Preparación y uso de polilisinas modificadas.

Polilisinas hiperramificadas modificadas, caracterizadas porque una lisina con un grado de ramificación del 10al 99,

9% y con un peso molecular promedio en peso Mw de más de 5.000 Da se mezcla o se hace reaccionar conal menos un componente ácido o su sal, presentando el componente ácido al menos un grupo ácido seleccionadodel grupo constituido por grupos ácido carboxílico y sulfónico y portando al menos un substituyente seleccionadodel grupo constituido por restos alquilo lineales o ramificados, restos cicloalquilo dado el caso substituidos yrestos arilo dado el caso substituidos, que respectivamente pueden presentar hasta 20 átomos de carbono, endonde el componente ácido está seleccionado del grupo constituido por ácido acrílico, ácido maleico y susderivados, o del grupo constituido por ácido octanoico, ácido nonanoico, ácido decanoico, ácido dodecanoico,ácido hexadecanoico, ácido esteárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido linolénico, ácido octanosulfónico, ácidododecanosulfónico, ácido estearilsulfónico, ácido oleilsulfónico, ácido canfosulfónico, ácido ciclododecilsulfónico,ácido p-toluenosulfónico, ácido bencenosulfónico, 4-hexilbencenosulfonato, 4-octilbencenosulfonato, 4-decilbencenosulfonato y 4-dodecilbencenosulfonato o sus sales de Li, Na, K, Cs, Ca o amonio.

Preparación y uso de polilisinas modificadas La presente invención se refiere a polilisinas hiperramificadas modificadas, a procedimientos para su preparación y a su uso.

Tanto en investigación como también en la industria existe un interés creciente por los polipéptidos dendrímeros e hiperramificados. Las aplicaciones potenciales están en la orientación biomédica, por ejemplo en el desarrollo de nuevos péptidos de antígenos múltiples (MAP) , como plataforma de soporte de agentes de contraste para la resonancia magnética o como transportador de genes.

Los polímeros dendríticos con estructura perfectamente simétrica, los llamados dendrímeros, pueden prepararse partiendo de una molécula central por enlace por pasos controlado de monómeros respectivamente di-o más que di-o poli-funcionales a cada monómero ya unido. De este modo con cada paso de enlace crece el número de grupos terminales monómeros (y con ellos los enlaces) y se obtienen polímeros con estructura arbórea, en el caso ideal esféricos, cuyas ramas contienen respectivamente exactamente el mismo número de unidades monoméricas. Debido a esta perfecta estructura las propiedades de los polímeros son ventajosas, por ejemplo se observa una sorprendente baja viscosidad y una elevada reactividad debido al elevado número de grupos funcionales en la superficie esférica. Sin embargo la preparación se complica porque en cada paso de enlace deben introducirse grupos protectores y retirarse de nuevo y son precisas operaciones de purificación porque los dendrímeros habitualmente solo se preparan a escala de laboratorio.

Los polímeros dendríticos con estructura menos perfecta, los llamados polímeros hiperramificados o “hyperbranched polymers”, pueden prepararse por el contrario con procedimientos industriales. Los polímeros hiperramificados presentan además de estructuras dendrímeras perfectas también cadenas poliméricas lineales y ramas poliméricas desiguales, lo que sin embargo no empeora substancialmente las propiedades del polímero en comparación con las de los dendrímeros perfectos.

Los polímeros hiperramificados pueden prepararse por la llamada ruta AB2. Como molécula AB2 se designa un monómero trifuncional que presenta un grupo reactivo A y dos grupos reactivos B. Si estos grupos A y B son reactivos entre sí pueden generarse polímeros hiperramificados por reacción intermolecular.

Para la definición de polímeros dendrímeros e hiperramificados véase también P.J. Flor y , J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718 y H. Frey y col., Chemistr y -A European Journal, 2000, 6 n.º 14, 2499.

Por “hiperramificado” se entiende en el contexto de la presente invención que el grado de ramificación (Degree of Branching, DB) asciende a 10 a 99, 9%, preferentemente a 20 a 99%, con especial preferencia a 20 -95%.

Por “dendrímero” se entiende en el contexto de la presente invención que el grado de ramificación asciende a 99, 9 -100%.

El grado de ramificación está definido como

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

en donde T significa el número medio de las unidades monoméricas terminales, Z el número medio de las unidades monoméricas ramificadas y L el número medio de las unidades monoméricas lineales. Para la definición del “Degree of Branching” véase también H. Frey y col., Acta Polym. 1997, 48, 30.

