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CN104684958B - 异戊二烯低聚物、聚异戊二烯、制造异戊二烯低聚物和聚异戊二烯的方法、橡胶组合物以及充气轮胎 - Google Patents

异戊二烯低聚物、聚异戊二烯、制造异戊二烯低聚物和聚异戊二烯的方法、橡胶组合物以及充气轮胎 Download PDF

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CN104684958B CN201380045290.5A CN201380045290A CN104684958B CN 104684958 B CN104684958 B CN 104684958B CN 201380045290 A CN201380045290 A CN 201380045290A CN 104684958 B CN104684958 B CN 104684958B
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Sumitomo Rubber Industries Ltd
Yamagata University NUC
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Abstract

本发明的目的是提供一种分子骨架改性的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯。本发明的目的还在于提供一种包含该异戊二烯低聚物和/或该聚异戊二烯的橡胶组合物，以及一种包含由该橡胶组合物形成轮胎部件(例如，胎面或胎侧)的充气轮胎。本发明涉及一种异戊二烯低聚物，其由下式(X)所表示的烯丙基二磷酸和下式(Y)所表示的化合物合成。式(X)中，n表示1至10的整数。式(Y)中，R表示甲基以外的基团。

Description

异戊二烯低聚物、聚异戊二烯、制造异戊二烯低聚物和聚异戊 二烯的方法、橡胶组合物以及充气轮胎
技术领域
本发明涉及异戊二烯低聚物、聚异戊二烯、制造异戊二烯低聚物和聚异戊二烯的方法、含有异戊二烯低聚物和/或聚异戊二烯橡胶的组合物以及由该橡胶配合物形成的充气轮胎。
背景技术
长期以来，人们致力于提供在橡胶原本具有的性质之外还具有新性质的橡胶产品，根据用途，在橡胶组合物中导入不同材料制作的不同形状的填料或其他组分，获得所需要的性质。例如，在汽车轮胎中，人们尝试通过在有机物的橡胶相中导入二氧化硅或炭黑等填料，来提高耐磨性、低生热性或湿抓地性能等性质。
传统上使用在橡胶组合物、改性橡胶(改性二烯聚合物)等橡胶相中混合填料等的方法，来增加这些组分间的亲和性，进一步地提高低生热性、湿抓地性能等。这些改性橡胶通过使橡胶相中的橡胶分子与例如含有含氮基团、氯次磺酰基的化合物反应，而在橡胶分子中引入与填料具有亲和性的功能基团(例如，参考专利文献1和2)。
同时，已知异戊二烯低聚物以及聚异戊二烯在其链末端具有高反应活性的二磷酸基等。因此，传统的异戊二烯低聚物或聚异戊二烯的改性方法涉及上述高反应活性末端的二磷酸基与含功能基团的化合物的反应。如上所述，传统上异戊二烯低聚物以及聚异戊二烯主要在分子的末端进行改性。另一方面，在传统方法中，受高反应活性末端的二磷酸基或其类似物的影响，异戊二烯低聚物和聚异戊二烯的骨架不能被充分地改性。此外，传统上，对天然橡胶的改性仅能通过对从巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)收集的胶乳进行化学处理来完成。因此，不能通过分析进行确认是否分子链实际被改性以及取代有什么类型的功能基团。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：JP 2000-001573A
专利文献2：JP 2000-001575A
发明内容
技术问题
本发明的目的是解决上述问题，并提供一种分子骨架改性的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯。本发明的目的还在于提供一种包含该异戊二烯低聚物和/或该聚异戊二烯的橡胶组合物，以及提供一种包含由该橡胶组合物形成轮胎部件(例如，胎面或胎侧)的充气轮胎。
解决问题的方法
本发明涉及一种异戊二烯低聚物，其由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物合成：
其中，n表示1至10的整数；
其中，R表示甲基以外的基团。
优选所述异戊二烯低聚物由所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸、所述式(Y)表示的化合物和异戊烯基二磷酸合成。
优选该所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸为式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸：
其中，n表示1至10的整数，并且式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被其他(即不同的)原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被其他原子或原子团取代。
所述合成优选通过使用具有异戊二烯基转移酶活性的酶进行。
本发明还涉及一种式(Z-1)所表示或式(Z-2)所表示的异戊二烯低聚物，式(Z-1)或式(Z-2)中的v部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代。
其中，式(Z-1)中的n表示1至10的整数；m表示1至30的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP；
其中，式(Z-2)中的n表示1至10的整数；m表示1至30的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP。
优选式(Z-1)或式(Z-2)中的iv部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代。
本发明还涉及一种制造异戊二烯低聚物的方法，其包括由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物合成异戊二烯低聚物：
其中，n表示1至10的整数；
其中，R表示甲基以外的基团。
在制造异戊二烯低聚物的方法中，优选所述异戊二烯低聚物由所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸、所述式(Y)表示的化合物和异戊烯基二磷酸合成。
优选该所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸为式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸：
其中，n表示1至10的整数，并且式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被其他原子或原子团取代。
所述合成优选通过使用具有异戊二烯基转移酶活性的酶进行。
本发明还涉及一种聚异戊二烯，其由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物合成：
其中，n表示1至10的整数；
其中，R表示甲基以外的基团。
优选所述聚异戊二烯由所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸、所述式(Y)表示的化合物和异戊烯基二磷酸合成。
优选该所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸为式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸：
其中，n表示1至10的整数，并且式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被其他原子或原子团取代。
本发明还涉及一种聚异戊二烯，其由所述异戊二烯低聚物、至少一种式(Y)所表示的化合物、和异戊烯基二磷酸合成。
本发明还涉及一种式(ZZ-1)所表示或式(ZZ-2)所表示的聚异戊二烯，式(ZZ-1)或式(ZZ-2)中的v部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代，
