(57)【要約】本明細書において、可逆的に切替可能な界面活性剤、ならびにそれらを使用した、天然産物を抽出する方法、表面をコーティングする方法、洗濯物を洗濯する方法、および浸透圧抽出方法が開示される。本出願は、スピロピラン頭部基および疎水性尾部を含む、フォトクロミックで可逆的に切替可能な界面活性剤を開示する。スピロピラン頭部基は、基底状態（疎水性の電荷中性スピロピラン）と活性化状態（親水性の双性イオン性メロシアニン）との間で可逆的に切替可能である。
2019531869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式Ｉ：
【化１３】
2019531869.tif 000018
（式中、
ｍは、０、１、２、３または４であり、
ｎは、０、１、２、３または４であり、
Ｒは、Ｈであるか、あるいは置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
各Ｘは、独立して、Ｈであるか、あるいはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキル、置換もしくは非置換Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
各Ｙは、独立して、Ｈであるか、あるいはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキル、置換もしくは非置換Ｃ５〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
Ｚは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−Ｃ（Ｓ）−、−Ｃ（ＮＲ’）−、−Ｓ（Ｏ）１〜２−、−ＮＲ’−および−ＣＲ’Ｒ”−であり、
Ｒ’およびＲ”は、それぞれ独立して、Ｈ、置換または非置換Ｃ１〜６アルキルならびに置換および非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリールからなる群から選択される）
を含む、フォトクロミックで可逆的に切替可能な界面活性剤。
【請求項２】
Ｒが、ｎ−Ｃ１８Ｈ３７またはｎ−Ｃ２２Ｈ４５である、請求項１に記載の界面活性剤。
【請求項３】
Ｘ、ＹまたはＲの少なくとも１つが、Ｃ１〜２２アルキル基を含む、請求項１に記載の界面活性剤。
【請求項４】
Ｘ、ＹまたはＲの少なくとも１つが、Ｃ２２アルキル基を含む、請求項１に記載の界面活性剤。
【請求項５】
ＸまたはＹの少なくとも１つが、Ｃ２２アルキル基を含む、請求項１に記載の界面活性剤。
【請求項６】
式Ｉ：
【化１４】
2019531869.tif 000019
（式中、
ｍは、０、１または２であり、
ｎは、０、１または２であり、
Ｒは、Ｈであるか、あるいは置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
各Ｘは、独立して、Ｈであるか、あるいはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
各Ｙは、独立して、Ｈであるか、あるいはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ５〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
Ｚは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−Ｃ（Ｓ）−、−Ｃ（ＮＲ’）−、−Ｓ（Ｏ）１〜２−、−ＮＲ’−および−ＣＲ’Ｒ”−であり、
Ｒ’およびＲ”は、それぞれ独立して、Ｈ、置換または非置換Ｃ１〜６アルキルならびに置換および非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリールからなる群から選択される）
を含む、フォトクロミックで可逆的に切替可能な界面活性剤。
【請求項７】
界面活性剤を用いるプロセスから前記界面活性剤を単離する方法であって、前記方法が、
ａ）不活性化界面活性剤をプロセス混合物に添加して、前記不活性化界面活性剤を含む前記プロセス混合物を形成するステップと、
ｂ）前記界面活性剤を活性化して、前記プロセス混合物中に前記活性化界面活性剤を形成するステップと、
ｃ）前記プロセスを実行および完了して、前記活性化界面活性剤および前記プロセスからの所望の生成物を含むプロセス混合物を生成するステップと、
ｄ）前記界面活性剤を不活性化して、前記プロセス混合物中に不活性化界面活性剤を形成するステップと
を含む、方法。
【請求項８】
前記プロセス混合物から前記不活性化界面活性剤を単離するステップをさらに含む、請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
前記界面活性剤を不活性化するステップｄ）の後に、前記プロセス混合物から前記所望の生成物を単離するステップをさらに含む、請求項７に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記単離された不活性化界面活性剤のリサイクルおよび再利用をさらに含む、請求項７に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記界面活性剤の前記活性化が、前記反応混合物への光の適用、前記反応混合物への電界の生成、前記反応温度の変更、前記反応のｐＨの変更、前記溶媒極性の変更、および前記反応混合物への機械力の印加、またはそれらの組合せからなる群から選択される、請求項７に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記界面活性剤の前記不活性化が、前記反応混合物の紫外線照射により行われる、請求項７に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記界面活性剤の前記活性化および不活性化が、光化学プロセスにより行われる、請求項７に記載のプロセス。
【請求項１４】
第１の反応体と第２の反応との間の界面活性剤媒介化学反応を行うためのプロセスであって、前記プロセスが、
ａ）前記第１の反応体、前記第２の反応体および前記界面活性剤を含む反応混合物を調製するステップであって、前記界面活性剤が、式Ｉ：
【化１５】
2019531869.tif 000020
（式中、
ｍは、０、１または２であり、ｎは、０、１または２であり、
Ｒは、Ｈであるか、または−Ｃ１〜２２アルキル、Ｃ６〜１０アリール、−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−およびＣ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、もしくはポリマーからなる群から選択され、
各Ｘは、独立して、Ｈであるか、またはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、−Ｃ１〜２２アルキル、Ｃ６〜１０アリール、−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、−Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、−Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、−Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−およびＣ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、もしくはポリマーからなる群から選択され、
各Ｙは、独立して、Ｈであるか、またはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、−Ｃ１〜２２アルキル、Ｃ５〜１０アリール、−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−およびＣ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、もしくはポリマーからなる群から選択され、
Ｚは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−Ｃ（Ｓ）−、−Ｃ（ＮＲ’）−、−Ｓ（Ｏ）１〜２−、−ＮＲ’−および−ＣＲ’Ｒ”−であり、
Ｒ’およびＲ”は、それぞれ独立して、Ｈ、Ｃ１〜６アルキルおよび−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリールからなる群から選択され、
ただし、ＸまたはＹの少なくとも１つは、Ｃ２２アルキル基を含む）
の界面活性剤である、ステップと、
ｂ）前記界面活性剤を活性化して、前記界面活性剤の前記活性化形態を形成し、前記第１の反応体と前記第２の反応体との間の反応を媒介するステップと、
ｃ）前記界面活性剤を不活性化して、前記反応混合物中に前記不活性化界面活性剤を形成するステップと
を含む、プロセス。
【請求項１５】
ｄ）前記反応混合物から前記不活性化界面活性剤を分離するステップをさらに含む、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記式Ｉの化合物は、
ｍが、０または１であり、ｎは、０または１であり、
Ｒが、Ｈであるか、または−Ｃ２２アルキル、Ｃ６〜１０アリール、−Ｃ２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、Ｃ２２アルキルＣ（Ｏ）−、Ｃ２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、Ｃ２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−およびＣ２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−からなる群から選択され、
