(57)【要約】層同士が共有結合され且つマクロ分子が固形粒子状基質に共有結合されている多層マクロ分子、このような組成物の製造方法、及び廃棄化学物質プロセス流及び廃棄金属プロセス流の精製から、タンパク質、ペプチド及びオリゴヌクレオチドの分離及び同定に至る、多数の最終用途においてこれらの組成物を使用する方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形粒子状基質に化学結合されたベース・マクロ分子を含む多層マクロ分子であって、該ベース・マクロ分子が：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択されており、そして、
該ベース・マクロ分子に、化学結合された1つ以上のマクロ分子追加層が載置されることにより、該ベース・マクロ分子上に1つ以上の化学結合された層が形成されており、該層状マクロ分子が：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択されている
ことを特徴とする、多層マクロ分子。
【請求項２】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層がデンドリマーから選択されている、請求項1に記載の多層マクロ分子。
【請求項３】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層が超分岐ポリマーから選択されている、請求項1に記載の多層マクロ分子。
【請求項４】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層が超分岐ポリマーから選択されている、請求項1に記載の多層マクロ分子。
【請求項５】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層がデンドリマーから選択されている、請求項1に記載の多層マクロ分子。
【請求項６】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、いずれの追加層も：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された層状マクロ分子のいずれかの組み合わせから選択されている、請求項1に記載の多層マクロ分子。
【請求項７】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、いずれの追加層も：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された層状マクロ分子のいずれかの組み合わせから選択されている、請求項1に記載の多層マクロ分子。
【請求項８】
多層マクロ分子の製造方法であって、前記方法が：
(I)  シラン結合剤の第1ロットと反応することができる固形粒子状基質を準備し；
(II)  該固形粒子状基質をシラン結合剤の第1ロットと接触させ、そして該固形粒子状基質を、該シラン結合剤の第1ロットと反応させ；
(III)  工程(II)で形成された生成物を、
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択されたマクロ分子の第1ロットと接触させ、そして該マクロ分子と、該工程(II)からの生成物とを互いに反応させ；
(IV)  工程(III)からの生成物をシラン結合剤の第2ロットと接触させ、そして該シラン結合剤の第2ロットと、該工程(III)からの生成物とを互いに反応させ；
(V)  マクロ分子の第2ロットを準備し；
(VI)  該マクロ分子の第2ロットをシラン結合剤の第3ロットと接触させ、そして該シラン結合剤の第3ロットと、該ベース・マクロ分子の第2ロットとを反応させることにより、反応性生成物を形成し；
(VII)  工程(IV)からの生成物と工程(VI)からの生成物とを、水の存在において合わせ、そして該工程(IV)からの生成物と該工程(VI)からの生成物とを反応させることにより、多層マクロ分子を形成する
工程を含むことを特徴とする、多層マクロ分子の製造方法。
【請求項９】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層がデンドリマーから選択されている、請求項8に記載の多層マクロ分子。
【請求項１０】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層が超分岐ポリマーから選択されている、請求項8に記載の多層マクロ分子。
【請求項１１】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層が超分岐ポリマーから選択されている、請求項8に記載の多層マクロ分子。
【請求項１２】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層がデンドリマーから選択されている、請求項8に記載の多層マクロ分子。
【請求項１３】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、いずれの追加層も：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された層状マクロ分子のいずれかの組み合わせから選択されている、請求項8に記載の多層マクロ分子。
【請求項１４】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、いずれの追加層も：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された層状マクロ分子のいずれかの組み合わせから選択されている、請求項8に記載の多層マクロ分子。
【請求項１５】
多層マクロ分子の製造方法であって、前記方法が：
(A)  (a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択されたマクロ分子の第1ロットを準備し；
(B)  該マクロ分子の第1ロットをシラン結合剤の第1ロットと接触させ、そして該シラン結合剤と該ベース・マクロ分子とを互いに反応させ；
(C)  工程(B)からの生成物を、該工程(B)からの生成物と反応することができる固形粒子状基質と接触させ；
(D)  (i)  先ず、水の不存在において工程(C)の成分を合わせ、そしてその後、該合わされた成分を水と接触させること、及び
(ii)  先ず、工程(C)の成分中の加水分解され得る基を加水分解するのに十分な水と、該工程(C)の成分を合わせ、そしてその後、該加水分解のための最初の水によって形成されたシラノールを架橋するために、追加の水を添加すること
