專利名稱：高官能、高支化或超支化聚賴氨酸的生產(chǎn)和用途的制作方法
專利說明高官能、高支化或超支化聚賴氨酸的生產(chǎn)和用途 本發(fā)明涉及新的高官能、高支化或超支化聚賴氨酸、生產(chǎn)它們的方法及其用途。
在研究和工業(yè)中，對樹枝狀和超支化多肽存在增加的興趣。潛在的生物醫(yī)藥應(yīng)用例如為開發(fā)新的多抗原肽(MAP)，作為造影劑載體平臺用于磁共振成像或作為基因轉(zhuǎn)移物(gene transporter)。
稱作樹枝狀聚合物的具有完美對稱結(jié)構(gòu)的樹狀聚合物可起始于中心分子通過使兩種或更多種雙官能或多官能單體受控地與在每種情況下已經(jīng)連接的各單體逐步聯(lián)接而制備。在該程序中，對于各聯(lián)接步驟，單體端基(以及聯(lián)接)增加，得到具有樹狀結(jié)構(gòu)的，理想球形的，其支鏈各自包含正好相同數(shù)目的單體單元的聚合物。該完美結(jié)構(gòu)賦予聚合物有利性能，觀察到的有利性能例如包括驚人低的粘度和高反應(yīng)性，這是因為在球表面上存在大量官能團。然而，由于各聯(lián)接步驟要求引入和除去保護基團以及提純操作使得制備復(fù)雜，并由于這些原因樹枝狀聚合物通常僅在實驗室規(guī)模上制備。
與之相反，稱作超支化聚合物的具有略微不完美結(jié)構(gòu)的樹狀聚合物可通過工業(yè)方法制備。除完美樹枝狀結(jié)構(gòu)外，超支化聚合物還含有線性聚合物鏈和不等同的聚合物支鏈，然而，與完美樹枝狀聚合物相比，這基本不損害聚合物性能。
超支化聚合物可通過所謂的AB2路線制備。AB2分子是用于描述一種三官能單體的術(shù)語，該單體含有一個反應(yīng)性基團A和兩個反應(yīng)性基團B。其中這些基團A和B相互反應(yīng)，超支化聚合物可通過分子間反應(yīng)而生產(chǎn)。
對于樹枝狀聚合物和超支化聚合物的定義還參見P.J.Flory，J.Am.Chem.Soc.1952，74，2718和H.Frey等，Chemistry-A EuropeanJournal，2000，6，第14期，2499。
在本發(fā)明上下文中，“超支化”是指支化度(DB)為10-99.9％，優(yōu)選20-99％，更優(yōu)選20-95％。
在本發(fā)明上下文中，“樹枝狀”是指支化度為99.9-100％。
支化度如下所定義 DB[％]＝100＊(T+Z)/(T+Z+L) 其中T表示末端單體單元的平均數(shù)，Z為支化單體單元的平均數(shù)，以及L為線性單體單元的平均數(shù)。對于支化度的定義還參見H.Frey等，ActaPolym.1997，48，30。
在本發(fā)明上下文中，超支化多肽是指由氨基酸合成的非交聯(lián)大分子，其不僅具有結(jié)構(gòu)性而且具有分子不均勻性。一方面它們可起始于中心分子類似于樹枝狀聚合物合成，但在支鏈中具有不均勻的鏈長度。另一方面，它們也可線性合成并具有官能側(cè)基，或者作為兩種極端情況的組合，可具有線性和支化結(jié)構(gòu)部分。
對于超支化聚賴氨酸的合成，原則上存在三種已知方法 方法1基于ε-保護的L-賴氨酸-N-羧酸酐(NCA)與親核起始物的開環(huán)加聚； 方法2使用在羧基上活化的L-賴氨酸＊2HCl衍生物； 方法3涉及L-賴氨酸的直接熱加聚。
方法1，基于ε-保護的L-賴氨酸-N-羧酸酐開環(huán)加聚的超支化L-賴氨酸聚合物 超支化聚(L-賴氨酸)由Klok等(WO 2003/064452和Macromolecules2002，35，8718-8723)描述。使垂直地Nε-保護的丁氧羰基-L-賴氨酸(Boc-賴氨酸；＝臨時保護基團)和ε-芐氧羰基-L-賴氨酸(Z-賴氨酸；＝長期保護基團)NCA經(jīng)受開環(huán)加聚并使用脂族胺(如己胺)作為起始物。臨時保護基團使用三氟乙酸(TFA)除去，且游離氨基進一步用作新聚合的起始物。在最后步驟中，Z保護基團使用氫溴酸/乙酸(HBr/AcOH)除去。
此外，超支化聚(L-賴氨酸)已由Rodriguez-Hernández等(Biomacromolecules 2003，4，249-258)描述。使Nε-三氟乙酰基-L-賴氨酸-NCA(TFA-Lys-NCA)和Z-賴氨酸-NCA的混合物經(jīng)受與脂族胺的開環(huán)聚合。在分開的偶聯(lián)步驟中，引入Nα，Nε-二(9-芴基甲氧羰基)-L-賴氨酸(Nα，Nε-二Fmoc Lys)作為支化點。在DMF中用哌啶脫保護得到兩個新的胺基，這使得TFA-Lys-NCA和Z-Lys-NCA開環(huán)聚合。將這些反應(yīng)循環(huán)重復(fù)多次。結(jié)構(gòu)類似的超支化嵌段共聚物還由Birchall等(Chem.Commun.1998，1335-1336)描述。使α-氨基酸NCA經(jīng)受與脂族胺的開環(huán)聚合。引入N，N’-二(芐氧羰基)-L-賴氨酸對硝基苯基酯作為支化點，且在H2/Pd/C脫保護之后具有兩個游離胺基以用于氨基酸NCA的進一步開環(huán)。將這些反應(yīng)循環(huán)重復(fù)多次。
所有這些反應(yīng)路線的缺點為要求保護基團，這使得反應(yīng)明顯更困難。
方法2，基于在羧基上活化的L-賴氨酸＊2HCl衍生物的超支化L-賴氨酸聚合物。
超支化聚賴氨酸在一步合成中制備且借助N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)活化羧基。將NHS-活化的L-賴氨酸＊2HCl在二甲亞砜(DMSO)中攪拌23小時并加入催化量的二甲氨基吡啶(DMAP)和3當量二異丙基乙胺(DIEA)，聚合物從乙酸乙酯中沉淀出。聚合物的分子量為Mw＝5100。在“假逐步”聚合中使用相同的反應(yīng)劑，并重復(fù)加入單體，得到分子量Mw＝8640。此外，單體也可聚合到作為核分子的三(2-氨基乙基)胺上。就此而言，還參見T.L.Menz and T.Chapman，Polym.Prep.2003，44(2)，842-743。
由Menz公開的反應(yīng)路線的缺點在于羧基官能必須由特定的反應(yīng)劑活化，從而使反應(yīng)路線復(fù)雜。
方法3，氨基酸混合物的熱加成共聚 游離賴氨酸的熱加成聚合是已知的且已經(jīng)在各種反應(yīng)條件下進行。
Plaquet和合作人員(Biochimie 1975，571395-1396)在水溶液中在105℃下聚合L-賴氨酸長達10周，或者通過在165℃下加熱8小時。反應(yīng)不使用催化劑且產(chǎn)率無例外地小于72.5％，這是非常低的。
Harada(Bull.Chem.Soc.Japan 1959，32，1007-1008)在180-230℃和氮氣氛下使L-賴氨酸聚合30分鐘至2小時。在180℃以下反應(yīng)時，報道了僅形成內(nèi)酰胺。對結(jié)構(gòu)分子量沒有任何報道。所得均聚物具有明顯的凝膠含量。沒有實現(xiàn)賴氨酸鹽酸鹽的均聚(第1008頁，右下欄)。
Rohlfing和合作人員(Archives of Biochemistry and Biophysics 1969，130，441-448)在186-192℃和氮氣氛下聚合L-賴氨酸(游離堿)。它們得到高達3600Da和更高的分子量。此處支化部分也是假定的(參見對比例11)。在對比試驗中沒有發(fā)現(xiàn)Rohlfing等所述的分子量＞100000。
WO 00/71600描述了L-賴氨酸一水合物在壓力裝置中的縮合。所得均聚物的分子量是低的。游離賴氨酸堿的縮合導(dǎo)致交聯(lián)的縮合產(chǎn)物且無催化進行，或用無機酸或其鹽催化。鹽酸鹽必須預(yù)先反應(yīng)轉(zhuǎn)化為游離堿，這使用一當量堿進行，之后它們可根據(jù)WO 00/71600反應(yīng)。
