专利名称：用于降低饮食中磷酸根或草酸根吸收的水溶性聚合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有能够与磷酸根或草酸根配位的水溶性聚合物的组合物，聚合物的制备方法，聚合物用于在动物体内与饮食中磷酸根或草酸根进行配位以防止胃肠系统对其吸收的使用方法，以及它们作为非内吸性制剂的配方。
背景技术：
及概述现已知磷酸血清的含量超过正常范围后就会有不良的作用。高磷酸盐血症，即血清中含有过量磷酸盐的症状，已被发现会引起如骨营养不良和次级高磷酸盐血症的病症(例如，参见M.E.Rubin等，内科学文献(Arch.Intern.Med.)124,663-669(1969)；和E.Slatopolsky等，国际肾脏杂志(Kidney Int’l.)2,147-151(1972))。大多数表现出肾功能衰竭症状的病人有患高磷酸盐血症的危险。当肾不再足以起排泄所食饮食中的磷酸根的作用时就会发生高磷酸盐血症，并引发许多并发症(例如，参见D.Mizumoto等，Clin.Nephrol.42,315-321(1994)，该文对临床过程有详细的描述)。
对长期肾功能衰竭患者的治疗需要很高的花费并占用大量的医疗时间。肾功能衰竭患者无法排泄他们饮食中所摄取的但并不为身体所需要的所有的液体、钠盐、钾盐、氯化物、磷酸根、氮和其它矿物质。对这些病人的治疗小到少量饮食限制，大到严格的饮食限制，当肾状态恶化时甚至要进行腹膜透析或血透析。许多病人可能需要肾移植，但由于缺乏合适的捐献肾器，病人在移植实现之前可能需要进行多年的血透析。据医学统计，目前美国大约有150,000病人接受血透析治疗。当肾功能衰竭需要透析治疗时，通常会出现许多新陈代谢方面的紊乱。由于肾不再处理原本需要排泄掉的所摄取的液体和电解质，整个身体中钠盐、钾盐、钙盐、磷酸根、氯化物、水和各种微量元素的水平往往要高于正常范围。体内存留过量的液体和产生异常的激素会导致高血压。新陈代谢异常会导致高脂血症和血胆脂醇过多症。因此，进行肾透析的病人往往需要大量的治疗来控制他们的血压、激素状况、脂肪的多少和血清的化学组成。他们通常还必须进行严格的节食，包括最少的摄入蛋白，精确的液体限制、严格的钠盐限制、低脂肪摄入和高摄入简单的碳水化合物。这些饮食方面的限制是必要的，因为肾透析不能有效地使体内的化学组成和随之而来的激素水平恢复到正常的范围。为了除去即使是在节食状态下体内所产生的液体、尿素、肌氨酸酐和电解质，病人往往需要每周进行透析2至4次，每次需要4至8小时。采用透析的方法特别难以控制磷酸根，因为透析中通常所用的滤膜对磷酸根的透析作用不大。
除肾功能衰竭外，其它疾病也可以引发高磷酸盐血症。初级甲状旁腺机能衰退症是引发高磷酸盐血症的一个罕见病因(例如，参见D.Mizumoto等，Clin.Nephrol,42,315-321(1994))。磷酸根中毒也可由服用了含磷酸根的灌肠剂、口服泻药或尿酸化剂而引发。甲状腺癌往往引发高磷酸盐血症。在化疗法快速去瘤过程中也可能引发高磷酸盐血症，由于去瘤中产生过量的尿酸还可能同时危及肾脏(例如，参见T.Smith,South.Med.J.81,415-416(1988))。母亲患有糖尿病的婴儿也被报道发现有高磷酸盐血症(例如，参见R.C.Tsang等，儿科学杂志(J.Pediatics),89,115-119(1976))。虽然不如肾功能衰竭那样常见，但这些疾病也会引起严重的健康问题。治疗这些高磷酸盐血症的病因的方法包括从饮食上控制磷酸根的摄入以降低磷酸根的吸收量。
另一种引发严重健康问题和高花费的疾病是肾结石的形成。在北美每年有400,000病例因肾结石而住院治疗。这些病例中有234,000例是草酸盐结石。一些哺乳类的新陈代谢途径可以导致草酸根的形成，草酸根不能进一步被代谢，必须通过肾脏来排出体外。但是，这些途径所产生的草酸根占不到尿中草酸根的三分之一，而饮食摄取的草酸根则占代谢病患者尿液中草酸根来源的67％(例如，参见R.P.Holmes等，Scanning Microsco.9:1109-1120(1995))。体内形成的和饮食摄取的草酸根都必须随其它物质如钙、过量氢、尿素和钠通过肾脏而排出体外。草酸钙和草酸在尿液中的溶解度低，容易沉淀而形成肾结石。患有脂肪痢、回肠切除、回肠旁路、严重回肠粘膜疾病或胰腺功能不足的病人比健康人对食用草酸根有较高的吸收，并更易患有草酸根结石症(例如，参见J.Q.Stauffer，美国消化疾病杂志(Am.J.Dig.Dis.),22:921-928(1977)；A.F.Hofmann等，国际妇产杂志(Int.J.Obes.)5:513-518(1981)；K.Dharmsathaphorn等，消化疾病科学(Dig.Dis.Sci.)27:401-405(1982)；Gastroenterology 84:293-300(1983)；和D.P.D’Cruz等，英国泌尿学杂志(Br.J.Urol.)64:231-234(1989))。遗传性的高草酸尿症引起体内草酸根的形成，后者引发肾草酸根结石的形成。饮食摄入草酸根能够加剧这些患者肾结石的形成。
虽然目前对高磷酸盐血症的治疗强调限制磷酸根的饮食摄入以降低体内磷酸根的含有量，但对于患者来说这往往不足以完全治疗高磷酸盐血症并且是非常令人烦恼的。除限制饮食外，有必要经常进行一些防止所消化的磷酸根被胃肠系统吸收的治疗手段(例如，参见J.A.Ramirez等，国际肾脏杂志30,753-759(1986)；和M.S.Sheikh等，临床研究杂志(J.Clin.Invest.)83,66-73(1989))。同样地，高草酸尿症的治疗或集中在通过排除各种饮食以降低草酸根的饮食摄入，或集中在防止胃肠系统的对草酸根的吸收。限制饮食是困难和混乱的。一些文章作者建议必须排除所有的绿色蔬菜、大黄属植物、茶和巧克力。另一些文章作者虽然允许食用除菠菜外的绿色蔬菜，但建议必须限制在饮食中加入甜菜、坚果、小麦糠和草莓(例如，参见L.K.Massey等，J.Am.Diet.Assoc.93:901-906(1993))。有些文章作者建议摄入高量的钙，而有些作者则要求限制钙的摄入。有些作者要求低蛋白饮食，而有些作者则坚持认为蛋白对治疗无关，而对碳水化合物和脂肪的食用必须降低到最少。建议采用的草酸根的肠道结合剂已包括钙、镁、铝和纤维(例如，参见R.P.Holmes等，Scanning Microsco.9:1109-1120(1995)和A.F.Hofmann等，国际妇产杂志5:513-518(1981))。其他作者担心过量的钙会导致更多结石的形成。有些作者反对采用纤维。这些手段没有一个是特别有效的，经证明有50％的患者在除去肾结石后的第一个6年内重新患上肾结石。优选的治疗方法应包括采用一种在胃肠系统中与草酸根结合以防止其吸收的制剂。通常实现与磷酸根或草酸根结合的方法包括采用配位剂。
“配位剂”是吸引特定的其它化合物并将它们与配位剂结合起来的化合物。可以通过许多不同的机理来将目标分子或离子与配位剂相吸引。简单的配位剂可以是能够与一种物质反应并生成随后发生沉淀的不溶性化合物的离子。两种离子生成不溶性分子的反应是配合物形成的最简单的方式之一。
