ЦИКЛИЧЕСКИЕ КАРБОНИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ С БОКОВЫМИ ПЕНТАФТОРФЕНИЛКАРБОНАТНЫМИ ГРУППАМИ, ИХ ПОЛУЧЕНИЕ И ПОЛУЧАЕМЫЕ ИЗ НИХ ПОЛИМЕРЫ
CYCLIC CARBONYL COMPOUNDS HAVING PENTAFLUOROPHENYL CARBONATE SIDE GROUPS, PRODUCTION THEREOF AND POLYMERS MADE THEREFROM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к циклическим карбонильным соединениям, предназначенным для полимеризации с раскрытием цикла, и к способам их получения. Кроме того, настоящее изобретение также относится к получению из них полимеров, которые можно ввести в последующую реакцию с получением функционализированных полимерных материалов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обычно структурное разнообразие циклических карбонильных соединений, предназначенных для полимеризации с раскрытием цикла (ПРЦ) значительно меньше, чем количество соединений, доступных для регулируемой радикальной полимеризации (РРП). Однако по мере того, как увеличивается эффективность и простота использования органических катализаторов, проводят поиск все большего количества ПРЦ соединений для получения микроструктур полимера, характерных для методик ПРЦ.
Начальные попытки использования замещенных лактонов в качестве мономеров для ПРЦ были затруднены чувствительностью органических катализаторов к стерическим препятствиям объемных замещающих групп, в особенности находящихся в альфа-положении. Поскольку альфа-положение циклических сложных эфиров является единственным, способным в реакции замещения, этот подход выявил лишь ограниченное количество подходящих соединений. Тот факт, что триметиленкарбонат (ТМК) эффективно полимеризовали с помощью органических катализаторов, таких как тиомочевина/1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен (ТМ/ДБУ) или 1,5,7-триазабицикло[4.4.0]дец-5-ен (ТБД), был обнадеживающим по двум причинам: во-первых, соединения типа ТМК можно получить из легко доступных 1,3-диолов, и, во-вторых, можно выбрать такие 1,3-диолы, которые содержат заместители только в положении 2, которое становится положением 5 в циклическом карбонате, где заместители не оказывают стерического мешающего влияния на полимеризацию с раскрытием цикла.
Ранее получен целый ряд циклических карбонатов, которые полимеризовали по обычным методикам анионной или металлоорганической ПРЦ. Чрезмерно объемные заместители (например, 2,2-дифенил) в 1,3-диоле могут сделать раскрытие цикла соответствующего циклического карбоната термодинамически неблагоприятным. Таким образом, усилия были сосредоточены на соединениях, полученных из 2,2-бис(метилол)пропионовой кислоты (bisMPA), общим структурным блоком для биологически совместимых дендримеров. Например, циклические карбонаты, содержащие целый ряд различных функциональных групп, присоединенных к карбоксилатному фрагменту, получены из bisMPA (Pratt et al. Chem Comm. 2008, 114-116), схема 1.
Схема 1.
где X обозначает O, NH, NR' или S, и R' и R обычно обозначают группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода. Группа -COXR может, например, представлять собой сложноэфирную, амидную, или сложную тиоэфирную группу, полученную из bisMPA карбоновой кислоты.
Циклическая карбоновая кислота, МТСОН,
,
обеспечивает получение различных функционализированных карбонат соединений для ПРЦ, аналогично (мет)акриловой кислоте для РРП. Например, реакция спирта или амина с (мет)акриловой кислотой (или (мет)акрилоилхлоридом) дает (мет)акрилат или (мет)акриламид для РРП. Аналогичным образом, реакция произвольного спирта или амина с МТСОН (или с хлорангидрид кислоты) может дать сложный эфир циклического карбоната или амид циклического карбоната для ПРЦ.
Однако в литературе описаны лишь несколько циклических сложных эфиров, содержащих боковые карбонатные или карбаматные группы. Например, циклический карбонат, содержащий хлорформиатную боковую группу, MTCOCOCl, можно синтезировать из трис(гидроксиметил)этана (ТМЭ) (схема 2).
Схема 2.
Последующее замещение ацилхлорида может дать функционализированные карбонаты; однако промежуточный хлорформиат характеризуется известными ограничениями, свойственными хлорангидриду кислоты (чувствительность к воде, выделение корродирующего газообразного хлорида водорода, затруднения при хранении и транспортировке). Кроме того, этот путь синтеза является трудоемким и требует много ресурсов, большого количества растворителя и реагентов и неблагоприятным с экологической точки зрения.
Поэтому сохраняется необходимость в улучшенных способах синтеза циклических сложных эфиров, содержащих боковые карбонатные или карбаматные группы.
Биологически разлагающиеся полимеры представляют интерес для использования в различных случаях, включая доставку лекарственных средств/направленную терапию, применение в качестве визуализирующих средств и в тканевой инженерии. Двумя самыми распространенными методологиями синтеза биологически разлагающихся полимеров являются полимеризация с раскрытием цикла (ПРЦ) циклических сложных эфиров (например, лактонов) и циклических карбонатов с получением сложных полиэфиров и поликарбонатов соответственно, проиллюстрированные на схеме 3.
Схема 3.
Циклические сложные эфиры
Циклические карбонаты
1
2
где R и R обычно обозначают водород или короткоцепочечный одновалентный углеводородный заместитель и n равно от 1 до 5. Установлено, что, как класс биологически разлагающихся полимеров, поликарбонаты обычно I характеризуются значительно увеличенными скоростями биологического разложения в организме человека по сравнению со сложными полиэфирами.
Описаны многочисленные полимеры на основе МТСОН, содержащие различные боковые цепочечные группы. В эти полимеры боковые цепочечные группы можно включить до полимеризации посредством синтеза функционализированного мономера. Альтернативно, циклические карбонатные мономеры на основе содержащего защитную группу варианта МТС-ОН (обычно указывают бензильный сложный эфир) можно полимеризовать и необходимые замещающие группы добить к полимеру путем проводимой после полимеризации модификации (как показано на схеме 4). Эта проводимая после полимеризации модификация обычно включает удаление защитной группы с последующим сочетанием новой замещающей группы с группой карбоновой кислоты путем образования сложноэфирной связи, амидной связи и т.п.
Схема 4.
Однако вследствие ограничений известного уровня техники известны лишь немногие полимеры, содержащие замещающие, присоединенные с помощью карбонатных, карбаматных или других таких связей боковых цепей. Необходим более универсальный и прямой путь получения ПРЦ полимеров, содержащих функционализированные боковые цепочечные группы, в частности, поликарбонатов, содержащих реакционно-способные карбонатные боковые цепочечные группы. Реакционно-способные карбонатные боковые цепочечные группы обеспечивают прямую функционализацию ПРЦ полимера.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к композиции, содержащей: первое циклическое карбонильное соединение общей формулы (2):
;
в которой каждый Y обозначает двухвалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей -O-, -S-, -N(H)- или -N(Q'')-, где каждая группа Q'' представляет собой одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы Q'' замещены пентафторфенилкарбонатной группой, n' равно 0 или является целым числом, равным от 1 до 10, где, если n' равно 0, то атомы углерода с номерами 4 и 6 связаны друг с другом одинарной связью, каждая группа Q' представляет собой одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей водород, галогениды, пентафторфенилкарбонатную группу, алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкоксигруппы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы Q'' замещены пентафторфенилкарбонатпой группой, и где одна или большее количество групп Q' и/или Q'' представляют собой пентафторфенилкарбонатную группу.
Настоящее изобретение также относится к композиции, содержащей: первый циклический карбонат общей формулы (5):
;
1
2
6
5
в которой m и n все независимо равны 0 или являются целыми числами, равными от 1 до 11, где m и n в сумме не равны 0 и m+n меньше или равно 11, R обозначает одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, галогениды и алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, каждая группа V' представляет собой одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей водород, галогениды, пентафторфенилкарбонатную группу (-OCOCF), алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, ар ильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкоксигруппы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы V' замещены пентафторфенилкарбонатной группой, и L' обозначает одинарную связь или двухвалентную мостиковую группу, выбранную из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода.
Настоящее изобретение относится к способу, включающему: приготовление первой смеси, содержащей бис(пентафторфенил)карбонат, катализатор, необязательный растворитель и соединение-предшественник, соединение-предшественник содержит i) два или большее количество атомов углерода, предпочтительно три или большее количество атомов углерода, ii) первую гидроксигруппу, способную образовать пентафторфенилкарбонат по реакции с бис(пентафторфенил)карбонатом, и iii) две нуклеофильные группы, независимо выбранные из группы, включающей спирты, амины и тиолы, эти две нуклеофильные группы способны образовать циклическую карбонильную группу по реакции с бис(пентафторфенил)карбонатом; перемешивание первой смеси с образованием первого циклического карбонильного соединения, содержащего i) боковую пентафторфенилкарбонатную группу и ii) циклический карбонильный фрагмент, выбранный из группы, включающей циклические карбонаты, циклические мочевины, циклические карбаматы, циклические тиокарбаматы, циклические тиокарбонаты и циклические дитиокарбонаты.
Другой способ включает: перемешивание первой смеси, содержащей i) соединение-предшественник, содержащее два или большее количество атомов углерода и три или большее количество гидроксигрупп, ii) бис(пентафторфенил)карбонат и iii) катализатор с образованием первого циклического карбоната, содержащего боковую пентафторфенилкарбонатную группу.
Еще один способ включает: приготовление смеси, содержащей i) первое циклическое карбонильное соединение, содержащее циклический карбонильный фрагмент, выбранный из группы, включающей циклические карбонаты, циклические мочевины, циклические карбаматы, циклические тиокарбаматы, циклические тиокарбонаты и циклические дитиокарбонаты, и боковую пентафторфенилкарбонатную группу, ii) нуклеофильный реагент, выбранный из группы, включающей спирты, амины и тиолы, iii) необязательный катализатор и iv) необязательный растворитель; перемешивание смеси с образованием второго циклического карбонильного соединения и побочного продукта - пентафторфенола, где второе циклическое карбонильное соединение содержит вторую функциональную группу, образовавшуюся по реакции боковой пентафторфенилкарбонатпой группы с нуклеофильным реагентом, вторая функциональная группа выбрана из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы и тиокарбонаты.
Еще один способ включает: перемешивание первой смеси, содержащей катализатор, инициатор, необязательный ускоритель, необязательный растворитель и первое циклическое карбонильное соединение, содержащее пентафторфенилкарбонатную группу с образованием ПРЦ полимера с помощью полимеризации с раскрытием цикла первого циклического карбонильного соединения, ПРЦ полимер содержит фрагмент цепи, образованный из инициатора, и первую полимерную цепь; где i) фрагмент цепи содержит первый гетероатом основной цепи, первый гетероатом основной цепи связан с первым концевым звеном первой полимерной цепи, первый гетероатом основной цепи выбран из группы, включающей кислород, азот и серу, ii) первая полимерная цепь содержит второе концевое звено, содержащее нуклеофильную группу, выбранную из группы, включающей гидроксигруппу, первичные аминогруппы, вторичные аминогруппы и тиогруппы, и iii) первая полимерная цепь содержит первое повторяющееся звено, первое повторяющееся звено содержит а) функциональную группу основной цепи, выбранную из группы, включающей карбонат, мочевины, карбаматы, тиокарбаматы, тиокарбонат и дитиокарбонат, и b) тетраэдрический атом углерода основной цепи, тетраэдрический атом углерода основной цепи связан с первой боковой цепью, содержащей пентафторфенилкарбонатную группу.
Настоящее изобретение также относится к биологически разлагающемуся полимеру, содержащему: фрагмент цепи; первую полимерную цепь; где i) фрагмент цепи содержит первый гетероатом основной цепи, первый гетероатом основной цепи связан с первым концевым звеном первой полимерной цепи, первый гетероатом основной цепи выбран из группы, включающей кислород, азот и серу, ii) первая полимерная цепь содержит второе концевое звено, содержащее нуклеофильную группу, выбранную из группы, включающей гидроксигруппу, первичные аминогруппы, вторичные аминогруппы и тиогруппы, и iii) первая полимерная цепь содержит первое повторяющееся звено, первое повторяющееся звено содержит а) функциональную группу основной цепи, выбранную из группы, включающей карбонат, мочевины, карбаматы, тиокарбаматы, тиокарбонат и дитиокарбонат, и b) тетраэдрический атом углерода основной цепи, тетраэдрический атом углерода основной цепи связан с первой боковой цепью, содержащей пентафторфенилкарбонатную группу, карбонатную группу
Другим объектом настоящего изобретения являются циклические карбонильные соединения, предназначенные для полимеризации с раскрытием цикла, и способы их получения и более предпочтительно циклические карбонаты, содержащие боковую пентафторфенилкарбонатную группу. Кроме того, настоящее изобретение также относится к получению полимеров, содержащих боковые пентафторфенилкарбонатные группы, которые можно ввести в последующую реакцию с получением функционализированных полимерных материалов.
Описанные выше и другие особенности и преимущества настоящего изобретения должны быть приняты во внимание и поняты специалистами в данной области техники из последующего подробного описания, иллюстраций и прилагаемой формулы изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к циклическим карбонильным соединениям, содержащим боковую пентафторфенилкарбонатную группу и функциональную группу, выбранную из группы, включающей циклический карбонат, циклический карбамат, циклическую мочевина, циклический тиокарбонат, циклический тиокарбамат, циклический дитиокарбонат и их комбинации. Настоящее изобретение также относится к простому одностадийному способу (способу 1) получения циклического карбонильного соединения, содержащего боковую пентафторфенилкарбонатную группу, называющегося в настоящем изобретении первым циклическим карбонильным соединением. Настоящее изобретение также относится к способу (способу 2) получения второго циклического карбонильного соединения по реакции боковой пентафторфенилкарбонатной группы первого циклического карбонильного соединения со спиртом, амином или тиолом с образованием другого карбоната, карбамата или тиокарбоната соответственно, без изменения циклического карбонильного фрагмента первого циклического карбонильного соединения. Каждый из описанных способов проводят в мягких условиях, с высоким выходом и он является экологически более благоприятным, чем способы с использованием реагентов, таких как фосген или промежуточный хлорангидрид кислоты. Первое и второе циклические карбонильные соединения потенциально могут образовать биологически разлагающиеся полимеры с помощью полимеризации с раскрытием цикла (ПРЦ), в частности, поликарбонатов, обладающих специфическими боковыми функциональными группами и характеристиками.
Термин "биологически разлагающийся" Американское общество по испытаниям и материалам определяет, как разрушающийся вследствие биологической активности, в частности, воздействия фермента, что приводит к значительному изменению структуры материала. Для задач настоящего изобретения материал является биологически разлагающимся, если он подвергается биологическому разложению на 60% за 180 дней в соответствии со стандартом ASTM D6400.
Первое циклическое карбонильное соединение, содержащее боковую пентафторфенилкарбонатную группу, получают по реакции бис(пентафторфенил)карбонат:
с соединением-предшественником. Соединение-предшественник содержит два или большее количество атомов углерода, предпочтительно три или большее количество атомов углерода, и три или большее количество нуклеофильных групп, выбранных из группы, включающей спирты, тиолы и амины. Одной из трех или большего количества нуклеофильных групп является гидроксигруппа, которая взаимодействует с ПФК с образованием боковой пентафторфенилкарбонатной группы. Эта гидроксигруппа в настоящем изобретении называется "образующей пентафторфенилкарбонат гидроксигруппой". Две из трех или большего количества нуклеофильных групп соединения-предшественника взаимодействуют с ПФК с образованием циклической карбонильной группы и называются "нуклеофильными группами, образующими циклические карбонильные группы".
Соединения-предшественники описываются общей формулой (I):
,
2
в которой группы Х вместе представляют собой нуклеофильные группы, образующие циклические карбонил, каждый Х независимо обозначает одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей -ОН, -SH, -NH, и -NHR'', где каждая группа R'' независимо представляет собой одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы R'' замещены образующей пентафторфенилкарбонат гидроксигруппой, n' равно 0 или является целым числом, равным от 1 до 10, где, если n' равно 0, то атомы углерода с номерами 1 и 3, присоединенные к каждой группе X, связаны друг с другом ординарной связью, каждая группа R' независимо представляет собой одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, образующую пентафторфенилкарбонат гидроксигруппу, галогениды, алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкоксигруппы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы R' замещены образующей пентафторфенилкарбонат гидроксигруппой, и по меньшей мере одна из указанных выше групп R' и/или R'' содержит образующую пентафторфенилкарбонат гидроксигруппу.
