DE60018441T2

DE60018441T2 - Blockcopolymer mit einem von oxazolin herrührenden segment

Info

Publication number: DE60018441T2
Application number: DE60018441T
Authority: DE
Inventors: Kazunori Kataoka; Yukio Kitasoma-gun NAGASAKI; Yoshitsugu Akiyama
Original assignee: NanoCarrier Co Ltd
Current assignee: NanoCarrier Co Ltd
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: DE60018441D1; ATE290039T1; JP2001048978A; EP1219661A1; WO2001010934A1; US6974856B1; EP1219661B1; EP1219661A4; CA2381042A1

Description

Die Erfindung betrifft Blockcopolymere mit einem Polymersegment, das von Oxazo1in abgeleitet ist, als ein Block. Sie betrifft insbesondere Blockcopolymere mit einem Poly(ethylenoxid)-Segment und einem Polymersegment, das von Oxazolin abgeleitet ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Es ist bekannt, dass Poly(ethylenoxid) (nachstehend als PEO abgekürzt)-Ketten in Wasser stark löslich sind, hochflexibel sind, eine extrem hohe Beweglichkeit in Wasser haben und ein Hydrogel mit hoher Bioverträglichkeit bilden. Demgemäß ist es schon zur Erhöhung der Bioverträglichkeit vorgeschlagen worden, eine PEO-Kette auf Polymere, hergestellt aus anderen Monomeren, aufzupfropfen oder eine große Vielzahl von Blockcopolymeren mit einer PEO-Kette als einem Block zu bilden.
Ein Beispiel für die erstgenannte Technik der Aufpfropfung einer PEO-Kette findet sich in der WO 93/16687. Es heißt dort, dass die resultierenden Polymeren für die Mikroeinkapselung von verschiedenen Arzneimitteln und Zellen verwendet werden können.
Als Beispiele für die letztgenannte Technik sind schon durch einige der benannten Erfinder Blockcopolymere mit einer PEO-Kette als einer hydrophilen Domäne und einer Poly(lactid)-Kette als einer hydrophoben Domäne vorgeschlagen worden (vergleiche WO 96/32434, WO 96/33233 und WO 97/06202). Da diese hydrophil/hydrophoben Blockcopolymere eine stabile polymere Micelle in einem wässrigen Medium bilden, können sie nicht nur für Zwecke der bioverträglichen Beschichtung verwendet werden, sondern es ist auch schon die Aufmerksamkeit darauf gerichtet worden, sie beispielsweise als Targetingträger für Arzneimittel einzusetzen.
In den letzten Jahren ist es schon vorgeschlagen worden, nicht nur verschiedene modifizierte virale Vektoren, sondern auch Liposomen als Mittel für die Einführrung von Genen in Tierzellen einzusetzen. Als typische Beispiele für solche Liposome sind bereits solche, gebildet aus kationischen Lipiden, vorgeschlagen worden, die als ausgezeichnete Träger für DNA dienen können.
Die europäische Patentanmeldung 0 434 223 beschreibt Oxyalkylen/n-Acylalkylenimin-Blockcopolymere, die als Tenside mit Polyoxyalkylen- und Poly-(N-acylalkylenimin)-Blöcken einsetzbar sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Copolymere Polyoxypropylen- und Poly-(N-acetylethylenimin)-Blöcke. Die Blockcopolymere können dadurch hergestellt werden, dass ein Sulfonatester-terminiertes Polyalkylenglykol mit einem 2-Oxazolin- oder l,3-Oxazinmonomer umgesetzt wird.
Offenbarung der Erfindung
Die oben beschriebenen Pfropfpolymere und Blockcopolymere gemäß dem Stand der Technik haben jeweils definierte, ausgezeichnete Eigenschaften. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Blockcopolymeres zur Verfügung zu stellen, das zusätzlich zu den Beschichtungseigenschaften und der Fähigkeit, stabile polymere Micellen zu bilden, wie es bei den vorgenannten Blockcopolymeren der Fall ist, die Fähigkeit hat, einen Überzugsfilm oder eine polymere Micelle zu bilden, die dazu imstande ist, saure Arzneimittel oder Substanzen (z.B. DNA und RNA) stabil einzukapseln.
Es wurde nun gefunden, dass die obige Aufgabe durch ein Blockcopolymeres gelöst werden kann, das ein Polymersegment, abgeleitet von Oxazolin, und ein PEO-Segment besitzt und das erforderlichenfalls eine geeignete funktionelle Gruppe an einem oder beiden Ende(n), α-Ende und ω-Ende, des Polymeren hat. Es ist weiterhin festgestellt worden, dass das Hydrophilie-/Hydrophobie-Gleichgewicht des von Oxazolin abgeleiteten Polymersegments dadurch reguliert werden kann, dass eine geeignete Acylgruppe an einer Position, entsprechend der 2-Position des Oxazolins, eingeführt wird und dass das Segment durch Eliminierung der Acylgruppe in Poly(ethylenimin) (nachstehend als PEI abgekürzt) umgewandelt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Basis dieser Feststellungen vervollständigt worden.
