Polímeros dendríticos con amplificación y funcionalidad interior mejoradas.

Un polímero dendrítico preparado mediante una reacción de apertura de anillo,

en la cual se hace reaccionar una amina con un compuesto que contiene un grupo funcional epoxi, tiorano o aziridina.

Polímeros dendríticos con amplificación y funcionalidad interior mejoradas.

Campo de la invención

La presente invención concierne al campo de polímeros dendríticos donde los dendrímeros son un ejemplo de los polímeros preferidos. Estos polímeros tienen espacios vacíos que pueden atrapar moléculas y sus funcionalidades 5 superficiales pueden someterse a otras reacciones.

La EP 0 271 180 divulga conjugados de estrella explotada que se componen de al menos un dendrímero en asociación con al menos una unidad de un material agrícola, farmacéutico u otro material soportado.

Descripción de técnica relacionada

Reacciones de apertura de anillo de polímero ramificado 10

Se conocen diversas reacciones de apertura de anillo para preparar sistemas de polímeros ramificados. Algunos de estos procesos se describen más adelante.

Las polimerizaciones que usan apertura de anillo son bien conocidas, particularmente usando éteres cíclicos, amidas, aziridinas, sulfuros, siloxanos y otros por cualquier mecanismo aniónico, catiónico u otros mecanismos. (George Odian, Principles of Polymerization (Principios de polimerización) , pub. John Wiley and Sons, 1993, capítulo 15 7) . Sin embargo, el uso de las polimerizaciones de apertura de anillo en la síntesis de polímeros altamente ramificados es menos bien conocido. Se ha hecho trabajo en el uso de polimerizaciones de apertura de anillo en la síntesis de diversos polímeros hiper-ramificados. En la mayoría de los casos, la polimerización de apertura de anillo es de tipo tradicional que da lugar a polímeros hiper-ramificados aleatorios con poli-dispersidades amplias.

Uno de los primeros ejemplos de polimerizaciones de apertura de anillo para preparar un polímero hiper-ramificado 20 fue el trabajo de Odian y Tomalia [P. A. Gunatillake, G. Odian, D. A. Tomalia, Macromolecules, 21, 1556 (1998) ] donde se hizo materiales hiper-ramificados a partir de oxazolinas.

La apertura de anillo ha sido usada en la generación de poliéteres lineales o ramificados como un peine en calidad de conductores de ion individuales [X.G. Sun, J. B. Kerr, C. L. Reeder, G. Liu, Y. Han, Macromolecules, 37 (14) , 5133-5135 (2004) ]. 25

Se emprendió la polimerización de apertura de anillo de 2-hidroximetiloxetano en condiciones básicas para obtener poliéteres hiper-ramificados [Y. H. Kim, J. Polym. Sci., Polym. Chem., 36, 1685 (1998) ].

El trabajo de D.A. Tomalia en la polimerización con apertura de anillo de oxazolinas logró polímeros hiper-ramificados de PEOX o PEl (véanse patentes estadounidenses 4, 690, 985, 5, 631, 329, y 5, 773, 527) .

Han sido preparadas macromoléculas dendríticas hiper-ramificadas usando una estrategia de polimerización de 30 multi-ramificación ("MBP" por muitibranching polymerization) con un iniciador en el núcleo que involucra una polimerización de apertura de anillo la cual incluye, por ejemplo, polimerización con apertura de anillo catalizada con Pd de carbamatos cíclicos en presencia de un iniciador que usa oxazinonas [M. Suzuki; A. Ii, T. Saegusa, Macromolecules, 25, 7071-7072 (1992) , y M. Suzuki, S. Yoshida; K. Shiraga, T. Saegusa, Macromolecules, 31, 1716-19 (1998) ]. 35

