험되었다. MC3T3-E1 세포는 250 세포.mm-2로 PPF 디스크 상에서 배양되었다. 37℃ 및 5% CO2에서의 48시간 인큐베이션 이후, 디스크를 라이브/데드® 검정에 가하였고, 여기서 생존 세포는 녹색 칼세인 AM 염료에 의해 확인될 수 있고, 사멸한 세포는 형광 현미경검사 하에 적색 에티듐 동종이량체 염료에 의해 확인되었다. 디스크는 대조군으로서 사용된 사전-배양된 유리 슬라이드로 3회 정량화하였다 (도 17). GRGDS 펩타이드로 유도된 디스크는 말단-작용화된 PPF (첨가된 RGD 용액 없음) 및 물리적으로 흡착된 말단-작용화된 PPF (구리가 첨가되지 않은 RGD 용액) 대조군 디스크의 유사한 세포 생존비를 나타내었다. 유리 슬라이드 대조군에 대한 생존비의 정규화는 모든 필름에 대해 90% 초과의 세포 생존력을 나타내었다. 따라서, 말단-작용화된 PPF의 세포독성은 낮고, ROCOP 촉매로서 Mg(OEt)2를 사용하여 생산된 단계-성장 중합 생산된 PPF 및 PPF 둘 모두와 직접적으로 비슷하였다.
액틴 및 핵의 조직화학 염색은 또한 세포 부착을 시각화하기 위해 실시되었다. GRGDS 작용화된 디스크는 인테그린 보조된 부착과 일치되는 말단-작용화된 PPF 대조군 모두보다 더 큰 면적에 걸쳐 잘 정의된 액틴 필라멘트 형성과 함께 씨딩 이후 향상된 확산(spreading)을 나타내었다. 이들 초기 세포 연구에서 수집된 데이터는 GRGDS 펩타이드가 프로파르길 알코올-개시된 PPF 디스크에 고정되는 경우에 생물활성 및 생체이용가능한 것으로 유지되었고, 다른 펩타이드 또는 생물활성 분자로의 추가의 작용화가 실행가능하다. 리간드, 농도 및 분해의 보다 진전된 연구는 관련된 전임상 모델에서 진행 중이다.
본 발명의 말단기 개질가능한 폴리(프로필렌 푸마레이트) (PPF)는 ROCOP 및 작용성 일차 알코올 개시제의 사용을 통해 합성되었다. ROCOP의 특징의 결과로서, 말단기 개질가능한 PPF는 중합 또는 이성질체화 과정에서 에스테르교환 부반응 또는 고리화로부터 말단기 작용가의 손실 없이 임의의 표적화된 분자량으로 제조될 수 있다. 게다가, 중합후 및 프린팅후 PPF 스캐폴드의 표면을 개질하는 능력은 소분자 염료 및 단쇄 펩타이드의 부착으로 실증되었다. 후속적인 세포 검정에서 관측된 낮은 세포독성은 PPF의 이러한 생성 방법이 물질의 펩타이드 작용화를 통해 유도된 세포 분화에 대한 잠재력과 함께 이전 방법과 비슷한 것을 나타내었다.
작용화된 산화프로필렌 단량체의 제조 방법
또 하나의 양태에서, 본 발명은 상기 논의된 작용화된 산화프로필렌 공단량체를 형성하기 위한 신규한 방법에 관한 것이다. 일반적으로 개요에서, 이러한 반응은 상 이동 화학을 사용하여 산화프로필렌 공단량체에 대한 작용기의 첨가를 수반한다. 이러한 반응에서, 원하는 작용기를 함유하는 하나 이상의 알코올, 예컨대 프로파르길 알코올은 염기, 예컨대 NaOH 또는 KOH를 함유하는 수용액에 용해시키고, 할로겐화된 산화프로필렌을 함유하는 용액, 예컨대 (±)-에피클로로히드린, 상 이동제 예컨대 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트, 및 유기 용매와 반응된다. 반응 과정에서, 작용기를 함유하는 분자는 수성상으로부터 유기상으로 이동되고, 여기서 이는 에테르 결합에 의해 산화프로필렌의 말단에 결합된다. 따라서, 일차 할라이드에서 에테르 결합을 형성함으로써, 상이한 유형의 작용화된 산화프로필렌이 수득될 수 있고, 하기 상세히 기재된 바와 같이 금속 촉매와의 개환 공중합에 의해 작용화된 PPF를 합성하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 구현예에서, 알코올 상의 작용기는 PPF 중합체에 첨가되는 생물활성 화합물 (즉 생물활성 약물, 펩타이드, 단백질, 당, 등), 또는 임의의 다른 화합물 상의 상응하는 작용기와 함께 "클릭" 또는 다른 반응으로 유입될 수 있는 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기일 수 있다. 다양한 구현예에서, 본 발명의 작용화된 산화프로필렌 공단량체를 형성하기 위해 사용되는 알코올은 비제한적으로, 프로파르길 알코올, o-니트로벤질 알코올, (±)-에피클로로히드린, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 이들 구현예에서, 적합한 염기는 비제한적으로, NaOH 또는 KOH를 포함할 것이다. 이들 구현예들 중 일부에서, 할로겐화된 산화프로필렌은 비제한적으로, (±)-에피클로로히드린일 수 있다. 다양한 구현예에서, 상 이동제는 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트 테트라헥실암모늄 하이드로겐설페이트 테트라옥틸암모늄 하이드로겐설페이트 테트라데실암모늄 하이드로겐설페이트일 수 있다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 적합한 유기 용매는 비제한적으로, 톨루엔, 헥산, 혼합된 헥산, 헵탄, 옥탄, 디옥산, 펜탄, 노난, 데칸 도데칸 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌 공단량체는 하기 반응식 4에 따라 제조될 수 있다:
반응식 4
Figure pct00029
여기서 R은 작용기, 또는 PPF 중합체에 첨가되는 생물활성 화합물 (즉 생물활성 약물, 펩타이드, 단백질, 당, 등), 작용성 종 또는 임의의 다른 화합물 상의 상응하는 작용기와 함께 "클릭" 또는 다른 반응으로 유입될 수 있는 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기이다. 일부 구현예에서, 표적화된 생물활성 화합물은 상응하는 작용기를 첨가하도록 작용화될 수 있고, 단, 이를 실시하는 것은 생물활성 화합물을 변성하지 않거나 또는 그렇지 않으면 생물활성 화합물, 작용성 종, 또는 다른 화합물이 그것의 의도된 목적을 위해 비효과적으로 첨가되지 않게 한다. 하나 이상의 구현예에서, R은 알킨, 알켄, 하이드록실, 보호된 하이드록실, 티올 또는 할라이드 작용기 또는 이러한 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기일 것이다.
다양한 구현예에서, 본 발명의 작용화된 산화프로필렌 공단량체를 형성하는 방법은 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 염기를 함유하는 수용액에 프로파르길 알코올을 첨가하여 시작된다. 이들 구현예들 중 일부에서, 프로파르길 알코올은 교반하면서 약 -10℃ 내지 약 30℃의 온도로 약 20 중량% 내지 약 50 중량%의 NaOH를 함유하는 수용액에 적가하였다. 이들 구현예들 중 일부에서, 수용액은 약 20 중량% 내지 약 45 중량%, 다른 구현예에서, 약 20 중량% 내지 약 40 중량%, 다른 구현예에서, 약 20 중량% 내지 약 35 중량%, 다른 구현예에서, 약 20 중량% 내지 약 30 중량%, 다른 구현예에서, 약 30 중량% 내지 약 50 중량%, 다른 구현예에서, 약 35 중량% 내지 약 50 중량%, 다른 구현예에서, 약 40 중량% 내지 약 50 중량%의 NaOH를 함유한다. 일부 구현예에서, 수용액은 약 -10℃ 내지 약 20℃, 다른 구현예에서 약 -10℃ 내지 약 15℃, 다른 구현예에서 약 -10℃ 내지 약 10℃, 다른 구현예에서 약 -10℃ 내지 약 5℃, 다른 구현예에서 약 -10℃ 내지 약 0℃, 다른 구현예에서 약 -5℃ 내지 약 30℃, 다른 구현예에서 약 0℃ 내지 약 30℃, 및 다른 구현예에서 약 10℃ 내지 약 30℃의 온도에서 형성된다.
다음으로, (±)-에피클로로히드린 및 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트는 적합한 유기 용매, 예컨대 헥산에 용해되고, 불활성 분위기 하에 수성 프로파르길 알코올 용액에 물을 첨가한다. 온도는 주위 온도로 복귀되고, 상기 반응은 불활성 분위기, 예컨대 N2 블랭킷 하에 약 1 시간 내지 약 24 시간 동안 진행되어 글리시딜 프로파르길 에테르를 생성한다. 일부 구현예에서, 상기 반응은 약 5 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 10 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 12 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 20 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 15 시간, 및 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 10 시간 동안 진행된다.
상기 반응은 이후 켄팅되고, 수득한 조 생성물은 당업계에서 알려진 임의의 적합한 수단에 의해 정제된다. 일부 구현예에서, 상기 반응은 염수에서 켄칭된다. 이들 구현예들 중 일부에서, 조 생성물은 적합한 유기 용매로 추출되고, 칼럼 크로마토그래피 또는 증류에 의해 정제되어 정제된 글리시딜 프로파르길 에테르를 생성한다. 이들 구현예들 중 일부에서, 추출 단계는 3회분의 디클로로메탄 (DCM)으로 조 생성물을 추출하고, Na2SO4 상에서 조합된 유기층을 건조하고, Na2SO4로 필터링하고, 회전식 증발로 조 생성물을 농축시키는 것을 수반한다.
일부 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌 공단량체는 하기 실시예 18에서 제시된 바와 같이 제조될 수 있다.
일부 다른 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌 공단량체 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)은 실질적으로 동일한 반응을 사용하여 o-니트로벤질 알코올로부터 제조될 수 있다. 이들 구현예에서, o-니트로벤질 알코올은 적합한 용매 예컨대 1,4-디옥산 또는 THF, 및 전달제, 예컨대 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트, 및 염기 예컨대 수산화나트륨 (NaOH) 또는 수산화칼륨 (KOH)을 함유하는 수용액에 용해시킨다. 이들 구현예들 중 일부에서, 수용액은 약 20 중량 중량% 내지 약 50 중량 중량%의 NaOH를 함유하고, 이들 구현예들 중 일부에서 수용액은 약 20 중량% 내지 약 45 중량%, 다른 구현예에서, 약 20 중량% 내지 약 40 중량%, 다른 구현예에서, 약 20 중량% 내지 약 35 중량%, 다른 구현예에서, 약 20 중량% 내지 약 30 중량% , 다른 구현예에서, 약 30 중량% 내지 약 50 중량% , 다른 구현예에서, 약 35 중량% 내지 약 50 중량% , 다른 구현예에서, 약 40 중량% 내지 약 50 중량%의 NaO를 함유한다.
다음으로, (±)-에피클로로히드린은 교반하면서 약 -10℃ 내지 약 30℃의 온도에서 혼합물에 첨가된다. 일부 구현예에서, (±)-에피클로로히드린은 약 -10℃ 내지 약 20℃, 다른 구현예에서 약 -10℃ 내지 약 15℃, 다른 구현예에서 약 -10℃ 내지 약 10℃, 다른 구현예에서 약 -10℃ 내지 약 5℃, 다른 구현예에서 약 -10℃ 내지 약 0℃, 다른 구현예에서 약 -5℃ 내지 약 30℃, 다른 구현예에서 약 0℃ 내지 약 30℃, 및 다른 구현예에서 약 10℃ 내지 약 30℃의 온도에서 혼합물에 적가된다.
온도는 이후 주위 온도로 복귀되고, 상기 반응은 불활성 분위기, 예컨대 N2 블랭킷 하에서 약 1 시간 내지 약 96 시간 동안 (또는 시약이 완전하게 반응될 때까지) 진행되어 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)을 생성하였다. 일부 구현예에서, 상기 반응은 약 1 내지 약 72 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 48 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 6 시간 내지 약 96 시간, 다른 구현예에서, 약 12 시간 내지 약 96 시간, 및 다른 구현예에서, 약 24 시간 내지 약 72 시간 동안 진행되었다.
수득한 조 생성물은 당업계에서 알려진 임의의 적합한 수단에 의해 정제된다. 일부 구현예에서, 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)은 2시간 이상 동안 유기 용매 예컨대 디에틸 에테르 또는 THF의 첨가에 의해 유기상으로 추출된다. 매회 유기상은 분리되고 수집된다. 조합된 유기상은 이후 과잉의 H2O, 포화된 중탄산나트륨, 및 포화된 염화나트륨으로 2회 이상 동안 세정된다. 마찬가지로, 유기층은 분리되고 각각 세정하여 수집되고, 이후 조합되고, MgSO4 상에서 건조되고, 여과되고, 회전식 증발로 농축되었고, 칼럼 크로마토그래피 또는 증류에 의해 정제하여 정제된 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)을 생성하였다.