Группы R' и R'' дополнительно могут независимо содержать циклоалифатическое кольцо, ароматическое кольцо и/или гетероатом, такой как кислород, сера или азот. В одном варианте осуществления группы Х соединения-предшественника представляют собой гидроксигруппы, способные образовать циклический карбонат по реакции с ПФК.
Неограничивающие примеры образующих циклических карбонил фрагментов включают 1,2-этандиольные группы, 1,3-пропандиольные группы, 1,4-бутандиольные группы, 1,2-этапдиамногруппы, 1,3-пропандиамногруппы, 1,4-бутандиамногруппы, 2-аминоэтанольные группы, 3-амино-1-пропанольные группы, 4-амино-1-бутанольные группы, 2-меркаптоэтанольные группы, 3-меркапто-1-пропанольные группы, 1-меркапто-2-пропанольные группы, 4-меркапто-1-бутанольные группы, цистаминовые группы, 1,2-этандитиольные группы и 1,3-пропандити ольные группы. Циклические карбонильные группы, образующиеся указанными выше фрагментами по реакции с ПФК, включают циклические карбонаты, образующиеся из любого из указанных выше диолов, циклические мочевины, образующиеся из любого из указанных выше диаминов, циклические карбаматы, образующиеся из любого из указанных выше аминоспиртов, циклические тиокарбонаты, образующиеся из любого из указанных выше меркаптоспиртов, циклические тиокарбаматы, образующиеся из любого из указанных выше аминотиолов, и циклические дитиокарбонаты, образующиеся из любого из указанных выше дитиолов. Эти функциональные группы приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Циклический карбонат
<img file="00000011.tif" he="17" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
Циклическая мочевина
<img file="00000012.tif" he="17" wi="17" img-content="undefined" img-format="tif" />
Циклический карбамат
<img file="00000013.tif" he="17" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
Циклический тиокарбамат
<img file="00000014.tif" he="17" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
Циклический тиокарбонат
<img file="00000015.tif" he="17" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
Циклический дитиокарбонат
<img file="00000016.tif" he="17" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
2
6
5
Первое циклическое карбонильное соединение содержит циклический карбонильный фрагмент, выбранный из группы, включающей циклические карбонаты, циклические карбаматы, циклические мочевины, циклические тиокарбонаты, циклические тиокарбаматы, циклические дитиокарбонаты и их комбинации, образующиеся по реакции двух групп Х ПФК. Первое циклическое карбонильное соединение дополнительно содержит боковую пентафторфенилкарбонатную группу (т.е. фрагмент -OCOCF), образовавшуюся из образующей пентафторфенилкарбонат гидроксигруппы группы R' и/или R''.
Первые циклические карбонильные соединения описываются общей формулой (2):
,
2
6
5
в которой каждый Y обозначает двухвалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей -O-, -S-, -N(H)- или -N(Q'')-, где каждая группа Q'' представляет собой одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы Q'' замещены пентафторфенилкарбонатной группой (т.е. -OCOCF), n' равно 0 или является целым числом, равным от 1 до 10, где, если n' равно 0, то атомы углерода с номерами 4 и 6 связаны друг с другом одинарной связью, каждая группа Q' представляет собой одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей водород, галогениды, пентафторфенилкарбонатную группу, алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкоксигруппы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы Q'' замещены пентафторфенилкарбонатной группой, и где одна или большее количество групп Q' и/или Q'' представляют собой пентафторфенилкарбонатную группу.
Группы Y в формуле (2) образованы из групп Х формулы (1). В одном варианте осуществления каждый Y в формуле (2) обозначает -О- и первое циклическое карбонильное соединение содержит циклическую карбонатную группу. В другом варианте осуществления первое циклическое карбонильное соединение содержит одну боковую пентафторфенилкарбонатную группу.
Циклическая карбонильная группа и боковой пентафторфенилкарбонатный фрагмент получают в одну стадию из соединений-предшественников с использованием ПФК и подходящего катализатора. ПФК менее токсичен, чем другие реагенты (например, фосген) при получении циклических карбонатов. ПФК является кристаллическим веществом, твердым при комнатной температуре, которое, поскольку оно менее чувствительно к воздействию воды, чем фосген, легче хранить, транспортировать и использовать. ПФК не требует сложных условий проведения реакции и обработки. Кроме того, побочный продукт реакции циклизации, пентафторфенол, является менее летучим, менее кислым и менее коррелирующим, чем хлористоводородная кислота. Эти преимущества уменьшают стоимость и сложность проведения реакций и потенциально расширяют ассортимент исходных веществ для включения соединения, содержащего чувствительные к воздействию кислоты группы. Кроме того, побочный продукт реакции циклизации, пентафторфенол, можно легко рециркулировать в ПФК.
Изомерно чистые соединения-предшественники, содержащие водород, присоединенный к асимметрическому атому углерода, можно превратить в циклическое карбонильное соединение, содержащее пентафторфенилкарбонатную группу, без протекания значительной рацемизации. Условия этерификации эффективны для обеспечения энантиомерного избытка, составляющего 80% или более, более предпочтительно, составляющего 90%. В одном варианте осуществления циклическое карбонильное соединение содержит асимметрический атом углерода в (R)-изомере в энантиомерном избытке, составляющем более 80%, более предпочтительно составляющем более 90%. В другом варианте осуществления циклическое карбонильное соединение содержит асимметрический атом углерода в (S)-изомере в энантиомерном избытке, составляющем более 80%, более предпочтительно составляющем более 90%.
,
2
в которой группы X' вместе представляют собой нуклеофильные группы, образующие циклические карбонил, тип все независимо равны 0 или являются целыми числами, равными от 1 до 11, где m и n в сумме не равны 0 и m+n является целым числом, меньшим или равным 11, каждый X' обозначает одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей -ОН, -SH, -NH, и -NHT'', где каждый Т'' обозначает одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы Т'' замещены образующей пентафторфенилкарбонат гидроксигруппой, каждый Т' обозначает одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей водород, галогениды, образующую пентафторфенилкарбонат гидроксигруппу, алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидпые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкоксигруппы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы Т' замещены образующей пентафторфенилкарбонат гидроксигруппой, и L' обозначает одинарную связь или двухвалентную мостиковую группу, выбранную из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода.
Группы Т' и Т'' могут дополнительно независимо содержать циклоалифатическое кольцо, ароматическое кольцо и/или гетероатом, такой как кислород, сера или азот. В одном варианте осуществления ни одна из групп Т' или Т'' не содержит образующую пентафторфенилкарбонат гидроксигруппу. В другом варианте осуществления группа Т', присоединенная к атому углерода номер 2 в формуле (3), представляет собой этил или метил и все остальные группы Т' представляет собой водород. В другом варианте осуществления группа Т', присоединенная к атому углерода номер 2 в формуле (3), представляет собой этил или метил, атом углерода номер 2 в формуле (3) является асимметрическим центром и соединение-предшественник содержит (R)- или (S)-изомер в энантиомерном избытке, составляющем более 80%.
Соответствующие первые циклические карбонильные соединения, образованные соединениями-предшественниками формулы (3), описываются общей формулой (4):
,
2
6
5
в которой m и n все независимо равны 0 или являются целыми числами, равными от 1 до 11, где типа сумме не равны 0 и m+n является целым числом, меньшим или равным 11, каждый Y' обозначает двухвалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей -O-, -S-, -N(H)- и -N(V'')-, где каждая группа V'' представляет собой одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей алкильпые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанная выше группа V'' замещена пентафторфенилкарбонатной группой (-OCOCF), каждая группа V представляет собой одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей водород, галогениды, пентафторфенилкарбонатную группу, алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкоксигруппы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанная выше группа V' замещена пентафторфенилкарбонатной группой, и L' обозначает одинарную связь или двухвалентную мостиковую группу, выбранную из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода.
В одном варианте осуществления группа V' и группа V'' не содержит пентафторфенилкарбонатную группу. В другом варианте осуществления группа V', присоединенная к атому углерода номер 5 в формуле (4), представляет собой этил или метил и все остальные группы V' представляют собой водород. В одном варианте осуществления группа V', присоединенная к атому углерода номер 5 в формуле (4), представляет собой этил или метил, атом углерода номер 5 в формуле (4) является асимметрическим центром и циклическое карбонильное соединение содержит (R)- или (S)-изомер в энантиомерном избытке, составляющем более 80%. В другом варианте осуществления каждый Y' обозначает -О- и V' в положении 5 в формуле (4) обозначает одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, галогениды и алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода.
Еще более предпочтительными первыми циклическими карбонильными соединениями являются циклические карбонаты, описывающиеся общей формулой (5):
,
1
2
6
5
в которой m и n все независимо равны 0 или являются целыми числами, равными от 1 до 11, где m и n в сумме не равны 0 и m+n меньше или равно 11, R обозначает одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, галогениды и алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, каждая группа V' представляет собой одновалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей водород, галогениды, пентафторфенилкарбонатную группу (-OCOCF), алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкоксигруппы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы V' замещены пентафторфенилкарбонатной группой, и L' обозначает одинарную связь или двухвалентную мостиковую группу, выбранную из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода.
1
1
R и L' могут вместе образовать первое кольцо, содержащее от 3 до 10 атомов углерода. Каждый V может независимо образовать второе кольцо с разными группами V', с R, с L' или с их комбинациями, где второе кольцо содержит от 3 до 10 атомов углерода.
1
В одном варианте осуществления циклический карбонат формулы (5) содержит одну пентафторфенилкарбонатную группу. В другом варианте осуществления каждый V' обозначает водород. В другом варианте осуществления тип равны 1 и R обозначает одновалентную углеводородную группу, содержащую от 1 до 10 атомов углерода. В другом варианте осуществления R выбран из группы, включающей метил, этил, пропил, 2-пропил, н-бутил, 2-бутил, втор-бутил (2-метилпропил), трет-бутил (1,1-диметилэтил), н-пентил, 2-пентил, 3-пентил, изопентил и неопентил.
Еще более предпочтительные первые циклические карбонатные мономеры описываются общей формулой (6):
,
1
в которой m и n все независимо равны 0 или являются целыми числами, равными от 1 до 11, где m и n в сумме не равны 0 и m+n меньше или равно 11, R обозначает одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, галогениды и алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и L' обозначает одинарную связь или двухвалентную мостиковую группу, выбранную из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода.
1
1
R и L' могут вместе образовать первое кольцо, содержащее от 3 до 10 атомов углерода. Каждый V может независимо образовать второе кольцо с разными группами V', с R, с L' или с их комбинациями, где второе кольцо содержит от 3 до 10 атомов углерода.
1
В одном варианте осуществления тип все независимо равны 0 или являются целыми числами, равными от 1 до 3, где m и n в сумме не равны 0. В другом варианте осуществления m и n все равны 1 и R обозначает одновалентную углеводородную группу, содержащую от 1 до 10 атомов углерода. Типичные группы R включают, например, метил, этил, пропил, 2-пропил, н-бутил, 2-бутил, втор-бутал (2-метилпропил), трет-бутил (1,1-диметилэтил), н-пентил, 2-пентил, 3-пентил, изопентил и неопентил.
В одном варианте осуществления первый циклический карбонат выбран из группы, включающей:
, , , , и
.
Способ 1. Получение первого циклического карбонильного соединения
Способ (способ 1) получения первого циклического карбонильного соединения, содержащего боковую пентафторфенилкарбонатную группу, включает приготовление первой смеси, содержащей бис(пентафторфенил)карбонат, катализатор, необязательный растворитель и соединение-предшественник, соединение-предшественник содержит i) два или большее количество атомов углерода, предпочтительно три или большее количество атомов углерода, ii) первую гидроксигруппу, способную образовать пентафторфенилкарбонат по реакции с бис(пентафторфенил)карбонатом, и iii) две нуклеофильные группы (например, группы Х в формуле (1) или группы X' в формуле (3)), независимо выбранные из группы, включающей спирты, амины и тиолы, эти две нуклеофильные группы способны образовать циклическую карбонильную группу по реакции с бис(пентафторфенил)карбонатом. Первую смесь перемешивают при температуре, эффективной для образования первого циклического карбонильного соединения. Первое циклическое карбонильное соединение содержит i) боковую пентафторфенилкарбонатную группу и ii) циклический карбонильный фрагмент, выбранный из группы, включающей циклические карбонаты, циклические мочевины, циклические карбаматы, циклические тиокарбаматы, циклические тиокарбонаты и циклические дитиокарбонаты.
Образование циклического карбонильного фрагмента и боковой пентафторфенилкарбонатной группы может происходить за одну стадию способа в мягких условиях.
Соединение-предшественник может содержать более, чем одну образующую пентафторфенилкарбонат гидроксигруппу и более чем две нуклеофильные группы, способные образовать циклическую карбонильную группу по реакции с бис(пентафторфенил)карбонатом. Следовательно, первый циклический карбонильный мономер может содержать более, чем один циклический карбонильный фрагмент и более, чем одну боковую пентафторфенилкарбонатную группу. В одном варианте осуществления первое циклическое карбонильное соединение содержит одну пентафторфенилкарбонатную группу. В другом варианте осуществления первое циклическое карбонильное соединение содержит один циклический карбонильный фрагмент.
В предпочтительном варианте осуществления способ включает перемешивание первой смеси, содержащей i) соединение-предшественник, содержащее два или большее количество атомов углерода, предпочтительно три или большее количество атомов углерода, и три или большее количество гидроксигрупп, ii) бис(пентафторфенил)карбонат и iii) катализатор с образованием первого циклического карбоната, содержащего боковую пентафторфенилкарбонатную группу.
В качестве неограничивающего примера на схеме 5 проиллюстрировано получение циклического карбоната TMCPFP. TMCPFP образуется по реакции биологически совместимого соединения-предшественника, трис(гидроксиметил)этана (ТМЭ), также известного, как 1,1,1-триметилолэтан, с ПФК.
Схема 5.
2
2
6
5
Атом углерода номер 5 кольца присоединяют к боковой метиленпентафторфенилкарбонатной группе (т.е. -CHOCOCF) и боковой метильной группе. Реакцию можно провести с использованием от примерно 2 до примерно 2,5 мол. экв. ПФК, более предпочтительно от 2,2 до 2,3 мол. экв. на 1 моль трис(гидроксиметил)этана. Обычно 3 моля пентафторфенола образуется в качестве побочного продукта (не показан) на 2 моля использующегося ПФК. Каждый теоретический моль побочного продукта, пентафторфенола, можно с выходом от 90 до 100% рециркулировать в ПФК. В одном варианте осуществления теоретическое количество побочного продукта, пентафторфенола, количественно извлекают для рециркуляции в ПФК. TMCPFP представляет собой белый кристаллический порошок, который легко использовать, хранить и транспортировать.
Использование ПФК исключает многостадийный способ с применением реакций введения/удаления защитной группы, исключает применение дорогостоящих и/или опасных реагентов и исключает многократную обработку с образованием большого количества отходов, использовавшуюся при синтезе циклических карбонатов в предшествующем уровне техники. Вследствие уменьшения количества отходов, исключения применения опасных реагентов и применения пригодных для вторичного использования материалов способ улучшает общее соответствие требованиям охраны окружающей среды для способа получения функционализированных циклических карбонатов.
Типичные соединения-предшественники для получения циклических карбонатов, содержащих боковую пентафторфенилкарбонатную группу включают, но не ограничиваются только ими, триоды, такие как 1,1,1-триметилолэтан (ТМЭ), 1,1,1-триметилолпропан, 1,2,3-пропантриол, 2-гидроксиметил-1,3-пропандиол, 2-(гидроксиметил)-2-метил-1,3-пропандиол, бутан-1,2,3-триол, бутан-1,2,4-триол, 1,1,1-триметилолбутан; 1,1,1-триметилолпентан; 1,2,5-пентантриол, 1,1,1-триметилол гексан, 1,2,3-гексантриол, 1,2,6-гексантриол, циклогексан-1,2,3-триол, циклогексан-1,2,4-триол, циклогексан-1,3,5-триол, 2,5-диметил-1,2,6-гексантриол, 1,1,1-триметилолгептан, 1,2,3-гептантриол, 4,5-дидезокси-d-эритропент-4-енитол, 3,5,5-триметил-2,2-дигидроксиметилгексан-1-ол. Типичные соединения-предшественники, содержащие более трех гидроксигрупп, включают эритрит, пентаэритрит, дипентаэритрит, дитриметилолпропан, диглицерин и дитриметилолэтан.
