DE19723807C2 - Verfahren zur Herstellung von Copolyestern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von CopolyesternInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Copolyestern unter Verwendung cyclischer Ester als Monomere und
eines Metallsalzes der Formel Me2+X2 als Katalysator.
Biologisch abbaubare Kunststoffe wie Polylactide oder Copolyester
der Milchsäure mit anderen Hydroxycarbonsäuren werden in
zunehmendem Maße für medizinische und pharmazeutische Zwecke
eingesetzt, beispielsweise als Matrixmaterialien für pharmazeuti
sche Wirkstoffe, als medizinische Nahtmaterialien, als Vor
richtungen zur Fixierung von Knochenbrüchen oder als Wundmateria
lien.
Bei der Herstellung von Depotarzneimitteln sind im allgemeinen
amorphe Polymere bevorzugt, da diese im Körper ein homogenes
Abbauverhalten zeigen und somit eine gleichförmige Freisetzung
des Wirkstoffs gewährleisten. Außerdem lassen sich Wirkstoffe
besser in amorphe als in kristalline Polymerbereiche einlagern.
Da Homopolymere meist eine semikristalline Struktur aufweisen,
sind Copolymere zur Herstellung von Depotarzneimitteln bevorzugt.
Gilding und Reed, Polymer 20 (1979) 1459, beschreiben die
Herstellung von Copolyestern aus Glykol- und Milchsäure unter
Verwendung von Zinnoctoat als Initiator. Zinnoctoat erlaubt
jedoch nur eine unzureichende Kontrolle der Polymerisations
reaktion. Aufgrund der unterschiedlichen Reaktivitäten der
Monomere wird zunächst überwiegend das Glykolid in die wachsenden
Polymerketten eingebaut. Erst wenn dieses weitgehend verbraucht
ist, erfolgt ein nennenswerter Einbau des Lactids. Als Folge
werden Blockcopolymere erhalten, die zur Ausbildung kristalliner
Teilbereiche neigen. Zudem ist die Verwendung von Zinn- und
anderen Schwermetallsalzen bei der Herstellung von Polymeren für
medizinische Zwecke problematisch.
Kricheldorf et al., Makromol. Chem., Suppl. 12, 25-38 (1985) 25,
untersuchen die Copolymerisation von Glycolid mit L,L-Lactid und
anderen Lactonen. Als Initiatoren werden neben Zinnsalzen u. a.
FeCl3, ZnCl2, ZnO, ZnS sowie Zinkstaub verwendet. Monomer und
Initiator werden in einem Verhältnis von 100 : 1 eingesetzt. Auch
hier wurden bei der Verwendung von FeCl3, ZnCl2 und ZnS aus
schließlich Blockcopolymere erhalten. Lediglich ZnO und Zinkstaub
führten bei Temperaturen von 150°C zu amorphen Copolymeren,
jedoch bewirkt ZnO eine Racemisierung von L-Lactid und ergibt nur
relativ niedrige Molekulargewichte. Zinkpulver muß nach der
Polymerisation in einem zusätzlichen Reinigungsschritt um
ständlich abgetrennt werden, und die Molekulargewichte der
Polymeren lassen sich kaum regeln.
Bero et al., Makromol. Chem. 194 (1993), 907, und Kasperczyk und
Bero, Makromol. Chem. 194 (1993), 913, offenbaren die Copolymeri
sation von L, L-Lactid und ∈-Caprolacton unter Verwendung von u. a.
ZnEtOiPr als Initiator und Chlorbenzol als Lösungsmittel. Die
Verwendung nichttoxischer Lösungsmittel oder lösungsmittelfreie
Reaktionen werden nicht beschrieben.
Keines der bisher bekannten Verfahren erlaubt die reproduzier
bare, kontrollierte Herstellung von Copolyestern mit statisti
scher Sequenz. Zudem ist die Verwendung der aufgeführten In
itiatoren zum Teil mit gravierenden Nachteilen verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens, daß die reproduzierbare Herstellung von Copolyestern
mit statistischer Sequenz unter kontrollierten Bedingungen
erlaubt.
Diese Aufgabe wurde überraschend dadurch gelöst, daß man
cyclische Ester in Gegenwart eines Metallsalzes gemäß der Formel
Me2+X2 polymerisiert, wobei Me2+ die Bedeutung Mg, Ca, Fe(II),
Mn(II) oder Zn, und X ein Anion einer Aminocarbonsäure, Hydroxy
carbonsäure oder ein Halogenid ist und wobei Monomer und
Katalysator in einem Verhältnis von Monomer/Katalysator von
größer 100 eingesetzt werden.
Bevorzugte Aminocarbonsäuren sind aliphatische oder aromatische,
α- oder ω-Aminocarbonsäure wie 4-Amino- und/oder 4-(Acetyl
amino)benzoesäure, gesättigte oder ungesättigte C1-C18-Acylamin
obenzoesäure, besonders bevorzugt C2-C18-Acylaminobenzoesäure mit
einer geraden Anzahl von C-Atomen, insbesondere C4-, C6-, C16-
oder C18-Acylaminobenzoesäure. Weiter bevorzugt sind α- und ω-
Aminoalkansäuren, besonders α- und ω-Amino-C2-C6-alkansäuren oder
N-Acyl-, N-Alkoxycarbonyl- oder Oligopeptidderivate davon, wobei
Acyl vorzugsweise die oben angegebene Bedeutung hat. Besonders
geeignete N-Alkoxycarbonylreste sind C1-C18-, insbesondere C1-C4-
Alkoxycarbonylreste, am meisten bevorzugt ist Ethoxycarbonyl.
