(57)【要約】優れたポリマー固定化増感剤、その製造方法およびその用途を開示する。このポリマー固定化光増感剤は、架橋ポリマー主鎖と、このポリマー主鎖に共有結合している複数のカチオン性アンモニウム又はホスホニウム基と、固定化光増感剤とを含む。アンモニウム又はホスホニウム基における炭素原子の平均合計数は少なくとも４個で、好ましくは１２個以上である。光増感剤は、ポリマーに共有結合するか、又は、イオン性結合できる。本発明のポリマー固定化光増感剤は、炭素−炭素二重結合を有する化合物の光増感性酸化につき予想以上に優れた触媒作用を示す。
2005503315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増感剤によって吸収される可視光の存在下での、ポリマー固定化光増感剤と酸素との反応による一重項酸素の発生方法であって、該ポリマー固定化光増感剤が、複数の光増感剤の基と複数のカチオン性基＋ＱＲ３とが結合している架橋ポリマー主鎖を含み、ここで、Ｑが、リン及び窒素から選択され、Ｒはいずれも相互に無関係で、直鎖、分枝、又は環式の、１〜約２０個の炭素原子を有するアルキル基又はアリールアルキル基であり、基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計数が４以上であることを特徴とする一重項酸素の発生方法。
【請求項２】
ポリマー固定化光増感剤における基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計数が４〜約４０である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ポリマー固定化光増感剤における基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計数が１２〜約３０である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ポリマー固定化光増感剤における基ＱＲ３の全部が同一である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ポリマー固定化光増感剤が、２個以上の異なる基ＱＲ３を含有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ポリマー固定化光増感剤中のＱが、いずれもリン原子である請求項４に記載の方法。
【請求項７】
光増感剤の基が、ローズベンガル、エオシンＹ、アリザリン・レッドＳ、コンゴーレッド、オレンジＧ、フルオレセイン染料、ローダミン染料、エリトロシンＢ、クロロフィリン３ナトリウム塩、ヘミン塩、ヘマトポルフィリン、メチレンブルー、クリスタルバイオレット及びマラカイトグリーンから選択される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
光増感剤の基がローズベンガルである請求項１に記載の方法。
【請求項９】
光増感剤の基が、結合基を介してポリマー主鎖に共有結合する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
光増感剤の基が、カチオン性基への静電気的引力によってポリマーに結合する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ポリマー固定化光増感剤中のＱがいずれもリン原子であり、基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計数が１２〜約３０であり、光増感剤の基がローズベンガルである請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
溶媒中で実施する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ポリマー固定化光増感剤が微小粒子の形態である請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ポリマー固定化光増感剤が、下記式、
2005503315.tif 000015
で表され、ここで、ポリマー鎖のうちの２個の炭素原子と共にＡ、Ｂ、Ｃはいずれも、該鎖に対しアルキル置換基を有し得るエチレン性不飽和モノマー単位を表し、Ａは水素原子、ハロゲン原子、アルキル、アリール、アリールアルキル、カルボキシルエステル−ＣＯＯＲ、オキシカルボニル、−ＯＣ（＝Ｏ）Ｒ及びカルボキシアミド−Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ２から選択される１価の基であり、Ｂ及びＣはいずれも結合か、又は、アルキレン、アリーレン、アリールアルキレン、カルボキシル−ＣＯＯ−、オキシカルボニル、−ＯＣ（＝Ｏ）−及びカルボキシアミド−Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ−から選択される２価の結合基であり、ｍ、ｎ、ｐは、各モノマー単位のモル分率を表し、ｐは約０．０１〜約０．１であり、ｍは０〜約０．９５であり、ｎは約０．０５〜約０．９５であり、またＱはリン及び窒素から選択され、Ｒはいずれも相互に無関係で、直鎖、分枝、又は環式の、１〜約２０個の炭素原子を有するアルキル基又はアリールアルキル基であり、基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計数が４以上であり、Ｓｅｎｓは陰イオン性の光増感剤の基である請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
ポリマー固定化光増感剤が、下記式、
2005503315.tif 000016