其中，式(ZZ-1)中的n表示1至10的整数；q表示30至40000的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP；
其中，式(ZZ-2)中的n表示1至10的整数；q表示30至40000的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP。
优选式(ZZ-1)或式(ZZ-2)中的iv部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代。
本发明还涉及一种制造聚异戊二烯的方法，其包括由所述异戊二烯低聚物、至少一种式(Y)所表示的化合物、和异戊烯基二磷酸合成该聚异戊二烯。
本发明还涉及一种橡胶组合物，其包含所述异戊二烯低聚物和所述聚异戊二烯中的至少一种。
本发明涉及一种由所述橡胶组合物形成的充气轮胎。
发明有利影响
本发明的异戊二烯低聚物是由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物合成的异戊二烯低聚物，或者其是由式(Z-1)或式(Z-2)表示的异戊二烯低聚物，其中，式(Z-1)或式(Z-2)中的v部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代。此外，本发明的聚异戊二烯是由由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物合成的聚异戊二烯；或者是由上述异戊二烯低聚物、一种式(Y)所表示的化合物和/或异戊烯基二磷酸合成的聚异戊二烯；或者是由式(ZZ-1)所表示或式(ZZ-2)所表示的聚异戊二烯，式(ZZ-1)或式(ZZ-2)中的v部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代。因此，本发明的异戊二烯低聚物和本发明的聚异戊二烯的分子(橡胶分子)均具有改性的骨架，由此其与填料(如二氧化硅)具有优秀的亲和性。因此，如果将本发明的异戊二烯低聚物和/或本发明的聚异戊二烯用于橡胶组合物，获得橡胶组合物中的橡胶分子可以与填料高度混合。例如，因此所提供的橡胶组合物具有优秀的低生热性以及耐磨性。进一步地，例如，如果将上述橡胶组合物用于的轮胎部件(例如，胎面或胎侧)中，可以提供具有优秀的低生热性以及耐磨性的充气轮胎。
此外，本发明的制造异戊二烯低聚物的方法和本发明的制造聚异戊二烯的方法，可分别提供高反应活性末端二磷酸基不受影响的骨架充分改性的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯。
进一步地，因为本发明所提供的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯使用式(Y)所表示的化合物获得，该式(Y)所表示的化合物中加入有功能基团或其他具有已知结构的基团，可以明确地识别异戊二烯低聚物或聚异戊二烯中的该功能基团(改性基团)。
具体实施方式
在橡胶分子(聚异戊二烯)的人工合成(生物合成)中，可以使用酶(例如，异戊二烯基转移酶)作用于起始底物(例如，法尼基二磷酸(FPP))和单体(例如，异戊烯基二磷酸)的混合物中，产生在起始底物上加成聚合有1至30个异戊二烯单元的异戊二烯低聚物。接着，将这些异戊二烯低聚物进一步地与含有可加成聚合异戊烯基二磷酸的酶的胶乳组分混合。已知其结果是形成在低聚物上连接有许多聚异戊二烯单元的聚异戊二烯。
如上所述地，形成橡胶分子的在起始底物上连续连结单体的步骤必须使用天然酶催化的加成聚合。
这就意味着橡胶分子(聚异戊二烯)的合成的起始底物和单体需要是可以用酶进行催化反应的物质。因此，可以用作橡胶分子(聚异戊二烯)材料的起始底物和单体的结构受到限制。特别地，因为异戊二烯基转移酶和能加成聚合异戊烯基二磷酸的酶所引起的限制，单体被限定为天然存在的异戊烯基二磷酸。
其结果导致人工合成(生物合成)的橡胶分子(聚异戊二烯)的结构设计灵活性受限制，因此使得难以提供足够的分子设计上的灵活性，来附加天然橡胶所不具备的性能。
基于这些原因，为了制备导入有功能基团或其类似物的橡胶分子(聚异戊二烯)，例如，传统上，如上所述地，人们通过例如将高反应活性的末端二磷酸基团或其类似物与含功能基团的化合物反应，以引起改性。特别地，对天然橡胶的改性仅能通过对从巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)收集的胶乳进行化学处理来完成。因此，不能通过分析进行确认是否分子链实际被改性以及取代有什么类型的功能基团。
反之，本发明基于如下发现：通过使用部分改性结构的异戊烯基二磷酸作为单体，制造异戊二烯低聚物或聚异戊二烯，可以制造具有功能化骨架的异戊二烯低聚物或聚异戊二烯。进一步地，因为本发明所提供的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯使用异戊烯基二磷酸获得，该异戊烯基二磷酸中加入有功能基团或其他具有已知结构的基团，可以明确地识别异戊二烯低聚物或聚异戊二烯中的该功能基团(改性基团)。
特别地，本发明基于如下发现：如果维持天然存在的单体异戊烯基二磷酸的结构中的3-位的甲基以外的结构不变，甚至通过所需要的基团来取代位于3-位甲基时，也可以使用该单体通过作为天然存在的低聚物生成酶的异戊二烯基转移酶、或天然存在的能加成聚合异戊烯基二磷酸的聚合物生成酶，制造异戊二烯低聚物或聚异戊二烯。其原因并未全部探明，但可以推测是由于异戊二烯基转移酶和能加成聚合异戊烯基二磷酸的酶被吸附在异戊烯基二磷酸单体的3-位的甲基之外的结构上，同时这些酶对3-位甲基的结构相对不敏感。
基于这些发现，可以提供骨架具有所需要性质的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯，因此可以提供具有多种附加功能的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯。
更特别地，在天然存在的生物合成中，例如，异戊烯基二磷酸(IPP)可被连续地聚合在二甲基烯丙基二磷酸(DMAPP)上，由此产生香叶基二磷酸(GPP)、法尼基二磷酸(FPP)、香叶基香叶基二磷酸(GGPP)、香叶基法尼基二磷酸(GFPP)，如下所示。
反之，本发明使用以所需要的基团(-R)取代IPP的3-位的甲基而获得的R-IPP，以代替异戊烯基二磷酸(IPP)。该情况下，可以连续地将R-IPP聚合在二甲基烯丙基二磷酸上，由此产生骨架改性的香叶基二磷酸(R-GPP)、骨架改性的法尼基二磷酸(R-FPP)、骨架改性的香叶基香叶基二磷酸(R-GGPP)、骨架改性的香叶基法尼基二磷酸(R-GFPP)，如下所示。
进一步地，如果将R-IPP与IPP同时使用，换言之，并用R-IPP和IPP，将R-IPP和IPP连续地聚合在二甲基烯丙基二磷酸上，可产生如下所示的骨架改性的香叶基二磷酸(R-GPP)、骨架改性的法尼基二磷酸(R-FPP)、骨架改性的香叶基香叶基二磷酸(R-GGPP)、骨架改性的香叶基法尼基二磷酸(R-GFPP)。因此，以调节后的比例并用R-IPP和IPP可以制造具有所需要性质的异戊二烯低聚物。
此处，分子(橡胶分子)的骨架的改性意指用所需要的功能基团取代分子(橡胶分子)骨架中的来自IPP中的结构(特别地，与IPP的3-位甲基相对应的部分)，或者意指用其他结构(甲基以外的结构)取代分子(橡胶分子)骨架中的来自IPP中的结构(特别地，与IPP的3-位甲基相对应的部分)。
(异戊二烯低聚物)
本发明的一种低聚物由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物(R-IPP)合成(生物合成)：
其中，n表示1至10的整数；
其中，R表示甲基以外的基团。
此处，术语“OPP(OPP基团)”意指二磷酸基团(下式(A-1)所表示的基团)，并且其具有3个与磷原子键合的羟基。当其在水溶液中时，部分或者全部羟基发生解离(例如，OPP变为如下式(A-2)所表示的基团)。此处的术语“OPP”的内涵包括上述部分或全部羟基发生解离的基团。
本发明的异戊二烯低聚物具有与天然橡胶相近似的结构，并且与橡胶分子高度相容。此外，因为本发明的异戊二烯低聚物具有改性骨架，其可以与填料(例如，二氧化硅)发生强的相互作用。因此，由于本发明的异戊二烯低聚物与橡胶高度相容，同时可以与填料(例如，二氧化硅)发生强相互作用，如果将该异戊二烯低聚物用于橡胶组合物，可以获得相比传统组合物，其橡胶分子与填料更高程度混合的橡胶组合物。例如，该橡胶组合物由此可以增强低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度。