各Ｘが、独立して、Ｈであるか、またはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、−Ｃ２２アルキル、Ｃ６〜１０アリール、−Ｃ２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、−Ｃ２２アルキルＣ（Ｏ）−、−Ｃ２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、−Ｃ２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−およびＣ２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−からなる群から選択され、
各Ｙが、独立して、Ｈであるか、またはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、−Ｃ２２アルキル、Ｃ５〜１０アリール、−Ｃ２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、Ｃ２２アルキルＣ（Ｏ）−、Ｃ２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、Ｃ２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−およびＣ２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−からなる群から選択され、
Ｚが、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−Ｃ（Ｓ）−、−Ｃ（ＮＲ’）−、−Ｓ（Ｏ）１〜２−、−ＮＲ’−および−ＣＲ’Ｒ”−であり、
Ｒ’およびＲ”が、それぞれ独立して、Ｈ、Ｃ１〜６アルキルおよび−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリールからなる群から選択され、
ただし、ＸまたはＹの少なくとも１つは、Ｃ２２アルキル基を含む、
請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１７】
薄膜材料で表面をコーティングする方法であって、
（ａ）切替可能な界面活性剤の存在下、溶媒中の薄膜材料の溶液を用意するステップと、
（ｂ）前記界面活性剤を前記活性化状態に入らせるステップであって、前記活性化界面活性剤が前記薄膜材料を可溶化する、ステップと、
（ｃ）前記表面を前記溶液でコーティングするステップと、
（ｄ）前記界面活性剤を前記不活性化状態に切り替わらせるステップであって、前記不活性化界面活性剤が、前記溶媒に可溶であるが、前記薄膜材料を可溶化しないステップと、
（ｅ）前記溶液を前記表面から物理的に除去するステップと
を含む、方法。
【請求項１８】
天然産物をその原料物質から抽出する方法であって、前記方法が、
（ａ）切替可能な界面活性剤の存在下、溶媒中の原料物質の混合物を用意するステップと、
（ｂ）前記界面活性剤を活性化状態に入らせるステップであって、前記活性化界面活性剤が、前記天然産物を前記溶媒に可溶化するステップと、
（ｃ）前記原料物質を前記溶媒から物理的に分離するステップと、
（ｄ）前記界面活性剤を前記不活性化状態に戻らせるステップであって、前記不活性化界面活性剤が、前記溶媒に可溶であるが、前記天然産物を可溶化しないステップと、
（ｅ）前記天然産物を前記溶媒から物理的に分離するステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
汚れた洗濯物を洗濯する方法であって、前記方法が、
（ａ）切替可能な界面活性剤の存在下、前記汚れた洗濯物を溶媒に加えるステップであって、前記汚れた洗濯物が、１種または複数種の染み物質によりもたらされた１つまたは複数の染みを含む１つまたは複数の衣料品を含む、ステップと、
（ｂ）前記界面活性剤を活性化状態に入らせるステップであって、前記活性化界面活性剤が、少なくとも１種の染み物質を前記溶媒に可溶化するステップと、
（ｃ）前記衣料品を前記溶媒から物理的に分離するステップと、
（ｄ）前記界面活性剤を前記不活性化状態に戻らせるステップであって、前記不活性化界面活性剤が、前記溶媒に可溶であるが、前記染み物質を可溶化しないステップと、
（ｅ）前記染み物質を前記溶媒から物理的に分離するステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
不純物含有原料溶液を浸透圧により精製する方法であって、
（ａ）浸透圧により切替可能な精製溶液と前記原料溶液との間の接触を可能にする半透膜を用意するステップであって、前記浸透圧により切替可能な溶液が、溶媒と、活性化状態と不活性化状態との間で切り替わることができる切替可能な界面活性剤とを含み、さらに、前記切替可能な界面活性剤が、一方の状態では前記溶媒に可溶であり、他方の状態では不溶である、ステップと、
（ｂ）前記切替可能な界面活性剤をその可溶な状態に入らせるステップであって、得られる精製溶液が、前記原料溶液よりも高い浸透ポテンシャルを有するステップと、
（ｃ）前記精製溶液を単離するステップと、
（ｄ）前記切替可能な界面活性剤を前記不溶な状態に入らせるステップと、
（ｅ）前記切替可能な界面活性剤を前記精製溶液から物理的に分離するステップと
を含む、方法。
【請求項２１】
前記不純物含有原料溶液が、海水または塩水であり、前記不純物が、塩である、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
界面活性剤は、極性またはイオン性「頭部」基および非極性疎水性「尾部」、典型的には炭化水素鎖を含む、両親媒性化合物である。界面活性剤は、分散剤、乳化剤、洗剤、湿潤剤、および／または発泡剤として作用し得る。また、界面活性剤は、反応体および／または生成物を区画化または安定化してサイズ、形態または他の特性を制御するために、エマルション重合などの合成において使用される。
【０００２】
界面活性剤は、様々なプロセスにおいて広く使用されているが、界面活性剤自体が最終生成物の望ましい成分であることは稀である。界面活性剤の除去には、しばしば、熱、機械的なかき混ぜ、および／またはある形態の中和剤による追加的な化学改質が必要である。そのような処理は高額となり得、また生成物汚染をもたらして大量の汚染水性廃棄物を生成する可能性がある。代替法は、生分解性界面活性剤を使用することであり、これは水性廃棄物と共に処分される。好ましくは、生分解は、いくつかの制御可能な手段により誘発される。この種の界面活性剤の使用は修復費用を低減し、従来の界面活性剤除去よりもエネルギー集約的でない可能性があるが、依然として水質汚染に関する問題を呈する。
【０００３】
開裂性界面活性剤は、オゾン、ＵＶ光、熱、および／またはｐＨの変化により誘発されると、界面活性剤の極性頭部の非極性尾部からの開裂によりその界面活性特性を失う分子である。開裂性界面活性剤の欠点は、非極性開裂頭部および極性尾部が実質的に異なる溶解度を有し、したがって頭部および尾部の一方が２つの分離した相のそれぞれの中にあるようにそれらが互いに分割することである。これは、両方の分離相の汚染とそれによる廃棄溶媒の生成、および単離された溶質または二次相の汚染をもたらす可能性がある。
【０００４】
誘発される試薬の別のクラスは、可逆的に切替可能な界面活性剤を含む。ほとんどの界面活性剤と同様に、これらの材料は、非混和性材料を接触させる、または物質移動律速を越えることにより、反応および／または混合を促進する。開裂性界面活性剤と同様に、可逆的に切替可能な界面活性剤は、界面活性を抑制または排除する切替因子により制御される。しかしながら、これらの切替因子はまた可逆的であり、界面活性剤分解生成物が再利用のために元の界面活性剤に再構成されるか、または、界面活性剤は全く分解せず、むしろ可逆的プロセスにおいて単に形態を変化させる。可逆的な誘因または切替因子の例としては、二酸化炭素、空気、酸化／還元サイクル、および光化学が挙げられる。
【０００５】
界面活性剤を活性形態から不活性化形態に切り替えることによって、試薬からの界面活性剤の分離が可能となり、２つの溶媒相の必要性が排除され、また界面活性剤および溶媒の再利用が提供され、それによりエネルギーが節約されるとともに、廃棄材料ならびに結果的な費用および環境の問題が低減される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
本出願は、スピロピラン頭部基および疎水性尾部を含む、フォトクロミックで可逆的に切替可能な界面活性剤を開示する。スピロピラン頭部基は、基底状態（疎水性の電荷中性スピロピラン）と活性化状態（親水性の双性イオン性メロシアニン）との間で可逆的に切替可能である。疎水性尾部は、切替可能ではない。活性化されたメロシアニン形態では、分子は、界面活性剤として機能する。基底状態スピロピラン形態への反転の誘発は、頭部基の親水特性の不活性化および界面活性特性の喪失をもたらす。界面活性剤は、基底状態および活性状態の両方において、単一の無傷分子のままである。
【０００７】
可逆的に切替可能な界面活性剤の使用方法は、天然産物抽出および単離、薄膜およびコーティングの堆積、多段化学合成または処理、洗濯物の洗濯ならびに浸透圧プロセスを含むプロセスに関して説明されている。
【０００８】
したがって、本明細書に記載されるのは、式Ｉ：
【化１】
2019531869.tif 000003
（式中、
ｍは、０、１、２、３または４であり、
ｎは、０、１、２、３または４であり、
Ｒは、Ｈであるか、あるいは置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマー、ビーズもしくは樹脂からなる群から選択され、
各Ｘは、独立して、Ｈであるか、あるいはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキル、置換もしくは非置換Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