Speziell betrifft die vorliegende Erfindung ein Blockcopolymeres der allgemeinen Formel (I)
worin
R für ein Wasserstoffatom oder eine Acylgruppe steht, NP für einen Rest steht, der von einem nukleophilen Reagens abgeleitet ist, m eine ganze Zahl von 2 bis 20.000 ist, n eine ganze Zahl von 1 bis 20.000 ist und
AI für eine Hydroxylgruppe oder eine Gruppe der Formel
steht, worin

(i) p eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist und R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander für eine C_1–10-Alkoxy-, Aryloxy- oder Aryl-C_1–3-alkyloxygruppe stehen oder R¹ und R² miteinander vereinigt sind um eine gegebenenfalls C_1–6-alkylsubstituierte Ethylendioxygruppe [-O-CH(R')CH-O-, wobei R' ein Wasserstoffatom oder eine C_1–6-Alkylgruppe ist] oder einen Oxy(=O)-Rest darzustellen; oder
(ii) p den Wert 0 oder 1 hat und R¹ und R² miteinander vereinigt sind, um eine Atomgruppe darzustellen, die einen Rest, abgeleitet von einem Monosaccharid oder seinem Derivat, darstellt; oder
(iii) p den Wert 0 oder 1 hat und R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander für ein Wasserstoffatom, eine C_1–20-Alkylgruppe, eine Phenylgruppe oder eine C_1–20-Alkyl- oder Phenylgruppe mit einem oder zwei Substituenten, ausgewählt aus Amino, das gegebenenfalls durch eine oder zwei Aminoschutzgruppen geschützt ist, Carboxyl, das gegebenenfalls durch eine Car boxylschutzgruppe geschützt ist, und Mercapto, das gegebenenfalls durch eine Mercaptoschutzgruppe geschützt ist, stehen; und
(iv) R³ und R⁴ unabhängig voneinander jeweils für ein Wasserstoffatom oder eine Aminoschutzgruppe vom Organosilyltyp stehen oder R³ und R⁴ für Aminoschutzgruppen vom Organosilyltyp stehen, die zusammen mit dem Stickstoffatom, an das sie angefügt sind, einen vier- bis siebengliedrigen heterocyclischen Disila-Azacyclo-Ring bilden können.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Blockcopolymeren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist ein ¹H-NMR-Spektrum des PEO, das im Beispiel 1 erhalten worden ist. Das PEO hat eine Acetalgruppe an einem Ende und eine Mesylgruppe an dem anderen Ende;
die 2 ist das ¹H-NMR-Spektrum eines im Beispiel 2 erhaltenen PEO-Poly-(2-acetyl-2-oxazolin)-Blockcopolymeren, erhalten in Beispiel 2; und
die 3 ist das ¹H-NMR-Spektrum des im Beispiel 3 erhaltenen PEO-PEI-Blockcopolymeren.
Beste Art und Weise der Durchführung der Erfindung
In dieser Beschreibung werden die Bezeichnungen mit dem angefügten Prefix "Poly" dahingehend als Konzepte verwendet, dass nicht nur die üblicherweise bekannten Polymeren, sondern auch die Oligomeren davon umfasst werden.
Das erfindungsgemäße PEO-Segment kann ein PEO-Segment sein, das sich entweder von den herkömmlicherweise hergestellten PEO-Homopolymeren oder einem Vorläufer für deren Herstellung oder einem Vorläufer-PEO für die Herstellung von Blockcopolymeren oder Pfropfpolymeren, enthaltend ein PEO-Segment, ableitet.
Vorzugsweise können die PEO-enthaltenden Segmente, die durch einige der benannten Erfinder zur Verfügung gestellt werden und die für die Herstellung von Blockcopolymeren mit funktionellen Gruppen an beiden Enden des Polymermoleküls verwendet werden (vergleiche WO 96/32434, WO 96/33233 und WO 97106202), als PEO-Segmente in den erfindungsgemäßen Blockcopolymeren verwendet werden.
Spezielle Beispiele für AI schließen, jedoch ohne Beschränkung darauf, Gruppen der folgenden Formel
ein.
(i) In der obigen Formel ist p eine ganze Zahl von 1 bis 10, und R¹ und R² stehen jeweils unabhängig voneinander für eine C_1–10-Alkoxy-, Aryloxy- oder Aryl-C_1–3-alkyloxygruppe, oder R¹ und R² können miteinander vereinigt sein um eine gegebenenfalls C_1–6-Alkyl-substituierte Ethylendioxygruppe [-O-CH(R')-CH-O-, worin R' für ein Wasserstoffatom oder eine C_1–6-Alkylgruppe steht] oder einen Oxy (=O)-Rest zu bilden.
Die Alkylgruppierung der vorgenannten Alkoxygruppe und die vorgenannten Alkylgruppen können geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen sein. Spezielle Beispiele für die Alkylgruppierung der C_1–10-Alkoxygruppe oder der C_1–10-Alkylgruppe schließen Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Pentyl, Isopentyl, Hexyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, Octyl, 2-Ethylhexyl, Decyl und 4-Propylpentyl ein.
Spezielle Beispiele für die später beschriebene C_1–20-Alkylgruppe oder die Alkylgruppe der später beschriebenen C_2–21-Acylgruppe schließen zusätzlich zu den oben genannten Alkylgruppen 4-Ethyldecyl, 8-Methyldecyl, n-Dodecyl, n-Hexadecyl und Octadecyl und Icosyl ein. Diese Beschreibungen gelten auch für die Erläuterung der verschiedenen Gruppen, die nachstehend besprochen werden.
Alternativ können R¹ und R² miteinander vereinigt sein um eine gegebenenfalls C_1–6-Alkyl-substituierte Ethylendioxygruppe [-O-CH(R')-CH₂O-, worin R' eine C_1–6-Alkylgruppe ist] darzustellen bzw. zu bilden. Bevorzugte Beispiele hierfür schließen Ethylendioxy, Propylendioxy und 1,2-Butylendioxy ein.
Wenn diese Gruppe hydrolysiert wird, dann werden R¹ und R² miteinander vereinigt um einen Oxy(=O)-Rest zu bilden. D.h., diese Gruppe ist für die Herstellung der erfindungsgemäßen Blockcopolymeren, die eine Aldehydgruppe am α-Ende des Moleküls haben, günstig.
Vorzugsweise ist p eine ganze Zahl von 1 bis 5, und R¹ und R² können unabhängig voneinander für eine C_1–6-Alkoxygruppe stehen, oder R¹ und R² sind miteinander vereinigt um eine gegebenenfalls C_1–3-Alkyl-substituierte Ethylendioxygruppe zu bilden.