Fox等(BioSystems 1976，8，40-44)不僅將L-賴氨酸而且將L-賴氨酸＊HCl作為起始單體用于在195℃下熱聚合。此時，當在170℃的反應(yīng)溫度下使用L-賴氨酸時，得到環(huán)狀內(nèi)酰胺。僅在195℃下并加入正磷酸時使L-賴氨酸＊HCl反應(yīng)。此處，所得分子量是低的(參見對比例12)。
本發(fā)明的目的是提供制備聚賴氨酸的簡單方法，其不需要保護基團操作或活化羧基，其中還可以得到比現(xiàn)有技術(shù)已知的更高的分子量。
該目的借助一種制備非交聯(lián)的超支化聚賴氨酸的方法而實現(xiàn)，該方法包括使 -(A)賴氨酸與至少一種酸的鹽， -(B)合適的話至少一種不同于賴氨酸的氨基酸， -(C)合適的話至少一種二羧酸或多元羧酸或其可共聚衍生物，和 -(D)合適的話至少一種二胺或多胺或其可共聚衍生物， -(E)合適的話在至少一種溶劑中， 在120-200℃的溫度下， -在至少一種選自下列的催化劑(F)存在下反應(yīng) --(F1)叔胺和脒， --(F2)堿金屬鹽、堿土金屬鹽或季銨鹽，和 --(F3)醇鹽、鏈烷酸鹽、螯合物或選自元素周期表的第IIIA-VIIIA族或第IB-VB族的金屬的有機金屬化合物。
對于本發(fā)明方法，可以制備重均分子量Mw高達750000Da，優(yōu)選高達700000Da，更優(yōu)選高達650000Da，非常優(yōu)選高達600000Da，尤其是高達550000Da的非交聯(lián)的超支化聚賴氨酸。
通過本發(fā)明反應(yīng)路線，第一次可以制備重均分子量Mw超過5000Da，優(yōu)選超過7500Da，更優(yōu)選超過10000Da，非常優(yōu)選超過12000Da，尤其是超過15000Da，特別是超過20000Da，甚至超過25000Da的非交聯(lián)的超支化聚賴氨酸，并且這些聚賴氨酸同樣由本發(fā)明提供。
這類僅由組分(A)與合適的話組分(B)合成的本發(fā)明聚賴氨酸的顯著之處在于對于5000Da，優(yōu)選超過6000Da，更優(yōu)選超過7000Da的摩爾重量，在50℃下在水中的溶解度超過90重量％。
根據(jù)ASTM規(guī)定D3418-03經(jīng)由差熱掃描量熱法測定的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg通常為-20℃至100℃，優(yōu)選-10℃至80℃，更優(yōu)選0-60℃。
根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語“非交聯(lián)”是指由賴氨酸與至少一種酸的鹽(A)得到的本發(fā)明聚賴氨酸比通過游離賴氨酸堿聚合得到的相同重均分子量Mw的聚賴氨酸的交聯(lián)度低。
用于此的一種量度例如為比較聚賴氨酸的凝膠含量，即在室溫(23℃)下在水中儲存24小時不可溶解的聚賴氨酸級分除以樣品總量并乘以100。
對于本發(fā)明聚賴氨酸，與通過聚合游離賴氨酸堿得到的聚賴氨酸相比，凝膠含量通常不超過20％，優(yōu)選不超過10％，更優(yōu)選不超過5％。
此外，本發(fā)明提供改性聚賴氨酸。
本發(fā)明反應(yīng)通常在120-200℃，優(yōu)選130-180℃，更優(yōu)選150-170℃，非常優(yōu)選150-160℃的溫度下進行。
進行本發(fā)明反應(yīng)的壓力起較小作用。如果使用沸點比所需反應(yīng)溫度低的溶劑(E)，則明智的是施加可獲得所需反應(yīng)溫度的壓力。
反應(yīng)時間根據(jù)所需分子量變化且通常為至少一個小時，優(yōu)選至少2小時，更優(yōu)選至少4小時，非常優(yōu)選至少6小時，尤其是至少8小時。通常反應(yīng)持續(xù)不超過72小時，優(yōu)選不超過60小時，更優(yōu)選不超過48小時，非常優(yōu)選不超過36小時。
通常而言，聚賴氨酸的所需分子量越高，反應(yīng)時間也必須選擇更長。
反應(yīng)可連續(xù)，或優(yōu)選分批進行。賴氨酸反應(yīng)物可全部包括在起始裝料中，或者可緩慢地連續(xù)加入反應(yīng)器中。后一模式也稱為緩慢單體加料。反應(yīng)優(yōu)選以所謂的一步模式進行，其中單體全部包括在起始裝料中且反應(yīng)在反應(yīng)器中在返混下進行。然而，還可接受的是，在多段反應(yīng)器體系，如攪拌釜級聯(lián)中，或在管式反應(yīng)器中的反應(yīng)路線。在本發(fā)明的一個優(yōu)選替代實施方案中，反應(yīng)可在配混器、擠出機、強烈混合器或槳式干燥器中進行。
合適的話，反應(yīng)也可借助超聲或微波輻照進行。
各反應(yīng)組分可在反應(yīng)路線起始時加入，或者以交錯形式加入，這取決于在形成的聚合物段時所需的摻入聚合物的各反應(yīng)組分。
根據(jù)本發(fā)明，賴氨酸以游離賴氨酸堿與酸，優(yōu)選pKa小于2.2的酸，更優(yōu)選強酸的鹽(A)的形式使用。
酸的實例為乙酸、甲酸、碳酸、羥基乙酸、丙酸或乳酸。
pKa小于2.2的酸的實例例如包括磷酸(H3PO4)、亞磷酸(H3PO3)、焦磷酸(H4P2O7)或硫酸氫根(HSO4-)。
強酸的實例為硫酸(H2SO4)、高氯酸、鹽酸和氫溴酸。
非常特別優(yōu)選硫酸和鹽酸，特別是鹽酸。
此處，賴氨酸形成的內(nèi)鹽并不包括在形成的鹽中；酸必須是不同于賴氨酸的酸。
還可以使用以任何所需水合物形式的賴氨酸鹽。使用何種水合物對本發(fā)明目的不相關(guān)。
因為賴氨酸具有兩個氨基，可以基于賴氨酸的量使用優(yōu)選超過50mol％，更優(yōu)選50-200mol％，非常優(yōu)選75-200mol％，尤其是100-200mol％的酸用于形成鹽。
合適的話，雖然是較不優(yōu)選的，賴氨酸的羧基也可以酯的形式如C1-C10烷基酯，優(yōu)選C1-C4烷基酯的形式存在。
賴氨酸可以以純對映體形式或作為外消旋體，優(yōu)選作為外消旋體，或以L-賴氨酸形式，更優(yōu)選以L-賴氨酸形式使用。
應(yīng)理解的是，L-賴氨酸可以與其它氨基酸(B)共聚。此處例如可提及甘氨酸、丙氨酸、β-丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、叔亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺酸、谷氨酰胺、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、精氨酸、組氨酸、4-氨基丁酸、胱氨酸、瓜氨酸、茶氨酸、高半胱氨酸、4-羥基脯氨酸、蒜氨酸或鳥氨酸。
就此而言，氨基酸(B)為具有至少一個伯氨基或仲氨基和至少一個羧基的氨基酸。
此外，非交聯(lián)的超支化聚賴氨酸還可以與羧酸(C)或胺(D)無規(guī)或嵌段共聚，此時，應(yīng)確保在反應(yīng)混合物中，氨基與羧基的總摩爾比例為3∶1-1∶3，優(yōu)選3∶1-1∶2，更優(yōu)選3∶1-1∶1，非常優(yōu)選2.5∶1-1.5∶1。
適于該共聚的二羧酸和多元羧酸(C)通常具有至少2個，優(yōu)選2-4，更優(yōu)選2-3，非常優(yōu)選2個羧基。優(yōu)選二羧酸和多元羧酸(C)包含2-30個碳原子并且可為脂族、脂環(huán)族或芳族的。