各Ｙは、独立して、Ｈであるか、あるいはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキル、置換もしくは非置換Ｃ５〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
Ｚは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−Ｃ（Ｓ）−、−Ｃ（ＮＲ’）−、−Ｓ（Ｏ）１〜２−、−ＮＲ’−および−ＣＲ’Ｒ”−であり、
Ｒ’およびＲ”は、それぞれ独立して、Ｈ、置換または非置換Ｃ１〜６アルキルならびに置換および非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリールからなる群から選択される）
を含む、フォトクロミックで可逆的に切替可能な界面活性剤である。
【０００９】
本明細書にまた記載されるのは、薄膜材料で表面をコーティングする方法であって、（ａ）切替可能な界面活性剤の存在下、溶媒中の薄膜材料の溶液を用意するステップと、（ｂ）前記界面活性剤を前記活性化状態に入らせるステップであって、前記活性化界面活性剤が前記薄膜材料を可溶化する、ステップと、（ｃ）前記表面を前記溶液でコーティングするステップと、（ｄ）前記界面活性剤を前記不活性化状態に切り替わらせるステップであって、前記不活性化界面活性剤が、前記溶媒に可溶であるが、前記薄膜材料を可溶化しないステップと、（ｅ）前記溶液を前記表面から物理的に除去するステップとを含む、方法である。
【００１０】
本明細書にまた記載されるのは、天然産物をその原料物質から抽出する方法であって、前記方法が、（ａ）切替可能な界面活性剤の存在下、溶媒中の原料物質の混合物を用意するステップと、（ｂ）前記界面活性剤を活性化状態に入らせるステップであって、前記活性化界面活性剤が、前記天然産物を前記溶媒に可溶化するステップと、（ｃ）前記原料物質を前記溶媒から物理的に分離するステップと、（ｄ）前記界面活性剤を前記不活性化状態に戻らせるステップであって、前記不活性化界面活性剤が、前記溶媒に可溶であるが、前記天然産物を可溶化しないステップと、（ｅ）前記天然産物を前記溶媒から物理的に分離するステップとを含む、方法である。
【００１１】
本明細書中にさらに記載されるのは、汚れた洗濯物を洗濯する方法であって、前記方法が、（ａ）切替可能な界面活性剤の存在下、前記汚れた洗濯物を溶媒に加えるステップであって、前記汚れた洗濯物が、１種または複数種の染み物質によりもたらされた１つまたは複数の染みを含む１つまたは複数の衣料品を含む、ステップと、（ｂ）前記界面活性剤を活性化状態に入らせるステップであって、前記活性化界面活性剤が、少なくとも１種の染み物質を前記溶媒に可溶化するステップと、（ｃ）前記衣料品を前記溶媒から物理的に分離するステップと、（ｄ）前記界面活性剤を前記不活性化状態に戻らせるステップであって、前記不活性化界面活性剤が、前記溶媒に可溶であるが、前記染み物質を可溶化しないステップと、（ｅ）前記染み物質を前記溶媒から物理的に分離するステップとを含む、方法である。
【００１２】
本明細書中になおさらに記載されるのは、不純物含有原料溶液を浸透圧により精製する方法であって、（ａ）浸透圧により切替可能な精製溶液と前記原料溶液との間の接触を可能にする半透膜を用意するステップであって、前記浸透圧により切替可能な溶液が、溶媒と、活性化状態と不活性化状態との間で切り替わることができる切替可能な界面活性剤とを含み、さらに、前記切替可能な界面活性剤が、一方の状態では前記溶媒に可溶であり、他方の状態では不溶である、ステップと、（ｂ）前記切替可能な界面活性剤をその可溶な状態に入らせるステップであって、得られる精製溶液が、前記原料溶液よりも高い浸透ポテンシャルを有するステップと、（ｃ）前記精製溶液を単離するステップと、（ｄ）前記切替可能な界面活性剤を前記不溶な状態に入らせるステップと、（ｅ）前記切替可能な界面活性剤を前記精製溶液から物理的に分離するステップとを含む、方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、薄膜またはコーティング堆積のために光切替可能な界面活性剤を使用する方法を示す。
【００１４】
【図２】図２は、原料物質から天然産物を抽出するために光切替可能な界面活性剤を使用する方法を示す。
【００１５】
【図３】図３は、ワンポット多段合成のために誘発性界面活性剤を使用する方法を示す。
【００１６】
【図４】図４は、光切替可能な界面活性剤がどのようにして脱塩プロセスにおいて使用され得るかを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
詳細な説明
いくつかの例示的な実施形態、局面および変形形態を本明細書において提供してきた一方、当業者は、実施形態、局面および変形形態の特定の修飾、並べ替え、追加および組合せおよび特定のサブコンビネーションを認識する。下記の特許請求の範囲は、特許請求の範囲内の、実施形態、局面および変形形態の全てのこのような修飾、並べ替え、追加および組合せならびに特定のサブコンビネーションを含むと解釈されることが意図される。
【００１８】
本出願を通して引用した全ての文献の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれている。下記の手順は、本発明の化合物の調製のために用いてもよい。これらの化合物の調製において使用される出発材料および試薬は、商業的供給者、例えば、Aldrich  Chemical  Company(Milwaukee、Wis.)、Bachem(Torrance、Calif.)、Sigma(St.Louis、Mo.)から入手可能であるか、またはFieser  and  Fieser's  Reagents  for  Organic  Synthesis、１〜１７巻、John  Wiley  and  Sons,  New  York,  N.Y.、１９９１年；Rodd's  Chemistry  of  Carbon  Compounds、１〜５巻および補遺、Elsevier  Science  Publishers、１９８９年；Organic  Reactions、１〜４０巻、John  Wiley  and  Sons,  New  York,  N.Y.、１９９１年；March  J.:  Advanced  Organic  Chemistry、第４版、John  Wiley  and  Sons,  New  York,  N.Y.；およびLarock:  Comprehensive  Organic  Transformations、VCH  Publishers,  New  York、１９８９年などの参照文献において記載されている手順に従って、当業者には周知の方法によって調製される。
【００１９】
定義
本明細書において他に特に留意されない限り、使用される用語の定義は、有機合成および化学の技術分野で使用される標準的な定義である。例示的な実施形態、局面および変形形態は、図および図面において例示であり、本明細書において開示されている実施形態、局面および変形形態、ならびに図および図面は、例示であり、限定するものでないと考えられることが意図されている。
【００２０】
特定の実施形態が本明細書において示され記載されているが、そのような実施形態はほんの一例として提供されていることが、当業者には明らかであろう。当業者は今や多数の変形形態、変更および置換に想到するであろう。本明細書において記載されている実施形態の種々の代替物が、本明細書において記載されている方法を実践する際に用いられ得ることを理解すべきである。添付の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義すること、ならびにこれらの特許請求の範囲内の方法および構造ならびにそれらの等価物がそれによって包括されることが意図されている。
【００２１】
別段の定義がない限り、本明細書において使用されるすべての技術的および科学的用語は、当業者によって一般に理解されているのと同じ意味を有する。本明細書において参照されるすべての特許および刊行物は、参照により組み込まれる。
【００２２】
本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、複数の参照物を含む。
【００２３】
「アルキル」基は、本明細書において使用する場合、炭素原子の鎖を有する、直鎖、分枝鎖状の飽和または不飽和の脂肪族基であって、鎖中の炭素原子の間に酸素、窒素もしくは硫黄原子が任意選択で挿入されている、または示されたとおりのものである、脂肪族基を指す。（Ｃ１〜２０）アルキルは、例えば、１〜２０個の炭素原子の鎖を有するアルキル基を含み、（Ｃ１〜２０）アルキルとしては、例えば、基メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ビニル、アリル、１−プロペニル、イソプロペニル、エチニル、１−プロピニル、２−プロピニル、１，３−ブタジエニル、ペンタ−１，３−ジエニル、ペンタ−１，４−ジエニル、ヘキサ−１，３−ジエニル、ヘキサ−１，３，５−トリエニルなどが挙げられる。
【００２４】
別の基（例えば、アリール基）と共に記述されるようなアルキル（例えば、「アリールアルキル」と表される）は、直鎖、分枝鎖状の飽和または不飽和の脂肪族二価基であって、アルキル基（例えば、（Ｃ１〜２０）アルキルの場合のように）および／またはアリール基（例えば、（Ｃ５〜１４）アリールもしくは（Ｃ６〜１４）アリールの場合のように）において示される原子の数を伴う、脂肪族二価基が意図されているか、あるいは原子が示されていないとき、アリールおよびアルキル基の間の結合を意味する。このような基の非排他的な例としては、ベンジル、フェネチルなどが挙げられる。
【００２５】
「アルキレン」基は、アルキル基において示される原子の数を有する直鎖、分枝鎖状の飽和または不飽和の脂肪族二価基であり、例えば、−（Ｃ１〜３）アルキレン−または−（Ｃ１〜３）アルキレニル−である。