Bevorzugte Oligopeptidderivate sind Dipeptidderivate, ins
besondere Dipeptidderivate der Aminosäuren Glycin, Alanin,
Sarcosin und Prolin.
Bevorzugte Hydroxycarbonsäuren sind aliphatische oder aromatische
α- oder ω-Hydroxycarbonsäuren wie Glykolsäure, β-Hydroxybuttersäure,
β-Hydroxyvaleriansäure, Milchsäure, Mandelsäure, 4-
Hydroxybenzoesäure, Salicylsäure und N-Acetylsalicylsäure.
Bevorzugte Halogenide sind Chlorid, Bromid und Iodid.
Me2+ hat vorzugsweise die Bedeutung Fe(II), Mn(II) oder Zn, ganz
besonders bevorzugt Zn.
X hat vorzugsweise die Bedeutung Lactat, Mandelat, Glycolat,
Bromid, Iodid, besonders bevorzugt Lactat, Bromid, ganz besonders
bevorzugt Lactat.
Besonders bevorzugte Katalysatoren sind Eisen(II)lactat,
Manganlactat, Zinklactat, Zinkmandelat, Zinkbromid und Zinkiodid,
insbesondere Zinkbromid, Zinklactat und Eisen(II)lactat.
Zur Herstellung von Copolymeren werden zwei oder mehrere unter
schiedliche Monomere eingesetzt, wobei vorzugweise strukturver
schiedene Monomere verwendet werden, d. h. Monomere, die sich
nicht lediglich durch ihre Stereochemie unterscheiden.
Als Monomere eignen sich besonders cyclische Ester und Cyclocar
bonate. Bevorzugte cyclische Ester sind Dilactone, wie Glycolid
und Lactide, sowie Lactone und Ester gemäß den Formeln
in denen m = 0 bis 4, vorzugsweise 1 bis 2 und ganz besonders
bevorzugt 2 ist. Der Index n hat die Bedeutung 2 bis 12,
vorzugsweise 2 bis 6 und besonders bevorzugt 2 bis 4, und R die
Bedeutung H, CH3, oder C2H5.
Bevorzugte Lactide sind L,L-Lactid und das Racemat aus L,L-Lactid
und D,D-Lactid. L,L-Lactid wird häufig auch als L-Lactid
bezeichnet.
Lactone sind innere Ester der Hydroxycarbonsäuren. Bevorzugte
Lactone sind β-Butyrolacton, ∈-Caprolacton, p-Dioxanon und (L-
oder D,L)-δ-Valerolacton. Ganz besonders bevorzugt sind ∈-
Caprolacton und p-Dioxanon.
Bevorzugte Cyclocarbonate sind Verbindungen gemäß der Formel
in der p = 1 bis 8, vorzugsweise 1 oder 2 ist. R1 und R2 haben
unabhängig voneinander die Bedeutung H, geradkettiges C1-C6-Alkyl
oder bilden zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden
sind, einen 5- oder 6-gliedrigen Spiroring.
Vorzugsweise werden zwei unterschiedliche cyclische Ester,
insbesondere zwei unterschiedliche Lactone und/oder Dilactone,
oder Cyclocarbonate oder eine Mischung aus mindestens einem
cyclischen Ester und mindestens einem Cyclocarbonat miteinander
umgesetzt.
Bevorzugt sind Mischungen aus Lactid und Glykolid, Lactid und ∈-
Caprolacton sowie Lactid und Trimethylencarbonat. Lactid und
Glycolid werden vorzugsweise in einem molaren Verhältnis von
1 : 1 bis 9 : 1, Lactid und ∈-Carolacton bzw. Lactid und
Trimethylencarbonat in einem Verhältnis von 9 : 1 bis 1 : 9,
insbesondere 9 : 1 bis 1 : 1 eingesetzt.
Die Polymerisation wird in erster Linie als Polymerisation in
Substanz, d. h. in der Schmelze in Abwesenheit von Lösungsmitteln
durchgeführt. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung können
geringe Mengen einer inerten Flüssigkeit wie z. B. Paraffinöl oder
ein Siloxan, beispielsweise Polydimethylsiloxan, zugesetzt
werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in
Abwesenheit von Wasser durchgeführt.
Die Initiatoren können zur Erleichterung der Dosierung in Form
von Lösungen eingesetzt werden. Bevorzugtes Lösungsmittel ist Di
ethylether. Darüber hinaus wurde gefunden, daß bei der Verwendung
von etherischen Lösungen des Katalysators Polymere mit höheren
Molekulargewichten erhalten werden können. Besonders geeignet ist
diese Verfahrensvariante bei der Verwendung von Metallhalogeni
den.
