Способы синтеза поли-1,4-этиленпиперазина, сополимера n-оксида 1,4-этиленпиперазина и (n-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и их производных, продукты, полученные указанными способами, и реактор синтеза - RU2776181C2

Код документа: RU2776181C2

Чертежи

Показать все 10 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области химии и технологии органического синтеза высокомолекулярных соединений, в частности, реактору полимеризации, способам получения высокочистого поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП) и его производных с узким молекулярно-массовым распределением, а также способам получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и его производных, и продуктам, полученным указанными способами.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ получения поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП), описанный в патенте №2185388. Известный способ предусматривает предварительную очистку мономера ТЭДА в сублиматоре при температуре от 100^oС до 120^oС и вакууме 5•10^-3 мбар, диаэрацию реакционной смеси в условиях вакуума при изменении температуры от -196^oС до 150^oС с последующей полимеризацией в стеклянных ампулах при температуре 190-210^oС в течение 24 часов. С последующим измельчением стержней (ПЭП) на токарном станке и очистки полимера от низкомолекулярных примесей горячей очищенной водой.

Данный способ синтеза требует дополнительной длительной энергозатратной стадии предварительной очистки мономера триэтилендиамина (ТЭД) сублимацией под вакуумом, нагревая исходное сырье в сублиматоре от 100^oС до 120^oС при вакууме 5•10^-3 мбар, также описанная технология не позволяет синтезировать (ПЭП) с выходом более 92% и достигать узкого молекулярно-массового распределения, т.к. вакуум 5•10^-3 мбар не дает возможности полностью удалить из реакционной смеси влагу воздуха и устранить нежелательные реакции. Полученный по известной технологии ПЭП требует трехкратной очистки для удаления не вступившего в реакцию полимеризации мономера с последующей утилизацией производственных отходов. Также при полимеризации в стеклянных ампулах сохраняется высокий риск разрыва ампулы, а при измельчении полимера на токарном станке высокий риск попадания металлической стружки, которая может приводить к побочным реакциям при окислении (ПЭП) и его производных. Также при измельчении ПЭПа на токарном станке или в механической мельнице невозможно получить однородный микронизированный порошок с размером частиц менее 300 мкм. Более того, измельчение (ПЭП) на токарном станке или мельнице, по описанному в патенте № 2185388 способу, вносит большой риск попадания металлической стружки в продукт, а неоднородность измельчения стержней не позволяет осуществлять алкилирование ПЭПа в гетерогенной среде.

Известен способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, описанный в патенте №2185388. По известному способу синтеза сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида получают окислением поли-1,4-этиленпиперазина в гетерогенной среде с последующим алкилированием очищенного методом ультрафильтрации сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и 1,4-этиленпиперазина в присутствии алкилирующего агента.

Данный способ синтеза 2-стадийный и требует двойной очистки полимера на ультрафильтрационной установке, также при синтезе данным способом возможно протекание характерной для оксидов аминов побочной реакции O-алкилирования (Shaker Youssif: In Recent trends in the chemistry of pyridine N-oxides 2001), с образованием O-алкилированного продукта, которая негативно сказывается на стабильности полимера и его фармакологических свойствах.

Актуальной является задача повышения безопасности способа получения ПЭП путём предотвращения разрыва ампул с последующим возгоранием полимера, повышения выхода продукта с обеспечением узкого молекулярно-массового распределения полимера, а также разработка способа получения стабильного сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и его производных с улучшенными фармакологическими свойствами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложен реактор для полимеризации конической формы, включающий цилиндр (1), снабженный загрузочным фланцем с пазами для установки прокладки, прокладку (2), верхнюю крышку реактора (3), резьбу (4), штуцер для подключения реактора к линии вакуума (5) (Фиг. 2). В качестве материала для реактора используют титан и сплавы на его основе (например: титан grade2, Ti6AL4V), а также другие химически-инертные сплавы, применяющиеся в химической промышленности, например: XH65MB. В одном из предпочтительных вариантов используют реактор произведенный из титана.

Применение реактора для полимеризации позволяет создать сверхвысокий вакуум
1•10^-8 мбар и полностью удалить влагу воздуха из реактора, что обеспечивает устранение нежелательных реакций, приводящих к широкому распределению молекулярной массы и снижению выхода целевого продукта (>99,7%) и позволяет использовать микронизированный ПЭП без дополнительной очистки, как следствие, не требует утилизации производственных отходов.

Также применение реактора позволяет осуществлять полимеризацию ТЭДа при избыточном давлении в атмосфере особочистых инертных газов (гелий, аргон и т.д.).

Другим аспектом настоящего изобретения является способ получения поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП), предусматривающий смешивание мономера ТЭДа с катализатором в мольном соотношении 1:0,0001-0,0005, загрузку полученной реакционной смеси в реактор синтеза и деаэрацию реакционной смеси при комнатной температуре и вакууме 1•10^-8 мбар в течение 30-60 минут, и осуществление полимеризации, причём реактор помещают в масляную баню или в тепловой шкаф с температурой от 215 до 295°С на 3-22 часа с последующим измельчением полученных стержней поли-1,4-этиленпиперазина до однородной микронизированной субстанции с размером частиц менее 300 мкм.

Ещё одним аспектом изобретения является полученный описанным выше способом ПЭП с узким молекулярно-массовым распределением и средней молекулярной массой (от 20 до 120 кДа) общей формулы:

где n составляет от 180 до 1100

Поли-1,4-этиленпиперазин получают в виде микронизированного порошка с размером частиц менее 300 мкм, средняя молекулярная масса полимера составляет от 20 до 120 кДа.

Ещё одним аспектом изобретения является способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, состоящего из двух структурных звеньев, предусматривающий алкилирование измельченного описанным выше способом ПЭПа до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 45 до 85^оС и мольном соотношении звеньев ПЭП и алкилирующего агента, равном 1:0,2-0,5, в течение 7-12 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному указанным выше способом полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 55-75^oС и мольном соотношении звеньев алкилированного производного ПЭПа и пероксида водорода, равном 1:0,75-0,95 в течение 8-12-ти часов с последующей очисткой полученного водного раствора, предпочтительно, методом ультрафильтрации или диализа от низкомолекулярных примесей при pH менее 7.

В качестве окислителя при проведении процесса окисления сополимера используют и другие соединения, органические или неорганические перекиси и гидроперекиси, соли кислородосодержащих галогенокислот, например, кислота Каро. В одном из предпочтительных вариантов используют, например, пероксид водорода.

Ещё одним аспектом изобретения является конечный продукт заявленного способа - сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, состоящего из двух структурных звеньев, общей формулы

где х=(0,03-0,4); у=(0,6-0,97), n от 150 до 800.

Полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (с 2-мя звеньями), средняя молекулярная масса сополимера составляет от 20 до 120 кДа, сополимер согласно изобретению имеет узкое молекулярно-массовое распределение,в отличие от полученного по известной технологии (патент РФ 2185388) сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (Пример 18, Таблица 13).

Полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (с 2-мя звеньями) более стабилен в течение всего срока хранения, в отличие от известного сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (Пример 14, Таблица 8), где наблюдается деструкция полимера, приводящая к падению молекулярной массы и увеличению олигомеров. Также, более узкое молекулярно-массовое распределение обеспечивает улучшенные фармакологические свойства по сравнению с сополимером, полученным по известной технологии, в течение изученного срока хранения (24 месяца). (Пример 15, Таблица 12).

Ещё одним аспектом изобретения является сополимер (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, промежуточный продукт заявленного способа получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, представляющей собой алкилированное производное ПЭПа общей формулы

где х=(0,03-0,9); у=(0,1-0,97), n от 150 до 800.

Средняя молекулярная масса сополимера составляет от 20 до 100 кДа.

Алкилированное производное ПЭПа (сополимер (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), может быть использовано в качестве конъюгатной платформы для создания препаратов пролонгированного действия на основе терапевтических белков (цитокинов, ферментов, гормонов, ростовых факторов, моноклональных антител). Также возможно использование сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина в качестве адъюванта в различных вакцинах и получения конъюгатов и комплексов с антигенами для усиления иммунного ответа.

Ещё одним аспектом изобретения является способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния, состоящего из двух структурных звеньев, в форме цвиттер-иона, предусматривающий алкилирование измельченного описанным выше способом ПЭПа до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 45 до 85^оС при мольном соотношении звеньев ПЭПа и алкилирующего агента, равном 1:0,2-0,5, в течение 7-12 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина) добавление к проалкилированному указанным выше способом полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 55-75^оС при мольном соотношении звеньев ПЭПа и пероксида водорода, равном 1:0,75-0,95, причём, проводят реакцию окисления в течение 8-12-ти часов с последующей очисткой полученного водного раствора методом ультрафильтрации или диализа при pH более 8.

Ещё одним аспектом изобретения является сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния, состоящего из двух структурных звеньев, в виде цвиттер-иона, полученный указанным способом, общей формулы

где х=(0,03-0,4); у=(0,6-0,97), n от 150 до 800 средняя молекулярная масса сополимерасоставляет от 20-120 кДа.

Полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния в форме цвиттер-иона (с 2-мя звеньями) стабилен в течение всего срока хранения (24 месяца) (Пример 14, Таблица 9).