단량체-작용화된 PPF 중합체의 제조 방법
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기 논의된 작용화된 PPF 중합체를 형성하는 신규한 방법에 관한 것이다. 전형적으로, PPF 합성을 위한 ROP 방법은 공단량체로서 말레산 무수물 및 산화프로필렌을 사용하고, 이는 PPF를 형성하기 위한 이성질체화되기 이전에 유기금속 촉매를 사용하는 교대 개환 공중합 (ROCOP)이 진행된다. 정정된 반응 조건 하에서, 유기금속 촉매를 사용하는 교대 개환 공중합 (ROCOP)에 의한 PPF 합성은 높은 말단기 정확도, 중합 과정에서의 분자량의 정확한 조절, 선형 분자량 성장 및 좁은 모노모달 분자량 분포를 나타낸다. 이러한 ROP 반응에서 상기 기재된 작용화된 산화프로필렌을 사용함으로써, 작용화된 측쇄를 갖는 단량체 작용화된 PPF 중합체가 생성된다. 하나 이상의 구현예에서, 또한 이들 단량체 작용화된 PPF 중합체는 상기 기재된 바와 같이 작용화된 개시 알코올을 통해 말단 작용화될 수 있다.
제어된 중합에 필요한 2개의 특징이 존재하고, 하나는 말단화가 없고 다른 하나는 사슬 이동이 없다. 이러한 2개의 특징은 잘 정의된 분자량 중합체의 합성을 위해 이상적으로 제어된 중합을 이룬다. 전형적으로, 환형 폴리에스테르의 경우, 제어된 중합을 이용하는 일반적인 방법은 ROP를 개시하기 위해 촉매를 사용하는 것이다. 그러나, 골 조직 엔지니어링 임상 스캐폴드 또는 임의의 다른 생체적합물질 생성물을 위한 PPF를 제조하기 위해, 물질의 생체내 영향이 고려되어야 한다. 골 조직 엔지니어링에 대해 이상적인 물질은 온건한 공정을 사용하여 제조되고, 무독성 방식으로 가공되고, 무독성 스캐폴드로 최종적으로 프린팅된다. 합성 단계의 경우, 반응 시스템에 첨가되는 모든 시약은 무독성이거나 또는 후속 공정에서 용이하게 제거되어야 한다. PPF 합성을 위해 이용되는 현재 ROP 방법에 기초하여, 촉매 및 용매 단독은 최종 중합체에 대해 독성을 도입되는 잠재력을 가진다. 용매는 용이하게 제거될 수 있고, 이에 따라 촉매 단독은 특별하게 고려되어야 한다. 유기금속 화합물은 물질로부터 미량의 량을 제거하기 위한 완전한 방법이 존재하지 않기 때문에 저독성이어야 한다. 이러한 요건을 충족시키기 위해, 인간 신체에의 사용을 위해 중심 금속 및 주위 리간드 모두를 고려하는 것이 필요하다.
모든 이러한 요건을 충족시키는 것으로 밝혀진 ROP에 대한 유기금속 촉매의 하나의 예는 마그네슘 2,6-디-tert-부틸-4-메틸펜옥사이드 (Mg(BHT)2(THF)2)이다. 중심 마그네슘 이온은 인간 몸체에 대한 비-세포독성 성분이고, 리간드 2,6-디-tert-부틸-4-메틸펜옥사이드 (부틸화된 하이드록시톨루엔, 즉 BHT)은 1954년에 식품 의약품국에 의해 식품 첨가물 및 안정화제로서 사용하기 위해 승인되었고, 하기의 일반적인 구조를 가진다:
Figure pct00030
이러한 마그네슘 촉매는 무독성일 뿐만 아니라 ROP 및 ROCOP 공정을 조절하는 양호한 능력을 가지며, 공기에 대해 민감성이 아니며, 촉매적 활성에 영향을 미치지 않고 상이한 개시제의 사용이 허용된다.
다양한 구현예에서, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체는 하기 반응식 5에 나타난 바와 같이 합성될 수 있다:
반응식 5
Figure pct00031
식 중, R은 작용기, 또는 PPF 중합체에 첨가되는 생물활성 화합물 (즉 생물활성 약물, 펩타이드, 단백질, 당, 등), 또는 임의의 다른 화합물 상의 상응하는 작용기와 함께 "클릭" 또는 다른 반응으로 유입될 수 있는 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기이고; R'는 상기에 기재된 바와 같은 말단 작용기이다. 다양한 구현예에서, R'는 비제한적으로, 하나 이상의 벤질기, 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기, 또는 이들의 조합일 수 있다.
다양한 구현예에서, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체는 하기 반응식 6에 나타난 바와 같이 합성될 수 있다:
반응식 6
Figure pct00032
식 중, R은 작용기, 또는 PPF 중합체에 첨가되는 생물활성 화합물 (즉 생물활성 약물, 펩타이드, 단백질, 당, 등), 작용성 종, 또는 다른 화합물 상의 상응하는 작용기와 함께 "클릭" 또는 다른 반응으로 유입될 수 있는 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기이다.
본 발명의 방법의 하나 이상의 구현예에서, 상기에 기재된 바와 같은 작용화된 산화프로필렌이 우선 제조된다. 다음으로, 작용화된 산화프로필렌, 상기에 기재된 바와 같은 개시 알코올, 예컨대 벤질 알코올, 프로파르길 알코올, 4-하이드록시부탄-2-온, 또는 5-노르보넨-2-올, 금속 촉매 예컨대 Mg(BHT)2(THF)2, 및 말레산 무수물은 표준 쉬렝크 라인 기술을 사용하여 적합한 용매 예컨대 톨루엔 또는 헥산에 용해된다. 다양한 구현예에서, 개시 알코올은 작용화된 개시 알코올일 수 있거나 아닐 수 있다. 이들 구현예들 중 일부에서, 용액의 총 단량체 농도는 약 1M 내지 약 6M, 다른 구현예에서, 약 1M 내지 약 5M, 다른 구현예에서, 약 1M 내지 약 4M, 다른 구현예에서, 약 1M 내지 약 3M, 다른 구현예에서, 약 2M 내지 약 6M, 다른 구현예에서, 약 3M 내지 약 6M, 및 다른 구현예에서, 약 4M 내지 약 6M이다.
다양한 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌은 사용되는 총 산화프로필렌 단량체의 약 30 몰% 내지 약 50 몰% (즉, 작용화된 산화프로필렌 및 산화프로필렌의 총 조합된 몰)를 차지할 것이다. 일부 구현예에서, 작용화된 산화프로필렌은 사용되는 총 산화프로필렌 단량체 (즉, 작용화된 프로필렌 및 산화프로필렌의 총 조합된 몰)의 약 35 몰% 내지 약 50 몰%의 총 단량체, 다른 구현예에서 약 40 몰% 내지 약 50 몰%, 다른 구현예에서 약 45 몰% 내지 약 50 몰%, 다른 구현예에서 약 30 몰% 내지 약 45 몰%, 다른 구현예에서 약 30 몰% 내지 약 40 몰%, 및 다른 구현예에서 약 30 몰% 내지 약 35 몰%를 차지할 것이다. 말레산 무수물은 사용되는 총 단량체 (즉, 작용화된 산화프로필렌, 산화프로필렌 및 말레산 무수물의 총 조합된 몰)의 약 50 몰%를 차지할 것이다.
하나 이상의 이들 구현예에서, 반응 용기는 밀봉되고, 약 1 시간 내지 약 48 시간 동안 (또는 본질적으로 모든 단량체가 소모될 때까지) 약 40℃ 내지 약 80℃의 온도로 가열되어 본 발명의 작용화된 PPF 중합체의 시스 이성질체 (작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)) 중간체를 생성한다. 일부 구현예에서, 반응 용기는 약 40℃ 내지 약 75℃, 다른 구현예에서, 약 40℃ 내지 약 70℃, 다른 구현예에서, 약 40℃ 내지 약 65℃, 다른 구현예에서, 약 40℃ 내지 약 60℃, 다른 구현예에서, 약 50℃ 내지 약 80℃, 다른 구현예에서, 약 55℃ 내지 약 80℃, 및 다른 구현예에서, 약 60℃ 내지 약 80℃의 온도로 가열된다. 일부 구현예에서, 반응 용기는 약 1 시간 내지 약 50 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 36 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 30 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 6 시간 내지 약 48 시간, 다른 구현예에서, 약 12 시간 내지 약 48 시간, 및 다른 구현예에서, 약 24 시간 내지 약 48 시간 동안 가열된다. 폴리(프로필렌 말레에이트) 중간체는 이 목적을 위해 당업계에서 알려진 임의의 적합한 방법에 의해 회수될 수 있다. 이들 구현예들 중 일부에서, 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 중간체는 적합한 유기 용매 예컨대 디에틸 에테르에서의 침전에 의해 회수된다.
하나 이상의 이들 구현예에서, 이러한 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 중간체는 이후 이성질체화되어 본 발명의 작용화된 PPF 중합체를 형성한다. 이들 구현예에서, 회수된 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 중간체를 이후 적합한 유기 용매, 바람직하게는 클로로포름에 용해시키고, 유기 염기, 예컨대 디에틸아민 또는 피리딘을 첨가한다. 생성된 용액은 이후 약 1 시간 내지 약 50 시간 동안 (또는 실질적으로 모든 폴리(프로필렌 말레에이트) 중간체가 이성질체화될 때까지) 불활성 분위기 하에서 환류 온도로 가열하여 본 발명의 작용화된 PPF 중합체를 생성한다. 일부 구현예에서, 용액은 약 1 시간 내지 약 36 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 30 시간, 다른 구현예에서, 약 1 시간 내지 약 24 시간, 다른 구현예에서, 약 6 시간 내지 약 48 시간, 다른 구현예에서, 약 12 시간 내지 약 48 시간, 다른 구현예에서, 약 18 시간 내지 약 48 시간, 다른 구현예에서, 약 24 시간 내지 약 48 시간, 및 다른 구현예에서, 약 36 시간 내지 약 48 시간 동안 환류되어 본 발명의 작용화된 PPF 중합체를 생성한다.
작용화된 PPF 중합체는 이 목적을 위해 당업계에서 알려진 임의의 적합한 방법에 의해 정제될 수 있다. 이들 구현예들 중 일부에서, 작용화된 PPF 중합체는 과잉의 인산염 버퍼 염수 용액 또는 적합한 산 용액에서 반복된 세정에 의해 정제하고, 상기에 기재된 바와 같이 유기층을 조합하고, 진공에서 생성된 중합체를 건조시켜 정제된 중합체를 생성된다.
실시되는 본 발명의 구현예를 추가로 정의하고 감소시키기 위해, 3개의 상이한 "클릭" 반응 가능 작용기를 선택하여 단량체 전구체를 작용화시키고, 하기 실시예 섹션에서 제시된 바와 같이 제조하였다. 제1 작용기는 1,3-쌍극성 고리화첨가가 가능한 알킬기이었다. 제2의 것은 카보닐기이었고, 이는 옥심 리게이션 반응이 진행될 수 있다. 마지막 것은 하이드록실기이었고, 이는 PPF 친수성을 조정할 수 있고, 추가의 작용화를 위한 잠재력으로 수소 결합을 형성할 수 있다.
작용화된 산화프로필렌 공단량체의 특성규명
1. 글리시딜 프로파르길 에테르 (GPE)
글리시딜 프로파르길 에테르 (GPE)을 H2O로부터 헥산으로 프로파르길 알코올을 이동시키기 위한 상 이동 시약 (즉 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트)을 사용하여 합성하였다. (실시예 18 참조) 정제 이후, 순수한 생성물은 1H NMR 분광법을 특징으로 하고, 데이터는 생성물의 화학 구조를 입증하기 위해 개시 물질과 비교되었다. GPE에 대한 1H GPE NMR 분광 데이터와 개시 물질의 것과의 비교는 에폭시 고리 및 알킨 작용가가 온전하게 유지되는 것을 나타낸다 (도 18). 나아가, 1H-1H COSY NMR 분광 데이터는 에폭시 구조로부터의 5개의 양성자 공명은 커플링되어 복합한 고슈아 커플링을 야기한다.
2. 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)
이들 실험에서, 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란은 루이스 염기로서 NaOH를 사용하여 합성되어 (±)-에피클로로히드린과의 에테르 연결을 형성한다. 정제 이후, 최종 생성물 1H NMR 분광 데이터는 개환 또는 다른 부정적인 부반응 없이 o-니트로벤질기가 에폭사이드 구조에 성공적으로 부착되는 것을 나타낸다 (도 19).
단량체 작용화된 PPM 중합체 중간체의 특성규명.
1. 폴리(글리시딜 프로파르길 에테르- 코 -말레산 무수물) (폴리(GPE- 코 -MA))
폴리(글리시딜 프로파르길 에테르-코-말레산 무수물)을 글리시딜 프로파르길 에테르 및 말레산 무수물의 개환 공중합에 의해 합성하였다. 침전 및 이성질체화 이후, 트랜스-배치형태 폴리(GPE-코-MA)는 1H 및 13C NMR 분광법에 의해 특성규명되었고, 분자량 분포는 MALDI-ToF MS 및 SEC에 의해 특성규명되었다.