で表され、Ａがフェニル基、Ｂがベンジル基、Ｃがｐ−フェニレン基である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ポリマー固定化光増感剤が、下記式、
2005503315.tif 000017
で表され、ここで、ポリマー鎖のうちの２個の炭素原子と共にＡ、Ｂ、Ｃはいずれも、該鎖に対しアルキル置換基を有し得るエチレン性不飽和モノマー単位を表し、Ａは水素原子、ハロゲン原子、アルキル、アリール、アリールアルキル、カルボキシルエステル−ＣＯＯＲ、オキシカルボニル、−ＯＣ（＝Ｏ）Ｒ及びカルボキシアミド−Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ２から選択される１価の基であり、Ｂ及びＣはいずれも結合か、又は、アルキレン、アリーレン、アリールアルキレン、カルボキシル−ＣＯＯ−、オキシカルボニル、−ＯＣ（＝Ｏ）−及びカルボキシアミド−Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ−から選択される２価の結合基であり、ｌ、ｍ、ｎ、ｐは、各モノマー単位のモル分率を表し、ｐは約０．０１〜約０．１であり、ｍは０〜約０．９５であり、ｎは約０．０５〜約０．９５であり、ｌは約０．０５〜約０．９５であり、またＱはリン及び窒素から選択され、Ｒはいずれも相互に無関係で、直鎖、分枝、又は環式の、１〜約２０個の炭素原子を有するアルキル基又はアリールアルキル基であり、基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計数が４以上であり、Ｘはハライド及びスルフォネートエステルから選択され、Ｓｅｎｓは光増感剤の基である請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
酸化可能化合物とポリマー固定化光増感剤とを溶媒中で混合し、反応混合物に酸素を供給し、混合物に光を照射し、一重項酸素を生成して酸化可能化合物と反応させることを包含する酸化可能化合物の酸化方法であって、ポリマー固定化光増感剤が、複数の光増感剤の基と複数のカチオン性基＋ＱＲ３とが結合している架橋ポリマー主鎖を含み、ここで、Ｑがリン及び窒素から選択され、Ｒがいずれも相互に無関係で、直鎖、分枝、又は環式の、１〜約２０個の炭素原子を有するアルキル基又はアリールアルキル基であり、基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計数が４以上であることを特徴とする酸化可能化合物の酸化方法。
【請求項１８】
ポリマー固定化光増感剤中のＱが、いずれもリン原子であり、基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計数が１２〜約３０であり、光増感剤の基がローズベンガルである請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
光増感剤の基が、結合基を介してポリマー主鎖に共有結合している請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
光増感剤の基が、カチオン性基への静電気的引力によってポリマーに結合している請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
酸化可能化合物が、ビニルエーテル、ビニルスルフィド、エナミン、非活性アルケン、ジエン及びスルフィドから選択される請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
一重項酸素との２＋２付加環化反応により、ビニルエーテルからジオキセタン化合物を調製するに用いる請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー支持光増感剤を含む、ポリマー固定化化合物の調製に有用な合成ポリマーに関する。固定化化合物は、共有結合でポリマーに結合させるか、又は、ポリマー主鎖に共有結合したカチオン基に、静電的引力によって結合させることができる。ポリマー固定化化合物は、光増感剤として使用する場合に、優れた性能を有する。本発明は更に、有機合成化学及びその他の分野での用途を有するポリマー固定化光増感剤による一重項酸素発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第４，１０４，２０４号明細書には、一重項酸素を生成するためのポリマー固定化光増感性染料が開示されている。市販のイオン交換樹脂と、遊離イオン性染料とを混合し、得たポリマーを濾別することによって、固定化染料を調製する。逆電荷の誘引力によって、染料を結合させる。アニオン染料ローズベンガルを結合させるのにアニオン交換樹脂ＩＲＡ−４００TM（フィラデルフィア、ロームアンドハース(Rohm & Haas)社製）が用いられている。この樹脂は、芳香環をクロロメチル化した後、塩素をトリメチルアミンで置換することによってトリメチルアンモニウム基を結合させた橋かけポリスチレン重合体である。
【０００３】
米国特許第４，３１５，９９８号明細書には、一重項酸素を生成するための、共有結合したポリマー固定化光増感性染料が開示されている。かかる好適なポリマーは、ジビニルベンゼンによって架橋されたクロロメチル化ポリスチレンである。
【０００４】
ポリマー固定化光増感剤は、十分な膨潤、若しくはポリマーマトリックスの物理的膨潤を生ずる溶媒中に配置する時、最適な作動をする。従来技術でのポリマー固定化光増感剤は、殆ど膨潤しないか、または、水不溶性有機溶媒の中に在る場合のみ膨潤するものであった。水中で、又は、水溶性有機溶媒中で膨潤するポリマー固定化光増感剤が必要となっていた。
【０００５】
米国特許第３，０６５，２７２号明細書には、ポリマーの調製に有用であると云われているビニルベンジルホスホニウムイオンのモノマーが開示されている。各種の有機、もしくは無機のアニオン性対イオンが記載されている。