La apertura de anillo de epóxido, que involucra una polimerización de monómero tipo AB2, se inicia por adición de una cantidad catalítica de un iniciador, tal como un ion hidróxido, y pasa por un modo de propagación novedoso distinto de otros métodos de polímero hiper-ramificado que incluyen reacciones catalizadas con ácido o con base [H. T. Chang, J.M.J. Frechet, J. Am. Chem. Soc., 121, 2313-2314 (1999) ]. Se polimerizan glicidoles de tipo de monómero AB2 para obtener "poligliceroles" hiper-ramificados por polimerización aniónica de apertura de anillo 40 controlada para producir polidispersidades por debajo de 1.5 [A. Sunder, R. Hanselmann, H. Frey, R. Mulhaupt, Macromolecules, 32, 4240-4246 (1999) ]. Se usa ciclopolimerización catiónica de dianhidro-D-manitol para producir polímero de carbohidrato hiper-ramificado [T. Imai, T. Satoh, H. Kaga, N. Kaneko, T. Kakuchi, Macromolecules, 36, 6359-6363 (2003) ; T. Imai, T. Satoh, H. Kaga, N. Kaneko, T. Kakuchi, Macromolecules, 37, 3113-3119 (2004) ].

Se obtienen polímeros hiper-ramificados combinando polimerización de apertura de anillo y algunas características 45 de polimerización de autocondensación de vinilo ("SCVP" por self condensing vinyl polymerization) , polimerización de apertura de anillo de caprolactona para producir poliésteres hiper-ramificados que tienen una polidispersidad de alrededor de 3.2 [M. Liu, N. Vladimirov, J.M.J. Frechet, Macromolecules, 32, 6881-6884 (1999) ].

La polimerización de apertura de anillo de bis (hidroximetil) caprolactonas produjo poliésteres hiper-ramificados [M. Trollsas, P. Lowenhielm, V. Y. Lee, M. Moller, R. D. Miller, J. L. Hedrick, Macromolecules, 32, 9062-9066 (1999) ]. 50

La polimerización catiónica con apertura de anillo de etil hidroximetil oxetanos dio lugar a poliéteres hiper-ramificados, polidispersidades en el rango de 1.33-1.61 [Yo Mai, Y. Zhou, D. Van, H. Lu, Macromolecules, 36, 9667-9669 (2003) ].

La apertura de anillo de 3-etil-3- (hidroximetil) oxetano se usa para generar poliéteres hiper-ramificados [H. Magnusson, E. Malmstrom, A. Hult, Macromolecules, 34, 5786-5791 (2001) ]. 5

Se obtuvieron polipéptidos dendríticos mediante polimerización con apertura de anillo de N-carboxianhídridos. El método involucra secuencias repetitivas de apertura de anillo de N-carboxianhídrido y reacciones de acoplamiento de extremos. Este proceso da lugar a regiones poliméricas con una longitud de cadena promedio por rama, dependiente de las estadísticas, que no tiene longitudes precisas y da lugar a un polímero con polidispersidades típicas de 1.2-1.5. 10

Reacciones precisas de apertura de anillo de dendrímero

Pueden formarse dendrímeros de polisulfuro haciendo reaccionar un politiol en condiciones básicas con epiclorosulfuro para formar poliepisulfuros (véanse patentes estadounidenses 4, 558, 120 y 4, 587, 329) . Estas mismas patentes también discuten la preparación de un dendrímero de poliaminosulfuro usando una reacción de un núcleo de poliamino con un exceso de sulfuro de etileno para formar un polisulfuro, seguida de una reacción con 15 exceso de aziridina para formar más generaciones.

La adición de N-tosil aziridina se discute como una manera de crear una superficie de dendrímeros parcialmente protegida (patentes estadounidenses 4, 361, 337; 4, 587, 329; y 4, 568, 737) y se extiende a derivados de azetidina.

Reacciones precisas de apertura de anillo de dendrímeros para adhesión de grupos superficiales

Se discuten reacciones de apertura de anillo como una manera de adicionar grupos terminales. Por ejemplo, la 20 patente estadounidense 4, 568, 737 divulga el uso de oxiranos para crear una superficie de poliol sobre el dendrímero.

Procesos para estructuras precisas de dendrímero Muchas reacciones específicas han sido usadas para crear un rango amplio de estructuras precisas de dendrímero. Estas reacciones definen de manera típica un núcleo ("C" por core) , un tipo de estructura de rama ("BR" por branch) 25 y funcionalidad terminal ("TF" por terminal functionality) . La síntesis de estructuras precisas de dendrímero ha sido efectuada usando dos estrategias amplias que se han categorizado como "síntesis convergente" y "síntesis divergente" [Dendrimers and other Dendritic Polymers (Dendrímeros y otros polímeros dendríticos) , eds. J.M.J. Frechet, D. A. Tomalia, pub. John Wiley and Sons, (2001) ]. Dentro de estas amplias categorías existen otras variaciones respecto de la construcción celular de la rama (es decir, in-situ y preformada) o construcción de tipo de 30 ancla de dendrita.