“螯合剂”是配位剂的一种，可形成称为“螯合物”的配合物。螯合剂通过配位剂中的至少两个位点与其它化合物、离子或原子形成两个或多个配位共价键。这些位点通常在含有3至8个原子的“臂”上，因此当被配合的原子或分子与螯合剂的两端共价键相连时，可以形成含有4至10个或更多原子的环。部分由于这种环结构的形成，螯合物比由同样两个分子生成但仅形成一个配位共价键的化合物要更稳定一些。当有几个“臂”起作用构成几个环时，螯合物的稳定性也得到提高。除了增加环的个数提高稳定性外，这些化合物也通过不同臂之间的空间相互作用而提高稳定性，这些臂将被配合的原子或分子包围起来，因而防止了它们易于与配合物的分裂。
其它形式的配位剂包括那些通过离子吸引作用吸引并结合分子的化合物。偶极-偶极或偶极-离子的吸引也可以是配位剂吸引并结合配位化合物的作用力来源。其它可能有助于螯合剂起作用的作用力包括疏水和亲水相互作用。
上述给出的这些作用力纯粹是作为说明，并不是包括了配位剂吸引并结合化合物的所有的作用力。
官能团化的固体树脂已用于配合许多生物学上重要的物质。例如胆甾苯乙烯胺(cholestyramine)，它是一部分苯乙烯单体被四级铵氯化物官能团化的交联聚苯乙烯。这种树脂能够吸引并结合胆酸，因而可以防止它们被胃肠系统的吸收(参见“QuestranTM Powder”,Bristol-Meyers Squibb,Physicians Desk Reference，第51版，1997,p774-776)。但是，胆甾苯乙烯胺的缺点是有令人不愉快的砂砾口味，并且其结合能力低。这需要患者服用大剂量的难以下咽的固体，令患者难以接受。另外，胆甾苯乙烯胺在与胆酸离子结合时置换出它的氯原子。当胆甾苯乙烯胺的剂量还低于治愈患者所需的剂量时，释放的氯量往往已足以引起新陈代谢上的酸毒症。令人不愉快的砂砾口味、低结合能力和从树脂上不需要的大量离子的离子交换这些问题是目前大多数树脂的共同问题。
用配位剂治疗肾功能衰竭患者的高磷酸盐血症已经集中在采用铝盐或钙盐在胃肠系统中来沉淀磷酸根。铝盐(通常为氢氧化物，例如Wyeth-Ayerst公司的AmphojelTM或Ciba公司的MaaloxTM)已被证明不是太好，因为铝可以被胃肠系统吸收并引起骨软化症或神经性疾病。虽然乙酸盐(Braintree公司的PhosLoTM)、柠檬酸盐和海藻酸盐也得到应用，但钙的碳酸盐(SmithKline Beecham公司的TumsTM)是目前临床上应用最广的试剂。这些试剂会引起钙的过量吸收，导致软组织的石灰化。最近，β-羟基-β-甲基丁酸钙被建议作为磷酸根的配位剂(例如，参见M.F.Sousa等，Nephron.72,391-193(1996))。这种盐也通过生成磷酸钙而起作用，同样导致其它钙盐所存在的所有问题。这种钙盐被推荐给肾透析患者主要是因为β-羟基-β-甲基丁酸被报道是可以提高蛋白质的代谢。有人将阴离子交换树脂与铝盐在体外进行了比较。Bio-RexTM5、DowexTMXF 43254、DowexTMXY 40012和DowexTMXY 40013都具有铝化合物约一半的结合能力。DowexTMSBR和DowexTM1-X8能够结合铝盐所结合量的三分之一的磷酸根。DowexTMXF 43311和DowexTMXY 40011能够结合铝盐所结合量的80％的磷酸根(所有的Dowex树脂均为Dow化学公司出品，是基于四级铵官能团的强碱型阴离子交换树脂)(例如，参见H.M.Burt等，Uremia Invest.9(1),35-44(1985-1986)和H.M.Burt等，制药科学杂志(J.Pharm.Sci.)76(5),379-383(1987))。由于这些试剂释放出能够引起酸毒症的氯化物，需要较大剂量来补偿其低的结合能力，并且结合胆酸会限制其允许用量以防止因脂肪吸收障碍而引发痢疾症，因而目前它们尚未应用于患者。还有人建议其它的磷酸根配位剂，包括铁盐、交联的右旋糖苷铁、稀土盐和二氯氧化锆(例如，参见K.Spengler等，Nephrol.,Dial.,Transplant.11,808-812(1996)和L.Graff等，Res.Commun.Mol.Pathol.Pharmacol.90,389-401(1995))。这些试剂中每种都通过在金属和磷酸根之间形成沉淀来络合磷酸根。这些试剂中没有一个已用于志愿者或患者。寻找磷酸根配位剂活动的数量正说明人们需要更好的治疗高磷酸盐血症的方法以代替目前的节食法或已知的药物治疗法。
本发明概述令人惊奇地，现已发现与作为体内膦酸根或草酸根减少剂的水不溶性树脂和聚合物不同，现在可以采用一种水溶性的聚醚二醇聚合物。这种聚合物具有碳原子和氧原子的结构主链骨架，其中在每个氧原子之间至少有两个连续的碳原子。这类聚合物的例子包括聚乙二醇和聚丙二醇。这些聚合物必须是水溶性的并在聚合物的主链骨架中含有一种基团或在聚合物中含有官能团化的衍生基团，这些基团在生理pH值下为阳离子性的并可以与磷酸根或草酸根进行配位。这些聚合物的平均分子量为约5000至约750000道尔顿。这些聚合物按照常规的方式制成配方物并用于动物体内以降低磷酸根或草酸根的存在量。为制备这种聚合物，必须十分注意控制得到所需的分子量和溶解性以便于这些聚合物经常用衍生基团进行官能团化。本发明详细说明首先，本发明涉及能够避免目前推出的磷酸根或草酸根配位剂所存在问题的一系列的水溶性聚醚二醇(PEG)。PEG包括聚表卤代醇(PEi)聚合物，其中PEi聚合物中的卤素部分可以是氯、溴或碘。聚醚二醇(PEG)具有碳和氧的结构主链骨架，其中连续的碳原子的数目必须大于等于2，而没有连续的氧原子。聚醚二醇的例子有聚乙二醇和聚丙二醇。这些通常为衍生物形式的聚醚二醇聚合物，其水溶性使它们在动物体内(指温血型哺乳动物，包括人)与生理液体形成均相的混合物，而不是像现有已知的方法那样形成不溶性树脂在生理液体中的浆液。现已发现这种溶解性能够实现更好的混合并促进配合物的形成，这样可以降低配位剂的用量。另外，由于这种聚醚二醇试剂没有砂砾口味，而且它们比树脂更能够通过水溶液的味道来降低并可能完全遮盖其自身的味道，因此这种试剂更易被动物接受。
可与PEG-D(聚醚二醇衍生物)聚合物，特别是PEi-D聚合物形成配方制剂的配剂属于非内吸性用途的配剂。因此，这些配方制剂可用于动物口服。PEG-D聚合物的剂量取决于所必须要除去的磷酸根或草酸根的量。
口服磷酸根结合剂应该根据聚合物中的结合位点与饮食中的磷酸根的比例来确定其用量。正常美国人每天的饮食中含有48至65毫摩尔的磷酸根。1×剂量是指对每摩尔饮食磷酸根聚合物结合位点的摩尔数为1摩尔。5×剂量是指对每摩尔饮食磷酸根聚合物结合位点的摩尔数为5摩尔。
聚合物具有5×剂量的PEi/TMA(重均分子量Mw为14000)在pH值为7下和盐水中，每克吸收0.69毫摩尔的磷酸根，结合了大约98％的磷酸根。为吸收48至65毫摩尔的磷酸根，每天应服用70至94克这种聚合物。聚合物具有5×剂量的PEi/EDA(重均分子量Mw约为14000至20000)在pH值为7下和盐水中，每克吸收1.38至1.73毫摩尔的磷酸根(大约98％的磷酸根)，为吸收饮食中所有的磷酸根，每天应服用28至47克这种聚合物。
在鼠类试验中，1×剂量在一周或两周内对降低磷酸血清十分有效。2×剂量降低磷酸血清的速度更快。5×剂量在几天内可以降低磷酸血清，但老鼠出现进食异常，因此某种程度的磷酸根的降低可能是由于饥饿而造成的。从鼠类试验可以看到，虽然为了快速降低磷酸根可以在一天或两天内采用高达5×的剂量，但日常的剂量应为0.5×至1×剂量。因此，日常的剂量应为每天约3至约10克(或一日三餐，每餐约1至约3克)，短期内的剂量每天可以高至约15至约50克(或一日三餐，每餐约5至约15克)。为了除去饮食中的磷酸根，PEG-D或PEi-D的有效用量为每餐约1至约15克。