Другим требованием при получении циклических карбонильных мономеров, например, циклических карбонатов из 1,3-диолов является необходимость селективного замыкания цикла без полимеризации, что зависит от нуклеофильности отщепляющейся группы и использующегося катализатора. Примечательно, что побочный продукт, пентафторфенол, является слабым нуклеофильным реагентом и не инициирует полимеризацию. В одном варианте осуществления реакция образования циклического карбонила с помощью ПФК дает от более 0 до менее 2,0 мас.% побочного полимера, образованного из соединений-предшественников, в пересчете на массу соединения-предшественника. В другом варианте осуществления реакция образования циклического карбонила с помощью ПФК не дает обнаруживаемого количества побочного полимера.
Первая смесь содержит катализатор, предпочтительно выбранный для активации нуклеофильной функциональной гидроксигруппы, но не электрофильной ПФК карбонильной группы. Типичные катализаторы включают третичные амины, например, 1,8-бис(диметиламино)нафталин, также называющийся протонной губкой, торговое название фирмы Sigma-Aldrich. Другие катализаторы включают галогениды элементов группы I, предпочтительно лития (Li), натрия (Na), калия (K), рубидия (Rb), цезия (Cs) или Франция (Fr). В одном варианте осуществления катализатором является фторид цезия (CsF).
Катализатор может содержаться в количестве, составляющем от 0,02 до 1,00 моль/моль соединения-предшественника, более предпочтительно от 0,05 до 0,50 моль/моль соединения-предшественника и еще более предпочтительно от 0,15 до 0,25 моль/моль соединения-предшественника.
Первая смесь необязательно включает растворитель, такой как тетрагидрофуран, ацетонитрил (также можно использовать многие другие растворители) или их комбинации. Если содержится растворитель, то концентрация соединения-предшественника в растворителе может составлять от примерно 0,01 до примерно 10 моль/л, чаще примерно от 0,02 до 0,8 моль/л, более предпочтительно от 0,1 до 0,6 моль/л или наиболее предпочтительно от 0,15 до 0,25 моль/л. В одном варианте осуществления реакционная смесь содержит соединение-предшественник, ПФК, катализатор и растворитель. В одном варианте осуществления растворитель является безводным.
Первую смесь перемешивают при температуре, подходящей для превращения соединений-предшественников в первое циклическое карбонильное соединение. Температура может равняться от -20 до 100°С, от 0 до 80°С, от 10 до 50°С или, более предпочтительно равняться температуре окружающей среды или комнатной температуре, обычно от 17 до 30°С. Реакционную смесь необязательно перемешивают в инертной атмосфере. В одном варианте осуществления температура равна температуре окружающей среды. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить небольшого начального нагревания при смешивании реагентов, что может привести к образованию нежелательных димерных карбонатных побочных продуктов.
Перемешивание первой смеси можно провести в течение от 1 до 120 ч, от 5 до 48 ч и, более предпочтительно, от 12 до 36 ч. В одном варианте осуществления перемешивание проводят в течение от 15 до 24 ч при температуре окружающей среды.
Вторая смесь содержит первое циклическое карбонильное соединение, содержащее боковую пентафторфенилкарбонатную группу, и побочный продукт - пентафторфенол. Первый циклический карбонильный мономер можно выделить по любой известной методике очистки, включая перегонку, хроматографию, экстракцию, осаждение и перекристаллизацию. В одном варианте осуществления первое циклическое карбонильное соединение очищают с помощью селективного осаждения побочного продукта - пентафторфенола или первого циклического карбонильного мономера из второй смеси. В одном варианте селективного осаждения, реакционная смесь содержит первый растворитель, в котором хорошо растворимы соединение-предшественник, ПФК, первый циклический карбонильный мономер и побочный продукт - пентафторфенол. После завершения реакции с получением первого циклического карбонильного соединения первый растворитель удаляют, например, с помощью вакуумной перегонки с последующим добавлением второго растворителя, выбранного для селективного осаждения побочного продукта - пентафторфенола или первого циклического карбонильного соединения. В другом варианте первый растворитель можно выбрать для облегчения осаждения первого циклического карбонильного соединения или побочного продукта - пентафторфенола из второй смеси по мере протекания реакции. В еще одном варианте после удаления побочного продукта - пентафторфенола первое циклическое карбонильное соединение дополнительно очищают путем перекристаллизации.
Способ (способ 1) может дополнительно включать стадию извлечения побочного продукта - пентафторфенола для рециркуляции. Выход извлеченного побочного продукта - пентафторфенола из второй смеси составляет примерно от 80 до 100%, более предпочтительно от 90 до 100% в пересчете на теоретическое количество образовавшегося побочного продукта - пентафторфенола. Более предпочтительно, если побочный продукт - пентафторфенол можно количественно извлечь для рециркуляции в ПФК.
Способ 2. Функционализация первого циклического карбонильного соединения
Настоящее изобретение также относится к проводимому в мягких условиях способу (способу 2) получения второго циклического карбонильного соединения из первого циклического карбонильного соединения с помощью селективной реакции первого циклического карбонильного соединения с нуклеофильным реагентом, таким как спирт, амин или тиол, без изменения циклического карбонильного фрагмента первого циклического карбонильного соединения с образованием второго циклического карбонильного соединения и побочного продукта - пентафторфенола. В этой реакции боковую пентафторфенилкарбонатную группу превращают во вторую функциональную группу, выбранную из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы и тиокарбонаты. Вторая функциональная группа может содержать от 1 до 10000 атомов углерода. При получении второго циклического карбонильного соединения можно использовать необязательный катализатор с более слабыми нуклеофильными реагентами, такими как спирты. Для реакции боковой пентафторфенилкарбонатной группы с более сильными нуклеофильными реагентами (например, первичными аминами) катализатор обычно не требуется. В одном варианте осуществления второе циклическое карбонильное соединение не содержит пентафторфенилкарбонатные группы.
Вторые циклические карбонильные соединения могут описываться общей формулой (7):
в которой n' равно 0 или является целым числом, равным от 1 до 10, где, если n' равно 0, то атомы углерода с номерами 4 и 6 связаны друг с другом ординарной связью, каждый W' обозначает двухвалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей -O-, -S-, -N(H)- или -N(W''), где каждая группа W'' независимо представляет собой одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы W'' замещены второй функциональной группой, выбранной из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы и тиокарбонаты, каждая группа Z' независимо представляет собой одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, вторую функциональную группу, выбранную из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы и тиокарбонаты, галогениды, алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевипные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкоксигруппы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы Z' замещены второй функциональной группой, выбранной из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы и тиокарбонаты.
2
2
В одном варианте осуществления второе циклическое карбонильное соединение не содержит пентафторфенильную сложноэфирную группу (т.е. -COPFP) и не содержит пентафторфенилкарбонатную группу (т.е. -OCOPFP).
Более предпочтительное второе циклическое карбонильное соединение описывается общей формулой (8):
,
3
2
3
в которой m и n все независимо равны 0 или являются целыми числами, равными от 1 до 11, где m и n в сумме не равны 0 и m+n является целым числом, равным от 1 до 11, каждый W' независимо обозначает двухвалентный радикал, выбранный из группы, включающей О, S, NH или NW'', где каждая группа W'' независимо представляет собой одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и арильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и указанные выше группы W'' замещены второй функциональной группой, выбранной из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы и тиокарбонаты, L' обозначает одинарную связь или двухвалентную мостиковую группу, выбранную из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, каждая группа Q' независимо представляет собой одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, вторую функциональную группу, выбранную из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы и тиокарбонаты, галогениды, алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и алкоксигруппы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и любую из указанных выше групп Q', замещенную второй функциональной группой, выбранной из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы и тиокарбонаты, каждый X'' обозначает двухвалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей -O-, -S-, -N(H)- и -N(R)-, каждый R и R независимо обозначает одновалентный радикал, содержащий от 1 до 10000 атомов углерода, и второе циклическое карбонильное соединение, не содержащее пентафторфенильную сложноэфирную группу и не содержащее пентафторфенилкарбонатную группу.
В одном варианте осуществления каждый W' обозначает -О- (т.е. второе циклическое карбонильное соединение представляет собой циклический карбонат). В другом варианте осуществления группа Q', присоединенная к атому углерода номер 5 в формуле (8), представляет собой этил или метил и все остальные группы Q' представляют собой водород. В другом варианте осуществления атом углерода номер 5 в формуле (8) является асимметрическим центром и циклическое карбонильное соединение содержит (R)- или (S)-изомер в энантиомерном избытке, составляющем более 80%.
Еще более предпочтительными вторыми циклическими карбонильными соединениями, полученными из первого циклического карбонильного мономера, являются циклические карбонаты общей формулы (9):
1
3
2
3
в которой m и n все независимо равны 0 или являются целыми числами, равными от 1 до 11, где m и n в сумме не равны 0; и m+n является целым числом, равным от 1 до 11, L' обозначает одинарную связь или двухвалентную мостиковую группу, выбранную из группы, включающей алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкеновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, алкиновые группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, арильные группы, содержащие от 6 до 30 атомов углерода, сложноэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, амидные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, сложные тиоэфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, мочевинные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, карбаматные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и простые эфирные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода; R обозначает одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, галогениды и алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода; каждый X'' обозначает двухвалентный радикал, независимо выбранный из группы, включающей -O-, -S-, -N(H)- и -N(R)-; и каждый R и R независимо обозначает одновалентный радикал, содержащий от 1 до 10000 атомов углерода; и второе циклическое карбонильное соединение не содержащее пентафторфенильную сложноэфирную группу и не содержащее пентафторфенилкарбонатную группу.
2
Реакция с образованием второй функциональной группы протекает без разрушения циклического карбонильного фрагмента, предпочтительно циклического карбонатного фрагмента первого циклического карбонильного соединения. Побочный продукт реакции замещения, пентафторфенол, можно извлечь и рециркулировать, обычно с высоким выходом. Вторые циклические карбонаты способны образовать ПРЦ поликарбонаты и другие полимеры по методикам ПРЦ. ПРЦ полимеры могут обладать специфическими боковыми функциональными группами и характеристиками вследствие большого разнообразия соединений, доступных для боковой группы -X''-R в формуле (7), формуле (8) и формуле (9).
Способ (способ 2) получения второго циклического карбонильного соединения включает перемешивание смеси, содержащей первое циклическое карбонильное соединение, содержащее пентафторфенилкарбонатную группу; необязательный растворитель; необязательный катализатор; и нуклеофильный реагент, выбранный из группы, включающей спирты, амины и тиолы, с образованием второго циклического карбонильного мономера и побочного продукта - пентафторфенола, где второй циклический карбонильный мономер содержит вторую функциональную группу, выбранную из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы и тиокарбонаты, образовавшиеся по реакции пентафторфенилкарбонатной группы с нуклеофильным реагентом.
В качестве одного примера, TMCPFP можно превратить в соответствующий метилкарбонат ТМСМе в соответствии со схемой 6.
Схема 6.
Неограничивающие примеры других спиртов, способных к реакции с пентафторфенилкарбонатом первого циклического карбонильного мономера без изменения циклической карбонильной группы, включают:
i-PrOH,
6
5
2
СНСНОН,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, и
.
Неограничивающие примеры аминов, способных к реакции с пентафторфенилкарбонатом TMCPFP с образованием бокового карбамата без изменения циклической карбонатной группы, включают:
,
,
диметиламин и изопропиламин.
Неограничивающие примеры тиолов, способных к реакции с боковым PFP карбонатом с образованием бокового тиокарбоната без изменения циклической карбонильной группы, включают: метантиол, этантиол, фенилтиол, бензилтиол и т.п.
Обычно эффективность реакций замещения зависит от нуклеофильности нуклеофильных реагентов. Например, более сильные нуклеофильные реагенты, такие как первичные амины, более эффективны, чем более слабые нуклеофильные реагенты, такие как первичные спирты. В другом примере первичные и вторичые спирты могут быть более эффективными нуклеофильными реагентами в реакции с боковой пентафторфенилкарбонатной группы, чем стерически заторможенные спирты, такие как трет-бутанол.
Нуклеофильный реагент, включающий спирт, амин, тиол или их комбинации, можно присоединить к более крупным структурам, включая олигомеры, полимеры, биологические макромолекулы, частицы и функционализированные поверхности. Неограничивающие примеры полимерных структур включают линейные, разветвленные, сверхразветвленные, циклические, дендритные, блочные, привитые, звездообразные и другие известные полимерные структуры. Неограничивающие примеры биологических макромолекул включают белки, ДНК, РНК, липиды, фосфолипиды. Частицы могут обладать размерами в диапазоне диаметра кругового поперечного сечения, равного от менее 1 нм до сотен микрометров. Неограничивающие примеры крупных частиц включают диоксид кремния, оксид алюминия и полимерные смолы, такие как обычно использующиеся в хроматографии, и функционализированные полимерные гранулы, такие как обычно использующиеся в твердофазном синтезе. Неограничивающие примеры наночастиц включают органические и неорганические наночастицы, включая функционализированные лигандами или стабилизированные полимерами. Неограничивающие примеры органических наночастиц могут включать сшитые полимерные наночастицы, дендримеры и звездообразные полимеры. Неограничивающие примеры неорганических наночастиц включают наночастицы металлов (например, золота, серебра, других переходных металлов и металлов групп 13-16 Периодической системы элементов), наночастицы оксидов (например, оксида алюминия, диоксида кремния, оксида гафния, оксида циркония, оксида цинка), наночастицы нитридов (например, нитрида титана, нитрида галлия), наночастицы сульфидов (например, сульфида цинка), наночастицы полупроводников (например, селенида кадмия). Неограничивающие примеры функционализированных поверхностей включают поверхности, функционализированные монослоями, подвергающимися самосборке.
Нуклеофильный реагент в способе 2 может представлять собой полимерный спирт. Полимерный спирт может содержать от 4 до 10000 атомов углерода. В одном примере нуклеофильный реагент представляет собой простой полиэфир спирта и пентафторфенилкарбонатная группа первого циклического карбонильного соединения взаимодействует с простым полиэфиром спирта с образованием второго циклического карбонилсодержащего соединения, содержащего боковой карбонат, связанный с гидрофильной простой полиэфирной цепью.
Неограничивающие примеры полимерных спиртов включают простые полиэфиры спиртов, такие как полиэтиленгликоль (ПЭГ), и моноэндкэппированный полиэтиленгликоль, такой как монометилэндкэппированный полиэтиленгликоль (МПЭГ):
.
Другие полимерные спирты включают полипропиленгликоль (ППГ) и его моноэндкэппированные производные, такие как монометилэндкэппированный полипропиленгликоль (МППГ):
.
Еще одни полимерные спирты включают поли(алкиленгликоли) формул (12), (13) и (14), дополнительно описанные ниже.
Обычно первую смесь (способ 2) перемешивают при температуре, равной -78 до 100°С, более предпочтительно -20 до 50°С и еще более предпочтительно от -10 до 30 с получением второго циклического карбонильного соединения. В одном варианте осуществления перемешивание для превращения пентафторфенилкарбоната в другой карбонат, карбамат или тиокарбонат проводят при температуре окружающей среды (в настоящем изобретении от 17 до 30°С). Первую смесь перемешивают в течение от примерно 1 ч до примерно 48 ч, более предпочтительно примерно от 20 до 30 ч при температуре проведения реакции. В одном варианте осуществления первое циклическое карбонильное соединение и второе циклическое карбонильное соединение оба представляют собой циклический карбонат.
В реакции замещения обычно используют от 1,2 до 1,5 экв. нуклеофильного реагента в пересчете на пентафторфенилкарбонат. Если используют большой избыток нуклеофильного реагента (например, более 4 экв.), то в качестве побочной реакции может происходить раскрытие цикла циклического карбоната.