【０００６】
米国特許第３，９５８，９９５号明細書には、ポリ（スチレン＋ビニルベンジルトリブチルホスホニウムクロリド＋ジビニルベンゼン）共重合体の調製が開示されている。ポリマーは、４９．５：４９．５：１．０の割合でモノマー単位を有している。
【０００７】
米国特許第４，０６９，０１７号明細書には、媒染剤組成物に有用なポリ（ビニルベンジルトリオクチルホスホニウムクロリド）重合体が開示されている。このポリマーは、ビリルビンの分析に用いられる。
【０００８】
欧州特許出願第３４８５３２Ａ号明細書には、ポリ（ビニルベンジルトリブチルホスホニウムクロリド＋ジビニルベンゼン）共重合体が開示されている。このポリマーは、架橋用に種々の百分率でジビニルベンゼン単位を含有している。
【０００９】
米国特許第５，４３１，８４５号明細書には、ローズベンガルが共有結合しているポリマーを含む水溶性のポリ（ビニルベンジルトリブチルホスホニウムクロリド）ポリマーが開示されている。このポリマーは、ポリビニルベンジルクロリドを、限られた量の該染料と反応した後、過剰のトリブチルホスフィンと反応させることによって調製された。この結果、このポリマーは、トリブチルホスホニウム基の代りに小割合単位のモノマーでのローズベンガル分子を含んだ、橋かけの無いポリ（ビニルベンジルトリブチルホスホニウムクロリド）を含むものである。
【００１０】
ポリビニルベンジルジエチルフェニルホスホニウム塩は、スチレンとのコポリマーとしてのみ、特許公報に開示されている（１９８８年１０月１１日、特開昭６３−２４３９６４号公報）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ポリビニルベンジルトリフェニルホスホニウム塩は、界面活性剤、相間移動触媒及び有機合成用試薬として使用されることが、文献で既知である。ポリビニルベンジルトリフェニルホスホニウム塩とアクリル酸、ブタジエン並びにジビニルベンゼンとのコポリマーが、既知である。上記のポリマー又はコポリマーで、化学ルミネセンス増強剤として使用されたものはない。これら重合体ホスホニウム塩に共有結合した蛍光剤については、一切報告されてはいない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、ポリマー固定化化合物を調製するのに有用な、ある種の合成ポリマーを開発した。このポリマーは、これに光増感性染料を固定化するのに用いられている。このポリマーは複数のホスホニウム又はアンモニウム陽イオン性の基を含有し、かつ、架橋され、ポリマーを通常の溶媒に不溶性とする。固定化化合物は、ポリマー主鎖への結合基によって共有結合するか、又は、ポリマー主鎖に共有結合しているカチオン性アンモニウム或いはホスホニウム基への静電的引力によって結合する。このポリマーとポリマー固定化化合物は、既知のポリマー支持体に比して、優れた性質を有している。本発明のポリマー支持光増感剤は、炭素−炭素二重結合を含有する化合物の光増感性酸化を接触作用するのに、極めて優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、優れたポリマー固定化化合物を調製するのに有用な、ある合成カチオンポリマーに関する。特に、このポリマーは、光増感性染料を該ポリマーに対し固定化するのに有用である。好適なポリマー固定化化合物は、架橋ポリマー主鎖と、該ポリマー主鎖に共有結合した複数のカチオン性アンモニウム又はホスホニウム基と、光増感剤分子とを含む。好適なポリマー固定化光増感剤は、複数の光増感剤の基、好ましくはアニオン性光増感剤と複数のカチオン性基＋ＱＲ３とが結合している架橋ポリマー主鎖を含み、ここで、Ｑはリン及び窒素から選択され、Ｒはいずれも相互に無関係で、直鎖、分枝又は環式の、１〜約２０個の炭素原子を有するアルキル基か、又は、アリールアルキル基であり、基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計数は４以上である。結合基による共有結合で、又はカチオン性４級アンモニウム基又はホスホニウム基への誘引力により静電気的に、固定化光増感剤、又は他の化合物を、ポリマー主鎖へ結合することができる。本発明のポリマー固定化光増感剤において、第４級の基＋ＱＲ３は、ポリマー主鎖に共有結合しているか、又は、共有結合したアニオン性光増感剤の基への誘引力によって、静電気的に結合している。ポリマーは、架橋されて、ポリマーを通常の溶媒に不溶とするに充分な割合の架橋モノマー単位を有する。該ポリマー及びポリマー固定化化合物は、既知のポリマー支持体及びポリマー固定化化合物と比較して、所期の分野に応用した時、優れた性能を有する。本発明のポリマーの顕著な特徴は、第４級アンモニウム、あるいは、ホスホニウム基が、３よりも大きい結合置換基を除いて、３置換基上に合計炭素数の平均値を含有するということである。本発明のポリマー支持光増感剤は、炭素−炭素二重結合を含有する化合物の光増感性酸化の触媒として働くことにおいて極めて優れている。
【００１４】
ポリマー固定化化合物及びポリマー固定化光増感剤の調製用の出発物質として有用な不溶性前駆体ポリマー担持体には、任意に数個の異る架橋ポリマー主鎖を含むことができる。例示ポリマーが、アニオン交換樹脂に関する欧州特許第３４８５３２号公報及び欧州特許第６６３４０９号公報に開示されており、下記の一般式、
2005503315.tif 000003