合適的二羧酸的實例包括草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷-α，ω-二甲酸、十二烷-α，ω-二甲酸、順-和反-環(huán)己烷-1，2-二甲酸、順-和反-環(huán)己烷-1，3-二甲酸、順-和反-環(huán)己烷-1，4-二甲酸、順-和反-環(huán)戊烷-1，2-二甲酸以及順-和反-環(huán)戊烷-1，3-二甲酸，二羧酸可以被一個或多個選自如下的基團取代C1-C10烷基，實例為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、仲戊基、新戊基、1，2-二甲基丙基、異戊基、正己基、異己基、仲己基、正庚基、異庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基或正癸基， C3-C12環(huán)烷基，實例為環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)庚基、環(huán)辛基、環(huán)壬基、環(huán)癸基、環(huán)十一烷基和環(huán)十二烷基；優(yōu)選環(huán)戊基、環(huán)己基和環(huán)庚基， 亞烷基如亞甲基或亞乙基，和/或 C6-C14芳基如苯基、1-萘基、2-萘基、1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基、1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基和9-菲基，優(yōu)選苯基、1-萘基和2-萘基，更優(yōu)選苯基。
可提及的取代二羧酸的實例包括2-甲基丙二酸、2-乙基丙二酸、2-苯基丙二酸、2-甲基琥珀酸、2-乙基琥珀酸、2-苯基琥珀酸、衣康酸和3，3-二甲基戊二酸。
還合適的是芳族二羧酸如鄰苯二甲酸、間苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿帷?br> 合適的三元羧酸和四元羧酸的實例包括1，3，5-苯三酸、1，2，4-苯三酸、1，2，4，5-苯四酸、丁烷三甲酸、萘三甲酸和環(huán)己烷-1，3，5-三甲酸。
從所考慮的作為組分(C)中排除的是具有活性雙鍵如α，β-烯屬不飽和雙鍵的二羧酸或多元羧酸和/或氨基酸(B)。
優(yōu)選組分(C)為除羧基外不再含有其它官能團的那些二羧酸或多元羧酸。
此外，還可以使用兩種或更多種上述羧酸的混合物。羧酸可以直接或以衍生物形式使用。這類衍生物尤其為 -以單體或聚合形式的上述羧酸的酸酐； -上述羧酸的酯，如 ●單烷基酯或二烷基酯，優(yōu)選C1-C4烷基酯，更優(yōu)選單甲基酯或二甲基酯，或?qū)?yīng)的單乙基酯或二乙基酯，以及衍生于更高級醇如正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、叔丁醇、正戊醇和正己醇的單烷基酯和二烷基酯， ●單乙烯基酯和二乙烯基酯，和 ●混合酯，優(yōu)選甲乙酯。
還可以使用羧酸和一種或多種其衍生物的混合物，或一種或多種二羧酸的兩種或更多種不同衍生物的混合物。
特別優(yōu)選使用琥珀酸、戊二酸、己二酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸或它們的單甲基酯或二甲基酯作為羧酸。
合適的胺(D)通常具有至少2，優(yōu)選2-6，更優(yōu)選2-4個氨基，通常具有2-30個碳原子且可為脂族、脂環(huán)族或芳族的。胺(D)具有伯氨基和/或仲氨基。
合適的二胺優(yōu)選為式R1-NH-R2-NH-R3的那些，其中R1和R3相互獨立地為氫或具有1-20個碳原子的烷基、環(huán)烷基、芳基或芳烷基。亞烷基R2可為線性或環(huán)狀。
優(yōu)選二胺的實例為乙二胺、丙二胺(1，2-二氨基丙烷和1，3-二氨基丙烷)、N-甲基乙二胺、哌嗪、四亞甲基二胺(1，4-二氨基丁烷)、N，N’-二甲基乙二胺、N-乙基乙二胺、1，5-二氨基戊烷、1，3-二氨基-2，2-二乙基丙烷、1，3-二(甲基氨基)丙烷、六亞甲基二胺(1，6-二氨基己烷)、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、十二烷二胺、十六烷二胺、甲苯二胺、苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二環(huán)己基甲烷、苯二胺、環(huán)己二胺、二(氨基甲基)環(huán)己烷、二氨基二苯基砜、1，5-二氨基-2-甲基戊烷、3-(丙基氨基)丙基胺、N，N’-二(3-氨基丙基)哌嗪、N，N’-二(3-氨基丙基)哌嗪、異佛爾酮二胺(IPDA)、3(或4)，8(或9)-二(氨基甲基)-三環(huán)[5.2.1.02，6]癸烷異構(gòu)體混合物，2-丁基-2-乙基-1，5-五亞甲基二胺、2，2，4-或2，4，4-三甲基-1，6-六亞甲基二胺、2-氨基丙基環(huán)己基胺、3(4)-氨基甲基-1-甲基環(huán)己基胺、1，4-二氨基-4-甲基戊烷、胺封端的聚氧亞烷基多元醇(所謂的Jeffamine)或胺封端的聚四亞甲基二醇。
優(yōu)選丁二胺、戊二胺、六亞甲基二胺、甲苯二胺、苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二環(huán)己基甲烷、苯二胺、環(huán)己二胺、二氨基二苯基砜、異佛爾酮二胺、二(氨基甲基)環(huán)己烷、胺封端的聚氧亞烷基多元醇(所謂的Jeffamine)或胺封端的聚四亞甲基二醇。
合適的具有三個或更多個反應(yīng)性伯氨基和/或仲氨基的胺的實例為三(氨基乙基)胺、三(氨基丙基)胺、三(氨基己基)胺、三氨基己烷、4-氨基甲基-1，8-辛二胺、三氨基壬烷、二(氨基乙基)胺、二(氨基丙基)胺、二(氨基丁基)胺、二(氨基戊基)胺、二(氨基己基)胺、N-(2-氨基乙基)丙二胺、蜜胺、低聚二氨基二苯基甲烷(聚合物-MDA)、N，N′-二(3-氨基丙基)乙二胺、N，N′-二(3-氨基丙基)丁二胺、N，N，N′，N′-四(3-氨基丙基)乙二胺、N，N，N′，N′-四(3-氨基丙基)丁二胺、具有三個或更多個官能團的胺封端的聚氧亞烷基多元醇(所謂的Jeffamine)、具有三個或更多個官能團的聚氮丙啶，或具有三個或更多個官能團的胺封端的聚丙烯亞胺。
優(yōu)選具有三個或更多個反應(yīng)性伯氨基和/或仲氨基的胺為三(氨基乙基)胺、三(氨基丙基)胺、三(氨基己基)胺、三氨基己烷、4-氨基甲基-1，8-辛二胺、三氨基壬烷、二(氨基乙基)胺、二(氨基丙基)胺、二(氨基丁基)胺、二(氨基戊基)胺、二(氨基己基)胺、N-(2-氨基乙基)丙二胺、蜜胺或者具有三個或更多個官能團的胺封端的聚氧亞烷基多元醇(所謂的Jeffamine)。
特別優(yōu)選具有三個或更多個伯氨基的胺，例如三(氨基乙基)胺、三(氨基丙基)胺、三(氨基己基)胺、三氨基己烷、4-氨基甲基-1，8-辛二胺、三氨基壬烷或者具有三個或更多個官能團的胺封端的聚氧亞烷基多元醇(所謂的Jeffamine)。
也可以使用兩種或更多種羧酸和/或羧酸衍生物的混合物，或兩種或更多種胺的混合物。各種羧酸或胺的官能數(shù)可相同或不同。
賴氨酸(A)和合適的話額外單體(B)-(D)的反應(yīng)可任選在溶劑(E)存在下進行。就此而言，通?？梢允褂盟腥軇瑑?yōu)選對反應(yīng)條件下的各反應(yīng)物呈惰性的那些。優(yōu)選在有機溶劑如癸烷、十二烷、苯、甲苯、氯苯、二氯苯、二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或溶劑石腦油中操作。然而，還可接受且額外優(yōu)選的是水和具有1-10個碳原子的鏈烷醇，特別是甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇和2-乙基己醇。
在本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施方案中，反應(yīng)本體進行，換言之沒有溶劑。
然而，也可以存在少量水，例如基于賴氨酸的鹽為至多20重量％，優(yōu)選至多15重量％，更優(yōu)選至多10重量％，非常優(yōu)選至多5重量％。
反應(yīng)過程中釋放的水可通過蒸餾分離，合適的話使在反應(yīng)條件下惰性的氣體通過液相，合適的話在減壓下進行，水可以這種方式從反應(yīng)平衡中除去。這也可對加速反應(yīng)有效果。