Ещё одним аспектом изобретения является способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, который имеет в своей структуре третье звено с незамещенными атомами азота, предусматривающий алкилирование измельченного описанным выше способом ПЭПа до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 20 до 40^оС при мольном соотношении звеньев ПЭПа и алкилирующего агента, равном 1:0,05-0,2, в течение 2-6 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при мольном соотношении звеньев алкилированного производного ПЭП : пероксид водород 1:0,6-0,75 и температуре 15-50^оС, причём проводят реакцию окисления в течение 4-7-ти часов с последующей очисткой полученного водного раствора, предпочтительно, методом ультрафильтрации или диализа от низкомолекулярных примесей при pH менее 7.

Ещё одним аспектом изобретения является сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, который имеет в своей структуре третье звено с незамещенными атомами азота общей формулы

где х=(0,03-0,2); у=(0,6-0,78); z=(0,02-0,63), n от 150 до 800 средняя молекулярная сополимера составляет от 20 до 120 кДа.

Полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями) более стабилен в течение всего срока хранения, в отличие от известного сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, где в процессе хранения наблюдается деструкция полимера, приводящая к падению молекулярной массы и увеличению олигомеров (Пример 14, Таблица 10). Более того, более узкое молекулярно-массовое распределение сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями) обеспечивает улучшенные фармакологические свойства по сравнению с сополимером N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, полученным по известной технологии (Пример 15, Таблица 12; Пример 18, Таблица 13).

Ещё одним аспектом изобретения является способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина, который имеет в своей структуре третье звено с незамещенными атомами азота, в форме цвиттер-иона, предусматривающий алкилирование измельченного описанным выше способом ПЭПа до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности полимера при температуре от 20 до 40^оС и мольном соотношении звеньев ПЭПа и алкилирующего агента, равном 1:0,05-0,2, в течение 2-6 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 15-50^оС, причём проводят реакцию окисления в течение 4-7-ти часов при мольном соотношении звеньев алкилированного производного ПЭПа и пероксида водорода, равном 1:0,6-0.75, с последующей очисткой полученного водного раствора методом ультрафильтрации при pH более 8.

Ещё одним аспектом изобретения является полученное указанным способом производное сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина в форме цвиттер-иона, который имеет в своей структуре третье звено с незамещенными атомами азота общей формулы

где х=(0,03-0,2); у=(0,6-0,78); z=(0,02-0,63), n от 150 до 800 средняя молекулярная масса сополимера составляет от 20-120 кДа.

Полученный заявленным способом цвиттер-ион сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями) является стабильным в течение всего срока хранения (24 месяца) (Пример 14, Таблица 11).

Сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина и его цвиттер-ион, в структуре которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота могут быть использованы в качестве конъюгатной платформы для создания препаратов пролонгированного действия на основе терапевтических белков (цитокинов, ферментов, гормонов, ростовых факторов, моноклональных антител). Также возможно использование сополимера в качестве адъюванта в различных вакцинах и получения конъюгатов и комплексов с антигенами для усиления иммунного ответа.

Определения

- «молекулярно-массовое распределение» означает соотношение количества макромолекул по молекулярной массе в данном образце;

- «средняя молекулярная масса» означает среднюю статистическую величину. относительно молекулярных масс макромолекул, составляющих полимер.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Фиг. 1. Представлена технологическая схема полимеризации ТЭДа:

(1) конический реактор полимеризации, (2) тепловой шкаф, (3) сверхвакуумный вентиль, (4) вакуумный монометр, (5) азотная ловушка, (7) форвакуумный насос, (6) турбомолекулярный насос.

Фиг. 2. Представлен чертёж реактора полимеризации (синтеза).

(1) цилиндр, снабженный загрузочным фланцем с пазами для установки прокладки, (2) прокладка, (3) верхняя крышка реактора, (4) резьба, (5) штуцер для подключения реактора к линии вакуума

Фиг. 3. ИК-спектр поли-1,4-полиэтиленпиперазина.

Фиг. 4. ЯМР 13С поли-1,4-этиленпиперазина.

Фиг. 5. ИК-спектр сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, в структуре которого имеются два звена, в области 1800-1550 см -1.

Фиг. 6. ЯМР 1H спектр сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, в структуре, которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота в D₂O.

Фиг. 7. ИК-спектр сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, в структуре которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота, в области 1850-850 см -1.

Фиг. 8. ЯМР 13 С спектр сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина в D₂O.

Фиг. 9. Спектр сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида в составе медь-полимерного комплекса. Dmax=267 nm.

Фиг. 10. ЯМР¹³С спектр сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида с двумя звеньями в D₂O.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Применение реактора для полимеризации позволяет создать сверхвысокий вакуум
1•10^-8 мбар и полностью удалять влагу воздуха из реактора, что обеспечивает устранение нежелательных реакций, приводящих к широкому распределению молекулярной массы и снижению выхода целевого продукта. Применение реактора полимеризации позволяет осуществлять полимеризацию ТЭДа при избыточном давлении в атмосфере особочистых инертных газов (гелий, аргон и т.д.) (Пример 13).

Другим аспектом настоящего изобретения является способ получения поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП), предусматривающий смешивание мономера ТЭДА с катионным катализатором в мольном соотношении 1:0,0001-0,0005, загрузку полученной реакционной смеси в реактор синтеза и деаэрацию реакционной смеси при комнатной температуре и вакууме 1•10^-8 мбар в течение 30-60 минут, осуществление полимеризации, причём реактор помещают в масляную баню или в тепловой шкаф с температурой от 215 до 295°С
на 3-22 часа с последующим измельчением полученных стержней поли-1,4-этиленпиперазина до однородной микронизированной субстанции с размером частиц менее 300 мкм. Измельчение состоит в охлаждении стержней (ПЭП) в жидком азоте с последующим погружением в очищенную воду с температурой 90-100^оС. Далее измельченный микронизированный (ПЭП) центрифугируют и высушивают под вакуумом или в сушилке псевдоожиженного слоя.

Описываемый способ получения поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП) осуществляют следующим образом:

Мономер ТЭДА смешивают с катионным катализатором в мольном соотношении 1:0,0001-0,0005. В качестве катализаторов полимеризации используют соли металлов способных к комплексообразованию, галогениды, кислоты Льюиса, бензосульфоновую кислоту, аммонийные и четвертичные аммонийные соли, соли переходных металлов и их гидраты, сильные неорганические кислоты. В одном из предпочтительных вариантов используют, например, бромид аммония.

Полученную реакционную смесь загружают в реактор синтеза и уплотняют на виброгрохоте. Затем производят уплотнение загрузочного штуцера реактора и при помощи турбомолекулярного и форвакуумного насоса производят деаэрацию реакционной смеси при комнатной температуре и вакууме 1•10^-8 мбар в течение 30-60 минут. В качестве уплотняющего материала между реактором и фланцем загрузочного штуцера используют уплотняющие прокладки из термически устойчивых марок резины, силикона или фторопласта. Подготовленный реактор, находящийся под вакуумом 1•10^-8 мбар, помещают в масляную баню или в тепловой шкаф с температурой от 215 до 295°С на 3-22 часа.

Далее проводят измельчение полученных стержней поли-1,4-этиленпиперазина до однородной микронизированной субстанции с размером частиц менее 300 мкм: стержни ПЭПа погружают в жидкий азот на 45-60 мин., затем стержни, охлажденные до температуры -190-195°С, погружают в водяную баню с очищенной водой, нагретой до 95-100°С и оставляют на 2-4 часа. Микронизированный ПЭП центрифугируют и удаляют оставшуюся влагу в тепловом вакуумном шкафу при температуре 50-70°С или в сушилке псевдоожиженного слоя при температуре 30-50°С. Варианты предложенного способа получения поли-1,4-этиленпиперазина представлены в Примерах 1-5.

где n составляет от 180 до 1100.

Поли-1,4-этиленпиперазин получают в виде микронизированного порошка с размером частиц менее 300 мкм.

Структуру полученного полимера определяют методом ИК-спектроскопии, ЯМР С¹³ и вискозиметрии согласно Европейской Фармакопеи и Государственной Фармакопеи РФ (Фиг. 3, 4, Таблица 1).

ИК-спектр полимера имеет максимумы поглощения при (1464±4) см-1; (1446±4) см-1; (1323±4) см-1; (1295±4) см-1; (1158±4) см-1; (1127±4) см-1; (1010±4) см-1;13С ЯМР (D₂O, CD₃COOD): 52.11 (2C, in-cycle); 53.25 (1C, out-cycle);

Содержание остаточной влаги определяют титрометрическим методом К. Фишера (Европейская Фармакопея, Государственная Фармакопея РФ), которое составляет не более 10%. Определение молекулярной массы проводят методом вискозиметрии (Европейская фармакопея, Государственная Фармакопея РФ).

Таблица 1.

№ серии ПЭПВыход, %Удельная вязкость, сПзСредняя молекулярная масса, кДаХарактеристика ПЭП, полученного заявленным способом 48051799,82,3310049051799,92,3810250051799,82,3510151051799,92,249652051799,92.289801021899,81,285602031899,80,462003031899,92,80120Характеристика ПЭП, полученного по известной технологии11060089114581206009213540140700941354002020190187422007019516661

Технический результат согласно способу получения поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП) состоит в сокращении технологических стадий, увеличении выхода полимера (99,7%), воспроизводимой безотходной технологии, получении продукта с узким молекулярно-массовым распределением по сравнению с известным продуктом (патент №2185388). Высокий выход реакции полимеризации позволяет получать ПЭП без применения 3-х кратной очистки горячей очищенной водой от низкомолекулярных примесей с последующей утилизацией производственных отходов.