から成る群から選択された条件の少なくとも一方を提供することにより、工程(C)からの生成物を該固形粒子状基質に結合させ；
(E)  結合後、工程(D)からの生成物をシラン結合剤の第2ロットと接触させ、そして該シラン結合剤の第2ロットを該工程(D)からの生成物と反応させ；
(F)  マクロ分子の第2ロットを準備し；
(G)  該マクロ分子の第2ロットをシラン結合剤の第3ロットと接触させ、そして該マクロ分子の第2ロットと該シラン結合剤の第3ロットとを互いに反応させ；
(H)  工程(E)の生成物と工程(G)の生成物とを水の存在において合わせることにより、多層マクロ分子を形成する
工程を含むことを特徴とする、多層マクロ分子の製造方法。
【請求項１６】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層がデンドリマーから選択されている、請求項15に記載の多層マクロ分子。
【請求項１７】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層が超分岐ポリマーから選択されている、請求項15に記載の多層マクロ分子。
【請求項１８】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層が超分岐ポリマーから選択されている、請求項15に記載の多層マクロ分子。
【請求項１９】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層がデンドリマーから選択されている、請求項15に記載の多層マクロ分子。
【請求項２０】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、いずれの追加層も：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された層状マクロ分子のいずれかの組み合わせから選択されている、請求項15に記載の多層マクロ分子。
【請求項２１】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、いずれかの追加層も：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された層状マクロ分子の任意の組み合わせから選択されている、請求項15に記載の多層マクロ分子。
【請求項２２】
工程(V)〜(VII)がm回反復されることにより、m層の追加層を提供し、前記mは1〜5の範囲の値を有する、請求項8に記載の方法。
【請求項２３】
工程(F)〜(H)がm回反復されることにより、m層の追加層を提供し、前記mは1〜5の範囲の値を有する、請求項15に記載の方法。
【請求項２４】
該ベース・マクロ分子が
(i)  ポリエチレンイミン超分岐ポリマーと
(ii)  ポリアミドアミン・デンドリマーと
から成る群から選択されている、請求項1に記載の組成物。
【請求項２５】
該固形粒子状基質が、
a.  鉱物粒子と；
b.  該マクロ分子に対して反応性のハロゲンを含有する有機樹脂粒子と；
c.  シラン結合剤と反応性の
i.  第1アミン基、
ii. 第2アミン基、及び
iii.第1アミン基と第2アミン基との混合物
から成る群から選択されたアミン基を含有する有機樹脂粒子と
から成る群から選択されている、請求項1に記載の組成物。
【請求項２６】
該鉱物粒子がシリカである、請求項25に記載の組成物。
【請求項２７】
該シリカがフュームド・シリカである、請求項26に記載の組成物。
【請求項２８】
該シリカが沈降シリカである、請求項26に記載の組成物。
【請求項２９】
該シリカが粉砕シリカである、請求項26に記載の組成物。
【請求項３０】
該シラン結合剤が、1つ以上の加水分解され得る離脱基を含有するシランであり、該離脱基が、該シランと該固形粒子状基質との反応を可能にし、そしてまた該マクロ分子内に含有されるいずれかの反応性基と反応することができる反応性基をも含有している、請求項1に記載の組成物。
【請求項３１】
該シラン結合剤離脱基が、アルコキシ基内炭素原子数が1〜6であるアルコキシ基である、請求項30に記載の組成物。
【請求項３２】
該シラン結合剤が下記一般式：
【化１】
2005523350.tif 000010
又は
【化２】
2005523350.tif 000011
を有する有機ケイ素化合物であり、前記式中、Gは基
【化３】
2005523350.tif 000012
、O=C=N、Cl2、エポキシ及びビニルから選択されており、WはClCH2-フェニル-から選択されており、xは1〜6の値を有し、yは1, 2又は3の値を有し、Rは炭素原子数1〜6のアルキル基、及びフェニル基である、請求項30に記載の組成物。
【請求項３３】
該シラン結合剤が、下記一般式：
【化４】
2005523350.tif 000013
を有するシランから選択されている、請求項32に記載の組成物。
【請求項３４】
該シラン結合剤が、下記一般式：
【化５】
2005523350.tif 000014
を有するシランから選択されている、請求項32に記載の組成物。
【請求項３５】
該シラン結合剤が、下記一般式：
【化６】
2005523350.tif 000015
を有するシランから選択されている、請求項33に記載の組成物。
【請求項３６】
該シラン結合剤が
【化７】
2005523350.tif 000016
である、請求項35に記載の組成物。
【請求項３７】
該シラン結合剤が
【化８】
2005523350.tif 000017
である、請求項33に記載の組成物。
【請求項３８】
該シラン結合剤が
【化９】
2005523350.tif 000018
である、請求項37に記載の組成物。
【請求項３９】
請求項8に記載の方法によって製造されたときの物質。
【請求項４０】
請求項15に記載の方法によって製造されたときの物質。
【請求項４１】
分析方法であって、該方法が、所期分析材料に付随する材料から該所期分析材料を分離するために、請求項1に記載の組成物を用いることを含むことを特徴とする、分析方法。
【請求項４２】
液体クロマトグラフィである請求項41に記載の方法であって、該方法が、該液体クロマトグラフィ法で採用されるカラム内の充填剤として、請求項1に記載の組成物を用いることを含む、請求項41に記載の方法。
【請求項４３】
プロセス流精製方法であって、該方法が、請求項1に記載の組成物を使用して、プロセス流流出物を処理することを含むことを特徴とする、プロセス精製方法。
【請求項４４】