Обычно в способе 2 используют растворитель, хотя растворитель не требуется. В зависимости от растворителя побочный продукт - пентафторфенол в некоторых случаях может осаждаться прямо из реакционной смеси по мере его образования. Второе циклическое карбонильное соединение можно выделить по любой известной методике очистки, включая перегонку, хроматографию, экстракцию, осаждение и перекристаллизацию. Однако обычно вторую смесь концентрируют в вакууме и затем полученный остаток обрабатывают вторым растворителем, в котором нерастворим побочный продукт - пентафторфенол, таким как метиленхлорид. Затем побочный продукт - пентафторфенол можно отфильтровать и извлечь для рециркуляции в ПФК. В одном варианте осуществления от 90 до 100% теоретического количества побочного продукта - пентафторфенола извлекают для рециркуляции в ПФК. В одном варианте полученный второй циклический карбонат можно выделить путем промывки органического фильтрата основанием, таким как раствор бикарбонат натрия, сушки фильтрата осушающим реагентом, таким как сульфат магния или сульфат натрия, и выпаривания второго растворителя в вакууме. В другом варианте второе циклическое карбонильное соединение дополнительно очищают с помощью колоночной хроматографии или перекристаллизации. Таким образом второе циклическое карбонильное соединение можно получить с выходом, составляющим от примерно 50 до примерно 100%, более предпочтительно от примерно 70 до 100%, еще более предпочтительно от примерно 80 до 100%.
Необязательный катализатор для способа 2 можно выбрать из числа типичных катализаторов для переэтерификации, превращения карбонатов в карбаматы или превращения карбонатов в тиокарбонаты. Они включают органические катализаторы и неорганические катализаторы, в частности, описанные выше катализаторы и наиболее предпочтительно фторид цезия. При использовании в способе 2 катализатор может содержаться в количестве, составляющем от 0,02 до 1,00 моль/моль первого циклического карбонильного соединения, более предпочтительно от 0,05 до 0,50 моль/моль первого циклического карбонильного соединения и еще более предпочтительно от 0,15 до 0,25 моль/моль первого циклического карбонильного соединения.
В дополнительном варианте осуществления способ 1 и способ 2 проводят постадийно в одном реакционном сосуде без промежуточной стадии выделения первого циклического карбонильного соединения.
Описанные выше способы представляют собой регулируемый способ включения самых различных функциональных групп и связности в циклические карбонильные соединения, предназначенные для полимеризации с раскрытием цикла. Как указано выше, циклические карбонильные соединения (первые и/или вторые циклические карбонильные соединения) можно получить в изомерно чистом виде или в виде рацемических смесей.
Более предпочтительные вторые циклические карбонильные соединения включают, но не ограничиваются только ими, следующие циклические карбонаты:
и ;
1
5
где R обозначает одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, галогениды и алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода, и R обозначает одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, галогениды, алкильные группы, содержащие от 1 до 20 атомов углерода, фторированные алкильные группы, содержащие от 1 до 20 атомов углерода, и ацэтоксигруппы.
Способ 3. Полимеризация с раскрытием цикла
Настоящее изобретение также относится к ПРЦ полимерам, получаемым с помощью нуклеофильной полимеризации с раскрытием цикла описанных выше первых и вторых циклических карбонильных соединений. ПРЦ полимер содержит фрагмент цепи, образованный из нуклеофильного инициатора для ПРЦ полимеризации, первую полимерную цепь, связанную с фрагментом цепи. Фрагмент цепи в настоящем изобретении также называется инициирующим фрагментом. Инициирующий фрагмент содержит по меньшей мере один атом кислорода, азота и/или серы в качестве гетероатома основной цепи, который является остатком соответствующего спирта, амина или тиола нуклеофильной инициирующей группы ПРЦ инициатора. Гетероатом основной цепи связан с первым концевым звеном, выросшим из первой полимерной цепи. Второе концевое звено первой полимерной цепи может представлять собой "живое" концевое звено, при желании способное инициировать дополнительную полимеризацию с раскрытием цикла. "Живое" второе концевое звено содержит нуклеофильную группу, выбранную из группы, включающей гидроксигруппу, первичную аминогруппу, вторичую аминогруппу и тиогруппу. Альтернативно, второе концевое звено может быть эндкэппированным для придания стабильности ПРЦ полимеру, как это дополнительно описано ниже.
Следует понимать, что инициирующий фрагмент обладает не такой структурой, как первое концевое звено каждой связанной с ним ПРЦ полимерной цепи.
ПРЦ инициатор может содержать один или большее количество независимо выбранных нуклеофильных инициирующих гидроксигрупп, аминогрупп или тиогрупп. Каждая нуклеофильная инициирующая группа потенциально может инициировать полимеризацию с раскрытием цикла. Аналогичным образом, инициирующий фрагмент содержит по меньшей мере один гетероатом основной цепи, образованный из нуклеофильной инициирующей группы. Каждый из гетероатомов основной цепи, который образован из нуклеофильной инициирующей группы связан растущей из него ПРЦ полимерной цепи. Таким образом, инициатор, содержащий n нуклеофильных инициирующих групп потенциально может инициировать образование n независимых ПРЦ полимерных цепей, где n является целым числом, большим или равным 1. В качестве неограничивающего примера можно указать динуклеофильный инициатор, содержащий две гидроксигруппы, который может инициировать полимеризацию с раскрытием цикла по каждой гидроксигруппе. Полученный ПРЦ полимер содержит инициирующий фрагмент, связанный с двумя ПРЦ полимерными цепями через два атома кислорода основной цепи, образованными из гидроксигрупп инициатора.
ПРЦ полимер содержит по меньшей мере одну ПРЦ полимерную цепь, называющуюся первой полимерной цепью. Первая полимерная цепь может включать гомополимер, статистический сополимер, блок-сополимер или комбинации указанных типов полимеров. Первая полимерная цепь содержит первое повторяющееся звено, содержащее функциональную группу основной цепи, выбранную из группы, включающей карбонатную, мочевинную, карбаматную, тиокарбаматную, тиокарбонатную и дитиокарбонатную. Первое повторяющееся звено дополнительно содержит тетраэдрический атом углерода основной цепи. В одном варианте осуществления тетраэдрический атом углерода основной цепи связан с первой боковой цепью, содержащей боковой пентафторфенилкарбонат. В другом варианте осуществления тетраэдрический атом углерода основной цепи связан с первой боковой цепью, содержащей боковой пентафторфенилкарбонат, и со второй боковой цепью, выбранной из группы, включающей водород, галогениды и алкильные группы, содержащие от 1 до 30 атомов углерода (например, группу R описанную в формулах (5) и (6)).
В приведенных ниже неограничивающих примерах R'-XH обозначает монофункциональный нуклеофильный инициатор, предназначенный для полимеризации с раскрытием цикла. R'-XH содержит одновалентную инициирующую группу -ХН, где Х обозначает двухвалентную группу, выбранную из группы, включающей -O-, -NH-, -NR''- и -S-. На структуру R' или R'' не налагается никаких ограничений при условии, что полимеризация с раскрытием цикла дает пригодный ПРЦ полимер.
При образовании из первого циклического карбонильного соединения ПРЦ полимер содержит боковую пентафторфенилкарбонатную группу и в настоящем изобретении называется первым ПРЦ полимером. Например, нуклеофильная полимеризация с раскрытием цикла первого циклического карбонильного мономера формулы (2), инициируемая с помощью R'-XH, дает первый ПРЦ полимер формулы (2А), который содержит первую полимерную цепь и инициирующий фрагмент R'-X-.
2
6
5
Инициирующий фрагмент R'-X- связан с карбонилом первого концевого звена первой полимерной цепи через гетероатом кислорода, азота или серы группы X. Второе концевое звено первой полимерной цепи представляет собой "живое" концевое звено (т.е. -Y-H в формуле (2А)), где -Y-H обозначает нуклеофильную группу, выбранную из группы, включающей гидроксигруппу, первичные аминогруппы, вторичные аминогруппы и тиогруппы. Y, Q', и n' являются такими, как определено выше для формулы (2); таким образом, по меньшей мере одна из групп Q' и/или групп Q'' (групп Y) содержит боковую пентафторфенилкарбонатную группу (-OCOCF). Нижний индекс d' является целым числом, равным от 1 до 10000. Повторяющееся звено
содержит функциональную группу основной цепи, выбранную из группы, включающей карбонатные, мочевинные, карбаматные, тиокарбаматные, тиокарбонатные и дитиокарбонатные группы, определяющиеся независимым выбором каждой группы Y. Первое повторяющееся звено дополнительно содержит тетраэдрические атомы углерода основной цепи с номерами 4, 5 и 6. Каждый из этих атомов углерода основной цепи может быть связан с независимой первой боковой цепочечной группой Q', которая может содержать пентафторфенилкарбонатпую группу. Кроме того, каждый из этих тетраэдрических атомов углерода основной цепи может быть связан с необязательной независимой второй боковой цепочечной группой Q', определенной выше для формулы (2).
В другом примере нуклеофильная полимеризация с раскрытием цикла первого циклического карбонильного мономера формулы (4), инициируемая с помощью R'-XH, дает первый ПРЦ полимер формулы (4А), который содержит первую полимерную цепь и инициирующий фрагмент R'-X-:
Как и выше, инициирующий фрагмент R'-X- связан с карбонилом первого концевого звена первой полимерной цепи с помощью гетероатома кислорода, азота или серы группы X, Y', L', V, n и m являются такими, как определено выше для формулы (4). Нижний индекс d' является целым числом, равным от 1 до 10000. Повторяющееся звено
включает функциональную группу основной цепи, выбранную из группы, включающей карбонатные, мочевинные, карбаматные, тиокарбаматные, тиокарбонатные и дитиокарбонатные группы, определяющиеся независимым выбором каждой группы Y'. Тетраэдрический атом углерода основной цепи номер 5 связан с первой боковой цепью, содержащей пентафторфенилкарбонатную группу. Тетраэдрический атом углерода основной цепи номер 5 необязательно может быть связан с независимой второй боковой цепочечной группой V', определенной выше для формулы (4).
В другом примере нуклеофильная полимеризация с раскрытием цикла первого циклического карбонильного мономера формулы (5), инициируемая с помощью R'-XH, дает поликарбонатную цепь формулы (5А), которая содержит первую полимерную цепь, содержащую поликарбонатную главную цепь и инициирующий фрагмент R'-X-:
1
Инициирующий фрагмент R'-X- связан с помощью гетероатома кислорода, азота или серы группы Х с карбонилом первого концевого звена поликарбонатной цепи. R, L', V, m и n являются такими, как определено выше для формулы (5). Нижний индекс d' является целым числом, равным от 1 до 10000. Повторяющееся звено
включает карбонатную группу основной цепи. Тетраэдрический атом углерода основной цепи номер 5 связан с первой боковой цепью, содержащей пентафторфенилкарбонатную группу, и со второй боковой цепью R', определенной выше для формулы (5). Тетраэдрические атомы углерода основной цепи с номерами 4 и 6 могут независимо быть связаны с независимыми первыми и вторыми боковыми цепочечными V группами, описанными выше для формулы (5).
В другом примере нуклеофильная полимеризация с раскрытием цикла первого циклического карбонильного мономера формулы (6), инициируемая с помощью R'-XH, дает ПРЦ поликарбонат формулы (6А), который содержит первую поликарбонатную цепь и инициирующий фрагмент R'-X-:
Инициирующий фрагмент R'-X- связан с помощью гетероатома кислорода, азота или серы группы Х с карбонилом концевого звена поликарбонатной цепи. R, L', m и n являются такими, как определено выше для формулы (6). Нижний индекс d' является целым числом, равным от 1 до 10000. Повторяющееся звено
включает карбонатную группу основной цепи. Тетраэдрический атом углерода основной цепи номер 5 связан с первой боковой цепью, содержащей пентафторфенилкарбонатную группу, и со второй боковой цепью R', определенной выше для формулы (6).
ПРЦ полимер может содержать две или большее количество связанных полимерных цепей. Кроме того, каждая полимерная цепь может представлять собой гомополимер соответствующего первого повторяющегося звена или сополимер, содержащий второе повторяющееся звено, второе повторяющееся звено содержит вторую функциональную группу основной цепи, выбранную из группы, включающей сложноэфирную, карбонатную, мочевинную, карбаматную, тиокарбаматную, тиокарбонатную и дитиокарбонатную группа, которая образована из циклического карбонильного сомономера. Первая полимерная цепь может представлять собой статистический сополимер или блок-сополимер, содержащий первое и второе повторяющиеся звенья.
Аналогичные соображения применимы к ПРЦ полимерам, полученным из второго циклического карбонильного соединения, за исключением того, что ПРЦ полимерная цепь не содержит пентафторфенилкарбонатную группу или пентафторфенильную сложноэфирную группу. Вместо этого ПРЦ полимер содержит повторяющееся звено, содержащее боковую цепь, содержащую карбонатную группу, не представляющую собой пентафторфенилкарбонат, карбаматную группу, или тиокарбонатную группу, полученную из боковой пентафторфенилкарбонатной группы первого циклического карбонильного мономера.
Первые и/или вторые циклические карбонильные соединения могут подвергаться полимеризации с раскрытием цикла (ПРЦ) с образованием биологически разлагающихся полимеров, обладающих различной тактичностью. Можно получить атактические, синдиотактические и изотактические формы полимеров, которые зависят от циклического мономера (мономеров), его изомерной чистоты и условий полимеризации.
Полимеризация с раскрытием цикла (ПРЦ) первого циклического карбонильного соединения может протекать в основном с сохранением боковой пентафторфенилкарбонатной группы в полученном ПРЦ полимере, который также называется первым ПРЦ полимером. Первый ПРЦ полимер содержит по меньшей мере одно повторяющееся звено, содержащее боковую цепь, содержащую реакционно-способную пентафторфенилкарбонатную группу. Первый ПРЦ полимер дополнительно содержит сегмент основной цепи, образованный при раскрытии цикла первого циклического карбонильного соединения, сегмент основной цепи выбран из группы, включающей поликарбонаты, поликарбаматы, полимочевины, политиокарбаматы, политиокарбонаты и полидитиокарбонаты. Первый ПРЦ полимер может дополнительно содержать сложный полиэфирный сегмент основной цепи, если циклический сложный эфир (лактон) сомономер используют в полимеризации с раскрытием цикла. Каждая из этих повторяющихся структур приведена в таблице 2. Группа R в таблице 2 представляет собой фрагмент основной цепи, образованный атомами углерода кольца, содержащего циклическую карбонильную группу.
Таблица 2.
Сложный полиэфир
<img file="00000058.tif" he="20" wi="34" img-content="undefined" img-format="tif" />
Поликарбонат
<img file="00000059.tif" he="20" wi="36" img-content="undefined" img-format="tif" />
Полимочевина
<img file="00000060.tif" he="20" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
Поликарбамат
<img file="00000061.tif" he="20" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
Политиокарбамат
<img file="00000062.tif" he="20" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
Политиокарбонат
<img file="00000063.tif" he="20" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
Полидитиокарбонат
<img file="00000064.tif" he="20" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
Способ (способ 3) включает приготовление первой смеси, содержащей первое циклическое карбонильное соединение, содержащее боковую пентафторфенилкарбонатную группу, катализатор, инициатор, ускоритель и необязательный растворитель. Затем первую смесь при необязательном нагревании перемешивают для проведения полимеризации с раскрытием цикла первого циклического карбонильного соединения с образованием второй смеси, содержащей биологически разлагающийся ПРЦ полимер, при сохранении боковой пентафторфенилкарбонатной группы. ПРЦ полимер содержит первую полимерную цепь, первая полимерная цепь содержит первое повторяющееся звено, первое повторяющееся звено содержит боковую цепь, содержащую боковую пентафторфенилкарбопатную группу. В предпочтительном варианте осуществления боковая цепь обладает структурой:
,
в которой отмеченная звездочкой связь связана с атомом углерода основной цепи биологически разлагающегося первого ПРЦ полимера. В другом варианте осуществления первое повторяющееся звено первого ПРЦ полимера содержит тетраэдрический атом углерода основной цепи, тетраэдрический атом углерода основной цепи связан с i) первой боковой цепью, содержащей пентафторфенилкарбонатную группу, и ii) второй боковой цепочечной группой, содержащей одновалентный углеводородный радикал. Одновалентный углеводородный радикал может содержать от 1 до 30 атомов углерода. Более предпочтительный одновалентный углеводородный радикал выбран из группы, включающей метил, этил, пропил, бутил и пентил.