【００２６】
「シクリル」、例えばモノシクリルまたはポリシクリル基は、単環式、もしくは直線状に縮合した、角度を伴って縮合したもしくは架橋したポリシクロアルキル、またはこれらの組合せを含む。このようなシクリル基は、ヘテロシクリル類似体を含むことを意図する。シクリル基は、飽和、部分飽和または芳香族であり得る。
【００２７】
「ハロゲン」または「ハロ」は、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素を意味する。
【００２８】
「ヘテロシクリル」または「複素環」は、環を形成する原子の１つもしくは複数がヘテロ原子、すなわち、Ｎ、Ｏ、またはＳであるシクロアルキルである。ヘテロシクリルの非排他的な例としては、ピペリジル、４−モルホリル、４−ピペラジニル、ピロリジニル、１，４−ジアザペルヒドロエピニル、１，３−ジオキサニルなどが挙げられる。
【００２９】
「置換もしくは非置換」または「任意選択で置換されている」は、基、例えば、アルキル、アリール、ヘテロシクリル、（Ｃ１〜８）シクロアルキル、ヘテロシクリル（Ｃ１〜８）アルキル、アリール（Ｃ１〜８）アルキル、ヘテロアリール、ヘテロアリール（Ｃ１〜８）アルキルなどが、他に特に留意しない限り、非置換であってもよく、また、基、例えば、ハロ、ニトロ、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、メトキシ、カルボキシ、−ＮＨ２、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＮＨＣＨ３、Ｎ（ＣＨ３）２、−ＳＭｅ、シアノなどから選択される１個、２個もしくは３個の置換基で置換されていてもよいことを意味する。
【００３０】
スピロピラン
スピロピラン１は、その基底状態において、電荷中性であるが、エネルギーｈνの適当な波長の光（ｈは、プランク定数であり、νは、適当な波長に対応する光の周波数である）で照射されたとき、これらは開環光反応（「フォトクロミック」挙動）を受け、活性化された双性イオン性メロシアニン（ＭＣ）形態２を形成する。
【化２】
2019531869.tif 000004
【００３１】
このスピロピラン−メロシアニン異性はまた、電界（エレクトロクロミック挙動）、温度（サーモクロミック挙動）、ｐＨ、溶媒極性（ソルバトクロミック挙動）または機械力に応答して誘発され得る、または「切り替え」られ得る。
【００３２】
スピロピラン−メロシアニン相互変換は可逆的であり、自発的に周囲熱条件下で、電界の除去により、加熱により、および／または異なる波長の光（ｈν’）が照射されると、メロシアニンはその元のスピロピラン形態に戻る。
【００３３】
スピロピランおよびメロシアニン形態の物理的特性は非常に異なる。基底状態のスピロピランは、典型的には、中性、非極性および無色であり、ｈνは、上記反応において典型的には紫外線である。他方、活性化メロシアニンは、双性イオン性、極性およびしばしば高度に着色されており、反応におけるｈν’は、典型的には可視光である。
【００３４】
スピロピラン分子１の様々な特性は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびＲ置換基、ならびに分子の周りの置換パターンを合成的に変化させることによって仕立てることができる。特に、スピロピラン官能基は、フォトクロミックスピロピラン部分が、不活性化された非極性状態と活性化された双性イオン性状態との間で可逆的に切替可能である界面活性剤分子の頭部基を形成するように誘導体化され得る。メロシアニンは、周囲の熱条件下で自発的にスピロピラン構造に戻るため、単に活性化誘因を、例えば紫外線照射を除去することで、しばしば界面活性剤が不活性化され得る。
【化３】
2019531869.tif 000005
界面活性剤の尾部官能基は、スピロピランの置換点Ｘ、Ｙ、ＺまたはＲのいずれか（または全て）において付加され得る。Ｒ置換基は、最も一般的には、界面活性剤分子の非極性尾部として機能する置換基である。疎水性尾部自体は、切替可能ではない。疎水性尾部を形成するための適切な官能基は、直線状の長鎖アルキル、例えばｎ−オクタデシル（Ｃ１８Ｈ３７−）またはｎ−ドコシル（Ｃ２２Ｈ４５−）を含む。他の一般的な疎水性尾部は、アルキル−アリール置換基、分岐状炭化水素、エーテル、アミン、エステル、または、頭部官能基と尾部官能基との間の極性のバランスを乱さない他の連結部を含む。
【００３５】
Ｒ、Ｘ、Ｙ、またはＺ置換基はまた、切替可能な官能基を、界面活性剤の疎水性尾部を含むポリマーまたはポリマー骨格に共有結合的に付着させ、光活性ポリマー界面活性剤、例えば３をもたらすリンカー基であってもよい。
【化４−１】
2019531869.tif 000006
【００３６】
【化４−２】
2019531869.tif 000007
は、連結基であり、Ｒ”は、ポリマー上の置換基であり、ｐは、スピロピランが共有結合的に連結するポリマーの単位の数であり、ｑは、Ｒ”基を含有するポリマーの単位の数である。ｐおよびｑ単位は、任意の順番で出現してもよく、上記の式は、モノマー単位の相対的な割合を定義することのみを意図し、厳密な順番を定義することを意図しない。
【００３７】
一局面では、可逆的に切替可能な界面活性剤は、式Ｉ
【化５】
2019531869.tif 000008
（式中、
ｍは、０、１、２、３または４であり、
ｎは、０、１、２、３または４であり、
Ｒは、Ｈであるか、あるいは置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマー、ビーズもしくは樹脂からなる群から選択され、
各Ｘは、独立して、Ｈであるか、あるいはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
各Ｙは、独立して、Ｈであるか、あるいはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ５〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ”）−、またはポリマーからなる群から選択され、
Ｚは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−Ｃ（Ｓ）−、−Ｃ（ＮＲ’）−、−Ｓ（Ｏ）１〜２−、−ＮＲ’−および−ＣＲ’Ｒ”−であり、
Ｒ’およびＲ”は、それぞれ独立して、Ｈ、置換または非置換Ｃ１〜６アルキルならびに置換および非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリールからなる群から選択される）
の界面活性剤である。
【００３８】
上記の化合物の好ましい実施形態では、ＸまたはＹは、ｎ−Ｃ１８Ｈ３７またはｎ−Ｃ２２Ｈ４５基である。別の実施形態では、ＸまたはＹの１つは、Ｃ８〜２２ｎ−アルキル基である。
【００３９】
別の特定の実施形態では、化合物は、３，３−ジメチル−６’ニトロスピロピラン−１−プロパン酸または３，３−ジメチル−６’ニトロスピロピラン−１−プロパン酸カリウム塩である。
【００４０】
【化６】
2019531869.tif 000009
【００４１】
一部の実施形態では、Ｒは、ビーズまたは樹脂である。本明細書における用途において有用なビーズまたは樹脂は、当技術分野において周知である。
【００４２】
上記の異なる実施形態では、Ｒは、化合物をポリマーまたはポリマー骨格に共有結合により結合させる連結基を含み、ポリマーの一部である化合物、例えば、式ＩＩのポリマー化合物をもたらす：
【化７】
2019531869.tif 000010
［式中、
【化８】
2019531869.tif 000011
は、連結基を含み、
ｍは、０、１、２、３または４であり、
ｎは、０、１、２、３または４であり、
各Ｘは、独立に、Ｈであるか、またはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ’’）−からなる群から選択され、
各Ｙは、独立に、Ｈであるか、またはハロ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＨ、−ＯＨ、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキル、置換もしくは非置換Ｃ５〜１０アリール、置換もしくは非置換−Ｃ１〜２２アルキル−Ｃ６〜１０アリール、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および置換もしくは非置換Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ’’）−からなる群から選択され、
Ｚは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−Ｃ（Ｓ）−、−Ｃ（ＮＲ’）−、−Ｓ（Ｏ）１〜２−、−ＮＲ’−および−ＣＲ’Ｒ’’−であり、
Ｒ’およびＲ’’は、それぞれ独立に、Ｈ、置換もしくは非置換Ｃ１〜６アルキル、ならびに置換および非置換−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリールからなる群から選択され、
Ｒ’’’は、ポリマー上の置換基であり、
ｐは、０または１〜１００であり、ｑは、０または１〜１００である］。
【００４３】
式Ｉの化合物の別の実施形態では、ＸまたはＹは、ｎ−Ｃ１８Ｈ３７またはｎ−Ｃ２２Ｈ４５基である。別の実施形態では、ＸまたはＹの１つは、Ｃ８〜２２ｎ−アルキル基である。
【００４４】
別の局面では、ポリマーの分子量は、１〜約１０キロダルトンである。一部の実施形態では、ポリマーの分子量は、４００〜６００である。一局面では、Ｒ’’’は、−ＯＣ（Ｏ）ＣＨ３、−ＯＨ、−ＯＭｅ、−Ｃ１〜６アルキル、−Ｃ６Ｈ５、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３および−Ｃ（Ｏ）ＣＨ３、またはこれらの混合物からなる群から選択される。別の局面では、ポリマーは、−Ｃ１〜２２アルキル−、−Ｃ６〜１０アリール−、−Ｃ１〜６アルキル−Ｃ６〜１０アリール−、−Ｃ１〜２２アルキルＣ（Ｏ）−、−Ｃ（Ｏ）−、−Ｃ１〜２２アルキルＳ（Ｏ）１〜２−、−Ｃ１〜２２アルキルＮＲ’Ｃ（Ｏ）−、−Ｃ１〜２２アルコキシＣ（ＮＲ’’）−、−Ｓ（Ｏ）１〜２−、−ＮＲ’Ｃ（Ｏ）−および−Ｃ（ＮＲ’’）−、またはこれらの組合せから選択される基によって化合物の窒素原子（Ｎ）に結合している。