本发明的异戊二烯低聚物的骨架包含极性基团或其类似物。由此，填料(例如，二氧化硅)的分散性能高于极性基团或其类似物只出现在链末端时的情况。因此，例如，低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度的改善效果增大。
本发明的异戊二烯低聚物也具有优秀的抗微生物活性。推测这是因为本发明的异戊二烯低聚物具有与天然存在的通常异戊二烯低聚物不同的结构，因此，具有例如抑制细菌的酶和辅酶、抑制核酸合成、抑制细胞膜合成、抑制细胞质膜的合成、损害细胞膜和损害细胞质膜等效果。
首先，对式(X)所表示的烯丙基二磷酸进行说明：
其中，n表示1至10的整数。
式(X)中，n表示1至10的整数(优选为1至4，更优选为1至3)。
式(X)所表示的烯丙基二磷酸的例子包括：二甲基烯丙基二磷酸(DMAPP)、香叶基二磷酸(GPP)、法尼基二磷酸(FPP)、香叶基香叶基二磷酸(GGPP)、香叶基法尼基二磷酸(GFPP)。其中，优选DMAPP、GPP和FPP，因为它们可以作为多种类型的异戊二烯基转移酶的底物。
在式(X)所表示的烯丙基二磷酸中，二磷酸基团与异戊二烯单元键合。式(X)所表示的烯丙基二磷酸可以是通过对部分异戊二烯单元进行改变(改性)的烯丙基二磷酸衍生物。
本发明人就使用烯丙基二磷酸衍生物作为起始底物制造异戊二烯低聚物或聚异戊二烯的方法提出过专利申请(JP2012-036360A)。该专利申请简述如下。
如上所述，橡胶分子(聚异戊二烯)的合成的起始底物和单体需要是可以用酶进行催化反应的物质。这限制了可以用作橡胶分子(聚异戊二烯)的材料的起始底物和单体的结构。特别地，因为制造低聚物的酶所带来的限制，起始底物被限制为天然存在的二甲基烯丙基二磷酸、香叶基二磷酸、法尼基二磷酸、香叶基香叶基二磷酸及其类似物。
相反，本发明人经广泛研究发现，通过使用将例如结构被部分改性的法尼基二磷酸等作为起始底物，制造异戊二烯低聚物或聚异戊二烯，可以制造具有功能化的链末端的异戊二烯低聚物或聚异戊二烯。
特别的，本发明人发现，如果维持天然存在的法尼基二磷酸等起始底物中的下式(I)中的I部分的结构，即使在I部分以外的其他部分引入所需要的结构，也可以使用作为天然存在的低聚物生成酶的异戊二烯基转移酶来制造异戊二烯低聚物。其原因并未全部探明，但可以推测是由于异戊二烯基转移酶被吸附在起始底物的式(I)中的I部分的结构上，同时这些酶对其他部分的结构相对不敏感。
基于这些发现，可以提供具有所需要性质的链末端的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯，因此，可以提供在不减弱异戊二烯低聚物或聚异戊二烯的原本性质的同时、附加有多种功能的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯。
因此，在本发明中，通过使用天然存在的低聚物生成酶的异戊二烯基转移酶，将式(Y)(R-IPP)的化合物聚合到起始底物上，该起始底物是在维持了式(I)的I部分结构的同时进行改性的式(X)的烯丙基二磷酸，可以获得不仅是骨架而且链末端(来自烯丙基二磷酸的结构部分)也进行了改性的异戊二烯低聚物。
特别地，优选该上述式(X)所表示的烯丙基二磷酸为式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸：
其中，n表示1至10的整数(式(X-1)中的n以与式(X)中同样的方式进行定义)，并且式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被其他原子或原子团取代。
其结果是制造了一种不仅具有改性骨架、还具有改性链末端的异戊二烯低聚物。因为该异戊二烯低聚物不仅具有改性骨架、还具有改性链末端，其可以与填料(例如，二氧化硅)更好地发生相互作用，如果将该异戊二烯低聚物用于橡胶组合物，所获得的橡胶组合物中的橡胶分子可以相比传统组合物，其与填料能进行更高程度混合。例如，橡胶组合物由此可以提供进一步增强的低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度。
此处，所述分子(橡胶分子)的末端的改性意味着，分子(橡胶分子)末端的来自式(X)所表示的烯丙基二磷酸结构的预先确定的部分被所需要的功能基团取代，或者意味着分子(橡胶分子)末端的来自式(X)所表示的烯丙基二磷酸结构的预先确定的部分被其他结构取代。
在式(X-1)中的II部分或III部分中所含的原子或原子团(即，取代前的原子或原子团)的例子包括氢原子、甲基、亚甲基、碳原子和次甲基。
其他原子的例子包括氮原子、氧原子、硫原子、硅原子和碳原子。其中，优选氮原子，因其具有强分子间作用力，因此可以与酶或细胞膜具有强的相互作用，也与填料(例如，二氧化硅)具有强的相互作用。
所述其他原子团可以是含氮基团、含氧基团、含硫基团、含硅基团、含碳基团或其类似物。其例子包括：乙酰氧基、烷氧基(优选C1-C3烷氧基，更优选甲氧基)、羟基、芳基(优选苯基)、烷基(优选C1-C5烷基，更优选乙基和叔丁基)、乙酰基、N-烷基-乙酰氨基(其中，烷基优选具有1至5个碳原子)和叠氮基。
从抗微生物能力的角度出发，优选N-烷基-乙酰氨基(更优选N-甲基-乙酰氨基和N-丁基-乙酰氨基)和叠氮基，因为氮原子具有强的分子间作用力，因此可以与酶或细胞膜发生强的相互作用。因为其与填料(例如，二氧化硅)的强的相互作用，也优选烷氧基和羟基。
部分异戊二烯单元改性的烯丙基二磷酸(烯丙基二磷酸衍生物)的例子包括下述式(A)至(S)所表示的化合物。其中，优选式(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(K)、(L)和(R)的化合物，更优选式(B)和(C)的化合物，因为它们具有更强的与填料(例如，二氧化硅)的相互作用，并且可以更有效地改善低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度。基于优秀的抗微生物能力，也优选该式(G)至(Q)的结构，更优选式(K)、(L)和(Q)的结构。
技术人员可以根据JP2012-036360A所公开的方法，例如，从二甲基烯丙基二磷酸、香叶基二磷酸、法尼基二磷酸、香叶基香叶基二磷酸、香叶醇、法尼醇、香叶基香叶醇或其类似物，制备式(A)至(S)所表示的烯丙基二磷酸衍生物。
接着，对式(Y)所表示的化合物(R-IPP)进行说明：
其中，R表示甲基以外的基团。
式(Y)中，R可为甲基以外的任意基团。其例子包括含氮基团、含氧基团、含硫基团、含硅基团和含碳基团(除甲基外)。优选例包括乙酰氧基、烷氧基、羟基、芳基、烷基(除甲基外)、乙酰基、N-乙酰基-乙酰氨基、叠氮基、氨基和巯基。其中，优选含氮基团、含氧基团、含硫基团、含硅基团和含碳基团(除甲基外)，更优选烷基(特别地，C2-C6的烷基)、芳基(特别地，苯基)、巯基、羟基和氨基，进一步优选巯基和羟基，其原因是它们可以更有效地改善低生热性、湿抓地性能、断裂伸长率和断裂拉伸强度。
技术人员可以根据例如实施例中所说明的方法，制备式(Y)所表示的化合物。
本发明的异戊二烯低聚物中的在式(X)的烯丙基二磷酸起始底物上加成异戊二烯单元的数量优选1至30，更优选1至20，进一步优选1至10。
例如，本发明的异戊二烯低聚物的具体例是式(Z-1)或式(Z-2)所表示的异戊二烯低聚物，式(Z-1)或式(Z-2)中的v部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代。
其中，式(Z-1)中的n表示1至10的整数；m表示1至30的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP；
其中，式(Z-2)中的n表示1至10的整数；m表示1至30的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP。
式(Z-1)或式(Z-2)中的v部分中所含的原子或原子团以及所述其他原子或原子团可以是如式(X-1)所述的原子或原子团。
式(Z-1)和(Z-2)中的iv部分是来自式(X)所表示的烯丙基二磷酸起始底物的结构。因此，式(Z-1)和(Z-2)中的n以与式(X)中的n相同的方式定义。
式(Z-1)和(Z-2)中的v部分由加成到式(X)所表示的烯丙基二磷酸起始底物的异戊二烯单元组成。因此，式(Z-1)和(Z-2)中的m与上述的加成到式(X)的烯丙基二磷酸起始底物的异戊二烯单元的数量相对应。