(ii) Alternativ hat in der obigen Formel p den Wert 0 oder 1, und R¹ und R² sind miteinander vereinigt um eine Atomgruppe darzustellen, die einen Rest, abgeleitet von einem Monosaccharid oder seinem Derivat, bildet. Beispiele für das Monosaccharid oder sein Derivat schließen solche, angegeben durch die folgende Formel
ein, worin ein Rest R⁵ eine chemische Bindung darstellt, durch die eine kovalente Bindung an eine angrenzende Methylengruppe durch das Medium eines Sauerstoffatoms bzw. auf dem Wege über ein Sauerstoffatom gebildet werden kann und wobei die anderen Reste R⁵ jeweils unabhängig voneinander für ein Wasserstoffatom oder eine C_1–5-Alkyl-, (C_1–5-Alkyl)carbonyl- oder Tri(C_1–5-alkyl)silylgruppe (wobei diese Alkylgruppen gleich oder verschieden sein können) stehen, oder wobei zwei Reste R⁵ miteinander vereinigt sind um eine C_3–5-Alkylidengruppe, die eine Acetalgruppe zusammen mit den Sauerstoffatomen, an die sie angefügt sind, oder eine Benzylidengruppe, in der die Methingruppe durch eine C_1–3-Alkylgruppe substituiert sein kann, darzustellen bzw. bilden, und wobei a den Wert 0 hat oder die ganze Zahl 1 ist, b die ganze Zahl 2 oder 3 ist und c den Wert 0 hat oder die ganze Zahl 1 ist. Bevorzugte Beispiele für dieses Saccharid oder sein Derivat schließen natürliche Glucose, Galactose, Mannose, Fructose, Ribose und Xylose sowie ihre Derivate ein. Als spezielle Beispiele für die Alkylgruppe oder die Alkylgruppe, die in der vorgenannten C_1–5-Alkyl-, (C_1–5-Alkyl)carbonyl- oder C_1–5-Alkylsilylgruppe enthalten ist, können Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen aus den oben im Zusammenhang mit (i) beschriebenen Alkylgruppen ausgewählt werden.
Wenn zwei Reste R⁵ miteinander vereinigt sind um eine C_3–5-Alkylidengruppe darzustellen bzw. zu bilden, die eine Acetalgruppe der Formel
zusammen mit den Sauerstoffatomen, an die sie angefügt sind, zu bilden, dann schließen Beispiele der Alkylidengruppe Isopropyliden, 1-Butyliden, 2-Butyliden und 3-Pentyliden ein. Beispiele für die Benzylidengruppe, bei der die Methingruppe durch eine C_1–3-Alkylgruppe substituiert sein kann, schließen Benzyliden der Formel
und Methylbenzyliden der Formel
ein.
Wenn zwei Reste R⁵ eine solche Acetalgruppe bilden, dann ist es zum Zwecke der selektiven Eliminierung dieser Gruppen R⁵ günstig, einen Saccharidrest zu erhalten, bei dem jedes R ein Wasserstoffatom ist (d.h., der Rest hat ungeschützte Hydroxylgruppen). In der obigen Formel können a, b und c den Wert 0 haben oder sie können bestimmte ganze Zahlen bedeuten, die entsprechend dem Typ des ausgewählten Saccharids als Ausgangsmaterial variieren können. Speziell hat a den Wert 0 oder 1, b hat den Wert 2 oder 3 und c hat den Wert 0 oder 1. Wenn beispielsweise das Ausgangsmaterial Glucose ist, dann hat a den Wert 0, b hat den Wert 3 und c hat den Wert 0 für D-Glucopyranose, die die intramolekulare Halbacetalform der Glucose darstellt, oder a hat den Wert 0, b hat den Wert 2 und c hat den Wert 1 für D-Glucofuranose. Demgemäß umfasst der oben genannte Saccharidrest diese beiden Formen. Wenn andererseits das Ausgangsmaterial Galactose ist, dann hat a den Wert 0, b hat den Wert 3 und c hat den Wert 0.
(iii) Alternativ hat in der obigen Formel p den Wert 0 oder 1, und R¹ und R² stehen jeweils unabhängig voneinander für ein Wasserstoffatom, eine C_1–20-Alkylgruppe, eine Phenylgruppe oder eine C_1–20-Alkyl- oder Phenylgruppe mit einem oder zwei Substituenten, ausgewählt aus Amino, das gegebenenfalls durch ein oder zwei Aminoschutzgruppen geschützt ist, Carboxyl, das gegebenenfalls durch eine Carboxylschutzgruppe geschützt ist, und Mercapto, das gegebenenfalls durch eine Mercaptoschutzgruppe geschützt ist.
Spezielle Beispiele für die C_1–10-Alkyl- und C_1–20-Alkylgruppen sind oben unter (i) beschrieben worden.
Spezielle Beispiele der oben genannten Carboxylschutzgruppe schließen Alkoxygruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen (z.B. Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, Isopropoxy, n-Butoxy und tert.-Butoxy) und Phenyl-substituierte Methoxygruppen (z.B. Benzyloxy, Diphenylmethoxy und Triphenylmethoxy), die einen Teil der mit der Carboxylgruppe gebildeten Ester bilden, ein. Die Carboxylgruppe, die durch eine Carboxylschutzgruppe geblockt ist, umfasst auch eine Cyanogruppe, die unter bestimmten Hydrolysebedingungen eine Carboxylgruppe bilden kann.
Spezielle Beispiele für die Mercaptoschutzgruppe schließen Phenyl, Benzyl, Trimethylsilyl, Acetyl, o-, m- oder p-Methylbenzyl, Triethylsilyl, o-, m- oder p-Tolyl und tert.-Butyldimethylsilyl ein.