Дополнительно, технический результат, обеспечиваемый заявленным способом, состоит в измельчении стержней (ПЭПа) путем механической деструкции стержня, вызванной высоким градиентом температуры, который позволяет избавиться от примесей металлической пыли, (которая негативно сказывается на реакции окисления N-карбоксиэтил-1,4-этиленпиперазиний бромида) и дает возможность измельчить стержни (ПЭПа) до однородного микронизированного порошка с размером частиц менее 300 мкм.

Измельченный ПЭП до не более 300 мкм позволяет осуществлять способ синтеза сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида посредством проведения алкилирования ПЭП в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения.

В Таблице 1 приведены сравнительные характеристики ПЭПа в различных промышленных сериях, полученных по известной технологии (патент №2185388) и заявленным способом. Интервал разброса значений удельной вязкости и средней молекулярной массы полученного по заявленному способу полимера, приведенного в Таблице 1, значительно меньше (интервал разброса удельной вязкости: 0,46-2,8 сПз; интервал разброса средней молекулярной массы: 20-120 кДа) по сравнению с интервалом удельной вязкости ПЭПа, полученного известным способом синтеза (интервал разброса удельной вязкости:11-18 сПз; интервал разброса молекулярной массы: 458-742 кДа).

Стабильный процесс полимеризации позволяет получить ПЭП с более узким молекулярно-массовым распределением и более низкими значениями молекулярной массы. При этом средний выход целевого продукта составляет более 99,7%, в то время как средний выход продукта, полученного известным способом, - 92% (патент №2185388).

Ещё одним аспектом изобретения является способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, состоящего из двух структурных звеньев, предусматривающий алкилирование измельченного описанным выше способом ПЭПа до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 45 до 85⁰С и мольном соотношении звеньев ПЭП и алкилирующего агента, равном 1:0,2-0,5, в течение 7-12 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному указанным выше способом полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 55-75⁰С и мольном соотношении звеньев алкилированного производного ПЭПа и пероксида водорода, равном 1:0,75-0,95 в течение 8-12-ти часов с последующей очисткой полученного водного раствора, предпочтительно, методом ультрафильтрации или диализа от низкомолекулярных примесей при рН менее 7.

Заявленный способ синтеза сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида позволяет получать целевой продукт без дополнительного выделения и очистки сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и 1,4-этиленпиперазина, а также избежать побочной реакции O- алкилирования, таким образом, время синтеза промышленной серии сополимера согласно заявленному способу сокращается с 6-ти суток до 3-х. Также предложенный способ позволяет в несколько раз уменьшить время реакции алкилирования и в несколько раз сократить количество алкилирующего агента, что в дальнейшем позволяет снизить количество воды очищенной на стадии ультрафильтрации и сократить производственные отходы.

где х=(0,03-0,4); у=(0,6-0,97), n от 150 до 800.

Полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (с 2-мя звеньями), имеет узкое молекулярно-массовое распределение (Пример 18, Таблица 13). Средняя молекулярная масса сополимера составляет от 20 до 120 кДа.

Структура сополимера подтверждена методами вискозиметрии, титанометрии, ИК-спектроскопии, спектрофотометрии, ЯМР 13С -спектроскопии (Таблица 2).

Характеристики сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (с 2-мя звеньями), полученного заявленным способом, представлены в таблице 2

Таблица 2

№, п/пСодержание N-оксидных групп, %Содержание алкильных групп, %Средняя молекулярная масса, кДа2507177525972608177327952708177129952808177624942908177426960205187822200305187723120

Полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (с 2-мя звеньями) более стабилен в течение всего срока хранения в отличие от известного сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (Пример 14, Таблица 8), где наблюдается деструкция полимера, приводящая к падению молекулярной массы и увеличению олигомеров. Более того более узкое молекулярно-массовое распределение обеспечивает улучшенные фармакологические свойства по сравнению с известным сополимером (Пример 15, Таблица 12; Пример 18, Таблица 13).

Ещё одним аспектом изобретения является сополимер (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, промежуточный продукт способа получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, представляющей собой алкилированное производное ПЭПа общей формулы

где х=(0,03-0,9); у=(0,1-0,97), n от 150 до 800.

Средняя молекулярная масса сополимера составляет от 20 до 100 кДа.

Промежуточный продукт заявленного способа, представляющий собой алкилированное производное ПЭПа (сополимер (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), может быть использовано в качестве конъюгатной платформы для создания препаратов пролонгированного действия на основе терапевтических белков (цитокинов, ферментов, гормонов, ростовых факторов, моноклональных антител). Указанный продукт является стабильным в течение всего срока хранения (24 месяца) (Пример 14, Таблица 7). Стабилизация белковой молекулы посредством химической связи с высокомолекулярным носителем позволяет увеличить интервалы между инъекциями, соответственно улучшить переносимость и повысить безопасность лекарственного средства. Также возможно использование сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина в качестве адъюванта в различных вакцинах и получения конъюгатов и комплексов с антигенами для усиления иммунного ответа (Пример 19).

Ещё одним аспектом изобретения является способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния, состоящего из двух структурных звеньев, в форме цвиттер-иона, предусматривающий алкилирование измельченного описанным выше способом ПЭПа до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 45 до 85^оС при мольном соотношении звеньев ПЭПа и алкилирующего агента, равном 1:0,2-0,5, в течение 7-12 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина) добавление к проалкилированному указанным выше способом полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 55-75^оС при мольном соотношении звеньев ПЭПа и пероксида водорода, равном 1:0,75-0,95, причём проводят реакцию окисления в течение 8-12-ти часов с последующей очисткой полученного водного раствора методом ультрафильтрации при pH более 8.

Ещё одним аспектом изобретения является производное сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния в виде цвиттер-иона (с двумя звеньями), полученное заявленным способом, общей формулы

где х=(0,03-0,4); у=(0,6-0,97), n от 150 до 800 со средней молекулярной массой от 20 до 120 кДа.

Характеристики сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния в форме цвиттер-иона (с 2-мя звеньями) представлены в Таблице 3.

Таблица 3.

№, п/пСодержание N-оксидных групп, %Содержание алкильных групп, %Средняя молекулярная масса, кДа0105177426980206177525940306177327960406177228970506177525960503187624230703187822120

Сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина в форме цвиттер-иона может быть использован в качестве конъюгатной платформы для создания препаратов пролонгированного действия на основе терапевтических белков (цитокинов, ферментов, гормонов, ростовых факторов, моноклональных антител) (Пример 16). Также возможно его использование в качестве адъюванта в различных вакцинах и получения конъюгатов и комплексов с антигенами для усиления иммунного ответа.

Ещё одним аспектом изобретения является способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, который имеет в своей структуре третье звено с незамещенными атомами азота, предусматривающий алкилирование измельченного описанным выше способом ПЭПа до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 20 до 40⁰С при мольном соотношении звеньев ПЭПа и алкилирующего агента, равном 1:0,05-0,2, в течение 2-6 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при мольном соотношении звеньев алкилированный ПЭП : пероксид водорода 1: 0,6-0,75 и температуре 15-50⁰С, причём проводят реакцию окисления в течение 4-7-ти часов с последующей очисткой полученного водного раствора, предпочтительно, методом ультрафильтрации или диализа от низкомолекулярных примесей при рН менее 7.

где х=(0,03-0,2); у=(0,6-0,78); z=(0,02-0,63), n от 150 до 800 со средней молекулярной-массой сополимера от 20 до 120 кДа.

Характеристики сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями) представлены в Таблице 4.

Таблица 4.

№, п/пСодержание N-оксидных групп, %Содержание алкильных групп, %Молекулярная масса, кДа01071775892020717721194030717731093040717749890507177210910202187185505021870227070318218120

Полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями), более стабилен в течение всего срока хранения, в отличие от известного сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (Пример 14, Таблица 10), где в процессе хранения наблюдается деструкция полимера, приводящая к падению молекулярной массы и увеличению олигомеров. Более того более узкое молекулярно-массовое распределение обеспечивает улучшенные фармакологические свойства по сравнению с известным полимером (Пример 15, Таблица 12).

Ещё одним аспектом изобретения является способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина, который имеет в своей структуре третье звено с незамещенными атомами азота, в форме цвиттер-иона, предусматривающий алкилирование измельченного описанным выше способом ПЭПа до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 20 до 40^оС и мольном соотношении звеньев ПЭПа и алкилирующего агента, равном 1:0,05-0,2, в течение 2-6 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 15-50^оС, причём проводят реакцию окисления в течение 4-7-ти часов при мольном соотношении звеньев алкилированного производного ПЭПа и пероксида водорода, равном 1:0,6-0.75, с последующей очисткой полученного водного раствора методом ультрафильтрации при pH более 8.

где х=(0,03-0,2); у=(0,6-0,78); z=(0,02-0,63), n от 150 до 800 со средней молекулярной-массой от 20 до 120 кДа.