在反應(yīng)條件下惰性的氣體例如可為稀有氣體如氦氣或氬氣，例如還有氮氣、一氧化碳或二氧化碳。
反應(yīng)通過加入催化劑(F)或催化劑混合物而加速。
合適的催化劑為催化酯化和酰胺化的化合物且選自 --(F1)叔胺和脒， --(F2)堿金屬鹽、堿土金屬鹽或季銨鹽，和 --(F3)醇鹽、鏈烷酸鹽、螯合物或選自元素周期表第IIIA-VIIIA族或第IB-VB族的金屬的有機金屬化合物。
叔胺和脒(F1)為在氨基上不具有游離氫原子，相反其氮原子僅經(jīng)由三個鍵與碳原子聯(lián)接的那些。優(yōu)選叔胺和脒為pKb超過8.9，更優(yōu)選超過10.3的那些。非常特別優(yōu)選叔胺和脒在反應(yīng)溫度下僅具有低揮發(fā)性，尤其是具有高于反應(yīng)溫度的沸點。
叔胺的實例為三辛基胺、三(十二烷基)胺、三芐基胺、N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、1-甲基吡咯、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、甲基吡啶、N，N′-二甲基哌嗪、N-甲基嗎啉、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N，N-二甲基苯胺、N，N-二甲基芐基胺、1，4-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷、1，5-二氮雜雙環(huán)[4.3.0]壬-5-烯或1，8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一-7-烯。脒的實例為咪唑類如N-甲基咪唑、咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑或1，2-二甲基咪唑。
堿金屬鹽、堿土金屬鹽或季銨鹽(F2)為陽離子選自堿金屬或堿土金屬或季銨離子的氫氧化物、氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、C1-C10醇鹽或C1-C10鏈烷酸鹽。
堿金屬優(yōu)選為Li、Na、K或Cs，更優(yōu)選Na和K。堿土金屬優(yōu)選為Mg和Ca。季銨離子可具有4-32個碳原子且可被烷基、環(huán)烷基、芳基或芳烷基取代，優(yōu)選被烷基或芳烷基取代，更優(yōu)選被烷基取代。
優(yōu)選C1-C10醇鹽為C1-C4醇鹽，更優(yōu)選甲醇鹽、乙醇鹽、異丙醇鹽和正丁醇鹽，非常優(yōu)選甲醇鹽和乙醇鹽，尤其是甲醇鹽。
優(yōu)選C1-C10鏈烷酸鹽為C1-C4鏈烷酸鹽，特別優(yōu)選乙酸鹽。
優(yōu)選化合物(F2)為鋰、鈉、鉀或銫的氫氧化物，鋰、鈉、鉀或銫的碳酸鹽，鋰、鈉、鉀或銫的乙酸鹽，特別優(yōu)選氫氧化鈉或氫氧化鉀。
化合物(F3)為醇鹽、鏈烷酸鹽、螯合物或選自元素周期表第IIIA-VIIIA族或第IB-VB族的金屬的有機金屬化合物。
醇鹽的實例為C1-C10醇鹽，優(yōu)選C1-C4醇鹽，更優(yōu)選甲醇鹽、乙醇鹽、異丙醇鹽和正丁醇鹽，非常優(yōu)選甲醇鹽和乙醇鹽，尤其是甲醇鹽。
鏈烷酸鹽的實例為C1-C20鏈烷酸鹽，優(yōu)選C1-C4鏈烷酸鹽，特別優(yōu)選乙酸鹽。
螯合物為環(huán)狀化合物，其中金屬和具有孤對電子的結(jié)構(gòu)部分形成環(huán)。優(yōu)選螯合物形成體為乙酰丙酮化物。
有機金屬化合物為具有直接的金屬-碳鍵的那些。
優(yōu)選金屬為硼、鋁、錫、鋅、鈦、銻、鋯或鉍。
優(yōu)選化合物(F3)為四丁醇鈦、四異丙醇鈦、乙酰丙酮化鋯、四丁醇鋯、正辛酸亞錫(II)、2-乙基己酸亞錫(II)、月桂酸亞錫(II)、氧化二丁錫、二丁基二氯化錫、二丁基二乙酸錫、二丁基二月桂酸錫、二丁基二馬來酸錫、二丁基二乙酸錫、三乙醇銻或硼酸衍生物如吡啶硼酸。
優(yōu)選催化劑為(F1)和(F2)，特別優(yōu)選化合物(F2)。
對于本發(fā)明反應(yīng)，使化合物(A)-(E)以如下比例相互反應(yīng) (B)基于(A)為至多100mol％，優(yōu)選0-75mol％，更優(yōu)選0-50mol％，非常優(yōu)選0-25mol％，尤其是0-15mol％，特別是0mol％， (C)基于(A)為0-50mol％，優(yōu)選0-30mol％，更優(yōu)選0-25mol％，非常優(yōu)選0-10mol％，尤其是0-5mol％，特別是0mol％， (D)基于(A)為0-50mol％，優(yōu)選0-30mol％，更優(yōu)選0-25mol％，非常優(yōu)選0-10mol％，尤其是0-5mol％，特別是0mol％， (E)基于組分(A)-(D)的總和為0-200重量％，優(yōu)選0-100％，更優(yōu)選0-75％，非常優(yōu)選0-50％，尤其是0-25％，特別是0重量％，和 (F1)或 (F2)基于與賴氨酸形成鹽的酸為至多110mol％，優(yōu)選至多105mol％，更優(yōu)選至多100mol％，且通常至少80mol％，和/或 (F3)基于組分(A)-(D)的總和為0.1-20mol％，優(yōu)選0.1-15mol％。
在反應(yīng)之后，換言之在沒有額外的改性之后，通過本發(fā)明方法制備的高官能高支化多肽經(jīng)由氨基和/或羧基封端。它們易于溶于極性溶劑如水，醇如甲醇，且以改性形式溶于乙醇、丁醇、醇/水混合物、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、碳酸亞乙酯或碳酸亞丙酯。
對本發(fā)明而言，高官能多肽為具有至少3個，優(yōu)選至少6個，尤其是至少10個官能團的產(chǎn)物。盡管具有非常大量官能團的產(chǎn)物可能具有不希望的性能如高粘度或低溶解度，但原則上對官能團的數(shù)目的上限沒有限制。本發(fā)明高官能多肽通常含有不超過200個官能團，優(yōu)選不超過100個官能團。此處，官能團是指伯氨基、仲氨基或叔氨基或羧基。此外，高官能高支化多肽可具有不參與高支化聚合物合成的其它官能團(見下文)。這些其它官能團可借助除伯氨基和仲氨基或酸基外還含有其它官能團的二胺或多胺或二羧酸或多元羧酸引入。
在本發(fā)明的另一實施方案中，本發(fā)明多肽可包含其它官能團。此時，官能化可在反應(yīng)過程中，即在使分子量增加的縮聚反應(yīng)過程中進行，或者在縮聚反應(yīng)結(jié)束后通過隨后官能化所得多肽而進行。
如果在分子量增加之前或過程中，加入除氨基和/或羧基外還具有其它官能團的組分，則得到具有無規(guī)分布的其它官能團，即不同于氨基或羧基的官能團的多肽。
例如在縮聚之前或過程中，可加入除伯氨基或仲氨基或羧基外還具有如下基團的組分(G)羥基、巰基、叔氨基、醚基、脲基、磺酸基、膦酸基、硅烷基、硅氧烷基、芳基，或短鏈或長鏈、線性或支化烷基，其中合適的話短鏈或長鏈、線性或支化烷基也可部分氟化或全氟化。
可加入用于官能化的含羥基組分(G)例如包括乙醇胺、N-甲基乙醇胺、丙醇胺、異丙醇胺、丁醇胺、2-氨基-1-丁醇、2-(丁基氨基)乙醇、2-(環(huán)己基氨基)乙醇、2-(2′-氨基乙氧基)乙醇或氨的高級烷氧基化產(chǎn)物，或4-羥基哌啶、1-羥基乙基哌嗪、二乙醇胺、二丙醇胺、二異丙醇胺、三(羥基甲基)氨基甲烷或三(羥基乙基)氨基甲烷，以及二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、羥基新戊酸、乳酸或羥基乙酸。
可加入用于官能化的含巰基組分例如包括半胱胺、巰基乙酸或巰基乙醇。對于叔氨基，高支化多肽例如可通過伴隨使用二(氨基乙基)甲基胺、二(氨基丙基)甲基胺或N，N-二甲基乙二胺而官能化。對于醚基，高支化多肽可通過伴隨使用胺封端的聚醚醇(所謂的Jeffamine)或聚醚羧酸而官能化。對于磺酸基和膦酸基，高支化多肽例如可通過伴隨使用氨基磺酸或氨基膦酸而官能化。對于含硅基團，高支化多肽可通過伴隨使用六甲基二硅烷基胺、N-(3-三甲基甲硅烷基乙基)乙二胺、3-氨基丙基三甲基硅氧烷、3-氨基丙基三乙基硅氧烷、3-異氰酸根合丙基三甲基硅氧烷或3-異氰酸根合丙基三乙基硅氧烷而官能化。對于長鏈烷基，高支化多肽可通過伴隨使用烷基胺、烷基羧酸，烷基磺酸或烷基異氰酸酯而官能化。