【００４５】
一実施形態では、式ＩＩの各ポリマーは、ポリエチレン（ＬＤＰＥもしくはＨＤＰＥ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、Ｔｅｆｌｏｎ）、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、ポリ（酢酸ビニル）（ＰＶＡｃ）、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ（オキシエチレン）（ＰＯＥ）、ポリ（オキシ−１，２−エタンジイルオキシカルボニル−１，４−フェニレンカルボニル（ＰＥＴ）、ポリ［アミノ（１−オキソ−１，６−ヘキサンジイル）］、ポリスチレン、エチル−ビニル−アセテート（ＥＶＡ）、ポリラクチド（ＰＬＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリ−Ｌ−ラクチド（ＰＬＬＡ）、ＰＤＬＡ（ポリ−Ｄ−ラクチド）またはこれらの混合物からなる群から独立して選択されるポリマー骨格を有する。一部の実施形態では、ポリマー骨格は、ＰＥＧである。それらの実施形態の一部では、ＰＥＧの分子量は、４００〜６００の間である。
【００４６】
ポリマーＩＩの特性はまた、化合物をポリマー骨格に結合させる連結基の変更によって変化させることができる。一局面では、ポリマーＩＩの特性はまた、アセテート（−ＣＯ２ＣＨ３）またはフェニル（−Ｃ６Ｈ５）から選択されるＲ’’’置換基の変更によって変化させることができる。
【００４７】
ポリマー３の特性は、ポリマーを構成する単位のｐ：ｑ比の変動によって変化させることができる。ｑの値はゼロであってもよく、この場合、ポリマーは、可逆的に切替可能な頭部基１により官能化された単位のみからなり、Ｒ”基は存在しない。
【００４８】
ポリマー３の特性はまた、ポリマーの分子量、すなわち、各ポリマー鎖中のｐおよびｑ単位の総数により決定される鎖長の変動によって変化させることができる。
【００４９】
ポリマー３の特性はまた、化合物をポリマー骨格に付着させる連結基の変動によって変化させることができる。連結基は、骨格に対する幾何学的関係を調節するように選択することができ、この関係には、スピロピラン部分とポリマー骨格との間の距離および角度、ならびに連結の固さまたは他の特性が含まれる。
【００５０】
ポリマー３の特性はまた、ポリマー３のＲ”置換基の変動によって変化させることができ、その例は、メタクリレート（Ｒ”＝アセテート、−ＣＯ２ＣＨ３）もしくはスチレン（Ｒ”＝フェニル、−Ｃ６Ｈ５）、またはポリマー界面活性剤の頭部と尾部との間の極性バランスを変化させない他の共重合性部分などである。
【００５１】
ポリマー３の特性はまた、ポリマー３を「ブロック」ポリマーとして調製することにより変化させることができる。ブロックポリマーにおいて、ポリマーの別個のセグメントまたはブロックは、まず１つのモノマーを重合させ、次いでその後に、第２のモノマーの重合により第２のブロックを最初のブロックの端部に付加することにより作製され、このシーケンスが反復されて所望の分子量のブロックポリマーが合成される。
【００５２】
ポリマー３の特性はまた、他の官能性を付与するさらに別のコモノマーとの共重合によって変化させることができる。他のコモノマーの例としては、光架橋剤ビニルベンジルチミンなどの架橋性部分、または重合して分岐鎖ポリマーを形成するジビニルモノマーが挙げられる。
【００５３】
可逆的な界面活性剤１の１つの形態において、１’−アルキル−３’，３’−ジメチル−６−ニトロスピロ［クロメン−２，２’−インドリン］があり、これは６−ニトロスピロベンゾピラン分子４、およびそのメロシアニン異性体５のアルキル誘導体である。
【化９】
2019531869.tif 000012
【００５４】
ニトロ基のπ−アクセプター能力は、以下の共鳴形態において見られるように、開環メロシアニンにおけるフェノール酸素上の負電荷の非局在化を可能にする。
【化１０】
2019531869.tif 000013
【００５５】
共鳴非局在化は、π電子の共役を拡張し、可視スペクトルの緑から赤の部分、５００〜６００ｎｍにあるニトロ−メロシアニンの最大吸収λｍａｘをもたらす。ニトロ−メロシアニンは、極めてソルバトクロミックであり、したがっていかなる特定のニトロ−メロシアニンも、λｍａｘの十分に大きいシフトを有し、異なる溶媒中で異なる色を示すことが多い。
【００５６】
ニトロ−スピロピラン／ニトロ−メロシアニンのこれらの特徴により、それらは可逆的に切替可能な界面活性剤として適切である。活性化ニトロ−メロシアニンの寿命は、多くの溶媒中で、活性化双性イオンが界面活性剤として機能するための時間を有するのに十分長い。ニトロ−スピロピランのλｍａｘは、紫外領域内にあり、ニトロ−メロシアニンのλｍａｘは可視領域内にあり、スピロピランからメロシアニンへの光切替えに使用される光子波長は互いに良好に分離される。界面活性剤としての使用には必要ではないが、ソルバトクロミズムによって、複数相系におけるメロシアニン分布が容易に、および視覚的に明確となる。
【００５７】
より具体的には、尾部を有する６−ニトロ−スピロピラン４ａ−ｆにより例示されるスピロピランベースの可逆的に切替可能な界面活性剤が開示され、そのそれぞれがメロシアニン異性体５ａ−ｆを有する。
【化１１】
2019531869.tif 000014
【００５８】
切替可能な界面活性剤の使用方法
Ａ．薄膜および表面コーティングの堆積における使用のための切替可能な界面活性剤。
半導体産業において、ポリマーの薄膜がフォトレジストとして使用され、層状ポリマー薄膜構造が有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の成分を構成する。ポリマー薄膜は、典型的には、適当なポリマーおよび溶媒混合物をウエハ基板上にスピンコーティングすることにより生成される。ポリマーおよび有機太陽電池、色素増感太陽電池、ならびに可撓性バッテリーを含む光起電技術もまた、基板に塗布された薄膜構造で構成される。光起電技術、印刷電子部品、または写真用フィルムなどの用途のための薄膜構造の大量生産は、一般にロールツーロール（ウェブ）加工により達成される。ロールツーロール加工はまた、接着テープの製造などのより単純な用途にも使用される。
【００５９】
これら、および他の用途のためのポリマー薄膜の生成には、グラビア印刷、スクリーン印刷、スロットコーティング、ディップコーティングなどの技術を含むがこれらに限定されないスピンコーティングまたはロールツーロール加工によるにせよ、または他の方法によるにせよ、溶媒に溶解させたポリマーで表面をコーティングすることが必要である。これに続いて、溶媒の蒸発、およびそれに伴って基板への薄膜材料の堆積が行われる。
【００６０】
図１は、誘発された切替可能な界面活性剤の使用により、コーティング溶媒に対する薄膜材料の溶解度が可溶性と不溶性との間で切替えられ得る１つの系を例示する。薄膜堆積は、薄膜材料を溶媒に溶解させるために界面活性剤を活性化させ、得られた溶液をコーティングし、不溶性となった薄膜材料を基板上に堆積させるために界面活性剤を不活性化することによって達成される。溶媒および溶解させた不活性化界面活性剤は、例えば基板を回転させること（遠心力）により、吸引により、または傾けて堆積させた薄膜から溶媒および界面活性剤を排出させることにより、堆積させた薄膜から機械的に除去される。
【００６１】
このような切替可能な界面活性剤の使用によって、溶媒の蒸発を必要としない薄膜材料の堆積が可能となり、溶媒蒸気の危険が排除され、エネルギー費用が大幅に削減される。これらの可逆的で切替可能な界面活性剤は、活性化および不活性化形態の全体にわたり無傷分子として維持され、不活性化界面活性剤は溶媒への可溶性を維持し、したがって界面活性剤分子は堆積した薄膜材料を汚染しない。
【００６２】
Ｂ．天然産物の抽出における使用のための切替可能な界面活性剤。
原料物質からの天然産物の抽出および単離は、一般的な商業的産業プロセスである。植物および菌類から単離された医薬品は、太平洋イチイの樹皮から単離される抗がん薬パクリタキセル（タキソール）、ケシからのモルフィンおよび他のアヘン剤アルカロイド、ある特定の菌類からの抗がん薬ビンブラスチンおよびビンクリスチン、ならびにトウガラシからの局所的鎮痛および麻酔剤カプサイシンを含む。香味料および芳香剤、例えばバニリン、桂皮アルデヒド、リナロール、ラベンダー、ビャクダン、または他のエッセンシャルオイルは、植物から得られる。コーヒー豆からのカフェインの除去は、単離されたカフェインそのものよりもむしろカフェインが抜かれた豆が所望の製品である場合に行われるが、単離されたカフェインは、ソフトドリンクおよび「エネルギー」丸薬の成分として使用される。
【００６３】
原料物質から天然産物を単離するための典型的な手順において、植物（または菌類または動物）材料を水中に懸濁させる。有機溶媒が水懸濁液に添加され、所望の天然産物が有機溶媒に抽出される。有機溶媒および溶解した天然産物は、水分散液から分離され、乾燥され、溶媒が蒸発されて粗生成物が得られる。有機溶媒への抽出による天然産物の単離は、いくつかの欠点を有している。有機溶媒は有毒である可能性があり、単離された生成物中の微量の残渣（または残渣の兆し）であっても望ましくない；大量の有機溶媒の費用は、特に完全な回収に複数の抽出ステップが必要である場合、高額となり得る；天然産物からの蒸発による有機溶媒の除去はエネルギー集約的であり、したがって全体的なプロセス費用を増加させる；有機溶媒がリサイクルおよび再利用されることは稀となり得、したがって処分費用および環境危険がプロセスの全体的費用を増加させる；抽出において使用される水が有機溶媒により汚染され、したがって処分費用および環境危険がプロセスの全体的費用を増加させる。