Структура сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина в форме цвиттер-иона, в молекуле которого имеется третье звено с незамещенными атомами азотаподтверждается данными ИК-спектроскопии (Фиг. 7), ЯМР H¹спектроскопии (Фиг. 6, Таблица 5)

Таблица 5.

№, п/пСодержание N-оксидных групп, %Содержание алкильных групп, %Молекулярная масса, кДа0108177289602091773129003091775109604091774109205091773795071017718120081017731020

Полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями) в форме цвиттер-иона стабилен в течение всего срока хранения (24 месяца) (Пример 14, Таблица 11).

Сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина и его цвиттер-ион, в структуре которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота может быть использован в качестве конъюгатной платформы для создания препаратов пролонгированного действия на основе терапевтических белков (цитокинов, ферментов, гормонов, ростовых факторов, моноклональных антител) (Примеры 15 и 17). Также возможно использование сополимера и его цвиттер-иона в качестве адъюванта в различных вакцинах и получения конъюгатов и комплексов с антигенами для усиления иммунного ответа.

Изобретение иллюстрируется следующими Примерами.

МЕТОДЫ

1. Анализ структуры поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП)

Структура ПЭП, получаемого полимеризацией 1,4-диазабицикло[2.2.2]октана, подтверждена данными ИК-спектроскопии, ЯМР С¹³, вискозиметрии.

ИК-спектроскопия

Анализ структуры ПЭПа проводили методом ИК-спектроскопии, используя пленки ПЭПа толщиной 15-20 мкм. ИК-спектр ПЭП представлен на Фиг.3.

ИК-спектр имеет максимумы поглощения при (1464±4) см^-1; (1446±4) см^-1; (1323±4) см^-1; (1295±4) см^-1; (1158±4) см^-1; (1127±4) см^-1; (1010±4) см^-1.

А - деформационные (ножничные) колебания связи С-Н: 1464 см^-1 – внутрициклическая группа (ic) СН₂, 1446 см^-1 – группа СН₂ вне цикла (oc);

Б - деформационные (крутильные) колебания связи С-Н: 1323 см^-1 – ic СН₂, 1295 см^-1 – группа oc СН₂;

В - асимметричные валентные колебания связи С-N: 1158 см^-1 – группа С_ic – N – C_oc , 1127 см^-1 – группа С_ic – N – C_oc (индекс ic относится к атомам углерода в цикле, oc– к атомам углерода вне цикла);

Г - симметричные валентные колебания связи С-N (пульсации цикла) 1010 см^-1

Ссылки:

[1] – P.J. Hendra, D.B. Powell. The infra-red and Raman spectra of piperazine. Spectrochimica Acta, 1962, Vol. 15, pp. 299-306.

[2] - P.J. Hendra, D.B. Powell. The infrared spectra and strucrures of metal complexes of 1,4-dioxan, 1,4-dithian, 1,4-thioxan, piperazine and 1,4-dimethylpiperazine. J. Chem. Soc., 1960, N12, pp. 5105-5112.

ЯМР

Данные ЯМР¹³С представлены на Фиг. 4.

Поли-1,4-этиленпиперазин растворяли в уксусной кислоте (молекулярное соотношение 0,82: 1) и снимали спектр ЯМР¹³C (62,9 МГц; растворитель D₂O).

Спектр поли-1,4-этиленпиперазина содержит сигналы 52,11 МГц (метиленовые группы пиперазинового цикла) и 53,25 МГц (внециклической этиленовой группы) с соотношением близким 2:1, 24,57 (CH₃CO₂H), 182,06 (CH₃CO₂H). Эти данные подтверждают структуру поли-1,4-этиленпиперазина.

13С ЯМР (D₂O, CD₃COOD): 52.11 (2C, in-cycle); 53.25 (1C, out-cycle)

Вискозиметрия

Для определения молекулярной массы полимера применяют метод вискозиметрии. Величина вязкости является одной из основных характеристик полимера, пропорционально зависимой от молекулярной массы.

Определяют удельную вязкость 0,25%, 0,5% и 1% растворов полимера, вычисляют приведенную и характеристическую вязкости. Расчет молекулярной массы проводят по формуле Марка-Кауна-Хаувинка (Mark-Kuhn-Houwink equation).

Анализ: ПЭП растворяли в 3% уксусной кислоте, содержащей 0,2М NaCl. Измеряли автоматически using TV 2000/AKV viscometr Ubbelohde, constant 0.03.

2. Анализ сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида с двумя звеньями согласно изобретению.

Химический метод

Наличие бромид-ионов или их отсутствие определяют химическим методом согласно Eur.Ph. 8.0, 2.3.1, метод А.

Титанометрия

Определение степени окисления (содержание N-окисных групп в сополимере N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида), образующихся в условиях специфического окисления азотсодержащих циклов полимерной цепи проводят методом титанометрии.

Для определения степени окисления полимерных N-оксидов использовали количественный метод титанометрического «обратного титрования». [Некрасов А.В., Пучкова Н.Г., др., Синтез и свойства полимерных алифатических N-окисей. -Высокомолекулярные соединения, 1980, т.(А) XXII, № 6, стр.1281-1285]

ИК-спектроскопия

Определение степени алкилирования (содержание карбоксильных групп) проводят методом ИК-спектроскопии по полосе валентных колебаний карбоксилат-аниона при 1625 см^-1. В качестве модельного соединения для определения удельного коэффициента экстинкции Е^1%_1см использован бетаин:

[ (СН₃)₃≡N⁺—СН₂—СООН ] Cl^-

ЯМР ¹³С

Анализ: спектры ЯМР получены на спектрометре AM300 (Bruker, Германия) с рабочей частотой 75 МГц для ядер углерода. В качестве растворителя используют дейтероводу.

ЯМР¹³C спектр (75 МГц, D₂O, м.д.) содержит следующие характерные сигналы основных структурных звеньев: 168,76 (С⁸, атом углерода карбоксильной группы), 66.00, 65.69, 63.65, 59.37, 58.74 (С² и С³атомы углерода связанные с окисленными атомами азота, также С⁶, С⁷ и С⁹ атомы углерода связанные с алкилированными атомами азота), 52.87, 51.77, 51.40, 49.60, 46.61, 45.68 (С¹, С⁵ атомы углерода циклических метиленовых групп, находящихся через гомологическое звено от окисленных и алкилированных атомов азота и С⁴, С¹⁰ атомы углерода внециклических метиленовых групп, находящихся через гомологическое звено от окисленных и алкилированных атомов азота)

Полученные данные ЯМР¹³С подтверждают структуру сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (Фиг.10)

УФ-спектрофотометрия

Подлинность подтверждают спектрофотометрически в составе маталл-полимерного комплекса с ионами меди в области длин волн от 220 нм до 350 нм. Максимум поглощения медь-полимерного комплекса составляет 265±3 нм. Спектр сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида представлен на (Фиг. 9).

Вискозиметрия

Для определения молекулярной массы сополимера применяют метод вискозиметрии. Величина вязкости является одной из основных характеристик сополимера, пропорционально зависимой от молекулярной массы.

Определяют удельную вязкость 0,25%, 0,5% и 1% растворов сополимера, вычисляют приведенную и характеристическую вязкости. Расчет молекулярной массы проводят по формуле Марка-Кауна-Хаувинка (Mark-Kuhn-Houwink equation)

М = 83000×10⁴ [η]^1,34, где

M - молекулярная масса

η - характеристическая вязкость

Гель проникающая хроматография

Молекулярно-массовое распределение контролировали методом гель проникающей хроматографии. В качестве растворов для калибровки использовали серию узкодисперсных СО декстранов с различными молекулярными массами, соответствующими калибровочному диапазону.

3. Анализ сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, в молекуле которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота, приведен на Примере серии со степенью окисления 70%, степенью алкилирования 10,3 %.

Химический метод

Наличие бромид-ионов или их отсутствие определяют химическим методом согласно Eur.Ph. 8.0, 2.3.1, метод А.

Титанометрия

Определение степени окисления (содержание N-окисных групп в сополимере N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), образующихся в условиях специфического окисления азотсодержащих циклов полимерной цепи проводят методом титанометрии.

ИК-спектроскопия

[ (СН₃)₃≡N⁺—СН₂—СООН ] Cl^-

Структура сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина подтверждалась на основании данных ИК-спектроскопии Фиг. 7).

Анализ: ИК-спектры регистрировали на ИК-спектрометре Agilent Cary 660 с приставкой НПВО (кристалл ZnSe).

ИК-спектр сополимера в области длин волн 2000-850 см^-1 (Фиг. 7) имеет максимумы поглощения при 1628 см^-1; 1448 см^-1; 1329 см^-1; 1305 см^-1; 1158 см^-1; 1129 см^-1; 1009 см^-1; 932 см^-1.

Полученные данные ИК-спектроскопии подтверждают структуру сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина.

ЯМР ¹H

Анализ количественных спектров ЯМР проводили на спектрометре ECA 600 (JEOL, Япония) с рабочей частотой 600 МГц для протонов, их обработка проводилась с помощью программы Delta (JEOL). В качестве растворителя использовали оксид дейтерия.

В спектре¹H наблюдается взаимное влияние и наложение сигналов структурно-неидентичных протонов, близких по химическому сдвигу, вызванное различными вариантами расположения звеньев полимерной цепи. Поэтому определить мультиплетность сигналов не представляется возможным, и в дальнейшем для описания спектра будет введено обозначение набор сигналов (н.с.).

