PRODUCCION DE POLILISINAS CON ALTO NUMERO DE GRUPOS FUNCIONALES, ALTAMENTE RAMIFICADAS O HIPERRAMIFICADAS.

Método para la producción de polilisinas no entrelazadas hiperramificadas,

caracterizado porque reaccionan

- (A) una sal de lisina con por lo menos un ácido,

- (B) dado el caso por lo menos otro aminoácido diferente a lisina,

- (C) dado el caso por lo menos un ácido di- o policarboxílico o sus derivados con capacidad de copolimerización y

- (D) dado el caso por lo menos una di o poliamina o sus derivados con capacidad de copolimerización,

- (E) dado el caso en por lo menos un solvente a una temperatura de 120 a 200ºC

- en presencia de por lo menos un catalizador (F), elegido de entre grupo compuesto por

-- (F1) amidinas y aminas terciarias,

-- (F2) sales básicas de metales alcalinos, alcalinotérreos o cuaternarias de amonio y

-- (F3) alcanolatos, alcanoatos, quelatos o compuestos organometálicos de los metales del grupo IIIA a VIIIA o IB a VB en el sistema periódico de elementos

Producción de polilisinas con alto número de grupos funcionales, altamente ramificadas o hiperramificadas.

La presente invención se refiere al método para la producción de polilisinas con alto número de grupos funcionales, altamente ramificadas o hiperramificadas.

Tanto en la investigación como también en la industria existe un creciente interés por los dendrímeros de polipéptidos hiperramificados. Existen potenciales aplicaciones con enfoque biológico-medicinal por ejemplo en desarrollo de nuevos péptidos de antígenos múltiples (MAPs), como plataforma de soporte de medios de contraste para la formación de imagen por resonancia nuclear o como transportadores de genes. Los polímeros dendríticos con estructura perfectamente simétrica, denominados dendrímeros, se producen a partir de una molécula central mediante enlace progresivo controlado de, en cada caso, dos o más monómeros di o polifuncionales con monómeros en cada caso ya enlazados. En ello con cada paso de unión crece el número de grupos monoméricos terminales (y con ello de las uniones), y se obtienen polímeros con estructuras de árbol, en el caso ideal en forma esférica, cuyas ramas en cada caso contienen exactamente el mismo número de unidades de monómero. Debido a esta estructura perfecta son ventajosas las propiedades del polímero, por ejemplo se observa una viscosidad sorprendentemente baja y una alta reactividad debidas al alto número de grupos funcionales en la superficie de la esfera. No obstante la producción es complicada porque en cada etapa de enlace tienen que ser introducidos y luego eliminados, grupos protectores y son necesarias operaciones de limpieza, por lo cual los dendrímeros son producidos comúnmente sólo a escala de laboratorio.

Por el contrario, pueden producirse polímeros dendríticos con estructura menos perfecta, denominados polímeros hiperramificados o "polímeros con muy alto número de ramificaciones", con métodos a escala industrial. Los polímeros hiperramificados, además de estructuras dendriméricas perfectas, exhiben también cadenas lineales de polímero y ramas desiguales de polímero, lo cual sin embargo no desmejora necesariamente las propiedades de los polímeros, comparadas con las de los dendrímeros perfectos.

Los polímeros hiperramificados se producen por la denominada vía AB2. Se define como molécula AB2 un monómero con tres grupos funcionales, el cual exhibe un grupo reactivo A y dos grupos reactivos B. Si estos grupos A y B son reactivos mutuamente, pueden generarse polímeros hiperramificados mediante reacciones moleculares.

Para la definición de dendrímeros y polímeros hiperramificados ver también P.J. Flory, J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718 y H. Frey et al., Chemistry - A European Journal, 2000, 6, No. 14, 2499.

En relación con la presente invención se entiende por "hiperramificado", que el grado de ramificación (Degree of Branching, DB) es de 10 a 99,9%, preferiblemente 20 a 99%, particularmente preferido de 20-95%.

En relación con la presente invención por "dendrímero" se entiende que el grado de ramificación es de 99,9-100%.

El grado de ramificación es definido como

DB [%] = 100 * (T + Z)/(T + Z + L)

donde T es el número promedio de unidades monoméricas terminales, Z es el número promedio de unidades monoméricas ramificadas y L es el número promedio de unidades monoméricas lineales. Para la definición del "Degree of Branching" ver también H. Frey et al., Acta Polim. 1997, 48, 30.

En el marco de la presente invención se entiende por polipéptidos hiperramificados, macromoléculas no entrelazadas basadas en aminoácidos, las cuales tanto estructural como también molecularmente no son uniformes. Por un lado, ellas pueden estar construidas partiendo de una molécula central en forma análoga a los dendrímeros, sin embargo con longitudes no unificadas de cadena de las ramas. Por otro lado, ellas pueden estar construidas también en forma lineal con grupos funcionales laterales o, como combinación de ambos extremos, exhibir partes de moléculas lineales y ramificadas.