此外，多肽也可通過使用少量不具有氨基和羧基，但具有不同于氨基或羧基且可與氨基或羧基反應(yīng)的官能團的單體(H)而官能化。此處，例如可提及官能度為2、3或更高的醇，其可經(jīng)由酯官能摻入多肽中。因此，例如可通過加入長鏈的鏈烷二醇獲得疏水性能，而聚氧化烯二醇或三醇在多肽中產(chǎn)生親水性。
在縮聚之前或過程中引入的不同于氨基或羧基的所述官能團通?；诎被汪然目偤鸵?.1-80mol％，優(yōu)選1-50mol％的量引入。
本發(fā)明進一步提供了改性聚賴氨酸，其中易于接近的氨基和/或羧基至少部分被進一步改性，即與改變聚賴氨酸性能并因此將其改性的反應(yīng)物反應(yīng)。這些性能的實例包括溶解度、分散性、親水性、疏水性和流變性能。
優(yōu)選改性上述基于賴氨酸與酸的鹽的反應(yīng)而制備的本發(fā)明聚賴氨酸。然而，還可接受的是，改性以任何所需方式得到的，例如通過使不同于(A)的含賴氨酸反應(yīng)物-游離賴氨酸堿聚合或共聚而制備的聚賴氨酸。
可用于這類改性的聚賴氨酸應(yīng)具有或超過1000Da，優(yōu)選超過1500Da，更優(yōu)選超過2000Da，非常優(yōu)選超過2500Da，尤其是3000Da，特別是5000Da的重均分子量Mw。有利的是還可使用具有或超過7500Da，超過10000Da、超過15000Da，或甚至超過20000Da的Mw的聚賴氨酸。
重均分子量Mw的上限對本發(fā)明并不關(guān)鍵。例如可以使用具有至多750000Da，優(yōu)選至多600000Da，更優(yōu)選至多500000Da，非常優(yōu)選至多400000Da，尤其是至多300000Da的Mw的聚賴氨酸。
可使用的聚賴氨酸例如以NH2計算以1-21.9重量％，優(yōu)選3-18重量％包含伯氨基、仲氨基或叔氨基，游離或質(zhì)子化氨基。
可使用的聚賴氨酸例如以COOH計算具有0-30重量％，優(yōu)選0-15重量％游離或脫質(zhì)子酸基含量。
包含氨基的高官能高支化多肽的隨后官能化例如可通過加入不含氨基或羧基但包含酸基、異氰酸酯基團、酮基或醛基，或活性雙鍵的分子，如包含丙烯酸類雙鍵的分子(I)而實現(xiàn)。例如可通過與丙烯酸或馬來酸及其衍生物如酯反應(yīng)，隨后合適的話水解而得到包含酸基的多肽。
此外，包含氨基的高官能多肽可通過與氧化烯(J1)如氧化乙烯、氧化丙烯或氧化丁烯反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為高官能多肽多元醇。
使高官能多肽中的氨基官能化的另一可能性為使氨基與內(nèi)酯和/或內(nèi)酰胺至少部分反應(yīng)，以形成起始于這些氨基的具有端羥基的聚酯鏈。內(nèi)酰胺的實例為ε-己內(nèi)酰胺、δ-戊內(nèi)酰胺、γ-丁內(nèi)酰胺、N-甲基己內(nèi)酰胺和N-甲基吡咯烷酮。內(nèi)酯的實例為ε-己內(nèi)酯、δ-戊內(nèi)酯和γ-丁內(nèi)酯。
制備多肽/聚醚化合物的另一可能性為使多肽與氨基或酸基封端的且官能度為1、2或更高的聚氧化烯(J2)，優(yōu)選聚氧化乙烯、聚氧化丙烯或聚乙烯-氧化丙烯反應(yīng)。
通過與質(zhì)子酸形成鹽或通過用烷基化試劑(K)如甲基鹵、對甲苯磺酸烷基酯、或硫酸二烷基酯使氨基官能季銨化，可使高官能高支化多肽可溶于水或可分散于水中。
形成鹽也可通過使化學(xué)計量或超化學(xué)計量的本發(fā)明超支化聚合物的氨基與酸性組分或其鹽混合或反應(yīng)而進行，其中所述酸性組分或其鹽具有長鏈的線性或支化烷基、合適的話被取代的環(huán)烷基或合適的話被取代的芳基，其通常以皂或表面活性劑已知。
這類酸性組分可優(yōu)選含有至少一個，特別優(yōu)選精確地為1個羧基、磺酸基、硫酸根或膦酸基。
超支化聚合物例如可與烷基羧酸或鏈烯基羧酸如辛酸、壬酸、癸酸、十二烷酸、十六烷酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸或它們的Li、Na、K、Cs、Ca或銨鹽，與烷基磺酸，實例為辛烷磺酸、十二烷磺酸、硬脂基磺酸或油基磺酸，或它們的Li、Na、K、Cs、Ca或銨鹽，與樟腦磺酸、環(huán)十二烷基磺酸、對甲苯磺酸、苯磺酸、4-己基苯磺酸鹽、4-辛基苯磺酸鹽、4-癸基苯磺酸鹽或4-十二烷基苯磺酸鹽，或它們的Li、Na、K、Cs、Ca或銨鹽，或與烷基硫酸鹽，實例為正烷基硫酸鹽或仲烷基硫酸鹽反應(yīng)。這產(chǎn)生了離子型聚賴氨酸-表面活性劑配合物，其例如具有液晶性能或可作為聚合物離子液體。
烷基、環(huán)烷基或芳基此時具有至多20，優(yōu)選6-20，更優(yōu)選7-20個碳原子。
為獲得拒水性(疏水性)，可使胺封端、高官能、高支化多肽與飽和或不飽和長鏈羧酸(L)、其氨基反應(yīng)性衍生物或者與脂族或芳族異氰酸酯、鹵化三烷基硅烷、部分或完全氟化的醇、烷基鹵、羧酸或胺反應(yīng)。
羧酸封端的多肽可通過與長鏈烷基胺或長鏈脂族一元醇反應(yīng)而疏水化。
為了獲得非離子親水化，可以使胺封端、高官能、高支化多肽與額外包含聚乙二醇鏈的脂族或芳族異氰酸酯反應(yīng)。
羧酸基封端的多肽可通過與長鏈的，優(yōu)選單官能的聚乙二醇或聚乙二醇胺(Jeffamine)反應(yīng)而非離子親水化。
為了獲得兩親性特征，也可同時用疏水和親水試劑-例如用長鏈脂族羧酸、醇、胺或具有1、2或更高官能度的異氰酸酯，同時用含有聚乙二醇鏈且具有1、2或更高官能度的醇、胺、酸或異氰酸酯改性高官能高支化多肽。
對于純化，尤其是分離制備過程中形成無機鹽，可將本發(fā)明聚合物例如溶于極性或非極性溶劑中，鹽不進入溶液中且可通過過濾與聚合物分離。此處，例如可提及將未改性的聚賴氨酸溶于乙醇中，其中反應(yīng)過程中形成的氯化鉀作為沉積物沉淀且可通過過濾與聚合物溶液分離。
本發(fā)明還提供了本發(fā)明的高官能高支化多肽作為粘合促進劑和觸變(thioxotropic)試劑、加溶劑、水不溶性化學(xué)品的相轉(zhuǎn)移試劑、水溶性化學(xué)品的相轉(zhuǎn)移試劑、表面改性劑的用途，以及作為生產(chǎn)印刷油墨、漆、涂料、粘合劑、密封劑、腐蝕控制產(chǎn)品、流延彈性體和泡沫的組分的用途。
實施例 實施例1L-賴氨酸＊1HCl的縮合產(chǎn)物，在150℃下并加入NaOH且不在減壓下反應(yīng) 將L-賴氨酸＊HCl(11g，60mmol)和固體NaOH(2.4g，60mmol)在研缽中研磨，隨后將混合物在Schlenk管中在150℃下加熱。在反應(yīng)過程中，在14，24，38和48小時后取樣，將其溶于水中，將溶液過濾，通過GPC分析測定分子量。GPC分析對直接從反應(yīng)混合物中取出未處理樣品進行，并在水溶液中在30℃下借助包含OHpak SB-803 HQ和SB-804 HQ(Shodex)的柱組合并加入0.1mol/l碳酸氫鈉而進行，其中流速為0.5ml/min并將聚氧化乙烯用作標樣。使用在230nm的波長下操作的UV檢測器進行檢測。
表1L-賴氨酸＊HCl在150℃下并加入NaOH縮合 實施例2L-賴氨酸＊HCl的縮合產(chǎn)物，在150℃下并加入KOH且不在減壓下反應(yīng) 將L-賴氨酸＊HCl(11g，60mmol)和KOH(3.3g，60mmol)在研缽中研磨，隨后將混合物在Schlenk管中在150℃下加熱。在反應(yīng)過程中，在14，24，38和48小時后取樣，將其溶于水中，將溶液過濾，分子量如實施例1所述測定(參見表2)。