В одном варианте осуществления полимер сохраняет не менее 50% и более предпочтительно не менее 75% и еще более предпочтительно не менее 90% пентафторфенилкарбонатных групп в пересчете на повторяющиеся звенья, образованные из первых циклических карбонильных соединений.
В качестве неограничивающего примера TMCPFP подвергается полимеризации с раскрытием цикла в присутствии подходящего катализатора и нуклеофильного инициатора бензилового спирта с образованием первого ПРЦ полимера, поликарбоната (схема 7), где BnO обозначает инициирующий фрагмент.
Схема 7.
w
В обозначениях, использующихся в настоящем изобретении для ПРЦ полимера, I-[Р(мономер 1, мономер 2 и т.п.)], "I" означает инициатор, "[P()]" означает полимерную цепь образованную с помощью полимеризации с раскрытием цикла одного или большего количества циклических карбонильных соединений, перечисленных в скобках, и w означает количество нуклеофильных инициирующих групп инициатора. Например, если инициатором является бензиловый спирт, инициирующим фрагментом является бензилоксигруппа (BnO), то название ПРЦ гомополимера имеет вид BnOH-[P(TMCPFP)]. ПРЦ полимер можно получить в мягких условиях для обеспечения высокой молекулярной массы и низкой полидисперсностью. Кроме того, при получении с использованием органического катализатора ПРЦ полимер может в основном не быть загрязнен металлом. Широкая применимость и легкость получения первых циклических карбонильных соединений (и соответствующих их ПРЦ полимеров) делает эти мономеры значительно более полезными, чем аналогичные соединения, содержащие ацилхлоридную группу или сукцинимидильную сложноэфирпую группу. Эффективный способ получения ПРЦ полимеров, содержащих активную пентафторфенилкарбонатную боковую цепочечную группу, обеспечивает значительные достижения в области получения функционализированных ПРЦ полимеров.
Первая смесь может содержать сомономеры, включая, но не ограничиваясь только ими, сомономеры, содержащие функциональную группу, выбранную из группы, включающей циклические простые эфиры, циклические сложные эфиры, циклические карбонаты, циклические мочевины, циклические карбаматы, циклические тиомочевины, циклические тиокарбонаты и циклические дитиокарбонаты. Типичные сомономеры включают: L-лактид, D-лактид, DL-лактид, бета-бутиролактон, дельта-валеролактон, эпсилон-капролактон, триметиленкарбонат, метил 5-метил-2-оксо-1,3-диоксан-5-карбоксилат, этил 5-метил-2-оксо-1,3-диоксан-5-карбоксилат и другие производные МТС-ОН. Эти и другие примеры циклических карбонильных сомономеров приведены в таблице 3.
Таблица 3.
<img file="00000067.tif" he="39" wi="33" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000068.tif" he="39" wi="33" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000069.tif" he="39" wi="26" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000070.tif" he="49" wi="22" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000071.tif" he="40" wi="82" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000072.tif" he="49" wi="61" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000073.tif" he="36" wi="18" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000074.tif" he="43" wi="31" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000075.tif" he="34" wi="39" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000076.tif" he="29" wi="39" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000077.tif" he="37" wi="25" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000078.tif" he="28" wi="26" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000079.tif" he="28" wi="26" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000080.tif" he="28" wi="44" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000081.tif" he="28" wi="37" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000082.tif" he="28" wi="35" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000083.tif" he="28" wi="43" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000084.tif" he="28" wi="42" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000075.tif" he="34" wi="39" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000085.tif" he="31" wi="35" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000086.tif" he="34" wi="32" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000087.tif" he="42" wi="34" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000088.tif" he="53" wi="81" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000089.tif" he="33" wi="32" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000090.tif" he="34" wi="46" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000091.tif" he="54" wi="67" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000092.tif" he="53" wi="73" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000093.tif" he="44" wi="49" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000094.tif" he="35" wi="49" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000095.tif" he="34" wi="75" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000096.tif" he="57" wi="80" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000097.tif" he="55" wi="70" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000098.tif" he="31" wi="79" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000099.tif" he="71" wi="17" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000100.tif" he="45" wi="87" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000101.tif" he="46" wi="67" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000102.tif" he="32" wi="36" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000103.tif" he="24" wi="51" img-content="undefined" img-format="tif" />
Полимеризацию с раскрытием цикла обычно проводят в реакторе в безводной среде и в инертной атмосфере, такой как азот или аргон. Полимеризацию можно провести путем полимеризации в растворе в неактивном растворителе, таком как бензол, толуол, ксилол, циклогексан, н-гексан, диоксан, хлороформ и дихлорэтан, или путем полимеризации в блоке. Температура реакции ПРЦ может составлять от 20 до 250°С. Обычно для проведения полимеризации реакционную смесь нагревают при атмосферном давлении в течение от 0,5 до 72 ч. Затем при необходимости для проведения полимеризации в блоке ко второй смеси можно добавить дополнительное циклическое карбонильное соединение и катализатор.
Типичные металоорганические ПРЦ катализаторы включают тетраметоксицирконий, тетра-изопропоксицирконий, тетра-изобутоксицирконий, тетра-н-бутоксицирконий, тетра-трет-бутоксицирконий, триэтоксиалюминий, три-н-пропоксиалюминий, триизопропоксиалюминий, три-н-бутоксиалюминий, триизобутоксиалюминий, три-втор-бутоксиалюминий, моно-втор-бутокси-диизопропоксиалюминий, этилацетоацетаталюминийдиизопропилат, алюминий-трис(этилацетоацетат), тетраэтоксититан, тетра-изопропоксититан, тетра-н-пропоксититан, тетра-н-бутоксититан, тетра-втор-бутоксититан, тетра-трет-бутоксититан, триизопропоксигаллий, триизопропоксисурьма, триизобутоксисурьму, триметоксибор, триэтоксибор, триизопропоксибор, три-н-пропоксибор, триизобутоксибор, три-н-бутоксибор, три-втор-бутоксибор, три-трет-бутоксибор, триизопропоксигаллий, тетраметоксигерманий, тетраэтоксигерманий, тетра-изопропоксигерманий, тетра-н-пропоксигерманий, тетра-изобутоксигерманий, тетра-н-бутоксигерманий, тетра-втор-бутоксигерманий и тетра-трет-бутоксигерманий; галогенированное соединение, такое как пентахлорид сурьмы, хлорид цинка, бромид лития, хлорид олова(IV), хлорид кадмия и диэтиловый эфир трифторида бора; алкилалюминий, такой как триметилалюминий, триэтилалюминий, диэтилхлорид алюминия, дихлорид этилалюминия и триизобутилалюминий; алкилцинк, такой как диметилцинк, диэтилцинк и диизопропилцинк; третичные амины, такие как триаллиламин, триэтиламин, три-н-октиламин и бензилдиметиламин; гетерополикислоты, такие как фосфорновольфрамовая кислота, фосфорномолибденовая кислота, кремневольфрамовая кислота и их соли щелочных металлов; соединения циркония, такие как хлорангидрид цтиркониевой кислоты, октаноат циркония, стеарат циркония и нитрат циркония. Более предпочтительным катализатором является октаноат циркония, тетраалкоксицирконий или соединение триалкоксиалюминия.
Органические катализаторы для ПРЦ полимеризации.
Другие ПРЦ катализаторы включают не содержащие металлов органические катализаторы, определенные в настоящем изобретении, как катализатор, не содержащий в химической формуле органического катализатора следующих металлов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий, алюминий, галлий, индий, таллий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьму, висмут, теллур, полоний и металлы групп 3-12 Периодической системы элементов. Это исключение включает ионные и неионные формы указанных выше металлов. Металлы групп 3-12 Периодической системы элементов включают скандий, титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, иттрий, цирконий, ниобий, молибден, технеций, рутений, родий, палладий, серебро, кадмий, лантан, церий, празеодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, туллий, иттербий, лютеций, гафний, тантал, вольфрам, рений, осмий, иридий, платину, золото, ртуть, актиний, торий, пропактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделеевий, нобелий, лауренсий, резерфордий, дубний, сиборгий, борий, гассий, мейтнерий, дармштадтий, рентгений и коперниций. Органические катализаторы могут обеспечить получение полимеров, обладающих регулируемыми, предсказуемыми молекулярными массами и узкой полидисперсностью и минимальным загрязнением металлами. Примерами органических катализаторов для получения ПРЦ циклических сложных эфиров, карбонатов и силоксанов являются 4-диметиламинопиридин, фосфины, N-гетероциклические карбены (NHC), бифункциональные аминотиомочевины, фосфазены, амидины, гуанидины и фторспирты (такие как моно- и бис-гексафторизопропанолы).
Более предпочтительные не содержащие металлов органические катализаторы для ПРЦ полимеризации первого циклического мономера включают N-(3,5-трифторметил)фенил-N'-циклогексилтиомочевину (ТМ):
.
Другой не содержащий металла органический катализатор содержит по меньшей мере одну 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан-2-ол-2-ильную (HFP). Являющиеся донорами одной водородной связи катализаторы описываются формулой (10):
,
2
в которой R обозначает водород или одновалентный радикал, содержащий от 1 до 20 атомов углерода, например, алкильную группу, замещенную алкильную группу, циклоалкильную группу, замещенную циклоалкильную группу, гетероциклоалкильную группу, замещенную гетероциклоалкильную группу, арильную группу, замещенную арильную группу или их комбинацию. Типичные являющиеся донорами одной водородной связи катализаторы приведены в таблице 4.
Таблица 4.
<img file="00000106.tif" he="42" wi="24" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000107.tif" he="41" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000108.tif" he="24" wi="22" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000109.tif" he="24" wi="22" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000110.tif" he="24" wi="22" img-content="undefined" img-format="tif" />
Являющиеся донорами двух водородных связей катализаторы содержат две группы HFP, описывающиеся общей формулой (II):
,
3
в которой R обозначает двухвалентную радикальную мостиковую группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, такую как алкиленовую группу, замещенную алкиленовую группу, циклоалкиленовую группу, замещенную циклоалкиленовую группу, гетероциклоалкиленовую группу, замещенную гетероциклоалкиленовую группу, ариленовую группу, замещенную ариленовую группу или их комбинацию. Типичные являющиеся донорами двух водородных связей катализаторы формулы (11) включают приведенные в таблице 5. В предпочтительном варианте осуществления R обозначает ариленовую или замещенную ариленовую группу и группы HFP находятся в ароматическом кольце в мета-положении друг по отношению к другу.
Таблица 5.
<img file="00000112.tif" he="48" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000113.tif" he="37" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000114.tif" he="30" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000115.tif" he="42" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
В одном варианте осуществления катализатор выбран из группы, включающей 4-HFA-St, 4-HFA-Tol, HFTB, NFTB, HPIP, 3,5-HFA-MA, 3,5-HFA-St, 1,3-HFAB, 1,4-HFAB и их комбинации.
В частности, катализаторы, содержащие 1,3-бис-НРР ароматические группы (такие как 1,3-HFAB) оказались эффективными для катализа ПРЦ TMCPFP без побочной реакции пентафторфенилкарбонатной боковой цепи.
1
12
1
12
В объем настоящего изобретения также входят катализаторы, содержащие включающие HFP группы, связанные с подложкой. В одном варианте осуществления подложка включает полимер, гранулы сшитого полимера, неорганическую частицу или металлическую частицу. Содержащие HFP полимеры можно получить по известным методикам, включая прямую полимеризацию содержащего HFP мономера (например, метакрилатного мономер 3,5-HFA-MA или стирилового мономера 3,5-HFA-St). Функциональные группы в содержащих HFP мономерах, которые могут ступать в прямую полимеризацию (или полимеризацию с сомономером), включают акрилатную, метакрилатную, альфа, альфа, альфа-трифторметакрилатную, альфа-галогенметакрилатную, акриламидную группу, метакриламидную группу, норборненовую, винильную, простую эфирную винильную и другие группы известные в данной области техники. Типичные примеры таких полимеризующихся содержащих HFP мономеров приведены в публикациях: Ito et al., Polym. Adv. Technol. 2006, 17(2), 104-115; Ito et al. Adv. Polym. Sci. 2005, 772, 37-245; Ito et al., US 20060292485; Maeda et al., WO 2005098541; Alien et al., US 20070254235; и Miyazawa et al., WO 2005005370. Альтернативно, предварительно полученные полимеры и другие твердые поверхности подложек можно модифицировать путем химического связывания содержащей HFP группы с полимером или подложкой с помощью связывающей группы. Примеры таких полимеров или подложек приведены в публикациях М.R. Buchmeiser, ed. "Polymeric Materials in Organic Synthesis and Catalysis," Wiley-VCH, 2003; М. Delgado and K.D. Janda "Polymeric Supports for Solid Phase Organic Synthesis," Curr. Org. Chem. 2002, 6(12), 1031-1043; A.R. Vaino and K.D. Janda "Solid Phase Organic Synthesis: A Critical Understanding of the Resin", J. Comb. Chem. 2000, 2(6), 579-596; D.C. Sherrington "Polymer-supported Reagents, Catalysts, and Sorbents: Evolution and Exploitation - A Personalized View," J. Polym. Sci. A. Polym. Chem. 2001, 39(14), 2364-2377; и Т.J. Dickerson et al., "Soluble Polymers as Scaffold for Recoverable Catalysts и Reagents," Chem. Rev. 2002, 102(10), 3325-3343. Примеры связывающих групп включают С-С-алкил, С-С-гетероалкил, простую эфирную группу, простую тиоэфирную группу, аминогруппу, сложноэфирную группу, амидную группу или их комбинацию. В объем настоящего изобретения также входят катализаторы, содержащие заряженные включающие HFP группы, связанные путем ионной ассоциации с противоположно заряженными центрами поверхности полимера или подложки.
Реакционная смесь для ПРЦ содержит по меньшей мере один катализатор и, если это является подходящим, несколько катализаторов. ПРЦ катализатор добавляют в соотношении, составляющем от 1/20 до 1/40000 молей в пересчете на циклические соединения и предпочтительно от 1/1000 до 1/20000 молей.
Ускорители для ПРЦ полимеризации.
2
Азотистое основание может выступать в качестве катализатора или в качестве необязательного ускорителя для катализатора при полимеризации с раскрытием цикла. Типичные азотистые основания приведены ниже и включают пиридин (Ру), N,N-диметиламиноциклогексан (MeNCy), 4-N,N-диметиламинопиридин (DMAP), транс-1,2-бис(диметиламино)циклогексан (TMCHD), 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен (ДБУ), 1,5,7-триазабицикло[4.4.0]дец-5-ен (ТБД), 7-метил-1,5,7-триазабицикло[4.4.0]дец-5-ен (MTBD), (-)-спартеин, (Sp) 1,3-бис(2-пропил)-4,5-диметилимидазол-2-илиден (Im-1), 1,3-бис(2,4,б-триметилфенил)имидазол-2-илиден (Im-2), 1,3-бис(2,6-диизопропилфенил(имидазол-2-илиден (Im-3), 1,3-бис(1-адамантил)имидазол-2-илиден (Im-4), 1,3-диизопропилимидазол-2-илиден (Im-5), 1,3-ди-трет-бутилимидазол-2-илиден (Im-6), 1,3-бис(2,4,6-триметилфенил)-4,5-дигидроимидазол-2-илиден (Im-7), 1,3 -бис(2,6-диизопропилфенил)-4,5-дигидроимидазол-2-илиден, 1,3-бис(2,6-диизопропилфенил)-4,5-дигидроимидазол-2-илиден (Im-8) или их комбинацию, приведенные в таблице 6.
Таблица 6.
<img file="00000116.tif" he="26" wi="18" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000117.tif" he="31" wi="69" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000118.tif" he="31" wi="64" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000119.tif" he="33" wi="92" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000120.tif" he="22" wi="68" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000121.tif" he="25" wi="83" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000122.tif" he="24" wi="71" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000123.tif" he="33" wi="34" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000124.tif" he="37" wi="62" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000125.tif" he="28" wi="80" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000126.tif" he="42" wi="58" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000127.tif" he="27" wi="78" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000128.tif" he="25" wi="66" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000129.tif" he="25" wi="70" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000130.tif" he="28" wi="68" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000131.tif" he="38" wi="70" img-content="undefined" img-format="tif" />
В одном варианте осуществления ускоритель содержит 2 или 3 атома азота, каждый из которых может участвовать в качестве основания Льюиса, например, в структуре (-)-спартеина. Более сильные основания обычно увеличивают скорость полимеризации. В некоторых случаях азотистое основание является единственным катализатором полимеризации с раскрытием цикла, например, 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен (ДБУ).