由于优秀的抗微生物性能以及与填料(例如，二氧化硅)的强的相互作用，式(Z-1)和(Z-2)中的Y优选OPP、羟基或羧基。
如上所述，本发明基于如下发现：如果维持异戊烯基二磷酸结构中的3-位的甲基以外的结构不变，即使3-位的甲基被所需要的基团取代，也可以使用其通过天然存在的酶，制造异戊二烯低聚物或聚异戊二烯。因此，式(Z-1)或式(Z-2)所表示的异戊二烯低聚物优选为式(Z-1-1)所表示或如式(Z-2-1)所表示的异戊二烯低聚物：
其中，式(Z-1-1)中的n、m、和Y以与式(Z-1)中的n、m、和Y相同的方式进行定义，R以与式(Y)中的R的相同方式定义；
其中，式(Z-2-1)中的n、m、和Y以与式(Z-2)中的n、m、和Y相同的方式进行定义，R以与式(Y)中的R的相同方式定义；
如上所述，也优选骨架和链末端同时被改性的物质。因此，优选式(Z-1)或式(Z-2)(优选式(Z-1-1)或式(Z-2-1))中的iv部分所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代。
式(Z-1)、式(Z-2)、式(Z-1-1)或式(Z-2-1)中的iv部分中所含的原子或原子团以及所述其他原子或原子团可以如式(X-1)所述。
进一步地，如上所述，优选式(X)所表示的烯丙基二磷酸是式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸，并且式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被其他原子或原子团取代。因此，关于如下式(Z)所表示的式(Z-1)、式(Z-2)、式(Z-1-1)和式(Z-2-1)中的iv部分，优选式(Z)中的iv-II部分中所含所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代，式(Z)中的iv-III部分中所含的原子或原子团均未被其他原子或原子团取代。
式(Z)中的iv-II部分或iv-III部分中所含的原子或原子团以及所述其他原子或原子团可以为如式(X-1)所述的原子或原子团。
链末端也被改性的iv部分的具体例可以包括如下式(a)至(s)所表示的结构。其中，优选式(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(k)、(l)和(r)的结构，更优选式(b)和(c)的结构，因为它们具有更强的与填料(例如，二氧化硅)的相互作用，并且可以更有效地改善低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度。由于优秀的抗微生物能力，也优选式(g)至(q)的结构，更优选式(k)、(l)和(q)的结构。
(制造异戊二烯低聚物的方法)
本发明的异戊二烯低聚物由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物进行合成(生物合成)。
作为由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物合成(生物合成)的本发明异戊二烯低聚物的方法的一个例子，包括使用具有异戊二烯基转移酶活性的酶。特别地，在具有异戊二烯基转移酶活性的酶的存在下，式(X)所表示的烯丙基二磷酸与可在烯丙基二磷酸式上聚合的单体的(Y)所表示的化合物反应。式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物分别可以是单独的化合物或者多种化合物的组合物。例如，可以使用式(Y)中的R有所不同的式(Y)的多种化合物的组合物，以提供具有所需要性质的异戊二烯低聚物。
本发明中，聚合于式(X)所表示的烯丙基二磷酸上的单体可以仅是式(Y)(R-IPP)所表示的化合物。该情况下，可以制造方案2中所示的异戊二烯低聚物。或者，聚合于式(X)所表示的烯丙基二磷酸上的单体可以是式(Y)(R-IPP)所表示的化合物和异戊烯基二磷酸(IPP)的组合。该情况下，可以制造方案3中所示的异戊二烯低聚物。
此处，术语“具有异戊二烯基转移酶活性”意味着具有催化烯丙基底物(烯丙基二磷酸)和异戊烯基二磷酸的缩合反应以合成具有加成的异戊二烯单元的新的烯丙基二磷酸的活性的酶，因此，可以催化将异戊烯基二磷酸连续地与烯丙基底物(烯丙基二磷酸)连结的反应。
如上所述，当用所需要的基团取代异戊烯基二磷酸结构中的3-位的甲基并维持异戊烯基二磷酸的除3-位的甲基之外的结构不变而获得式(Y)(R-IPP)的化合物，可以通过使用该化合物并采用如具有异戊二烯基转移酶活性的酶等天然存在的酶制造异戊二烯低聚物。
作为具有异戊二烯基转移酶活性的酶，已经发现了多种类型的酶。
能够延长Z-异戊二烯链的酶(每个新加成的异戊二烯单元都具有顺式构型)包括：Z-九异戊二烯基二磷酸合成酶(Ishii，K.et al.，(1986)Biochem.，J.，233，773.)，十一异戊烯二磷酸合成酶(Takahashi，I.和Ogura，K.，(1982)J.Biochem.，92，1527.；Keenman，M.V.和Allen，C.M.，(1974)Arch.Biochem.Biophys.，161，375.)，Z-法尼基二磷酸合成酶(Identification of a short(C-15)chain Z-isoprenyl diphosphate synthase and ahomologous long(C-50)chain isoprenyl diphosphate synthase in Mycobacteriumtuberculosis(结核杆菌中的短链(C-15)法尼基二磷酸合成酶和同源的长链(C-50)异戊二烯二磷酸合成酶的识别)，Schulbach，MC.，et al.JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY，275(30)，22876-22881(2000))，以及脱氢长醇基二磷酸合成酶((Identification of humandehydrodolichyl diphosphate synthase gene人类脱氢长醇基二磷酸合成酶基因的识别)，Endo，Shota.et al，Biochimica et Biophysica Acta(BBA)，1625(3)，(2003)p.291-295.)。
此外，能够延长E-异戊二烯链的酶(每个新加成的异戊二烯单元都具有反式构型)包括：法尼基二磷酸合成酶、香叶基香叶基二磷酸合成酶、六异戊二烯二磷酸合成酶、七异戊二烯二磷酸合成酶、八异戊二烯二磷酸合成酶、十异戊二烯二磷酸合成酶。
可以形成的异戊二烯单元的最大数目和异戊二烯链延长的方向(反式构型或顺式构型)取决于具体的酶。因此，可以根据异戊二烯单元的目标数目和异戊二烯链延长方向来选择酶。本发明中，异戊二烯低聚物的异戊二烯链可以在任意方向上延长(反式构型或顺式构型)。换言之，例如，本发明的异戊二烯低聚物可以是所有异戊二烯单元均以反式构型连结的异戊二烯低聚物(例如，式(Z-1)的异戊二烯低聚物)、异戊二烯单元以反式-顺式构型连结的异戊二烯低聚物(例如，式(Z-2)的异戊二烯低聚物)、或者异戊二烯单元以反式-顺式-反式构型连结的异戊二烯低聚物。
地球上的存在的每种生物均具备带有异戊二烯基转移酶活性的酶。具备带有异戊二烯基转移酶活性的酶的生物可以举出例如，藤黄微球菌B-P26(Micrococcus luteus B-P26)、大肠杆菌(Escherichia coli)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)、北五加皮(Periplocasepium)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bachillus Stearothermophilus)、嗜酸热硫化叶菌(Sulfolobus acidocaldarius(ATCC49426))、智人(Homo sapiens)、苦苣菜(Sonchusoleracers L.)、西洋蒲公英(Taraxacum officinale)和向日葵(Helianthus annuus)。