で表わされ、ここで、ポリマー鎖のうちの２個の炭素原子と共にＡ、Ｂ、Ｃはいずれも、ポリマーを含む異る３種類の可能なエチレン性不飽和モノマー単位を表わす。ポリマー鎖は、図示された−ＣＨ２−ＣＨ２−基に限定されるものではなく、アルキル基、特にメチル基で置換された鎖状分子を含むものと解すべきである。Ｂ及びＣはいずれも結合か、又は、好ましくはアルキレン、アリーレン、アリールアルキレン、カルボキシル−ＣＯＯ−、オキシカルボニル、−ＯＣ（＝Ｏ）−及びカルボキシアミド−Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ−から選択される２価の結合基である。Ａは好ましくは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル、アリール、アリールアルキル、カルボキシルエステル−ＣＯＯＲ、オキシカルボニル、−ＯＣ（＝Ｏ）Ｒ及びカルボキシアミド−Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ２から選択される１価の基である。記号ｍ、ｎ、ｐは、ポリマーを含む各モノマー単位のモル分率を表わし、即ち合計ｍ＋ｎ＋ｐ＝１である。橋かけ結合（ｐ）の量は、主として０．０１〜約０．１であり、換言すれば１〜１０モル％である。分率ｍは０〜約０．９５であり、０でない場合は通常約０．５〜０．９５である。分率ｎは約０．０５〜約０．９５であり、ｍが０でない場合には、約０．０５〜約０．５である。基Ｘは、求核置換反応に於て置換され得る反応性脱離基である。好適なＸ基は、ハロゲン原子及びスルホネートエステルである。
【００１５】
ポリマー固定化光増感剤調製用前駆体ポリマーの好適な基は、Ａがフェニル基、Ｂがベンジル基、Ｃがｐ−フェニレン基であるポリマーから成るものであり、下記式、
2005503315.tif 000004
で表わされ、ここで、橋かけ結合（ｐ）の量は、約０．１〜約０．０１であり、ｍは約０．７５〜約０．９５、ｎは約０．０５〜約０．２５で、基Ｘはハロゲン原子である。この型の種類のポリマーは、市販されていて、その１例は、メリフィールド樹脂（Merrifield's  resin）と呼ばれるポリマーである。
【００１６】
前駆体ポリマーと、式ＱＲ３の少くとも１種のアミン又はホスフィンとの反応は、若干の反応性基が４級アンモニウム又はホスホニウム＋ＱＲ３Ｘ−に転化して、カチオン性ポリマーを生成する。置換の程度は、代表的には最大理論値の５０％以上であり、多くの場合、７５％以上である。好適なポリマー固定化光増感剤は、Ｘ基を実質上完全に置換することによって調製され、下記式、
2005503315.tif 000005
で表わすことのできるポリマーを得、ここで、Ｑはリン及び窒素から選択され、Ｒはいずれも１〜約２０個の炭素を有する直鎖か、分枝又は環式のアルキル基、若しくは、アリールアルキル基である。基ＱＲ３中の炭素原子の平均合計個数は４〜約４０個であるが、より好ましくは約１２〜約３０個の炭素原子である。ある実施形態では、基ＱＲ３は全て同一である。他の実施形態では２種以上の異なるＱＲ３基が、ポリマー内に内在している。代表的にはＱに結合する３個のＲ基は全て同一で、例えば、トリブチルアンモニウム、又は、トリブチルホスホニウム基であるが、同様にこれらは異っていることもできる。好適な化合物ＱＲ３はトリアルキルアミン又はトリアルキルホスフィンである。対イオンＸは、前駆体ポリマーから誘導され、好ましくは、ハライド、例えば、クロリド、ブロミド又はヨーディドか、あるいは、スルホネート、例えば、ｐ−トルエンスルホネート、メタンスルホネート又はトリフルオロメタンスルホネートである。反応性の基の置換が事実上完結する好適なカチオン性ポリマーは、下記式、
2005503315.tif 000006
で表わされ、ここで、Ｑ、Ｒ、Ｘ、Ｍ、Ｎ及びｐは、上述のとおりである。
【００１７】
ポリマー固定化光増感剤の一部類は、カチオン性ポリマーと、少くとも１個の陰電荷を有するアニオン性光増感剤との反応によって調製され、即ち、増感剤Ｓｅｎｓ−と、アニオンＸ−とのイオン交換によって光増感剤がポリマーに結合、固定化され、ポリマー固定化光増感剤が生成する。イオン交換工程で、ポリマーと結合していたアニオンは、実質的に対イオンとしての増感剤を含有する形態に転化されるが、初期のアニオンも幾らか含有することができる。置換の程度は、代表的には最大理論値の５０％以上であり、通常７５％以上である。一重項酸素の光増感性生成に好適な光増感剤は、当業界では既知である。米国特許第４，１０４，２０４号明細書及び第４，３１５，９９８号明細書には、例えば、数例の光増感剤として、ローズベンガル、エオシンＹ、アリザリン・レッドＳ、コンゴーレッド、及びオレンジＧが開示されている。また、有用なものは、フルオレセイン染料、ローダミン染料、エリトロシンＢ、クロロフィリン３ナトリウム塩、ヘミン塩、ヘマトポルフィリン、メチレンブルー、クリスタルバイオレット及びマラカイトグリーンである。
【００１８】
本発明の一実施態様におけるポリマー固定化増感剤は、下記式、
2005503315.tif 000007
で表わされ、ここで、ｍ、ｎ、ｐ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｑ及びＲは上記の通りであり、Ｓｅｎｓは増感剤部分を表わす。−ＣＨ２ＣＨ２−基として記載されている上記ポリマー鎖は、アルキル基、特にメチル基で置換され得る。
【００１９】
好適なポリマー固定化増感剤の一部類は、下記の式、
2005503315.tif 000008
で表わされ、ここで、ｍ、ｎ、ｐ、Ｑ、Ｒ及びＳｅｎｓは上記の通りである。
【００２０】
好適なポリマー固定化光増感剤は、光増感剤を溶媒に溶解し、ポリマーと溶液を合体させることによって調製する。短時間混合後、ポリマーを濾過し、新規溶媒にて洗浄する。好適な溶媒は、水、低級アルコール及びこれらの混合物であるが、光増感剤が溶解する任意の溶媒であってもよい。
【００２１】
特に、上述の方法によって調製され、本発明において有用なポリマー固定化光増感剤の好適な一群は、下記式、
2005503315.tif 000009
で表わされる。かかる好適な群中のポリマーは、Ｒ基として４個以上の炭素原子を有するアルキル基を含有し、ｍは約０．７５〜約０．９５、ｎは約０．０５〜約０．１５で、ｐは、約０．０１〜約０．１である。示す如く、増感剤ローズベンガルが、ホスホニウム基の対イオンである。