正常美国人每天草酸根的摄入量为0至300毫克不等(0至3.3毫摩尔)。由于磷酸根和草酸根的分子量大致相同，但在饮食中草酸根的量大致是磷酸根量的5％，起始剂量应为每日三餐，每餐约0.6至约2克。因此PEG-D或PEi-D的有效用量为每餐约0.6至约2克。
由本发明的PEG-D聚合物或PEi-D聚合物制备的配方制剂可以是任何适合的口服性配方制剂，包括固体形式的配方制剂如片剂、胶囊、caplet、gelcaps、干粉、干粒混合物和其它固体配方制剂，和液体如悬浮体、溶液以及与可购买得到的果汁、用餐饮料和水果饮料的液体混合物，但并不限于此。通常配方制剂中含有可与药相容的载体。因此在含有PEG-D的配方制剂中可以含有以下成分中的一种或多种赋形剂，结合剂如淀粉、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和预胶凝化的淀粉，润滑剂如硬脂酸镁、硬脂酸钙和硬脂酸，以及其它惰性成分，包括调味剂、防腐剂、缓冲剂、抗凝结剂、不透明剂、糖如蔗糖和合成甜味剂、食用油如矿物油以及着色剂。在食品、饮料或药物中通用的任何食用配方制剂均可按通常的方式作为本发明配方制剂使用。最终的配方制剂是按照本专业已知的方法进行制备的。
为了防止磷酸根或草酸根在胃肠系统中的吸收并减少对胃肠的副作用，作为配位剂的PEG-D聚合物或PEi-D聚合物其分子量应大于约5000道尔顿，优选大于约10000道尔顿。但分子量过高的聚合物可能将不再溶于水中(参见Finch,C.A.，“水溶性聚合物的化学改性和某些交联反应”，水溶性聚合物的化学与技术(Chemistry andTechnology of Water-Soluble Polymers),Finch,C.A.编辑，Plenum,New York,NY,1983,81-111页．)。分子量可变化的范围取决于所选用的具体的PEG或PEi-D聚合物，但分子量大于约750000道尔顿时一般将丧失其水溶性。水溶性的丧失使PEG或PEi-D聚合物对患者口味的适应性降低，并降低了对磷酸根或草酸根的结合功效。由于本发明水溶性的PEG或PEi-D聚合物自身的聚合物特性和在沉淀磷酸根或草酸根过程中不需要金属离子，本发明所描述的制剂明显优于所有已知的或可得到的用于从胃肠系统中除去磷酸根或草酸根的制剂。
目前已知有许多水溶性聚合物，而且较高分子量的聚合物在水中的溶解性通常低于具有相同组成的较低分子量的聚合物(参见Thomson,R.A.M.，“制备水溶性聚合物的聚合方法”，水溶性聚合物的化学与技术，Finch,C.A.编辑，Plenum,New York,NY,1983,31-70页，和Ruchs,O.，“聚合物溶剂和非溶剂”，聚合物手册(Polymerhandbook)，第3版，Brandrup,J.和Immergut,E.H.编辑，Wiley,New York,New York,1989,Ⅶ/379-Ⅶ/402页)。
本发明的水溶性聚合物为聚乙二醇的胺衍生物(PEG-D)。这些聚合物的制备是将表卤代醇聚合，然后将所得的聚表卤代醇进行衍生化以得到聚表卤代醇衍生物(PEi-D)聚合物。(PEi-D聚合物的制备条件后面将给出)。目前工业上制备聚表卤代醇的方法可得到分子量范围低于约3000的短聚合物链或分子量范围大于1000000的聚合物(参见E.J.Vandenberg，聚合物科学杂志(J.Polym.Sci.)47,486-489(1960)；Vandenberg,E.J.“Elastomers,Synthetic(Polyethers)”,Kirk-Othmer化学技术百科全书，第三版，第8卷，Kroschwitz,J.编辑，Wiley,New York,New York,1979,568-582页；和Owens,K.,Kyllingstad,V.L.“Elastomers,Synthetic(Polyethers)”,Kirk-Othmer化学技术百科全书，第四版，第8卷，Kroschwitz,J.编辑，Wiley,New York,NY,1993,1079-1093页)。因此，本发明也提供分子量范围在5000至750000道尔顿的聚表卤代醇胺衍生物(PEi-D)聚合物的制备方法。这些PEi-D聚合物特别适用于防止饮食中的磷酸根或草酸根被胃肠系统的吸收。
本发明涉及能够与磷酸根或草酸根配位的水溶性PEi-D聚合物和它们分别用于降低饮食中磷酸根或草酸根被胃肠系统的吸收的用途。这类PEi-D聚合物可通过聚合物主链骨架、与主链骨架连接的取代基、提高水溶性的官能团和与磷酸根或草酸根配位的官能团来加以描述。
本发明的水溶性配位PEi-D聚合物含有具有或提供水溶性和与磷酸根或草酸根的配位能力的主链，或带有赋予聚合物水溶性和能够进行官能团化以与磷酸根或草酸根配位的侧链的主链，并且平均分子量优选为约5000至约750000道尔顿，特别是约10000至约80000道尔顿的聚合物。本发明的PEi-D聚合物的水溶性定义为聚合物与水形成含有有效量的聚合物的均相混合物的能力。优选地，本发明的PEi-D聚合物的水溶性应为在1000毫升水中能够溶解至少0.01克聚合物，特别是在1000毫升水中能溶解至少1克聚合物。磷酸根或草酸根在胃肠系统中吸收的降低表示的是当采用本发明的PEi-D聚合物时，饮食中的磷酸根或草酸根通过身体吸收而离开胃肠系统的百分数比未采用聚合物时的百分数要小。这种降低可通过比较动物摄入PEi-D聚合物时动物粪便中食用磷酸根或草酸根的百分数和动物未摄入这种聚合物或任何其它的磷酸根或草酸根配位剂时的相同的百分数来确定。在生长过程中的磷酸根或草酸根吸收的变化可通过空白动物的同时试验来比较说明。对动物胃肠系统中磷酸根或草酸根吸收的降低可以通过在经过几周口服聚合物的之前和之中，将尿液中磷酸根或草酸根的排泄量占所食用的磷酸根或草酸根的百分数进行比较而得到进一步的确证，这是因为当所吸收的磷酸根或草酸根的量不足以维持与正常的尿液中磷酸根或草酸根的排泄之间的磷酸根或草酸根的动态平衡时，尿液中磷酸根或草酸根的排泄量将会降低。磷酸根或草酸根在胃肠系统中吸收的降低还可通过测量在摄入聚合物之前和之中试验动物血清中的量得到进一步的确证。
本发明所包括的聚合物的例子是具有被能够提高水溶性和与磷酸根或草酸根配位能力的官能团衍生化的聚乙二醇(PEG-D)主链骨架的水溶性聚合物。某些这种聚合物可能要求含有提供水溶性或与磷酸根或草酸根配位能力的官能团的侧链。本发明包括这两种衍生的聚合物(PEG-D)。能够提高水溶性，与磷酸根或草酸根的配位能力，或两者兼而有之的侧链的例子包括，或直接或通过C2-C6亚烷基或(C2-C6烷基)芳基与聚合物主链骨架相连的官能团，如羟基、磺酸根、膦酸根、硝基、胺基、膦基、羰基、巯基、卤素以及多个这些基团的组合。这些聚合物侧链的例子仅作为示例，不应被看作是对本发明的侧链或官能团的限制。为了减少动物的服用剂量，通常优选本发明的聚合物其构成聚合物的单体具有尽可能低的分子量。