表2L-賴氨酸＊HCl在150℃下并加入KOH縮聚 實施例3L-賴氨酸＊HCl的縮合產(chǎn)物，在150℃下并加入NaOH和丁醇鋯(IV)且不在減壓下反應(yīng) 將L-賴氨酸＊HCl(11g，60mmol)和NaOH(2.4g，60mmol)在研缽中研磨，在加入1ml丁醇鋯(IV)(Zr(OBu)4)之后將混合物在150℃下在Schlenk管中加熱。在反應(yīng)過程中，在14，24，38和48小時后取樣，將其溶于水中，將溶液過濾，分子量如實施例1所述通過GPC測定(參見表3)。
表3L-賴氨酸＊HCl在150℃下并加入NaOH和丁醇鋯(IV)縮聚 實施例4L-賴氨酸＊HCl的縮合產(chǎn)物，在150℃下并加入KOH和丁醇鋯(IV)且不在減壓下反應(yīng) 將L-賴氨酸＊HCl(11g，60mmol)和KOH(3.3g，60mmol)在研缽中研磨，在加入1ml丁醇鋯(IV)(Zr(OBu)4)之后將混合物在150℃下在Schlenk管中加熱。在反應(yīng)過程中，在14，24，38和48小時后取樣，將其溶于水中，將溶液過濾，分子量如實施例1所述通過GPC測定(參見表4)。
表4L-賴氨酸＊HCl在150℃下并加入KOH和丁醇鋯(IV)縮聚 實施例5L-賴氨酸＊HCl的縮合產(chǎn)物，在150℃下并加入NaOH和二月桂酸二丁錫且不在減壓下反應(yīng) 將L-賴氨酸＊HCl(11g，60mmol)和NaOH(2.4g，60mmol)在研缽中研磨，在加入1ml二月桂酸二丁錫之后將混合物在150℃下在Schlenk管中加熱。在反應(yīng)過程中，在14，24，38和48小時后取樣，將其溶于水中，將溶液過濾，分子量如實施例1所述通過GPC測定(參見表5)。
表5L-賴氨酸＊HCl在150℃下并加入NaOH和二月桂酸二丁錫縮聚 實施例6L-賴氨酸＊HCl的縮合產(chǎn)物，在150℃下并加入NaOH和三苯基亞磷酸酯且不在減壓下反應(yīng) 將L-賴氨酸＊HCl(11g，60mmol)和NaOH(2.4g，60mmol)在研缽中研磨，在加入1ml三苯基亞磷酸酯之后將混合物在150℃下在Schlenk管中加熱。在反應(yīng)過程中，在14，24，38和48小時后取樣，將其溶于水中，將溶液過濾，分子量如實施例1所述通過GPC測定(參見表6)。
表6L-賴氨酸＊HCl在150℃下并加入NaOH和三苯基亞磷酸酯縮聚 實施例7L-賴氨酸＊HCl的縮合產(chǎn)物，在180℃下并加入NaOH且不在減壓下反應(yīng) 將L-賴氨酸＊HCl(5.5g，30mmol)和NaOH(1.2g，30mmol)在研缽中研磨，隨后將混合物在Schlenk管中在180℃下加熱。在24小時之后，將混合物冷卻至室溫，將粘稠熔體溶于水并過濾。根據(jù)實施例1通過GPC測得聚合物的分子量Mw為20600g/mol，多分散性為4.9。
實施例8L-賴氨酸＊HCl的縮合產(chǎn)物，在150℃和減壓下并加入NaOH反應(yīng) 將L-賴氨酸＊HCl(11g，60mmol)和NaOH(2.4g，60mmol)在研缽中研磨，隨后將混合物在Schlenk管中在150℃和減壓下加熱。在反應(yīng)過程中，在14，24，38和48小時后取樣，將其溶于水中，將溶液過濾，分子量如實施例1所述通過GPC測定(參見表8)。
表8L-賴氨酸＊HCl在150℃和減壓下并加入NaOH縮聚 實施例9L-賴氨酸＊HCl的縮合產(chǎn)物，在150℃和減壓下在NaOH和二月桂酸二丁錫下反應(yīng) 在配有攪拌器、內(nèi)部溫度計、氣體進入管和具有減壓連接的下降式冷凝器和接收器的4L四頸燒瓶中裝入100g L-賴氨酸鹽酸鹽、218g固體氫氧化鈉、100g水和0.3g二丁基二月桂酸錫，并將混合物在攪拌和150℃的內(nèi)部溫度下加熱。在5小時的反應(yīng)時間之后，在減壓下(200毫巴)蒸除水，在絕大部分量的水蒸除之后，溫度緩慢升至180℃且壓力降至10毫巴。在8小時之后，收集到240g水蒸餾物。
將高粘度聚合物熱排出，傾注在金屬冷卻盤上，然后在研缽中細碎研磨。
測得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為36.8℃。
為測定分子量分布，將固體產(chǎn)物溶于水中，將溶液過濾并通過GPC根據(jù)實施例1所述的方法測量。重均分子量Mw為15000g/mol，多分散性為5.0。
對比例10，在沒有催化劑下縮合L-賴氨酸(類似于Harada，Bull.Chem.Soc.Japan 1959，32，1007-1008) 將L-賴氨酸在Schlenk管中在150℃下加熱。在48小時之后，將產(chǎn)物溶于水中，將溶液過濾，并如實施例1所述測定分子量。重均分子量Mw為2400g/mol，多分散性為2.2。
對比例11，根據(jù)Rohlfing等，Arch.Biochem.Biophys.130，441(1969)) 將L-賴氨酸在Schlenk管中在192℃和氮氣氛下加熱。在3小時后，發(fā)現(xiàn)分子量Mw＝7400(多分散性＝3.9)，在8小時之后發(fā)現(xiàn)Mw＝15900(多分散性＝10)。然后開始交聯(lián)，在恰好24小時之后，所用材料的70％不溶于水。
對比例12，根據(jù)Fox等(BioSystems 1976，8，40-44，實施例第40頁，右上欄) 將L-賴氨酸＊HCl與正磷酸(基于0.64g賴氨酸鹽酸鹽為1ml)一起在Schlenk管中在195℃下加熱。在10小時之后，將反應(yīng)產(chǎn)物溶于水中，用NaOH中和酸，通過GPC分析產(chǎn)物重均分子量Mw＝1100，多分散性＝3.1。對比例13，根據(jù)Fox等(BioSystems 1976，8，40-44) 將L-賴氨酸＊HCl與正磷酸(基于3.5g賴氨酸鹽酸鹽為1ml)一起在Schlenk管中在195℃下加熱。在10小時之后，將反應(yīng)產(chǎn)物溶于水中并用NaOH中和酸，通過GPC分析產(chǎn)物重均分子量Mw＝4300，多分散性＝1.07。
實施例14疏水改性聚賴氨酸 在配有攪拌器、內(nèi)部溫度計、氣體進入管和具有減壓連接的下降式冷凝器和接收器的1L四頸燒瓶中裝入100g L-賴氨酸鹽酸鹽、21.8g固體氫氧化鈉和20g水，并將混合物在攪拌和160℃的內(nèi)部溫度下加熱。在5小時的反應(yīng)時間之后，在減壓下(200毫巴)蒸除水。然后加入10g硬脂酸，溫度升至180℃，使批料在80毫巴下反應(yīng)1小時并連續(xù)分離水。將高粘度聚合物熱排出，傾注在金屬冷卻盤上，然后在研缽中細碎研磨。
測得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為29℃。
為測定分子量分布，將固體產(chǎn)物溶于水中，將溶液過濾并通過GPC根據(jù)實施例1所述的方法測量。重均分子量Mw為7400g/mol，多分散性為3.0。
實施例15疏水改性聚賴氨酸 在配有攪拌器、內(nèi)部溫度計、氣體進入管和具有減壓連接的下降式冷凝器和接收器的1L四頸燒瓶中裝入100g L-賴氨酸鹽酸鹽、21.8g固體氫氧化鈉和20g水，并將混合物在攪拌和160℃的內(nèi)部溫度下加熱。在5小時的反應(yīng)時間之后，在減壓下(200毫巴)蒸除水。然后加入30g硬脂酸，溫度升至180℃，使批料在80毫巴下反應(yīng)1小時并連續(xù)分離水。將高粘度聚合物熱排出，傾注在金屬冷卻盤上，然后在研缽中細碎研磨。
測得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為36℃。
為測定分子量分布，將固體產(chǎn)物溶于水中，將溶液過濾并通過GPC根據(jù)實施例1所述的方法測量。重均分子量Mw為24100g/mol，多分散性為9.3。
實施例16聚賴氨酸的隨后改性 將7.1g硬脂酸加入1.5g如實施例9的固體聚賴氨酸中，將混合物在Schlenk管中在150℃下加熱。在6小時之后，將其冷卻至室溫并溶解在四氫呋喃(THF)中，將溶液過濾。隨后，將聚合物從丙酮中沉淀并通過過濾分離固體，將其在減壓和60℃下干燥。