該プロセス流から金属イオンが除去される、請求項43に記載のプロセス流精製方法。
【請求項４５】
該プロセス流から酸が除去される、請求項43に記載のプロセス流精製方法。
【請求項４６】
廃棄流清浄化方法であって、該方法が、請求項1に記載の組成物を使用して、廃棄流を処理することを含むことを特徴とする、廃棄流清浄化方法。
【請求項４７】
該廃棄流から金属イオンが除去される、請求項46に記載の廃棄流清浄化方法。
【請求項４８】
該廃棄流から酸が除去される、請求項46に記載の廃棄流清浄化方法。
【請求項４９】
資源回収方法であって、該方法が、前記回収可能な資源を含有する流体を、請求項1に記載の組成物で処理し、そしてその後、該流体と該組成物とを分離し、そしてその後、該組成物から該回収可能な資源を回収することを含むことを特徴とする、資源回収方法。
【請求項５０】
該流体が溶剤であり、そして該回収可能な資源が金属である、請求項49に記載の方法。
【請求項５１】
該流体が溶剤であり、そして該回収可能な資源が酸である、請求項49に記載の方法。
【請求項５２】
該流体が水であり、そして該回収可能な資源が：
i. 銀、ii. 金、iii. カドミウム、iv. クロム、v. 銅、 vi ハフニウム、vii. イリジウム、viii. マンガン、ix. モリブデン、x. ニオブ、xi. オスミウム、xii. パラジウム、xiii. 白金、xiv. レニウム、xv. ロジウム、 xvi. ルテニウム、xvii. タンタル、xviii. テクネチウム、xix. チタン、xx. タングステン、xxi. 亜鉛、xxii. ジルコニウムから選択された遷移金属、及び、a. バリウム、b. ビスマス、c. セリウム、 d. 鉛、e. アンチモン、f. 錫、g. タリウム、h. ウラニウム、及びj. プルトニウムから成る群から選択された重金属
から成る群から選択された金属のいずれか、又は該金属のいずれかの組み合わせである、請求項49に記載の方法。
【請求項５３】
個人用ケア製品であって、請求項1に記載の組成物を含有することを特徴とする、個人用ケア製品。
【請求項５４】
流体から有機酸を除去する方法であって、該方法が該流体を、請求項1に記載の組成物で処理することを含むことを特徴とする、流体から有機酸を除去する方法。
【請求項５５】
該酸がp-アミノ安息香酸である、請求項54に記載の方法。
【請求項５６】
該酸がカルボン酸である、請求項54に記載の方法。
【請求項５７】
該酸がサリチル酸である、請求項54に記載の方法。
【請求項５８】
該酸がアセトサリチル酸である、請求項54に記載の方法。
【請求項５９】
アニオン交換樹脂であって、請求項1に記載の組成物を用いて製造されることを特徴とする、アニオン交換樹脂。
【請求項６０】
タンパク質分離方法であって、該方法が、該タンパク質に付随する材料から該タンパク質を分離するための媒質として、請求項1に記載の組成物を用いることを含むことを特徴とする、タンパク質分離方法。
【請求項６１】
該タンパク質に付随する材料もタンパク質である、請求項60に記載のタンパク質分離分析方法。
【請求項６２】
ペプチド分離分析方法であって、該方法が、該ペプチドに付随する材料に優先して前記ペプチドを吸着するために、請求項1に記載の組成物を用いることを含むことを特徴とする、ペプチド質分離方法。
【請求項６３】
他の付随ペプチドから或る特定のペプチドを選択的に吸着又は分離するために、請求項1に記載の組成物が用いられる、請求項62に記載の分析方法。
【請求項６４】
付随材料からオリゴヌクレオチドを分離する方法であって、該方法が、前記オリゴヌクレオチドを吸着するために、請求項1に記載の組成物を用いることを含むことを特徴とする、付随材料からオリゴヌクレオチドを分離する方法。
【請求項６５】
付随オリゴヌクレオチドからオリゴヌクレオチドを分離する方法であって、該方法が、他の付随オリゴヌクレオチドから或る特定のオリゴヌクレオチドを選択的に吸着及び分離するために、請求項1に記載の組成物を用いることを含むことを特徴とする、付随オリゴヌクレオチドからオリゴヌクレオチドを分離する方法。
【請求項６６】
アニオン性材料の濃縮方法であって、該方法が、該アニオン性材料を請求項1に記載の組成物と接触させることを含むことを特徴とする、アニオン性材料の濃縮方法。
【請求項６７】
濃縮されるべきアニオン性材料が、
i. モルブデン酸塩、ii. ヒ酸塩、iii. リン酸塩、iv. 重クロム酸塩、v. タングステン酸塩、vi. ジルコン酸塩、vii. チタン酸塩、viii. セリウム酸塩、ix. バナジウム酸塩、x. 錯アニオン性材料、及びxi. i〜xiのいずれかの組み合わせ
から成る群から選択されている、請求項66に記載のアニオン性材料の濃縮方法。
【請求項６８】
多層マクロ分子の製造方法であって、前記方法が：
(I)  シラン結合剤の第1ロットと反応することができる固形粒子状基質を準備し；
(II)  該固形粒子状基質をシラン結合剤の第1ロットと接触させ、そして該固形粒子状基質を、該シラン結合剤の第1ロットと反応させ；
(III)  工程(II)で形成された生成物を、
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択されたマクロ分子の第1ロットと接触させ、そして該マクロ分子と、該工程(II)からの生成物とを互いに反応させ；
(IV)  シラン結合剤の第2ロットを準備し、そして工程(III)からの生成物と該シラン結合剤の第2ロットとを互いに反応させ；
(V)  (a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択されたマクロ分子の第2ロットと、シラン結合剤の第3ロットとを準備し、そして、該マクロ分子の第2ロットと該シラン結合剤の第3ロットとを互いに反応させ、
(VI)  工程(IV)からの生成物と工程(V)からの生成物とを同時加水分解することにより、多層マクロ分子を形成する
工程を含むことを特徴とする、多層マクロ分子の製造方法。
【請求項６９】
多層マクロ分子の製造方法であって、前記方法が：
(I)  シラン結合剤の第1ロットと反応することができる固形粒子状基質を準備し；
(II)  該固形粒子状基質をシラン結合剤の第1ロットと接触させ、そして該固形粒子状基質を、該シラン結合剤の第1ロットと反応させ；
(III)  工程(II)で形成された生成物を、
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択されたマクロ分子の第1ロットと接触させ、そして該マクロ分子と、該工程(II)からの生成物とを互いに反応させ；