Спектр ЯМР¹H (Фиг. 6) (600 МГц, D₂O, рис. 3): н.с. 4,2-3.8 м.д.(CH₂NO, H², 28Н; CH₂NCH₂COOH, H⁶, 4Н; CH₂COOH, H⁷, 2Н; суммарно 34Н), н.с. 3.7-3.2 м.д. (CH₂N, H¹, 28Н; CH₂NCH₂COOH, H⁸, 2Н; CH₂NO, H³, 14Н; суммарно 44Н), н.с. 3.1 – 2,75 м.д. (CH₂N, H⁵, 4Н; CH₂N, H6, H13, H18, H19 суммарно 28Н), 2,75 – 2,4 м.д (CH₂N, H⁴, H⁹, H¹², H¹³, суммарно 16Н).

Спектр ЯМР¹H сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина представлен на Фиг. 6.

Спектрофотометрия

Подлинность сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина подтверждают спектрофотометрически в составе маталл-полимерного комплекса с ионами меди в области длин волн от 550 нм до 800 нм. Максимум поглощения медь-полимерного комплекса составляет 660±3 нм.

Вискозиметрия

Гель проникающая хроматография

4. Анализ сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина приведен на Примере серии со степенью алкилирования 42%.

ИК-спектроскопия

Определение степени алкилирования (содержание карбоксильных групп) проводят методом ИК-спектроскопии по полосе валентных колебаний карбоксилат-аниона при 1625 см^-1. ИК-спектр сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина представлен на Фиг 5. В качестве модельного соединения для определения удельного коэффициента экстинкции Е^1%_1см использован бетаин:

[ (СН₃)₃≡N⁺—СН₂—СООН ] Cl^-

ЯМР ¹³С

Структура сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина проанализирована на основании данных количественной ЯМР¹³С-спектроскопии (Фиг. 8). Степень алкилирования установлена на основании данных ИК-спектроскопии (Фиг. 5), составляет 42 %.

ЯМР¹³С (100 МГц; растворитель D₂O): 168,78 м.д. СOOH, С6, 2С) 59,62 м.д. (CH₂COOH, С5, 2С), 59,12 м.д (CH₂NCH₂COOH, С2, С4, 4С), 53,48 м.д. (NCH₂, С1, С3, 4С). 52,84 м.д (CH₂NCH₂COOH, С7, 2С), 51,90 м.д. (NCH₂CH₂N, С9, С10, С11, С12, 12С); 49,60 м.д. (NCH₂CH₂NCH₂COOH, С8, 2С); 46,78 м.д. (NCH₂CH₂N, С13, C14, 6С).

Вискозиметрия

Гель проникающая хроматография

Пример 1. Получение поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП)

В смесителе, предназначенном для перемешивания твердых дисперсионных порошковых материалов, перемешивают до однородной массы мономер ТЭДа в количестве 500 гр с катионным катализатором (NH4Br в мольном соотношении 1:0,0003) в количестве 130 мг. Затем однородную смесь переносят в титановый реактор синтеза, уплотняют смесь на виброгрохоте и проводят деаэрацию реакционной смеси, создавая, с помощью форвакуумного и турбомолекулярного насоса, разряжение в реакторе синтеза 1•10^-8 мбар в течение 30 минут. Подготовленный реактор погружают в масляную баню с температурой 235°С и проводят реакцию полимеризации в течение 18- ти часов.

Стержни ПЭПа извлекают из реактора, взвешивают и погружают в жидкий азот на 45 мин, затем стержни, охлажденные до температуры -190-195°С, погружают в водяную баню с очищенной водой, нагретой до 100°С и оставляют на 2 часа. Микронизированный ПЭП центрифугируют и удаляют оставшуюся влагу в сушилке псевдоожиженного слоя при температуре 50°С.

ИК-спектр ПЭПа, полученного согласно заявленному способу, имеет максимумы поглощения при 1464 см^-1; 1447 см^-1; 1323 см^-1; 1294 см^-1; 1158 см^-1; 1128 см^-1; 1009 см^-1. Удельная вязкость составляет 2,35 сПз, средняя молекулярная масса полимера составляет 101 кДа, а содержание остаточной влаги 1,8%.

ЯМР C¹³

13С ЯМР (D₂O, CD₃COOD): 52.11 (2C, in-cycle); 53.25 (1C, out-cycle)

Соединение представлено общей формулой

где n от 180 до 1100.

Пример 2. Процесс осуществляли аналогично Примеру 1, но полимеризацию проводили при температуре 220С в течение 15 часов, а в качестве катализатора реакции полимеризации использовали бензосульфоновую кислоту в соотношении 1:0,00035 (мольных). Выход целевого продукта составил 99,8%.

ИК-спектр ПЭПа имеет максимумы поглощения при 1464 см^-1; 1447 см^-1; 1323 см^-1; 1294 см^-1; 1158 см^-1; 1128 см^-1; 1009 см^-1.

ЯМР C¹³

13С ЯМР (D₂O, CD₃COOD): 52.11 (2C, in-cycle); 53.25 (1C, out-cycle)

Удельная вязкость 2,33 сПз, средняя молекулярная масса полимера составляет 100 кДа, а содержание остаточной влаги 2,1%.

Пример 3. Процесс осуществляли аналогично Примеру 1, но реакцию полимеризации проводили при температуре 270°С в течение 12 часов, а в качестве катионного катализатора использовали бромид аммония в количестве 0,02% (мольных) и получали ПЭП с вязкостью 1,28 сПз, средняя молекулярная масса которого составляла 56 кДа.

ИК-спектр ПЭПа, полученного по указанному методу имеет максимумы поглощения при 1465 см^-1; 1447 см^-1; 1324 см^-1; 1295 см^-1; 1158 см^-1; 1128 см^-1; 1010 см^-1.

ЯМР C¹³

13С ЯМР (D₂O, CD₃COOD): 52.11 (2C, in-cycle); 53.25 (1C, out-cycle)

а содержание остаточной влаги 2,2%. Выход целевого продукта составил 99,8%.

Пример 4. Процесс осуществляли аналогично Примеру 1, но реакцию полимеризации проводили при температуре 295°С в течение 3-х часов, а в качестве катионного катализатора использовали бромид аммония в количестве 0,01% (мольных) и получали ПЭП с вязкостью 0,46 сПз, средняя молекулярная масса которого составляла 20 кДа.

ИК-спектр ПЭПа, полученного по указанному методу, имеет максимумы поглощения при 1465 см^-1; 1446 см^-1; 1322 см^-1; 1297 см^-1; 1158 см^-1; 1128см^-1; 1010 см^-1.

ЯМР C¹³

13С ЯМР (D₂O, CD₃COOD): 52.11 (2C, in-cycle); 53.25 (1C, out-cycle)

Значение средней молекулярной массы должно входить в диапазон 18-22 кДа, а содержание остаточной влаги 1,7%. Выход целевого продукта составил 99,8%.

Пример 5. Процесс осуществляли аналогично Примеру 1, но реакцию полимеризации проводили при температуре 215°С в течение 22-х часов, а в качестве катионного катализатора использовали бромид аммония в количестве 0,05% (мольных) и получали ПЭП с вязкостью 2,80, сПз, средняя молекулярная масса которого составляла 120 кДа.

ИК-спектр ПЭПа, полученного по указанному методу, имеет максимумы поглощения при 1465 см^-1; 1446 см^-1; 1322 см^-1; 1297 см^-1; 1158 см^-1; 1128см^-1; 1010 см^-1. Содержание остаточной влаги 2,0%. Выход целевого продукта составил 99,9%.

Пример 6. Получение сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния бромида с двумя звеньями

Микронизированный ПЭП, полученный в соответствии с Примером 1, в количестве 1000 гр загружают в реактор и проводят алкилирование 550 гр бромуксусной кислоты при температуре 70°С в течение 8-ми часов.

Полученный водный раствор очищают методом ультрафильтрации от низкомолекулярных примесей на ультрафильтрационных установках с пределом отсечения молекулярной массы 10 кДа и концентрируют до 10-12%. Выходпромежуточного продукта, представляющего собой алкилированное производное ПЭПа (сополимер (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина) составляет 95%.

Соединение представлено общей формулой

где х=(0,03-0,9); у=(0,1-0,97), n от 150 до 800. Средняя молекулярная масса сополимера составляет 97 кДа, степень алкилирования (ИК-спектроскопия) составляет 25%.

Наличие бромид-ионов подтверждают химическим методом согласно Европейской Фармакопеи 8.0, 2.3.1, метод А.

Далее производят окисление сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина.

Если целью синтеза является получение конечного продукта [сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния бромида с двумя звеньями] промежуточный продукт [сополимер (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина] не выделяют и не проводят ультрафильтрацию промежуточного продукта, что позволяет сократить время производства.

К гомогенному раствору сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина прибавляют 93 % мольных 30% водного раствора пероксида водорода, и 200 мл ледяной уксусной кислоты при температуре 75⁰С и проводят реакцию окисления в течение 10-ти часов. Полученный водный раствор очищают методом ультрафильтрации от низкомолекулярных примесей на ультрафильтрационных установках с пределом отсечения молекулярной массы 5 кДа при рН менее 7 и концентрируют до 10-12%. Выход целевого продукта составляет 98%.