MALDI-ToF MS 데이터에 기초하여, 피크 근처 사이의 규칙적 분자량 손실 (210.10 Da)은 중합체 반복 단위의 분자량과 동일하고, 이는 작용화된 PPF가 수득되는 것을 입증하고; 유사하게는 1H NMR 스펙트럼은 6개의 상이한 양성자 공명을 나타내고, 이는 반복 단위에서의 6개의 상이한 양성자에 상응한다 (도 20). 수득한 PPF의 13C NMR 스펙트럼은 말레산 무수물 공단량체 및 작용화된 에폭사이드 공단량체로부터의 탄소 공명을 나타내고 (도 21), 이는 교대 공중합체가 수득되었음을 의미한다.
이러한 시스템이 가질 수 있는 조절력을 시험하기 위해, 4개의 상이한 표적 DP 중합은 공단량체 및 촉매 공급비를 기초하여 시험하였다. 동일한 반응 조건 과정에서, 결과는 상기 표적 DP가 대략 25가 되는 경우에 중합은 양호한 정확도와 함께 특정 DP를 표적화할 수 있다 (표 4). 그 동안에, 상기 표적 DP가 25를 초과하는 경우에, 시스템은 결국 불량한 중합체 용해도의 결과로서 제어력이 손실될 것이고, 25 미만의 표적 DP가 제어될 수 있다. SEC 결과는 심지어 시스템이 제어력이 손실된 경우에도 표적 DP 50의 중합체 분산도는 전통적 에스테르교환 방법과 비교되는 경우에 여전히 양호한 것을 나타낸다. 이는 촉매를 사용하는 ROP는 정확하게 중합을 조절하기 위한 내부 특성을 가지는 것을 의미한다.
표 4
상이한 표적 중합도로의 글리시딜 프로파르길 에테르 및 말레산 무수물의 공중합
Figure pct00033
2. 폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란- 코 -말레산 무수물) (폴리(NMMO- 코 -MA))
폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란-코-말레산 무수물) 합성은 폴리(GPE-코-MA)와 유사한 방법을 사용하여 수행되었다. (하기 실시예 19 참조) 디에틸아민 (알켄당 0.15 mol. 당량)을 사용한 CHCl3에서의 환류 과정에서 알켄기의 이성질체화의 정도를 결정하기 위해, 이성질체화 이전 및 이후에 중합체의 1H NMR 스펙트럼이 사용되었다. 이성질체화 이전 및 이후의 NMR 스펙트럼에서 관측되는 바와 같이, 이성질체화 (δ = 6.27 ppm 내지 δ = 6.89 ppm) 이후의 알켄기로부터의 양성자 공명의 화학적 이동에서의 분명한 변화가 존재하고, 이는 시스 내지 트랜스 배치형태 변화와 관련된다 (도 22). 이는 폴리(GPE-코-MA)의 이성질체화 과정에서 유사하게 표시된다.
나아가, MALDI-ToF MS 데이터는 생성되는 프로파르길 알코올에 의해 개시되는 중합체만을 통해 폴리(NMMO-코-MA) 에 대한 높은 말단기 정확도를 나타내고, 이는 이용되는 촉매가 바람직하지 않은 부반응 없이 상이한 에폭사이드를 용인할 수 있다는 것을 의미한다. 매 근접한 2개의 피크 (307.21 Da) 마다의 동등한 질량 감소 및 분명한 1H, 13C NMR 스펙트럼은 작용화된 화학 구조가 존재하는 것을 입증한다 (도 23-24).
SEC 분석을 통해, 폴리(NMMO-코-MA)의 수평균 분자량 (M n)은 약 2.6 KDa인 것으로 결정되었고, 중량 평균 분자량 (M w)은 2.7 KDa인 것으로 결정되었고, 1.04의 분산도 (Ð M)를 야기하였다. 제어된 중합을 위해, 이상적인 분산도는 1이고, SEC는 폴리(NMMO-코-MA)의 분산도가 이상적인 분산도에 매우 근접하고, 이는 이러한 중합의 성공적인 조절이 달성되는 것을 의미한다.
1H NMR 분광 데이터에 의해 입증되는 NMMO 및 MA 공중합에 대한 다른 완전한 특성은 NMMO 및 MA의 공중합은 높은 전환율 (99%)을 나타내고, DP는 상기 표적 DP (즉 25)에 거의 동일하다. 가능한 이유는 측면기 니트로벤질은 반응 용매 (즉 톨루엔) 중의 중합체의 용해도를 변경하고, 이는 중합 과정에서 더 적은 고체 침전과 일치된다. 다른 에폭사이드가 사용되는 경우, 단량체의 불량한 용해도 또는 낮은 비점은 중합 속도에 중대하게 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 산화프로필렌은 34℃에서 비등하고, 결과적으로 중합 과정에서 용액으로부터 비등하여 제거된다. (도 24 참조)
중합의 동력학 연구
유사-1차 동력학 연구는 추가 공중합 과정에서 상이한 작용화된 단량체의 공중합 공정 및 영향을 이해하기 위해 수행되었다. 본원에서 합성된 2개의 유형의 에폭사이드 단량체가 연구되었으며, 동력학 연구는 GPE와 NMMO 사이의 공중합 속도 사이에서의 차이를 나타낸다.
1. 글리시딜 프로파르길 에테르 및 말레산 무수물의 공중합을 위한 동력학 연구
GPE 및 MA의 공중합의 경우, GPE 및 MA의 단량체 소모의 속도는 유사하고, 이는 이러한 2개의 단량체는 교대 공중합이 매우 잘 진행되는 것을 나타내었고 (도 25); 그러나, 장기간 중합이 고려되는 경우에, GPE 전파 속도는 MA 전파 속도보다 더 빠르고 (도 26), 이는 MALDI-ToF MS 데이터의 말단기 분석에 의해 설명될 수 있다. MALDI-ToF MS 데이터에 기초하여, GPE로 말단화된 소량의 중합체 사슬이 존재하고, 여기서 에테르 부착은 사슬 절단 부반응을 통해 제거되었다. 이들 GPE 말단기는 상대적으로 장기간 동안 더 높은 전환율 및 더 빠른 소모 속도와 관련된다. (표 5 참조)
표 5
1 H NMR 분광법에 기초한 글리시딜 프로파르길 에테르 (GPE) 및 말레산 무수물 (MA)의 전환율 및 ln([M] 0 /[M] t )
Figure pct00034
2. 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 및 말레산 무수물의 공중합에 대한 동역학 연구
표 6
1 H NMR 분광법 a 에 기초한 2-[[(2- 니트로페닐 ) 메톡시 ] 메틸 ] 옥시란 ( NMMO ) 및 말레산 무수물 (MA)의 전환율 및 ln ([M] 0 /[M] t )
Figure pct00035
NMMO 및 MA의 공중합의 경우, NMMO의 전파 속도는 MA 소비 속도보다 더 빠르다 (표 6; 도 27). GPE 및 MA의 공중합의 전파 속도와 비교하여 NMMO의 전파 속도가 MA의 전파보다 더 빠를 것이고, 이는 더 많은 NMMO 반복 단위를 갖는 중합체 사슬을 야기하고, 공중합은 엄격하게는 교대 공중합이 아닐 것이다. MALDI-ToF MS 데이터의 말단기 분석에 따라, 이러한 현상은 또한 말단기로서 2개의 순차적인 NMMO를 갖는 대다수의 중합체 사슬을 통해 설명될 수 있다 (도 24).
다른 단량체 합성 공정의 논의
상기에 제시된 바와 같이, 단량체 작용화를 통한 폴리(프로필렌 푸마레이트)의 작용화는 성공적으로 실현되었다. 에테르화 반응을 통한 소분자 부착에 대한 청사진에 기초하여, 카보닐 작용화된 에폭사이드의 합성이 시도되었고, 이는 카보닐기는 "클릭" 유형 옥심 반응 및 다른 효과적인 유기 반응을 진행하는 잠재력을 가지기 때문이다. 에폭사이드의 화학적 특성을 고려하면, 작용화된 단량체의 성공적인 합성은 에폭사이드의 개환을 방지하여야 하고, 이에 따라 GPE를 합성하는데 사용되는 활성 루이스 염기로부터 에폭사이드를 분리하는 상 이동 반응이 선택되어야 한다. 그러나, 상 이동 반응은 에폭사이드 첨가 합성에 대한 카보닐에 대해 잘 작용하지 않는 것으로 밝혀졌다.
상기에서 나타낸 바와 같이, 알킨 및 o-니트로벤질기로의 PPF의 작용화가 실현되었고, 이는 각각 2개의 신규한 공단량체, 글리시딜 프로파르길 에테르 (GPE) 및 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)를 얻는다. 1H 및 1H-1H COSY NMR 분광 데이터는 GPE 및 NMMO 둘 모두의 성공적인 합성을 나타낸다. 1H 및 13C NMR 분광 결과는 말레산 무수물 및 작용화된 공단량체의 공중합 이후에 작용화된 PPF가 수득되는 것을 입증하며, 이는 추가로 MALDI-ToF MS 데이터에 의해 지지된다. MALDI-ToF MS 데이터는 또한 두 유형의 작용화된 PPF에 대해 높은 말단기 정확도를 나타내었다. SEC 데이터는 2개의 작용화된 PPF 변이체가 낮은 분산도를 가지는 것을 나타낸다. 나아가, 동력학 연구 데이터에 기초하여 마그네슘 촉매를 사용한 개환 공중합은 중합 과정에서 일어나는 사슬 이동 및 종결 부반응이 없는 제어된 중합이다. 상이한 작용화된 공단량체는 상이한 전파 속도를 가지는 것으로 관측되었다. 작용화된 PPF는 스테레오리소그래픽 기술을 사용하여 프린팅이 진행될 수 있고, 그것의 스캐폴드는 세포와의 PPF 분자 상호작용을 향상시킬 수 있는 표면 개질이 진행되는 능력을 가진다.
작용화된 PPF 스캐폴드 또는 다른 구조체의 제조 방법
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기 기재된 작용화된 PPF 중합체를 포함하는 상기 기재된 작용화된 PPF 스캐폴드 및 다른 중합체 구조체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기에 제시된 바와 같이, 본 발명의 작용화된 FFP 중합체는 3D 프린팅을 위한 수지에 사용하기에 매우 적합하다. 하나 이상의 구현예에서, 수지를 사용하는 3D 스캐폴드 또는 다른 중합체 구조체는 이전에 보고된 조성으로의 작용화된 PPF로 형성되었다. 문헌[Luo, Y.; Dolder, C. K.; Walker, J. M.; Mishra, R.; Dean, D.; Becker, M. L., Biomacromolecules, 2016, 17, 690-697]을 참조하며, 이의 개시내용은 본원에 그 전문이 참조로 편입되어 있다. 간단하게는, 작용화된 PPF는 동일 질량의 디에틸 푸마레이트 (DEF)에 용해시키고, 광개시제 및 광 산란 제제 (4.1 wt.%)의 혼합물을 수지 전반에서 균일하게 혼합시켰다. 수지를 이후 종래의 스테레오리소그래피 기술 또는 cDLP 방법을 사용하여 프린팅하고, 광가교결합시켜 작용화된 PPF 중합체 구조를 형성한다.
하나 이상의 구현예에서, 더 높은 수평균 분자량 (약 4000 Da 이상)을 갖는 본 발명에 따른 PPF 중합체는 종래의 기술 예컨대 전기방사, 압출, 또는 성형을 사용하여 작용화된 PPF 스캐폴드 및 다른 중합체 구조체로 형성할 수 있고, 그 다음 광화학적으로 가교결합된다. 당해 분야의 숙련가는 과도한 실험 없이 이러한 중합체로부터 작용화된 PPF 스캐폴드 및 다른 중합체 구조체를 구성할 수 있을 것이다.
작용화된 PPF 스캐폴드/구조체에 작용성 종을 부착하기 위한 방법
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기 기재된 작용화된 PPF 중합체에 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종을 부착하기 위한 방법에 관한 것이다. 이들 구현예들 중 일부에서, 상기 기재된 바와 같은 PPF 중합체에 첨가된 작용기는 중합체에 첨가되는 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종 상의 상응하는 작용기에 결합하도록 선택된다. 명백한 바와 같이, 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종은 상기에 기재된 바와 같이 PPF 중합체 상의 작용기와 결합되는 이용가능한 작용기를 가지거나, 또는 갖도록 작용화되어야 하고, 이는 상기 기재된 작용화된 PPF 중합체와의 결합 또는 결합되도록 작용화되는 것이 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종이 부착된 경우의 바람직한 특성 또는 용도가 손상시키거나 또는 지나치게 저해되지 않아야 한다.