Was weitere Einzelheiten für AI in der allgemeinen Formel (I), wie oben in (i) bis (iii) definiert, betrifft, so kann auf die oben genannten Druckschriften WO 96/33233, WO 96/32434 und WO 97/06202 Bezug genommen werden. Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen PEO-Segmente durch Verfahren zur Bildung eines PEO-Segments gebildet werden, die in den Verfahren für die Herstellung von Blockcopolymeren eingeschlossen sind, die in diesen internationalen Veröffentlichungen beschrieben worden sind.
(iv) Weiterhin schließen spezielle Beispiele für AI auch Gruppen der Formel
ein, worin R³ und R⁴ jeweils unabhängig voneinander für ein Wasserstoffatom oder eine Aminoschutzgruppe vom Organosilyltyp stehen, oder wobei R³ und R⁴ für Aminoschutzgruppen vom Organosilyltyp stehen, die zusammen mit dem Stickstoffatom, an das sie angefügt sind, einen heterocyclischen vier- bis siebengliedrigen Disila-Azacyclo-Ring bilden können.
Spezielle Beispiele für die durch R³ angegebene Silylgruppe sind Gruppen der Formel
und spezielle Beispiele für die durch R⁴ angegebene Silylgruppe sind Gruppen der Formel
In den obigen Formeln können R^1', R^2', R^3', R^4', R^5' und R^6' jeweils unabhängig voneinander für eine Alkylgruppe, und vorzugsweise eine C_1–6-Alkylgruppe, stehen. Wenn R³ und R⁴ unter Bildung einer Aminoschutzgruppe miteinander vereinigt bzw. verbunden sind, dann können beliebige der Reste R^1', R^2' und R^3' mit beliebigen der Reste R^4', R^5' und R^6' vereinigt bzw. verbunden sein um eine Methylen-, Ethylen-, Propylen- oder Butylengruppe zu bilden. Spezielle Beispiele für die so gebildeten Aminoschutzgruppen schließen Gruppen der Formel
ein, worin m' eine positive Zahl von 1 bis 4 ist. Diese Gruppen können zusammen mit dem Stickstoffatom der Aminogruppe, an das die Schutzgruppe angeheftet ist, vier- bis siebengliedrige heterocyclische Disila-Azacyclo-Ringe bilden.
Unter diesen Aminoschutzgruppen werden solche bevorzugt, die heterocyclische vier- bis siebengliedrige Disila-Azacyclo-Ringe bilden können, wobei die Reste R^2', R^3', R^5' und R^6' unabhängig voneinander jeweils für eine Niedrigalkylgruppe stehen. Insbesondere wird eine Aminoschutzgruppe bevorzugt, die 2,2,5,5-Tetramethyl-2,5-disila-l-azacyclopentan bilden kann.
Al-PEO-Blöcke mit diesen Al-Gruppen können dadurch, dass Ethylenoxid unter an sich bekannten Polymerisationsbedingungen, mit der Ausnahme, dass ein anionischer Polymerisationsinitiator der folgenden Formel
verwendet wird, gebildet werden, wobei R³ und R⁴ die oben angegebenen Bedeutungen, ausgenommen ein Wasserstoffatom, haben, und M für Lithium, Kalium, Natrium oder dergleichen, steht.
R in der allgemeinen Formel (I) steht für ein Wasserstoffatom oder eine Acylgruppe. Wenn R ein Wasserstoffatom ist, dann ist das erfindungsgemäße Polymere ein PEO-Poly(ethylenimino)-Blockcopolymeres. Zusätzlich zu einer Carbonylgruppe kann die Acylgruppe eine C_1–20-Alkylgruppe, eine aromatische carbocyclische C_6–10-Gruppe, die durch ein oder mehrere gleiche oder verschiedene C_1–6-Alkylgruppen oder Halogenatome substituiert sein kann, oder eine C_1–6-Perfluoralkylgruppe enthalten. Wenn die Alkylgruppierung der Acylgruppe eine C_1–20-Alkylgruppe ist, dann sind spezielle Beispiele für die C_1–20-Alkylgruppe bereits oben unter (i) beschrieben worden. Beispiele für die vorgenannte aromatische carbocyclische C_6–10-Gruppe, die substituiert sein kann, schließen Phenyl, p-Methylphenyl, p-Chlorphenyl und (3-Naphthyl ein. Beispiele für die C_1–6-Perfluoralkylgruppe schließen die oben beschriebenen C_1–6-Alkylgruppen ein, bei denen zwei oder mehrere Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt worden sind, wie z.B. Trifluormethyl. Durch Auswahl der Kettenlänge oder des Typs der durch R angegebenen Acylgruppe kann die Hydrophilizität/Hydrophobizität der durch die Formel
angegebenen Domäne reguliert werden.
NP in der allgemeinen Formel (I) stellt einen Rest, abgeleitet von einem nucleophilen Reagens (oder anionoiden Reagens) dar. Es können alle beliebigen solchen Gruppen eingesetzt werden, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Spezielle Beispiele hierfür schließen -OH, -SH, -CN, -NH₂, -COOH, -OCOC(CH₃)=CH₂,
-OCH₂CH=CH₂ und -CH₂CH₂CH₂Si(OR'') (wobei R'' für eine C_1–6-Alkylgruppe steht) ein.
Allgemein ist m eine ganze Zahl von 2 bis 20.000 und n ist eine ganze Zahl von 20.000. Vorzugsweise ist m eine ganze Zahl von 10 bis 10.000, und mehr bevorzugt 10 bis 4.000, und n ist eine ganze Zahl von 10 bis 5.000, und mehr bevorzugt 10 bis 500.
Die Blockcopolymere der allgemeinen Formel (I) können dadurch hergestellt werden, dass eine Kombination von an sich bekannten Reaktionen gemäß dem folgenden Reaktionsschema verwendet wird.
Die erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Blockcopolymere sind neue Verbindungen, und sie werden durch das folgende Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung effizienter hergestellt.