【００２２】
他の実施形態においては、ポリマー固定化増感剤が、ホスホニウム又はアンモニウム基を結合し、光増感剤分子を共有結合しているポリマー主鎖を含む。この種のポリマー固定化増感剤は、下記式、
2005503315.tif 000010
2005503315.tif 000011
で例示され、ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｑ、Ｒ、Ｘ及びＳｅｎｓは、上述の通りであり、ｌ、ｍ、ｎ、ｐは、ポリマーを含む各モノマー単位のモル分率を表わし、合計ｌ＋ｍ＋ｎ＋ｐ＝１である。架橋（ｐ）の量は、代表的には、０．０１〜約０．１、即ち、１〜１０モル％である。分率ｍは、０〜約０．９５で、０でない場合には、通常０．５〜０．９５である。分率ｌ及びｎは、いずれも約０．０５〜約０．９５であり、ｍが０でない場合には、いずれも約０．０５〜約０．５である。
【００２３】
この種のポリマー固定化増感剤は、補助的脱離基をＱＲ３で置換し、それによって第４級アンモニウム又はホスホニウム基＋ＱＲ３Ｘ−を生成するため、脱離基の一部と、少くとも１種のアミン又はホスフィン化合物ＱＲ３との溶媒中での置換によって、ポリマーへの光増感剤の共有結合を達成するに充分な時間と温度で、溶媒中、前駆体ポリマーと、規定限度量の光増感剤とを反応させることによって調製する。ホスフィン又はアミンでの置換度は、代表的には利用可能反応基の５０％以上、通常は更に７５％以上である。反応性脱離基と増感剤及びホスフィン又はアミンとの置換は、同時にか、又は、いずれかの順序で連続して行ない得る。一実施形態においては、前駆体ポリマーが第一に光増感剤の限られた量と反応し、次いでアミン又はホスフィンと反応する。この類例の好適ポリマーにおいては、光増感剤の共有結合の後に残留しているＸ基は、実質的に、完全に４級アンモニウム又はホスホニウム基に転化される。光増感剤分子が、最初の工程で共有結合している反応性基の分率は、有効反応性基の約０．０１％〜約５０％、好ましくは０．１％〜約２０％である。
【００２４】
ポリマー固定化光増感剤は、任意の好宜な物理的形態を有することができる。一般的に、ポリマーが単位重量当り、大きい表面積を有することが望ましい。このため、ポリマーは、微小粒子、一般に約０．２ｍｍ未満の直径の形状で用いるのが好適である。ある分野では、ポリマーをシート又はフィルム、あるいは大粒径の粒子若しくはビーズの形態とすることもできる。
【００２５】
本発明の別な面は、ポリマー固定化増感剤を、光増感剤によって吸収される可視光の存在下で、上述の任意のポリマー固定化光増感剤を酸素と反応させることによって、一重項酸素を発生させる方法に用いることである。可視光での染料増感による、一重項分子状酸素（１Ｏ２）の光化学的発生は、広く知られており、有機化学製造法に応用される。ポリマー固定化光増感剤の使用は、反応物からの増感剤の離脱が容易であり、反応生成物の回収と精製を簡素化する。しかし、反応の不均一性は、均一な光増感性酸化の速度に比して反応速度を遅くし得る。本発明の優れたポリマー固定化増感剤触媒により、この欠点が修正される。
【００２６】
本発明のポリマー固定化光増感剤が有用であるとされる製造反応の型は、業界では既知である。この反応型の代表的な例は、例えば、「Singlet Oxygen」、H.H. Wasserman及びR.W.Murray著、Academic Press、ニューヨーク、１９７９年、６〜１２章、に記載されている。これらの反応には、電子過剰アルケン、例えば、ビニルエーテル、ビニルサルファイド及びエナミンと、一重項酸素との１，２−付加環化で、各ジオキセタン誘導体を生成し、他の非活性アルケンとのエン反応で、アリルヒドロペルオキシドを生成し、一重項酸素と、環状及びヘテロ環ジエンを含むジエンとの４＋２付加環化で６員環エンドペルオキシドを生成し、サルファイドの酸化でスルホキシド及びスルホンを生成し、ヘテロ環化合物の反応でエポキシドを生成するもの、などの反応がある。
【００２７】
ある種のビニルエーテル化合物の光増感性酸化で、２＋２付加環化反応による、安定な１，２−ジオキセタン化合物の調製が見られる。代表的なビニルエーテルと、対応するジオキセタン生成物とは、例えば、米国特許第４，８５７，６５２号、第５，１３２，２０４号、第５，２４８，６１８号、第５，４３８，１４６号、第５，５７８，２５３号、第５，６０３，８６８号、第５，６９８，７２７号、第５，７１２，１０６号、第５，７３１，４４５号、第５７，７０，７４３号、第５，７７３，６２８号、第５，９２９，２５４号、第５，９８１，７６８号、第６，１３３，４５９号明細書、及びＰＣＴ特許第ＷＯ００／１４０９２号公報に開示されている。米国特許第５，９３６，１０１号明細書に開示されている如く、ある種のビニルスルフィド化合物の光増感性酸化で、２＋２付加環化反応による、イオウ置換、１，２−ジオキセタン化合物の調製が見られる。
【００２８】
別の観点から云えば、本発明は、一重項酸素の発生による光増感性酸化を実施する優れた方法に関する。この方法は、上述の如く、酸化可能化合物と、ポリマー固定化光増感剤とを、溶剤中で混合し、反応混合物に酸素を供給し、混合物に光を照射して、酸化可能化合物との反応のための一重項酸素を生成させる方法を包含するものである。
【００２９】
本発明方法の実施に有用な光源は、光増感剤によって吸収され、それを電子励起状態に励起させ得る光を放射する任意の光源又は装置を包含する。光増感剤は、紫外部及び可視波長の光によって励起されるので、光源は、その光の大部分又は全部が、このスペクトル範囲にあるものでなければならない。白熱光、蛍光燈、水銀ランプ、ナトリウムランプ、レーザー光、ダイオード放射光及び日射光は全て利用可能な光源である。
【００３０】