Uno de los usos que se publicaron más temprano de los reactivos celulares de rama involucraban acoplamiento efectuado en las células de rama preformada alrededor de un núcleo para formar estructuras de bajo peso molecular tipo árbol. [G. R. Newkome, Z. Q. Yao, G. R. Baker, V. K. Gupta, J. Org. Chem., 50, 2003 (1985) ]. Se sintetizaron dendrímeros de poli (tioéter) usando reactivos protegidos de célula de rama preformada sobre un núcleo de 35 pentaeritritol; Nc = 4 y 4-acetotiometil-2, 6, 7-trioxabiciclo[2.2.2]octano; Nb=3. En este caso, se usó un reactivo de célula de rama protegida en la construcción de la estructura ramificada de dendrímero, lo cual requiere de desprotección química como un paso adicionado para construir rápidamente la estructura. Aunque el reactivo usado es un éter de tipo policíclicos (es decir, ortoéster) , el anillo de éter no está pensado y no abre el anillo durante la polimerización.... [Seguir leyendo]

1. Un polímero dendrítico preparado mediante una reacción de apertura de anillo, en la cual se hace reaccionar una amina con un compuesto que contiene un grupo funcional epoxi, tiorano o aziridina.

2. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en donde la amina es una parte funcional de un material formador de núcleo, y el material formador de núcleo amina-funcional se selecciona de amoníaco, 5 poli (alquilenediaminas) , polialquilen-poliaminas, polietilenimina lineal y ramificada, aminas primarias, hidroxietilamina, octadecilamina, polimetilendiaminas, poliaminas macrocíclicas, poliaminoalquilarenos, tris (aminoalquil) aminas y aminas heterocíclicas.

3. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en donde la amina es una parte funcional de un material formador de rama, el material formador de rama de amina-funcional se selecciona de poliaminas 10 desnudas y parcialmente protegidas, aminas primarias y secundarias, tanto ramificadas como lineales, dietilentriamina, trietilentetraamina, tetraetilenpentaamina, polietilenimina, polimetilendiaminas, poliaminoalquilarenos, tris (aminoalquil) aminas, aminas heterocíclicas, hidroxietilaminoetilamina, mercaptoalquilaminas, mercaptoetilamina, morfolina, piperazina sustituida, amino-derivados de cloruro de polivinil bencilo y otras aminas de bencílicas. 15

4. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual la amina es una parte funcional de un extensor, y el extensor amina-funcional se selecciona de un diaminoalcano, mercaptoaminas, alilaminas, piperazina (PIPZ) , amino-etil-piperazina (AEP) , carboxilato de etil-N-piperazina (EPC) , etilendiamina (EDA) , dietilaminodiacetato o polímeros dendríticos hiper-ramificados tales como polilisina.

5. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1, 3 o 4, en el cual el grupo 20 funcional epoxi es una parte funcional de un material formador de núcleo, y el material formador de núcleo epoxi-funcional se selecciona de un triepóxido, un tetraepóxido, diglicidil-anilina, triglicidil-éter, bis (glicidoxifenil) metano (BGPM) , bis ( diglicidilanilina) de metileno (MBDGA) o isocianurato de tris (2, 3-epoxipropilo) (TGIC) .

6. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 o 4, en el cual el grupo funcional epoxi es una parte funcional de un material formador de rama, y el material formador de rama epoxi-25 funcional se selecciona de triepóxido o tetraepóxido.

7. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 o 3, en el cual el grupo funcional epoxi es una parte funcional de un extensor.

8. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual el grupo funcional tiorano es una parte funcional de un material formador de núcleo, y el material formador de núcleo tiorano-funcional es 30 tetraepisulfuro (TES) .

9. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual el grupo funcional de tiorano es una parte funcional de un material formador de rama.

10. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual el grupo funcional tiorano es una parte funcional de un extensor. 35

11. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual el grupo funcional aziridina es una parte funcional de un material formador de núcleo.

12. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual el grupo funcional aziridina es una parte funcional de un material formador de rama.

13. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual el grupo funcional aziridina es una 40 parte funcional de un extensor.

14. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual la amina es una parte funcional de un extensor, el grupo funcional epoxi es una parte funcional de un material formador de núcleo, y el extensor amina-funcional y el material formador de núcleo epoxi-funcional reaccionan para formar un reactivo de núcleo extendido amina-funcional. 45

15. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 14, en el cual el extensor amina-funcional es piperazina y el material formador de núcleo epoxi-funcional es éter de tetraglicidilo de pentaeritritol (pETGE) .

16. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 14, en el cual el material formador de núcleo epoxi-funcional es éter de tetraglicidilo de pentaeritritol (PETGE) y el extensor amina-funcional es aminoetilpiperizina.

17. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 14, en el cual el material formador de núcleo epoxi-funcional es éter triglicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE) y el extensor amina-funcional es piperazina o aminoetilpiperazina.

18. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 14 o la reivindicación 15, que además comprende un material formador de rama epoxi-funcional. 5

19. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 18, en el cual el material formador de rama epoxi-funcional es éter de tetraglicidilo pentaeritritol (pETGE) .

20. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el material formador de núcleo comprende una funcionalidad de punto focal, de modo que el polímero dendrítico es un dendrón. 10

21. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 20, en el cual la funcionalidad de punto focal, al menos una, se selecciona de tioles, aminas, ácidos carboxílicos, ésteres, éteres, éteres cíclicos (por ejemplo, éteres corona, criptandos) , porfirinas, hidroxilo, maleimidas, aldehídos, haluros de alquilo, haluros de arilalquilo, fosfinas, boranos, alcoholes, acrilatos, alquenos, anhídridos cíclicos, aziridinas, piridinas, nitrilos, itaconatos, tiolactonas cíclicas, tioranos, azetidinas, lactonas cíclicas, macrocíclicos, ligandos de quelación, isocianatos, isotiocianatos, 15 alquinos, imidazoles, azidas, mercaptoaminas, silanos, oxazolinas, oxirano, oxetano, oxazinas, iminas, tosilatos, grupos protectores o siloxanos o derivados, derivados sustituidos o combinaciones de los mismos, en cuyo caso el número de carbonos presentes en cada uno de estos residuos, cuando están presentes, es desde al menos 2 hasta 18; halo significa cloro, bromo, flúor, yodo; hetero significa S, N, O, Si, B o P.

22. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 20, en el cual la funcionalidad de punto focal, al 20 menos una, se selecciona de mercapto, amino, carboxi, oxazolina, isotiocianatos, isocianatos, hidroxilo, epoxi, ortoéster o acrilatos.

23. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual un material transportado (M) está asociado con el polímero dendrítico, ya sea en su interior o en la superficie.

24. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 23, en el cual el material transportado está 25 asociado con el interior del polímero dendrítico.

25. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual la amina es una parte funcional de un material formador de rama, el grupo funcional epoxi es una parte funcional de un material formador de núcleo, y el material formador de núcleo epoxi-funcional y el material formador de rama amina-funcional son una de las siguientes combinaciones: 30

Material formador de núcleo epoxi-funcional

Material formador de rama amina-funcional

Éter de glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE)

dietanolamina (DEA)

Éter de glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE)

dietiliminodiacetato (DEIDA)

Éter de glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE)

tris (hidroximetilamina) (TRIS)

Éter de glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE)

morfolina

Éter de triglicidilo de pentaeritritol (PETGE)

dietilenetriamina (DETA) protegida

Éter de triglicidilo de pentaeritritol (PETGE)

dialilamina (BAA)

Éter de triglicidilo de trifenilolmetano (TPMTGE)

tris (hidroximetilamina) (TRIS)

Éter de triglicidilo de trifenilolmetano (TPMTGE)

dietanolamina (DEA)

Éter de triglicidilo de trifenilolmetano (TPMTGE)

dietiliminodiacetato (DEIDA)

bis ( 4-glicidiloxifenil) metano (BGPM)

tris (hidroximetil) aminometano (TRIS)

bis ( 4-glicidiloxifenil) metano (BGPM)

dietiliminodiacetato (DEIDA)