상기에 제시된 바와 같이, 부착되기 위해서, 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종은 본 발명의 작용화된 PPF 중합체 상의 하나 이상의 작용기에 결합될 수 있는 작용기/모이어티를 함유하여야 한다. 하나 이상의 구현예에서, 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종은 자연적으로 부착되는 경우의 바람직한 특성 또는 용도를 손상시키거나 또는 지나치게 저해하지 않으면서 본 발명의 작용화된 PPF 중합체 상의 하나 이상의 작용기에 결합될 수 있는 작용기/모이어티를 함유할 것이다. 명백한 바와 같이, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체 상의 하나 이상의 작용기에 결합될 수 있는 작용기/모이어티는 본 발명의 작용화된 PPF 중합체 상의 작용기와 상호작용하도록 유리된 다른 작용성 종의 생물활성 화합물의 영역에 위치되어 존재하여야 한다. 예시적인 이러한 작용화된 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종은 이용가능한 티올기와 함께 시스테인 잔기를 갖는 비제한적으로, 펩타이드, 올리고머, 또는 단백질; 티올 작용기를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 펩타이드, 올리고머, 또는 단백질; 알켄 또는 알릴 작용기를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 펩타이드, 올리고머, 또는 단백질; 알킨 또는 프로파르길 작용기를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 펩타이드, 올리고머, 또는 단백질; 아자이드 작용기를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 펩타이드, 올리고머, 또는 단백질 (예를 들어 반응식 3, 실시예 14 참조); 케톤 또는 아민 작용기를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 펩타이드, 올리고머, 또는 단백질; 하이드록실기 또는 보호된 하이드록실 작용기를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 펩타이드, 올리고머, 또는 단백질; 사이클로옥틴 또는 4-디벤조사이클로옥틴 작용기를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 펩타이드, 올리고머, 또는 단백질; 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 티올기, 또는 할라이드기를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 형광 원자 또는 화합물 또는 다른 마커를 포함하는 알킬 또는 아릴기; 및 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 티올기, 또는 할라이드기를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 단쇄 염료 (예를 들어, 실시예 13 참조).
그러나, 일부 다른 구현예에서, 부착되는 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종은 이용가능한 작용기를 전혀 가지지 않거나 또는 본 발명의 작용화된 PPF 중합체 상의 작용기에의 부착에 적합한 작용기를 가지지 않는다. 이들 구현예에서, 부착되는 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종은 적합한 작용기를 포함하도록 작용화되거나 또는 그렇지 않으면 개질되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "적합한" 작용기 또는 모이어티는 다른 작용화된 PPF 중합체 상의 상응하는 작용기/모이어티 또는 부착되는 생체활성 물질/작용성 종과 바람직하게는 클릭 반응을 통해 결합할 수 있는 작용기 또는 모이어티이다. 명백한 바와 같이, 부착되는 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종을 작용화시키기 위한 특정 메커니즘은 부착되는 특정 물질뿐만 아니라 이들이 부착되는 작용화된 PPF 중합체 상의 작용기 또는 작용기들과 결합하는 작용기의 범위에 좌우될 것이다. 하나 이상의 구현예에서, 작용기는 상기 반응식 3에 나타난 바와 같이 부착되는 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종에 춤가될 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 과도한 실험 없이 부착되는 생물활성 또는 다른 작용성 종에 적합한 작용기/모이어티를 부착할 수 있을 것이다.
본 발명을 실시하는데 요구되지 않지만, 이에 부착되는 작용화된 PPF 중합체 및 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종 상의 작용기는 상기 기재된 다수의 "클릭" 반응 중 임의의 하나를 이용하도록 선택되어야 한다. 상기에 제시된 바와 같이, 알려진 "클릭" 반응은 이러한 목적을 위해 바람직하고, 이는 이들이 모듈방식이며, 광범위하고, 입체특이적이고, 매우 높은 수율을 생성하고, 비-크로마토그래피 방법, 예컨대 재결정화 또는 증류에 의해 제거될 수 있는 최소의 부산물을 생성하고, 이용가능한 개시 물질 및 시약을 쉽게 사용하도록 산소 및 물에 비민감성이고, 필요한 경우 온건하거나 또는 쉽게 제거되는 용매를 사용하기 때문이다.
이러한 목적을 위해 특히 유용한 클릭 반응의 예는 티올과 알켄 작용기 사이의 티올렌 반응, 티올과 알킨 작용기 사이의 티올린 반응, 알킨과 아자이드 작용기 사이의 1,3-쌍극성 고리화부가 반응, 및/또는 생물활성 또는 다른 작용성 종의 작용기/모이어티와 본 발명의 작용화된 PPF 중합체 상의 작용기 간에서의 케톤과 아민 작용기 사이에서의 옥심 리게이션 반응이고, 그러나 수많은 다른 적합한 조합이 가능하며 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종의 작용기/모이어티이 티올기인 경우에, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체 상의 작용기는 알켄기 또는 알킨기일 수 있다. 이러한 예에서, 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종은 티올과 알켄 작용기 사이의 티올렌 반응 또는 티올과 알킨 작용기 사이의 티올린 반응에 의해 부착될 수 있다. 유사하게는, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체 상의 작용기가 알킬기인 경우, 알킨 또는 아자이드 작용기/모이어티를 가지거나 또는 가지도록 작용화된 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종이 사용될 수 있다. 이러한 예에서, 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종은 티올과 알킨 작용기 사이의 티올린 반응 또는 알킨과 아자이드 작용기 사이의 1,3-쌍극성 고리화부가 반응에 의해 부착될 수 있다.
이들 구현예들 중 일부에서, 상기에 기재된 바와 같이 PPF 중합체 상의 작용기는 실제로 보호기 또는 다른 중간체이고, 생체활성 물질 또는 다른 작용성 종을 첨가하는 반응이 진행될 수 있기 이전에 제거되거나 또는 개질되어야 한다. 예를 들어, 이들 구현예들 중 일부에서, 상기에 기재된 바와 같은 PPF 중합체에 첨가되는 작용기는 할라이드기 예컨대 (±)-에피클로로히드린 상의 할라이드기 또는 니트로벤질기 예컨대 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)이다. 이들 구현예에서, NMMO 상의 니트로벤질기는 UV 민감성 보호기이고, 이는 특정 UV 파장에 노출시에 하이드록실기로 용이하게 대체될 수 있고, (±)-에피클로로히드린 상의 할라이드기는 보호기이며, 이는 이후 임의의 적합한 친핵체로 대체된다. 적합한 친핵체는 비제한적으로, 아민, 알코올, 티올 및 하이드록실아민을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00036
식 중, n은 상기에 정의되어 있다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 생물활성 화합물 또는 다른 작용성 종, 예컨대 작용화된 펩타이드, 단쇄 펩타이드, 단백질, 단쇄 염료, 약물, 또는 마커 (아자이드 분자로 작용화됨)은 상기에 논의된 바와 같은 1,3 휴이스겐 고리화부가 클릭 반응에 의해 말단 프로파르길 작용기에 첨가될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00037
식 중, n은 상기에 정의되어 있다. 이들 구현예에서, 생물활성 화합물 또는 다른 작용성 종, 예컨대 펩타이드, 단쇄 펩타이드, 단백질, 단쇄 염료, 약물, 또는 마커 (아민 또는 하이드록실아민 작용기를 포함하도록 작용화됨)는 시프 염기 콘주게이션 또는 옥심 리게이션 클릭 반응에 의해 말단 케톤 작용기에 첨가될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00038
식 중, n은 상기에 정의되어 있다. 하나 이상의 이들 구현예에서, 생물활성 화합물 또는 다른 작용성 종, 예컨대 펩타이드, 단쇄 펩타이드, 단백질, 단쇄 염료, 약물, 또는 마커 (티올 작용기를 포함하도록 작용화됨)는 티올렌 클릭 반응에 의해 말단 노르보르닐 작용기에 첨가될 수 있다
일부 구현예에서, 본 발명의 작용화된 PPF 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00039
식 중, n은 약 1 내지 약 100의 정수이다. 이들 구현예에서, 다른 작용성 종의 생물활성 화합물, 예컨대 펩타이드, 단쇄 펩타이드, 단백질, 단쇄 염료, 약물, 또는 마커는 티올린 클릭 반응에 의해 프로파르길 작용기에 첨가될 수 있다.
일부 다른 구현예에서, 제1항의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00040
식 중, n은 약 1 내지 약 100의 정수이다. 이들 구현예에서, NMMO 작용기는 광화학을 사용하여 분리되어 유리 하이드록실기를 산출할 수 있고, 이는 이후 친전자체 또는 다른 적합한 기, 예컨대 산 할라이드 화합물 또는 활성화된 에스테르와 반응하기 위한 친핵체로서 작용하는 작용기로서 사용될 수 있다.
일부 다른 구현예에서, 제1항의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체는 하기 화학식을 가진다:
Figure pct00041
식 중, n은 약 1 내지 약 100의 정수이다. 이들 구현예에서, 작용성 종, 예컨대 임의의 친핵체는 Sn2 치환 반응에 의해 클로릴기에 첨가될 수 있다. 다양한 구현예에서, 적합한 친핵체는 비제한적으로, 아민, 알코올, 티올 및 하이드록실아민을 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 본 발명의 작용화된 PPF는 낮은 분산도, 분명한 말단기를 가지고, 중합은 제어된 중합이다. 이러한 특성은 1H NMR 분광법, 13C NMR 분광법, SEC, MALDI-ToF 질량 분광분석법 및 동력학 연구 데이터에 의해 입증될 수 있다. 작용화된 PPF의 성공적인 합성은 공단량체를 작용화하는 것을 통해 PPF 화학적 특성을 개질하기 위한 기회가 존재하는 것을 의미한다. 또한, 작용화된 PPF 스캐폴드는 PPF보다 일부 개선된 특성을 나타내고, 이러한 확장가능한 작용화 방법은 상이한 응용분야를 위해 PPF 화학 구조를 개질하기 위한 양호한 경로를 제공할 것이다.
실시예
하기 그 예는 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되며, 그러나 이의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 또한, 실시예의 일부는 본 발명이 작용할 수 있는 방식에 대한 결론을 포함할 수 있는 한편, 본 발명자는 이러한 결론에 의해 구속되는 것으로 의도되지 않으나, 가능한 설명을 제시한다. 나아가, 과거형을 사용하여 주지되지 않는 한, 실시예의 표현은 실험 또는 절차가 수행되었거나 또는 수행되지 않았거나, 또는 그 결과가 실제로 얻어지거나 또는 얻어지지 않은 것을 의미하지는 않는다. 사용되는 수치 (예를 들어, 양, 온도)와 관련하여 정확도를 보장하기 위한 노력이 이루어졌으나, 일부 실험 오차 및 편차가 존재할 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 부는 중량부이고, 분자량은 중량 평균 분자량이고, 온도는 섭씨온도이고, 압력은 대기압이거나 또는 대기압 부근이다.
약어
BHT, 2,6-디-tert-부틸-4-메틸펜옥사이드; cDLP, 연속적 디지털 광원 처리; CuAAC, 구리-보조된 아자이드-알킨 고리화부가; DEF, 디에틸 푸마레이트; Ð M, 분산도; DP, 중합도; DSC, 시차 주사 열량측정; FDM, 융합 증착 모델링; GPC, 겔-침투 크로마토그래피; I, 개시제; MALDI-ToF MS, 매트릭스-보조 레이저 탈착/이온화 비행시간형 질량 분광분석법; MAn, 말레산 무수물; M n, 수평균 분자량; M w, 중량 평균 분자량; NMR, 핵자기 공명; PCL, 폴리(ε-카프로락톤); PEU, 폴리(에스테르 우레아); PO, 산화프로필렌; PLLA, 폴리(L-락트산); PPF, 폴리(프로필렌 푸마레이트); PPM, 폴리(프로필렌 말레에이트); PU, 폴리(우레탄); RI, 굴절률; ROCOP, 개환 공중합; ROP, 개환 중합; SEC, 크기-배제 크로마토그래피; TEM, 투과 전자 현미경검사; THF, 테트라하이드로푸란; 4HB, 4-하이드록시부탄-2-온.
실시예 1 내지 17에 대한 물질
모든 시약은 Acros (벨기에 겔 소재)로부터 구입한 2,6-디-tert-4-메틸페놀에 대한 것을 제외하고 Millipore-Sigma로부터 구입하였다. Mg(BHT)2(THF)2는 종래에 보고된 것과 같이 합성되었다. 문헌 [Wilson, J. A.; Hopkins, S. A.; Wright, P. M.; Dove, A. P., Polym. Chem., 2014, 5, 2691-2694]을 참조하고, 그것의 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다. 모든 용매를 Fisher로부터 구입하였고, Innovative Technology Inc. Pure Solv MD-3 용매 정제 시스템을 사용하여 건조하였다. 벤질 알코올, 프로파르길 알코올, 4-하이드록시부탄-2-온 및 산화프로필렌을 진공 증류 이전에 24시간 동안 수소화칼슘 상에거 건조하였다. 말레산 무수물을 1주일 동안 P2O5 상에서 진공 중에서 건조하였다. 모든 시약을 받은 그대로 사용하였다.