(IV)  シラン結合剤の第2ロットと、
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択されたマクロ分子の第2ロットとを準備し、そして
該マクロ分子の第2ロットと該シラン結合剤の第2ロットとを互いに反応させ；
(V)  シラン結合剤の第3ロットを準備し、そして、該シラン結合剤の第3ロットと(IV)からの生成物とを互いに反応させ、そしてその後、
(VI)  工程(III)からの生成物と工程(V)からの生成物とを互いに接触させ、そして該工程(III)からの生成物と該工程(V)からの生成物とを互いに反応させることにより、多層マクロ分子を形成する
工程を含むことを特徴とする、多層マクロ分子の製造方法。
【請求項７０】
多層マクロ分子の製造方法であって、前記方法が：
(I)  (a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された第1マクロ分子を準備し；
(II)  第1シラン結合剤を準備し、そして該第1マクロ分子と第1シラン結合剤とを互いに反応させ；
(III)  (a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された第2マクロ分子を準備し；
(IV)  第2シラン結合剤を準備し、そして該第2マクロ分子と第2シラン結合剤とを互いに反応させ；
(V)  (II)からの生成物と(IV)からの生成物とを互いにそして水と合わせることにより、該生成物を同時加水分解し；
(VI)  (V)からの生成物を第4シラン結合剤及び固形粒子状基質と接触させ、そして該生成物を反応させることにより、固形粒子状基質に結合された多層マクロ分子を形成する
工程を含むことを特徴とする、多層マクロ分子の製造方法。
【請求項７１】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層がデンドリマーから選択されている、請求項70に記載の多層マクロ分子。
【請求項７２】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層が超分岐ポリマーから選択されている、請求項70に記載の多層マクロ分子。
【請求項７３】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層が超分岐ポリマーから選択されている、請求項70に記載の多層マクロ分子。
【請求項７４】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、そして該マクロ分子追加層がデンドリマーから選択されている、請求項70に記載の多層マクロ分子。
【請求項７５】
該ベース・マクロ分子がデンドリマーから選択され、いずれの追加層も：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された層状マクロ分子のいずれかの組み合わせから選択されている、請求項70に記載の多層マクロ分子。
【請求項７６】
該ベース・マクロ分子が超分岐ポリマーから選択され、いずれの追加層も：
(a)  デンドリマーと
(b)  超分岐ポリマーと
から成る群から選択された層状マクロ分子のいずれかの組み合わせから選択されている、請求項70に記載の多層マクロ分子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下はこれらの明細書である。
本発明は、固形粒子状基質に化学結合された多層マクロ分子、このような組成物の製造方法、及び廃棄化学物質プロセス流及び廃棄金属プロセス流の精製から、タンパク質、ペプチド及びオリゴヌクレオチドの分離及び同定に至る、多数の最終用途においてこれらの組成物を使用する方法を扱う。
【背景技術】
【０００２】
1980年代の10年間以来、マクロ分子、最も具体的には性質上樹状のマクロ分子、及び超分岐状のマクロ分子に関する大量の情報が報告されている。
【０００３】
デンドリマーは、2つ又は3つ以上の樹状デンドロンから成る球状のナノスケールのマクロ分子として説明される。これらのデンドロンは、コアと呼ばれる単一の中心原子又は原子団から広がる。デンドリマーは枝セルから成っている。これらの枝セルは、樹状構造の主なビルディング・ブロック、すなわち古典的な線状ポリマーにおける反復単位の三次元類似体であり、これらの枝セルは1つ以上の枝接合部を含有しなければならず、そして数学的に正確なアーキテクチャ配列を成して編成されており、コア周囲に世代(G)と呼ばれる、半径方向に同心的に形成された規則的な一連の層を生じさせる。デンドリマーは、コア、内側セル、及び表面セル又は外側セルを含む少なくとも3つの異なる枝セルタイプを含有しなければならない。
【０００４】
デンドロンはデンドリマーの最小構成要素である。これらの構成要素はデンドリマー自体と同じアーキテクチャ配列を有するが、しかし単一の幹又は枝から広がり、当業者に焦点基と呼ばれる、潜在的に反応性又は潜在的に不活性の官能基で終わることができる。
【０００５】
他方において、超分岐ポリマーは、高度に分岐されたランダムなマクロ分子である。このようなマクロ分子は通常、ABwタイプのモノマーの「ワン・ショット」重合反応、すなわちnABw→----(ABw)n----から得られる(前記式中、A及びBはモノマーの互いに反応性の官能基を表す)。超分岐マクロ分子は通常、これらの構造がアーキテクチャ上著しく可変であり、分岐度が低く、そして材料としては通常、多分散度が高く、同じ超分岐ポリマーの全ての超分岐マクロ分子が同じ分子量又は同じ鎖長を有するわけではないという点で、デンドロンとは異なる。
【０００６】
これらのタイプのマクロ分子構造の提案されたアーキテクチャは、「Polymer Preprints」(Division of Polymer Chemistry, American Chemical Society, 第39巻、第1号、第473〜474頁(1998年3月))に詳細に図示されている。
【０００７】
加えて、これらのポリマーの詳細、ポリマーの化学反応スキーム、ポリマーの組み合わせの多く、及びポリマーの意図及び提案された用途のいくつかを、1998年4月14日付けでDvornicに発行された米国特許第5,739,218号；1999年5月11日付けでDvornicに発行された米国特許第5,902,863号；1999年8月17日付けでBaloghに発行された米国特許第5,938,943号及び2000年6月20日付けでDvornicに発行された米国特許第6,077,500号の各明細書に見いだすことができる。これらの明細書全てを、ポリマー及びポリマーの形成方法について教示する内容を参考にするため本明細書中に引用する。