一种制备聚乙二醇主链骨架(PEG)的方法是将表卤代醇如表氯醇在中等强度的路易斯酸的存在下在一种不起链终止剂作用的溶剂中进行聚合。这种溶剂的一个例子是二氯甲烷，但醇类或含水的溶剂不适用作为聚合溶剂。这种方法为本专业已知的方法，例如参见U.S.专利2,871,219或E.J.Xandergerg，聚合物科学杂志，47,486-489(1960)。这种特殊方法的优点是所制备的聚乙二醇主链骨架含有连于主链骨架的官能团化的侧链(即CH2Cl)，它可以容易地被后面将叙述的其它官能团所取代。另一种可用在类似的反应中制备含有官能团化侧链的聚乙二醇主链骨架的单体是3,4-二氯-1,2-环氧丁烷(3,4-dichloro-1,2-butane oxirane)。具有连于主链骨架上以便于对聚合物进行进一步官能团化的侧链的聚乙二醇主链骨架的其它制备方法也包括在本发明中。这些方法包括在先前形成的聚乙二醇上进行碳碳键的脱氢反应和随后通过双键而引入官能团。一个优选的制备聚乙二醇主链骨架的起始原料为表卤代醇如表氯醇或表溴醇。
如前所述，本发明的聚合物最好是水溶性的。有些聚合物主链骨架提供水溶性。各种聚乙二醇主链骨架中的氧原子可提高水溶性。有些聚合物可能依靠侧链的官能团化来提高其水溶性。为提高水溶性而对聚合物主链骨架的官能团化可以通过在主链骨架中引入与水有氢键作用或在水中可离子离解的基团来实现。这类基团包括羟基、胺基、磺酸根、磷酸根、羰基、氨基甲酸酯基、硝基和羧基。这些例子仅作为可以提高水溶性的官能团的例子，不应被看作是对本发明官能团的限制。通过在制备聚合物时采用已含有这些基团的单体的方法，或通过向聚合物引入基团的单独反应的方法可以将这些基团作为官能团而引入聚合物中。前一种方法的示例是制备聚乙烯基磺酸和聚丙烯酸。这种方法在聚合工艺中为人们所熟知。
第二种方法是通过聚合物中已存在的官能团的转换而在聚合物中引入所需要的官能团。这种官能团的转换在有机化学中为人们所熟知。例如，有机转换大全官能团制备指南(Comprehensive OrganicTransformation:A Guide to Functional Group),Richard C.Larock中有许多引入不同官能团的制备途径。该书中含有的表格列举了所需要的官能团、现有的官能团以及已报道的实现这种转换的序列反应。报道制备方法的其它文献包括高等有机化学反应、机理和结构，(Advanced Organic Chemistry:Reactions,Mechanisms,andStructure，)第4版，Jerry March；硝化方法和机理(Nitration:Methods and Mechanisms),Georga A.Olan,Ripudaman Malhotra和Subhash C.Narang；和高等有机化学(Advanced OrganicChemistry),Francis A.Carey和Richard J.Sundberg,Plenum Press,NY,1990。
如上所述，本发明的聚合物也具有与磷酸根或草酸根配位的能力。为此，聚合物的主链骨架或含有与磷酸根或草酸根配位的基团，或被这种基团官能团化。任何在处于生理pH下(pH约6.5至7.5)呈阳离子的基团一般都有利于与磷酸根或草酸根的配位。胺和膦是这种在生理pH下可以呈阳离子的基团的例子。为了与磷酸根或草酸根配位，胺应当为四级胺，或在生理环境下能够被转化为四级胺。相似地，为了呈阳离子态，膦应当为四级膦，或在生理环境下能够容易地转化为四级膦。因此，胺可以是一级胺、二级胺、三级胺和四级胺或多胺。更优选的官能团包括那些选自氨、亚乙基胺类、烷醇胺类和(C1-C10烷基)胺类的基团。引入这些基团的制备反应可以参见前述引入提高水溶性基团的参考文献。
因此，本发明的聚合物(PEG-D)可通过一步或两步反应来制备。
一步法当单体含有适当的官能团，通过聚合可形成合适的聚合物主链骨架并同时形成含有能够与磷酸根或草酸根配位的官能团的侧链时，可以通过一步法来制备水溶性的与磷酸根配位的聚合物或与草酸根配位的聚合物。主链骨架、侧链或两者都应能够溶于水。
两步法在两步法中，第一步是制备含有合适离去基团的主链骨架。这些离去基团在第二步中被取代而引入所需要的提高水溶性，提高配位能力或两者兼而有之的官能团。
本发明的另一方面是这些PEG-D或PEi-D聚合物作为非内吸性制剂在防止饮食中的磷酸根或草酸根在胃肠系统中吸收的用途。在这种应用中，聚合物的水溶性和大小被发现是同时起重要的作用。如上所述，水溶性促进配位剂与目标化合物的混合，使其实现更有效的配位。另外水溶性可以改善制剂的口味使患者更易接受。在这种应用中分子的大小是很重要的，因为小于约1500道尔顿的分子能够通过胃肠系统吸收进入血液中，这不是本发明所希望的结果。大小位于1500至5000道尔顿的分子不被胃肠系统吸收，但可能会引发渗透使水进入肠中的现象，并引起痢疾和脱水的可能。随着聚合物分子的增大水溶性通常会降低。因此，除了上述的分子量低限外，本发明的聚合物的分子量高限为约750000道尔顿。
对某些聚合物来说，采用已知的方法可以得到合适长度的主链骨架。例如，将乙烯基吡咯烷酮聚合并随后用尺寸排阻膜或制备型尺寸排阻色谱将所得的不同分子量的混合物进行分离，得到具有合适分子量的聚乙烯基吡咯烷酮。具有合适分子量的另外一些聚合物可通过正确地选择起始反应混合物中单体与催化剂的摩尔比来制备。但是，有些聚合物难以得到所需范围的分子量。这些聚合物通常需要高活性的催化剂来引发聚合，但在副反应终止聚合之前得到的仅是非常短的聚合物。当这些聚合反应的催化剂被部分钝化以试图更好地控制聚合度时，反应实际上得到的是非常大的分子量，根本无法控制聚合物。这些结论已为本专业技术人员所熟知，并在当代聚合物化学(第二版)(Allcock,H.R.和Lampe,F.W.,Contemporary Polymer Chemistry,Second Edition,Prentice Hall,Englewood Cliffs,New Jersey,1990,21-333页)和聚合物导论(第二版)(Young,R.J.和Lovell,P.A.,Introduction to Polymers,Second Edition,Chapman and Hall,NewYork,1991,15-133页)中进行了讨论。例如那些用于分离聚乙烯基吡咯烷酮的分离技术可以成功地用来处理高聚合度的聚合物和分离那些低分子量的聚合物。
本发明的一个实施方案是分子量大于等于5000道尔顿，优选至少12000道尔顿，特别是至少15000道尔顿的聚表氯醇聚合物(PEi-D聚合物)。本发明聚合物的分子量可以是高于此最小值的任意值，但同时优选小于750000道尔顿，更优选小于500000道尔顿，特别优选小于300000道尔顿，尤其是小于80000道尔顿。一般情况下，目前尚未得到分子量在本发明优选的范围之内的聚表氯醇聚合物。许多现有工艺所报道的聚表氯醇聚合物的分子量过低，通常小于3000道尔顿(参见T.Aida等，大分子(Macromolecules)21,1195-1202(1988)；A.Le Borgne等，大分子化学，大分子论文集(Makromol.Chem,Macromol.Symp.)73,37-46(1993)；和R.Nomure等，聚合物化学杂志(J.Polym.Chem.)26,627-636(1988))。这些聚合物通常是用非常活泼的催化剂如烷基铝或硼化合物而制备的。当向铝催化剂中加入含氧化合物以部分钝化催化剂时，所得到的聚表氯醇的分子量超过1000000道尔顿(参见美国专利No.2,871,219；E.J.Vandenberg，聚合物科学杂志47,486-489(1960)；和J.Wu等，聚合物杂志(Polym.J.)22,326-330(1990))。