실시예 1 내지 17에 대한 기기 분석법
양성자 (1H) NMR 스펙트럼을 Varian Mercury 300 분광기를 사용하여 기록하였다. 탄소 (13C) NMR 스펙트럼을 Varian NMRS 500 분광기를 사용하여 기록하였다. 모든 화학적 이동은 각각 1H 및 13C NMR에 대해 δ = 7.26 및 77.16 ppm에서 클로로포름 용매의 기준 피크에 대해 백만분율 (ppm)로 기록되었다. 분자량은 굴절률 (RI) 검출과 병행하여 TSKgel GMHHR-M 칼럼 상의 Tosoh EcoSEC HLC-8320GPC를 사용하여 크기 배제 크로마토그래피 (SEC)를 통해 결정되었다. 분자량은 1.0 mL min-1 및 10.0 mg mL-1의 샘플 농도로 유동하는 용출액으로의 테트라하이드로푸란 (THF)을 사용하여 폴리(스티렌) 표준으로부터 결정된 보정 곡선을 사용하여 계산된다. MALDI-ToF 질량 스펙트럼은 355 nm에서 발광되는 Nd:YAG 레이저가 장착된 Bruker Ultra-Flex III MALDI-ToF/ToF 질량 분광분석기 상에서 기록되었다. 기기는 양이온 방식으로 작동되었다. 모든 샘플을 10 mg mL-1의 최종 농도로 THF에 용해시켰다. 트랜스-2-[3-(4-tert-부틸페닐)-2-메틸-2-프로페닐리덴] 말로노니트릴 (DCTB) (20 mg mL-1)은 매트릭스로서 작용하였고, 양이온화제로서의 나트륨 트리플루오로아세테이트 (NaTFA) (10 mg mL-1)를 제조하고, 10 : 1 비로 혼합되었다. 매트릭스 및 샘플 용액을 샌드위치 방법에 의해 MALDI-ToF 표적 플레이트 상에 적용하였다. FlexAnalysis 소프트웨어를 사용하여 MALDI-ToF 데이터를 분석하였다. PPF 필름을 EnvisiontecTM Micro Plus Advantage® 연속적 디지털 광원 처리 (cDLP) 프린터를 사용하여 프린팅되었다. 형광 현미경검사를 FITC 및 TRITC 필터가 구비된 Olympus IX81 형광 현미경 상에서 수행하였다.
실시예 1
말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)(PPM)의 합성
(일반적인 방법)
표준 쉬렝크 라인 기술을 사용하여, 앰풀을 Mg(BHT)2(THF)2, 개시 알코올, 산화프로필렌 및 말레산 무수물로 충전한다. 용액을 2 M의 총 단량체 농도로 톨루엔에 용해시켰다. 앰풀을 밀봉하고, 정의된 기간 동안 80℃로 가열하였다. 수득한 중합체는 과량의 디에틸 에테르에의 침전에 의해 회수된다.
실시예 2
말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)의 합성
(헥산을 사용한 일반적인 방법)
표준 쉬렝크 라인 기술을 사용하여, 앰풀을 Mg(BHT)2(THF)2, 개시 알코올, 산화프로필렌 및 말레산 무수물로 충전한다. 용액을 2 M의 총 단량체 농도로 헥산에 용해시켰다. 앰풀을 밀봉하고, 정의된 기간 동안 45℃로 가열하였다. 수득한 중합체는 과량의 디에틸 에테르에의 침전에 의해 회수된다.
실시예 3
벤질 알코올 개시된 말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)의 합성
하기 반응식 7에 나타난 바와 같이 개시 알코올로서의 벤질 알코올 및 마그네슘 촉매를 사용하고, 하기 표 7에 나타난 반응 파라미터를 사용하는 상기 실시예 1에 제시된 방법을 사용하여 말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)을 합성하였다.
반응식 7
Mg(BHT) 2 (THF) 2 에 의해 촉매화되고, 벤질 알코올에 의해 개시되는 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 공중합
Figure pct00042
표 7
벤질 알코올 개시된 PPM
Figure pct00043
벤질 말단화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 생성물의 존재는 하기에 의해 확인되었다: 1H NMR (300 MHz, 303 　K, DMSO-d 6): δ = 7.37 (m, C6 H 5), 6.52-6.44 (m, OC(=O)H=CH(=O)O), 5.16-5.10 (m, CH2CH(CH3)O 및 (C6H5)CH 2O), 4.21-4.14 (m, CH 2 CH(CH3)O), 및 1.30-1.15 (m, CH2CH(CH 3 )O) ppm (도 1 참조); 13C NMR (125 MHz, 298 K, DMSO-d 6): δ = 164.60 및 164.30 (MAn*-PO, OCOCH2), 130.58 및 130.14 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 130.00 및 129.51 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 128.40 및 128.19 (방향족 Cs), 68.76 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 66.98 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 65.80 ((C6H5)CH2O) 및 15.73 (PO, CH2CH(CH3)O) ppm; 및 크기 배제 크로마토그래피 (SEC) (DMF): M n = 3.7 kDa, M w = 4.6 kDa, Ð M = 1.3. 수율 = 84%.
실시예 4
헥산을 사용한 벤질 알코올 개시된 말단- 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)의 합성
하기 반응식 8에 나타난 바와 같이 개시 알코올로서의 벤질 알코올, 헥산 및 마그네슘 촉매를 사용하고, 하기 표 8에 나타난 사용되는 반응 파라미터를 사용하는 상기 실시예 2에 제시된 방법을 사용하여 말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)을 합성하였다.
반응식 8
Mg(BHT) 2 (THF) 2 에 의해 촉매화되고, 벤질 알코올에 의해 개시된
말레산 무수물 및 산화프로필렌의 공중합
Figure pct00044
표 8
벤질 알코올 개시된 PPM (헥산)
Figure pct00045
벤질 말단화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 생성물의 존재는 하기에 의해 확인되었다: 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 7.35 (m, C6 H 5), 6.50-6.15 (m, OC(=O)H=CH(=O)O), 5.25-5.16 (m, CH2CH(CH3)O 및 (C6H5)CH 2O), 4.24-4.12 (m, CH 2 CH(CH3)O), 및 1.39-1.11 (m, CH2CH(CH 3 )O) ppm. 13C NMR (125 MHz, 298 K, CDCl3): δ = 164.60 및 164.30 (MAn*-PO, OCOCH2), 130.58 및 130.14 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 130.00 및 129.51 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 128.40 및 128.19 (방향족 Cs), 68.76 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 66.98 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 65.80 ((C6H5)CH2O) 및 15.73 (PO, CH2CH(CH3)O) ppm. SEC (DMF): M n = 3.7 kDa, M w = 4.6 kDa, Ð M = 1.3. (도 27 참조)
실시예 5
프로파르길 알코올 개시된 말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)의 합성
하기 반응식 9에 나타난 바와 같이 개시 알코올로서의 프로파르길 알코올 및 마그네슘 촉매를 사용하고, 하기 표 9에 나타난 사용되는 반응 파라미터를 사용하는 상기 실시예 1에 제시된 방법을 사용하여 말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)을 합성하였다.
반응식 9
Mg(BHT) 2 (THF) 2 에 의해 촉매화되고, 프로파르길 알코올에 의해
개시된 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 공중합
Figure pct00046
표 9
프로파르길 알코올 개시된 PPM
Figure pct00047
프로파르길 말단화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 생성물의 존재는 하기에 의해 확인되었다: 1H NMR (300 MHz, 303 　K, DMSO-d 6): δ = 6.54-6.27 (m, OC(=O)H=CH(=O)O), 5.39-5.21 (m, CH2CH(CH3)O), 4.88 (s, HC≡CCH 2 O), 4.78 (s, HC≡CCH 2 O), 4.38-4.21 (m, CH 2 CH(CH3)O), 2.27 (s, HC≡C) 및 1.38-1.19 (m, CH2CH(CH 3 )O) ppm; 13C NMR (125 MHz, 298 K, DMSO-d 6): δ = 164.60 및 164.29 (MAn*-PO, OCOCH2), 130.58 및 130.14 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 130.00 및 129.51 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 83.56 (HC≡CCH2), 68.90 (HC≡CCH2) 68.76 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 66.98 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 65.83 (HC≡CCH2O) 및 15.72 (CH2CH(CH3)O) ppm; 및 SEC (DMF): M n = 3.4 kDa, M w = 3.5 kDa, Ð M = 1.1. 수율 = 83%.
실시예 6
헥산을 사용한 프로파르길 알코올 개시된 말단- 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)의 합성
하기 반응식 10에 나타난 바와 같이 개시 알코올로서의 벤질 알코올, 헥산 및 마그네슘 촉매를 사용하고, 하기 표 10에 나타난 사용되는 반응 파라미터를 사용하는 상기 실시예 2에 제시된 방법을 사용하여 말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)을 합성하였다.
반응식 10
Mg(BHT) 2 (THF) 2 에 의해 촉매화되고 , 프로파르길 알코올에 의해 개시된 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 공중합
Figure pct00048
프로파르길 말단화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 생성물의 존재는 하기에 의해 확인되었다: 1H NMR (300 MHz, 303 　K, DMSO-d 6): δ = 6.54-6.27 (m, OC(=O)H=CH(=O)O), 5.39-5.21 (m, CH2CH(CH3)O), 4.88 (s, HC≡CCH 2 O), 4.78 (s, HC≡CCH 2 O), 4.38-4.21 (m, CH 2 CH(CH3)O), 2.27 (s, HC≡C) 및 1.38-1.19 (m, CH2CH(CH 3 )O) ppm. 13C NMR (125 MHz, 298 K, DMSO-d 6): δ = 164.60 및 164.29 (MAn*-PO, OCOCH2), 130.58 및 130.14 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 130.00 및 129.51 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 83.56 (HC≡CCH2), 68.90 (HC≡CCH2) 68.76 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 66.98 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 65.83 (HC≡CCH2O) 및 15.72 (CH2CH(CH3)O) ppm. SEC (DMF): M n = 750 Da, M w = 1170 Da, Ð M = 1.55. (참고 도 1)
실시예 7
4-하이드록시부탄-2-온 개시된 말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)의 합성
하기 반응식 11에 나타난 바와 같이 개시 알코올로서의 4-하이드록시부탄-2-온 및 마그네슘 촉매를 사용하고, 하기 표 10에 나타난 사용되는 반응 파라미터를 사용하는 실시예 1에 제시된 방법을 사용하여 말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)을 합성하였다.
반응식 11
Mg(BHT) 2 (THF) 2 에 의해 촉매화된, 4-하이드록시부탄-2-온에 의해 개시된 말레산 무수물 및 산화프로필렌의 공중합
Figure pct00049
표 10
4-하이드록시부탄-2-온 개시된 PPM
Figure pct00050
4-하이드록시부탄-2-온 말단화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 생성물의 존재는 하기에 의해 확인되었다: 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 6.42-6.28 (m, OC(=O)H=CH(=O)O), 5.33-5.25 (m, CH2CH(CH3)O), 4.32-4.18 (m, CH 2 CH(CH3)O), 4.08 (m, CH2CH 2O), 3.64 및 3.53 (m, CH3C(=O)CH 2CH2), 및 1.38-1.13 (m, CH2CH(CH 3 )O 및 CH 3C(=O)CH2) ppm (참고 도 3); 13C NMR (125 MHz, 303 　K, DMSO-d 6): δ = 165.42 (CH3 C(=O)CH2), 164.60 및 164.30 (MAn*-PO, OCOCH2), 130.55 및 130.16 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 129.81 및 129.84 (MAn*-PO, O(O)C*CH=CH), 128.15, 68.77 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 66.97 (MAn*-PO, OCH(CH3)CH2), 65.81(CH2 CH2O), 30.63 (C(=O)CH2CH2), 25.08 (CH3C(=O)CH2) 및 15.74 (CH2CH(CH3)O) ppm; 및 SEC (THF): M n = 1.5 kDa, M w = 2.0 kDa, Ð M = 1.3. 수율 = 88%.
실시예 8
PPM의 이성질체화를 위한 일반적인 절차
말단-작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트)을 클로로포름에 용해시켰다. 디에틸아민을 용액에 첨가하였고, 질소 분위기 하에 24시간 동안 환류시켰다. 실온으로의 냉각 이후, 유기 용액을 포스페이트 완충 용액 (pH = 6)으로 세정하였고, 중합체를 헥산으로부터의 침전을 통해 회수하였다.
실시예 9
PPM의 이성질체화
말단-작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) (11 g, 8 mol. eq. 올레핀)을 클로로포름 1125 ml) 용해시켰다. 디에틸아민 0.01 ml , 0.15 mol. eq. 올레핀)을 용액에 첨가하였고, 질소 분위기 하에 24시간 동안 환류시켰다. 실온으로의 냉각 이후, 유기 용액을 포스페이트 완충 용액 1350 ml, pH ; 6)로 세정하였고, PPF 중합체를 헥산으로부터의 침전을 통해 회수하였다. (도 2 참조)
실시예 10
벤질 작용화된 PPM의 이성질체화
하기 반응식 12에 나타난 바와 같이 상기 실시예 8 및 9에 나타난 방법을 사용하여 벤질 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)을 이성질체화하여 벤질 말단화된 폴리(프로필렌 푸마레이트)를 형성하였다.