具有异戊二烯基转移酶活性的酶的原本底物(起始底物)是烯丙基二磷酸。然后，因为烯丙基二磷酸衍生物原本作为所述酶的抑制剂，在很多情况下，如果将烯丙基二磷酸衍生物用作起始底物，该酶在该烯丙基二磷酸衍生物上表现的酶催化活性较低(特别地，式(G)至(Q)所表示的化合物)。基于这些原因，当使用烯丙基二磷酸衍生物作为起始底物的情况下，可将酶催化活性提高的变体酶用于烯丙基二磷酸衍生物。在使用变体酶的情况下，可以制备通过基因工程技术而转化的生物(转化子)，以表达变体酶。特别地，技术人员可以根据JP2012-036360A所公开的方法，容易地制备提高烯丙基二磷酸衍生物的酶活性的变体酶。
本发明的异戊二烯低聚物可以在具有异戊二烯基转移酶活性的酶的存在下，通过式(X)所表示的烯丙基二磷酸与式(Y)所表示的化合物发生反应而制备。
此处，术语“在具有异戊二烯基转移酶活性的酶的存在下”意味着存在下述物质的情况下：
上述生物的培养物，从所述培养中分离的生物体，所述生物体的处理物，或者从所述培养物或生物体纯化的酶；或者
用于表达具有异戊二烯基转移酶活性的酶的通过基因工程技术而转化的生物(转化子)的培养物，从所述培养中分离的生物体，所述生物体的处理物，或者从所述该培养物或生物体纯化的酶；或者其类似物。
技术人员可以通过以往公知的基因工程技术，制备用于表达具有异戊二烯基转移酶活性的酶而被转化得到的生物。
上述生物的生物体，可以通过将该生物在适当的培养基中培养获得。这些培养基只要是能使该生物增殖即可，没有特别限定，可以是含有通常的碳源、氮源、无机离子、以及根据需要添加的有机营养源的通常培养基。
例如，作为碳源，可以是上述生物能够利用的任意的碳源。其具体的例子，可以使用葡萄糖、果糖、麦芽糖、直链淀粉和蔗糖等的糖类，山梨糖醇、乙醇、甘油等的醇类，富马酸、柠檬酸、醋酸、丙酸等的有机酸类及它们的盐类，石蜡等的碳水化合物类，以及它们的混合物。
作为氮源的例子，包括硫酸铵、氯化铵等的无机铵盐，富马酸铵、柠檬酸铵等的有机酸的铵盐，硝酸钠、硝酸钾等的硝酸盐，胨、酵母提取物、肉膏、玉米浆等的有机氮化合物，以及它们的混合物。
可以适当混合并采用通常培养基中所使用的其它营养源，例如，无机盐类、微量金属盐、维生素类、激素等。
培养条件也没有特别限制。例如，在有氧条件下，可以在适当控制pH为5至8的范围、温度为10至60℃的范围的情况下，进行12至480小时左右的培养。
所述生物的培养物可以是例如，通过上述的培养条件培养的所述生物而获得的培养液，或通过过滤等从该培养液分离生物(生物体)而获得的的培养滤液(培养上清液)。此外，从上述培养物中分离的生物体可以是例如，通过过滤或离心分离等从培养液分离而获得的生物体(生物)。
所述生物体的处理物可以是例如，将从上述培养物中分离的生物体均化处理后获得的生物体匀浆，或对生物进行超声波处理后获得的生物体匀浆。
从所述培养物或所述生物体纯化的酶是例如，对所述培养物或所述生物体中存在的酶进行盐析、离子交换色谱、亲和色谱或凝胶过滤色谱等公知的纯化操作而得到的酶。纯化酶的纯度没有特别限定。
本发明的异戊二烯低聚物可以在具有异戊二烯基转移酶活性的酶的存在下，通过式(X)所表示的烯丙基二磷酸与式(Y)所表示的化合物发生反应而制备。具体地，例如，该反应通过在含有式(X)所表示的烯丙基二磷酸与式(Y)所表示的化合物的溶液中添加所述生物的培养物、纯化的酶或其类似物进行。此外，反应温度可以是例如20至60℃、反应时间可以是例如1至16小时、pH可以是例如5至8。此外，也可以根据需要，添加氯化镁、表面活性剂、2-巯基乙醇和其他物质。
在通过上述说明的反应制造的本发明异戊二烯低聚物中，式(Z-1)、式(Z-2)、式(Z-1-1)、式(Z-2-1)中的Y通常为OPP或羟基。OPP来自IPP或R-IPP。OPP也能轻易水解，OPP的水解产生羟基。这就是为什么式(Z-1)、(Z-2)、(Z-1-1)或(Z-2-1)中的Y通常为OPP或羟基。
此外，式(Z-1)或(Z-2)中的Y为甲酰基的异戊二烯低聚物，例如，可以通过氧化式(Z-1)或(Z-2)中的Y为OPP的异戊二烯低聚物而制造。
此外，式(Z-1)或(Z-2)中的Y为羧基的异戊二烯低聚物，例如，可以通过氧化式(Z-1)或(Z-2)中的Y为OPP的异戊二烯低聚物而制造。
此外，式(Z-1)或(Z-2)中的Y为烷氧基羧基的异戊二烯低聚物、式(Z-1)或(Z-2)中的Y为烷氧羰基的异戊二烯低聚物，例如，可以通过以上述方法羧化式(Z-1)或(Z-2)中的Y为OPP的异戊二烯低聚物并进一步地酯化该羧化后的异戊二烯低聚物而制造。
除式(Y)所表示的化合物的有机合成和可以根据需要选择的烯丙基二磷酸衍生物的起始底物之外，本发明的异戊二烯低聚物可以通过生物合成制造。因此，本发明顾及了石油资源的枯竭和环境问题。
(聚异戊二烯)
接着，对本发明的聚异戊二烯进行说明。本发明的聚异戊二烯由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物进行合成(生物合成)。聚合于式(X)所表示的烯丙基二磷酸上的单体可以是式(Y)所表示的化合物和异戊烯基二磷酸的组合。例如，本发明的聚异戊二烯可以由本发明的异戊二烯低聚物以及式(Y)所表示的化合物和/或异戊烯基二磷酸进行合成(生物合成)。例如，本发明的聚异戊二烯可以由未改性的异戊二烯低聚物以及式(Y)所表示的化合物进行合成(生物合成)，或者由未改性的异戊二烯低聚物、式(Y)所表示的化合物和异戊烯基二磷酸进行合成(生物合成)。
本发明的聚异戊二烯具有与天然橡胶相近似的结构、并且与橡胶分子高度相容。本发明的聚异戊二烯也具有改性的分子骨架，因此其可以与填料(例如，二氧化硅)发生强的相互作用。因此，由于本发明的聚异戊二烯与橡胶高度相容，同时可以与填料(例如，二氧化硅)发生强相互作用，如果将该聚异戊二烯用于橡胶组合物，可以获得相比传统组合物，其橡胶分子与填料更高程度混合的橡胶组合物。例如，该橡胶组合物由此可以增强低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度。
本发明的聚异戊二烯的骨架包含极性基团或其类似物。由此，填料(例如，二氧化硅)的分散性能高于极性基团(例如，末端二磷酸基团)等只出现在链末端时的情况。因此，例如，低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度的改善效果增大。
此外，当式(X)所表示的烯丙基二磷酸是式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸，并且式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被其他原子或原子团取代的情况下，可以获得不仅骨架而且链末端也进行了改性的聚异戊二烯。因为所述聚异戊二烯不止具有改性的骨架还具有改性的末端，其可以与填料(例如，二氧化硅)更好地发生相互作用，如果将该聚异戊二烯用于橡胶组合物，可以获得相比传统组合物，其橡胶分子与填料更高程度混合的橡胶组合物。例如，橡胶组合物由此可以提供进一步增强的低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度。
本发明的聚异戊二烯中的在式(X)的烯丙基二磷酸起始底物上加成的异戊二烯单元的数量优选30至40000，更优选31至38000，进一步优选1000至35000，特别优选2000至30000。
例如，本发明的聚异戊二烯的具体例子是式(ZZ-1)所表示或式(ZZ-2)所表示的聚异戊二烯，式(ZZ-1)或式(ZZ-2)中的v部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代；
其中，式(ZZ-1)中的n表示1至10的整数；q表示30至40000的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP；
其中，式(ZZ-2)中的n表示1至10的整数；q表示30至40000的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP。
式(ZZ-1)或式(ZZ-2)中的v部分中所含的原子或原子团以及所述其他原子或原子团可以如式(X-1)所述。
式(ZZ-1)和(ZZ-2)中的iv部分是来自式(X)所表示的烯丙基二磷酸起始底物的结构。因此，式(ZZ-1)和(ZZ-2)中的n以与式(X)中的n相同的方式定义。
式(ZZ-1)和(ZZ-2)中的v部分由加成到式(X)所表示的烯丙基二磷酸起始底物的异戊二烯单元组成。因此，式(ZZ-1)和(ZZ-2)中的q与加成到式(X)的烯丙基二磷酸起始底物的异戊二烯单元的数量相对应。
由于与填料(例如，二氧化硅)的强的相互作用，式(ZZ-1)和(ZZ-2)中的Y优选OPP、羟基或羧基。