Por polipéptidos hiperramificados se entiende en el marco de esta invención macromoléculas no reticuladas constituidas por aminoácidos que tanto estructuralmente como también molecularmente son heterogéneos. Estos pueden estar constituidos por un lado a partir de una molécula central análogamente a los dendrímeros, sin embargo con longitudes de cadena de las ramas desiguales. Por otro lado también pueden estar constituidos linealmente con grupos laterales funcionales o bien como combinación de ambos extremos, presentar partes de la molécula lineales y ramificadas.

Para la síntesis de polilisinas hiperramificadas son conocidos tres procedimientos principales:

Procedimiento 1 basado en la polimerización con apertura de anillo de N-carboxianhídridos (NCA) de L-lisina !

protegida con un iniciador nucleófilo,

Procedimiento 2 utiliza derivados de L-lisina*2HCl activada en el grupo carboxilo,

Procedimiento 3 incluye la polimerización térmica directa de L-lisinas.

Procedimiento 1, polímeros de L-lisina hiperramificados basados en la polimerización con apertura de anillo de Ncarboxianhídridos de L-lisina !-protegida:

Poli (L-lisinas) hiperramificadas se han descrito por Klock y col. (documento WO 2003/064452 y Macromolecules 2002, 35, 8718-8723) . L-lisina N!-protegida con butoxicarbonilo (Boc-lisina; = grupo protector temporal) y NCA de !-benciloxicarbonil-L-lisina (Z-lisina; = grupo protector permanente) se polimerizaron con apertura de anillo con una amina alifática (p.ej. hexilamina) como iniciador. El grupo protector temporal se retiró con ácido trifluoroacético (TFA) y los grupos amino libres pudieron servir como otro iniciador para una nueva polimerización. En el último paso se escindieron los grupos protectores Z con ácido bromhídrico/ácido acético (HBr/AcOH) .

Además se han descrito poli (L-lisinas) hiperramificadas por Rodríguez-Hernández y col. (Biomacromolecules 2003, 4, 249-258. Una mezcla de N!-trifluoroacetil-L-lisina-NCA (TFA-Lys-NCA) y Z-lisina-NCA se polimerizaron con apertura de anillo con una amina alifática. En un paso de acoplamiento separado se introdujo N∀, N!-di (9fluorenilmetoxicarbonil) -L-lisina (N∀, N!-diFmoc Lys) como punto de ramificación. La desprotección con piperidina en DMF proporcionó dos nuevos grupos amina que posibilitan una polimerización con apertura de anillo de TFA-Lys-NCA y Z-Lys-NCA. Estos ciclos de reacción se repitieron varias veces. Copolímeros de bloque hiperramificados estructuralmente similares se han descrito también por Birchall y col. (Chem. Común. 1998, 1335-1336) . Se polimerizaron con apertura de anillo ∀-aminoácido-NCA con una amina alifática. Se introdujo como punto de ramificación p-nitrofeniléster de N, N-di (benzoiloxicarbonil) L-lisina, que tras desprotección con H2/Pd/C tenía dos grupos amino libres para la ulterior apertura de anillo de los aminoácido-NCA. Estos ciclos de reacción se repitieron varias veces.

Es un inconveniente de todas estas conducciones de reacción que son precisos grupos protectores, lo que dificulta substancialmente la reacción.

Procedimiento 2, polímeros de L-lisina hiperramificados basados en derivados de L-lisina*2HCl activados en el grupo carboxilo.

Se prepararon polilisinas hiperramificadas en una síntesis en un solo recipiente con activación del grupo carboxilo mediante N-hidroxisuccinimida (NHS) . El L-lisina*2HCl activado con NHS se agitó en dimetilsulfóxido (DMSO) con adición de cantidades catalíticas de dimetilaminopiridina (DMAP) y 3 equivalentes de diisopropiletilamina (DIEA) durante 23 horas y el polímero precipitó en acetato de etilo. El polímero tenía un peso molecular de Mw = 5100. Con los mismos reactivos se consiguieron en una polimerización “pseudo paso a paso” con adición repetida de monómero pesos moleculares de Mw = 8640. Además el monómero se polimerizó también sobre tris (2aminoetil) aminas como molécula nuclear. Véase para esto también T.L. Menz y T. Chapman, Polym. Prep.. 2003, 44 (2) , 842 -743.

Es un inconveniente de la conducción de la reacción dada a conocer por Menz que la función carboxilo debe activarse mediante un reactivo especial, lo que complica la conducción de la reacción.

Procedimiento 3, copolimerizaciones térmicas de mezclas de aminoácidos:

la polimerización térmica de la lisina libre es conocida y se llevó a cabo bajo distintas condiciones de reacción.