本发明发现具有合适分子量范围的聚表氯醇可通过采用氟磷酸三乙基氧鎓(triethyloxioniumhexafluorophosphate)或二(三氟甲磺酸1,2-乙二酯)(1,2-ethyl di(trifluoromethanesulfonate)，即1,2-ethyl ditriflate)催化剂来制备。氟磷酸三乙基氧鎓据报道是一种能够通过向中心乙二醇的每一端加成表氯醇基而使表氯醇聚合的催化剂，得到的分子量为900至1000道尔顿(参见Okamoto,Y.，“乙二醇存在下表氯醇的阳离子开环聚合”，开环聚合动力学、机理和合成(Ring-opening Polymerization:Kinetics,Mechanisms,andSynthesis),McGrath,J.E.编辑，ACS,Washington,C.C.1985,286:381-372)。本发明涉及无乙二醇存在下的聚表氯醇的制备。本发明通过控制聚合终止反应来得到合适分子量的聚表氯醇。这种控制通过仔细地蒸馏所有的反应物和溶剂以除去水，仔细地在放热反应过程中控制温度，和在反应起始时明确地控制催化剂分子和表氯醇分子的比例来实现。当设定数目的聚合物增长链被引发后向反应混合物中连续加入表氯醇也可以对聚合物的分子量进行最佳的控制。另一种制备所需分子量的聚表氯醇的方法是采用二(三氟甲磺酸)1,2-乙二酯作为催化剂。第三种制备分子量在所需范围内的聚表氯醇的方法是采用氟硼酸作为催化剂并适当地控制温度和加料速度。
当需要提高水溶性、配位能力或两者兼而有时，可以在第二步反应中在主链骨架上生成各种官能团，如胺基、氨基酸基、冠醚、氮杂大环或羧酸根。官能团的选择取决于所得的水溶性配位聚合物所需的活性。所需的官能团优选是在一摩尔的单体配合位点对一摩尔磷酸根或草酸根下与磷酸根或草酸根进行配位，并且使单位剂量所需的聚合物的数量如1至10克能够溶于如1至8盎司的少量水中。理想的情况是一种官能团能够起这两种作用，但也可能需要在聚合物主链骨架上生成两种或两种以上不同的官能团。在聚乙二醇主链骨架上生成所需的一种或多种配位基是通过由合成后聚合物中的官能团的种类和所需配位基的特性而决定的适当的反应来实现的。在其中聚合物主链骨架由表氯醇而制备的本发明的一个优选的实施方案中，聚表氯醇的官能团化是通过将它在亲核条件下与一种合适的胺反应以提供水溶性螯合聚合物期望用途所需的活性而实现的。例如，如果仅需要在酸性环境下结合磷酸根，那么酸可以将胺质子化生成带正电荷的铵离子，它将会结合如磷酸根或草酸根的负离子。因此，采用伯胺或仲胺(如乙二胺、二亚乙基三胺作为起始原料，或将伯胺保护起来以促使二级氮原子发生取代，或亚乙基胺的高级同系物)就足够了，其中一个氮原子置换氯原子，而其它的氮原子仍保持可以进行质子化并结合负离子的自由状态。即使是用氨来置换氯原子，也能够得到可进行质子化的胺。另一方面，即使是在碱性条件下(例如在因服用TagametTM体内没有胃酸存在的患者的胃肠系统中结合磷酸根时)，如果需要结合磷酸根，可以采用叔胺如三甲胺来置换氯原子。这样将会生成一个与pH无关的带正电荷的季铵化合物。因此，例如，具有下式的聚合物应是本发明聚合物的一个示例
其中每个R各自独立地可以是H，非支化、支化或环状的未取代的C1-C6烷基，非支化、支化或环状的取代的C1-C6烷基，未取代的C6-C14芳基，取代的C6-C14芳基，或1或2个R基不存在，例如有1个R基不存在，在这种情况下所描述的氮原子仅有3个取代基(包括连接聚合物主链骨架的取代基)而不是4个取代基。例如，当乙二胺取代到聚表氯醇上时，其表达式应为一个R为H，一个R为氨基乙基，还有一个R并不存在。在另一个例子中，三甲胺取代到聚表氯醇上，其上述的表达式中的三个R基均为甲基。还有一个例子，当十六烷基胺取代到聚表氯醇上时，则表达式中一个R基为十六烷基，一个R基为H，而另一个R基则不存在。
当配合物要求高选择性或高稳定性时，聚表氯醇或其它水溶性聚合物可以取代有大环中含氧、氮、硫杂原子或这些杂原子的组合的大环化合物，如冠醚、氮杂冠醚、硫杂冠醚、环糊精或卟啉(例如，参见R.M.Lzatt等，化学综述(Chem.Rev.)91,1721-2085(1991)；和S.Tamagaki等，Supramol.Chem.4,159-164(1994))。当大环配位基取代到聚合物之上时，可能需要其它官能团以确保聚合物的水溶性。
PEi聚合物按照上面所讨论的方式经衍生化以形成它们相应的PEi-D聚合物。当氨基被要求作为衍生物中的功能基团时，PEi可以在纯的胺类溶剂中进行反应。胺的最少用量通常为PEi中氯甲基的4倍摩尔过量，优选12至16倍摩尔过量。这种摩尔要求量的一个例外是三甲胺，在25％水溶液中每摩尔的PEi只需要少至0.5摩尔的三甲胺。在该步反应中反应体系通常要求是无水的，因为PEi中的氯甲基会发生水解反应。反应温度为约25至约120℃。后面的反应按照前述和实施例中所述进行。聚表氯醇中氯甲基中的氯转化为胺衍生物的转化率为约10至约80％。
本发明通过下面的实施例得到进一步的说明，这些实施例仅仅是用来作为本发明的示例。通用的实验步骤A、测定聚表氯醇(PEi)中所加入胺的数量的步骤聚表氯醇聚合物中乙二胺(EDA)官能团化的数量采用铜滴定的方法测定。在MurexideTM指示剂的存在下用氯化铜溶液滴定PEi/EDA溶液。铜离子被EDA螯合，直到在饱和之时过量的铜与指示剂配位，用比色仪观察该终点。
METTLERDL40GP Memo滴定仪所用的溶液有1、0.01M氯化铜溶液，在1升容量瓶中加入1.705克(0.01摩尔)氯化铜(CuCl2·2H2O,Fisher公司，分子量170.48)，用去离子水稀释至刻度。
2、0.002M乙酸钠缓冲溶液，在1升容量瓶中加入0.272克(0.002摩尔)乙酸钠三水合物(CH3COONa·3H2O,Fisher公司，分子量136.08)，用去离子水稀释至刻度。
3、0.1％MurexideTM指示剂溶液，在500毫升容量瓶中加入5.0克(0.0176摩尔)红紫酸铵(Fisher公司，分子量284.19)，用去离子水稀释至刻度。
将容积为125毫升一次性使用的聚乙烯样品烧杯在METTLERAE163天平上称重，并加入PEi/EDA水溶液(估计约8毫克PEi/EDA)。用METTLERDL40GP Memo滴定仪上的方法365自动记录样品的重量。在该PEi/EDA溶液中加入80毫升去离子水，4.0毫升2毫摩尔/升乙酸钠水溶液，和0.5毫升0.1％红紫酸铵水溶液(MurexideTM指示剂)。将样品放置于样品转换器上并用0.01M氯化铜溶液进行滴定。用METTLERDP550 Phototrode比色仪观察滴定终点，并进入Memo滴定仪中。聚表氯醇聚合物中官能团的数量可根据与EDA螯合的铜离子的摩尔数来计算。该滴定方法的一个例子可见下表<