Speziell betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Blockcopolymeren, angegeben durch die allgemeine Formel (I)
worin AI die oben angegebene Bedeutung hat, R für ein Wasserstoffatom oder eine C_2–21-Acylgruppe steht, NP einen Rest, abgeleitet von einem nucleophilen Reagens, darstellt, m eine ganze Zahl von 2 bis 20.000 ist und n eine ganze Zahl von 1 bis 20.000 ist, wobei dieses Verfahren die Stufen der Umsetzung eines Polyethylenoxidderivats der allgemeinen Formel (I-a)
worin AI und m die oben angegebenen Bedeutungen haben, und R⁶ für eine C_1–6-Alkylgruppe, eine gegebenenfalls C_1–6-alkylsubstituierte Phenylgruppe oder eine C_1–6-Perfluoralkylgruppe steht, mit einem Oxazolinderivat der allgemeinen Formel (I-b)
worin R_b für ein Wasserstoffatom oder eine C_1–20-Alkylgruppe, eine carbocyclische aromatische C_6–10-Gruppe, die durch ein oder mehrere gleiche oder verschiedene C_1–6-Alkylgruppen oder Halogenatome substituiert sein kann, oder eine C_1–6-Perfluoralkylgruppe steht, in einem inerten Lösungsmittel, Umsetzung des resultierenden Polymeren mit einem nucleophilen Reagens und erforderlichenfalls Eliminierung der Acylgruppe umfasst.
Obgleich spezielle Beispiele der verschiedenen Gruppen, die durch R⁶ in der allgemeinen Formel (I-a) angegeben werden, solche sein können, wie sie oben beschrieben worden sind, ist doch R⁶ vorzugsweise Methyl. Weiterhin ist vorzugsweise die gegebenenfalls C_1–6-alkylsubstituierte Phenylgruppe eine p-Methyl-substituierte Phenylgruppe.
Obgleich das inerte Lösungsmittel, das für die oben genannte Reaktion verwendet wird, ein aprotisches polares Lösungsmittel sein kann, wird doch Nitromethan bevorzugt. Es ist zweckmäßig, die Reaktion unter der Atmosphäre eines inerten Gases, wie Argon, durchzuführen. Das Verhältnis des Oxazolinderivats der Formel (I-b) zu dem Makromeren der Formel (I-a) kann entsprechend der Kettenlänge (d.h., dem Wert von n) des Segments der Formel
ausgewählt werden.
Theoretisch kann der Wert von n zu einem gewünschten Ausmaß erhöht werden, indem der Anteil des Oxazolinderivats der Formel (I-b) erhöht wird. Die meisten der durch die Formel (I-b) angegebenen Oxazolinderivate sind gut als Monomere für Polymerisationszwecke bekannt. Selbst im Falle der neuen Derivate können sie im Wesentlichen in der gleichen Weise, wie die gut bekannten Derivate, hergestellt werden. Die Konzentrationen dieser Reaktanten in dem Reaktionsgemisch sind keinen Beschränkungen unterworfen, solange wie das Reaktionsgemisch gerührt werden kann. Jedoch wird der Fachmann dazu imstande sein, ein Experiment im kleinen Ausmaß durchzuführen und hierdurch leicht die optimalen Bedingungen, entsprechend den Eigenschaften des gewünschten Blockcopolymeren, zu ermitteln.
Es können alle beliebigen Reaktionstemperaturen zur Anwendung kommen, solange wie die gewünschte Polymerisationsreaktion nicht in nachteiliger Weise beeinflusst wird. Jedoch wird die Reaktion gewöhnlich bei einer Temperatur von 30 bis 100°C durchgeführt. Die Reaktionszeit kann nicht spezifiziert werden, da die optimale Zeit entsprechend dem gewünschten Wert von n, der Reaktionstemperatur, dem verwendeten Oxazolinderivat variiert. Jedoch wird die Reaktion gewöhnlich über einen Zeitraum von 1 bis 200 Stunden durchgeführt.
Das so erhaltene Polymere kann mit einem nucleophilen Reagens umgesetzt werden um einen Rest, abgeleitet von dem nucleophilen Reagens, an einem Ende des Polymeren einzuführen. Wenn das durch die Reaktion mit einem nucleophilen Reagens erhaltene Blockcopolymere eine Hydroxylgruppe am ω-Ende hat, dann kann die Hydroxylgruppe in eine andere funktionelle Gruppe entsprechend dem Verfahren umgewandelt werden, das in den vorgenannten Publikationen WO 96/32434, WO 96/33233 oder WO 97/06202 beschrieben worden ist. Wenn weiterhin R eine Acylgruppe ist und AI eine durch eine bestimmte Schutzgruppe geschützte funktionelle Gruppe ist, dann kann das auf die oben beschriebene Weise erhaltene Blockcopolymere erforderlichenfalls einer Reaktion zur Eliminierung der Acylgruppe oder der Schutzgruppe unterworfen werden.
Daher kann die vorliegende Erfindung Blockcopolymere, angegeben durch die allgemeine Formel (I), zur Verfügung stellen. Diese Polymere können für verschiedene Beschichtungszwecke eingesetzt werden. Weiterhin können sie stabile Polymermicellen in einem wässrigen Medium bilden, und sie sind daher als Träger für Arzneimittel, wie DNA und RNA, geeignet.