1H NMR(400mHz，CDCl3)4.45(mb，1H，O＝C-CH-NH-)；4.02(m，1H，O＝C-CH-NH-)；3.19(m，2H，-CH2-NH)；2.31(t，2H，-CH2-CH2-COOH)；1.61(q，6H，-CH2-CH2-COOH，CH2-CH2-NH)；1.26(m，30H，-CH2-CH2-CH2-)；0.86(t，3H，-CH2-CH3)。
IR3280m，3076w，2922s，2852m，1637m，1533m，1456m，1377w，1246w。
實施例17聚賴氨酸的隨后改性 將6.7g油酸加入1.5g如實施例9的固體聚賴氨酸中，將混合物在Schlenk管中在150℃下加熱。在6小時之后，將其冷卻至室溫并溶解在四氫呋喃(THF)中，將溶液過濾，在減壓和60℃下在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中除去THF。
1H NMR(400mHz，CDCl3)5.33(m，2H，-CH＝CH-)；4.47(mb，1H，O＝C-CH-NH-)；3.75(t，1H，O＝C-CH-NH-)；3.2(m，2H，-CH2-NH)；2.32(t，2H，-CH2-)；2.01(d，4H，-CH2-CH＝CH-CH2-)；1.85(q，2H，O＝C-(NH)CH-CH2-)；1.61(m，4H，-CH2-CH2-CH2-，CH2-CH2-NH)；1.28(m，24H，CH2-CH2-CH2-，-CH2-CH2-CH2-NH)；0.85(t，3H-CH2-CH3)。
IR3295wb，2926s，2852m，1709m，1639m，1548w，1460w。
實施例18聚賴氨酸的隨后改性 將5.5g聚乙二醇-羧酸(平均分子量750g/mol)加入1.5g如實施例9的固體聚賴氨酸中，將混合物在Schlenk管中在150℃下加熱。在6小時之后，將其冷卻至室溫并溶解于水中，將溶液過濾并使用滲析管(MWCO 1000)除去低分子量組分。隨后，經(jīng)由冷凍操作除去水。
1H NMR(400mHz，CDCl3)4.39(m，1H，O＝C-CH-NH-)；3.92((m，1H，O＝C-CH-NH-)；3.7-3.2(m，-O-CH2-CH2-O-)；1.91-1.04(m，6H，-CH2-CH2-CH2-NH，CH2-CH2-NH，O＝C-(NH)CH-CH2-)。
IR3298wb，2881s，1657m，1529w，1466w，1342m，1279w，1240m，1103s，962m，843m。
實施例19聚賴氨酸的隨后改性 將7.0g如實施例9的固體聚賴氨酸懸浮在50ml乙酸酐中，將混合物在回流下沸騰6小時。然后在減壓下在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上除去溶劑。對產(chǎn)率定量分析。
1H NMR(400mHz，CDCl3)4.39(m，1H，O＝C-CH-NH-)；3.92((m，1H，O＝C-CH-NH-)；3.25(m，2H，-CH2-NH)；2.87(m，2H，-CH2-NH)；1.98(s，3H(O)C-CH3)；1.96(s，3H(O)C-CH3)；1.75(mb，1H，-CH-CH2-CH2-)；1.48(mb，2H，CH2-CH2-NH)；1.31(mb，2H，-CH2-CH2-CH2-)。
IR2931s，2761w，2646w，2114w，1635m，1566m，1490m，1350m，1304m，1241w，1149m，1095m，1026s，980m，895m，825w，717m。
實施例20聚賴氨酸的隨后改性 將1.5g如實施例9的固體聚賴氨酸懸浮在10ml三氟乙酸酐中，將混合物在回流下沸騰6小時。然后在減壓和40℃下在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上除去溶劑。隨后在室溫和＜0.1毫巴的高真空下干燥聚合物。
實施例21聚賴氨酸的隨后改性 將1.5g如實施例9的固體聚賴氨酸在25℃下懸浮在100ml干燥二氯甲烷中。在加入0.3ml三乙胺之后，緩慢滴加入6ml氯化三甲基硅烷。在加料之后，將混合物攪拌6小時。然后用水萃取，收集萃取物，在90℃和減壓下在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上除去水。對改性產(chǎn)物的產(chǎn)率定量分析。
1H NMR(400mHz，CDCl3)4.15(mb，1H，O＝C-CH-NH-)；4.00(m，1H，O＝C-CH-NH-)；3.88(mb，1H，O＝C-CH-NH-)；3.16-3.07(m，2H，-CH2-NH(CO))；2.93(mb，2H，-CH2-NH)；1.80(mb，1H，-CH-CHH’-CH2-)；1.70(mb，1H，-CH-CHH’-CH2-)；1.48(mb，2H，CH2-CH2-NH)；1.31(mb，2H，-CH2-CH2-CH2-)；1.18(td，J＝7.34，3.4Hz，6H，Si-(CH3))。
IR3218w，2929s，2866w，1660s，1556m，1497w，1393w，1252w，1157w，671m。
實施例22改性聚賴氨酸作為轉(zhuǎn)移試劑 制備41.8mg剛果紅在1升水中的溶液(6＊10-5mol/l)。將該染料溶液緩慢移入50mg實施例16的賴氨酸聚合物在5ml氯仿中的5ml溶液中，該溶液容納在鎖扣蓋的玻璃容器中。形成兩相，染料位于上層水相。將鎖扣蓋玻璃容器密閉并劇烈振搖。在相分離之后，染料位于下層氯仿相。
體系描述于

圖1 上層相為水相，下層相為有機氯仿相。
最左邊具有染料的水-頂部，氯仿-底部 從左邊的第2個體系混入硬脂酸(10mg/ml)，在振搖并重新相分離之后，具有染料的水-頂部，氯仿-底部， 從右邊的第2個體系在振搖并重新相分離之后，水，染料，氯仿和硬脂酸改性的聚賴氨酸(10mg/ml) 最右邊氯仿和硬脂酸改性的聚賴氨酸(10mg/ml) 實施例23聚賴氨酸與十二烷基硫酸鈉(SDS)配位 將1g實施例9的高支化聚賴氨酸(8.24mmol NH2當量)溶于30mlMilliQ水中，并使用0.1M HCl將溶液的pH調(diào)節(jié)至3.5。與此平行，將2.38g十二烷基硫酸鈉(SDS，8.26mmol)溶于100ml水中并使用0.1M HCl將溶液的pH同樣調(diào)節(jié)至3.5。然后在攪拌下將SDS溶液緩慢加入聚賴氨酸水溶液中，反應(yīng)混合物變混濁并形成沉淀。在加料結(jié)束之后，將混合物再攪拌15分鐘，然后通過過濾分離沉淀。將過濾殘留物溶于50ml 1-丁醇中并將丁醇溶液緩慢加入pH為3.5的500ml水中。又通過過濾分離形成的沉淀，并用pH調(diào)節(jié)至3.5的2000ml水充分洗滌。在干燥器中經(jīng)P2O5干燥得到白黃色殘留物。對產(chǎn)率定量分析；發(fā)現(xiàn)聚賴氨酸的負載度基于NH2基團為95％。
1H NMR(400mHz，CD3OD，rt)4.28(br，1H，COCH(R)NH)，4.00(t，2H，J＝6.92Hz，SDS-C(1)H2)，3.89(br，1H，COCH(R)NH)，3.23(m，2H，CH2-NH)，2.98(m，2H，CH2-NH2)，1.86(br m，2H，COCH(CH2)NH)，1.66(q，2H，J＝6.78Hz，SDS-C(2)H2)，1.58(br m，2H，CH2-CH2-NH)，1.38(br m，2H，SDS-C(3)H2)，1.35-1.20(br m，18H，CH2-CH2-CH2，SDS-C(4)-SDS-(C11)H2)，0.90(d，3H，J＝6.76Hz，SDS-C(12)H2)。13CNMR(100.6mHz，CD3OD，rt)168.4(COCH(R)NH)，67.36(SDS-C(1))，52.59(COCH(R)NH)，52.37(COCH(R)NH)，38.45(CH2-NH)，38.20(CH2-NH)，31.14(SDS-C(2))，30.32(COCH(CH2)NH)，30.12(COCH(CH2)NH)，28.88，28.83，25.55，28.52(7×SDS-C(3)-SDS-C(9))，29.74(CH2-CH2-NH)，25.01(SDS-C(10))，21.80(SDS-C(11))，21.36(CH2-CH2-CH2)，20.99(CH2-CH2-CH2)，12.54(SDS-C(12)). 實施例24聚賴氨酸與辛基硫酸鈉(SOS)配位 重復(fù)實施例23的程序，但代替SDS使用1.92g辛基硫酸鈉(SOS)。