本発明の多くの用途においては、酸化可能化合物と接触する光の波長範囲を制限、即ちフィルターすることが望ましい。多くの型の化合物で、酸素との反応を伴わない豊富なエネルギーを持つ光によって、望ましくない光化学反応を生じるおそれがある。かかる副反応を避けるため、使用光源をかかる波長で放射してはならないか、若しくは、単色光分光装置により、又は、光学的フィルターの使用によって当該波長を除外しなければならない。一般に約４００ｎｍより小さい波長を有する紫外光を除外することが望ましい。好適光源は、黄色領域スペクトルが強力に放射されるナトリウム蒸気ランプである。紫外光を透過させない光学的フィルターを、ナトリウム蒸気ランプと反応混合物との間に配置して、その波長が酸化可能化合物に到達することを防ぐことは有利なことである。デュポン社（du Pont）からの、商品名カプトン（KAPTON）として市販されているポリイミドポリマーシートから、簡便な光学的フィルターを調製できる。
【００３１】
所要の分子状酸素は、通常、溶媒中に溶存する酸素であるか、若しくは、空気又は酸素氣流を反応混合物に連続的に供給することにより、補給できる。後者の技法は、反応の間、酸素の枯渇が防げる。酸素又は空気の流入により、ポリマー固定化光増感剤が粒状の場合に、懸濁させておくための補助的撹拌が得られる。
【００３２】
本発明の光増感性酸化方法は、任意の好便な温度で実施できる。光源から生成する熱による無用な反応混合物の加温を回避するため、冷却が用いられることも多い。例えば、反応物を簡便に氷冷浴に導入することができる。不安定な生成物を製造する場合のような用途においては、より低温の反応温度を維持することが望ましく、あるいは必要でもある。これらの場合には、反応槽を、ドライアイス冷却浴又は液体アンモニア浴、若しくは、他の既知の冷却法によって冷却できる。
【００３３】
酸化可能な化合物を溶解する、任意の好便な溶媒中で、本発明の光増感性酸化方法を実施できる。有用な溶媒には、水、アルコール、例えばメタノール、エタノール、２−プロパノールなどであり、アセトン及び２−ブタノンのようなケトン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン及びｐ−ジオキサンなどのエーテル、メチレンクロリド、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族溶媒、脂肪族炭化水素、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキサイドなどの極性非プロトン性溶媒がある。
【００３４】
本発明方法に用いるポリマー固定化光増感剤の重要かつ予想外の特徴は、反応溶媒中に浸漬した場合の、膨潤する能力である。本方法に用いるポリマーは、従来のポリマーより実際上大幅に膨潤することが観察される。ポリマー粒子の膨潤は、内部細孔の直径及び割れ目を増加することが期待されるので、この現象は粒子の比表面積の増加によって、固定化光増感剤分子への反応物の侵入を向上させると推測できる。あるいはまた、細孔の大きさ又は細孔の形状、若しくはその両者の変化により、微視的規模での相互接近における反応物の局在的高濃度形成を助長できる。
【００３５】
一重項酸素の他の用途としては、有害な又は病原性の微生物のレベルを低減する際の殺菌剤として廃水処理に、生物医学的製品の処理としてビールスの不活性化に、及び光力学的癌治療法に、使用することが知られている。従って、本発明のポリマー固定化光増感剤は、上記に明記したもの、本明細書に引用文献として記載したもの以外の応用分野でも、有用であることが分かる。
【実施例】
【００３６】
実施例１．トリブチルホスホニウム置換ポリマーの合成。
メリフィールドのペプチド樹脂（オールドリッチ（Aldrich）、１．１ｍｅｑ／ｇのＣｌ）５０．１ｇを、１３２．３ｇのトリ−ｎ−ブチルホスフィンと、２５０ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２中、アルゴン気流下で１週間撹拌した。スラリーを濾過し、ビーズを１．５ＬのＣＨ２Ｃｌ２で洗浄した。生成物を空気中で、次いで真空で乾燥し、６１．９ｇのトリブチルホスホニウム・クロリド置換ポリマーを製造した。
【００３７】
ローズベンガル（２０．３ｇ）を、１５０ｍＬのメタノールに溶解し、トリブチルホスホニウムクロリド置換ポリマービーズ（１３．３ｇ）を溶液に添加した。アルゴン気流下で混合物を撹拌後、スラリーを濾過し、ビーズを５×２００ｍＬのメタノールで洗浄した。生成物を空気中で乾燥し、１７．２ｇのローズベンガル・ポリマーを製造した。
【００３８】
（[註]メリフィールド樹脂中１．１ｍｅｑ／ｇのクロリド分析値は、８〜９モノマー単位ごとから１モノマーがクロロメチル化されている計算である。）
【００３９】
実施例２．トリブチルアンモニウム置換ポリマーの合成。
メリフィールドのペプチド樹脂２５．１ｇ（オールドリッチ、１．４３ｍｅｑ／ｇのＣｌ）を、２５．５ｇ(３．９ｅｑ)のトリ−ｎ−ブチルアミンと、１５０ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２中、８日間撹拌した。スラリーを濾過し、ビーズを２×２５０ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２で洗浄した。生成物を空気中で、次いで真空で乾燥し、トリブチルアンモニウム・クロリド置換ポリマーを製造した。
【００４０】
ローズベンガル（１７．４５ｇ、１７．１５モル）を１５０ｍＬのメタノールに溶解し、トリブチルアンモニウムクロリド置換ポリマービーズ（１０．０ｇ、１１．３ｍｅｑ）を溶液に添加した。混合物を一夜撹拌し、スラリーを濾過し、ビーズを洗浄液が無色となるまでメタノールで洗浄した。生成物を空気中で乾燥し、１２．８５ｇのローズベンガル・ポリマーを製造した。
【００４１】