Nachstehend werden unter den Blockcopolymeren, die durch die allgemeine Formel (I) angegeben werden, Blockcopolymere, bei denen AI durch die Formel
angegeben ist, und R¹, R² und p wie gemäß Variante (i) definiert sind, speziell erläutert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch Blockcopolymere mit anderen Gruppen AI zur Verfügung stellen kann und dass solche Substanzen ebenfalls für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
Beispiel 1 : Synthese eines Acetat-PEO-MS (Makromer)
Unter einer Atmosphäre von Argon bei Raumtemperatur wurden 30 ml Tetrahydrofuran (THF), 2 mmol 3,3-Diethoxy-l-propanol als Initiator und 2 mmol Kaliumnaphthalin in einen Kolben vom Auberginentyp eingegeben und 10 Minuten lang gerührt um eine Metallisierung zu bewirken. Dann wurden hierzu 120 mmol Ethylenoxid gegeben, und es wurde unter Rühren bei Raumtemperatur 2 Tage lang polymerisiert. Unter Verwendung eines isobarischen Tropftrichters wurde das resultierende PEO-enthaltende Polymerisationsgemisch zu 5 ml einer gesondert hergestellten THF-Lösung, die 40 mmol Methylsulfonylchlorid enthielt, gegeben. Danach wurde eine Terminationsreaktion 2 Tage lang durchgeführt.
Sodann wurde das Polymere mit Chloroform extrahiert, und der Extrakt wurde mit einer gesättigten wässrigen Lösung von Natriumchlorid gewaschen und mit wasserfreiem Na₂SO₄ getrocknet. Hierauf wurde das Polymere durch Wiederausfällung mit Diethylether gereinigt. Nach dem Trocknen im Vakuum wurde das Polymere durch ¹H-NMR-Spektroskopie (DMSO, 400 MHz) analysiert. Das so aufgezeichnete ¹H-NMR-Spektrum ist in 1 gezeigt. Aus diesem Spektrum wird ersichtlich, dass das so erhaltene Makromer ein PEO ist, das eine Acetalgruppe an dem einen Ende und eine Sulfonylgruppe an dem anderen Ende hat.
Beispiel 2: Kationische Polymerisation des 2-Methyl-2-oxazolins von dem Makromer
Unter einer Atmosphäre von Argon wurden 10 ml Nitromethan zu 1,065 g des im Vakuum getrockneten Makromeren des Beispiels 1 (Mn=2.700) ([Makromer]O=0,0394 mol/l in CH₃NO₂) gegeben. Sodann wurde gerührt. Hierauf wurde 1 ml Dodecan als innere Standardsubstanz hinzugegeben. Weiterhin wurden 3,10 ml (so bemessen, dass ein Molekulargewicht von 10.000 und ein [2-Methyl-2-oxazolin]O/[Makromer]O-Verhältnis von 86 erhalten wurden) 2-Methyl-2-oxazolin hinzugegeben, und es wurde bei 60°C umgesetzt. Nach Beendigung der Reaktion wurde das Polymere mit Chloroform extrahiert, und der Extrakt wurde mit einer gesättigten wässrigen Lösung von Natriumchlorid gewaschen und mit wasserfreiem Na₂SO₄ getrocknet. Sodann wurde das Polymere durch Wiederausfällung mit Diethylether gereinigt. Nach dem Trocknen im Vakuum wurde das Polymere durch ¹H-NMR-Spektroskopie (DMSO, 400 MHz) analysiert. Das so aufgezeichnete ¹H-NMR-Spektrum ist in 2 gezeigt.
Beispiel 3: Hydrolyse des Acetal-PEO-poly-(2-methyl-2-oxazolin)-Blockcopolymeren
1,0 g (entsprechend 9,41 mmol N-Acetylgruppen) des im Beispiel 2 erhaltenen Blockcopolymeren mit einem Poly-(2-methyl-2-oxazolin)-Segment wurde in 10 ml eines Lösungsmittelgemisches, bestehend aus Methanol und Ethylenglykol (1:1) aufgelöst und 4 Stunden lang bei 95°C umgesetzt. Danach wurde das Produkt entsalzt und durch Dialyse gereinigt, gefriergetrocknet und durch ¹H-NMR-Spektroskopie (DMSO, 400 MHz) analysiert. Das so aufgezeichnete ¹H-NMR-Spektrum ist in 3 gezeigt.
Beispiel 4 (als Referenz): Synthese eines Monosaccharidderivat-PEO
260 mg DIG, 20 ml THF und 2 ml einer 0,5 mol/l Tetrahydrofuranlösung von Kaliumnaphthalin wurden in ein Reaktionsgefäß gegeben und 3 Minuten lang unter einer Atmosphäre von Argon gerührt um 3-O-Kalium-1,2:5,6-di-O-isopropyliden-D-glucofuranose zu bilden. Sodann wurden 5,7 g Ethylenoxid zu dieser Lösung gegeben, und das Gemisch wurde bei Raumtemperatur unter einem Druck von einer Atmosphäre gerührt. Nach zweitägiger Umsetzung wurde die Reaktion durch Zugabe einer kleinen Menge von Wasser abgebrochen. Hierauf wurde das Reaktionsgemisch in Ether eingegossen um das so gebildete Polymere zur Ausfällung zu bringen. Der resultierende Niederschlag wurde durch Gefriertrocknen aus Benzol gereinigt. Seine Ausbeute betrug 5,6 g (94%). Das durch Gelpermeationschromatographie erhaltene Polymere hatte einen einzigen Peak. Sein zahlenmittleres Molekulargewicht betrug 2.500.
Beispiel 5 (als Referenz): Synthese eines Alkyl-PEO mit einem Aminosubstituenten, geschützt durch eine Aminoschutzgruppe
20 ml THF, 0,15 g 2-Benzaliminoethanol und 2 ml einer 0,5 mol/l THF-Lösung von Kaliumnaphthalin wurden in ein Reaktionsgefäß eingegeben, und das Gemisch wurde 3 Minuten lang unter einer Atmosphäre von Argon gerührt um das Reaktionsprodukt von 2-Benzaliminoethanol mit Kalium (Kalium-2-benzaliminoethoxid) zu bilden.
Sodann wurden 8,8 g Ethylenoxid zu dieser Lösung gegeben, und es wurde bei Raumtemperatur unter einem Druck von einer Atmosphäre gerührt. Nach zweitägiger Umsetzung wurde ein Polymeres mit etwa 9.000 PEO-Einheiten erhalten.