【０００８】
Dvornic他(米国特許第5,902,863号、同第5,739,218号及び同第6,077,500号の各明細書)及びBaloghが教示する、デンドリマー網状構造に基づく有機ケイ素マクロ分子は、半径方向に層状のポリアミド-アミン-有機ケイ素(PAMAMOS)又はポリプロピレンイミン-有機ケイ素(PPIOS)デンドリマー前駆体から調製される。ケイ素含有網状構造は、共有結合された親水性及び疎水性のナノスコピックな領域を有しており、これらの領域のサイズ、形状及び相対分布は、前記明細書に開示された試薬及び条件によって精密に制御することができる。PAMAMOS又はPPIOSは、任意の数の種々異なるタイプの反応によって、架橋によりデンドリマー系網状構造にすることができる。例えば、Dvornic他が米国特許第5,739,218号明細書において教示する親水性デンドリマーの表面は、不活性又は官能性の有機ケイ素部分で部分的又は完全に誘導体化されている。
【０００９】
さらに、Dvornic他によって米国特許第6,077,500号明細書で教示された、有機ケイ素化合物とマクロ分子との反応は、内側の親水性ポリアミドアミン又は親水性ポリプロピレンイミンと、外側の疎水性有機ケイ素とを有する半径方向に層状のコポリマー・デンドリマーのより高次の世代を含む。Balogh他が教示する樹状ポリマー系網状構造は、親水性領域と疎油性領域とから成る。
【００１０】
上述の特許明細書の材料の一般用途は、コーティング、センサー、シーラント、インシュレーター、導体、吸収剤、例えば触媒用途における特定領域への活性種の供給、薬物治療及び遺伝子治療、個人用ケア用途、及び農業用補助製品である。
【００１１】
ベース・ポリマーとしてポリアミンを利用した、若干関連のある最近の開示内容をRosenberg, 米国特許第5,695,882号明細書(1997年12月9日発行)に見いだすことができる。前記明細書において開示されたシステムは、溶液から可溶性重金属を抽出することを目的としている。この方法は、抽出材料の活性化面を利用する。抽出材料の活性化面は無分岐ポリアミンと、共有結合された3官能価ヒドロカルビルシリルとの反応生成物であり、この反応生成物は非架橋型アミノ基を産出し、このアミノ基に、官能性キレート化基が共有結合することができる。抽出材料の活性化面は、抽出材料の表面を水和し、次いで炭素原子数1〜6の炭化水素置換基と末端離脱基とを有する短鎖3官能価シランで水和面をシラン化し、次いで、水和面のシラン化から生じたヒドロカルビルシリルと、ポリアミンとを反応させて、抽出材料面に共有結合されたアミノヒドロカルビル・ポリマーを形成することにより形成される。なおこの材料は、特許権者によって言明されているように非架橋型である。
【００１２】
第2の米国特許、つまり1999年12月7日にRosenberg及びPangに発行された米国特許第5,997,748号明細書は、以前のRosenbergの特許の分割出願であるため、この以前の特許に記載されたものと本質的に同じ技術を教示している。
【発明の開示】
【００１３】
本明細書に記載され主張された本発明の組成物、本発明の組成物の製造方法、及び本発明の組成物の用途は、上記参考文献には教示されていない。
【００１４】
発明
ここに開示する本発明の第1実施態様は、固形粒子状基質に化学結合されたベース・マクロ分子を含む多層マクロ分子であって、該ベース・マクロ分子がデンドリマーと超分岐ポリマーとから成る群から選択されている。該ベース・マクロ分子に、1つ以上の追加の層状マクロ分子が載置されることにより、該ベース・マクロ分子上に1つ以上の化学結合された層が形成される。該層状マクロ分子も、デンドリマーと、超分岐ポリマーとから成る群から選択されている。
【００１５】
本発明の別の実施態様は、多層マクロ分子の製造方法である。この方法は、(I)  シラン結合剤の第1ロットと反応することができる固形粒子状基質を準備し、そして(II)  該固形粒子状基質をシラン結合剤の第1ロットと接触させ、そして該固形粒子状基質を、該シラン結合剤の第1ロットと反応させ、これにより生成物を形成することを含む。
【００１６】
次いで工程(III)において、工程(II)でこうして形成された生成物を、デンドリマーと、超分岐ポリマーとから成る群から選択されたマクロ分子の第1ロットと次いで接触させ、そして該マクロ分子と、該工程(II)からの生成物とを互いに反応させる。その後、工程(IV)において、工程(III)からの生成物をシラン結合剤の第2ロットと接触させ、そして該シラン結合剤の第2ロットと、該工程(III)からの生成物とを互いに反応させる。工程(V)において、この方法はマクロ分子の第2ロットを準備することを必要とし、そして工程(VI)では、該マクロ分子の第2ロットをシラン結合剤の第3ロットと接触させ、そして該シラン結合剤の第3ロットと、該ベース・マクロ分子の第2ロットとを反応させることにより、反応性生成物を形成する。
【００１７】
この方法を終了させるために、工程(VII)において、工程(IV)からの生成物と工程(VI)からの生成物とを、水の存在において合わせ、そして工程(IV)からの該生成物と工程(VI)からの該生成物とを反応させることにより、本発明の多層マクロ分子を形成する。
【００１８】
本発明のさらに別の実施態様は、多層マクロ分子の第2の製造方法である。この方法は、デンドリマーと超分岐ポリマーとから成る群から選択されたマクロ分子の第1ロットを準備することを含む。工程(B)では、該マクロ分子の第1ロットをシラン結合剤の第1ロットと接触させ、そして該シラン結合剤と該ベース・マクロ分子とを互いに反応させる。
【００１９】
工程(C)は、工程(B)からの生成物を固形粒子状基質と接触させるものであり、下記(i)及び(ii)、すなわち(i)先ず、水の不存在において工程(C)の成分を合わせ、そしてその後、該合わせた成分を水と接触させること、及び (ii)先ず、該成分中の加水分解され得る基を加水分解するのに十分な水と、工程(C)中の成分を合わせること、から成る群から選択された条件の少なくとも一方を提供することにより行ない、その後、工程(D)において、該加水分解のための最初の水によって形成されたシラノールを架橋するために、さらなる水を添加する。
【００２０】
工程(E)では、結合後、工程(D)からの生成物をシラン結合剤の第2ロットと接触させ、そして該シラン結合剤の第2ロットを該工程(D)からの生成物と反応させる。
【００２１】