Инициаторы для ПРЦ полимеризации.
Реакционная смесь для ПРЦ также содержит инициатор. Как указано выше, инициаторы обычно включают нуклеофильные реагенты (например, спирты, амины и тиолы). Инициатор может быть монофункциональным, дифункциональным или мультифункциональным, таким как обладающим дендритной, полимерной или родственной структурой. Монофункциональные инициаторы могут включать нуклеофильные реагенты с защищенными функциональными группами, которые включают тиолы, амины, кислоты и спирты. Типичным инициатором является фенол или бензиловый спирт.
Более предпочтительным инициатором полимеризации с раскрытием цикла первого циклического карбонильного соединения, содержащего боковой пентафторфенилкарбонат, является спирт. Спиртом-инициатором может быть любой подходящий спирт, включая одноатомный спирт, диол, триол или другой полиол, при условии, что выбор спирта не оказывает неблагоприятного влияния на выход полимеризации, молекулярную массу полимера и/или желательные механические и физические характеристики полученного первого ПРЦ полимера. Спирт может быть мультифункциональным, в дополнение к одному или большему количеству гидроксигрупп, содержащим галогенидную, простую эфирную группу, сложноэфирную группу, амидную группу или другую функциональную группу. Дополнительные типичные спирты включают метанол, этанол, пропанол, бутанол, пентанол, амиловый спирт, каприловый спирт, нониловый спирт, дециловый спирт, ундециловый спирт, лауриловый спирт, тридециловый спирт, миристиловый спирт, пентадециловый спирт, цетиловый спирт, гептадециловый спирт, стеариловый спирт, нонадециловый спирт и другие алифатические насыщенные спирты, циклопентанол, циклогексанол, циклогептанол, циклооктанол и другие алифатические циклические спирты; фенол, замещенные фенолы, бензиловый спирт, замещенный бензиловый спирт, бензолдиметанол, триметилолпропан, сахарид, поли(этиленгликоль), пропиленгликоль, функционализированные спиртом блок-сополимеры, полученные из олигомерных спиртов, функционализированные спиртом разветвленные полимеры, полученные из разветвленных спиртов, или их комбинацию. Мономерные диольные инициаторы включают этиленгликоли, пропиленгликоли, гидрохиноны и резорцины. Примером диольного инициатора является BnMPA, полученный из 2,2-диметилолпропионовой кислоты, предшественника, использующегося для получения циклических карбонатных мономеров.
Более предпочтительными полимерными спиртами инициаторами являются простые полиэфиры спиртов, такие как поли(алкиленгликоль) или моноэндкэппированный поли(алкиленгликоль), которые включают но не ограничивается только ими поли(алкиленгликоль) (гликоли) и моноэндкэппированный поли(алкиленгликоль) (гликоли). Такие инициаторы служат для введения гидрофильного первого блока основной цепи в полученный первый ПРЦ полимер. Второй блок ПРЦ полимера содержит сегмент "живой" цепи, содержащий боковую цепочечную пентафторфенилкарбонатную группу, сегмент "живой" цепи образован с помощью полимеризации с раскрытием цикла первого циклического карбонильного соединения.
Простой полиэфир спирта может представлять собой поли(алкиленгликоль) общей формулы (12):
,
7
в которой а' равно от 0 до 8, n является целым числом, равным от 2 до 10000, и каждый R независимо обозначает одновалентный радикал, содержащий водород и алкильную группу, включающую от 1 до 30 атомов углерода. Таким образом, простое эфирное повторяющееся звено содержит от 2 до 10 атомов углерода основной цепи между каждыми атомами кислорода основной цепи. Более предпочтительный поли(алкиленгликоль) может представлять собой моноэндкэппированный поли(алкиленгликоль), описывающийся формулой (13):
,
8
в которой R обозначает одновалентный углеводородный радикал, содержащий от 1 до 20 атомов углерода.
2
2
n
2
2
2
3
n
2
3
2
2
2
n
2
2
2
2
n
8
В качестве неограничивающих примеров простой полиэфир спирта может представлять собой поли(этиленгликоль) (ПЭГ), обладающий структурой НО-[CHCHO]-H, в которой простое эфирное повторяющееся звено СНСНО (указанное в скобках) содержит два атома углерода основной цепи, связанные с атомом кислорода основной цепи. Простой полиэфир спирта также может представлять собой поли(пропилепгликоль) (ППГ), обладающий структурой НО-[СНСН(СН)O]-Н, в которой простое эфирное повторяющееся звено СНСН(СН)O содержит два атома углерода основной цепи, связанные с атомом кислорода основной цепи метильной боковой цепью. Примером моноэндкэппированного ПЭГ является имеющийся в продаже монометилэндкэппированный ПЭГ (МПЭГ), где R обозначает метильную группу. Другие примеры включают поли(оксетан), обладающий структурой НО-[CHCHCHO]-H, и поли(тетрагидрофуран), обладающий структурой НО-[СН(СН)CHO]-Н.
Моноэндкэппированный поли(алкиленгликоль) может содержать более сложные химические концевые группы, описывающиеся общей формулой (14):
,
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
9
9
9
9
9
в которой Z'' обозначает одновалентный радикал, включающий атомы углерода основной цепи и атом кислорода концевого повторяющегося звена, и может содержать от 2 до 100 атомов углерода. Приведенные ниже неограничивающие примеры иллюстрируют введение одной концевой группы в поли(этиленгликоль) (ПЭГ). Как описано выше, одно концевое повторяющееся звено ПЭГ может представлять собой кэппированную одновалентную углеводородную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, такую как монометил-ПЭГ (МПЭГ), где Z'' обозначает МеОСНСНО-. Пунктирная линия на конце МеОСНСНО- указывает положение присоединения к простой полиэфирной цепи. В другом примере Z'' включает тиогруппу, такую как HSCHCHO-, или простую тиоэфирную группу, такую как MeSCHCHO-. В другом примере одно концевое звено ПЭГ представляет собой ангидридную группу, где Z'' может обозначать ОСНСНСНО-. Обработка альдегида первичным амином дает имин, где Z'' обозначает RN=CHCHCHO-. R обозначает одновалентный радикал, выбранный из группы, включающей водород, алкильную группу, содержащую от 1 до 30 атомов углерода, или арильную группу, содержащую от 6 до 100 атомов углерода. Затем имин можно восстановить в амин, где Z'' обозначает RNHCHCHCHO-. В другом примере одно концевое повторяющееся звено ПЭГ модно окислить в карбоксигруппу, где Z'' обозначает НООССНО-. С использованием известных методик карбоновую кислоту можно превратить в сложный эфир, где Z'' обозначает ROOCCHO-. Альтернативно, карбоновую кислоту можно превратить в амид, где Z'' обозначает RNHOCCHO-. Возможны многие другие производные. В предпочтительном варианте осуществления Z'' обозначает группу, содержащую биологически активный фрагмент, который взаимодействует с конкретным типом клеток. Например, группа Z'' может содержать галактозный фрагмент, который специфически распознает клетки печени. В этом случае Z'' обладает структурой:
в которой L'' обозначает двухвалентную мостиковую группу, содержащую от 2 до 50 атомов углерода. Черта справа от L'' указывает положение присоединения к простой полиэфирной цепи. Z'' может содержать другие биологически активные фрагменты, такие как маннозный фрагмент.
Полимеризацию с раскрытием цикла можно провести с использованием или без использования растворителя, более предпочтительно с использованием растворителя. Необязательные растворители включают дихлорметан, хлороформ, бензол, толуол, ксилол, хлорбензол, дихлорбензол, трифторбензол, петролейный эфир, ацетонитрил, пентан, гексан, гептан, 2,2,4-триметилпентан, циклогексан, диэтиловый эфир, трет-бутилметиловый эфир, диизопропиловый эфир, диоксан, тетрагидрофуран или комбинацию, содержащую один из указанных выше растворителей. Если содержится растворитель, то подходящая концентрация циклического карбонильного соединения равна примерно от 0,1 до 5 моль/л и более предпочтительно примерно от 0,2 до 4 моль/л. В предпочтительном варианте осуществления реакционная смесь для полимеризации с раскрытием цикла не содержит растворителя.
Полимеризацию с раскрытием цикла первого и/или второго циклического карбонильного мономера можно провести при температуре, которая примерно равна температуре окружающей среды или выше, более предпочтительно при температуре от 15 до 200°С и еще более предпочтительно от 20 до 60°С. Продолжительность реакции меняется в зависимости от растворителя, температуры, скорости перемешивания, давления и оборудования, но обычно полимеризация завершается в течение от 1 до 100 ч.
При проведении в растворе или в блоке полимеризацию проводят в инертной (например, сухой) атмосфере и при давлении, равном от 100 до 500 МПа (от 1 до 5 атм.), чаще при давлении, равном от 100 до 200 МПа (от 1 до 2 атм.). После завершения реакции растворитель можно удалить с использованием пониженного давления.
Необязательный ускоритель - азотистое основание, если оно используется, содержится в количестве, составляющем от 0,1 до 5,0 мол.%, от 0,1 до 2,5 мол.%, от 0,1 до 1,0 мол.% или от 0,2 до 0,5 мол.% в пересчете на полное количество молей циклического карбонильного соединения.
Количество инициатора рассчитывают в пересчете на эквивалентную молекулярную массу одной нуклеофильной инициирующей группы в инициаторе (например, гидроксигруппы). Инициирующие группы содержатся в количестве, составляющем от 0,001 до 10,0 мол.%, от 0,1 до 2,5 мол.%, от 0,1 до 1,0 мол.% и от 0,2 до 0,5 мол.% в пересчете на полное количество молей циклического карбонильного соединения. Например, если молекулярная масса инициатора равна 100 г/моль и инициатор содержит 2 гидроксигруппы, то эквивалентная молекулярная масса в пересчете на гидроксигруппу равна 50 г/моль. Если для полимеризации необходимо 5 мол.% гидроксигрупп на 1 моль мономера, то количество инициатора равно 0,05×50=2,5 г на 1 моль мономера.
В предпочтительном варианте осуществления раскрытия цикла катализатор содержится в количестве, составляющем примерно от 0,2 до 20 мол.%, необязательный ускоритель содержится в количестве, составляющем от 0,1 до 5,0 мол.%, и гидроксигруппы инициатора содержатся в количестве, составляющем от 0,1 до 5,0 мол.% в пересчете на эквивалентную молекулярную массу одной нуклеофильной инициирующей группы в инициаторе.
Полимеризация с раскрытием цикла дает ПРЦ полимер, содержащий "живую" полимерную цепь. "Живая" полимерная цепь может содержать концевую гидроксигруппу, концевую тиогруппу или концевую аминогруппу, каждая из которых при необходимости может инициировать дополнительный рост ПРЦ цепи. По меньшей мере одно повторяющееся звено ПРЦ полимера содержит боковую цепочечную пентафторфенилкарбонатную группу.
ПРЦ полимер может представлять собой линейный полимер, циклический полимер, привитой сополимер и полимеры других топологий. ПРЦ полимер может представлять собой статистический сополимер, чередующийся сополимер, градиентный сополимер или блок-сополимер. Блок-сополимеризацию можно провести путем последовательной полимеризации разных циклических карбонильных мономеров или с использованием одновременно сополимеризующихся при подходящих соотношениях реакционной способности. ПРЦ полимер может содержать гидрофильные повторяющиеся звенья, гидрофобные повторяющиеся звенья и их комбинации, и тем самым придавать амфифильность первому ПРЦ полимеру. В одном варианте осуществления ПРЦ полимер включает основную цепь, содержащую поликарбонатный гомополимер, поликарбонатный сополимер или сложный полиэфиркарбонатный сополимер.
В предпочтительном варианте осуществления катализатор, ускоритель и условия проведения реакции выбирают так, чтобы растущий конец цепи (нуклеофильный спирт) не вступал во внутримолекулярную реакцию с боковой пентафторфенилкарбонатной группой той же самой полимерной цепи с образованием циклической структуры или в межмолекулярную реакцию с боковой пентафторфенилкарбонатной группой другой полимерной цепи. Таким путем можно синтезировать линейные полимеры с регулируемой полидисперсностью. При высоких степенях превращения, когда относительная концентрация мономера является низкой, реакция с боковыми пентафторфенилкарбонатными группами может протекать с последующим расширением полидисперсности.
Если это позволяют условия проведения реакции (например, когда используют сильно активирующий катализатор), растущий конец цепи (например, нуклеофильный спирт) может взаимодействовать с боковой пентафторфенилкарбонатной группой непрорерагировавшего первого циклического карбонатного мономера или с боковой пентафторфенилкарбонатной группой той же (т.е. внутримолекулярная реакция) или другой полимерной цепи (т.е. межмолекулярная реакция). Реакция с боковой пентафторфенилкарбонатной группой непрорерагировавшего первого циклического карбонатного мономера приведет к образованию макромера, который затем можно полимеризовать с получением гребнеобразного или привитого полимера. Внутримолекулярная реакция может дать циклическую структуру, тогда как межмолекулярная реакция может дать разветвленный полимер. Если используют очень жесткие условия проведения реакции, то растущий конец цепи также может взаимодействовать с карбонильной группой (например, сложноэфирной, карбонатной… и т.п.) основной цепи полимера и привести к макроциклизации или обмену сегментами (например, путем переэтерификации). Таких условий следует избегать, если необходимо получить полимеры с регулируемыми молекулярными массами и полидисперсностью.
Альтернативно, если сомономер, содержащий дополнительные нуклеофильные группы (например, ОХ-ВНМР), используют для получения первого ПРЦ полимера, содержащего боковую пентафторфенилкарбонатную группу, то эти дополнительные нуклеофильные группы могут выступать в качестве инициирующих групп (которые инициируют полимерные цепи), а также нуклеофильных групп, которые могут взаимодействовать с боковыми пентафторфенилкарбонатными группами. Если эти дополнительные нуклеофильные группы выступают в качестве только инициирующих групп, то результатом синтеза может быть первый ПРЦ полимер, содержащий боковую пентафторфенилкарбонатную группу, обладающий разветвленной, сверхразветвленной, гребнеобразной, щеточной или другой такой структурой. Если это позволяют условия проведения реакции, то дополнительные нуклеофильные группы также могут взаимодействовать с боковыми пентафторфенилкарбонатными группами непрореагировавшего первого циклического карбонатного мономера или с боковой пентафторфенилкарбонатной группой той же (т.е. внутримолекулярная реакция) или другой полимерной цепи (т.е. межмолекулярная реакция). Внутримолекулярная реакция может дать циклическую структуру, тогда как межмолекулярная реакция может дать полимерную сшитую сетку или гель (который может содержать или не содержать остаточные пентафторфенилкарбонат боковые цепочечные группы). И в этом случае очень жесткие условия проведения реакции могут дать этим нуклеофильным группам возможность также взаимодействовать с карбонильными группами (например, сложноэфирной, карбонатной… и т.п.) основных цепей полимера, хотя обычно это нежелательно.
n
Первый ПРЦ полимер может представлять собой гомополимер, сополимер или блок-сополимер. Полимер может обладать среднечисловой молекулярной массой, обычно равной от 1000 до 200000, более предпочтительно от 2000 до 100000 и еще более предпочтительно от 5000 до 80000. В одном варианте осуществления первая ПРЦ полимерная цепь обладает среднечисловой молекулярной массой M, равной от 10000 до 20000 г/моль. Первые ПРЦ полимерные цепи также могут обладать малым индексом полидисперсности (ИПД), обычно равным от 1,01 до 1,35, более предпочтительно от 1,1 до 1,30 и еще более предпочтительно от 1,1 до 1,25.
Способ 4. Функционализация первого ПРЦ полимера.
Настоящее изобретение также относится к способу (способу 4) превращения первого ПРЦ полимера в функционализированный второй полимер по реакции боковой пентафторфенилкарбонатной группы первого ПРЦ полимера с подходящим нуклеофильным реагентом. Способ можно провести в мягких условиях, без разрушения карбонильных групп основной цепи первого ПРЦ полимера. В качестве неограничивающего примера функционализация первого ПРЦ полимера BnOH-[P(MTCPFP)] с использованием нуклеофильного реагента R''-XH проиллюстрирована на схеме 8.