Beispiel 6: Synthese eines Polyoxyethylenderivats mit einer Silyl-geschützten Aminogruppe an einem Ende
In einen Kolben vom Auberginentyp wurden unter einer Atmosphäre von Argon 1 mmol 2,2,5,5-Tetramethyl-2,5-disila-l-azacyclopentan und 1 mmol Kaliumnaphthalin zu 50 ml THF gegeben. Auf diese Weise wurde ein Kaliumamid gebildet, das als Initiator wirkte. Hierauf wurden 100 mmol Ethylenoxid hinzugegeben, und das Gemisch wurde bei Raumtemperatur 2 Tage lang umgesetzt, wodurch das Titelderivat erhalten wurde.
Blockcopolymere gemäß der vorliegenden Erfindung können dadurch synthetisiert werden, dass die einzelnen in den vorstehenden Beispielen 4-6 erhaltenen PEO-Derivate einer Sulfo nylierung gemäß der Verfahrensweise des Beispiels 1, einer kationinschen Polymerisation gemäß der Verfahrensweise des Beispiels 2, und erforderlichenfalls einer Hydrolyse, entsprechend der Verfahrensweise des Beispiels 3, unterworfen werden.
Technische Verwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung stellt Blockcopolymere zur Verfügung, die ein hydrophiles Segment mit beliebigen von verschiedenen funktionellen Gruppen an einem Ende und ein Poly(ethylenimin)-Segment, das eine an das N-Atom angeheftete Acylgruppe aufweist, enthalten. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung von solchen Blockcopolymeren zur Verfügung gestellt. Diese Blockcopolymere haben nicht nur ausgezeichnete Beschichtungseigenschaften und die Fähigkeit, stabile polymere Micellen zu bilden, sondern sie haben auch die Fähigkeit, saure Arzneimittel (z.B. DNA und RNA) stabil in solchen polymeren Micellen einzukapseln. Demgemäß kann die vorliegende Erfindung z.B. bei der Herstellung von medizinischen Mitteln, auf die ein bioverträglicher Überzug aufgetragen wird, zur Herstellung von pharmazeutischen Präparaten um die zielgerichtete Abgabe von Arzneimitteln zu erhalten, und zur Herstellung von polymeren Materialien verwendet werden.

Claims

Blockcopolymer, angegeben durch die allgemeine Formel (I)
worin R für ein Wasserstoffatom oder eine Acylgruppe steht, NP für einen Rest steht, der von einem nucleophilen Reagens abgeleitet ist, m eine ganze Zahl von 2 bis 20.000 ist, n eine ganze Zahl von 1 bis 20.000 ist und AI für eine Hydroxylgruppe oder eine Gruppe der Formel
steht, worin (i) p eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist und R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander für eine C_1–10-A1koxy-, Aryloxy- oder Aryl-C_1–3-alkyloxygruppe stehen oder R¹ und R² miteinander vereinigt sind, um eine gegebenenfalls C_1–6-alkylsubstituierte Ethylendioxygruppe [-O-CH(R')CH-O-, wobei R' ein Wasserstoffatom oder eine C_1–6-Alkylgruppe ist] oder einen Oxy(=O)-Rest darzustellen; oder (ii) p den Wert 0 oder 1 hat und R¹ und R² miteinander vereinigt sind, um eine Atomgruppe darzustellen, die einen Rest, abgeleitet von einem Monosaccharid oder seinem Derivat, darstellt; oder (iii) p den Wert 0 oder 1 hat und R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander für ein Wasserstoffatom, eine C_1–20-Alkylgruppe, eine Phenylgruppe oder eine C_1–20-Alkyl- oder Phenylgruppe mit mindestens einem oder zwei Substituenten, ausgewählt aus Amino, das gegebenenfalls durch eine oder zwei Aminoschutzgruppen geschützt ist, Carboxyl, das gegebenenfalls durch eine Carboxylschutzgruppe geschützt ist, und Mercapto, das gegebenenfalls durch eine Mercaptoschutzgruppe geschützt ist, stehen; und (iv) R³ und R⁴ unabhängig voneinander jeweils für ein Wasserstoffatom oder eine Aminoschutzgruppe vom Organosilyltyp stehen oder R³ und R⁴ für Aminoschutzgruppen vom Organosilyltyp stehen, die zusammen mit dem Stickstoffatom, an das sie angefügt sind, einen vier- bis siebengliedrigen heterocyclischen Disila-Azacyclo-Ring bilden können.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, wobei AI in der allgemeinen Formel (I) eine Hydroxylgruppe oder eine Gruppe der Formel
darstellt, worin p eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist und R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander für eine C_1–6-Alkoxygruppe stehen oder R¹ und R² miteinander vereinigt sind, um eine gegebenenfalls C_1–3-alkylsubstituierte Ethylendioxygruppe darzustellen.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, wobei AI in der allgemeinen Formel (I) eine Gruppe der Formel
darstellt, worin p den Wert 0 oder 1 hat und R¹ und R² miteinander vereinigt sind, um eine Atomgruppe darzustellen, die einen Rest, abgeleitet von einem Monosaccharid oder seinem Derivat, darstellt und wobei das Monosaccharid oder sein Derivat durch die Formel
