JPH11500167A - 無水ポリアミノ酸の製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 反応時間を短縮し、かつポリマーの分子量を増加させる新規な触媒の存在下にＬ−アスパラキン酸を熱縮合させることによってポリアスパラギン酸を製造する方法を開示する。上記新規な触媒とは、触媒として有効なメチレンホスホン酸である。典型的な触媒は１−ヒドロキシエチリデン−１，１−二ホスホン酸及びアミノトリス（メチレンホスホン酸）である。メチレンホスホン酸をアミノ酸と、アミノ酸対触媒のモル比が約１：１から４０：１となるようにブレンドする。

Description

【発明の詳細な説明】 無水ポリアミノ酸の製造 本発明は、無水ポリアミノ酸を製造する方法、及び無水ポリアミノ酸を加水分 解してポリアミノ酸を生成させることに係わる。本発明は特に、触媒を用いて短 縮された反応時間でポリスクシンイミドを製造する新規な方法に係わる。発明の背景 α−アミノ酸を熱縮合させると水を含有しないポリマーが生成することは多年 にわたって知られている。このような過程への関心は初期には、前生物的ポリペ プチドの生成についての理論と関連していた。前記理論を検証する実験では粉末 状のＬ−アスパラギン酸を用い、普通フラスコの底部に充填した該酸をその融点 より低い温度で加熱した。この反応はゆっくり進行し、何時間にもわたって生起 した。このような反応の一例が、Ｋｏｋｕｆｕｔａ等， “Ｔｅｍｐｅｒａｔｕ ｒｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｗｅｉｇｈｔ ａｎ ｄ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ Ａｎｈｙｄｒｏｐｏｌｙａ ｓｐａｒｔｉｃ Ａｃｉｄ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｌ ｙｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ，” Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ ５１（５）， ｐｐ．１５５５−１５５６， １９７８に報告され ている。無水ポリアスパラギン酸の構造は、Ｊ． Ｋｏｖａｃｓ等， Ｊ．Ｏ． Ｃ．Ｓ． ２６， ｐｐ．１０８４−１０９１，１９６１などにおいて完全に究 明されている。 ポリアミノ酸については近年多くの用途が示唆されている。Ｎｅｕｓｅ等， “Ｗａｔｅｒ−ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓ ａｓ ｐｏｔｅｎｔｉ ａｌ ｄｒｕｇ ｃａｒｒｉｅｒｓ，” Ｄｉｅ Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｍａ ｋｒｏｍｏｌｅｋｕｌａｒｅ Ｃｈｅｍｉｅ １９２， ｐｐ．３５−５０， １９９１では、ポリアミドの薬物キャリヤとしての使用可能性が示唆されている 。ポリアミドは、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｕｎｃｉｌ ｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔによって報告されている（“Ｓｅａｗａｔｅ ｒ Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ，” ＮＲＣＤ ８−７６， ｐｐ．１５０−１ ５７， １９７７）ように特にＳａｒｉｇ等によって、天然海水及び硫酸カルシ ウムに関するスケール形成防止剤（ｓｃａｌｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ）として 試験さ れてもいる。ポリアスパラギン酸は洗剤中に固体粒子を分散させる能力を有する ことが良く知られており、米国特許第４，３６３，４９７号、同第４，３３３， ８４４号、同第４，４０７，７２２号及び同第４，４２８，７４９号を含めた多 くの特許において分散剤として言及されている。