Plaquet y colaboradores (Biochimie 1975, 57 1395-1936) polimerizaron L-lisina en solución acuosa a 105ºC durante un periodo de hasta 10 semanas, o bien mediante calentamiento a 165ºC durante 8 horas. La reacción se llevó a cabo sin catalizador y los rendimientos fueron muy bajos, generalmente inferiores al 72, 5%.

Harada (Bull. Chem. Soc. Japan 1959, 32, 1007-1008) polimerizó L-lisina a 180 a 230ºC entre 30 minutos y 2 horas bajo atmósfera de nitrógeno. En una reacción por debajo de 180ºC se informa solamente de la formación de lactamas. Sobre peso molecular o estructura no se informa. Los homopolímeros obtenidos presentan una clara proporción de gel. La homopolimerización de clorhidrato de lisina no se consiguió (pág. 1008, columna izquierda abajo) .

Rohlfing y colaboradores (Archives of Biochemistr y and Biophysics 1969, 130, 441-448) polimerizaron... [Seguir leyendo]

1. Polilisinas hiperramificadas modificadas, caracterizadas porque una lisina con un grado de ramificación del 10 al 99, 9% y con un peso molecular promedio en peso Mw de más de 5.000 Da se mezcla o se hace reaccionar con al menos un componente ácido o su sal, presentando el componente ácido al menos un grupo ácido seleccionado del grupo constituido por grupos ácido carboxílico y sulfónico y portando al menos un substituyente seleccionado del grupo constituido por restos alquilo lineales o ramificados, restos cicloalquilo dado el caso substituidos y restos arilo dado el caso substituidos, que respectivamente pueden presentar hasta 20 átomos de carbono, en donde el componente ácido está seleccionado del grupo constituido por ácido acrílico, ácido maleico y sus derivados, o del grupo constituido por ácido octanoico, ácido nonanoico, ácido decanoico, ácido dodecanoico, ácido hexadecanoico, ácido esteárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido linolénico, ácido octanosulfónico, ácido dodecanosulfónico, ácido estearilsulfónico, ácido oleilsulfónico, ácido canfosulfónico, ácido ciclododecilsulfónico, ácido p-toluenosulfónico, ácido bencenosulfónico, 4-hexilbencenosulfonato, 4-octilbencenosulfonato, 4decilbencenosulfonato y 4-dodecilbencenosulfonato o sus sales de Li, Na, K, Cs, Ca o amonio.

2. Polilisinas hiperramificadas modificadas conforme a la reivindicación precedente, caracterizadas porque la polilisina se modifica simultáneamente con agentes hidrófobos e hidrófilos.

3. Polilisinas hiperramificadas modificadas conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizadas porque la polilisina hiperramificada se obtiene

(A) haciendo reaccionar una sal de lisina con al menos un ácido,

(B) dado el caso en al menos un disolvente a una temperatura de 120 a 200ºC,

en presencia de al menos un catalizador (C) seleccionado del grupo constituido por

(C1) aminas terciarias y amidinas (C2) sales básicas de metal alcalino, metal alcalinotérreo o amonio cuaternario y

(C3) alcanolatos, alcanoatos, quelatos o compuestos organometálicos de los metales de los grupos IIIA a VIIIA

o IB a Vb del sistema periódico de los elementos.

4. Polilisinas hiperramificadas modificadas conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizadas porque la polilisina utilizada en la modificación con un grado de ramificación del 10 al 99, 9% y con un peso molecular promedio en peso Mw de más de 5.000 Da presenta un contenido de grupos amino primarios, secundarios o terciarios, libres o protonados, calculado como NH2, del 1 al 21, 9% en peso.

5. Polilisinas hiperramificadas modificadas conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizadas porque la polilisina utilizada en la modificación con un grado de ramificación del 10 al 99, 9% y con un peso molecular promedio en peso Mw de más de 5.000 Da presenta un contenido de grupos ácido, libres

o desprotonados, calculado como COOH, del 0 al 30% en peso.

6. Uso de las polilisinas hiperramificadas altamente funcionales modificadas conforme a una de las reivindicaciones precedentes como adhesivo y agente tixotrópico, solubilizadores, como reactivo de transferencia de fases para compuestos químicos insolubles en agua, como reactivo de transferencia de fases para compuestos químicos solubles en agua, como modificadores de superficie y como componentes para la fabricación de tintas de impresión, lacas, revestimientos, adhesivos, masas de obturación, agentes de protección de la corrosión, elastómeros de colada y espumas.