Схема 8.
R''-XH обозначает нуклеофильный реагент, выбранный из группы, включающей спирты, амины, тиолы и их комбинации, где на R'' не налагаются ограничения при условии, что получают подходящий полимер. В одном варианте осуществления R'' содержит от 1 до 10000 атомов углерода. Можно получить функционализированный второй полимер, практически не содержащий оставшихся пентафторфенилкарбонатных групп.
Способ (способ 4) включает приготовление первой смеси, содержащей первый ПРЦ полимер, содержащий боковую пентафторфенилкарбонатную группу, необязательный второй катализатор, нуклеофильный реагент, выбранный из группы, включающей спирты, амины, тиолы и их комбинации, и необязательный растворитель. Первую смесь перемешивают и необязательно нагревают для проведения реакции пентафторфенилкарбонатной группы с нуклеофильным реагентом с образованием функционализированного второго полимера, содержащего боковую функциональную группу, выбранную из группы, включающей карбонаты, не являющиеся пентафторфенилкарбонатом, карбаматы, тиокарбонаты и их комбинации, и побочный продукт - пентафторфенол.
Первый ПРЦ полимер можно обработать различными нуклеофильными реагентами с получением функционализированного второго полимера. Типичные нуклеофильные реагенты включают, но не ограничиваются только ими, полимерные и неполимерные спирты, тиолы и амины, дополнительно описанные выше в способе 2 и способе 3. Если нуклеофильным реагентом является простой полиэфир спирта, функционализированный второй полимер содержит боковую цепочечную карбонатную группу, содержащую гидрофильную простую полиэфирную цепь.
13
14
15
Нуклеофильный реагент может дополнительно содержать изотопно обогащенные варианты углерода, азота и водорода, включая например, С, С, N, дейтерий или их комбинации. Амин также может содержать радиоактивный фрагмент, включая радиоактивный изотоп тяжелого металла. Способ 2, описанный выше, также может включать нуклеофильный реагент, содержащий изотопно обогащенные варианты углерода, азота и водорода, а также радиоактивный фрагмент.
Нуклеофильный реагент также может содержать дополнительные реакционно-способные функциональные группы, включая гидроксигруппу, аминогруппу, тиогруппу, винил, аллил, пропаргил, ацетилен, азид, глицидил, фуран, фурфурил, акрилат, метакрилат, винилфенил, винилкетон, виниловый эфир, кротил, фумарат, малеат, малеимид, бутадиен, циклопентадиен, циклогексадиен и их производные. Эти дополнительные реакционно-способные группы могут выступать в качестве центров последующей модификации, например, с помощью дипольного 1,3-циклоприсоединения по Дильсу-Альдеру или Хыосгену.
Нуклеофильный реагент, содержащий гидроксигруппу, аминогруппу, тиогруппу или их комбинацию, можно присоединить к более крупной структуре, включая олигомеры, полимеры, биологические макромолекулы, частицы и функционализированные поверхности. Неограничивающие примеры олигомерных и полимерные структур включают линейные, разветвленные, сверхразветвленные, циклический, циклические, дендритные, блочные, привитые, звездообразные и другие известные полимерные структуры. Неограничивающие примеры биологических макромолекул включают углеводы, белки, ДНК, РНК, липиды, фосфолипиды. Частицы, содержащие нуклеофильные группы могут обладать средним диаметром в диапазоне от менее 1 нм до сотен микрометров. Неограничивающие примеры функционализированные поверхностей включают диоксид кремния, оксид алюминия и полимерные смолы, такие как обычно использующиеся в хроматографии, и функционализированные полимерные гранулы, такие как обычно использующиеся в твердофазном синтезе.
Если используют мультифункциональные нуклеофильные реагенты (например, диамины, триамины, диолы, триолы или аминоспирты), реакция функционализации может привести к образованию функционализированного второго полимера, содержащего сшитую сетку или гель. Таким образом, мультифункциональный нуклеофильный реагент может выступать в качестве сшивающего реагента по реакции с пентафторфенилкарбонатными группами разных полимерных цепей.
Наноизмельченные нуклеофильные реагенты, содержащие спирт, амин, тиол или их комбинацию, могут обладать средним диаметром, равным от 1 до 500 нм. Наночастицы могут представлять собой органические и неорганические наночастицы, включая функционализированные лигандами или стабилизированные полимерами. Органические наночастицы могут включать, но не ограничиваются только ими, сшитые полимерные наночастицы, дендримеры и звездообразные полимеры. Неорганические наночастицы включают, но не ограничиваются только ими, наночастицы металлов (например, золота, серебра, других переходных металлов и металлов групп 13-16 Периодической системы элементов), наночастицы оксидов (например, оксида алюминия, диоксида кремния, оксида гафния, оксида циркония, оксида цинка), наночастицы нитридов (например, нитрида титана, нитрида галлия), наночастицы сульфидов (например, сульфида цинка), наночастицы полупроводников (например, селенида кадмия). Функционализированные поверхности включают, но не ограничиваются только ими, поверхности, Функционализированные монослоями, подвергающимися самосборке.
Реакцию первого ПРЦ полимера с нуклеофильным реагентом обычно проводят в реакторе в сухой инертной атмосфере, такой как азот или аргон. Реакцию можно провести с использованием неактивного растворителя, такого как бензол, толуол, ксилол, диоксан, хлороформ и дихлорэтан, метиленхлорид, тетрагидрофуран, ацетонитрил, N,N-диметилформамид, диметилсульф оксид, диметилацетамид или их смеси. Температура реакции функционализации может равняться от 20 до 250°С. Обычно реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре и атмосферном давлении в течение от 0,5 до 72 ч для обеспечения полного превращения пентафторфенилкарбонатных групп. Затем ко второй смеси можно добавить дополнительный нуклеофильный реагент и катализатор для проведения дополнительной функционализации непрореагировавших пентафторфенилкарбонатных групп. Альтернативно, дополнительный нуклеофильный реагент и реагент сочетания можно добавить ко второй смеси для проведения функционализации любых гидроксигрупп, которые образовались при гидролизе боковых пентафторфенилкарбонатных групп.
Обычно первая смесь содержит растворитель, хотя он и не требуется. В зависимости от растворителя побочный продукт - пентафторфенол в некоторых случаях может осаждаться прямо из реакционной смеси по мере его образования. Однако обычно функционализированный второй полимер можно выделить путем осаждения с использованием подходящего не растворителя, такого как изопропанол. Таким образом можно получить функционализированный второй полимер с выходом, составляющим от примерно 50 до примерно 100%, более предпочтительно примерно от 70 до 100%, еще более предпочтительно примерно от 80 до 100%.
Необязательный катализатор первой смеси (способ 4) можно выбрать из числа типичных катализаторов для переэтерификации, превращения сложных эфиров в амиды или превращения сложных эфиров в сложные тиоэфиры. Они включают органические катализаторы и неорганические катализаторы, в частности, описанные выше катализаторы и наиболее предпочтительно фторид цезия. При использовании в первой смеси катализатор может содержаться в количестве, составляющем от 0,02 до 1,00 моль/моль циклического карбонильного мономера, использующегося для получения ПРЦ полимера, более предпочтительно от 0,05 до 0,50 моль/моль циклического карбонильного мономера, использующегося для получения ПРЦ полимера и еще более предпочтительно от 0,15 до 0,25 моль/моль циклического карбонильного мономера, использующегося для получения ПРЦ полимера.
В дополнительном варианте осуществления, полимеризацию с образованием первого ПРЦ полимера (способ 3), содержащего боковую пентафторфенилкарбонатную группу, и последующую реакцию первого ПРЦ полимера с нуклеофильным реагентом с образованием функционализированного второго полимера (способ 4) путем вытеснения пентафторфеноксигруппы боковой пентафторфенилкарбонатной группы, проводят постадийно в одном реакционном сосуде без промежуточной стадии выделения первого ПРЦ полимера, содержащего боковую цепочечную пентафторфенилкарбонатную группу.
Описанные выше способы представляют собой регулируемый способ включения самых различных функциональных групп и связности в полимеры, получаемые путем полимеризации с раскрытием цикла циклических карбонильных соединений, содержащих боковую пентафторфенилкарбонатную группу. Первый ПРЦ полимер и функционализированный второй полимер являются особенно предпочтительными, поскольку их можно получить минимальным загрязнением металлом при получении с помощью органического катализатора, химическая формула которого не содержит ни один из следующих металлов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий, алюминий, галлий, индий, таллий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьму, висмут, теллур, полоний и металлы групп 3-12 Периодической системы элементов.
В предпочтительных вариантах осуществления первый ПРЦ полимер и/или функционализированный второй полимер содержит не более 1000 част./млн. (частей на миллион), предпочтительно не более 100 част./млн., более предпочтительно не более 10 част./млн. и еще более предпочтительно не более 1 част./млн. каждого отдельного металла, выбранного из группы, включающей бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий, алюминий, галлий, индий, таллий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьму, висмут, теллур, полоний и металлы групп 3-12 Периодической системы элементов. Например, предельное содержание составляет не более 100 част./млн., то каждый из указанных выше металлов содержится в концентрации, не превышающей 100 част./млн. в первом ПРЦ полимере, функционализированном втором полимере или в обоих. Если концентрация отдельного металла ниже предела обнаружения или он содержится в концентрации, равной 0 частей, то концентрацию выражают, как 0 част./млн. В другом варианте осуществления каждый отельный металл, выбранный из группы, включающей бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий, алюминий, галлий, индий, таллий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьму, висмут, теллур, полоний и металлы групп 3-12 Периодической системы элементов, содержится в концентрации, равной от 0 до 1000 част./млн., от 0 до 500 част./млн., от 0 до 100 част./млн., от 0 до 10 част./млн. или, еще более предпочтительно, от 0 до 1 част./млн., в первом ПРЦ полимере, функционализированном втором полимере или в обоих. Например, если концентрация может находиться в диапазоне от 0 до 100 част./млн. (включительно), то каждый из указанных выше металлов содержится в концентрации, равной от 0 до 100 част./млн., в первом ПРЦ полимере, функционализированном втором полимере или в обоих. В другом варианте осуществления первый ПРЦ полимер, функционализированный второй полимер или они оба содержат менее 1 част./млн. каждого отдельного металла, выбранного из группы, включающей бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий, алюминий, галлий, индий, таллий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьму, висмут, теллур, полоний и металлы групп 3-12 Периодической системы элементов. Для ясности отметим, что, если предельное значение равно менее 1 част./млн., то каждый из указанных выше металлов содержится в концентрации, равной менее 1 част./млн., в первом ПРЦ полимере, функционализированном втором полимере или в обоих.
Полимерные продукты ПРЦ полимеризации можно использовать в обычных методиках формования, таких как компрессионное формование, экструзионное формование, инжекционное формование, формование полых изделий и вакуумное формование, и их можно превратить в формованные изделия, такие как различные детали, тара, материалы, инструменты, пленки, листы и волокна. Можно получить формованную композицию, содержащую полимер и различные добавки, включая например, зародышеобразователи, пигменты, красители, термостойкие агенты, антиоксиданты, устойчивые к атмосферным воздействиям агенты, смазывающие вещества, антистатические агенты, стабилизаторы, наполнители, упрочняющие материалы, огнезащитные средства, пластификаторы и другие полимеры. Обычно формованные композиции содержат от 30 до 100 мас.% или более полимера в пересчете на полную массу композиции для формования. Более предпочтительно, если формованная композиция содержит от 50 до 100 мас.% полимера.
Первый ПРЦ полимер и функционализированный второй полимер можно сформовать в отдельные пленки или пленки на подложке по известным методикам. Неограничивающие примеры методик изготовления пленок на подложке включают нанесение покрытия погружением, центрифугированием, распылением, ракелем. Обычно такие композиции покрытий содержат от 0,01 до 90 мас.% полимера в пересчете на полную массу композиции для покрытия. Более предпочтительно, если формованная композиция содержит от 1 до 50 мас.% полимера в пересчете на полную массу композиции для покрытия. Композиции покрытий обычно также включают подходящий растворитель, необходимый для растворения полимерного продукта.
Композиции покрытий могут дополнительно включать другие добавки, выбранные для оптимизации необходимых характеристик, таких как оптические, механические характеристики и/или характеристики старения пленок. Неограничивающие примеры добавок включают поверхностно-активные вещества, красители, поглощающие ультрафиолетовое излучение, термостабилизаторы, красители, поглощающие видимое излучение, тушители, измельченные наполнители и огнезащитные средства. Также можно использовать комбинации добавок.
Вторые циклические карбонильные соединения, предпочтительно циклические карбонаты, также могут содержать полимеризующиеся функциональные группы, которые можно полимеризовать с помощью ПРЦ, свободнорадикальной, РРП или методики полимеризации. Например, мономеры ТМСЕМА (пример 5) и TMCNSt (пример 8) содержат ненасыщенные группы, которые можно полимеризовать с помощью методик свободнорадикальной или регулируемой радикальной полимеризации, включая катализируемую нитроксидом радикальную полимеризацию, полимеризацию с переносом атомов (ATRP) и обратимую аддитивно-фрагментационную полимеризацию (RAFT). Эти мономеры можно полимеризовать с помощью циклической карбонильной группы, полимеризующейся функциональной группы или их обеих. Циклическую карбонильную группу и полимеризующейся функциональную группу можно полимеризовать в любом порядке (например, ПРЦ циклического карбоната и затем полимеризация функциональной группы или наоборот, или одновременно). Альтернативно, функциональную группу можно полимеризовать (или сополимеризовать) и получить полимер, содержащий боковые циклические карбонильные группы. Эти циклические карбонильные группы затем можно ввести в реакцию для добавления групп в полимер. Например, хорошо известны реакции раскрытия цикла циклических карбонатов с первичными или вторичными аминами для получения гидроксикарбаматов.
ПРИМЕРЫ
Если не указано иное, части являются массовыми, температура выражена в °С и давление равно или близко к атмосферному. Бис(пентафторфенил)карбонат получали у фирмы Central Glass Co., Ltd. (Japan). Все остальные исходные вещества получали (в безводном виде, если это возможно) у фирмы Aldrich Chemical Со. Спектры ядерного магнитного резонанса (ЯМР) Н, С и F снимали при комнатной температуре на спектрометре Bruker Avance 400.
Приведенный ниже пример 1 иллюстрирует способ получения первого 6-членного циклического карбоната, TMCPFP. Пример 2 иллюстрирует способ получения первого 5-членного циклического карбоната, GLCPFP. Примеры 3-8 иллюстрируют способы вытеснения PFP карбоната TMCPFP с образованием множества вторых циклических карбонатов, содержащих разные карбонатные или карбаматные группы. Пример 9 иллюстрирует способ вытеснения PFP карбоната GLCPFP с образованием второго циклического карбоната, содержащего карбаматную группу. Пример 10 иллюстрирует полимеризацию второго циклического карбонатного мономера, содержащего реакционноспособную боковую группу. Пример 11 иллюстрирует полимеризацию первого циклического карбоната с образованием блок-сополимера. Пример 12 иллюстрирует проводимую после полимеризации функционализацию блок-сополимера примера 11 с получением полимера с функционализированными карбаматными боковыми группами.
Пример 1. Получение (5-метил-2-оксо-1,3-диоксан-5-ил)метилперфторфенилкарбоната (TMCPFP).