Die Polymerisationstemperatur beträgt vorzugsweise 40 bis 250°C,
besonders bevorzugt 60 bis 200°C und ganz besonders bevorzugt
60 bis 180°C. Am meisten bevorzugt ist ein Temperaturbereich von
100 bis 160°C. Die für das jeweilige System optimale Reaktion
stemperatur hängt von den verwendeten Monomeren sowie dem
eingesetzten Katalysator ab. Bei Mischungen aus Lactid und ∈-
Caprolacton ist beispielsweise eine Reaktionstemperatur im
Bereich von 100 bis 150°C, beim Mischungen aus Glykolid und
Lactid im Bereich von 130 bis 160°C und bei Mischungen aus
Cyclocarbonaten und ∈-Caprolacton im Bereich von 60 bis 120°C
bevorzugt.
Die Reaktionszeit ist abhängig von der Reaktionstemperatur und
der Zusammensetzung der Reaktionsmischung und liegt üblicherweise
zwischen 2 Stunden und 2 Wochen, bevorzugt zwischen 0,5 bis
2 Tagen.
Monomer und Katalysator werden vorzugsweise in einem molaren
Verhältnis Monomer/Katalysator von < 100 bis 15.000, besonders
bevorzugt 150 bis 4000 eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Anwesenheit von Coini
tiatoren durchgeführt werden. Als Coinitiatoren eignen sich
besonders Alkohole, vorzugsweise primäre Alkohole. Die Coinitia
toren werden als Endgruppe in die Polyesterkette eingebaut. Durch
die Verwendung biologisch aktiver Alkohole wie Geraniol, Menthol,
Hormonen, z. B. Stigmasterol, Testosteron oder Cortison, Vit
aminen, z. B. α-Tocopherol, und pharmazeutischen Wirkstoffen sind
biologisch aktive Polymere und Oligomere zugänglich. Über das
Verhältnis von Monomer zu Coinitiator ist außerdem eine Steuerung
des Molekulargewichts der Polymeren möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die kontrollierte und
reproduzierbare Herstellung von Copolyestern mit annähernd
statistischer Sequenz unter milden Bedingungen. Beispielsweise
werden bei der Copolymerisation von Glycolid und Lactid (molares
Verhältnis von Glycolid zu Lactid 1 : 1) Copolyester mit
Glycolidblocklängen von weniger als 5, insbesondere weniger als
4 Glycolsäureeinheiten erhalten.
Bisher waren zur Herstellung statistischer Copolyester entweder
hohe Temperaturen, welche geringe Molekulargewichte zur Folge
hatten, oder die Verwendung toxischer oder aus anderen Gründen
nachteiliger Initiatoren erforderlich. Die erfindungsgemäß
verwendeten Initiatoren enthalten ausschließlich Ionen, die im
menschlichen oder tierischen Körper vorgefunden werden. Sie sind
vollständig resorbierbar und biokompatibel. Das Verfahren eignet
sich daher besonders zur Herstellung biologisch abbaubarer,
resorbierbarer Polyester.
Als biologisch abbaubar werden solche Polyester bezeichnet, die
bei Temperaturen unterhalb von ca. 50°C enzymatisch oder
hydrolytisch zu unschädlichen, niedermolekularen Verbindungen
abbaubar sind.
Resorbierbar sind Polyester, die im tierischen oder menschlichen
Körper vollständig zu nicht toxischen Verbindungen abgebaut
werden.
Aufgrund der weitgehend statistischen Verteilung der Monomerbau
steine sind die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Polymere praktisch vollständig amorph und weisen keine kristal
linen Bereiche auf. Sie zeichnen sich durch einen sehr gleichför
migen biologischen Abbau aus und eignen sich insbesondere zur
Herstellung von Arzneimitteln mit kontrollierter Freisetzung des
Wirkstoffs wie z. B. Depotarzneimitteln, als Träger und Container
für Zellkulturen, beispielsweise für die Osteosynthese, zur
Herstellung von Folien, Pulvern und Schäumen für die Wundbehand
lung, beispielsweise transparenten Verbänden für Brandver
letzungen.
Zur Herstellung von Depotarzneimitteln wird ein erfindungsgmäß
hergestelltes Polymer mit dem gewünschten Wirkstoff belanden,
beispielsweise indem man den gelösten oder suspendierten Wikstoff
gemeinsam mit dem Polymer aus einer Polymerlösung ausfällt, durch
Gefriertrocknen einer gemeinsamen Lösung von Polymer und
Wirkstoff oder durch Einkneten des Wirkstoffs in das Polymer. Als
Wirkstoffe eignen sich beispielsweise Steroidhormone, Peptidhor
mone, Kontrazeptiva, Antidepressiva und Antitumorreagenzien.
Das Freisetzungsverhalten der Wirkstoffe läßt sich durch
Variation der Zusammensetzung und des Molekulargewichts des
Polymers in weiten Bereichen variieren.
Aufgrund des amorphen Charakters der Polymere lassen sich hohe
Wirkstoff/Polymer-Verhältnisse erzielen. Außerdem gewährleistet
die amorphe Struktur ein gleichförmiges Abbauverhalten und stellt
so eine gleichmäßige Freisetzung des Wirkstoffs sicher.