如上所述，本发明基于如下发现：如果维持异戊烯基二磷酸的结构中的3-位的甲基以外的结构不变，即使3-位的甲基被所需要的基团取代，也可以使用其通过天然存在的酶制造异戊二烯低聚物或聚异戊二烯。因此，式(ZZ-1)或式(ZZ-2)所表示的聚异戊二烯优选为式(ZZ-1-1)所表示或式(ZZ-2-1)所表示的聚异戊二烯：
其中，式(ZZ-1)中的n、q和Y以与式(ZZ-1)中的n、q和Y相同的方式进行定义，R以与式(Y)中的R的相同方式定义；
其中，式(ZZ-2-1)中的n、q和Y以与式(ZZ-2)中的n、q和Y相同的方式进行定义，R以与式(Y)中的R的相同方式定义。
如上所述，也优选不止对骨架同时对链末端进行改性。因此，优选式(ZZ-1)或式(ZZ-2)(优选式(ZZ-1-1)或式(ZZ-2-1))中的iv部分所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代。
式(ZZ-1)、式(ZZ-2)、式(ZZ-1-1)或式(ZZ-2-1)中的iv部分中所含的原子或原子团以及所述其他原子或原子团可以如式(X-1)所述。
进一步地，如上所述，优选式(X)所表示的烯丙基二磷酸是式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸，并且式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被其他原子或原子团取代。因此，关于如下式(Z)所表示的式(ZZ-1)、式(ZZ-2)、式(ZZ-1-1)和式(ZZ-2-1)中的iv部分，优选式(Z)中iv-II部分中所含所含的至少一个原子或原子团被其他原子或原子团取代，式(Z)中的iv-III部分中所含的原子或原子团均未被其他原子或原子团取代。
式(Z)中的iv-II部分或iv-III部分中所含的原子或原子团以及所述其他原子或原子团可以如式(X-1)所述的原子或原子团。
链末端也被改性的iv部分的具体例可以包括如上述式(a)至(s)所表示的结构。其中，优选式(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(k)、(l)和(r)的结构，更优选式(b)和(c)的结构，因为它们具有更强的与填料(例如，二氧化硅)的相互作用，并且可以更有效地改善低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度。
(制造聚异戊二烯的方法)
本发明的聚异戊二烯可以由本发明的异戊二烯低聚物以及式(Y)(R-IPP)所表示的化合物和/或异戊烯基二磷酸(IPP)，通过合成(生物合成)聚异戊二烯的方法(A)进行制造。可以根据获得的聚异戊二烯的目标物理性质，适宜改变使用的R-IPP和IPP的单体的比值，其中一种单体的百分数可以是0。或者，本发明的聚异戊二烯可以由未改性的异戊二烯低聚物以及式(Y)所表示的化合物，通过合成(生物合成)聚异戊二烯的方法(B)制造，或者由未改性的异戊二烯低聚物、式(Y)所表示的化合物和异戊烯基二磷酸，通过合成(生物合成)聚异戊二烯的方法(C)制造。另外，在这些情况下，可以根据获得的聚异戊二烯的目标物理性质，适宜改变使用的R-IPP和IPP单体之间的比值。
除式(Y)所表示的化合物的有机合成和可以根据需要选择的烯丙基二磷酸衍生物的起始底物之外，本发明的聚异戊二烯可以通过生物合成制造。因此，本发明顾及了石油资源的枯竭和环境问题。
一直以来，已知天然橡胶胶乳(特别地，来自巴西橡胶树的天然橡胶胶乳)中含有酶和橡胶延长因子(例如，如上所述的能够加成聚合异戊烯基二磷酸的酶)或其类似物，其具有催化异戊二烯低聚物与异戊烯基二磷酸之间的缩合反应的活性，因此，催化依次将异戊烯基二磷酸与异戊二烯低聚物连接为Z构型(新加成的异戊二烯单元为顺式构型)、生成聚异戊二烯的反应，如下所示。
同时，已知来自一些植株的天然橡胶胶乳(橡胶胶乳)中含有酶和橡胶延长因子(例如，如上所述的能够加成聚合异戊烯基二磷酸的酶)或其类似物，其具有催化异戊二烯低聚物与异戊烯基二磷酸之间的缩合反应的活性，因此，催化依次将异戊烯基二磷酸与异戊二烯低聚物连接为E构型(新加成的异戊二烯单元为反式构型)、生成聚异戊二烯的反应。
如上所述，当用所需要的基团取代异戊烯基二磷酸的结构中的3-位的甲基并维持异戊烯基二磷酸的除3-位的甲基之外的结构不变，而获得式(Y)(R-IPP)的化合物，可以通过使用该化合物并采用具有催化上述反应的活性的天然存在的酶、橡胶延长因子或其类似物形成聚异戊二烯。因此，本发明中，可以使用上述的酶、橡胶延长因子或其类似物制造聚异戊二烯。
换言之，由本发明的异戊二烯低聚物以及式(Y)所表示的化合物和/或异戊烯基二磷酸来合成(生物合成)本发明的聚异戊二烯的方法(A)，由未改性的异戊二烯低聚物以及式(Y)所表示的化合物来合成(生物合成)本发明的聚异戊二烯的方法(B)，由未改性的异戊二烯低聚物、式(Y)所表示的化合物和异戊烯基二磷酸来合成(生物合成)本发明的聚异戊二烯的方法(C)，可以通过例如使用天然橡胶胶乳中含有的酶、橡胶延长因子或其类似物来完成。也可以将从天然橡胶胶乳中克隆的酶、橡胶延长因子或其类似物用于上述方法。
具体地，在方法(A)中，可以在酶和/或橡胶延长因子的存在下，将本发明的异戊二烯低聚物与式(Y)所表示的化合物和/或异戊烯基二磷酸进行反应。同样地，在方法(B)中，可以在酶和/或橡胶延长因子的存在下，将未改性的异戊二烯低聚物与式(Y)所表示的化合物进行反应。同样地，在方法(C)中，可以在酶和/或橡胶延长因子的存在下，将未改性的异戊二烯低聚物与式(Y)所表示的化合物、异戊烯基二磷酸进行反应。
更具体地，例如，所述反应可以通过在含有本发明的异戊二烯低聚物和式(Y)所表示的化合物和/或异戊烯基二磷酸的溶液中，添加天然橡胶胶乳、或从天然橡胶胶乳中分离出的酶、橡胶延长因子或其类似物而引发。此外，反应温度可以是例如10至60℃、反应时间可以是例如1至72小时、pH可以是例如6至8。此外，也可以根据需要，添加氯化镁、表面活性剂、2-巯基乙醇、氟化钾和其他物质。甚至在使用未改性的异戊二烯低聚物的情况下，反应也可以在同样条件下进行。
本发明中，聚异戊二烯的异戊二烯链可以在任意方向上延长(反式构型或顺式构型)。换言之，例如，本发明的聚异戊二烯可以是所有异戊二烯单元均以反式构型连结的聚异戊二烯(例如，式(ZZ-1)的异戊二烯低聚物)、异戊二烯单元以反式-顺式构型连结的聚异戊二烯(例如，式(Z-2)的聚异戊二烯)、或者异戊二烯单元以反式-顺式-反式构型连结的聚异戊二烯。其中，优选异戊二烯单元以反式-顺式构型连结的聚异戊二烯，因其与工业上广泛应用的来自巴西橡胶树的天然橡胶的结构相同。
在通过上述说明的反应制造的本发明的聚异戊二烯，式(ZZ-1)、式(ZZ-2)、式(ZZ-1-1)或式(ZZ-2-1)中的Y通常为OPP或羟基。OPP来自IPP或R-IPP。OPP也能轻易水解，OPP的水解产生羟基。这就是为什么式(ZZ-1)、(ZZ-2)、(ZZ-1-1)、或(ZZ-2-1)中的Y通常为OPP或羟基。
此外，式(ZZ-1)或(ZZ-2)中的Y为甲酰基的聚异戊二烯，例如，可以通过氧化式(ZZ-1)或(ZZ-2)中的Y为OPP的聚异戊二烯而制造。
此外，式(ZZ-1)或(ZZ-2)中的Y为羧基的聚异戊二烯，例如，可以通过氧化式(ZZ-1)或(ZZ-2)中的Y为OPP的聚异戊二烯而制造。
此外，式(ZZ-1)或(ZZ-2)中的Y为烷氧基羧基的聚异戊二烯、式(ZZ-1)或(ZZ-2)中的Y为烷氧羰基的聚异戊二烯，例如，可以通过以上述方法羧化式(ZZ-1)或(ZZ-2)中的Y为OPP的聚异戊二烯并进一步地酯化该羧化后的聚异戊二烯而制造。
天然橡胶胶乳的来源没有特别限定。其例子包括：巴西橡胶树(Heveabrasiliensis)、印度橡胶树(Ficus elastica)、琴叶榕(Ficus lyrata)、垂叶榕(Ficusbenjamina)、菩提树(Ficus religiosa)、孟加拉榕(Ficus benghalensis)、多汁乳菇(Lactarius volemus)、苦苣菜(Sonchus oleracers L.)、西洋蒲公英(Taraxacumofficinale)和向日葵(Helianthus annuus)。其中，优选巴西橡胶树，因其制造的橡胶具有高分子量并且胶乳具有高橡胶含量。
天然橡胶胶乳，例如，可以通过在巴西橡胶树的树干上用刀或其类似物划出槽状的伤口(这一过程称为“割胶”)，接着回收从被切断的乳管中流出的天然橡胶胶乳而得到。