Para la síntesis de polilisinas hiperramificadas se conocen en principio tres métodos:

método 1 basado en la polimerización por apertura de anillo de N carboxi-anhídridos de L-lisina varepsilon-protegidos (NCAs), con un iniciador nucleofílico,

método 2 emplea en los grupos carboxilo, derivados activados de L-lisina*2HCl,

método 3 contiene la polimerización térmica directa de L-lisinas.

Método 1, polímeros hiperramificados de L-lisina basado en la polimerización de apertura de anillo de N-carboxianhídridos de L-lisina varepsilon-protegidos:

Klok et al. (WO 2003/064452 y Macromolecules 2002, 35, 8718-8723) describieron las poli(L-lisinas) hiperramificadas. Se polimerizaron mediante apertura de anillo NCAs, N-butoxicarbonil-L-lisina ortogonal protegida en varepsilon (Boc-lisina; = grupo protector temporal) y varepsilon-benciloxicarbonil-L-lisina (Z-lisina; = grupo protector permanente) con una amina alifática (por ejemplo hexilamina) como iniciador. Se eliminó el grupo protector temporal con ácido trifluoroacético (TFA), y los grupos amino libres pudieron servir como iniciadores para nuevas polimerizaciones. En la última etapa se separaron los grupos protectores Z con bromuro de hidrógeno/ácido acético (HBr/AcOH).

Además, Rodriguez-Hernändez et al. (Biomacromolecules 2003, 4, 249-258) describieron poli(L-lisinas) hiperramificadas. Se polimerizaron con apertura de anillo una mezcla de NCA N^varepsilon-trifluoroacetil-L-lisina (NCA TFA-lys) y NCA Z-lisina con una amina alifática. En una etapa separada de acoplamiento se integraron como puntos de ramificación N^a,N^varepsilon-di(9-fluorenilmetoxicarbonil)-L-lisina (N^a,N^varepsilon-diFmoc Lys). La protección con piperidina en DMF produjo dos grupos amino los cuales hicieron posible una polimerización por apertura de anillo de NCA TFA-Lys y NCA Z-Lys. Se repitieron varias veces estos ciclos de reacción. Estructuralmente similares, los copolímeros de bloque hiperramificados fueron descritos en Birchall et al. (Chem. Commun. 1998, 1335-1336). Se polimerizaron con apertura de anillo NCAs de a-aminoácido con una amina alifática. Se integró como punto de ramificación p-nitrofeniléster de N,N'-di(benciloxicarbonil)L-lisina, el cual después de protección con H₂/Pd/C tenía dos grupos amino libres para otras aperturas de anillo de NCAs de aminoácido. Estos ciclos de reacción se repitieron varias veces.

Es desventajoso en todas estas formas de conducir la reacción, que se requieren grupos protectores, lo cual complica esencialmente la reacción.

Método 2, polímeros hiperramificados de L-lisina basado en el derivado de L-lisina*2HCl activado en el grupo carboxilo.

Se produjeron polilisinas hiperramificadas en una síntesis de un matraz por activación del grupo carboxilo mediante N-hidroxisuccinimida (NHS). Se agitó la L-lisina*2HCl activada con NHS en dimetilsulfóxido (DMSO) mediante adición de cantidades catalíticas de dimetilaminopiridina (DMAP) y 3 equivalentes de diisopropiletilamina (DIEA), se agitó por 23 horas y se precipitó el polímero en acetato de etilo. El polímero tenía un peso molecular de Mw = 5100. Con los mismos reactivos se alcanzó un peso molecular de Mw = 8640 en una polimerización de "pseudo-etapas" mediante adición repetida de monómero. Además también se polimerizó el monómero de tris(2-aminoetil)amina como molécula núcleo. Para ello ver también T.L. Menz y T. Chapman, Polim. Prep. 2003, 44(2), 842-743.

La forma de operar la reacción manifestada por Menz tiene por desventaja, que la función carboxilo tiene que ser activada mediante un reactivo especial, lo cual complica la forma de operar la reacción.

Método 3, copolimerizaciones térmicas de mezclas de aminoácidos:

se conoce la polimerización térmica de lisina libre y fue lleva a cabo bajo diferentes condiciones de reacción.

Plaquet y colaboradores (Biochimie 1975, 57 1395-1396) polimerizaron L-lisina en solución acuosa a 105ºC por un período de tiempo de hasta 10 semanas, o mediante calentamiento a 165ºC por 8 horas. La reacción fue ejecutada sin catalizador, y los rendimientos fueron muy bajos, generalmente por debajo de 72,5%.

Harada (Bull. Chem. Soc. Japan 1959, 32, 1007-1008) polimerizó L-lisina a 180 a 230ºC...

1. Método para la producción de polilisinas no entrelazadas hiperramificadas, caracterizado porque reaccionan