ポリアスパラギン酸を洗剤中に 用いるという普通の用途からは離れるが、オーストラリア特許第Ａ−１４７７５ ／９２号には、洗液にポリイミドを添加し、このポリイミドをその場で加水分解 して生分解性のポリペプチドビルダーに変換することが報告されている。また、 Ｋａｌｏｔａ等の米国特許第４，９７１，７２４号に開示されているように、ア スパラギン酸などのポリアミノ酸を含有する組成物はアルカリ性のｐＨにおいて イオン化すると水性媒質存在下での第一鉄金属の腐食を有効に抑制することが判 明している。ポリアミノ酸分子の反応性部位に結合した基によって特定の属性を 付与された様々なポリアミノ酸誘導体も製造されている。このような誘導体は、 例えばＦｕｊｉｍｏｔｏ等の米国特許第３，８４６，３８０号に開示されている 。 洗剤工業においてポリアスパラギン酸の重要性が増すにつれて、色の薄いポリ アスパラギン酸を大量に、かつ効率 的に生産することが重要となった。色の薄いポリアスパラギン酸をもたらす一公 知方法では、触媒としてリン酸を用いる。リン酸触媒を用いると生成物の色は改 善されるが、前記触媒は生成物の使用前に該生成物から除去しなければならない 。そのうえ、リン酸を触媒とする反応では途中の段階で粒状のＬ−アスパラギン 酸が粘着性となり、大型の工業用反応容器内での取り扱いが困難となる。従って 、反応を促進して反応時間を短縮し、かつ色を改善するのみでなく、より容易に 取り扱える反応塊をもたらし、また生成物から除去しなくともよい、より便利な 触媒が必要である。発明の概要 本発明によれば、Ｌ−アスパラギン酸の熱縮合によって無水ポリアミノ酸を製 造する方法であって、触媒量のメチレンホスホン酸を含有させることにより短縮 された反応時間において高い収率を実現する方法が判明した。メチレンホスホン 酸は水処理に、特にスケール形成防止及び金属イオン封鎖の目的で用いられるこ とが良く知られている。好ましいメチレンホスホン酸は１−ヒドロキシエチリデ ン−１，１−二ホスホン酸（ＨＥＤＰ）である。その他の典型的なメチレンホス ホン酸に、アミノトリス（メチレンホス ホン酸）、エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、ヘキサメチレンジ アミンテトラ（メチレンホスホン酸）及びジエチレントリアミンペンタ（メチレ ンホスホン酸）またはこれらの混合物が有る。 本発明は特に、Ｌ−アスパラギン酸を触媒有効量のメチレンホスホン酸の存在 下に約１４０℃より高温で加熱することによって無水ポリアミノ酸を高収率で製 造し、かつ得られた無水ポリアミノ酸を塩基性水性媒質中でポリアスパラギン酸 に加水分解する方法を包含する。メチレンホスホン酸は工業用水処理においてス ケール形成防止剤及び金属イオン封鎖剤として有用であり、また油田用化学薬剤 及び医薬にも用いられるので、特に生成物を洗剤工業でのように水溶液中に用い る場合はメチレンホスホン酸が無水ポリアスパラギン酸またはポリアスパラギン 酸中に存在しても問題ない。発明の詳細な説明 本発明によれば、触媒活性なメチレンホスホン酸をＬ−アスパラギン酸と、無 水ポリアミノ酸を生成させる熱縮合反応前に十分に混合する。十分な混合の実現 には、Ｌ−アスパラギン酸とメチレンホスホン酸の両方を水に溶解させ ることが最も好ましい。溶液同士を混合し、かつ乾燥して、乾燥物質全体にメチ レンホスホン酸が分散した乾燥粒状Ｌ−アスパラギン酸を回収する。次に、乾燥 物質を、オーブン、箱形乾燥機（米国特許第５，３１９，１４５号及び同第５， ３１５，０１０号参照）または回転乾燥機（米国特許第５，０５７，５９７号参 照）等において高温へ曝すなどの任意の公知手段で熱縮合させる（前記諸特許は 本明細書に参考として含まれる）。得られた無水ポリアミノ酸をアルカリ性加水 分解によってポリアミノ酸塩に変換する。 触媒としてＬ−アスパラギン酸に含有させるメチレンホスホン酸の量は典型的 には、Ｌ−アスパラギン酸４０モルに対して少なくとも約１モルであり、上限は モル比１：１である。最終生成物の用途においてメチレンホスホン酸が比較的大 量に存在することが望ましい場合には、比較的多量のメチレンホスホン酸を用い 得る。