Zur Polymerisation werden vorzugsweise Katalysatoren mit einer
Reinheit von mindestens 97%, vorzugsweise 99% und besonders
bevorzugt von < 99% eingesetzt. Katalysatoren dieser Reinheits
stufe können aus kommerziellen Produkten durch übliche Reini
gungsverfahren wie beispielsweise durch Umkristallisieren
erhalten werden. Eine hohe Reinheit von Katalysatoren und
Monomeren begünstigt die Bildung von Polymeren mit hohen
Molekulargewichten.
Besonders reines Zinklactat ist dadurch erhältlich, daß man
Zinkoxid und/oder Zinkcarbonat zusammen mit Lactid, vorzugsweise
L,L-Lactid, in Wasser suspendiert, dann die Suspension solange
rührt, bis eine klare Lösung erhalten wird und anschließend das
Produkt isoliert. Zur Isolation wird beispielsweise das Wasser
so weit abgedampft bis eine trübe Lösung ensteht, die abgekühlt
wird. Das ausgefallene Produkt läßt sich abfiltrieren. Das
Rohprodukt kann durch Umkristallisieren aus Wasser weiter
gereinigt werden. Dieses Verfahren ergibt Zinklactat mit hoher
Reinheit und zeichnet sich durch seine einfache Handhabung aus.
Alternativ kann reines Zinklactat erhalten werden, indem man ZnO,
Ethyl-L-Lactat und Wasser mischt und die Mischung erhitzt, bis
eine klare Lösung erhalten wird. Das gebildete Zinklactat kann
isoliert werden, indem man die Lösung durch Entfernen des
Lösungsmittels aufkonzentriert und anschließend abgekühlt. Das
ausgefallene Produkt wird abfiltriert und kann wie oben be
schrieben weiter aufgereinigt werden.
Die erfindungsgemäßen Metallsalze weisen eine hohe Lagerfähigkeit
und Oxidationsbeständigkeit auf. Zinklactat ist praktisch
unbegrenzt lagerfähig. Außerdem zeichnen sich insbesondere die
Salze der Amino- und Hydroxycarbonsäuren durch eine sehr geringe
Hygroskopizität aus. Die Katalysatoren sind daher gut handhabbar
und gewährleisten eine hohe Reproduzierbarkeit des erfindungs
gemäßen Verfahrens.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
ZnO (25 mmol, ZnO purissimum, E. Merck Co., Darmstadt, FRG),
Ethyl-L-Lactat (100 mmol, [α]20 D = 10°, Aldrich Co., Milwaukee,
Wisc., USA) und Wasser (100 ml) wurden gemischt und unter
Rückfluß für 3 Stunden gerührt. Die klare Lösung wurde im Vakuum
auf ca. 50% ihres anfänglichen Volumens konzentriert und dann
in einem Eisbad abgekühlt. Anschließend wurde das ausgefallene
Produkt abfiltriert, zweimal aus Wasser (je 30 ml) umkristalli
siert und bei 110°C im Vakuum über P4O10 getrocknet.
Ausbeute: 36%.
Ausbeute: 36%.
[α]20 D - 8,1°, c = 2,5 g/dl in H2O.
C6H10O6Zn (243,52 g/mol)
Berechnet:
C 29,59; H 4,14;
Gefunden:
C 29,36; H 4,14.
Berechnet:
C 29,59; H 4,14;
Gefunden:
C 29,36; H 4,14.
L-Lactid (S-Grad, Boehringer Ingelheim KG, Ingelheim, FRG) wurde
zweimal aus Ethylacetat umkristallisiert und über P4O10 getrock
net. ZnO (60 mmol, E. Merck Co., Darmstadt, FRG) und das
getrocknete L-Lactid (80 mmol) wurden in destilliertem Wasser
(150 ml) suspendiert und für 24 Stunden bei 20 bis 22°C gerührt.
Die klare Lösung wurde bis zum Auftreten einer Trübung aufkonzen
triert, dann in einem Eisbad abgekühlt und das ausgefallene
Produkt abfiltriert. Das Rohprodukt wurde aus Wasser (50 ml)
umkristallisiert. Ausbeute: 40%.
[α]20 D -9,1°, c = 2,5 g/dl in H2O
C6H10O6Zn (243,52 g/mol)
Berechnet:
C 29,59; H 4,14;
Gefunden: C
29,97 H; 4,18.
Berechnet:
C 29,59; H 4,14;
Gefunden: C
29,97 H; 4,18.
ZnCl2 (25 mmol, Reinheit 99,9%, Alrich Co., Milwaukee, Wisc.,
USA) wurde in Wasser (100 ml) gelöst und die Lösung tropfenweise
unter Rühren zu einer Lösung von Li-L-Mandelat (60 mmol, Alrich
Co., Milwaukee, Wisc., USA) in Wasser (100 ml) gegeben. Das
ausgefallene Produkt wurde abfiltriert, mit kaltem Wasser (1°C)
gewaschen und aus Wasser umkristallisiert. Ausbeute nach Trocknen
bei 110°C im Vakuum: 61%.
[α]20 D + 92,5°, c = 0,1 g/dl in H2O
C16H14O6Zn (367,7)
Berechnet:
C 52,27; H 3,84;
Gefunden:
C 51,85; H 3,86.
Berechnet:
C 52,27; H 3,84;
Gefunden:
C 51,85; H 3,86.