从上面表1的数据可以看出，用于与聚表氯醇聚合物(PEi)反应的乙二胺(EDA)越多，反应温度越高，聚合物主链骨架上所加入的EDA的数量就越多。从采用各种不同的胺将聚表氯醇聚合物进行官能团化的大量实验可以看出，连接到PEi聚合物上胺的数量越多，聚合物的水溶性就越高。大于50％(重量)的PEi/EDA溶液已经可在室温下得到。
B、用凝胶渗透色谱测定分子量的步骤。为了在任何衍生化反应之前测定聚表氯醇的分子量，采用PL-gel Mixed E色谱柱，用四氢呋喃作样品溶剂和洗脱液。流动速率控制在1毫升/分钟，柱温为40℃。样品以0.25％(重量)的浓度溶于四氢呋喃中，过滤除去任何颗粒性沉淀(其中可能包含一些非常高分子量的聚合物)。采用补偿注射器将150微升溶液注入色谱柱中。根据所得的色谱图用计算机控制器中的软件通过数学计算来得到Mn、Mw、Mz和Mz+1。所有的分子量以Mw来表示。
经过官能团化的聚表氯醇聚合物的分子量的测定采用TSKgel2000PW+3000PW+5000PW色谱柱，用含有浓度为0.1M NaCl和浓度为0.1M EDA的1/1的甲醇/水体系为洗脱溶剂，柱温为40℃。注射液体积为100微升。样品以1％的浓度溶于水中，在注射之前进行过滤。以Mw来报道分子量数据。
本发明通过下面的实施例得到进一步的说明，这些实施例仅仅是用来作为本发明的示例。实施例起始原料实施例A用氟磷酸三乙基氧鎓制备聚表氯醇(PEi)在无水的空气中，将0.1257克氟磷酸三乙基氧鎓溶于9.4438克无水二氯甲烷中。将蒸馏过的表氯醇(78.4克)加入浸在40℃恒温浴中的用无水氮气吹洗的容器中。在搅拌下将氟磷酸三乙基氧鎓溶液加入到表氯醇中，并维持反应24小时。当反应混合物变粘时将温度升高至70℃。所得的物料用乙醇洗涤三次。得到48克物料。凝胶渗透色谱显示其分子量为3000至400000道尔顿，中间峰值的分子量(Mw)为100000道尔顿，90％的聚合物的分子量在5000至100000道尔顿之间。实施例B采用氟硼酸制备聚表氯醇(PEi)
在无水的空气中，将450毫升二氯甲烷、1.0毫升48％氟硼酸水溶液和10毫升54％氟硼酸的乙醚溶液的混合物加热到40℃。向此混合物中缓慢加入850毫升表氯醇并回流直至反应完成。用旋转蒸发仪在减压和至多100℃的温度下将反应体系中的溶剂除去，直至从中无法再蒸出溶剂为止。凝胶渗透色谱显示聚合物的分子量为3500道尔顿(Mn)，超过40％的物料的分子量在14000道尔顿以上。终产物实施例1聚表氯醇/三甲胺(PEi/TMA)的制备在一个2升的不锈钢PARR耐压反应器中加入185克(2摩尔)的分子量大于5000道尔顿的聚表氯醇聚合物(重复单元的分子量为92.53)。向该聚表氯醇聚合物中加入246.5克(1摩尔)24％(重量)浓度的三甲胺(分子量为59.11)溶液。将反应器密封并放置于PARR加热/搅拌装置中，用氮气加压至75磅/平方英寸(帕)。在恒速搅拌下将反应容器加热至115℃。反应器在115℃和75磅/平方英寸(帕)的状态下保持16小时。将反应器冷却，降压至空气压力后开启。用1号滤纸和9.0厘米的布氏漏斗减压过滤反应溶液，然后转移到500毫升圆底瓶中。在70℃和8英寸(20.32厘米)水负压下旋转蒸发溶剂直至溶液体积为80毫升。反应产物转移到Spectra/PorTM滤袋(分子量阀值为14000)中，在10英寸(25.4厘米)的去离子水中透析16小时以除去所有未反应的小分子。所得聚合物的分子量约为18000道尔顿(Mw)。实施例2聚表氯醇/三甲胺/氢氧化铵(PEi/TMA/NH4OH)的制备在一个2升的不锈钢PARR耐压反应器中加入23.6克(0.25摩尔)的聚表氯醇聚合物(重复单元的分子量为92.53)。向该聚表氯醇聚合物中加入250毫升水和30.8克(0.125摩尔)24％(重量)浓度的三甲胺(分子量为59.11)溶液。将反应器密封并放置于PARR加热/搅拌装置中，在恒速搅拌下将反应容器加热至105℃。反应器在105℃和50磅/平方英寸(帕)的状态下保持16小时。将反应器冷却，降压至空气压力后加入450克(7.7摩尔)29％(重量)的氢氧化铵溶液。将反应器重新密封，放置于加热/搅拌装置中并重新加热至105℃。反应器在105℃和80磅/平方英寸(帕)的状态下保持16小时。随后将反应器冷却，降压至空气压力后并开启。用1号滤纸和9.0厘米的布氏漏斗减压过滤反应溶液，然后转移到500毫升圆底瓶中。在70℃和23英寸(58.42厘米)水负压下旋转蒸发溶剂直至溶液体积为80毫升。反应产物转移到Spectra/PorTM滤袋(分子量阀值为3500)中，在10英寸(25.4厘米)的去离子水中透析18小时。然后将溶液冷冻干燥，得到浅棕褐色的吸湿性固体。实施例3聚表氯醇/二亚乙基三胺(PEi/DETA)的制备在一个500毫升三口圆底烧瓶上安装回流冷凝管、连有THERMOWARTCH I2R控温仪的温度计和滴液漏斗。向该烧瓶中加入412.7克(4摩尔)的二亚乙基三胺(分子量为103.2)，然后加热到120℃。滴液漏斗中加入37.7克(0.41摩尔)分子量大于5000的聚表氯醇(单体分子量为92.53)。以每分钟约0.25毫升的速率将聚表氯醇加入到二亚乙基三胺中，随后将反应混合物继续加热60分钟，然后冷却到45℃。将50％氢氧化钠水溶液(32.8克，0.41摩尔)和150毫升水与反应混合物相混合并搅拌45分钟，用滤纸过滤以除去白色沉淀，用分子量阀值为3500道尔顿的Spectra/PorTM滤膜透析。随后冷冻干燥溶液以得到白色粉状物料，平均分子量约为18000道尔顿(Mw)。实施例4聚表氯醇/乙二胺(PEi/EDA)的制备在一个2000毫升三口圆底烧瓶上安装搅拌棒、回流冷凝管、10毫升滴液漏斗和连有THERMOWARTCH I2R控温仪的温度计。向该烧瓶中加入360克(6摩尔)的乙二胺(分子量为60.1)。在滴液漏斗中加入231克(2.5摩尔)分子量大于5000和约40％的分子大于12000道尔顿的聚表氯醇聚合物(重复单元的分子量为92.53)。在恒速搅拌下将含有EDA的反应瓶加热回流(100℃)，在回流下以每分钟约4.5毫升的速率将聚表氯醇聚合物加入到乙二胺中。在所有的聚表氯醇聚合物加入完毕后继续反应16小时。然后将反应混合物转移到圆底瓶中并在75℃和23英寸(58.42厘米)的水负压下旋转蒸发以除去未反应的乙二胺。将聚表氯醇/EDA溶液转移到分子量阀值为14000道尔顿的Spectra/PorTM滤袋中并在10英寸的去离子水中透析18小时。随后冷冻干燥溶液以得到浅棕褐色的吸湿性固体。凝胶渗透色谱显示平均分子量大于17000道尔顿(Mw)。比较实施例D聚烯丙基胺双胍(PAAG)的制备在一个干燥烧杯中将9.36克聚烯丙基胺盐酸盐(0.1摩尔，Aldrich公司出品，分子量为50000至65000道尔顿)与20毫升10M的NaOH溶液和足量的水搅拌混合。将液体倾析除去，用水洗涤树脂并干燥。将树脂在圆底烧瓶中悬浮于300毫升甲醇中并与20.12克3,5-二甲基吡唑-1-羧脒硝酸盐(0.1克，3,5-dimethylpyrazole-1-carboxamidine nitrate)混合。将反应混合物回流96小时。然后将树脂过滤，用甲醇洗涤并干燥。产物的分子量大于约75000道尔顿。比较实施例E聚(烯丙基胺-N-(2-羟基-3-三甲铵丙基)氯化物)的制备将分子量为52000至83000道尔顿的聚烯丙基胺(1.88克，0.02摩尔)加入到反应器中并与40.4548克3M NaOH溶液(0.121摩尔)混合。加入N,N,N-三甲基-环氧乙烷甲铵氯化物(N,N,N-trimethyl-oxiranemethanaminium chloride,20.0150克65.2％溶液，0.086摩尔)将反应混合物回流过夜，在分子量阀值为3500的透析袋中用去离子水进行透析。将所得溶液冷冻干燥，得到1.9克棕褐色固体。该固体为