반응식 12
폴리(프로필렌 푸마레이트)를 형성하기 위한 폴리(프로필렌 말레에이트)의 이성질체화
Figure pct00051
상응하는 벤질 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트)로의 벤질 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트)의 이성질체화는 하기에 의해 확인되었다: 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 7.32 (m, Ar), 6.87 (m, OC(=O)H=CH(=O)O), 5.36 (m, CH2CH(CH3)O), 5.09 (s, C=OOCH 2- Ar), 4.04 (m, CH 2 OC=O), 2.28 (s, εCL CH 2 C=OO), 1.26 (m, CH2CH(CH 3 )O), 1.60 및 1.33 (모든 나머지 수소) ppm.
실시예 11
프로파르길-작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트)의 이성질체화
하기 반응식 13에 나타난 바와 같이 상기 제시된 일반적인 방법을 사용하여 프로파르길 폴리(프로필렌 말레에이트)를 이성질체화하여 프로파르길 말단화된 폴리(프로필렌 푸마레이트)를 형성하였다.
반응식 13
Figure pct00052
프로파르길 말단화된 폴리(프로필렌 푸마레이트)를 형성하기 위한 프로파르길 폴리(프로필렌 말레에이트)의 이성질체화는 하기에 의해 확인되었다: 1H NMR (300 MHz, 303 　K, DMSO-d 6): δ = 6.84-6.64 (m, OC(=O)H=CH(=O)O), 5.27-5.07 (m, CH2CH(CH3)O), 4.85 (s, HC≡CCH 2 O), 4.78 (s, HC≡CCH 2 O), 4.44-4.14 (m, CH 2 CH(CH3)O), 2.32 (s, HC≡C) 및 1.38-1.10 (m, CH2CH(CH 3 )O) ppm. 수율 = 98%. 전구체 프로파르길 폴리(프로필렌 말레에이트) (바닥) (300 MHz, 303 　K, DMSO-d- 6)에 대한 프로파르길 폴리(프로필렌 푸마레이트) (상단부)의 1H NMR 스펙트럼 비교는 도 4에 나타나 있다.
실시예 12
표면 농도 결정의 감산 방법
PPF 박막 (1 cm × 1 cm)을 염료 용액 (EtOH/H2O의 50 %v/v 용액 중의 0.5 μM Chromeo® 546-아자이드 염료, 3.2 mg 나트륨 아스코르베이트)에 1시간 동안 함침시켰고, 용액의 농도를 형광 분광법을 사용하여 결정하였다. 미사용된 용액을 표준으로 사용하여 필름에의 염료 부착을 측정하였다.
실시예 13
프로파르길 작용화된 PPF로의 Megastokes ® 673- 아자이드 염료의 구리- 매개된 아자이드 -알킨 고리화부가
Megastokes ® 673-아자이드 용액 (50 : 50 이소프로필 알코올 : H2O의 50 % v/v 용액 중의 1 mM 염료, 0.5 mg CuSO4, 1.5 mg 나트륨 아스코르베이트)을 PPF 필름 상에 피펫팅하였고, 이소프로필 알코올 및 H2O로의 세정 이전에 1시간 동안 정치시켜 임의의 비-고정된 염료 및 촉매를 제거하였다.
실시예 14
N3-GRGDS 펩타이드의 합성
GRGDS는 표준 Fmoc 화학 조건 (0.25 mmol 척도)을 사용하는 CEM Liberty1 펩타이드 합성기 상에서의 마이크로웨이브-보조된 고상 펩타이드 합성 (SPSS)에 의해 합성되었다. 6-브로모헥산산 (1 mmol)을 GRGDS Wang 수지 (0.25 mmol), 디이소프로필카보디이미드 (DIC, 1.1 mmol) 및 하이드록시벤조트리아졸 (HOBt, 1.1 mmol)과 함께 첨가하였고, 2시간 동안 반응시켰다. Br-작용화된 펩타이드를 이후 트리플루오로아세트산, 트리이소프로필실란, 및 물 (95 : 2.5 : 2.5 vol.%)의 15 mL의 용액을 사용하여 수지로부터 절단하였다. 디에틸 에테르에서의 3회 분쇄 사이클 이후, 생성된 백색 고형물을 진공 하에 밤새 건조시켰다. 고형물은 이후 물 중의 10% 에탄올 용액에 재용해시켰다. 아자이드기의 커플링을 마이크로웨이브 합성 이후에 수행하였다. NaN3 (1.25 mmol) 및 18-크라운-6 (0.0625 mmol)을 Wang 수지에 첨가하였고, 12시간 동안 반응시켜 N3-GRGDS를 산출하였다 (ESI m/z: [M + H]+ C23H40N11O10에 대해 계산치 630.29; 측정치 630.157).
실시예 15
폴리(프로필렌 푸마레이트) 디스크 상에의 MC3T3-E1의 씨딩
프로파르길 알코올-개시된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 디스크 (ø = 6 mm)를 각각 1 시간 동안 클로로포름, 아세톤, 및 에탄올로 세정하였고, 이후 12시간 동안 1 × PBS에 침지시켰다. 나중에, 필름은 1시간 동안 70% EtOH에 침지시킴으로써 멸균되었고, UV 광에의 15분 노출이 후속되었다. 세포 씨딩 이전에 필름은 세포 씨딩 이전에 2시간 동안 Alpha-MEM에 침지되었다. 마우스 두개관 줄기 세포 (MC3T3-E1)을 10% 우태 혈청 (FBS), 100 유닛/mL 페니실린, 및 100 μg.mL-1 스트렙토마이신이 보충된 Alpha-MEM 배지에서 배양하였고, 매3일 마다 계대배양시켰다. 계대수 8로의 MC3T3를 250 세포.mm-2로 씨딩하였고, 모든 후속 실험을 세포 씨딩 이후 48시간 동안 수행하였다.
실시예 16
폴리(프로필렌 푸마레이트) 디스크 상에서의 MC3T3 세포 생존력
세포 생존력을 48시간 시점에서 라이브/데드 생존력 세포독성 키트를 사용하여 평가하였다. 간단하게는, 5 μL의 4 mM 칼세인-AM 모액 및 10 μL의 2 mM 에티듐 동종이량체-1 (EthD-1) 모액을 10 mL의 PBS에 첨가하여 라이브/데드 염색 용액을 제조하였다. 샘플을 1 × PBS (1 mL)로 3회 세정하였다. 모액 (200 μL)을 각각의 샘플에 첨가하였고, 15분 동안 인큐베이션시켰다. 염색 용액을 이후 제거하였고, FITC 및 TRITC 방출 필터를 사용하는 IX81 형광 현미경 하에 샘플을 관찰하였다. 분석을 위해, 10개의 무작위 부분을 필름마다 선택하였고, 각각의 필름을 3회 수행하였다. 유리 슬라이드 상에서 계산된 세포 생존력에 대해 값을 정규화시켰다.
실시예 17
폴리(프로필렌 푸마레이트) 디스크 상에의 MC3T3 세포 분산
세포 분산을 세포 씨딩 이후 48시간 시점에서 세포골격 액틴의 염색에 의해 평가하였다. CS 완충 용액 중의 3.7% 파라포름알데하이드에 샘플을 1시간 동안 사전고정시켰고, 1 × PBS로 3회 세정하였고, 염색될 때까지 -80℃에서 저장하였다. 염색을 위해, 샘플을 10분 동안 CS 완충 용액 중의 0.5% v/v 트리톤 X-100에서 인큐베이션시켰고, 1× PBS로 3회 세정하였다. 다음으로, 샘플을 10분 동안 1 × PBS 용액 중의 0.1 wt.% NaBH4 용액에서 인큐베이션시켰고, 1 × PBS로 3회 세정하였다. 로다민 팔로이딘 (1 × PBS 중의 1:40 v/v)을 이후 샘플에 첨가하였고, 1시간 동안 인큐베이션시켰다. 1 × PBS로의 3회 세정 이후, DAPI 용액 (10 mL PBS 중의 6 μl의 5 μg.mL-1 DAPI)을 샘플에 첨가하였고, 20분 동안 인큐베이션시켰다. 1 × PBS로의 3회 세정 이후, 샘플을 형광 마운팅 배지를 사용하여 실장시켰고, 형광 현미경을 사용하여 이미지화하였다.
실시예 18 내지 26에 대한 물질 및 장치
본원에 사용된 물질 및 장치는 하기 표 11 및 표 12에 제시되어 있다.
표 11
사용된 물질
Figure pct00053
Figure pct00054
표 12
실시예 18 내지 26에서 사용된 장치
Figure pct00055
실시예 18 내지 26에 대한 특성규명
양성자 (1H) NMR 스펙트럼은 Varian Mercury-300 NMR 분광기를 사용하여 기록되었다. 탄소 (13C) NMR 스펙트럼은 Varian Mercury-500 NMR 분광기를 사용하여 기록되었다. 모든 화학 이동은 각각 1H 및 13C NMR에 대해 δ = 7.26 ppm 및 77.16 ppm에서 클로로포름 용매의 참조 피크에 대해 백만분율 (ppm)로 기록되었다. 분자량은 굴절률 (RI) 검출과 병행하여 PLgel 혼합된-C 유형 칼럼 상의 Tosoh EcoSEC HLC-8320GPC를 사용하여 크기 배제 크로마토그래피 (SEC)를 통해 결정되었다. 중량은 0.5 mL.min-1 및 샘플 농도 20 mg.mL-1로 유동하는 용출물로서 DMF (0.1% LiBr)와 함께 폴리(스티렌) 표준으로부터 결정된 보정 곡선을 사용하여 계산되었다. MALDI-ToF (매트릭스 보조 레이저 탈착 이온화 - 비행시간형) 질량 스펙트럼을 Bruker UltraFlex III MALDI 탠덤 비행시간형 (TOF/TOF) 질량 분광분석기를 사용하여 기록하였다.
실시예 18
글리시딜 프로파르길 에테르 (GPE)의 합성
글리시딜 프로파르길 에테르 (GPE)을 하기 반응식 14에 나타난 바와 같이 합성하였다.
반응식 14
글리시딜 프로파르길 에테르 (GPE)의 합성
Figure pct00056
프로파르길 알코올 (7.6 ml, 0.135 mol)을 0℃에서 교반된 40% 수성 수산화나트륨 용액 (85 g의 H2O 중의 56.5 g NaOH)에 적가하였다. 혼합물을 30분 동안 교반하였다. (±)-에피클로로히드린 (25 g, 0.27 mol), 헥산 (90 ml), 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트 (2.29 g, 6.75 mmol) 및 H2O (12.5 ml)의 용액을 반응 시스템에 첨가하였다. 반응물을 실온으로 가온시켰고, N2 블랭킷 하에 8시간 동안 반응을 지속하였다. 반응물을 염수 (125 ml)로 켄칭하였고, 조 생성물을 3 회분의 125 mL의 디클로로메탄 (DCM)로 추출하였다. 조합된 유기층을 Na2SO4 상에서 건조시키고, 여과하였고, 회전식 증발로 농축시켰다. 최종 생성물을 칼럼 크로마토그래피 (1:3 헥산/DCM 내지 DCM)로 수득하였고, 이는 7.3 g (48.1%)의 수율로 GPE를 얻었다 (반응식 3.1). 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 3.98 (t, OCH 2C≡CH), 3.61-3.56 (q, CHCH 2OCH2), 3.26-3.20 (q, CHCH 2OCH2), 2.95-2.89 (m, CHCH2OCH2), 2.57-2.54 (t, CH 2(O)CHCH2O), 2.39-2.35 (m, CH 2(O)CHCH2O, C≡CH) ppm.
실시예 19
2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)의 합성
2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)을 하기 반응식 15에 나타난 바와 같이 합성하였다.
반응식 15
2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)의 합성
Figure pct00057
o-니트로벤질 알코올 (10 g, 0.065 mol)을 30 mL의 1,4-디옥산에 용해시키고, 이후 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트 (1.11 g, 3.27 mmol) 및 40% 수성 수산화나트륨 용액 (12 g H2O 중의 8 g NaOH)의 첨가를 후속하였다. (±)-에피클로로히드린 (20 mL, 0.26 mol)을 이후 0℃에서 혼합물에 적가하였고, 반응물을 실온으로 가온시켰다. N2 하에서의 48시간 동안 교반시킨 후, 반응 혼합물을 2회분의 50 mL의 디에틸 에테르로 추출하였다. 조합된 에테르 분획을 과량의 물, 포화된 중탄산나트륨, 및 포화된 염화나트륨으로 세정하였다. 조합된 유기층을 MgSO4 상에서 건조시키고, 여과시키고, 회전식 증발로 농축시켰다. 최종 생성물을 칼럼 크로마토그래피 (5:3 석유 에테르/디에틸 에테르)에 의해 수득하였고, 3.7 g (27.2%)의 수율로 NMMO를 얻었다 (반응식 3.2). 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 7.95-7.32 (m, Ar), 4.85 (s, ArCH 2OCH2), 3.84-3.79 (q, CHCH 2OCH2), 3.45-3.39 (q, CHCH 2OCH2), 3.16-3.11 (m, CHCH2OCH2), 2.74-2.71(t, CH 2(O)CHCH2O), 2.58-2.55(q, CH 2(O)CHCH2O) ppm.