Eine Lösung von Li-L-Lactat (50 mmol, Sigma Chemicals, München,
FRG) in sauerstofffreiem Methanol (50 ml) und eine Lösung von
FeCl2 (25 mmol), Aldrich Co., Milwaukee, Wisc., USA), ebenfalls
in sauerstofffreiem Methanol (50 ml), wurden unter Rühren langsam
gemischt, wobei sich ein weißer Niederschlag bildete. Der
Niederschlag wurde abfiltriert, mit kaltem Methanol chloridfrei
gewaschen und bei 60°C im Vakuum getrocknet. Ausbeute: 47%.
[α]20 D + 12,88°, c = 2,5 g/dl in H2O
C6H10O6Fe (236,0)
Berechnet:
C 30,80; H 4,31;
Gefunden:
C 30,86; H 4,45.
Berechnet:
C 30,80; H 4,31;
Gefunden:
C 30,86; H 4,45.
Umkristallisiertes Glykolid, L-Lactid (Aldrich Co., Milwaukee,
Wisc., USA) und Katalysator wurden in den in Tabelle 1 angegebe
nen Mengenverhältnissen unter Stickstoff in einen 50 ml Erlenmey
erkolben mit silanisierten Glaswänden eingewogen. Das Reaktions
gefäß wurde mit einem Glasstopfen verschlossen, der mit einer
Stahlklammer gesichert wurde, und vollständig in ein temperiertes
Ölbad mit einer Temperatur 150°C eingetaucht. Nach 48 h wurde
der Kolben aus dem Ölbad entnommen, abgekühlt, das Reaktions
produkt in Dichlormethan (50 ml) gelöst und durch Gießen dieser
Lösung in kaltes Methanol (700 ml) gefällt. Der isolierte
Copolyester wurde bei 50°C im Vakuum getrocknet.
Die Zusammensetzung der Copolyester wurde anhand der 1H-NMR-
Spektren durch computergestützte Quantifizierung der Signal
intensitäten ermittelt. Die 1H-NMR Spektren wurden mit einem
Bruker AC-100 oder AM-360 FT-Spektrometer in 5 mm o. d. Proberöhr
chen bei 25°C gemessen.
Die inhärenten Viskositäten wurden mit einem auf 25°C thermo
statisierten automatischen Ubbelohde Viskosimeter (Viscoboy, Fa.
Lauda) bestimmt.
Optische Rotationen wurden bei 25°C in Küvetten mit einer Länge
von 10 cm in einem Polarimeter (Perkin Eimer Md 421) gemessen.
Glykolid (0,5 mol) und L-Lactid (0,5 mol) (beide S-Grad,
Boehringer KG, Ingelheim) wurden in einem 250 ml Dreiheilkolben
mit silanisierten Glaswänden, ausgestattet mit einem Rührer, auf
150°C erhitzt, um eine homogene Schmelze beider Monomere zu
erhalten. Anschließend wurde der Initiator zugesetzt, das
Reaktionsgefäß mit Glasstopfen verschlossen und mit Stahlklammern
gesichert. Der Rührer wurde entfernt, nachdem die Mischung zum
Rühren zu viskos geworden war. Der dritte Kolbenhals wurde
ebenfalls mit einem Glasstopfen verschlossen und mit einer
Stahlklammer gesichert. Nach den in Tabelle 2 angegebenen
Reaktionszeiten wurde der Kolben abgekühlt, 10 g des Reaktions
produkts in Dichlormethan/Trifluoressigsäure (Volumenverhältnis
4 : 1) gelöst, in kaltem Methanol gefällt und das Produkt abfil
triert. Der isolierte Copolyester wurde bei 40°C im Vakuum
getrocknet.
Anschließend wurden die mittleren Blocklängen der Glycolid- (LG)
und Lactideinheiten (LL) anhand der 13C-NMR-Spektren ermittelt.
Hierzu wurden die Intensiäten der CO-Signale gemessen und gemäß
den folgenden Gleichungen ausgewertet:
IGG und ILL sind die Signalintensitäten von CO-Signalen, welche
die Verknüpfung von Glycolid- mit Glycolideinheiten bzw. Lactid- mit
Lactideinheiten anzeigen.
IGL und ILG sind die Intensitäten der CO-Signale, welche Glycolid-
Lactid bzw. Lactid-Glycolid-Verknüpfungen (Diaden) anzeigen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
Analog zu Beispiel 5 wurden L,L-Lactid und ∈-Caprolacton in einem
molaren Verhältnis von 1 : 2 bei 120°C und 150°C copolymeri
siert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
In einem mit Dimethyldichlorsilan silanisierten 100 ml Erlenmey
erkolben wurden 5,7 g (0,05 Mol) ∈-Caprolacton (2 × über CaH2
destilliert) und 5,1 g (0,05 Mol) Trimethylencarbonat (Boehringer
Ingelheim, aus Ethylacetat umkristallisiert und über Phosphor
pentoxid im Vakuum getrocknet) eingewogen. Der Kolben wurde mit
einem Glasstopfen verschlossen und in ein auf 100°C bzw. 150°C
temperiertes Ölbad eingetaucht. Nach dem Schmelzen der Monomere
wurden 0,0353 g Zn(lac)2 als Initiator hinzugegeben (Monomer/
Initiator = 1000). Der Kolben wurde wieder verschlossen und für
die in Tabelle 4 genannten Zeiten in dem Ölbad belassen.