Соединение представлено общей формулой

где х=(0,03-0,4); у=(0,6-0,97), n от 150 до 800.

Средняя молекулярная масса сополимера согласно изобретению составляет 97 кДа. Максимум поглощения (спектрофотометрически) в области длин волн от 220 нм до 350 нм составляет 267 нм. Степень окисления (титанометрическое титрование) составляет 75%, степень алкилирования (ИК-спектроскопия) составляет 25%.

Наличие бромид-ионов подтверждают химическим методом согласно Европейской Фармакопеи 8.0, 2.3.1, метод А.

Полученный концентрат сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида или его лиофилизат может быть использован в качестве субстанции для производства готовых лекарственных форм, а также как конъюгатная платформа для лекарственных средств.

Пример 7. Процесс осуществляли аналогично Примеру 6, но для синтеза сополимера использовали ПЭП, полученный в соответствии Примером 4. Средняя молекулярная масса сополимера составляла 20 кДа. Максимум поглощения (спектрофотометрически) в области длин волн от 220 нм до 350 нм составляет 266 нм. Степень окисления (титанометрическое титрование) составляет 78%, степень алкилирования (ИК-спектроскопия) составляет 22%.

Наличие бромид-ионов подтверждают химическим методом согласно Европейской Фармакопеи 8.0, 2.3.1, метод А.

Пример 8. Получение сополимера в форме цвиттер-иона (с двумя звеньями).

Процесс осуществляли аналогично Примеру 6, но ультрафильтрацию сополимера проводили при рН более 8, рН доводили добавлением 1N раствора гидроксида натрия. Причём сополимер получали в виде цвиттер-иона, который в дальнейшем может быть использован для производства лекарственных средств. Бромид-ион в виде его натриевой соли в процессе ультрафильтрации вместе с другими низкомолекулярными примесями попадает в производственные отходы.

Соединениe представленo общей формулой:

где х=(0,03-0,4); у=(0,6-0,97), n от 150 до 800.

Средняя молекулярная масса сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния в виде цвиттер-иона составляет 98 кДа. Максимум поглощения сополимера (спектрофотометрически) в области длин волн от 220 нм до 350 нм составляет 265 нм. Степень окисления (титанометрическое титрование) составляет 74%, степень алкилирования (ИК-спектроскопия) составляет 26%.

Отсутствие бромид-ионов подтверждают химическим методом согласно Европейской Фармакопеи 8.0, 2.3.1, метод А.

Пример 9. Получение сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина с тремя звеньями.

Микронизированный ПЭП, полученный в соответствии с Примером 1, в количестве 1000 гр загружают в реактор и проводят алкилирование 170 гр бромуксусной кислоты при температуре 40°С в течение 3-х часов.

Затем к гомогенному раствору полимера прибавляют водный раствор пероксида водорода, соблюдая следующие мольные соотношения: сополимер (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазина и 1,4-этиленпиперазина : пероксид водорода=1:0,75 и 100 мл ледяной уксусной кислоты при температуре 15⁰С и проводят реакцию окисления в течение 5-ти часов. Полученный водный раствор очищают методом ультрафильтрации от низкомолекулярных примесей на ультрафильтрационных установках с пределом отсечения молекулярной массы 5 кДа при рН менее 7 и концентрируют до 10-12%. Выход составляет 98%.

Соединениe представленo общей формулой:

где х=(0,03-0,2); у=(0,6-0,78); z=(0,02-0,63), n от 150 до 800.

Средняя молекулярная масса сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина составляет 92 кДа. Степень окисления (титанометрическое титрование) составляет 75%, степень алкилирования (ИК-спектроскопия) составляет 8%.

Наличие бромид-ионов подтверждают химическим методом согласно Европейской Фармакопеи 8.0, 2.3.1, метод А.

Максимум поглощения (спектрофотометрически) в области длин волн от 550 нм до 800 нм составляет 661 нм.

Полученный концентрат сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, в структуре которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота или его лиофилизат может быть использован в качестве субстанции для производства готовых лекарственных форм, входить в состав композиции на его основе, использован как конъюгатная платформа для лекарственных средств.

Пример 10. Процесс осуществляли аналогично Примеру 9, но для синтеза сополимера использовали ПЭП, полученный в соответствии Примером 3, при мольном соотношении к пероксиду водорода 1:0,72.

Средняя молекулярная масса сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина составляет 55 кДа. Степень окисления (титанометрическое титрование) составляет 71%, степень алкилирования (ИК-спектроскопия) составляет 8%.

Наличие бромид-ионов подтверждают химическим методом согласно Европейской Фармакопеи 8.0, 2.3.1, метод А.

Максимум поглощения (спектрофотометрически) в области длин волн от 550 нм до 800 нм составляет 661 нм.

Полученный концентрат сополимера N-оксида-1,4-этиленпиперазина, (N-карбокси)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, в структуре которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота, или его лиофилизат может быть использован в качестве использован как конъюгатная платформа для лекарственных средств.

Пример 11. Процесс осуществляли аналогично Примеру 9, но ультрафильтрацию сополимера проводили при рН более 8, рН доводили добавлением 4N раствора гидроксида натрия. Сополимер получали в виде цвиттер-иона с тремя звеньями. Бромид-ион в виде его натриевой соли в процессе ультрафильтрации вместе с другими низкомолекулярными примесями попадает в производственные отходы.

Соединение представлено общей формулой

где х=(0,03-0,2); у=(0,6-0,78); z=(0,02-0,63), n от 150 до 800.

Максимум поглощения (спектрофотометрически) в области длин волн от 550 нм до 800 нм составляет 660 нм.

Средняя молекулярная масса сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина в виде цвиттер-иона составляет 96 кДа. Степень окисления (титанометрическое титрование) составляет 72%, степень алкилирования (ИК-спектроскопия) составляет 8%.

Отсутствие бромид-ионов определяют химическим методом согласно Европейской Фармакопеи 8.0, 2.3.1, метод А.

Пример 12. Процесс осуществляли аналогично Примеру 6, но для синтеза сополимера использовали ПЭП, полученный в соответствии Примером 5, а алкилирование поли-1,4-этиленпиперазина проводили при помощи хлоруксусной кислоты. Полученный таким способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний хлорида может быть использован в качестве конъюгатной платформы для синтеза биологически активных веществ.

Соединение представлено общей формулой

где х=(0,03-0,4); у=(0,6-0,97), n от 150 до 800

Средняя молекулярная масса сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний хлорида составляет 118 кДа. Степень окисления (титанометрическое титрование) составляет 74%, степень алкилирования (ИК-спектроскопия) составляет 26%.

Наличие хлорид-ионов подтверждают химическим методом согласно Европейской Фармакопеи 8.0, 2.3.1, метод А.

Пример 13. Процесс осуществляли аналогично Примеру 1, но после стадии диаэрации (1•10^-8 мбар в течение 30 минут) в реактор полимеризации подавали под избыточным давлением 2 кгс/см2 особочистый аргон. Катионный катализатор брали в мольном соотношении 1:0,0002. Полимеризацию проводили при температуре 230^оС в течение 17 часов. Выход целевого продукта составил 99,9%.

ИК-спектр ПЭПа имеет максимумы поглощения при 1464 см^-1; 1448 см^-1; 1323 см^-1; 1295 см^-1; 1158 см^-1; 1128 см^-1; 1009 см^-1.

ЯМР C¹³

13С ЯМР (D₂O, CD₃COOD): 52.11 (2C, in-cycle); 53.25 (1C, out-cycle)

Удельная вязкость 2,38 сПз, средняя молекулярная масса полимера составляет 102 кДа, а содержание остаточной влаги <0,1%.

Пример 14. Стабильность поли-1,4-этиленпиперазина, его алкилированного производного (сополимер (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, состоящего из двух структурных звеньев, его цвиттер-иона , сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, в молекуле которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота, и его цвиттер-иона.

Таблица 6. Таблица стабильности поли-1,4-этиленпиперазина, полученного заявленным способом (серии 480517, 490517, 500517)

Показатели0 точка6 мес12 мес24 месРастворимостьУмеренно растворим в 3,0% р-ре уксусной кислотыУмеренно растворим в 3,0% р-ре уксусной кислотыУмеренно растворим в 3,0% р-ре уксусной кислотыУмеренно растворим в 3,0% р-ре уксусной кислотыСодержание влаги, %2,1±1,2 2,4±1 2,6±0,8 2,7±0,9 Молекулярная масса, кДа101±2101±2100±199±2

Данные, представленные в Таблице 6, демонстрируют стабильность поли-1,4-этиленпиперазина в течение всего срока хранения. Данные получены для 3-х промышленных серий.

Таблица 7. Стабильность сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина (серии 010217, 020217, 030317)

Показатели0 точка6 мес.12 мес.24 мес.рН7,1±0,57,0 ±0,57,0±0,57,0±0,5ОлигомерыМенее 0,001 %Менее 0,001 %Менее 0,001 %Менее 0,001 %Молекулярная масса76±4 кДа76±4 кДа76±4 кДа76±4 кДаСтепень алкилирования25±7%25±7%25±7%25±7%

Данные, представленные в Таблице 7, демонстрируют стабильность алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), в течение всего срока хранения. Данные получены для 3-х промышленных серий.