對白黃色固體定量分析；發(fā)現(xiàn)負載度基于NH2基團為90％。
1H NMR(400mHz，CD3OD，rt)4.29(br，1H，COCH(R)NH)，4.00(d，2H，J＝5.46Hz，SOS-C(1)H2)，3.89(br，1H，COCH(R)NH)，3.24(m，2H，CH2-NH)，2.98(m，2H，CH2-NH2)，1.88(br m，2H，COCH(CH2)NH)，1.67(br m，2H，SOS-C(2)H2)，1.60(br m，2H，CH2-CH2-NH)，1.40(br m，2H，CH2-CH2-CH2)，1.32(br m，10H，SOS-C(3)H2-SOS-(C7)H2)，0.91(d，3H，J＝4.75Hz，SOS-C(8)H2)。
權(quán)利要求
1.一種制備非交聯(lián)的超支化聚賴氨酸的方法，其包括使
-(A)賴氨酸與至少一種酸的鹽，
-(B)合適的話至少一種不同于賴氨酸的氨基酸，
-(C)合適的話至少一種二羧酸或多元羧酸或其可共聚衍生物，和
-(D)合適的話至少一種二胺或多胺或其可共聚衍生物，
-(E)合適的話在至少一種溶劑中，
在120-200℃的溫度下
-在至少一種選自下列的催化劑(F)存在下反應(yīng)
--(F1)叔胺和脒，
--(F2)堿金屬鹽、堿土金屬鹽或季銨鹽，和
--(F3)醇鹽、鏈烷酸鹽、螯合物或選自元素周期表的第IIIA-VIIIA族或第IB-VB族的金屬的有機金屬化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)時間為1-72小時。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述賴氨酸鹽為鹽酸鹽。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在反應(yīng)混合物中氨基與羧基的摩爾比為3∶1-1∶3。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中比例如下
(B)基于(A)為至多100mol％，
(C)基于(A)為0-50mol％，
(D)基于(A)為0-50mol％，
(E)基于組分(A)-(D)的總和為0-200重量％，和
(F1)或
(F2)基于與賴氨酸形成鹽的酸為至多110mol％，優(yōu)選至多105mol％，更優(yōu)選至多100mol％，且通常至少80mol％，和/或
(F3)基于組分(A)-(D)的總和為0.1-20mol％。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中存在至少一種除含有氨基和/或羧基外還含有如下基團的其它組分(G)羥基、巰基、叔氨基、醚基、脲基、磺酸基、膦酸基、硅烷基、硅氧烷基、芳基或短鏈或長鏈烷基，合適的話該短鏈或長鏈烷基還部分氟化或全氟化。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中存在至少一種不含有氨基和羧基，但含有不同于氨基或羧基的官能團的其它組分(H)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中存在至少一種包含酸基、異氰酸酯基團、酮基或醛基或活性雙鍵，但不具有氨基或羧基的其它組分(I)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中使所得聚賴氨酸與至少一種氧化烯(J1)進一步反應(yīng)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中使所得聚賴氨酸與氨基封端或酸基封端且具有1、2或更高官能度的聚氧化烯(J2)進一步反應(yīng)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中使所得聚賴氨酸與烷基化試劑(K)進一步反應(yīng)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中使所得聚賴氨酸與飽和或不飽和長鏈羧酸(L)、其氨基反應(yīng)性衍生物或者與脂族或芳族異氰酸酯、鹵化三烷基硅烷、部分或完全氟化的醇、烷基鹵、羧酸或胺進一步反應(yīng)。
13.一種可通過使如下物質(zhì)在至少一種催化劑存在下相互反應(yīng)而得到的非交聯(lián)的超支化聚賴氨酸
-(A)賴氨酸與至少一種酸的鹽，
-(B)合適的話至少一種不同于賴氨酸的氨基酸，
-(C)合適的話至少一種二羧酸或多元羧酸或其可共聚衍生物，和
-(D)合適的話至少一種二胺或多胺或其可共聚衍生物，其中所述聚賴氨酸的重均分子量Mw超過10000Da。
14.一種可通過使如下物質(zhì)在至少一種催化劑存在下相互反應(yīng)而得到的非交聯(lián)的超支化聚賴氨酸
-(A)賴氨酸與至少一種酸的鹽，
-(B)合適的話至少一種不同于賴氨酸的氨基酸，
-(C)合適的話至少一種二羧酸或多元羧酸或其可共聚衍生物，和
-(D)合適的話至少一種二胺或多胺或其可共聚衍生物，其中所述反應(yīng)在小于180℃的溫度下進行。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的非交聯(lián)的超支化聚賴氨酸，其在50℃下在水中的溶解度超過90重量％。
16.一種改性聚賴氨酸，其中使以任何方式得到的聚賴氨酸與至少一種選自下列的其它化合物反應(yīng)包含酸基的化合物，包含異氰酸酯基團的化合物，包含酮基的化合物，包含醛基的化合物，包含活性雙鍵的化合物，氧化烯，氨基封端或酸基封端且具有1、2或更高官能度的聚氧化烯，內(nèi)酯、內(nèi)酰胺，烷基化試劑，飽和或不飽和長鏈羧酸，飽和或不飽和長鏈羧酸的氨基反應(yīng)性衍生物，脂族或芳族異氰酸酯，鹵化三烷基硅烷，全氟化烷基鹵和全氟化烷基羧酸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的改性聚賴氨酸，其中使以任何方式得到的聚賴氨酸與至少一種酸性組分或其鹽混合或反應(yīng)，其中所述酸性組分含有至少一種選自如下的酸性基團羧基、磺酸基、硫酸根和膦酸基，且該酸性組分被至少一種選自如下的取代基取代至少一種線性或支化烷基、合適的話被取代的環(huán)烷基和合適的話被取代的芳基，其在每種情況下可具有至多20個碳原子。
18.根據(jù)權(quán)利要求13-17中任一項的高官能高支化聚賴氨酸作為粘合促進劑或觸變試劑、加溶劑、水不溶性化學(xué)品的相轉(zhuǎn)移試劑、水溶性化學(xué)品的相轉(zhuǎn)移試劑、表面改性劑，或作為生產(chǎn)印刷油墨、漆、涂料、粘合劑、密封劑、腐蝕控制產(chǎn)品、流延彈性體或泡沫的組分的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及新的高官能、高支化或超支化聚賴氨酸、其生產(chǎn)方法及其用途。
文檔編號C07K14/00GK101316860SQ200680044066
公開日2008年12月3日 申請日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者B·布魯赫曼, H-A·克洛克, M·T·舍爾 申請人:巴斯夫歐洲公司