4, 4'-metilen bis ( diglicidil anilina) (MBDGA)

dietanolamina (DEA)

4, 4'-metilen bis ( diglicidil anilina) (MBDGA)

tris (hidroximetilamina) (TRIS)

4, 4' -metilen bis ( diglicidil anilina) (MBDGA)

dietiliminodiacetato (DEIDA)

tetra (2, 3-epoxipropil) isocianurato (TGIC)

dietilenetriamina (DETA) protegida

26. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual la amina es una parte funcional de un material formador de núcleo y el grupo funcional epoxi es una parte funcional de un material formador de rama, y el material formador de rama epoxi-funcional y el material formador de núcleo amina-funcional son una de las siguientes combinaciones: 35

Material formador de núcleo amina-funcional

Material formador de rama epoxi-funcional

etilenediamina (EDA)

éter de glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE)

etanolamina (EA)

éter de glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE)

27. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 14, en el cual el material formador de núcleo epoxi-funcional y el extensor amina-funcional son una de las siguientes combinaciones:

Material formador de núcleo epoxi-funcional

Amina-functional extender

Éter de glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE)

Piperazina (PIPZ)

Éter de triglicidilo de pentaeritritol (PETGE)

Piperazina (PIPZ)

Éter de triglicidilo de pentaeritritol (PETGE)

Carboxilato de etil-N-piperazina (EPC)

Éter de triglicidilo de pentaeritritol (PETGE)

1. (2-aminoetl) piperazina protegida con metil isobutilo (PEA)

N, N'-diglicidil-4-glicidiloxianalina (DGGA)

Piperazina (PIPZ)

N, N'-diglicidil-4-glicidiloxianalina (DGGA)

Carboxilato de etil-N-piperazina (EPC)

tetra (2, 3-epoxipropil) isocianurato (TGIC)

Carboxilato de etil-N-piperazina (EPC)

28. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 18, en el cual el material formador de núcleo 5 epoxi-funcional es éter glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE) , el extensor amina-funcional es piperazina (PIPZ) y el material formador de rama epoxi-funcional es éter glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE) .

29. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual la amina es una parte funcional de un material formador de rama, y el grupo funcional epoxi es una parte funcional de un material formador de núcleo, que comprende además un extensor amina-funcional, en cuyo caso el material formador de núcleo epoxi-funcional, 10 el material formador de rama amina-funcional y el extensor amina-funcional son una de las siguientes combinaciones:

Material formador de núcleo

Material formador de rama

Extensor amina-funcional

Éter de glicidilo de trimetilolpropano

(TMPTGE)

Diacetato de dietilimino

(DEIDA)

etilendiamina (EDA)

Éter de triglicidilo de trifenilolmetano

(TPMTGE)

Diacetato de dietilimino

(DEIDA)

etilendiamina (EDA)

bis ( 4-glicidiloxifenil) metano

(BGPM)

Diacetato de dietilimino

(DEIDA)

etilendiamina (EDA)

4, 4'-metilen bis (diglicidilanilina) (MBDGA)

Diacetato de dietilimino

(DEIDA)

etilendiamina (EDA)

30. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 18, que además comprende un segundo extensor amina-funcional (EX2) , en el cual el material formador de núcleo epoxi-funcional, el extensor amina-15 funcional, el material formador de rama epoxi-funcional y el segundo extensor amina-funcional (EX2) son una de las siguientes combinaciones:

Material formador de núcleo

Material formador de rama

Extensor amina-funcional

EX2

Éter de glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE)

Éter de glicidilo de trimetilolpropano (TMPTGE)

Piperazina (PIPZ)

Piperazina (PIPZ)

Éter de triglicidilo de pentaeritritol (PETGE)

Éter de triglicidilo de pentaeritritol (PETGE)

Piperazina (PIPZ)

Piperazina (PIPZ)

Éter de tetra glicidilo de pentaeritritol (PETGE)

Éter de triglicidilo de pentaeritritol (PETGE)

Carboxilato de etil-N-piperazina (EPC)

Carboxilato de etil-N-piperazina (EPC)

31. Un polímero dendrítico tal como se reivindica en la reivindicación 8, en el cual la amina es una parte funcional de un extensor, y el extensor amina-funcional es carboxilato de etil-N-piperazina (EPC) . 20