Таблица 8. Стабильность сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида с 2-мя звеньями согласно изобретению (серии 250717, 260817, 270817)

Показатели0 точка6 мес.12 мес.24 мес.ОпытКонтрольОпытКонтрольОпытКонтрольОпытКонтрольрН6,8±0,26,8±0,56,8±0,36,8±0,46,8±0,26,8±0,26,9±0,26,8±0,4ОлигомерыМенее 0,001 %1,3±1,3%Менее 0,001 %2,2±0,9 %Менее 0,001 %3,4±1,0 %Менее 0,001 %3.2±0,7%Молекулярная масса96±2 кДа95±6 кДа96±2 кДа81±5 кДа96±2 кДа73±3 кДа96±2 кДа66±4 кДаСтепень окисления73±4%77±2%73±4%77±2%73±4%77±2%73±4%77±2%Степень алкили-рования27±4%23±2%27±4%23±2%27±4%23±2%27±4%23±2%

Данные, представленные в Таблице 8, свидетельствуют, что полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, состоящего из двух структурных звеньев, более стабилен в течение всего срока хранения, в отличие от известного сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (контроль), где в процессе хранения наблюдается деструкция полимера, приводящая к падению молекулярной массы и увеличению олигомеров. Данные получены для 6-ти промышленных серий.

Таблица 9. Стабильность сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния в виде цвиттер-иона с 2-мя звеньями (серии 010517, 020617, 030617)

Показатели0 точка6 мес.12 мес.24 мес.рН8±0,28±0,18±0,28±0,2ОлигомерыМенее 0,001 %Менее 0,001 %Менее 0,001 %Менее 0,001 %Молекулярная масса96±4 кДа95±3 кДа95±3 кДа95±5 кДаСтепень окисления73±4%73±4%73±4%73±4%Степень алкилирования27±4%27±4%27±4%27±4%

Данные, представленные в Таблице 9, свидетельствуют, что полученный заявленным способом цвиттер-ион сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния, состоящего из двух структурных звеньев, стабилен в течение всего срока хранения (24 месяца). Данные получены для 3-х промышленных серий.

Таблица 10. Стабильность сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина с 3-мя звеньями согласно изобретению (серии 010717, 020717, 030717)

Показатели0 точка6 мес.12 мес.24 мес.ОпытКонтрольОпытКонтрольОпытКонтрольОпытКонтрольрН6,8±0,16,9±0,36,8±0,16,9±0,36,8±0,16,9±0,36,9±0,26,9±0,3ОлигомерыМенее 0,001 %0,7±0,3Менее 0,001 %1,9±0,5Менее 0,001 %2,7±0,7Менее 0,001 %3,5±0,5Молекуляр-ная масса93±2 кДа81±592±2 кДа73±393±1 кДа71±392±3 кДа63±3Степень окисления73±3%60±1%73±3%60±1%73±3%60±1%73±3%60±1%Степень алкили-рования10±3%18±2%10±3%18±2%10±3%18±2%10±3%18±2%

Данные, представленные в Таблице 10, свидетельствуют, что полученный заявленным способом сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями) более стабилен в течение всего срока хранения, в отличие от известного сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, где наблюдается деструкция полимера, приводящая к падению молекулярной массы и увеличению олигомеров. Данные представлены для 3-х промышленных серий.

Таблица 11. Стабильность сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина с 3-мя звеньями в виде цвиттер-иона согласно изобретению (серии 010817, 020917, 030917)

Показатели0 точка6 мес.12 мес.24 мес.рН8,4±0,28,3±0,28,4±0,18,3±0,1ОлигомерыМенее 0,001 %Менее 0,001 %Менее 0,001 %Менее 0,001 %Молекулярная масса94±5 кДа94±5 кДа94±5 кДа94±4 кДаСтепень окисления73±3%73±3%73±3%73±3%Степень алкилирования8±3%8±3%8±3%8±3%

Данные, представленные в Таблице 11, свидетельствуют, что полученный заявленным способом цвиттер-ион сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина, в молекуле которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота, стабилен в течение всего срока хранения (24 месяца). Данные представлены для 3-х промышленных серий.

Пример 15. Антирадикальная активность сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида, состоящего из двух структурных звеньев, и сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, в молекуле которого имеется третье звено с незамещенными атомами азота представлены в Таблице 12.

При изучении антирадикальной активности сополимеров согласно изобретению и известного сополимера (контроль) показано, что сополимеры полученные согласно изобретению, проявляют более высокую антирадикальную активность, в течение изученного срока стабильности.

Таблица 12.

Концентрация 50% подавления радикальной реакции, мкг/л0 точка24 месяцевОпыт
(2 звена)Опыт
(3 звена)КонтрольОпыт
(2 звена)Опыт
(3 звена)Контроль10±315±322±311±217±253±5

Способность сополимеров подавлять образование активных форм кислорода (АФК) оценивали в системе взаимодействия перекиси водорода с пероксидазой хрена (Reanal). Регистрацию образованием супероксидных анион-радикалов осуществляли с помощью хемилюминесценции по интенсивности окисления люминола продуктами указанной реакции. Анализ хемилюминесценции проводили на автоматизированном 36 канальном хемилюминометре «Люцифер-Б» («Диалог», Москва) при 37^оС.

Пример 16. Образование конъюгата цвиттер-иона сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния, состоящего из двух структурных звеньев с супероксиддисмутазой

Конъюгация сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния в форме цвиттер-иона с антиоксидантным ферментом супероксиддисмутазой с образованием ковалентной связи, приводит к увеличению периода полу-жизни конъюгата в 320 раз по сравнению с неконъюгированной супероксиддисмутазой.

Конъюгированную супероксиддисмутазу получали карбодиимидным методом синтеза в среде фосфатно-солевого буферного раствора при температуре 5°С, с последующей очисткой конъюгата от низкомолекулярных примесей на ультрафильтрационной установке с пределом отсечения молекулярной массы 1 кДа. В качестве конъюгирующего агента использовали 1-(3-диметиламинопропил)-3-этилкарбодиимид гидрохлорид. Степень конъюгации составляет 98% (ВЭЖХ).

Определение активности супероксиддисмутазы (СОД) в крови определяли методом, основанным на измерении количества продукта окисления адреналина — адренохрома, который образуется в отсутствие дополнительных источников генерации супероксида (Sun M, Zigman S. An improved spectrophotometric assay for superoxide dismutase based on epinephrine autoxidation. Anal Biochem. 1978;90(1):81-89. doi: 10.1016/0003-2697(78)90010-6).

Пример 17. Образование конъюгата цвиттер-иона сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина, состоящего из трех структурных звеньев с коллагеназой.

Конъюгация сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина в виде цвиттер-иона с ферментом коллагеназой с образованием ковалентной связи значительно увеличивает устойчивость фермента к денатурирующим воздействиям. Ферментативная активность конъюгированной коллагеназы сохраняется на уровне 95% от исходной при нагревании до 30°С в течение 30 суток, в то время как в неконъюгированной коллагеназе остается 30% ферментативной активности.

Активность коллагеназы измеряли биохимическим методом с использованием азоколла в качестве субстрата. Одну единицу активности фермента определяли как разложение мкг азоколла на мл.

Конъюгированную коллагеназу получали карбодиимидным методом синтеза в среде фосфатно-солевого буферного раствора при температуре 20°С, с последующей очисткой конъюгата от низкомолекулярных примесей на ультрафильтрационной установке с пределом отсечения молекулярной массы 30 кДа. В качестве конъюгирующего агента использовали 1-(3-диметиламинопропил)-3-этилкарбодиимид гидрохлорид. Степень конъюгации составляет 99% (ВЭЖХ).

Пример 18.

Молекулярно-массовое распределение сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (с 2-мя звеньями) и сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями) контролировали методом гель-проникающей хроматографии. При контроле использовали хроматографическую колонку TSKgel G3000PWXL–CP; 30 см × 7,8 мм; заполненную частицами гидроксилированного полиметакрилата; размер частиц 7 мкм; Tosoh Corporation. В качестве растворов для калибровки использовали серию узкодисперсных СО декстранов с различными молекулярными массами, соответствующими калибровочному диапазону.

Таблица 13. Диапазон молекулярной массы сополимеров N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (с 2-мя звеньями), сополимеров N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями) согласно изобретению и полученного по известной технологии.

Характеристика, сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида (с 2-мя звеньями) полученного по заявленному способуХарактеристика сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина (с 3-мя звеньями) полученного по заявленному способуКонтроль№ серииДиапазон молекулярной массы, измеренный методом гельпроникающей хроматографии, кДа№ серииДиапазон молекулярной массы, измеренный методом гельпроникающей хроматографии, кДа№ серииДиапазон молекулярной массы, измеренный методом гельпроникающей хроматографии, кДа18041789-9401071790-96161-9419041787-9302071786-96272-9820041791-9603071784-92361-8921051788-9404081786-93463-9522051793-9705081791-95567-98

Пример 19. Образование конъюгата сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина с интерфероном α2.

Конъюгация сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина с интерфероном α2 с образованием ковалентной связи, позволяет создать препарат (крем или мазь для наружного применения) который стабилен при температуре 25°С в течение 2-х лет (результаты стабильности приведены в Таблице №14 на основе опытно-промышленных серий крема с. 010417, 020417, 030517).