【００６４】
図２は、切替可能な界面活性剤を使用して原料物質から所望の天然産物を抽出および単離するプロセスを例示する。切替可能な界面活性剤および分散した原料物質（例えば植物、菌類または動物材料）が溶媒に添加され、界面活性剤が例えば光の適用により活性化される。活性化界面活性剤は、抽出溶媒中の天然産物の溶解度を増加させる。産物抽出の速度は、溶媒への添加前に原料物質を微小粒子に粉砕することにより、または、得られる溶媒／界面活性剤／原料物質分散液を加熱、撹拌もしくは超音波処理することにより増加され得る。天然産物／活性化界面活性剤／溶媒溶液から原料物質を除去するために、物理的方法（例えば濾過または遠心分離）が使用される。次いで、界面活性剤は、例えば光を消灯することにより、または異なる波長の光で照らすことにより不活性化状態に切替えられる。不活性化界面活性剤は、もはや天然産物を溶媒に可溶化せず、したがって天然産物は固体沈殿物として、または他の異なる相、例えば油もしくは有機液体として分離する。不活性化界面活性剤自体は、抽出溶媒への可溶性を維持するように選択される。次いで、天然産物は、物理的方法、例えば濾過、デカンテーション、遠心分離、分液漏斗の使用などによって、不活性化界面活性剤／溶媒溶液から除去される。切替可能な界面活性剤および溶媒は、反復される抽出手順にわたり循環され得る。
【００６５】
図２に示される天然産物単離の方法は、いくつかの利点を有する。溶媒および界面活性剤を循環させる能力は、材料および処分費用を大幅に削減する。界面活性剤の切替えによって天然産物は相分離し、したがってその単離のための溶媒蒸発のエネルギー費用がかからない。界面活性剤は、切替可能であるだけでなく、無傷な状態を維持するように、ならびにスピロピランおよびメロシアニン形態の両方で溶媒に対する可溶性を維持するように選択されるため、天然産物を汚染しない。切替可能な界面活性剤は、任意の溶媒に対して一般的に使用されるが、プロセスにおいて有害な溶媒が使用されないように、水が抽出溶媒であることが好ましい。
【００６６】
Ｃ．ワンポット多段合成における使用のための切替可能な界面活性剤。
化合物の化学合成は、最も典型的には、多段プロセスであり、中間化合物が合成、単離、精製され、次いで中間体が合成手順のその後のステップにおいて前駆体化合物として使用される。その後反応して不要なおよび／もしくは除去が困難な生成物を生成する、またはその後の反応ステップの工程に別様に干渉するもしくはそれを変化させる、消費されていない前駆体分子または以前のステップからの副生成物の反応によって、各ステップの最後での各中間化合物の単離がしばしば必要とされる。
【００６７】
多段合成の各ステップにおいて、中間化合物の単離は、所望の生成物までの全合成を完了する時間を増加させる。大量の溶媒および他の材料（例えば化学的乾燥剤、フィルタなど）の使用は、合成手順の費用の増加を生じさせる。溶媒、副生成物、および他の材料の処分は、追加的な経済的費用および環境影響を有する。単離前に測定される任意の中間化合物の収率は、ほぼ常に１００％未満であり、中間体の単離および精製は、さらに収率を低減する。多くの化学物質の全合成、特に大きな薬理活性分子の全合成には、９つまたはそれより多い合成ステップが必要となり得るため、全合成の各中間合成ステップに伴う収率の低減がごくわずかであっても、所望の生成物の最終収率の大きな損失が生じる。
【００６８】
図３は、切替可能な界面活性剤および試薬送達デバイス、例えば、吸着した試薬が事前に付与された固体担体上の樹脂または活性コーティングであるシート、ビーズ、または顆粒からなる系を例示する。「試薬送達デバイス」はまた、溶解した試薬を含有する二次相溶媒から構成されてもよい。界面活性剤および送達デバイスは、反応槽に加えられ、界面活性剤は、事前に付与された試薬を可溶化する形態に活性化される。反応ステップの完了後、界面活性剤は、不活性化形態に切り替えられ得、したがって消費されていない試薬は送達デバイス上に再吸着する。
【００６９】
１つの使用方法において、試薬送達デバイスは、順番に反応槽に加えられてもよい。各ステップの最後における過剰の試薬の再吸着後、試薬送達デバイスは反応槽から除去され、次のステップの試薬を含むデバイスが反応槽に加えられる。
【００７０】
別の使用方法において、個々の誘発性界面活性剤の完全なセットおよび事前に付与された試薬送達デバイスのセットが、多段合成の開始時に反応槽に加えられてもよい。それぞれの界面活性剤が誘発され、一連の反応ステップにおいて必要とされる時点で適当な試薬の可溶化がもたらされる。全合成の最後にのみデバイスが除去され（または溶解した試薬を有する二次相）、反応溶媒から生成物が単離される。この使用方法は、図３に例示されるものである。
【００７１】
界面活性剤および試薬送達デバイスが反応の開始時に、または各反応ステップと共に順次、完全なセットとして加えられるか否かを問わず、方法は、多段合成全体が、合成の中間化合物の単離および精製なしに単一反応槽内で行われることを可能にする。誘発性界面活性剤は相間移動触媒として機能し、到達しがたい二次相および反応溶媒への、およびそこからのいかなる特定の試薬の移動も促進する。
【００７２】
試薬Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを可溶化するために使用される切替可能な界面活性剤は、明確性のために示されていないが、合成全体を通して反応溶媒中に含まれる。このような「ワンポット多段」合成は、材料、化学物質およびそれらの処分の費用を実質的に低減し、エネルギー使用量を低減し、廃棄化学物質処分の関連した環境影響を低減し、合成を行うために必要な時間を短縮し、また最終生成物の収率を改善する。
【００７３】
Ｄ．汚れおよび染みの抽出（洗濯）における使用のための切替可能な界面活性剤
原料物質から天然産物を抽出するために本発明の切替可能な界面活性剤が使用され得る様式と同様に、それらは、衣服から汚れおよび染みを抽出するために使用され得、換言すれば、それらは洗濯に使用され得る。
【００７４】
汚れた洗濯物を洗濯する方法において、洗濯される汚れた洗濯物は、切替可能な界面活性剤の存在下で溶媒（通常は水）に加えられる。界面活性剤は、活性化されると、汚れおよび染みを可溶化し、それらを溶媒中に分離する。次いで、衣料品が溶媒から分離される。例えば、従来の衣服用洗濯機において、衣服を残したまま水性溶媒が機械から排出される。溶媒は別個に保持され、界面活性剤がその不活性化状態に戻される。この状態で、界面活性剤は溶媒中に維持されるが、汚れおよび染み物質を可溶化せず、次いでそれらは溶液から沈降する。
【００７５】
次いで、汚れおよび染み物質は、溶媒から物理的に分離される。汚れおよび染み物質は捨てられ、一方界面活性剤は回収およびさらなる使用のためにリサイクルされ得る。
【００７６】
Ｅ．浸透圧プロセスにおける使用のための切替可能な界面活性剤
別の可能性として、切替可能な界面活性剤の浸透圧プロセスへの統合が考えられる。切替可能な界面活性剤をベースとした浸透圧系において、切替可能な分子は、浸透膜内に統合されるか、または不純物含有溶液から１種または複数種の不純物を除去するための引き出し剤（drawing  agent）として使用される。本出願の一実施形態では、不純物含有溶液は海水または塩水であり、不純物は塩である。
【００７７】
この用途における浸透膜は、膜の表面上の、またはヒドロゲルマトリックス内に統合された切替可能な分子で機能化されたヒドロゲルからなる。光に曝露すると、切替可能分子は、疎水性形態から親水性形態に変化し、水を膜内に引き出し、それを汚染物質から分離する。光が取り除かれると、膜は清浄な抽出された水を代替のチャンバ内に溜め、このプロセスが反復される。
【００７８】
代替として、切替可能な分子は、引き出し剤として機能し、系の浸透圧を制御可能に増加させ得る。この用途における切替可能な界面活性剤は、小分子または機能性ポリマーであってもよい。光に曝露すると、切替可能な分子は、疎水性形態から親水性形態に変化し、浸透膜を介して清浄な水を引き出す。光が取り除かれると、切替可能な分子は水分子から脱着し、このプロセスが反復される。この実施形態では、指定された分子またはポリマーは、疎水性状態では不溶性であり、分子が親水性状態にあるときには可溶性である。水は、ポンピング、デカンテーション、制御された開閉弁などを含むがこれらに限定されない様々な技術により不溶性材料から分離される。
【００７９】
図４は、脱塩膜で分離されたシリンダ内のシリンダを使用した、脱塩プロセスにおける切替可能な材料の使用を示す。プロセスの開始時に（図４Ａ）、内側チャンバが疎水性の切替可能な界面活性ポリマーのスラリーで充填される。海水または塩水が外側チャンバに加えられる。次いで、スラリーは、疎水性界面活性剤（この場合スピロピランポリマー）を親水性形態（この場合メロシアニンポリマー）に変換するＵＶＡ光（太陽光または人工光）で活性化される。ポリマーは膜を通過することができないため、清浄な水が海水から内側チャンバ内に引き出され、外側にブラインが残される（図４Ｂ）。光が消灯されると、親水性ポリマーは発熱反応において疎水性形態に戻って真水が残され、真水は（この例では弁付き引き出し管を使用して）吸い上げることができ、このプロセスが反復され得る（図４Ｃ）。
【００８０】
当業者には、一部の切替可能な界面活性剤において、非活性化形態が親水性であってもよく、一方活性化形態が疎水性であることが理解される。それらの実施形態では、光が消灯されているときに清浄な水が内側チャンバ内に引き出され、次いでこれは光が点灯しているときに吸い上げられる。
【００８１】
Ｆ．マイクロ流体デバイスを含む流体送達における使用のための切替可能な界面活性剤
この実施形態では、切替可能な界面活性剤は、制御された流体送達のために半透膜または多孔質フィルム内に統合される。切替可能な界面活性剤ベースの流体送達系において、分子は、アーキテクチャに依存して、事前に設計されたパターンで印刷されるか、または光ビームを使用して流体が通過するためのパターンが作製される。流体は、水性または非極性溶媒であってもよい。