从天然橡胶胶乳中分离的酶或橡胶延长因子可以举出例如，通过离心分离天然橡胶胶乳而分离的胶清(Serum)、底层相(bottom fraction)或橡胶相(rubber fraction)。所述胶清、底层相以及橡胶相中含有酶、橡胶延长因子或其类似物。
(橡胶组合物)
本发明的橡胶组合物含有本发明的异戊二烯低聚物和/或本发明的聚异戊二烯。因此，本发明的橡胶组合物具有优秀的低生热性、湿抓地性能、耐磨性、断裂伸长率和断裂拉伸强度(特别是低生热性和耐磨性)。本发明的聚异戊二烯可以用作橡胶组分。
基于100质量％计的橡胶成分中，本发明的聚异戊二烯的含量优选为20质量％以上，更优选40质量％以上，进一步优选60质量％以上。其可为100质量％。
除了本发明的聚异戊二烯以外，可以作为橡胶成分使用的材料的例子包括：异戊二烯橡胶(IR)、天然橡胶(NR)、丁二烯橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)、苯乙烯异戊二烯丁二烯橡胶(SIBR)、氯丁橡胶(CR)和丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)等二烯系橡胶。这些橡胶材料可以单独使用，也可以将两种以上组合使用。其中，优选NR、BR和SBR。
将本发明的异戊二烯低聚物用于橡胶组合物中时，出于与异戊二烯低聚物的相溶性高的理由，橡胶成分优选使用NR。通过并用本发明的异戊二烯低聚物与NR，可以更适当地获得本发明的异戊二烯低聚物的效果。
将本发明的异戊二烯低聚物用于橡胶组合物中时，基于橡胶成分100质量％中，NR的含量优选20质量％以上，更优选40质量％以上，进一步优选60质量％以上。其可为100质量％。
相对于橡胶成分100质量份，本发明的异戊二烯低聚物的含量优选1质量份以上，更优选2质量份以上。使用的异戊二烯低聚物小于1质量份时，可能不能充分产生其效果。所述异戊二烯低聚物的含量也优选为20质量份以下，更优选15质量份以下。高于20质量份的含量时，可能减少强度以及耐磨性。
本发明中使用的填料的例子包括：二氧化硅、炭黑、黏土和碳酸钙。
本发明所使用的填料优选二氧化硅。使用二氧化硅时，可以充分获得通过使用本发明的异戊二烯低聚物和/或本发明的聚异戊二烯而得到的效果。可使用任意的二氧化硅，其例子包括干法二氧化硅(无水硅酸)、湿法二氧化硅(含水硅酸)。优选为湿法二氧化硅，因其含有更多的硅烷醇基。
本发明中也优选使用炭黑作为填料。在该情况下，也可以充分获得通过使用本发明的异戊二烯低聚物和/或本发明的聚异戊二烯而得到的效果。
除了上述成分以外，本发明的橡胶组合物中还可以适当含有在橡胶组合物的制造中常用的其它配合剂，例如，硅烷偶联剂、氧化锌、硬脂酸、各种防老化剂(即抗氧化剂)、软化剂(例如，油)、蜡、硫化剂(例如，硫)和硫化促进剂。
本发明所述的橡胶组合物可以通过传统公知方法进行制备。例如，可以通过使用开放辊、班伯里混练机等的橡胶混炼机混炼所述组分，然后硫化，以制造橡胶组合物。
本发明的橡胶组合物可适用于轮胎部件(例如，胎面、侧壁、胎面基部、帘布层、缓冲层和胎体)以及其类似物。
(充气轮胎)
本发明的充气轮胎可以使用所述橡胶组合物按照通常的方法进行制造。具体地，将未硫化的橡胶组合物挤压加工为对应于轮胎部件(例如，胎面或侧壁)的形状，然后，通过通常的方法用轮胎成形机成形，再与其它的轮胎部件贴合，从而形成未硫化轮胎，将该未硫化轮胎在硫化机中进行热压，从而形成轮胎。
实施例
参考以下实施例对本发明进行详细说明，但本发明并非仅限于此。
(制造实施例1)
(3-R-3-丁烯基二磷酸的合成(式(Y)所表示的化合物(R-IPP))
使用n-R-醛为起始物料合成目标化合物。通过Green等人(M.B.Green，和W.J.Hickinbotton，J.Chem.Soc.1957，3262)的方法，在甲酸中使用二甲胺在n-R-醛的α-位上引入外亚甲基(下式(i)所表示的化合物)。接着，用氢化铝锂将获得的化合物还原为2-R-烯丙醇(下式(ii)所表示的化合物)。进一步地，在吡啶中用氯化磷将该化合物氯化为2-R-烯丙基氯(下式(iii)所表示的化合物)，再将其在新鲜合成的格氏试剂的存在下，与二氧化碳反应获得羧酸(下式(iv)所表示的化合物)。接着，用氢化铝锂将该化合物还原形成醇体(下式(v)所表示的化合物)。接着，在吡啶中用甲苯磺酰氯将该化合物进行甲苯磺酰化(下式(vi)所表示的化合物)。接着，将该化合物在乙腈中用磷酸三甲酯进行磷酸化，由此获得目标产物(下式(vii)所表示的化合物，即式(Y)所表示的化合物(R-IPP))。通过使用TLC和仪器分析(IR和NMR)来确认各合成阶段的中间体和最终产物。
在R分别为乙基、丙基、丁基、苯基、巯基、羟基以及氨基的情况下，合成了式(Y)所表示的化合物(R-IPP)。R为乙基、丙基、丁基、苯基、巯基、羟基以及氨基时，式(Y)的R-IPP分别记做R-IPP-A、R-IPP-B、R-IPP-C、R-IPP-D、R-IPP-E、R-IPP-F和R-IPP-G。
(实施例1)
(异戊二烯低聚物的制造(全反式))
制备全部异戊二烯单元均以反式构型连结的异戊二烯低聚物，如式(Z-1-1-1)所表示。
(转化子的制备)
首先，制备转化子。转化子的制备中，使用导入人类香叶基香叶基二磷酸合成酶的pET15b(pET15b/human-GGPS)。该pET15b/human-GGPS由东北大学多元物质科学研究所的佐上博副教授(Associate Professor Hiroshi SAGAMI,Institute of MultidisciplinaryResearch for Advanced Materials,Tohoku University)提供。
使用pET15b/human-GGPS通过热休克法转化E.coli BL21(DE3)。将该转化子涂布在含有50μg/mL的氨苄青霉素的LB琼脂培养基上后，37℃下培养过夜，然后，选择转化株。
(具有异戊二烯基转移酶活性的蛋白质的制造)
将得到的E.coli BL21(DE3)/pET15b/human-GGPS(野生型)接种到装有3mL含有50μg/mL的氨苄青霉素的LB培养基的试管中，在37℃下振荡培养5小时。得到的培养液中，取1mL等分接种至装有100mL的含有50μg/mL氨苄青霉素的LB培养基的500mL锥形瓶中，在37℃下将细胞振荡培养3小时。接着，添加IPTG至其浓度为0.1mmol/L，接着在30℃下将细胞振荡培养18小时。离心分离该培养液，得到湿菌体。通过超声波均化该湿菌体后，离心分离获得上清液。使用HisTrap(Amersham公司)从该上清液中纯化具有异戊二烯基转移酶活性的蛋白质。蛋白质的纯化通过SDS-PAGE进行确认。
(异戊二烯低聚物的制备)
配制含有纯化后的蛋白质10mg、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、40mM氯化镁、25mM 2-巯基乙醇、1mM起始底物(香叶基二磷酸(GPP)、以及1mM异戊烯基二磷酸(IPP)或制造实施例1中所制造的R-IPP中的一种的反应溶液。在37℃的水浴中进行该反应1小时。反应结束后，加入饱和食盐水100ml和戊烷500ml，搅拌该混合物后，将其静置。然后，通过蒸发浓缩上清液(戊烷层)至干燥。取残留物部分通过NMR确认产物结构，其为异戊二烯低聚物。由此得到的异戊二烯低聚物的具体情况(式(Z-1-1-1)中的n、m和R)如表1所示。此处，基于使用的起始底物的信息和用TLC测定的异戊二烯链长，算出式(Z-1-1-1)中的n和m。此外，式(Z-1-1-1)中的R结构通过NMR、TLC和GC-MS进行鉴定。
此外，分别使用单体IPP、R-IPP-A、R-IPP-B、R-IPP-C、R-IPP-D、R-IPP-E、R-IPP-F和R-IPP-G获得的异戊二烯低聚物，在后述实验使用中分别称为异戊二烯低聚物(t-对照)、异戊二烯低聚物(t-A)、异戊二烯低聚物(t-B)、异戊二烯低聚物(t-C)、异戊二烯低聚物(t-D)、异戊二烯低聚物(t-E)、异戊二烯低聚物(t-F)和异戊二烯低聚物(t-G)。此外，实验中异戊二烯低聚物(t-E)、异戊二烯低聚物(t-F)分别作为异戊二烯低聚物a和异戊二烯低聚物e加入橡胶组合物中。
[表1]
(单体的相对活性)
使IPP或制造实施例1中的R-IPP中的一种与香叶基二磷酸(GPP)在如下条件下进行反应。各个R-IPP对于GPP的相对活性以相对于IPP活性(＝100)的指数来表示。