실시예 20
마그네슘 2,6-디-tert-부틸-4-메틸펜옥사이드 (Mg(BHT)2(THF)2)의 합성
표준 쉬렝크 라인 기술을 사용하여 쉬렝크는 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀 (BHT) (6.66 g, 30 mmol)로 채워지고, 캐뉼라 스랜스퍼에 의해 첨가된 건조 톨루엔 (30 ml)에 용해시켰다. 디-n-부틸마그네슘 (헥산 중의 1M, 15 ml, 15 mmol)을 교반하면서 반응에 적가하였다. 반응물을 추가의 2시간 동안 교반하였고, 이후 용매를 제거하였다. 헥산 (12.5 ml)을 반응 용기에 첨가하였고, 이후 테트라하이드로푸란 (THF) (2.5 ml)의 첨가를 후속하였다. N2 하에서 2시간 동안 교반한 후, 용매를 제거할 수 있고, 최종 생성물은 고형물로 수득하였다 (반응식 16).
반응식 16
마그네슘 2,6-디-tert-부틸-4-메틸펜옥사이드 (Mg(BHT) 2 (THF) 2 )의 합성
Figure pct00058
실시예 21
작용화된 PPF의 중합을 위한 일반적인 절차
표준 쉬렝크 라인 기술을 사용하여 앰풀을 Mg(BHT)2(THF)2 (121.4 mg, 0.2 mmol), 벤질 알코올 (0.02 mL, 0.2 mmol), 에폭사이드 (0.5 mmol) 및 말레산 무수물 (490.3 mg, 0.5 mmol)로 충전하였다. 시약을 톨루엔의 총 단량체 농도로 톨루엔에 용해시켰다. 엠풀을 밀봉하였고, 24시간 동안 80℃로 가열하였다. 수득한 중합체를 과량의 디에틸 에테르 중의 침전으로 회수하였다. 원심분리 이후, 조 생성물을 클로로포름에 용해시켰고, 이후 디에틸아민을 혼합물에 첨가하고, 이후 N2 하에서 24시간 동안 환류시켰다. 마지막으로, 혼합물을 과량의 인산염 버퍼 염수 용액 (0.5 M)으로 세정하였다. 유기층을 조합하였고, 건조시켜 중합체를 회수하였다.
실시예 22
폴리(에피클로로히드린-코-말레산 무수물)의 합성
폴리(에피클로로히드린-코-말레산 무수물)을 하기 반응식 17에 나타난 바와 같이 (±)-에피클로로히드린 및 말레산 무수물로부터 합성하였다.
반응식 17
에피클로로히드린 및 말레산 무수물의 공중합
및 폴리(ECH-코-MA)의 이성질체화
Figure pct00059
표준 쉬렝크 라인 기술을 사용하여 앰풀을 Mg(BHT)2(THF)2 (121.4 mg, 0.2 mmol), 벤질 알코올 (0.02 mL, 0.2 mmol), (±)-에피클로로히드린 (0.5 mmol) 및 말레산 무수물 (490.3 mg, 0.5 mmol)로 충전하였다. 시약을 2 M의 총 단량체 농도로 톨루엔에 용해시켰다. 앰풀을 밀봉하였고, 24시간 동안 80℃로 가열하였다. 수득한 중합체는 과량의 디에틸 에테르에서의 침전에 의해 회수하였다. 원심분리 이후, 조 생성물을 클로로포름에 용해시키고, 이후 디에틸아민을 혼합물에 첨가하였고, 이후 N2 하에서 24시간 동안 환류시켰다. 마지막으로, 혼합물을 과량의 인산염 버퍼 염수 용액 (0.5 M)으로 세정하였다. 유기층을 조합하였고, 건조시켜 중합체를 회수하였다.
수득한 중합체는 1H NMR 및 본원에서의 표 5 및 도 28에 기록된 결과에 의해 특성규명되었다. 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 7.36 (m, Ar), 6.86 (m, COHC=CHCO), 5.35 (m, OCH2CH(CH2OCH2C≡CH)O), 5.22 (s, ArCH 2O), 4.80-4.40 (m, OCH2CH(CH 2OCH2C≡CH)O), 4.18 (m, OCH 2CH(CH2OCH2C≡CH)O), 3.74 (d, CH(CH2OCH 2C≡CH)O), 2.49 (s, CH(CH2OCH2C≡CH)O) ppm. 수득한 중합체는 또한 13C NMR 및 본원에서 도 29에 기록된 결과에 의해 특성규명되었다. 13C NMR (125 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 164.30 (O-C=O), 130.03 (HC=CH), 128.74 (Ar C), 71.28 (OCH 2CH), 67.36 ((C6H5)CH2O), 63.01 (CH2 CH(CH2Cl)O), 41.89 (CHCH2Cl) ppm. SEC (DMF): M n = 6.0 kDa, M w = 7.0 kDa, Ð M = 1.16.
실시예 22의 결과를 하기 표 13에 요약되어 있다.
표 13
P(ECH-코-MA)
Figure pct00060
실시예 23
폴리(글리시딜 프로파르길 에테르-코-말레산 무수물)
폴리(글리시딜 프로파르길 에테르-코-말레산 무수물)을 글리시딜 프로파르길 에테르 (상기 실시예 18에서 상기에 보여지는 바와 같이 제조됨) 및 하기 반응식 18에 나타난 바와 같은 말레산 무수물로부터 합성하였다.
반응식 18
글리시딜 프로파르길 에테르 및 말레산 무수물의 공중합
및 폴리(GPE-코-MA)의 이성질체화
Figure pct00061
표준 쉬렝크 라인 기술을 사용하여 앰풀을 Mg(BHT)2(THF)2 (121.4 mg, 0.2 mmol), 벤질 알코올 (0.02 mL, 0.2 mmol), 글리시딜 프로파르길 에테르 (0.5 mmol) 및 말레산 무수물 (490.3 mg, 0.5 mmol)로 충전하였다. 시약을 2 M의 총 단량체 농도로 톨루엔에 용해시켰다. 앰풀을 밀봉하였고, 24시간 동안 80℃로 가열하였다. 수득한 중합체는 과량의 디에틸 에테르에서의 침전에 의해 회수하였다. 원심분리 이후, 조 생성물을 클로로포름에 용해시키고, 이후 디에틸아민을 혼합물에 첨가하였고, 이후 N2 하에서 24시간 동안 환류시켰다. 마지막으로, 혼합물을 과량의 인산염 버퍼 염수 용액 (0.5 M)으로 세정하였다. 유기층을 조합하였고, 건조시켜 중합체를 회수하였다.
수득한 중합체는 1H NMR 및 본원에서 표 14 및 도 31에 기록된 결과에 의해 특성규명되었다. 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 7.36 (m, Ar), 6.86 (m, COHC=CHCO), 5.35 (m, OCH2CH(CH2OCH2C≡CH)O), 5.22 (s, ArCH 2O), 4.80-4.40 (m, OCH2CH(CH 2OCH2C≡CH)O), 4.18 (m, OCH 2CH(CH2OCH2C≡CH)O), 3.74 (d, CH(CH2OCH 2C≡CH)O), 2.49 (s, CH(CH2OCH2C≡CH)O) ppm. 수득한 중합체는 13C NMR 및 본원에 도 32에 기록된 결과에 의해 특성규명되었다. 13C NMR (125 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 164.20 (O-C=O), 133.79 (HC=CH), 79.12 (H2 C ≡CH), 75.57 (H2C≡CH), 71.17 (OCH 2CH), 67.59 (CH2OCH2C≡CH), 63.51 (CH2 CH(CH2OCH2C≡CH)O), 58.76 (CH2OCH2C≡CH) ppm. 중합체는 또한 크기 배제 크로마토그래피 (SEC)에 의해 특성규명되었다. SEC (DMF): M n = 7.6 kDa, M w = 10.6 kDa, Ð M = 1.40. 실시예 23의 결과는 하기 표 14에 요약되어 있다.
표 14
P(GPE-코-MA)
Figure pct00062
실시예 24
폴리(글리시딜 프로파르길 에테르-코-말레산 무수물) (폴리(GPE-코-MA)) 7 의 합성
표준 쉬렝크 라인 기술을 사용하여 앰풀을 Mg(BHT)2(THF)2 (121.4 mg, 0.2 mmol), 벤질 알코올 (0.02 mL, 0.2 mmol), 글리시딜 프로파르길 에테르 (0.58 mL, 0.5 mmol) 및 말레산 무수물 (490.3 mg, 0.5 mmol)로 충전하였다. 시약을 2 M의 총 단량체 농도로 톨루엔에 용해시켰다. 앰풀을 밀봉하였고, 24시간 동안 80℃로 가열하였다. 수득한 중합체는 과량의 디에틸 에테르에서의 침전에 의해 회수하였다. 원심분리 이후, 조 생성물을 클로로포름에 용해시키고, 이후 디에틸아민을 혼합물에 첨가하였고, 이후 N2 하에서 24시간 동안 환류시켰다. 마지막으로, 혼합물을 과량의 인산염 버퍼 염수 용액 (0.5 M)으로 세정하였다. 유기층을 조합하였고, 건조시켜 작용화된 폴리(GPE-코-MA)을 얻었다 (반응식 19).
반응식 19
폴리(글리시딜 프로파르길 에테르-코-말레산 무수물)
(폴리(GPE-코-MA))의 합성 및 이성질체화
Figure pct00063
수득한 중합체는 또한 하기에 의해 특성규명되었다: 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 7.36 (m, Ar), 6.86 (m, COHC=CHCO), 5.35 (m, OCH2CH (CH2OCH2C≡CH)O), 5.22 (s, ArCH 2O), 4.80-4.40 (m, OCH2CH(CH 2OCH2C≡CH)O), 4.18 (m, OCH 2CH(CH2OCH2C≡CH)O), 3.74 (d, CH(CH2OCH 2C≡CH)O), 2.49 (s, CH(CH2OCH2C≡CH)O) ppm and 13C NMR (125 MHz, 303K, CDCl3): δ = 164.20 (m, O-C=O), 133.79 (m, -C=C-), 79.12 (s, -C≡CH), 75.57 (s, -C≡CH), 71.17 (s, -OCH 2CH-), 67.59 (s, -CH2OCH2C≡CH), 63.51 (s, CH2 CH(CH2OCH2 C≡CH)O), 58.76 (s, -CH2OCH2C≡CH) ppm. (도 30-32 참조)
실시예 25
폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡실]메틸]옥시란-코-말레산 무수물)의 합성
폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡실]메틸]옥시란-코-말레산 무수물)을 (상기 실시예 19에서 상기에 제시된 바와 같이) 제조된 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO) 및 하기 반응식 20에 나타난 바와 같은 말레산 무수물로부터 합성하였다.
반응식 20
2-[[(2-니트로페닐)메톡실]메틸]옥시란
및 말레산 무수물이 공중합 및 폴리(NMMO-코-MA)의 이성질체화
Figure pct00064
수득한 중합체는 1H NMR 및 표 15, 및 도 33에 기록된 결과에 의해 특성규명되었다. 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 7.98-7.38 (m, Ar), 6.27 (m, COHC=CHCO), 5.54-5.34 (d, OCH2CH(CH2OCH2ArNO2)O), 4.86 (s, OCH2CH(CH2OCH 2ArNO2)O), 4.41 (s, OCH 2CH(CH2OCH2ArNO2)O), 3.76 (m, OCH2CH(CH 2OCH2ArNO2)O) ppm. 수득한 중합체는 또한 13C NMR 및 본원에서 도 34에 기록된 결과에 의해 특성규명되었다. 13C NMR (125 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 163.99 (O-C=O), 147.47 (Ar C), 133.68 (HC=CH), 129.19-124.76 (m, Ar C), 71.93-71.22 (OCH2CH(CH2OCH2Ar)O), 70.16 (OCH2CH(CH2OCH2Ar)O), 69.19-68.67 (OCH2CH(CH2OCH2Ar)O), 63.51 (OCH2 CH(CH2OCH2Ar)O) ppm.
수득한 중합체는 크기 배제 크로마토그래피 (SEC)에 의해 특성규명되었다. SEC (DMF): M n = 2.6 kDa, M w = 2.7 kDa, Ð M = 1.04.
실시예 25의 결과는 하기 표 15에 요약되어 있다.
표 15
P(NMMO-코-MA)
Figure pct00065
실시예 26
폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란-코-말레산 무수물) (폴리(NMMO-코-MA))7의 합성
폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란-코-말레산 무수물) (폴리(NMMO-코-MA))를 하기 반응식 21에 나타난 바와 같이 합성된다.