実施例３．トリオクチルホスホニウム置換ポリマーの合成。
メリフィールドのペプチド樹脂（オールドリッチ、１．１ｍｅｑ／ｇのＣｌ）２０．０ｇを、９２．４ｇのトリ−ｎ−オクチルホスフィンと、１００ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２と、１００ｍＬの乾燥ＤＭＦとの溶液中、アルゴン気流下で攪拌した。スラリーを濾過し、ビーズを３×２００ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２で洗浄した。生成物を空気中で、次いで真空で乾燥し、２１．２ｇのトリオクチルホスホニウム・クロリド置換ポリマーを製造した。
【００４２】
ローズベンガル（１．４１ｇ)を、１５ｍＬのメタノールに溶解した。３ｍＬのメタノールに懸濁したトリオクチルホスホニウムクロリド置換ポリマービーズ（１．０ｇ)を、溶液に添加した。混合物を２時間、超音波処理後、スラリーを濾過し、ビーズを水で、次いでメタノールで洗液が無色になるまで繰返し洗浄した。生成物を空気中で乾燥し、１．０４ｇのローズベンガル・ポリマーを製造した。
【００４３】
実施例４．ビニルエーテルの光増感性酸化。
水溶性ホスフェート保護ビニルエーテル化合物の光増感性酸化に、実施例１に記載の如く調製したポリマー固定化ローズベンガルポリマービーズを用いて、ジオキセタン、ルミゲンＰＰＤを製造した。
2005503315.tif 000012
メタノール８ｍＬ中、［（３−ホスホリルオキシフェニル）−メトキシメチレン］アダマンタンの２ナトリウム塩（０．４０ｇ)と、４０ｍｇのローズベンガルポリマーとを、氷浴にて冷却し、連続的酸素起泡下、０．００５”カプトン・フィルターを介して、４００Ｗナトリウムランプで放射した。サンプルを５分間毎に取り、１／２００に希釈し、ＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）によって出発物質ビニルエーテルの消費速度を測定した。分離をバリアン・ミクロソルブ（Varian Microsorb）−ＭＶ４．６×１５０ｍｍＣ１８カラムで行った。流動相は、１０ミリモル・水酸化アンモン含有のＨ２Ｏ／ＣＨ３ＯＨ（７０／３０）で、毎分１．０ｍＬでポンプ輸送した。ピーク溶離を、２７５ｎｍでの吸収によって検出した。ビニルエーテル相当のピークは４．６分に溶離し、一方ジオキセタン生成物相当のピーク溶離は２．６分であった。
【００４４】
実施例５．共有結合ローズベンガルによるトリブチルホスホニウム置換ポリマーの合成。
メリフィールドのペプチド樹脂（オールドリッチ、１．１ｍｅｑ／ｇのＣｌ）２４．５２ｇを、ローズベンガル（１．９８ｇ)と、２００ｍＬのＤＭＦ中でスラリー化し、アルゴン気流下、６０℃で９６時間加熱した。スラリーを濾過し、ビーズを４×２００ｍＬのメタノールで洗浄した。生成物を空気中で、次いで、真空で乾燥し、２５．３ｇのローズベンガル置換ポリマーを製造した。使用染料の量は、有効な反応性の基の５％に相当する。
【００４５】
トリ−ｎ−ブチルホスフィン（５６．４３ｇ)を、２５０ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２に溶解し、上記に調製したローズベンガル置換ポリマービーズ（２４．４６ｇ)を溶液に添加した。アルゴン気流下で混合物を攪拌後、スラリーを濾過し、ビーズを３×２５０ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２で洗浄した。生成物を空気中で乾燥し、３２．５６ｇのポリマーを製造した。
【００４６】
本実施例に従い、第一工程で反応するローズベンガルの量を、有効な反応基の２０％、１％、０．１％に相当する量に調整して、種々の量の増感性染料での類似ポリマーを調製した。
【００４７】
実施例６．既知のポリマー光増感剤を用いた光増感性酸化の比較。
ビニルエーテル・ルミゲンＰＰＡの光酸化について、実施例１、２、３のポリマー固定化増感剤を、ローズベンガルを固定化してあるアニオン交換樹脂（コントロール）と比較した。後者のポリマーを、米国特許第４，１０４，２０４号明細書の記載通りに調製し、これはトリメチルアンモニウム源の基を含有する。図１は、実施例１のポリマーと、コントロールとの反応の経時変化を示すものである。
【００４８】
表１．光酸化速度の比較
ビニルエーテル・ピーク面積
時間 実施例１ 実施例２ 実施例３ コントロール
（分）
０    １３３９１４  １１７５７５  １３４９２１  １３３９１４
５      ６６８７６    ２９５２０    ６８７８４    ９０４６６
１０    ３２７１５      １５２２    ３６８７５    ６９０９９
１５            ０            ０    １３２２４    ５９４７２
２０                                  ４９１７    ４７０４８
２５                                  １８１７    ３６６０１
３０                                    ６１７    ２２７８３
【００４９】
実施例１、２、３のポリマーとビニルエーテルとの反応速度は、コントロールの反応より、事実上高いことが分かる。時間節約に加えて、他の利点は、ジオキセタン生成物の分解が無いことである。この反応の照射時間の延長により、ジオキセタンが分解され、ジオキセタン環の解裂で得られる生成物を生じる。
【００５０】
実施例７．
無極性溶媒中での非水溶性ビニルエーテル化合物の光増感性酸化に、実施例1に記載の如く調製したポリマー固定化ローズベンガルポリマーを用いた。
2005503315.tif 000013