例えば、所望であればＬ−アスパラギン酸にＨＥＤＰを１：１に達するモ ル比で含有させ得る。 多くのメチレンホスホン酸がＭｏｎｓａｎｔｏ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， Ｍｏから、商品名Ｄ 途において、スケール形成防止、金属イオン封鎖、工業用水処理及び漂白剤安定 化の目的で広く用いられている。前記の諸機能は、本発明の方法でＨＥＤＰを触 媒として用いる際にも失われない。従って、ポリアスパラギン酸または無水ポリ アスパラギン酸を洗剤工業に用いる場合、ＨＥＤＰはポリアスパラギン酸または その塩と共に有利に機能するので生成物から除去する必要は無い。 即ち本発明は、反応容器にＬ−アスパラギン酸などのα−アミノ酸反応物を触 媒有効量のメチレンホスホン酸と共に連続的に供給することによって無水ポリア ミノ酸を製造する、好ましい無水ポリアミノ酸製造方法を提供する。好ましい具体例の説明 以下の実施例において、百分率は特に断らないかぎり重量百分率である。分子 量値は総て重量平均で示してある。実施例１ ８５％のＬ−アスパラギン酸（１．００３ｍｏｌ）と１５％のＨＥＤＰ（０． １１４１ｍｏｌ）とから成るブレンドを、前記両酸を水に溶解させることによっ て製造した。十分混合後、ロータリーエバポレーターによって水を除去した。次 に、上記のように乾燥したブレンドをパンに入れ、 開始時点の１５３℃から終了時点の１９９℃までの範囲の温度に維持したオーブ ン内に置いた。ブレンドを上記温度範囲に維持した時間は約３時間１０分であっ た。１２，４９９の分子量を有する淡黄色のポリマーを１２５ｇ回収した。３８ ．５ｇの水に１７．２２ｇの前記ポリマーを加えて製造した溶液に４．３２ｇの ５０％水酸化ナトリウムを添加して、透明なポリアスパラギン酸ナトリウム溶液 を得た。実施例２ ビーカーに１３３．０９ｇ（１ｍｏｌ）のＬ−アスパラギン酸粉末を入れ、こ れに３８．８３ｇのＨＥＤＰの６０％水溶液を添加した。混合物は非粘着性でか つ非他着性の固体であったので、容易にブレンドできた。得られたブレンドをス テンレス鋼製パンに移し、２２８℃の開始温度に維持したオーブンに入れた。ブ レンドをオーブン内に２．５時間保持し、その温度を１６５℃と２４１℃との間 で変動させた。１１７．１ｇの黄色のポリスクシンイミドを回収した。加水分解 後の物質は１２，６０８の分子量を有していた。実施例３ 実施例２の操作を繰り返したが、その際Ｌ−アスパラギン酸を、ＨＥＤＰを含 有しない水とブレンドした。オーブンの温度を２２６℃から２４３℃までの範囲 に維持し、Ｌ−アスパラギン酸をオーブン内に４．５時間保持した。９６．４ｇ のポリスクシンイミドを回収し、その加水分解後の分子量は１０，６５３であっ た。実施例４ ビーカーに１３３．３１ｇ（１．００１ｍｏｌ）のＬ− 下に入手可能なアミノトリス（メチレンホスホン酸）２３．５２ｇ（０．０７８ ７ｍｏｌ）と、５２ｇの水とを入れた。混合物をブレンドしてからステンレス鋼 製パンに入れ、２１１℃ら２４２℃までの範囲の温度に維持した強制通風炉内で 加熱した。反応は２時間１７分で完了し、ポリスクシンイミドが生成した。加水 分解後の生成物は１２，５０８の分子量を有していた。実施例５ 実施例４の操作を繰り返したが、その際メチレンホスホン酸に替えて水を用い た。反応の完了までに３．５時間を要した。加水分解後の生成物は１０，９１３ の分子量を有 していた。実施例６ １ｍｏｌのＬ−アスパラギン酸にＨＥＤＰの６０％溶液１８．７９ｇを添加し た。混合物を十分ブレンドし、ステンレス鋼製パンに入れた。パンを、２２６℃ から２５１℃までの範囲の温度に維持したオーブンに１時間４０分入れて、ポリ スクシンイミドポリマーが生成する反応を完了させた。生成したポリマー２０． ０３ｇを、５０ｇの５０％水酸化ナトリウムを含有する６４．４３ｇの水に添加 することによって加水分解した。加水分解後のポリマーは１２，２１０の分子量 を有していた。実施例７ 実施例６の操作を繰り返したが、その際パンにはＬ−アスパラギン酸のみを入 れた。