반응식 21
폴리(2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]
옥시란-코-말레산 무수물) (폴리(NMMO-코-MA))의 합성 및 이성질체화
Figure pct00066
표준 쉬렝크 라인 기술을 사용하여 앰풀을 Mg(BHT)2(THF)2 (121.4 mg, 0.2 mmol), 프로파르길 알코올 (0.01 mL, 0.2 mmol), o-니트로벤질 알코올 (2.48 mL, 0.5 mmol) 및 말레산 무수물 (490.3 mg, 0.5 mmol)로 충전하였다. 시약을 2 M의 총 단량체 농도로 톨루엔에 용해시켰다. 앰풀을 밀봉하였고, 24시간 동안 80℃로 가열하였다. 수득한 중합체는 과량의 디에틸 에테르에서의 침전에 의해 회수하였다. 원심분리 이후, 조 생성물을 클로로포름에 용해시키고, 이후 디에틸아민을 혼합물에 첨가하였고, 이후 N2 하에서 24시간 동안 환류시켰다. 마지막으로, 혼합물을 과량의 인산염 버퍼 염수 용액 (0.5 M)으로 세정하였다. 유기층을 조합하였고, 건조시켜 폴리(NMMO-코-MA)를 산출하였다 (반응식 21).
수득한 중합체는 하기에 의해 특성규명되었다: 1H NMR (300 MHz, 303 　K, CDCl3): δ = 7.98-7.38 (m, Ar), 6.27 (m, COHC=CHCO), 5.54-5.34 (d, OCH2CH(CH2OCH2ArNO2)O), 4.86 (s, OCH2CH(CH2OCH 2ArNO2)O), 4.41 (s, OCH 2CH(CH2OCH2ArNO2)O), 3.76 (m, OCH2CH(CH 2OCH2ArNO2)O) ppm. 수득한 중합체는 하기에 의해 특성규명되었다: 13C NMR (125 MHz, 303K, CDCl3): δ = 163.99 (m, O-C=O), 147.47 (m, Ar), 133.68 (m, -C=C-), 129.19-124.76 (m, Ar), 71.93-71.22 (d, OCH2CH(CH2OCH2Ar)O), 70.16 (s, OCH2CH(CH2OCH2Ar)O), 69.19-68.67 (d, OCH2CH(CH2OCH2Ar)O), 63.51 (d, OCH2 CH(CH2OCH2Ar)O) ppm.
전술한 것을 고려하여 본 발명은 여러 방식으로 구조적으로 그리고 기능적으로 개선된 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 제공함으로써 기술을 상당하게 발전시켰음을 이해하여야 한다. 본 발명의 특정 구현예들가 본원에 상세하게 개시되어 있지만, 본 발명은 이에 제한되거나 또는 본원에서의 본 발명에 대한 변형에 의한 것에 제한되지 않음은 당해 분야의 숙련가에 의해 쉽게 인정될 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 범위는 하기 청구항에 의해 이해될 것이다.

Claims (41)

  1. 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체.
  2. 제1항에 있어서, 말레산 무수물 단량체의 이성질체화된 잔기 및 작용화된 산화프로필렌 단량체의 잔기를 포함하는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 작용화된 개시 알코올의 잔기를 더 포함하는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 하기 화학식을 갖는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체:

    Figure pct00067

    식 중, n은 1 내지 1000의 정수이고; R은 작용기, 또는 상기 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기이며, 여기서 상기 작용기는 벤질기, 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 화학식을 갖는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체:
    Figure pct00068

    식 중, n은 1 내지 1000의 정수이다.
  6. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작용화된 개시 알코올이 프로파르길 알코올, 알릴 알코올, 4-디벤조사이클로옥티놀, 4-하이드록시부탄-2-온, 3-하이드록시프로판-2-온, 5-하이드록시펜탄-2-온, 6-하이드록시헥산-2-온, 7-하이드록시헵탄-2-온, 8-하이드록시옥탄-2-온, 5-노르보넨-2-올, α-브로모이소부티릴 4-메탄올 벤질메타노에이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 작용화된 산화프로필렌 단량체가 알킨 작용화된 산화프로필렌, 0-벤질 작용화된 산화프로필렌, 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO), 글리시딜 프로파르길 에테르, (±)-에피클로로히드린, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체.
  8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작용화된 개시 알코올이 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기를 포함하는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체.
  9. 제1항 내지 제3항, 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 말단 작용기 및 단량체 작용기 둘 다를 포함하는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체.
  10. 제1항 내지 제3항, 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 화학식을 갖는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체:
    Figure pct00069

    식 중, n은 1 내지 100의 정수이고; R은 제1 작용기, 또는 상기 제1 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기이고, 여기서 상기 제1 작용기는 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기, 및 폴리(에틸렌 글리콜)기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; R'는 제2 작용기, 또는 상기 제2 작용기를 함유하는 알킬 또는 아릴기이고, 상기 제2 작용기는 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 티올기, 할라이드기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  11. 제1항 내지 제3항, 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하기로부터 선택되는 화학식을 갖는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체:
    Figure pct00070

    식 중, n은 약 1 내지 약 100의 정수이다.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.7 kDa 내지 약 100,000 kDa의 수평균 분자량을 갖는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 약 1.01 내지 약 1.8의 다분산도 지수 (Ð M )를 갖는, 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체.
  14. 상응하는 작용기와 함께 클릭 반응에 유입될 수 있는 작용기를 포함하는 알킬 또는 아릴기에 에테르 결합을 통해 연결되는 글리시딜기를 포함하는, 제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제12항, 및 제13항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 형성하기 위한 작용화된 산화프로필렌 단량체.
  15. 제14항에 있어서, 상응하는 작용기와 함께 클릭 반응에 유입될 수 있는 작용기를 포함하는 상기 알킬 또는 아릴기는 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 또는 이들의 조합로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용화된 단량체.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 작용화된 단량체가 글리시딜 프로파르길 에테르인 작용화된 단량체.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 화학식을 갖는 작용화된 단량체:
    Figure pct00071
    .
  18. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 작용화된 단량체가 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)인 작용화된 단량체.
  19. 제14항, 제15항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 화학식을 갖는 작용화된 단량체:
    Figure pct00072
    .
  20. 제14항에 있어서, 하기 화학식을 갖는 작용화된 단량체:
    Figure pct00073

    식 중, R은 작용기, 또는 상기 작용기를 포함하는 알킬 또는 아릴기이고, 여기서 상기 작용기는 알킨기, 알켄기, 하이드록실기, 보호된 하이드록실기, 티올기, 할라이드기, 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
  21. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 포함하는 3-D 프린팅된 중합체 스캐폴드.
  22. 제21항에 있어서, 상기 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체에 결합되는 복수의 생체활성 물질 또는 작용성 모이어티를 더 포함하는 3-D 프린팅된 중합체 스캐폴드.
  23. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 말단 또는 단량체 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체의 제조 방법으로서,
    A. 개시 알코올을 준비하는 단계로서, 상기 개시 알코올은 작용성 말단기를 더 포함하는 단계;
    B. 적합한 용기에서 상기 개시 알코올, 마그네슘 촉매, 말레산 무수물, 및 산화프로필렌을 조합하고, 적합한 용매를 첨가하는 단계;
    C. 상기 용기를 밀봉하고 그 다음 가열하여 상기 개시 알코올에 의해 개시되는 말레산 무수물과 산화프로필렌 사이의 개환 중합 반응을 야기하고/거나 유지하여 그것에 의해 상기 작용성 말단기를 포함하는 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 형성하는 단계;
    D. 상기 작용성 말단기를 포함하는 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 수집하고 정제하는 단계; 및
    E. 상기 작용성 말단기를 포함하는 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체에 대하여 상기 작용성 말단기를 포함하는 상기 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 이성질체화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 단계 B의 조합에서의 상기 마그네슘 촉매에 대한 상기 개시 알코올의 몰비는 약 1:1인 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 단계 B의 조합에서 상기 말레산 무수물 및 상기 산화프로필렌의 총 몰수에 대한 상기 개시 알코올의 몰비는 약 1:5 내지 약 1:1000인 방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 단계 B의 용액에서의 상기 말레산 무수물 및 상기 산화프로필렌의 총 농도는 약 0.5M 내지 약 5.0M인 방법.
  27. 제23항에 있어서, 상기 적합한 용매는 톨루엔 또는 헥산인 방법.
  28. 제23항에 있어서, 상기 가열 단계는 약 40℃ 내지 약 100℃의 온도로 상기 용기를 가열하는 것을 포함하는, 방법.
  29. 제23항에 있어서, 상기 적합한 용매는 헥산이고, 상기 가열 단계는 약 45℃의 온도로 상기 용기를 가열하는 것을 포함하는, 방법.
  30. 제23항에 있어서, 상기 개시 알코올이 벤질 알코올, 프로파르길 알코올, 알릴 알코올, 4-디벤조사이클로옥티놀, 4-하이드록시부탄-2-온, 3-하이드록시프로판-2-온, 5-하이드록시펜탄-2-온, 6-하이드록시헥산-2-온, 7-하이드록시헵탄-2-온, 8-하이드록시옥탄-2-온, 5-노르보넨-2-올, α-브로모이소부티릴 4-메탄올 벤질메타노에이트, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 방법.
  31. 제23항에 있어서, 상기 개시 알코올의 작용성 말단기는 벤질기, 알킨기, 프로파르길기, 알릴기, 알켄기, 4-디벤조사이클로옥틴기, 사이클로옥틴기, 케톤기, 알데하이드기, 3차 할로겐기, 폴리(에틸렌 글리콜) 기 및 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  32. 제23항에 있어서, 상기 마그네슘 촉매는 Mg(BHT)2(THF)2를 포함하는, 방법.
  33. 제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체의 제조 방법으로서,
    A. 작용화된 산화프로필렌을 준비하는 단계;
    B. 마그네슘 촉매의 존재 하에 상기 작용화된 산화프로필렌을 말레산 무수물 및 개시 알코올과 반응시켜 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 형성하는 단계;
    C. 상기 작용화된 폴리(프로필렌 말레에이트) 중합체를 염기와 반응시킴으로써 상기 중합체를 이성질체화시켜 제1항의 작용화된 폴리(프로필렌 푸마레이트) 중합체를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 작용화된 산화프로필렌이 알킨 작용화된 산화프로필렌, 0-벤질 작용화된 산화프로필렌, 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO), 글리시딜 프로파르길 에테르, (±)-에피클로로히드린 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 개시 알코올이 벤질 알코올, 프로파르길 알코올, 알릴 알코올, 4-디벤조사이클로옥티놀, 4-하이드록시부탄-2-온, 3-하이드록시프로판-2-온, 5-하이드록시펜탄-2-온, 6-하이드록시헥산-2-온, 7-하이드록시헵탄-2-온, 8-하이드록시옥탄-2-온, 5-노르보넨-2-올, α-브로모이소부티릴 4-메탄올 벤질메타노에이트, 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화된 개시 알코올인 방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 금속 촉매가 마그네슘 2,6-디-tert-부틸-4-메틸펜옥사이드 (Mg(BHT)2(THF)2)인 방법.
  37. 제16항 또는 제17항의 작용화된 단량체의 제조 방법으로서,
    A. 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 염기를 함유하는 수용액에 프로파르길 알코올을 첨가하는 단계;
    B. 적합한 유기 용매에 (±)-에피클로로히드린 및 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트를 용해시키는 단계;
    C. 단계 A의 프로파르길 알코올 용액에 단계 B의 용액 및 H2O를 첨가하는 단계; 및
    D. 불활성 분위기 하에 반응을 진행하여 글리시딜 프로파르길 에테르를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  38. 제37항에 있어서, 프로파르길 알코올의 첨가 단계 (단계 A)는 교반하면서 약 -10℃ 내지 약 30℃의 온도에서 수산화나트륨 (NaOH)의 수용액에 프로파르길 알코올을 적가하는 것을 포함하며, 상기 수산화나트륨 (NaOH)의 수용액은 약 20 중량% 내지 약 50중량%의 NaOH를 포함하며;
    용해 단계 (단계 B)에서의 유기 용매는 헥산을 포함하고; 및
    반응을 진행하는 단계 (단계 D)는 주위 온도로 반응 온도을 증가시키고, N2 블랭킷 하에 약 1 시간 내지 약 24 시간 동안 반응을 계속 진행시키는 것을 포함하는, 방법.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서,
    E. 반응을 켄칭하는 단계;
    F. 적합한 유기 용매로 조 생성물을 추출하는 단계; 및
    G. 칼럼 크로마토그래피 또는 증류에 의해 단계 F의 조 생성물을 정제하여 정제된 글리시딜 프로파르길 에테르를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  40. 제18항 또는 제19항에 청구된 바와 같은 작용화된 단량체의 제조 방법으로서,
    A. 적합한 유기 용매에 o-니트로벤질 알코올을 용해시키는 단계;
    B. 테트라부틸암모늄 하이드로겐설페이트 및 염기를 함유하는 수용액을 단계 A의 o-니트로벤질 알코올 용액에 첨가하는 단계로서, 상기 염기는 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단계;
    C. (±)-에피클로로히드린을 첨가하는 단계; 및
    D. 반응을 진행시켜 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    E) 적합한 유기 용매로 조 생성물을 추출하는 단계; 및
    F) 칼럼 크로마토그래피 또는 증류에 의해 단계 D의 조 생성물을 정제하여 정제된 2-[[(2-니트로페닐)메톡시]메틸]옥시란 (NMMO)을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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