この方法の工程(F)では、マクロ分子の第2ロットを準備し、そして工程(G)では、該マクロ分子の第2ロットをシラン結合剤の第3ロットと接触させ、そして該マクロ分子の第2ロットと該シラン結合剤の第3ロットとを互いに反応させる。
【００２２】
最終工程(H)では、工程(E)の生成物と工程(G)の生成物とを水の存在において合わせることにより、多層マクロ分子を形成する。
【００２３】
本発明の多層マクロ分子の製造方法のさらに別の実施態様の場合、この製造方法は、(I)マクロ分子を準備し、そして該マクロ分子をシラン結合剤の第1ロットと反応させることを含む。工程(II)は、マクロ分子の第2ロットを準備し、そして該マクロ分子をシラン結合剤の第2ロットと反応させることを含む。第3工程は、工程(I)及び(II)からの生成物を合わせ、そして水を添加することにより、シラン結合剤を同時加水分解し、これにより二層マクロ分子を準備し、そして次いで、(III)シラン結合剤と固形粒子状基質とを添加し、そして成分を反応させることにより、固定粒子基質に結合された多層マクロ分子を形成させることを伴う。
【００２４】
本発明の多層マクロ分子の製造方法のさらに別の実施態様の場合、この方法は、(I)  シラン結合剤の第1ロットと反応することができる固形粒子状基質を準備し、そして次いで、(II)  該固形粒子状基質をシラン結合剤の第1ロットと接触させ、そして該固形粒子状基質を、該シラン結合剤の第1ロットと反応させることを含む。その後、(III)  工程(II)で形成された生成物を、デンドリマーと超分岐ポリマーとから成る群から選択されたマクロ分子の第1ロットと接触させ、そして該マクロ分子と、工程(II)からの生成物とを互いに反応させ、そして次いで、(IV)  シラン結合剤の第2ロットと、デンドリマーと超分岐ポリマーとから成る群から選択されたマクロ分子の第2ロットとを準備し、そして該マクロ分子の第2ロットと該シラン結合剤の第2ロットとを互いに反応させる。その後、(V)  シラン結合剤の第3ロットを準備し、そして、該シラン結合剤の第3ロットと(IV)からの生成物とを互いに反応させ、そしてその後、(VI)  工程(III)からの生成物と工程(V)からの生成物とを互いに接触させ、そして該工程(III)からの生成物と該工程(V)からの生成物とを互いに反応させることにより、多層マクロ分子を形成する。
【００２５】
当業者に明らかなように、本発明の範囲内で、本発明の生成物は超分岐ポリアミンポリマーによって置換することができる樹状ポリアミンポリマー；樹状ポリアミンポリマーと置換することができる超分岐ポリアミンポリマーから成っていてよく；樹状ポリアミンポリマーと超分岐ポリアミンポリマーとの組み合わせを用いることができ；樹状ポリアミンポリマーはポリアミンポリマーの第1層であってよく、そして超分岐ポリアミンポリマーを第2層又は多層として使用することができ、超分岐ポリアミンポリマーを第1層として使用することができ、そして樹状ポリアミンポリマーを第2層又は多層として使用することができ、最後に、本発明の生成物におけるポリアミンポリマーの種々の層を、層の任意の組み合わせにおいて変更することができる。
【００２６】
発明の詳細な説明
本発明の具体的な詳細にここで眼を向けると、固形粒子状基質に共有結合された多層マクロ分子である物質が開示されている。
【００２７】
ベース・マクロ分子は本発明の前駆体材料として、デンドリマー及び超分岐ポリマーに基づいており、図1はこのような1分子の例を示している。この分子において、エチレンジアミンがコアであり、デンドリマーは世代1である。材料をケイ素誘導体化することにより、本発明の中間体を提供することができる。中間体は、これらの材料を固形粒子状基質に結合することにより、そしてこれらの材料をベース・ケイ素誘導体化マクロ分子上の層として互いに結合することにより、本発明によってさらに改質される。
【００２８】
本発明の中間体はケイ素誘導体化されたマクロ分子であり、これらのマクロ分子は、マクロ分子の外側官能性部位、例えばアミン官能基の一部を、付加的な官能基を有するシランで置換することにより誘導化されている。-NH2、OH、COOH又はビニル基、又はシラン官能基と反応するその他の官能基を有するいずれのマクロ分子もケイ素誘導体化されることができる。これらのマクロ分子のサイズ範囲は直径約1〜約15ナノメートルであり、分子量範囲は例えば約1,200〜約1,000,000であり、そしてデンドリマーの場合には、世代1,2,3又は4以上の内側の親水性PAMAMを、共有結合された親液性有機ケイ素外側シェル内にカプセル化することができる。
【００２９】
本発明の固形粒子状基質は、本発明のシラン結合剤に結合されると安定的な-SiO-結合を提供する、シリカを含むあらゆる粒子状鉱物材料である。この群には、フュームド・シリカ、沈降シリカ及び粉砕シリカが、その他の形態、例えばシリカゲルなどと共に含まれる。
【００３０】
また、本明細書中に記載されたアミン官能性ポリマーと直接的に反応することができる反応性ハロゲン、又は本発明のシラン結合剤に対して反応性のアミン基を有する有機樹脂粒子、例えばDowex(登録商標)イオン交換ビーズなどが有用である。本発明のシラン結合剤は、加水分解され得る離脱基を含むあらゆる官能性シランであり、この離脱基は、シラン結合剤と固形粒子状基質との反応を可能にする。又は本発明のシラン結合剤は、反応性ハロゲン基を含有する有機樹脂粒子と反応することができる官能基を有するシランを含む。そして本発明のシラン結合剤のシランは、マクロ分子の官能基と反応することができる反応性基をも含有する。
【００３１】
本発明のシラン結合剤は好ましくは、下記一般式：
【００３２】
【化１】
2005523350.tif 000002
【００３３】
又は
【００３４】
【化２】
2005523350.tif 000003
【００３５】
を有し、前記式中、Gは基
【００３６】
【化３】
2005523350.tif 000004
【００３７】
、O=C=N、Cl2、エポキシ及びビニルから選択されており、WはClCH2-フェニルから選択されており、xは1〜6の値を有し、yは1, 2又は3の値を有し、Rは炭素原子数1〜6のアルキル基とフェニル基とから成る群から選択される。
【００３８】
本発明のための最も有用なシラン結合剤は、一般式：
【００３９】
【化４】
2005523350.tif 000005
【００４０】
を有するシラン結合剤であり、好ましいのは式：
【００４１】
【化５】
2005523350.tif 000006
【００４２】
を有するシラン結合剤である。この場合シラン結合剤
【００４３】
【化６】