【００８２】
一実施形態では、切替可能な分子またはポリマーは、半透膜上にコーティングされる。切替可能な分子の疎水性状態では、膜の細孔は非極性溶媒のみの通過を許容し、一方その親水性状態では、極性溶媒および水のみの通過が許容される。所望の用途に依存して、安定な親水性または疎水性分子が合成され、制御された光曝露により準安定な直交状態に切替えられる。
【００８３】
別の実施形態では、切替可能な分子は、ナノ粒子（酸化チタン、シリカ、ジルコニアなど）で作製された多孔質コーティング上にコーティングされたポリマーであり、供給溶液と受容側溶液との間のゲートとして機能する。光ビームパターンが所望のエリアを親水性分子に変換し、水ベースの流体（グルコース溶液、生理食塩水、血液など）が供給側から受容側セクションに移動するのを許容する。光ビームのスイッチを切るとゲートが閉じられる。これらのデバイスの用途は、例えば、制御された薬物およびインスリン送達、血液採取、ならびに爆発性溶液のマイクロ流体ハンドリングを含む。
【実施例】
【００８４】
（実施例１）
Ｃ−１、４、８、１４、１８、および２２スピロピランの合成
１’−アルキル−６−ニトロスピロピランの一般合成
スピロピラン、１’，３’−ジヒドロ−１’，３’，３’−トリメチル−６−ニトロスピロ［２Ｈ−１−ベンゾピラン−２，２’−（２Ｈ）−インドール］は、商業的に入手可能である（ＴＣＩ  Ａｍｅｒｉｃａ、Ｐｏｒｔｌａｎｄ、ＯＲ）。他の１’−アルキル−６−ニトロスピロピランは、様々な１’−置換スピロピランの合成に関する文献［Z.  Tianら、J.  Am.  Chem.  Soc.  ２０１１年、１３３巻（４０号）、１６０９２〜１６１００頁；D.  Dattiloら、Langmuir、２００７年、２３巻（２６号）、１２９４５〜１２９５０頁］において報告されている手順を適合させた２段手順（以下のスキーム１）により合成した。
【化１２】
2019531869.tif 000015
【００８５】
合成の最初のステップは、アルキル化試薬にヨードアルカンを使用した２，３，３−トリメチルインドレニンへの直線状のアルキル基の付加である。適当なヨードアルカンが商業的に入手できない場合は、ヨードアルカンは、ブロモアルカン／ヨウ化ナトリウムの組合せを使用してｉｎ  ｓｉｔｕで生成される。アセトニトリルの還流における典型的な反応時間は、１７時間から１日またはそれより長い日数の範囲である。代わりに、アルキル化は、密閉したバイアル内で１５０℃で試薬をマイクロ波加熱することにより達成される。マイクロ波アルキル化は、反応時間を４０〜６０分に短縮するが、収率は約５０％に留まり、出発トリメチルインドレニンの実質的な部分はアルキル化されないままである。
【００８６】
第２のステップは、還流エタノール中でのアルキルインドリンの２−ヒドロキシ−５−ニトロベンズアルデヒドとの縮合である。反応時間は一般に１５〜２４時間であり、収率は３７％〜８５％の範囲である。試験した全ての場合において、反応混合物を冷却すると生成物１’−アルキルスピロピランが沈殿し、濾過および洗浄によって容易に単離される。多くの場合において、結晶は、さらなる精製なしに使用され得、尾部を有するスピロピランの純度を改善するためにフラッシュクロマトグラフィーが使用され得る。
【００８７】
全ての試薬は、商業的供給者から購入し、別段に指定されない限り、供給された状態のまま使用した。反応は、別段に指定されない限り空気中で行った。ＪＥＯＬ  ＡＳ  ４００分光計で、４００ＭＨｚ  １Ｈ  ＮＭＲスペクトルを得た。オートサンプラを有するＴｅｌｅｄｙｎｅ  ＩＳＣＯ  ＣｏｍｉＦｌａｓｈ（登録商標）Ｒｆ２００  ＵＶ／Ｖｉｓクロマトグラフをフラッシュクロマトグラフィーに使用した。
【００８８】
従来の合成
３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−１’−オクタデシルスピロ［クロメン−２，２’−インドリン］（４ｅ）の合成：５００ｍＬの三つ口丸底フラスコに、２，３，３−トリメチルインドレニン（１０．０ｍＬ、６２ｍｍｏｌ、１．０当量）、ヨウ化ナトリウム（９．３４ｇ、６２ｍｍｏｌ、１．０当量）および２００ｍＬのアセトニトリルを加えた。混合物を撹拌しながら加熱還流した。還流溶液に、ブロモオクタデカン（１９．２ｍＬ、５６ｍｍｏｌ、０．９当量）を滴下で添加した。アセトニトリルを時々加えながら溶液を７日間（１５８時間）還流させ、溶媒容量を維持した。溶媒を加熱しながらの蒸発によって除去し、残渣を室温に冷却した。残渣をアセトニトリル中に抽出し、濾過し、濾液を減圧下で濃縮した。残渣を塩化メチレンに溶解させ、分液漏斗に移した。溶液を飽和炭酸水素ナトリウム溶液（２回）および水（１回）で洗浄した。有機相を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下で濃縮すると、２３．４３ｇの３−ジメチル−２−メチレン−１−オクタデシルインドリンが油として得られた。（５７ｍｍｏｌ、９２％）。
【００８９】
５−ニトロサリチルアルデヒド（６．７１ｇ、４０ｍｍｏｌ、１．０当量）を、丸底フラスコ中で１５０ｍＬのエタノールに加え、還流させた。還流溶液に、粗３−ジメチル−２−メチレン−１−オクタデシルインドリン（１６．５４ｇ、４０ｍｍｏｌ、１．０当量）を滴下で添加した。混合物を一晩還流させ、室温に冷却し、濾過した。収集された固体を氷冷のエタノールで洗浄し、真空下で乾燥させ、Ｃ−１８−スピロピラン（４ｅ）（１２．８０ｇ、２３ｍｍｏｌ、５７％）の紫色結晶を得た。1H  NMR:  (400  MHz,  CDCl3)  δ  7.98  (m,  2H),  7.16  (dd,  1H,  J  =  7.8,  7.7  Hz),  7.06  (d,  1H,  J  =  7.3  Hz),  6.87  (d,  1H,  10.8  Hz),  6.84  (dd,  1H,  J  =  7.7,  7.3  Hz),  6.72  (d,  1H,  J  =  8.3  Hz),  6.55  (d,  1H,  J  =  7.8  Hz),  5.83  (d,  1H,  J  =  10.8  Hz),  3.11  (m,  2H),  1.54  (m,  2H),  1.23  (m,  36H),  0.86  (t,  3H).
【００９０】
１’−ブチル−３’，３’−ジメチル−６−ニトロスピロ［クロメン−２，２’−インドリン］、（４ｂ）：アルキル化剤としてブロモブタン／ヨウ化ナトリウムを使用して、Ｃ−４スピロピラン４ｂの淡黄色結晶を同様に調製した。
【００９１】
３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−１’−オクチルスピロ［クロメン−２，２’−インドリン］、（４ｃ）：アルキル化剤として１−ヨードオクタンを使用して、Ｃ−８スピロピラン４ｃの紫色結晶を同様に調製した。
【００９２】
代替のマイクロ波合成
１’−ドコシル−３’，３’−ジメチル−６−ニトロスピロ［クロメン−２，２’−インドリン］、（４ｆ）。撹拌棒を含む２０ｍＬのマイクロ波バイアルに、２，３，３−トリメチルインドレニン（２．５ｍＬ、１５．６ｍｍｏｌ、１．０当量）、１−ブロモドコサン（７．８９４ｇ、２０．３ｍｍｏｌ、１．３０当量）、ヨウ化ナトリウム（２．３０ｇ、１５．３ｍｍｏｌ、０．９８当量）および８ｍＬのアセトニトリルを投入した。バイアルをＢｉｏｔａｇｅ（登録商標）Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ  Ｃｌａｓｓｉｃマイクロ波反応器内に入れ、１５０℃で４０分間保持し、次いで室温に冷却した。バイアルの内容物を酢酸エチルと共に除去し、分液漏斗に加え、水を添加すると、不溶性の白色固体が得られた。全ての層を合わせ、減圧下で水および酢酸エチルを除去した。残渣を塩化メチレンに溶解させ、分液漏斗に移し、水（１回）、次いで１Ｎ  ＮａＯＨ（３回）で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過し、濾液を減圧下で濃縮し、暗赤色の粘稠性液体１−ドコシル−３，３−ジメチル−２−メチレンインドリン（９．０９３ｇ）を得た。
【００９３】
５−ニトロサリチルアルデヒド（１．４３７ｇ、８．６ｍｍｏｌ、１．０当量）を５０ｍＬの無水エタノールと合わせ、混合物を還流させた。７０ｍＬのエタノールに溶解させた１−ドコシル−３，３−ジメチル−２−メチレンインドリン（推定４．０２ｇのテトラデシルインドリンを含有する８．９３ｇの粗生成物、８．６ｍｍｏｌ、１．０当量）を、還流溶液に徐々に添加した。反応を１９時間還流した。室温に冷却した後、反応混合物を濾過した。収集された固体を氷冷のエタノールで洗浄し、真空オーブン中で乾燥させ、紫色固体（７．１ｇ）を得た。濾液を減圧下で濃縮し、紫色固体の第２の収穫物を濾過により収集し、エタノールで洗浄し、真空乾燥した（１．６１ｇ）。結晶の２回の収穫物を合わせ、ヘキサン／ジクロロメタン溶媒を用いてシリカ上でのフラッシュクロマトグラフィーにより精製し、３．０ｇ（５７％）の４ｆを得た。1H  NMR  (400  MHz,  CDCl3)  δ  7.98  (m,  2H),  7.16  (dd,  1H,  J  =  7.8,  8.32  Hz),  7.06  (d,  1H,  J  =  7.3  Hz),  6.87  (d,  1H,  10.8  Hz),  6.84  (dd,  1H,  J  =  7.3,  8.32  Hz),  6.72  (d,  1H,  J  =  8.8  Hz),  6.55  (d,  1H,  J  =  7.8  Hz),  5.83  (d,  1H,  J  =  10.2  Hz),  3.10  (m,  2H),  1.54  (m,  2H),  1.23  (m,  44H),  0.85  (t,  3H,  J=6.8  Hz).