メチレンクロリド７ｍＬ中、［（３−ｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリルオキシフェニル）メトキシメチレン］アダマンタン（０．１０ｇ)と、４０ｍｇの実施例１のローズベンガルポリマーとを、ドライアイス浴にて−７８℃に冷却し、連続的酸素起泡下、０．００５”カプトン・フィルターを介して、４００Ｗナトリウムランプで照射した。サンプルを２６分後に取り、エバポレートし、ＣＤＣｌ３に再溶解させ、１Ｈ  ＮＭＲ分析を行なった。スペクトル分析により、ビニルエーテルは完全にジオキセタンに転化したことが示された。
【００５１】
実施例８．
４種のポリマー固定化増感剤サンプルを、メタノール溶液中に懸濁滞留するポリマーの能力の比較試験にて評価した。この能力は、ポリマー粒子の膨潤程度及び／又は光増感剤としての有効性を反映し得るものと考えられる。比較した４種のポリマーは、
Ａ−実施例６のトリメチルアンモニウムポリマー
Ｂ−実施例１のトリブチルホスホニウムポリマー
Ｃ−実施例３のトリオクチルホスホニウムポリマー
Ｄ−実施例５のトリブチルホスホニウムポリマー
磁気撹拌機停止後の攪拌混合物の蛍光減少速度を測定することによって、各ポリマー懸濁液の沈降時間を測定した。４ｍＬのポリメタクリレートのキュベットに、３．０ｍＬのメタノールと２５ｍｇのポリマーを仕込み、磁気攪拌子を設置した。キュベットを、スペックスフルオロマックス−３（Spex FluoroMax−３）分光光度計のサンプル室に設置し、攪拌機を最大速度にセットした。５３０ｎｍの励起波長で、４ｎｍの帯域スリット（bandpass  slit）を用いて６４０ｎｍの発光波長により蛍光を追跡した。蛍光強度を攪拌機が停止した時点から１秒間隔で測定した。
【００５２】
ポリマーＡは、このポリマーの急速な沈降を反映して、攪拌が終るとすぐに、殆ど即時と云って良いほどに、蛍光の急速な低下を示した（図２）。本発明のポリマーＢ〜Ｄは、極めて長い沈降時間を示すか、又は、一部ポリマーが安定な懸濁液であることを示すか、あるいは、その両者の挙動を示した。
【００５３】
実施例９．
下記式、
2005503315.tif 000014
に示す、水溶性ホスフェート保護ビニルエーテル化合物の光増感性酸化において、実施例５に記載の如く調製したポリマー固定化ローズベンガルビーズを用いて、ジオキセタンを製造した。
メタノール９ｍＬ中、２，２−ジイソプロピル−１−メトキシ−１（３−ホスホリルオキシフェニル）エテンの２ナトリウム塩（０．２０ｇ）と、４４．６ｍｇの実施例５のローズベンガルポリマーとを、氷浴にて冷却し、連続的酸素起泡下、０．００５”カプトン・フィルターを介して、４００Ｗナトリウムランプで照射した。サンプルを１５分後に取り出し、１Ｈ  ＮＭＲによって分析した。出発物ビニルエーテルは、完全にジオキセタンに転化していた。
【００５４】
上記に対し、米国特許第５，５７８，２５３号明細書には、可溶性増感剤を用いる該ビニルエーテルの光酸化は、１．５時間を要し、かつ、高価な溶媒Ｄ２Ｏの使用を必要とする旨報告されている。他の反応条件では、極めて長い反応時間がかかると、報告されている。
【００５５】
実施例１０．既知のポリマー光増感剤を用いての光増感性酸化の比較。
ローズベンガルにより数字上２０％、５％及１％置換された活性官能基を含有する実施例５のポリマー固定化増感剤３種を、実施例６に記載した如く、ビニルエーテル・ルミゲンＰＰＡの光酸化について、トリメチルアンモニウムポリマー（コントロール）と比較した。
【００５６】
表２．光酸化速度の比較
ビニルエーテル・ピーク面積
時間 「２０％」 「５％」 「１％」 コントロール
（分）
０      １１７５７５  １４０５５２  １１７５７５  １３３９１４
５        ５０９０５    １２７７４    ７４４６６    ９０４６６
１０      １０３８６      １２６１    ３６２６８    ６９０９９
１５              ０            ０      ２３１９    ５９４７２
２０                                          ０    ４７０４８
２５                                                ３６６０１
３０                                                ２２７８３
【００５７】
コントロールのポリマー固定化増感剤に比して、本発明の各ポリマーは、光酸化が非常に早く進行することが分かる。
【００５８】
上記実施例は、本発明の説明のために記載されたものであり、本発明がこの記載に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】光増感剤として、本発明のポリマー固定化染料で、トリブチルホスホニウム基を有するもの、又は、トリメチルアンモニウム基を有するポリマー固定化染料を用いて、試験ビニルエーテル化合物の光増感性酸化の相対速度を座標上に描いたグラフである。
【図２】４種ポリマーそれぞれの懸濁液沈降時間を、磁気撹拌機停止後の撹拌混合物について、蛍光減少速度を測定して、座標上に描いたグラフである。比較した４種のポリマーは：Ａ−実施例６のトリメチルアンモニウムポリマー、Ｂ−実施例１のトリブチルホスホニウムポリマー、Ｃ−実施例３のトリオクチルホスホニウムポリマー、Ｄ−実施例５のトリブチルホスホニウムポリマーである。撹拌停止点から１秒間隔で５３０ｎｍでの励起を以て６４０ｎｍにおける蛍光を測定した。
【図１】
2005503315.tif 000018
【図２】
2005503315.tif 000019
【国際公開パンフレット】
2005503315.tif 000020
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【国際調査報告】
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