其分子量大于75000道尔顿。比较实施例F聚(烯丙基-N,N-二甲基氨基-N-(2-羟基-3-三甲铵丙基)氯化物)的制备将分子量为52000至83000道尔顿的聚烯丙基胺(0.9356克，0.01摩尔)溶于5克乙腈中并与3.6毫升3M的NaOH溶液(0.0108摩尔)反应，以使pH值达到7.4。加入碘甲烷(2.84克，0.02摩尔)并使反应混合物回流。在回流过程中，另加入0.8毫升3M的NaOH溶液(0.0024摩尔)以将pH值提高到7.9。加入N,N,N-三甲基-环氧乙烷甲铵氯化物(N,N,N-trimethyl-oxiranemethanaminium chloride,5.77克65.2％溶液，0.025摩尔)并继续回流。经过24小时后，将反应混合物放在分子量阀值为3500道尔顿的透析袋中并用去离子水透析过夜。将所得溶液冷冻干燥，得到1.56克(58％产率)棕褐色粉末。该化合物为
其分子量大于75000道尔顿。
还有许多其它的实施例！生理实施例实施例1采用聚表氯醇/乙二胺防止胃肠系统磷酸根的吸收含有0.65gm％磷的混合谷物的鼠食与按照实施例4的步骤所制备的聚表氯醇/乙二胺相混合。饲料的制备是将足量的聚表氯醇/乙二胺与鼠食混合，以使鼠食中每摩尔的磷酸根有3摩尔结合位点，鼠食中每摩尔的磷酸根有1摩尔的结合位点，鼠食中每摩尔的磷酸根有0.5摩尔的结合位点，和鼠食中每摩尔的磷酸根有0摩尔的结合位点(空白)。六只老鼠每日一餐共喂食一周。在这些试验过程中，在一周结束时空白老鼠尿液中磷酸根的量平均为18.2毫克/天，喂食0.5×剂量的老鼠尿液中磷酸根的量平均为8.7毫克/天，喂食1×剂量的老鼠尿液中磷酸根的量平均为8.6毫克/天，以及喂食3×剂量的老鼠尿液中磷酸根的量平均为1.9毫克/天。尿液中磷酸根含量较低表示的是，通过限制肾脏排泄而保留了磷酸根，老鼠没有得到足够的食用磷酸根。在一周的最后磷酸根的总平衡(饮食摄入-尿液排泄-粪便排泄)对于空白老鼠为47.8毫克/天，对喂食0.5×剂量老鼠为50.9毫克/天，对喂食1×剂量老鼠为34.3毫克/天，以及对喂食3×剂量老鼠为39.5毫克/天。比较实施例A采用聚烯丙基胺(RenaStatTM)防止胃肠系统磷酸根的吸收分子量为50000至65000道尔顿的聚烯丙基胺盐酸盐为Aldrich产品，在使用时未进行进一步的纯化。将含有0.65gm％磷的混合谷物的鼠食与聚烯丙基胺盐酸盐按照98.04克粉末鼠食对1.96克聚合物的比例混合，所得的饲料中每个磷酸根都有一个胺结合位点。用这种饲料随意喂养两只125克中的老鼠，并与用原来的粉末饲料随意喂养的两只老鼠进行比较。在开始喂食这种特殊的饮食之前和稳定喂养两周之后，对每种老鼠相隔24小时收集其粪便和尿液，并用诱导偶极等离子光谱仪分析其中磷酸根的量。由于空白老鼠在两周后减缓了它们的生长，在粪便中发现的食用磷酸根的百分数从65％增加到72％(7％增加量)，而摄入聚烯丙基胺盐酸盐的老鼠显示出食用磷酸根的排泄量从58％增加到75％(17％增加量)，磷酸盐排泄的增加量为空白老鼠的2.6倍。与此同时，空白老鼠的尿液中磷酸根占摄入磷酸根的百分数从6％增加到16％，而摄入聚烯丙基胺盐酸盐的老鼠在试验的最后阶段则将它们尿液排泄的磷酸根占饮食摄入的磷酸根的百分数从6％降低到2％。这表明，与空白老鼠比较，摄入聚烯丙基胺的老鼠维持住了尿液中磷的含量，说明它们不能从它们的饮食中吸收足够的磷酸根。实施例Ⅱ和比较实施例A采用聚烯丙基胺双胍防止胃肠系统磷酸根的吸收两只125克重的Sprague Dawley老鼠口服NulytelyTM以除去它们胃肠系统中所有的物质。之后，其中一只老鼠采用强饲法喂食含有0.324毫摩尔磷酸根的牛奶。另一种老鼠采用强饲法喂食同样量的牛奶，但其中混合有0.0322克实施例5所制备的聚烯丙基胺双胍。一小时后，给两只老鼠喂食NulytelyTM以除去并收集它们胃肠系统中所有未被吸收的饮食。采用诱导偶极等离子光谱仪测定所收集的粪便中磷酸根的含量。服用聚烯丙基胺双胍的老鼠所排泄的磷酸根的量是空白老鼠所排泄磷酸根量的66％。实施例Ⅲ和比较实施例B采用聚(烯丙基胺-N-(2-羟基-3-三甲铵丙基)氯化物)对磷酸根进行配位将0.72克按照实施例6的步骤所制备的聚(烯丙基胺-N-(2-羟基-3-三甲铵丙基)氯化物)溶于10毫升水中制成0.345M的溶液。在四支试管中的每一支中将0.54毫升的这种溶液(单体单元为0.19毫摩尔)与10毫升0.0207M NaH2PO4和适量的HCl和NaOH相混合以制成pH值为3、pH值为4.5、pH值为6和pH值为7.5的溶液。用10毫升0.0207M NaH2PO4和0.50毫升1.5M CaCO3(0.749毫摩尔)制备具有相同pH值的试管液。用磷酸钠溶液并调节pH值来制备空白试管液。所有的试管都用12毫升水稀释。将试管剧烈搅拌1小时。随后将溶液分别转移到CentriconTM30分子量阀值的不同试管中并离30分钟。收集的滤出液用诱导偶极等离子体光谱仪分析其磷酸根的含量。在pH值为3时聚合物除去58％的磷酸根，在pH值为4.5时除去59％的磷酸根，在pH至为6时除去56％的磷酸根，以及在pH值为7.5时除去44％的磷酸根。在pH值为3时碳酸钙除去16％的磷酸根，在pH值为4.5时除去13％的磷酸根，在pH至为6时除去9％的磷酸根，以及在pH值为7.5时除去7％的磷酸根。空白试管的结果是，在pH值为3时除去0.7％的磷酸根，在pH值为4.5时除1.1％的磷酸根，在pH至为6时除去0.4％的磷酸根，以及在pH值为7.5时除去0.6％的磷酸根。因此，聚(烯丙基胺-N-(2-羟基-3-三甲铵丙基)氯化物)是磷酸根一种有效的配位剂。实施例Ⅳ和比较实施例C采用聚(烯丙基-N,N-二甲基氨基-N-(2-羟基-3-三甲铵丙基)氯化物)对磷酸根进行配位将0.72克按照实施例7的步骤所制备的聚(烯丙基-N,N-二甲氨基-N-(2-羟基-3-三甲铵丙基)氯化物)溶于10毫升水中制成0.263M的溶液。在四支试管中的每一支中将0.67毫升的这种溶液(单体单元为0.18毫摩尔)与10毫升0.0207M NaH2PO4和适量的HCl和NaOH相混合以制成pH值为3、pH值为4.5、pH值为6和pH值为7.5的溶液。用10毫升0.0207M NaH2PO4和0.50毫升1.5M CaCO3(0.749毫摩尔)制备具有相同pH值的试管液。用磷酸钠溶液并调节pH值来制备空白试管液。所有的试管都用12毫升水稀释。将试管剧烈搅拌1小时。随后将溶液分别转移到CentriconTM30分子量阀值的不同试管中并离心30分钟。收集的滤出液用诱导偶极等离子体光谱仪分析其磷酸根的含量。在pH值为3时聚合物除去49％的磷酸根，在pH值为4.5时除去53％的磷酸根，在pH至为6时除去48％的磷酸根，以及在pH值为7.5时除去39％的磷酸根。