Anschließend wurde das Produkt in 100 ml Dichlormethan gelöst,
aus ca. 1 l kaltem Methanol gefällt und für 30 Minuten im
Gefrierschrank aufbewahrt. Nach dem Abdekantieren des Methanols
wurde das Produkt bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt.
Analog zu Beispiel 6 wurden die mittleren Blocklängen der ∈-
Caprolacton- (LC) und Trimethylencarbonateinheiten (LT) bestimmt.
Es wurden folgende Werte gefunden: LC = 2; LT = 2.
In einem mit Dimethyldichlorsilan silanisierten 100 ml Erlenmey
erkolben wurden 4,3 g (0,05 Mol) β-D,L-Butyrolacton (Aldrich) und
5,1 g (0,05 Mol) Trimethylencarbonat (Boehringer Ingelheim, aus
Ethylacetat umkristallisiert und über Phosphorpentoxid im Vakuum
getrocknet) eingewogen. Der Erlenmeyerkolben wurde mit einem
Glasstopfen verschlossen und in ein auf 100°C temperiertes Ölbad
eingetaucht. Nach dem Schmelzen der Monomere wurden 0,0353 g
Zn(lac)2 als Initiator hinzugegeben (Monomer/Initiator = 1000).
Der Kolben wurde wieder verschlossen und für 8 bis 72 Stunden in
dem temperierten Ölbad belassen. Anschließend wurde das Produkt
in 100 ml Dichlormethan gelöst, aus ca. 1 l kaltem Methanol
gefällt und für 30 Minuten im Gefrierschrank aufbewahrt. Nach dem
Abdekantieren des Lösungsmittels wurde das Produkt bei Raumtem
peratur im Vakuum getrocknet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5
zusammengefaßt.
In einem mit Dimethyldichlorsilan silanisierten 100 ml Erlenmey
erkolben wurden 4,8 g (0,033 Mol) L,L-Lactid Boehringer Ingel
heim) und 6,8 g (0,066 Mol) Trimethylencarbonat (Boehringer
Ingelheim) eingewogen. Beide Monomere wurden zuvor aus Ethyl
acetat umkristallisiert und über Phosphorpentoxid im Vakuum
getrocknet. Der Erlenmeyerkolben wurde mit einem Glasstopfen
verschlossen und in ein auf 100°C bzw. 150°C temperiertes Ölbad
eingetaucht. Nach dem Schmelzen der Monomere wurde Zn(lac)2 als
Initiator hinzugegeben. Die Initiatormenge wurde so bemessen, daß
die in Tabelle 6 aufgeführten Monomer/Initiator-Verhältnisse
erzielt wurden (0,0176 g Zn(lac)2 ergeben z. B. ein Monomer/
Initiator-Verhältnis von 2000). Der Kolben wurde erneut ver
schlossen und für 8 bis 168 Stunden in dem temperierten Ölbad
belassen. Anschließend wurde das Produkt in 100 ml Dichlormethan
gelöst, aus ca. 1 l kaltem Methanol gefällt und bei 40°C im
Vakuum getrocknet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammen
gefaßt.
Analog zu Beispiel 6 wurden die mittleren Blocklängen der L-
Lactid- (LL) und Trimethylencarbonateinheiten (LT) bestimmt. Es
wurden folgende Werte gefunden: LL = 1,8; LT = 2,7.
129,6 g (0,9 mol) L,L-Lactid (Reinheitsgrad S, Boehringer
Ingelheim, Ingelheim, FRG) und 11,6 g (0,1 mol) Glykolid
(Reinheitsgrad S. Boehringer Ingelheim, Ingelheim, FRG) wurden
in einen mit Dimethyldichlorsilan silanisierten 250 ml Dreihals
kolben eingewogen. Beide Monomere wurden zuvor für 24 Stunden im
Exsikkator über Phosphorpentoxid im Vakuum getrocknet. Der
Dreihalskolben wurde mit einem Glasrührer und Hülse versehen, die
übrigen Hälse mit Glasstopfen verschlossen und mit Stahlfedern
gesichert.
Anschließend wurde der Kolben in ein auf 130°C temperiertes
Ölbad eingetaucht. Nachdem die Monomeren unter Rühren aufge
schmolzen worden waren wurde der Kolben geöffnet und unter
weiterem Rühren 0,707 g Zinklactat als Katalysator (Monomer/
Katalysator = 500) und 4 ml einer 1 M Lösung von Diethylen
glykolmonobutylether in trockenem Dioxan als Coinitiator
zugesetzt (Monomer/Coinitiator = 250). Die Mischung wurde weiter
im Ölbad belassen. Der Glasrührer wurde entfernt, nachdem das
entstehende Copolymer eine Viskosität erreicht hatte, die ein
weiteres Rühren unmöglich machte. Die Öffnung wurde ebenfalls mit
einem Glasstopfen verschlossen und die Reaktion fortgesetzt. Nach
8 Tagen wurde der Kolben aus dem Ölbad entnommen und abgekühlt.
Die Aufarbeitung des Polymerisationsansatzes erfolgte wie in
Beispiel 5 beschrieben. Die Analyse des Copolymers ergab folgende
Ergebnisse: ηinh = 0,49 dl/g; LL = 2; LG = 10; Tg = 52°C (bestimmt
durch DSC-Messung).