2005523350.tif 000007
【００４４】
も、最も好ましいものの1つである一方、一般式：
【００４５】
【化７】
2005523350.tif 000008
【００４６】
を有するシラン結合剤が極めて好ましい。この一般式のうちで最も好ましいのは、シラン結合剤
【００４７】
【化８】
2005523350.tif 000009
【００４８】
である。これらの材料のうち最も好ましいのは、前述の3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランである。
【００４９】
例えば図3を参照すると、本発明の第1の方法の初期段階の概略図が示されている。この図面には、工程(I)、つまり、SiO2で表された固形粒子状基質と、Eで表されたシラン結合剤との反応が示されている。この場合、固形粒子状基質はシリカとして、そしてシラン結合剤はトリアルコキシエポキシアルキレン置換型シランとして図示されている。この場合の反応は、E-SiO2として示された生成物を提供する。このE-SiO2は、固形シリカ基質に化学結合されたシラン結合剤である。
【００５０】
生成物E-SiO2は次いで、O-(NH2)nで表されるマクロ分子と反応させられ、そしてこの例では、マクロ分子は図1に示したようなアミノ官能性マクロ分子である。この反応スキームの概略は図4に示されている。
【００５１】
さらに本発明の第1の方法に関して述べると、図4に示すスキームによって形成された生成物はP-E-SiO2として示される。なお式中のZの値は、改質されたアミノ官能性ポリマー上のアミノ基の数であり、そして、アミノ官能性ポリマー上の第1アミン基及び第2アミン基の大部分はこの方法におけるこの時点では未反応のままであり、従って更なる化学改質のためになおも利用可能である。従って当業者に明らかなように、この工程では結合を目的として、ポリマー上のアミノ基のいくつかを使用することを意図しているが、しかし、いずれのアミノ酸をも完全に反応させることは意図していない。その理由は下記開示内容から明らかになる。
【００５２】
この方法におけるこの時点では、分子は、表面に化学結合されたSiO2によって示される固形粒子状基質、Eで表されるシラン結合剤、及びO-{NH2}で表されるアミノ官能性マクロ粒子であり、そしてすぐ前で述べた反応スキームのP-E-SiO2である。この分子は、E-P-E-SiO2で表される図5の材料に対する前駆体として作用する。この化学物質は、アミノ官能性ポリマーの表面を、更なる層形成のために活性化する。Wは、シラン結合剤Eでさらに改質されたアミノ基の数である。
【００５３】
さらに第1の方法に関して述べると、次の工程では、活性化されたアミノ官能性ポリマーを調製する。このアミノ官能性ポリマーを使用することにより、E-P-E-SiO2の表面を層形成して、本発明の多層組成物を形成することができる。
【００５４】
こうして図6を参照すると、活性化されたアミノ官能性ポリマーの調製が概略的に示されている。図中、0-(NH2)nはアミノ官能性ポリマーであり、そしてEはシラン結合剤である。エポキシアルキレン置換型トリアルコキシシランが一例として示されている。
【００５５】
そして最終的には、図7が本発明の多層組成物の調製を示している。図5から得られるP-Eは、水の存在において、図6から得られるE-P-E-SiO2と反応させられることにより、本発明の組成物{P-E-O-E}Z-P-{E-SiO2}Zを提供する。さらなるP-Eを{P-E-O-E}Z-P-{E-SiO2}Zと反応させることにより、その表面上にP-Eの追加の層を提供できることが留意されるべきであり、またこのことは本発明の範囲内で考えられる。本明細書中の教示により明らかなようにポリマーの表面に加えられたそれぞれのP-E追加層は、最終用途における最終的な使用のために多数のさらなる反応性アミノ基を提供する。これらの最終用途においてこれらの組成物は有用であると本発明者によって考えられており、また知られている。このような最終用途の多くは本明細書中に示されている。当業者には明らかなように、この方法は本発明の最も好ましい方法である。既知のマクロ分子、例えばとりわけ上述の従来技術参考文献に開示されたマクロ分子では利用できない最終用途に、本発明の多層組成物を利用できることを、本発明者は発見した。
【００５６】
ここで本発明の別の実施態様である第2の方法に眼を向けると、この第2の方法の場合、類似の化学物質が使用され、図8にこの第2の方法が示されている。工程(A)では、アミノ官能性ポリマーを準備し、そして工程(B）では、アミノ官能性ポリマー(P)をシラン結合剤(E)と反応させる。このシラン結合剤はこの例でもエポキシアルキレン置換型トリアルコキシシランとして示されている。その後、工程(B)からの生成物を次いで固形粒子状基質と反応させる。固形粒子状基質は例えばSiO2で表される粒子状シリカである。次いで工程(D)において、工程(C)の生成物を、工程(B)で使用されたシラン結合剤の別のロットと反応させる。工程(E)では、アミノ官能性ポリマーの別個のロットP1を準備し、そして工程(F)において、これをシラン結合剤の別個のロットと反応させ、これにより反応性アミノ官能性ポリマーを形成する。
【００５７】
工程(G)では、工程(C)の生成物と工程(F)の生成物とを、(i)水の存在において、又は別の実施態様では(ii)水の存在なしに、合わせ、次いで混合後、これらの組み合せを水に晒して加水分解を行い、そしていずれの実施態様においても、生成物を一緒にカップリングするための反応を行うことにより、{P-E-O-Si-O-E}Z-P-{E-SiO2}Zとして示される生成物を形成する。なおこの方法は、本発明の2番目に好ましい方法である。
【００５８】
実施例
実施例1
本発明の材料を下記のように調製した。この材料はキラル分離、金属キレート化、錯金属アニオン捕捉、及び錯酸封鎖に特に有用である。
【００５９】