angegeben wird, worin ein Rest R⁵ eine chemische Bindung darstellt, durch die eine covalente Bindung an eine angrenzende Methylengruppe über ein Sauerstoffatom gebildet werden kann, und die anderen Reste R⁵ jeweils unabhängig voneinander für ein Wasserstoffatom oder eine C_1–5-Alkyl-, (C_1–5-Alkyl)carbonyl- oder Tri(C_1–5-alkyl)silylgruppe stehen (wobei diese Alkylgruppen gleich oder verschieden sein können) oder wobei zwei Reste R⁵ miteinander vereinigt sind, um eine C_3–5-Alkylidengruppe, die eine Acetalgruppe zusammen mit den Sauerstoffatomen, an die sie angefügt sind, bildet oder eine Benzylidengruppe, bei der die Methingruppe durch eine C_1–3-Alkylgruppe substituiert sein kann, darzustellen, a den Wert 0 hat oder eine ganze Zahl von 1 ist, b eine ganze Zahl von 2 oder 3 ist und c den Wert 0 hat oder die ganze Zahl 1 ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, wobei AI in der allgemeinen Formel (I) eine Gruppe der Formel
darstellt, worin p den Wert 0 oder 1 hat und R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander für ein Wasserstoffatom oder eine C_1–20-Alkylgruppe, eine Phenylgruppe oder eine C_1–6-Alkyl- oder Phenylgruppe mit einem Substituenten, ausgewählt aus Amino, Carboxyl und Mercapto, stehen.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, wobei AI in der allgemeinen Formel (I) eine Gruppe der Formel
darstellt, worin R³ und R⁴ jeweils unabhängig voneinander für Aminoschutzgruppen vom Organosilyltyp stehen, die zusammen mit dem Stickstoffatom, an das sie angefügt sind, einen heterocyclischen vier- bis siebengliedrigen Disila-Azacyclo-Ring bilden können.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, wobei NP in der allgemeinen Formel (I) -OH, -SH, -CN, -NH₂, -COOH, -COCO(CH₃)=CH₂,
-OCH₂CH=CH₂ oder -CH₂CH₂CH₂Si(OR'') (wobei R'' für eine C_1–6-Alkylgruppe steht) ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, wobei AI in der allgemeinen Formel (I) eine Hydroxylgruppe oder eine Gruppe der Formel
darstellt, worin (i) p eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist und R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander für eine C_1–10-A1koxy-, Aryloxy- oder Aryl-C_1–3-alkyloxygruppe stehen oder R¹ und R² miteinander vereinigt sind, um eine gegebenenfalls C_1–6-alkylsubstituierte Ethylendioxygruppe [-O-CH(R')CH-O-, wo bei R' ein Wasserstoffatom oder eine C_1–6-Alkylgruppe ist] oder einen Oxy(=O)-Rest darzustellen; oder (ii) p den Wert 0 oder 1 hat und R¹ und R² miteinander vereinigt sind, um eine Atomgruppe darzustellen, die einen Rest, abgeleitet von einem Monosaccharid oder seinem Derivat, darstellt; oder (iii) p den Wert 0 oder 1 hat und R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander für ein Wasserstoffatom, eine C_1–20-Alkylgruppe, eine Phenylgruppe oder eine C_1–20-Alkyl- oder Phenylgruppe mit mindestens einem oder zwei Substituenten, ausgewählt aus Amino, das gegebenenfalls durch eine oder zwei Aminoschutzgruppen geschützt ist, Carboxyl, das gegebenenfalls durch eine Carboxylschutzgruppe geschützt ist, und Mercapto, das gegebenenfalls durch eine Mercaptoschutzgruppe geschützt ist, stehen; und (iv) R³ und R⁴ unabhängig voneinander jeweils für ein Wasserstoffatom oder eine Aminoschutzgruppe vom Organosilyltyp stehen oder R³ und R⁴ für Aminoschutzgruppen vom Organosilyltyp stehen, die zusammen mit dem Stickstoffatom, an das sie angefügt sind, einen vier- bis siebengliedrigen heterocyclischen Disila-Azacyclo-Ring bilden kennen; und NP -OH, -SH, -CN, -NH₂, -COOH, -OCOC(CH₃) =CH₂,
-OCH₂CH=CH₂ oder -CH₂CH₂CH₂Si(OR'') (wobei R'' für eine C_1–6-Alkylgruppe steht) ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, wobei AI in der allgemeinen Formel (I) für eine Hydroxlgruppe oder eine Gruppe der Formel
steht, worin p eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist und R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander für eine C_1–6-Alkoxygruppe stehen oder R¹ und R² miteinander vereinigt sind, um eine gegebenenfalls C_1–3-alkylsubstituierte Ethylendioxygruppe darzustellen; und NP für OH steht,
Verfahren zur Herstellung eines Blockcopolymeren, angegeben durch die folgende allgemeine Formel (I), wie in Anspruch 1 definiert, umfassend die Stufen der Umsetzung eines Polyethylenoxidderivats der allgemeinen Formel (I-a)
worin AI und m die gleichen Bedeutungen wie in Anspruch 1 definiert haben, und R⁶ für eine C_1–6-Alkylgruppe, eine gegebenenfalls C_1–6-alkylsubstituierte Phenylgruppe oder eine C_1–6-Perfluoralkylgruppe stehen, mit einem Oxazolinderivat der allgemeinen Formel (I-b)
worin R_b für ein Wasserstoffatom oder eine C_1–20-Alkylgruppe, eine carbocyclische aromatische C_6–10-Gruppe, die durch ein oder mehrere gleiche oder verschiedene C_1–6-Alkylgruppen oder Halogenatome oder eine C_1–6-Perfluoralkylgruppe substituiert sein kann, steht, in einem inerten Lösungsmittel; der Umsetzung des resultierenden Polymeren mit einem nucleophilen Reagens; und erforderlichenfalls der Eliminierung der Acylgruppe und einer Schutzgruppe oder von Schutzgruppen in Al, wenn vorhanden.
Verwendung eines Blockcopolymeren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von polymeren Micellen, die dazu imstande sind, saure Arzneimittel, z.B. DNA und RNA, einzukapseln.
Polymere Micellen, die dazu imstande sind, saure Arzneimittel, z.B. DNA und RNA, einzukapseln, hergestellt aus dem Blockcopolymeren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.