Analog zu Beispiel 11 wurde L-Lactid bei 150°C unter Verwendung
von Zinklactat als Katalysator polymerisiert. Als Coinitiatoren
wurden die in Tabelle 7 aufgeführten biologisch aktiven Alkohole
zugesetzt. Die geringen Viskositäten und die 1H-NMR-Spektren
zeigen, daß Vitamine und Hormone als Esterendgruppen in das
Polymer integriert werden.
Analog zu Beispiel 5 wurde eine Mischung von Glykolid (Rein
heitsgrad S, Boehringer Ingelheim, Ingelheim, FRG) und L,L-Lactid
(Reinheitsgrad S, Boehringer Ingelheim, Ingelheim, FRG) bei
150°C unter Verwendung von Zinklactat als Katalysator polymeri
siert. Es wurden jeweils 0,4 mol der Monomere verwendet (Mol
verhältnis 1 : 1). Reaktionsbedingungen und Ergebnisse sind in
Tabelle 8 zusammengefasst.
72 g (0,5 mol) L,L-Lactid (Reinheitsgrad S, Boehringer Ingelheim,
Ingelheim, FRG) und 58 g (0,5 mol) Glykolid (Reinheitsgrad S,
Boehringer Ingelheim, Ingelheim, FRG) wurden in einen mit
Dimethyldichlorsilan silanisierten 250 ml Dreihalskolben
eingewogen. Beide Monomere wurden zuvor für 24 Stunden im
Exsikkator über Phosphorpentoxid im Vakuum getrocknet. Der
Dreihalskolben wurde mit einem Glasrührer und Hülse versehen, die
übrigen Hälse mit Glasstopfen verschlossen und mit Stahlfedern
gesichert. Anschließend wurde der Kolben in ein auf 150°C
temperiertes Ölbad eingetaucht. Nachdem die Monomeren unter
Rühren aufgeschmolzen worden waren, wurde der Kolben geöffnet und
unter weiterem Rühren 2 ml einer 1 M ZnBr2-Lösung in trockenem
Diethylether als Katalysator (Monomer/Katalysator = 500) und 4 ml
einer 1 M Lösung von Diethylenglykolmonobutylether in trockenem
Dioxan als Coinitiator zugesetzt (Monomer/Coinitiator = 250). Die
Mischung wurde weiter im Ölbad belassen. Der Glasrührer wurde
entfernt, nachdem das entstehende Copolymer eine Viskosität
erreicht hatte, die ein weiteres Rühren unmöglich machte. Die
Öffnung wurde ebenfalls mit einem Glasstopfen verschlossen und
die Reaktion fortgesetzt. Nach 96 Stunden wurde der Kolben aus
dem Ölbad entnommen und abgekühlt. Die Aufarbeitung des Polymeri
sationsansatzes erfolgte wie in Beispiel 5 beschrieben. Die
Analyse des Copolymers ergab folgende Ergebnisse: ηinh = 0,4 dl/g;
LL = 2,3; LG = 2,2; Tg = 42°C.
Glycolid (12,5 mmol, 1 × aus Ethylacetat umkristallisiert), L-
Lactid (37,5 mmol, 1 × aus Ethylacetat umkristallisiert) und
Mn(II)salz (0,1 Mol) wurden in einen 50 ml Erlenmeyerkolben mit
silianisiertem Glaswänden eingewogen. Der Kolben wurde mit einem
Glasstopfen verschlossen und in ein auf 150°C thermostatisiertes
Ölbad eingetaucht. Die Monomere wurden nach ihrem Aufschmelzen
ca. 5 Minuten im Ölbad geschwenkt, um eine gute Durchmischung zu
erreichen. Anschließend wurde der Kolben wurde für 2 bis 3 Tage
in dem Ölbad belassen und danach das Reaktionsprodukt in 50 ml
Dichlormethan gelöst, in 600 ml kaltem Methanol gefällt und bei
40°C im Vakuum getrocknet. Die Ergebnisse für unterschiedliche
Mn(II)salze sind in Tabelle 9 zusammengefaßt.
Glykolid (12,5 mmol, 1 × aus Ethylacetat umkristallisiert), L-
Lactid (37,5 mmol, 1 × aus Ethylacetat umkristallisiert) und
Fe(II)-Lactat bzw. FeCl2 wurden in einen 50 ml Erlenmeyerkolben
mit silanisierten Glaswänden eingewogen, der Kolben mit einem
Glasstopfen verschlossen und in ein auf 150°C thermostatisiertes
Ölbad eingetaucht. Nach dem Aufschmelzen der Monomere wurde der
Kolben für ca. 5 Minuten im Ölbad geschwenkt, um eine gute
Durchmischung zu erzielen. Nach einer Reaktionszeit von 2 bis 4
Tagen wurde das Reaktionsprodukt in 50 ml Dichlormethan gelöst,
in 600 ml kaltem Methanol gefällt und bei 40°C im Vakuum
getrocknet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 zusammengefßt.
Caprolacton (33,3 mmol, 1 × destilliert), L-Lactid (16,7 mmol, 1 ×
aus Ethylacetat umkristallisiert) und Zn(II)salicylat bzw.