пл
3
3
3
1
19
13
В круглодонной колбе объемом 100 мл 1,1,1-трис(гидроксиметил)этан (2,0 г, 16,7 ммоля) объединяли с бис(пентафторфенил)карбонатом (15,1 г, 38,3 ммоля, 2,3 экв.) и фторидом цезия (0,76 г, 5,0 ммоля, 0,3 экв.) в безводном тетрагидрофуране (ТГФ) (11,9 мл) и перемешивали в течение 4 ч при комнатной температуре. Сначала реакция была гетерогенной, но после протекания реакции в течение 1 ч образовывался прозрачный гомогенный раствор. Реакционную смесь концентрировали в вакууме (100 мм рт.ст., 30°С) и остаток растворяли в метиленхлориде (~50 мл). После выдерживания (~10 мин) из раствора осаждался побочный продукт - пентафторфенол и его отделяли фильтрованием. Маточный раствор промывали водным раствором бикарбоната натрия (3×50 мл), пока значение рН водного слоя не становилось равным ~8, и затем рассолом (1×50 мл). Органический слой отделяли и сушили над безводным сульфатом натрия. Раствор концентрировали и получали неочищенный продукт, который очищали путем перекристаллизации. Неочищенный продукт растворяли в этилацетате (24 мл) при 65°С. При такой же температуре добавляли н-гексан (35 мл) и полученному раствору давали охладиться до комнатной температуры. После перемешивания раствора в течение ночи белый кристаллический продукт TMCPFP отделяли фильтрованием (4,0 г, выход 67%). t 130-131°С. Н ЯМР (CDCl, 400 Гц) 1,22 (s, 3Н), 4,23 (d, 2H, J=11 Гц), 4,37 (s, 2H), 4,38 (d, 2H, J=11 Гц). F ЯМР (CDCl, 376 Гц) -154,3~-154,3 (m, 2F), -157,8 (t, 1F, J=22 Гц), -162,6~-162,7 (m, 2F). С ЯМР (CDCl, 100 Гц) 16,8, 32,6, 70,3, 73,0, 125,4, 137,9, 140,1, 141,3, 147,4, 151,1.
Пример 2. Получение (2-оксо-1,3-диоксолан-4-ил)метилперфторфенилкарбоната (GLCPFP).
4
Глицерин (1,0 г, 0,011 ммоля) объединяли с бис(пентафторфенилкарбонатом) (9,8 г, 0,025 ммоля, 2,3 экв.) и CsF (0,49 г, 0,033 ммоля, 0,3 экв.) в ТГФ (15,6 мл) и перемешивали в течение 6 ч при комнатной температуре. Сначала реакция была гетерогенной, но после протекания реакции в течение 1 ч образовывался прозрачный гомогенный раствор. Реакционную смесь концентрировали и повторно растворяли в метиленхлориде. После выдерживания в течение 10 мин из раствора осаждался побочный продукт - пентафторфенол. После удаления побочного продукта фильтрованием маточный раствор промывали рассолом. Органический слой отделяли и сушили над NaSO. Раствор концентрировали и получали неочищенный продукт. Неочищенный продукт растворяли в н-гексане (2 мл) и к раствору добавляли затравочный кристалл. После выдерживания раствора при 0°С в течение 1 ч кристаллы отделяли фильтрованием (2,97 г, выход 83%).
Пример 3. Получение этил(5-метил-2-оксо-1,3-диоксан-5-ил)метилкарбоната (TMCEt).
пл
3
3
1
13
В атмосфере сухого азота безводный этанол (0,06 г, 1,26 ммоля, 1,5 экв.) добавляли к раствору TMCPFP (0,3 г, 0,84 ммоля) и фторида цезия (0,038 г, 0,25 ммоля, 0,3 экв.) в ТГФ (3 мл). Смесь перемешивали в течение 1 дня при комнатной температуре. После завершения реакции раствор концентрировали в вакууме и повторно растворяли в метиленхлориде. После выдерживания (~10 мин) из раствора осаждался побочный продукт - пентафторфенол и его удаляли фильтрованием. Неочищенный продукт очищали с помощью колоночной хроматографии (этилацетат/н-гексан=1/3) и получали TMCEt в виде белого кристаллического порошкообразного вещества (0,11 г, выход 63%). t 68-69°С. Н ЯМР (CDCl, 400 Гц) 1,15 (s, 3Н), 1,33 (t, 3Н, J=1 Гц), 4,14 (s, 2H), 4,15 (d, 2H, J=11 Гц), 4,23 (q, 2Н, J=7 Гц), 4,34 (d, 2Н, J=Н Гц). С ЯМР (CDCl, 100 Гц) 14,2, 16,9, 32,3, 64,7, 67,8, 73,3, 147,7, 154,7.
Пример 4. Получение бензил(5-метил-2-оксо-1,3-диоксан-5-ил)метилкарбоната (TMCBn).
пл
3
3
1
13
В атмосфере сухого азота безводный бензиловый спирт (0,06 г, 0,55 ммоля, 1,0 экв.) добавляли к раствору TMCPFP (0,2 г, 0,55 ммоля) и пиридина (0,04 г, 0,49 ммоля, 0,89 экв.) в ТГФ (2 мл). Смесь перемешивали в течение 3 дней при 55°С. После завершения реакции раствор концентрировали и повторно растворяли в метиленхлориде. После выдерживания (~10 мин) из раствора осаждался побочный продукт - пентафторфенол. После удаления побочного продукта фильтрованием, маточный раствор промывали водным раствором бикарбоната натрия (рН водного слоя ~8) и рассолом. Органический слой отделяли и сушили над безводным сульфатом натрия. Раствор концентрировали и получали неочищенный продукт, который очищали путем перекристаллизации (толуол/н-гексан 3:1) и получали TMCBn в виде белого кристаллического порошкообразного вещества (0,03 г, выход 20%). t 72-75°С. Н ЯМР (CDCl, 400 Гц) 1,14 (s, 3Н), 4,13 (d, 2Н, J=11 Гц), 4,16 (s, 2H), 4,32 (d, 2H, J=11 Гц), 5,18 (s, 2H), 7,38-7,39 (m, 5H). С ЯМР (CDCl, 100 Гц) 17,0, 32,4, 68,1, 70,3, 73,2, 128,6, 128,7, 128,9, 134,6, 147,5, 154,6.
Пример 5. Получение 2-(((5-метил-2-оксо-1,3-диоксан-5-ил)метокси)карбонилокси)этилметакрилата (ТМСЕМА).
1
13
3
3
В атмосфере сухого азота 2-гидроксиэтилметакрилат (0,037 г, 0,28 ммоля, 1,0 экв.) добавляли к раствору TMCPFP (0,1 г, 0,28 ммоля) и фторида цезия (0,013 г, 0,084 ммоля, 0,3 экв.) в ТГФ (1 мл). Смесь перемешивали в течение 3 дней при комнатной температуре. После завершения реакции раствор концентрировали и повторно растворяли в метиленхлориде. После выдерживания (~10 мин) из раствора осаждался побочный продукт - пентафторфенол и его удаляли фильтрованием. Растворитель удаляли в вакууме и получали неочищенный продукт, который дополнительно очищали с помощью колоночной хроматографии (этилацетат/н-гексан=1/3) и получали ТМСЕМА в виде бесцветного масла (0,03 г, выход 35%). Н ЯМР (CDCl, 400 Гц) 1,16 (s, 3Н), 1,96 (s, 3Н), 4,16 (d, 2H, J=11 Гц), 4,17 (s, 2H), 4,34 (d, 2H, J=11 Гц), 3,39~4,43 (m, 2H), 5,63 (bs, 1H), 6,15 (s, 1H). C ЯМР (CDCl, 100 Гц) 17,0, 18,3, 32,4, 62,0, 66,2, 68,2, 73,2, 126,4, 135,7, 147,5, 154,6, 167,1.
Пример 6. Получение изопропил(5-метил-2-оксо-1,3-диоксан-5-ил)метилкарбоната (TMCiPR).
пл
3
3
1
13
В атмосфере сухого азота безводный 2-пропанол (0,025 г, 0,42 ммоля, 1,5 экв.) добавляли к раствору TMCPFP (0,1 г, 0,28 ммоля) и фторида цезия (0,013 г, 0,084 ммоля, 0,3 экв.) в ТГФ (1 мл). Смесь перемешивали в течение 1 дня при 55°С. После завершения реакции раствор концентрировали и повторно растворяли в метиленхлориде. После выдерживания (~10 мин) из раствора осаждался побочный продукт - пентафторфенол и его удаляли фильтрованием. Растворитель удаляли в вакууме и получали неочищенный продукт, который дополнительно очищали с помощью колоночной хроматографии (этилацетат/н-гексан=1/3) и получали TMCiPR в виде белого кристаллического порошкообразного вещества (0,03 г, выход 46%). t 64~65°С. Н ЯМР (CDCl, 400 Гц) 1,18 (s, 3Н), 1,34 (d, 6H, J=6 Гц), 4,14 (s, 2H), 4,17 (d, 2H, J=11 Гц), 4,36 (d, 2H, J=11 Гц), 4,92 (септет, 1Н, J=6 Гц). С ЯМР (CDCl, 100 Гц) 17,0, 21,7, 32,4, 67,6, 72,9, 73,3, 147,7, 154,2.
Пример 7. Получение (5-метил-2-оксо-1,3-диоксан-5-ил)метилбензилкарбамата (TMCNBn).
1
13
3
3
В атмосфере сухого азота безводный бензиламин (0,039 г, 0,37 ммоля, 1,32 экв.) добавляли к раствору TMCPFP (0,1 г, 0,28 ммоля) и фторида цезия (0,013 г, 0,084 ммоля, 0,3 экв.) в ТГФ (1 мл). Смесь перемешивали в течение 1 дня при комнатной температуре. После завершения реакции раствор концентрировали и повторно растворяли в метиленхлориде. После выдерживания (~10 мин) из раствора осаждался побочный продукт - пентафторфенол и его удаляли фильтрованием. Растворитель удаляли в вакууме и получали неочищенный продукт, который дополнительно очищали с помощью колоночной хроматографии (этилацетат/н-гексан=1/1) и получали TMCNBn в виде бесцветного масла (0,044 г, выход 56%). Н ЯМР (CDCl, 400 Гц) 1,11 (s, 3H), 4,14 (d, 2H, J=11 Гц), 4,15 (s, 2H), 4,32 (d, 2H, J=11 Гц), 4,38 (d, 2H, J=6 Гц), 6,23 (bs, 1Н), 7,28-7,36 (m, 5H). C ЯМР (CDCl, 100 Гц) 17,1, 32,4, 45,2, 66,1, 73,9, 127,6, 127,7, 128,7, 138,0, 148,0, 155,7.
Пример 8. Получение (5-метил-2-оксо-1,3-диоксан-5-ил)метил 4-винилфенилкарбамата (TMCNSt).
пл
3
3
1
13
В атмосфере сухого азота 4-виниланилин (0,87 г, 7,3 ммоля, 1,3 экв.) добавляли к раствору TMCPFP (2,0 г, 5,6 ммоля) и фторида цезия (0,26 г, 1,7 ммоля, 0,3 экв.) в ТГФ (11,2 мл). Смесь перемешивали в течение 2 дней при комнатной температуре. Раствор концентрировали и остаток повторно растворяли в метиленхлориде. После выдерживания (~10 мин) из раствора осаждался побочный продукт - пентафторфенол. После удаления побочного продукта фильтрованием маточный раствор промывали водным раствором бикарбоната натрия (рН водного слоя ~8) и рассолом. Органический слой отделяли и сушили над безводным сульфатом натрия. Раствор концентрировали и получали неочищенный продукт, который очищали с помощью перекристаллизация из толуола (40 мл) и получали TMCNSt в виде кристаллического порошкообразного вещества (1,3 г, выход 81%). t 120~121°С. H ЯМР (CDCl, 400 Гц) 1,14 (s, 3H), 4,19 (d, 2H, J=11 Гц), 4,21 (s, 2Н), 4,38 (s, m, J=11 Гц), 5,20 (d, 1H, J=11 Гц), 5,68 (d, 1H, J=18 Гц), 6,67 (dd, 1H, J=18, 11 Гц), 6,98 (bs, 1H), 7,36 (s, 4H). С ЯМР (CDCl, 100 Гц) 17,0,32,4, 65,8, 73,8, 112,9, 118,7, 126,9, 133,2, 136,0, 137,0, 148,3, 152,7.
Пример 9. Получение (2-оксо-1,3-диоксолан-4-ил)метилбензилкарбамата (GLCNBn).
4
5-Членный циклический карбонат (0,2 г, 0,61 ммоля) и бензиламин (0,098 г, 0,91 ммоля, 1,5 экв.) и CsF (0,028 г, 0,18 ммоля, 0,3 экв.) объединяли в ТГФ (1 мл) и перемешивали при комнатной температуре. Через 18 ч реакционную смесь концентрировали, и повторно растворяли в метиленхлориде. После выдерживания в течение 10 мин из раствора осаждался побочный продукт - пентафторфенол. После удаления побочного продукта фильтрованием маточный раствор промывали водным раствором хлорида аммония. Органический слой отделяли и сушили над NaSO. Раствор концентрировали и получали неочищенный продукт. Неочищенный продукт перекристаллизовали из метиленхлорида (2 мл) и н-гексана (1,5 мл). Кристаллы отделяли фильтрованием (0,080 г, выход 56%).
Пример 10. Получение BnOH-[P(TMCNSt)] с помощью полимеризации TMCNSt с раскрытием цикла.
n
w
В сухой атмосфере TMCNSt (296 мг, 0,924 ммоля), 1,3-бис(1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-гидроксипроп-2-ил)бензол (19 мг, 0,046 ммоля, 0,05 экв.), (-)-спартеин (11 мкл, 0,046 ммоля, 0,05 экв.), бензиловый спирт (0,97 мкл, 0,009 ммоля, 0,01 экв.), и метиленхлорид (2 мл, 0,5М) объединяли в колбе и перемешивали в течение 3 дней при комнатной температуре. Н ЯМР показывал, что степень превращения равна 90%. Полимер BnOH-[P(TMCNSt)] осаждали в метаноле. M=4269 г/моль. M=6935 г/моль. ИПД=1,62.
Пример 11. Получение блок-сополимера BnOH-[P(LLA-b-TMCPFP)].
n
w
L-лактид (1,92 г, 13,3 ммоля), 1,3-HFAB (376 мг, 0,916 ммоля, 0,069 экв.), (-)-спартеин (98 мг, 0,417 ммоля, 0,031 экв.) и бензиловый спирт (21 мг, 0,194 ммоля, 0,0146 экв.) объединяли в дихлорметане (15 мл) и перемешивали при комнатной температуре. Через 16 ч добавляли TMCPFP (1,19 г, 3,34 моля) и раствор перемешивали при комнатной температуре в течение еще 24 ч. Неочищенный блок-сополимер выделяли путем осаждения из 2-пропанола. Неочищенный продукт растворяли в дихлорметане (8 мл), и раствор по каплям добавляли к н-гексану (15 мл) для удаления непрореагировавшего TMCPFP. Маточный раствор выпаривали и получали блок-сополимер BnOH-[P(LLA-b-TMCPFP)]. После выделения сохранялось примерно 99% пентафторфенилкарбонатных групп. Соотношение включения (LLA/TMCPFP): 95,8/4,2. M=10400 г/моль. M=10,800 г/моль. ИПД=1,04.
Пример 12. Функционализация BnOH-[P(LLA-b-TMCPFP)]
6
6
n
w
BnOH-[P(LLA-b-TMCPFP)] (0,25, 0,069 ммоля (в виде карбоната CF)) и 3-(трифторметил)бензиламин (0,018 г, 0,10 ммоля, 1,45 экв.) растворяли в ацетонитриле (0,28 г). Смесь перемешивали в течение 21 ч при комнатной температуре. После завершения реакции функционализированный второй полимер, содержащий боковую цепочечную карбаматную группу, осаждали из н-гексана. Степень замещения: 87%. Остаточный пентафторфенилкарбонат: 0%. M=10,400 г/моль. M=11000 г/моль. ИПД=1,05.
Терминология, использованная в настоящем изобретении,  предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения настоящее изобретение. При использовании в настоящем изобретении подразумевается, что термины в единственном числе включают и множественное число, если в контексте явно не указано иное. Также следует понимать, что термины "включает" и/или "включающий" при использовании в настоящем описании указывают наличие отмеченных особенностей, целых чисел, стадий, операций, элементов и/или компонентов, но не исключает наличие или добавление одного или большего количества других особенностей, целых чисел, стадий, операций, элементов, компонентов и/или их групп. Если для возможного значения указан диапазон с использованием двух границ (например, компонент может содержаться в концентрации, равной от Х до Y част./млн., где Х и Y являются числами), то, если не указано иное значением может быть любое число, находящееся в диапазоне, или указанное граничное значение (т.е. Х или Y) диапазона.
Описание настоящего изобретения приведено для иллюстрации и пояснения, но оно не является исчерпывающим или ограничивающим настоящее изобретение в раскрытой форме. Для специалистов с общей подготовкой в данной области техники должны быть очевидны многочисленные модификации и изменения.