反応の完了までに２時間２０分を要し、加水分解後のポリマーは１１，８ ２４の分子量を有していた。実施例８ 実施例４の操作を繰り返したが、その際アミノトリス（メチレンホスホン酸） の５０％水溶液２１．６４ｇのみを１ｍｏｌのＬ−アスパラギン酸とブレンドし た。得られ たブレンドをステンレス鋼製パンに入れ、２２４℃から２４７℃までの範囲の温 度に維持したオーブン内に１時間４５分保持して反応を９９．７％完了させた。 加水分解後のポリマーは１２，９１５の分子量を有した。触媒を含有しないＬ− アスパラギン酸から成る対照試料も重合させたが、その完了までには２時間４５ 分を要した。加水分解後の物質の分子量は１１，２６９であった。 本発明を、きわめて詳細に示した特定の具体例によって説明したが、この説明 は単なる例示のためのものであり、本発明は必ずしもこの説明に限定されないと 理解されるべきであり、なぜなら本開示を参照すれば別の具体例及び操作技術が 、当業者には明らかとなるからである。従って、ここに説明した本発明の思想を 逸脱しない変形が可能であることが予想される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＭ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ， ＫＧ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ジエイスン，マーク・エドワード アメリカ合衆国、ミズーリ・63017、チエ スターフイールド、リツジ・ポイント・ド ライブ・34 (72)発明者 カロータ，デニス・ジエローム アメリカ合衆国、ミズーリ・63026、フエ ントン、グリーン・ミスト・ドライブ・ 1306

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． Ｌ−アスパラギン酸の熱重合によって無水ポリアミノ酸を製造する方法で あって、Ｌ−アスパラギン酸を触媒として有効な量のメチレンホスホン酸の存在 下に加熱することを特徴とする方法。 ２． Ｌ−アスパラギン酸対メチレンホスホン酸のモル比が約４０：１から１０ ：１であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． 無水ポリアミノ酸をアルカリ性溶液中で加水分解してポリアミノ酸または その塩を生成させるステップも含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。 ４． メチレンホスホン酸が１−ヒドロキシエチリデン−１，１−二ホスホン酸 であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５． メチレンホスホン酸がアミノトリス（メチレンホスホン酸）であることを 特徴とする請求項１に記載の方法。 ６． Ｌ−アスパラギン酸対メチレンホスホン酸のモル比が約１：１から約４０ ：１であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ７． 前記比が約１０：１であることを特徴とする請求項 ６に記載の方法。 ８． Ｌ−アスパラギン酸対メチレンホスホン酸のモル比が４０：１であること を特徴とする請求項６に記載の方法。 ９． メチレンホスホン酸をアミノトリス（メチレンホスホン酸）、エチレンジ アミンテトラ（メチレンホスホン酸）、ヘキサメチレンジアミンテトラ（メチレ ンホスホン酸）及びジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）並びに これらの混合物の中から選択することを特徴とする請求項１に記載の方法。 １０． Ｌ−アスパラギン酸を箱形乾燥機で加熱することを特徴とする請求項１ に記載の方法。 １１． 箱形乾燥機が回転箱形乾燥機であることを特徴とする請求項１０に記載 の方法。 １２． 箱形乾燥機が間接加熱型箱形乾燥機であることを特徴とする請求項１０ に記載の方法。 １３． Ｌ−アスパラギン酸を回転乾燥機で加熱することを特徴とする請求項１ に記載の方法。