Zn(II)prolinat (Zinksalz der Aminosäure Prolin) wurden in einen
50 ml Erlenmeyerkolben mit silanisierten Glaswänden eingewogen,
der Kolben mit einem Glasstopfen verschlossen und in ein auf
150°C thermostatisiertes Ölbad eingetaucht. Nach dem Auf
schmelzen des Lactids wurde der Kolben ca. 5 Minuten im Ölbad
geschwenkt, um eine gute Durchmischung zu erzielen. Nach einer
Reaktionszeit von 2 bis 4 Tagen wurde das Reaktionsprodukt in
50 ml Dichlormethan gelöst, in 600 ml kaltem Methanol gefällt und
bei 40°C im Vakuum getrocknet. Die Ergebnisse sind in Tabelle
11 gezeigt.
Analog zu Beispiel 17 wurde eine Mischung aus Caprolacton
(33,3 mmol) und L-Lactid (16,7 mmol) unter Verwendung von MnBr2
bzw. Mn-Lactat bei 150°C copolymerisiert. Die Reaktionsbedingun
gen und Ergebnisse sind in Tabelle 12 zusammengefaßt.
Claims (18)
1. Verfahren zur Herstellung von Copolyestern unter Verwendung
von cyclischen Estern als Monomere und einem Metallsalz der
Formel Me2+X2 als Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß
Me2+ die Bedeutung Ca, Fe(II), Mg, Mn(II) oder Zn hat, und X
ein Anion einer Aminocarbonsäure, Hydroxycarbonsäure oder
ein Halogenid ist, und daß Monomer und Katalysator in einem
molaren Verhältnis von Monomer/Katalysator von größer 100
eingesetzt werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Me2+
die Bedeutung Fe(II), Mn(II) oder Zn hat.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß X ein Anion von 4-Amino- und/oder 4-(Acetylamino)ben
zoesäure, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C18-Acyl
aminobenzoesäure, einer α- und ω-Amino-C2-C6-alkansäure,
eines N-Acyl-, N-Alkoxycarbonyl- oder Oligopeptidderivats
davon, Glycolsäure, β-Hydroxybuttersäure, β-Hydroxyvale
riansäure, Milchsäure, Mandelsäure, 4-Hydroxybenzoesäure,
Salicylsäure, N-Acetylsalicylsäure, oder Chlorid, Bromid
oder Iodid ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß X
Mandelat, Glycolat, Iodid, Bromid oder Lactat ist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß man als Katalysator Eisenlactat,
Manganlactat oder Zinklactat verwendet.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß man als Monomere mindestens zwei unterschied
liche cyclische Ester oder Cyclocarbonate oder eine Mischung
aus mindestens einem cylischen Ester und mindestens einem
Cyclocarbonat verwendet.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man
als cyclischen Ester Glycolid, ein Lactid, ein Lacton gemäß
der Formel
ein Dioxanon der Formel
und/oder einen Ester gemäß der Formel
verwendet, in der m = 0-4, n = 2-12 ist und R die Bedeutung H, CH3 und/oder C2H5 hat.
ein Dioxanon der Formel
und/oder einen Ester gemäß der Formel
verwendet, in der m = 0-4, n = 2-12 ist und R die Bedeutung H, CH3 und/oder C2H5 hat.
8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Monomer ein Cyclocarbonat gemäß der Formel
verwendet, in der p = 1-8 ist und R1 und R2 unabhängig voneinander die Bedeutung H oder geradkettiges C1-C6-Alkyl haben oder zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen 5- oder 6-gliedrigen Spiroring bilden.
verwendet, in der p = 1-8 ist und R1 und R2 unabhängig voneinander die Bedeutung H oder geradkettiges C1-C6-Alkyl haben oder zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen 5- oder 6-gliedrigen Spiroring bilden.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß man als Lacton β-Butyrolacton, ∈-Caprolacton,
p-Dioxanon und/oder (L- oder D,L)-δ-Valerolacton verwendet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß man die Polymerisation in der Schmelze in
Abwesenheit von Lösungsmitteln durchführt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß man die Polymerisation bei einer Temperatur
von 40 bis 250°C durchführt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß man Monomer und Katalysator in einem molaren
Verhältnis Monomer/Katalysator von 150 bis 15.000 verwendet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß man zusätzlich einen Alkohol als Coinitiator
verwendet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man
als Coinitiator ein Vitamin, Hormon und/oder einen pharma
zeutischen Wirkstoff verwendet.
15. Verfahren zur Herstellung eines Arzneimittels mit kon
trollierter Wirkstofffreisetzung, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein gemäß den Ansprüchen 1 bis 14 hergestelltes
Polymer mit einem pharmazeutischen Wirkstoff beläd.
16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man
den gelösten oder suspendierten Wirkstoff gemeinsam mit dem
Polymer aus einer Polymerlösung ausfällt, man eine gemeinsa
me Lösung von Polymer und Wirkstoff gefriertrocknet oder man
den Wirkstoff in das Polymer einknetet.
17. Copolyester, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem
Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 14 erhältlich ist.
18. Verwendung eines Copolyesters gemäß Anspruch 17 zur Her
stellung eines Arzneimittels mit kontrollierter Wirkstoff
freisetzung.
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