Состав крема включает: моностеарат глицерина 3,5-8,25%, цетилстеариловый спирт 1,5-3,75%, цетеарет-23 1-3%, цетеарет-6%, раствор интерферона в фосфатно-солевом буфере 1,3-2,4%, бензоат натрия 0,1%, натрия хлорид 0,5-1,5%, вода до 100%.

Таблица 14. Стабильность опытно-промышленных серий крема на основе конъюгата сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина с интерфероном α2 (серии 010417, 020417, 030517)

Показатели0 точка6 мес.12 мес.24 мес.Специфическая активность в 1 гр крема, МЕ21600±40021000±30019600±20019000±300

Конъюгированный интерферон α2 получали карбодиимидным методом синтеза в среде фосфатно-солевого буферного раствора при температуре 10°С, с последующей очисткой конъюгата от низкомолекулярных примесей на ультрафильтрационной установке с пределом отсечения молекулярной массы 5 кДа. В качестве конъюгирующего агента использовали 1-(3-диметиламинопропил)-3-этилкарбодиимид гидрохлорид. Степень конъюгации составляет более 99% (ВЭЖХ). Для синтеза серий конъюгатов интерферон α2 брали сополимер (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина со степенью алкилирования 42%.

Специфическую активность конъюгата определяли согласно ГФ-14 ОФС «Биологические методы испытания препаратов интерферонов с использованием культур клеток».

Пример 20. Процесс осуществляли аналогично Примеру 1, но в качестве реактора полимеризации использовали реактор произведенный из стали XH65MB. Выход целевого продукта составил 99,9%.

ИК-спектр ПЭПа имеет максимумы поглощения при 1465 см^-1; 1447 см^-1; 1323 см^-1; 1294 см^-1; 1158 см^-1; 1128 см^-1; 1008 см^-1.

ЯМР C¹³

13С ЯМР (D₂O, CD₃COOD): 52.11 (2C, in-cycle); 53.25 (1C, out-cycle)

Удельная вязкость 2,24 сПз, средняя молекулярная масса полимера составляет 96 кДа, а содержание остаточной влаги 1,7%.

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу получения поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП), реактору для его полимеризации, а также способам получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и его производных. Способ получения поли-1,4-этиленпиперазина предусматривает смешивание мономера ТЭДА с катализатором, загрузку полученной смеси в реактор синтеза и деаэрацию реакционной смеси при комнатной температуре и вакууме 1*10^-8 мбар в течение 30-60 мин, выдержку реакционной смеси при температуре от 215 до 295°С 3-22 часа с последующим измельчением полученных стержней поли-1,4-этиленпиперазина до однородной микронизированной субстанции с размером частиц менее 300 мкм. Способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида предусматривает алкилирование ПЭПа в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения при температуре 45-85°С и мольном соотношении ПЭП и алкилирующего агента 1:0,2-0,5 в течение 7-12 часов с получением алкилированного промежуточного продукта, дальнейшее добавление к полученному продукту водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 55-75°С и мольном соотношении звеньев алкилированный продукт и пероксид водорода 1:0,75-0,95 в течение 8-12 часов с последующей очисткой полученного водного раствора при рН менее 7. Полученные полимеры более стабильны в течение всего срока хранения, обладают улучшенными фармакологическими свойствами, узким молекулярно-массовым распределением и могут быть использованы в качестве конъюгатной платформы для создания препаратов пролонгированного действия на основе терапевтических белков (цитокинов, ферментов, гормонов, ростовых факторов, моноклональных антител). Также возможно их использование в качестве адъюванта в различных вакцинах и получения конъюгатов и комплексов с антигенами для усиления иммунного ответа. 9 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил., 14 табл., 19 пр.

Формула

1. Способ получения поли-1,4-этиленпиперазина (ПЭП), предусматривающий смешивание мономера ТЭДА с катализатором, загрузку полученной реакционной смеси в реактор синтеза и деаэрацию реакционной смеси при комнатной температуре и вакууме 1⋅10^-8 мбар в течение 30-60 минут, выдержку реакционной смеси при температуре от 215 до 295°С 3-22 часа с последующим измельчением полученных стержней поли-1,4-этиленпиперазина до однородной микронизированной субстанции с размером частиц менее 300 мкм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измельчение полученных стержней поли-1,4-этиленпиперазина до однородной микронизированной субстанции с размером частиц менее 300 мкм осуществляют путём охлаждения стержней ПЭП в жидком азоте с последующим погружением в очищенную воду с температурой 90-100°С, затем измельченный микронизированный (ПЭП) центрифугируют и высушивают.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что стержни ПЭПа погружают в жидкий азот на 45-60 мин.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что стержни выдерживают в водяной бане с очищенной водой 2-4 часа.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что измельченный микронизированный (ПЭП) высушивают под вакуумом при температуре 50-70°С или в сушилке псевдоожиженного слоя при температуре 30-50°С.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мономер ТЭДа смешивают с катионным катализатором в мольном соотношении 1:0,0001-0,0005.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор выбирают из группы, включающей соли металлов, способных к комплексообразованию, галогениды, кислоты Льюиса, бензосульфоновую кислоту, аммонийные и четвертичные аммонийные соли, соли переходных металлов и их гидраты, сильные неорганические кислоты.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что катализатором является бромид аммония.

9. Pеактор для полимеризации конической формы для получения поли-1,4-этиленпиперазина, используемый в способе по п. 1, включающий цилиндр (1), снабженный загрузочным фланцем с пазами для установки прокладки, фторопластовую прокладку (2), верхнюю крышку реактора (3), резьбу (4), штуцер для подключения реактора к линии вакуума (5), причём в качестве материала для реактора используют титан или химически инертные сплавы, применяющиеся в химической промышленности.

10. Способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида или сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний хлорида, состоящего из двух структурных звеньев, предусматривающий алкилирование ПЭПа, полученного способом по п. 1, измельченного до менее 300 мкм, в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 45 до 85°С и мольном соотношении звеньев ПЭП и алкилирующего агента, равном 1:0,2-0,5, в течение 7-12 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина или сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний хлорида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному указанным выше способом полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 55-75°С и мольном соотношении звеньев алкилированного производного ПЭПа и пероксида водорода, равном 1:0,75-0,95, в течение 8-12 часов с последующей очисткой полученного водного раствора при рН менее 7.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что окисление проводят в гомогенной среде.

12. Промежуточный продукт способа по п. 10, представляющий собой алкилированное производное ПЭПа, являющееся сополимером (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина общей формулы

где х=(0,03-0,9); у=(0,1-0,97), n составляет от 150 до 800, со средней молекулярной массой от 20 до 100 кДа.

13. Способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния, состоящего из двух структурных звеньев, в форме цвиттер-иона, предусматривающий алкилирование ПЭПа, полученного способом по п. 1, измельченного до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 45 до 85°С при мольном соотношении звеньев ПЭПа и алкилирующего агента, равном 1:0,2-0,5, в течение 7-12 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному указанным выше способом полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 55-75°С, при мольном соотношении звеньев ПЭПа и пероксида водорода, равном 1:0,75-0,95, причём проводят реакцию окисления в течение 8-12 часов с последующей очисткой полученного водного раствора методом ультрафильтрации или диализа при pH более 8.

14. Сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния, полученный способом по п. 13, состоящего из двух структурных звеньев, в виде цвиттер-иона общей формулы

где х=(0,03-0,4); у=(0,6-0,97), n составляет от 150 до 800, со средней молекулярной массой от 20 до 120 кДа.

15. Способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина, который имеет в своей структуре третье звено с незамещенными атомами азота , предусматривающий алкилирование измельченного ПЭПа, полученного способом по п. 1, измельченного до менее 300 мкм, в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 20 до 40°С при мольном соотношении звеньев ПЭПа и алкилирующего агента, равном 1: 0,05-0,2, в течение 2-6 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при мольном соотношении звеньев алкилированного ПЭП:пероксид водорода 1:0,6-0,75 и температуре 15-50°С, причём проводят реакцию окисления в течение 4-7 часов с последующей очисткой полученного водного раствора при рН менее 7.

16. Способ получения сополимера N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина, который имеет в своей структуре третье звено с незамещенными атомами азота, в форме цвиттер-иона, предусматривающий алкилирование ПЭПа, полученного способом по п. 1, измельченного до менее 300 мкм в гетерогенной водной или водно-органической среде галогенпроизводными уксусной кислоты или их эфирами циклического или ациклического строения до достижения гомогенности раствора полимера при температуре от 20 до 40°С и мольном соотношении звеньев ПЭПа и алкилирующего агента, равном 1:0,05-0,2, в течение 2-6 часов с получением в качестве промежуточного продукта алкилированного производного ПЭПа (сополимера (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиний бромида и 1,4-этиленпиперазина), добавление к проалкилированному полимеру водного раствора пероксида водорода и уксусной кислоты при температуре 15-50°С, причём проводят реакцию окисления в течение 4-7 часов при мольном соотношении звеньев алкилированного производного ПЭПа и пероксида водорода, равном 1:0,6-0.75, с последующей очисткой полученного водного раствора методом ультрафильтрации при pH более 8.

17. Сополимер N-оксида 1,4-этиленпиперазина, (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазиния и 1,4-этиленпиперазина в форме цвиттер-иона, полученный способом по п. 16, который имеет в своей структуре третье звено с незамещенными атомами азота общей формулы