在pH值为3时碳酸钙除去16％的磷酸根，在pH值为4.5时除去13％的磷酸根，在pH至为6时除去9％的磷酸根，以及在pH值为7.5时除去7％的磷酸根。空白试管的结果是，在pH值为3时除去0.7％的磷酸根，在pH值为4.5时除1.1％的磷酸根，在pH至为6时除去0.4％的磷酸根，以及在pH值为7.5时除去0.6％的磷酸根。因此，聚(烯丙基-N,N-二甲氨基-N-(2-羟基-3-三甲铵丙基)氯化物)是磷酸根一种有效的配位剂。实施例Ⅴ聚表氯醇/EDA和聚表氯醇/DETA对草酸根的配位制备0.025M的草酸铵溶液。按照实施例A的步骤制备聚表氯醇，其分子量为约45000道尔顿。制备EDA衍生物(前述实施例4)和EDTA衍生物(前述实施例3)。用这两种衍生物溶液在单个的分子量阀值过滤器中(CentriconTM浓缩仪)引入0.001摩尔的结合位点，然后将0.001摩尔的草酸根加入到每个浓缩物中和一个仅含水的空白中。将溶液混合一小时后进行离心。采用色质联用(GC-MS)分析滤液的草酸根的量并与仅含草酸根的浓缩物进行比较。EDA和DETA衍生物聚合物都吸收了约30％的草酸根。实施例Ⅵ采用聚表氯醇/三甲胺/氨防止胃肠系统磷酸根的吸收将含有0.65gm％磷的混合谷物的鼠食与实施例2制备的聚表氯醇/三甲胺/氨水按照97.64克粉末鼠食对2.36克聚合物的比例混合，所得的饲料中每个磷酸根都有一个胺结合位点。用这种饲料随意喂养两只125克中的老鼠，并与用原来的粉末饲料随意喂养的两只老鼠进行比较。在开始喂食这种特殊的饮食之前和稳定喂养两周之后，对每种老鼠相隔24小时收集其粪便和尿液，并用诱导偶极等离子光谱仪分析其中磷酸根的量。由于空白老鼠在两周后减缓了它们的生长，在粪便中发现的食用磷酸根的百分数从65％增加到72％(7％增加量)，而摄入聚表氯醇/三甲胺/氨水的老鼠显示出食用磷酸根的排泄量从65％增加到76％(11％增加量)，磷酸盐排泄的增加量为空白老鼠的1.6倍。与此同时，空白老鼠的尿液中磷酸根占摄入磷酸根的百分数从6％增加到16％，而摄入聚表氯醇/三甲胺/氨水的老鼠在正常饮食下尿液的磷酸根占饮食摄入的磷酸根7％，而在试验的最后阶段尿液的磷酸根占饮食摄入的磷酸根10％。因此，这表明摄入聚表氯醇/三甲胺/氨水的老鼠与空白老鼠比较维持住了尿液中磷的含量，说明它们不能从它们的饮食中吸收足够的磷酸根。实施例Ⅶ采用聚表氯醇/三甲胺防止胃肠系统磷酸根的吸收将含有0.65gm％磷的混合谷物的鼠食与实施例1制备的聚表氯醇/三甲胺按照96.82克粉末鼠食对3.18克聚合物的比例混合，所得的饲料中每个磷酸根都有一个胺结合位点。用这种饲料随意喂养两只125克中的老鼠，并与用原来的粉末饲料随意喂养的两只老鼠进行比较。在开始喂食这种特殊的饮食之前和稳定喂养两周之后，对每种老鼠相隔24小时收集其粪便和尿液，并用诱导偶极等离子光谱仪分析其中磷酸根的量。由于空白老鼠在两周后减缓了它们的生长，在粪便中发现的食用磷酸根的百分数从65％增加到72％(7％增加量)，而摄入聚表氯醇/三甲胺的老鼠显示出食用磷酸根的排泄量从62％降低到59％(3％降低量)。与此同时，空白老鼠的尿液中磷酸根占摄入磷酸根的百分数从6％增加到16％(10％增加量)，而摄入聚表氯醇/三甲胺的老鼠在正常饮食下尿液的磷酸根占饮食摄入的磷酸根6％，而在试验的最后阶段尿液的磷酸根占饮食摄入的磷酸根9％(3％增加量)。这种中等程度的增加表明，与空白老鼠比较，摄入聚表氯醇/三甲胺的老鼠维持住了磷的含量。
经过对这里所公开的说明书和发明实例的详细了解，本发明其它的实施方案对于本专业技术人员来说是显而易见的。该说明书和这些实施例应被看作仅是本发明的示例，本发明真实的范围和特征在后面的权利要求中加以说明。
权利要求
1.一种水溶性聚醚二醇聚合物，含有由碳原子和氧原子构成的主链骨架，其中每个氧原子之间含有至少两个连续的碳原子；在聚合物主链骨架上的基团，或聚合物上的官能团化衍生基团，它在生理pH值下为阳离子并能够与磷酸根或草酸根进行配位；和平均分子量为约5000至约750000道尔顿。
2.权利要求1的聚合物，其平均分子量为约10000至约750000道尔顿。
3.权利要求2的聚合物，其平均分子量为约12000至约300000道尔顿。
4.权利要求2的聚合物，其平均分子量为约15000至约80000道尔顿。
5.权利要求1的聚合物，其中聚合物被官能团所衍生化。
6.权利要求5的聚合物，其中官能团或与聚合物主链骨架直接相连，或通过C2-C6亚烷基或C2-C6烷基-C6-C12芳基与聚合物主链骨架相连，官能团选自卤素、羟基、磺酸根、膦酸根、硝基、胺基、膦基、羰基、氨基甲酸酯基、羧基和巯基以及多种这些基团的组合。
7.权利要求6的聚合物，其中聚合物为聚表氯醇衍生物。
8.权利要求7的聚合物，其中聚表氯醇衍生物的平均分子量为约15000至约80000道尔顿。
9.权利要求7的聚合物，其中聚表氯醇衍生物为聚表氯醇胺。
10.权利要求9的聚合物，其中衍生物为三甲胺基团。
11.权利要求9的聚合物，其中衍生物为三亚乙基胺基团。
12.权利要求9的聚合物，其中衍生物为乙二胺基团。
13.权利要求9的聚合物，其中衍生物为二亚乙基三胺基团。
14.权利要求9的聚合物，其中衍生物为四亚乙基五胺基团。
15.权利要求9的聚合物，其中衍生物为两种或两种以上胺基团的混合物。
16.权利要求1的聚合物，其中聚合物的水溶性为每1000毫升水中溶解至少0.01克聚合物。
17.权利要求16的聚合物，其中聚合物的水溶性为每1毫升水中溶解1至10克聚合物。
18.含有权利要求1的聚合物和药物可接受的载体的口服性配方制剂。
19.权利要求18的配方制剂，其中聚合物为聚表氯醇衍生物。
20.一种降低动物体内膦酸根或草酸根的方法，包括服用有效量的权利要求18的配方制剂。
21.权利要求20的方法，其中配方制剂为权利要求19的配方制剂。
22.权利要求21的方法，其中降低膦酸根的有效量为每餐约1至约15克。
23.权利要求21的方法，其中降低草酸根的有效量为每餐约0.6至约5克。
24.权利要求1的聚合物作为降低动物体内膦酸根或草酸根的试剂的用途。
25.权利要求1的聚合物的制备方法，包括在中等强度的路易斯酸的存在下，在不作为链终止剂的溶剂中将表氯醇进行反应。
26.权利要求25的方法，其中溶剂为二氯甲烷。
27.权利要求1的聚合物的制备方法，包括在中等强度的路易斯酸的存在下，在不作为链终止剂的溶剂中将使3,4-二氯-1,2-环氧丁烷进行反应。
28.权利要求1所定义的聚合物的制备方法，其中所用的催化剂选自氟磷酸三乙基氧鎓、氟硼酸、三乙基铝和二(三氟甲磺酸)1,2-乙二酯。
全文摘要
本发明涉及一种水溶性聚醚二醇聚合物，含有由碳原子和氧原子构成的主链骨架，其中每个氧原子之间含有至少两个连续的碳原子；在聚合物主链骨架上的基因，或聚合物上的官能团，它在生理pH值下为阳离子并能够与磷酸根或草酸根进行配位；和平均分子量为约5000至约750000道尔顿。这些聚合物制成口服制剂用于降低动物体内磷酸根或草酸盐的含量。本发明也包括这些聚合物的制备方法和降低胃肠系统磷酸根或草酸根吸收的方法。
文档编号C08G65/22GK1238789SQ97199954
公开日1999年12月15日 申请日期1997年10月22日 优先权日1996年10月23日
发明者J·西蒙, T·T·马斯特森, A·D·斯特里克兰, M·L·希尔顿 申请人:陶氏化学公司