【００９４】
３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−１’−テトラデシルスピロ［クロメン−２，２’−インドリン］、（４ｄ）。アルキル化剤として１−ブロモテトラデカン／ヨウ化ナトリウムを使用して、Ｃ−１４スピロピラン４ｄの黄色〜橙色粉末を同様に調製した。
【００９５】
３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−１’−オクタデシルスピロ［クロメン−２，２’−インドリン］、（４ｅ）：アルキル化剤として１−ブロモオクタブタン／ヨウ化ナトリウムを使用して、Ｃ−１８スピロピラン４ｅを同様に調製した。生成物４ｅは、紫色結晶が混入したベージュ色粉末であった。
【００９６】
（実施例２）
活性化界面活性剤の寿命
スピロピラン／メロシアニンの切替可能な界面活性剤が現実的な環境において有用となるための重要な基準は、活性化メロシアニン形態が、機能的寿命を有する、例えば溶質を抽出もしくは可溶化する、または目的の溶媒中でミセルを形成するために十分長寿命であることである。
【００９７】
化合物４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｅの活性化双性イオン性メロシアニン異性体のいくつかの溶媒中での寿命を決定した。
【００９８】
スピロピラン化合物４を１ｃｍ石英キュベット内の溶媒に添加し、キュベットに３６５ｎｍの紫外線を約６０秒間照射した。照射により色の変化が生じたが、これは活性化メロシアニンの形成を示す。３５０秒の観察時間にわたり、４５０〜６５０ｎｍの吸収スペクトルを５秒毎に記録した。メロシアニンの濃度は、最大吸収（λｍａｘ）での初期ｔ＝０吸光度が１〜１．４の範囲内となるように調節した。適当なスピロピラン／メロシアニン界面活性剤濃度が決定されたら、全ての反応速度論的実験を３回行った。λｍａｘにおける吸光度を最高値に対して正規化し、３つのデータセットを平均化して、時間の関数としての正規化吸光度を得た。正規化吸光度が３５０秒のモニタリング時間中に少なくとも０．５に低下した場合、半減期は、正規化吸光度が０．５に到達した時間とした。半減期が３５０秒より長い場合、正規化吸光度を単一の指数関数的減衰式にフィットさせ、外挿法により半減期を決定した。
【００９９】
研究した溶媒の全てにおけるニトロ−メロシアニンの半減期を表１に示す。
【表１】
2019531869.tif 000016
表１．様々な溶媒中でのメロシアニン界面活性剤の半減期（秒）。誤差限界は、所与の値の１０〜２０％である。
【０１００】
ニトロ−メロシアニンの寿命は、それらが光切替可能な界面活性剤としての使用に適するような範囲である。
【０１０１】
寿命に対する最も強い効果は、１桁またはそれより高くニトロ−メロシアニンの半減期を増加させ得る、オクタノール、エタノールおよびメタノールなどの水素結合ドナー溶媒の存在である。
【０１０２】
（実施例３）
切替可能な界面活性剤を使用した化合物の可逆的な溶解度
活性化界面活性剤の存在下での溶媒の溶解度の変化を決定するために、無色１ｍｇ／ｍＬスピロピラン溶液の１０ｍＬの試料を、それぞれ撹拌棒を備えた２つのバイアルのそれぞれに加えた。固体溶質の最初の試料を各バイアルに加え、以前に加えた溶質が完全に溶解したら、追加のより少量の溶質を各バイアルに加えた。加えた溶質試料が完全に溶解しなかった場合、バイアルの１つを暗所から取り出し、３６５ｎｍで作動する紫外線ランプの隣で撹拌した。ＵＶ曝露の間、溶液は、溶媒中のメロシアニンの色に依存して、様々な色調のピンクから赤を経て紫色まで変化した。バイアル内で再びある程度の未溶解の溶質が観察されるまで、すなわち溶解度の限界に達するまで、ＵＶ曝露したバイアルに追加の溶質を撹拌しながら加えた。同時に、溶質が単に可溶化するのが遅いのではないことを確認するために、暗所に保持されたバイアルに同量の追加の溶質を加えた。
【０１０３】
いくつかのスピロピラン／メロシアニン、溶媒、および溶質系に対する界面活性剤の活性化後の定量的溶解度およびその増加を表２に示す。界面活性剤の活性化後の溶解度（ｍｇ／ｍＬ）および溶質溶解度の増加の誤差は、所与の値の約１０〜２０％である。
【０１０４】
界面活性剤の活性化後の溶解度の増加は、アセトン／Ｃ−１８スピロピラン中のカフェインの最低２％の増加から、ヘキサン／Ｃ−８スピロピラン中のパルミチン酸の最高８３％までの範囲である。
【表２】
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表２．界面活性剤濃度1mg/mL溶媒のC-8およびC-18スピロピラン界面活性剤4cおよび4eの活性化ありまたはなしでの、ニコチン酸、カフェインおよびパルミチン酸溶質の溶解度。
【０１０５】
別個の実験では、切替可能な界面活性剤の活性化ありで、ヘキサンに対するパルミチン酸（ヘキサデカン酸）の溶解度の増加が示された。まず、ヘキサンに対するパルミチン酸の溶解度はわずか４１ｍｇ／ｍＬであることが決定された。２つのバイアルのそれぞれに、１ｍｇ／ｍＬのＣ−１８スピロピラン４ｅおよび５３ｍｇ／ｍＬのパルミチン酸を含有するヘキサンを投入した。第１のバイアルは暗所に保持され、したがってＣ−１８スピロピランは基底状態に維持され、溶液は無色のままで、パルミチン酸は白色沈殿物により明らかなように完全には溶解しなかった。第２のバイアルは界面活性剤を活性化する３６５ｎｍの紫外線に曝露され、溶液はメロシアニンの色に起因して赤紫色に変化した。５３ｍｇ／ｍＬのパルミチン酸全体が溶解し、完全に透明な溶液が得られ、沈殿物は残留していなかった。ＵＶ処理溶液を暗所に置くと、沈殿物が形成し始めたが、これは界面活性剤のその不活性化形態への可逆性を示している。
【０１０６】
要約すると、スクリーニング研究は、活性化メロシアニン界面活性剤によって多くの化合物が可溶化され得ることを示している。スピロピランベースの界面活性剤は、溶質の可溶化および沈殿を伴って活性形態と不活性化形態との間で循環され得る。
【０１０７】
本明細書に記載のように、概念を例示し、本出願の様々な実施形態および局面についての情報を提供するために機序的解釈は有用である。しかし、本発明はまた、必ずしも本明細書に記載されているものを含まない、異なる機序によってまたは様々な機序の組合せによって作動し得ることが理解される。また大部分の状況では、どの機序が観察された効果に関与しているかを決定的に証明することは可能でなくてもよい。したがって、上記で提供した機序的解釈は、排他的または限定的のいずれにも解釈されるべきでない。
【０１０８】
関連技術の上記の例および限定は、例示であり、排他的ではないことが意図されている。関連技術の他の限定は、明細書を読むことによって、および本明細書において提供される図面または図の研究によって当業者には明らかとなる。
【０１０９】
上記の例示的な実施形態、局面および変形形態に加えて、さらなる実施形態、局面および変形形態は、図面および図を参照することによって、ならびに以下の説明を検討することによって明らかとなる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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