第1工程において、PQCorporation から入手してMS 3030の標識を付けられたシリカ50gmを0.5Lボトルに添加した。このシリカの平均粒子径は約90μmであり、表面積は320m2/gmであり、そして平均孔径は372Åであった。その後、15.7gmの3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Silar Laboratories)を添加することにより、シリカ上の約2.5分子/nm2の被覆率を達成し、そしてボトルをロールミル上で約2時間にわたって転動させた。次いで氷酢酸0.5mgを添加し、そしてボトルを室温で72時間にわたって転動させ、続いて12時間50℃で静置させた。約300mmのメタノール中に生成物を懸濁することにより材料を2回洗浄し、次いで濾過することにより固形物を分離した。次いで材料を約250mmのメタノール中で再懸濁し、次いでこれに、約100mmのメタノール中に予め溶解させておいた9.9gmの無水ポリエチレンイミン{BASF,高分子量(約24,000)}を添加した。混合物を室温で一晩にわたってボトル内で反応させ(約16時間)、次いでボトルを40℃の水浴内に2時間にわたって置いた。材料を約300mmのメタノール中に懸濁し、次いでこれを濾過することにより2回洗浄し、次いで、約70/30比のメタノール/水混合物約300mm中に懸濁し、そして濾過することによりこの材料を再び洗浄し、これを約300mmのメタノール中に懸濁し、次いで濾過することにより、この材料を2回洗浄した。材料を対流式オーブン内で約16時間にわたって70℃で乾燥させ、次いで150m篩に通し、これにより約49.9gm(66%収率)のポリマー生成物を産出した。
【００６０】
工程2において、工程1からの材料14gmを150mmのジメチルホルムアミド中に再懸濁し、そして50℃まで加熱し、次いで0.14gmの氷酢酸を添加し、そして材料を15分間反応させた。次いでUnited Chemical Technologiesから入手した3-グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン0.81gmを添加し、次いで材料を72時間にわたって50℃で反応させた。
【００６１】
工程3において、0.81gmの3-グリシドキシプロピルジメチルエトキシシランを、50℃まで加熱された150mlのジメチルホルムアミドに添加した。15分後、10.8gmの高分子量ポリエチレンイミンを添加し、そしてこれを72時間にわたって50℃で反応させた。
【００６２】
工程4において、工程2からの材料を、工程3からの反応混合物に添加し、次いでHPLC等級の水0.4gmを添加し、そして材料を50℃で約16時間にわたって維持した。次いでこの材料を100mlのメタノール中に懸濁し、次いで濾過することにより2回洗浄し、次いで、70/30比のメタノール/水約100ml中に懸濁することにより1回洗浄し、続いて70℃で一晩にわたってオーブン乾燥させた。次いでこれを150μm篩に通し、これにより約13.6gm(52%収率)の層状ポリマーを産出した。
【００６３】
実施例2
試験を行うことにより、本発明の組成物の使用効果を調べた。実施例1で調製した層状ポリマー上で広範囲の金属カチオンを捕捉する例が、下記銅イオン捕捉例である。
【００６４】
従来技術のシリカ上に結合されたポリマー単層の銅イオン捕捉能力を、上記実施例1によって提供された、シリカに結合されたポリマー二層の銅イオン捕捉能力と比較する。
【００６５】
Fisher Chemicalsから入手した硫酸銅の溶液(Certified A.C.S., 0.01M)を、寸法250mm x 4.6mmのステンレス鋼カラムに通すことにより、比較を行った。このカラムには、平均1.2gmの媒質を有する90μm粒子を含む実施例1の二重層材料が、標準的な液体クロマトグラフィ法によってパッキングされ、第2のカラムには、従来技術の単層材料が標準的な液体クロマトグラフィ法によってパッキングされた。硫酸銅溶液を流量1.0ml/分でカラムに通し、そしてブレークスルーが生じるまで、廃液の金属含量を790nmのUV検出によってモニタリングした。
【００６６】
カラム・ブレークスルーは218mlの硫酸銅溶液(0.139gmのCu++又は二重層ポリマーの約11.5重量%)で観察された。カラム・ブレークスルーは、60〜70mlの硫酸銅溶液(0.039gmのCu++又は単層ポリマーの約3.2重量%)で生じた。
【００６７】
シリカ表面上のポリマーの量がほぼ2倍であるのに対応して、二重層ポリマーによる銅の捕捉量は、3倍を超えて改善された。
【００６８】
実施例3
この実施例は、p-アミノ安息香酸(PABA)を使用して、実施例1のポリマー上で広範囲なカルボン酸を捕捉する本発明の材料の能力を扱う。
【００６９】
従来技術によって提供された、シリカに結合されたポリマー単層のPABA捕捉能力を、実施例1によって提供された本発明の材料のPABA捕捉能力と比較した。
【００７０】
Aldrich Chemical Company, Inc.から入手したp-アミノ安息香酸の溶液(30%メタノール及び70%水中99%、0.04M)を、250mm x 4.6mmのステンレス鋼カラムに通すことにより、比較を行った。このカラムには、平均1.2gmの媒質を含む90μm粒子を有する鎖状ポリマー(tethered polymer)相が、標準的な液体クロマトグラフィ法によってパッキングされた。PABA酸溶液を流量2.0ml/分でカラムに通し、そしてブレークスルーが生じるまで、廃液のPABA含量を254nmのUV検出によってモニタリングした。
【００７１】
カラム・ブレークスルーは、52mlのPABA溶液(0.28gmのPABA又はポリマー単層の約23.7重量%)で生じた。本発明のポリマー二重層を有する相に関しては、カラム・ブレークスルーは90mlのPABA溶液 (0.49gmのPAB又は二重層ポリマー材料の約41.1重量%)で観察された。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図1は、ベース・マクロ分子を示す図である。
【図２】図2は、図1のPANAM反復単位を示す図である。
【図３】図3は、シラン結合剤とシリカ基質との反応スキームを示す図である。
【図４】図4は、図3の生成物とマクロ分子との反応スキームを示す図である。
【図５】図5は、図4の生成物と付加的なシラン結合剤との反応スキームを示す図である。
【図６】図6は、図5の生成物と付加的なポリマーとの反応スキームを示す図である。
【図７】図7は、加水分解条件下での図6の生成物の反応スキームを示す図である。
【図８】図8は、本発明の第2の方法の反応順序を示す概略図である。
【図１】
2005523350.tif 000019
【図２】
2005523350.tif 000020
【図３】
2005523350.tif 000021
【図４】
2005523350.tif 000022
【図５】
2005523350.tif 000023
【図６】
2005523350.tif 000024
【図７】
2005523350.tif 000025
【図８】
2005523350.tif 000026
【国際調査報告】
2005523350.tif 000027