配制含有纯化后的蛋白质500ng、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、40mM氯化镁、25mM 2-巯基乙醇、12.5μM GPP以及50μM的[1-14C]IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种。在37℃的水浴中进行该反应1小时。反应后，采用液体闪烁计数和TLC来测定在各条件下的活性。相对于IPP的活性(＝100)，各R-IPP的相对活性如表2所示。
异戊二烯低聚物采用与实施例1部分(异戊二烯低聚物的制备)中的同样的方式进行纯化。接着，将获得的异戊二烯低聚物的具体情况(式(Z-1-1-1)中的n、m和R)显示于表2。此处，基于使用的起始底物的信息和用TLC测定的异戊二烯链长，算出式(Z-1-1-1)中的n和m。此外，式(Z-1-1-1)中的R结构通过NMR、TLC和GC-MS进行鉴定。
[表2]
表1和2的结果显示，即使使用R-IPP，获得的异戊二烯低聚物也与使用IPP时具有相同的分子量。也证明了获得异戊二烯低聚物的骨架发生了与使用的R-IPP相应的改性。
(实施例2)
(聚异戊二烯的制备)
使用如式(Z-1-1-1)所表示的全部异戊二烯单元以反式构型连结的异戊二烯低聚物(全部反式)制备聚异戊二烯。
配制含有10μL胶乳组分、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、25mM氯化镁、40mM2-巯基乙醇、40mM氟化钾、50μM异戊二烯低聚物以及1mM IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种的反应溶液。在30℃的水浴中进行该反应3天。反应后，通过GPC测定分子量。接着，基于分子量的数值和使用的起始底物的信息，计算加成到起始底物GPP上的异戊二烯单元的数量。结果如表3所示。
此处使用的胶乳组分是通过对从巴西橡胶树获得胶乳进行超离心而获得的胶清。
使用的异戊二烯低聚物是上述部分(异戊二烯低聚物的制备)中所制备的异戊二烯低聚物(t-对照)、异戊二烯低聚物(t-A)、异戊二烯低聚物(t-B)、异戊二烯低聚物(t-C)、异戊二烯低聚物(t-D)、异戊二烯低聚物(t-E)、异戊二烯低聚物(t-F)和异戊二烯低聚物(t-G)的中的一种。
[表3]
表3的结果显示，即使使用R-IPP，获得的聚异戊二烯也与使用IPP时具有相同的分子量。进一步地，对获得的聚异戊二烯用NMR、TLC和GC-MS进行分析，确认了与异戊二烯低聚物的情况类似，聚异戊二烯的骨架进行了与所使用的R-IPP相应的改性。
(实施例3)
(异戊二烯低聚物的制造(反式-顺式))
制备异戊二烯单元以反式-顺式构型连结的异戊二烯低聚物，如式(Z-2-1-1)所表示。
(转化子的制备)
首先，制备转化子。转化子的制备中，使用导入藤黄微球菌B-P26的十一异戊烯二磷酸合酶的pET22b(pET22b/MLU-UPS)作为dsDNA模板。该pET22b/MLU-UPS由东北大学多元物质科学研究所的古山种俊教授(Prof.Tanetoshi Koyama,Institute ofMultidisciplinary Research for Advanced Materials,Tohoku University)提供。
使用pET22b/MLU-UPS通过热休克法转化E.coli BL21(DE3)。将该转化子涂布在含有50μg/mL的氨苄青霉素的LB琼脂培养基上后，37℃下培养过夜，然后，选择转化株。
(具有异戊二烯基转移酶活性的蛋白质的制造)
将得到的E.coli BL21(DE3)/pET22b/MLU-UPS接种到装有3mL含有50μg/mL的氨苄青霉素的LB培养基的试管中，在37℃下振荡培养5小时。得到的培养液中，取1mL等分接种至装有100mL的含有50μg/mL氨苄青霉素的LB培养基的500mL锥形瓶中，在37℃下将细胞振荡培养3小时。接着，添加IPTG至其浓度为0.1mmol/L，接着在30℃下将细胞振荡培养18小时。离心分离该培养液，得到湿菌体。通过超声波均化该湿菌体后，离心分离获得上清液。使用HisTrap(Amersham公司)从该上清液中纯化具有异戊二烯基转移酶活性的蛋白质。蛋白质的纯化通过SDS-PAGE进行确认。
(异戊二烯低聚物的制备)
配制含有纯化后的蛋白质10mg、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、40mM氯化镁、40mM Triton X-100、25mM 2-巯基乙醇、1mM起始底物(法尼基二磷酸(FPP)以及1mM IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种。在37℃的水浴中进行该反应1小时。反应结束后，加入饱和食盐水100ml和1-丁醇500ml，搅拌该混合物后，将其静置。然后，通过蒸发浓缩上清液(1-丁醇层)至干燥。取残留物部分通过NMR确认产物结构，其为异戊二烯低聚物。得到的异戊二烯低聚物的具体情况(式(Z-2-1-1)中的n、m和R)如表4所示。此处，基于使用的起始底物的信息和用TLC测定的异戊二烯链长，算出式(Z-2-1-1)中的n和m。此外，式(Z-2-1-1)中的R结构通过NMR、TLC和GC进行鉴定。
此外，分别使用单体IPP、R-IPP-A、R-IPP-B、R-IPP-C、R-IPP-D、R-IPP-E、R-IPP-F和R-IPP-G而获得的异戊二烯低聚物，在后述实验使用中分别称为异戊二烯低聚物(tc-对照)、异戊二烯低聚物(tc-A)、异戊二烯低聚物(tc-B)、异戊二烯低聚物(tc-C)、异戊二烯低聚物(tc-D)、异戊二烯低聚物(tc-E)、异戊二烯低聚物(tc-F)和异戊二烯低聚物(tc-G)。此外，实验中，异戊二烯低聚物(tc-E)作为异戊二烯低聚物(b)加入橡胶组合物中。此外，实验中，各个异戊二烯低聚物(tc-A)、异戊二烯低聚物(tc-B)、异戊二烯低聚物(tc-C)、异戊二烯低聚物(tc-D)、异戊二烯低聚物(tc-E)、异戊二烯低聚物(tc-F)和异戊二烯低聚物(tc-G)分别作为异戊二烯低聚物h、异戊二烯低聚物i、异戊二烯低聚物j、异戊二烯低聚物k、异戊二烯低聚物l、异戊二烯低聚物m和异戊二烯低聚物n加入橡胶组合物中。
[表4]
(单体的相对活性)
使IPP或制造实施例1中的R-IPP中的一种与法尼基二磷酸(FPP)在如下条件下进行反应。各个R-IPP对于FPP的相对活性以相对于IPP活性(＝100)的指数进行表示。
配制含有纯化后的蛋白质500ng、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、40mM氯化镁、40mM Triton X-100、25mM 2-巯基乙醇、12.5μM FPP以及50μM的[1-14C]IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种的反应溶液。在37℃的水浴中进行该反应1小时。反应后，采用液体闪烁计数和TLC来测定在各条件下的活性。相对于IPP的活性(＝100)，各R-IPP的相对活性如表5所示。
异戊二烯低聚物采用与实施例3部分(异戊二烯低聚物的制备)中的同样的方式进行纯化。接着，将获得的异戊二烯低聚物的具体情况(式(Z-2-1-1)中的n、m和R)显示于表5。此处，基于使用的起始底物的信息和用TLC测定的异戊二烯链长，算出式(Z-2-1-1)中的n和m。此外，式(Z-2-1-1)中的R结构通过NMR、TLC和GC-MS进行鉴定。
[表5]
表4和5的结果显示，即使使用R-IPP，获得的异戊二烯低聚物也与使用IPP时具有相同的分子量。也证明了获得异戊二烯低聚物的骨架发生了与使用的R-IPP相应的改性。
(实施例4)
(聚异戊二烯的制备)
使用如式(Z-2-1-1)所表示的异戊二烯单元以反式-顺式构型连结的异戊二烯低聚物(反式-顺式)制备聚异戊二烯。
配制含有10μL胶乳组分、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、25mM氯化镁、40mM2-巯基乙醇、40mM氟化钾、50μM异戊二烯低聚物以及1mM IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种的反应溶液。在30℃的水浴中进行该反应3天。反应后，通过GPC测定分子量。接着，基于分子量的数值和使用的起始底物的信息，计算加成到起始底物FPP上的异戊二烯单元的数量。结果显示在表6中。
此处使用的胶乳组分是通过对从巴西橡胶树获得胶乳进行超离心而获得的胶清。
使用的异戊二烯低聚物是上述部分(异戊二烯低聚物的制备)中所制备的异戊二烯低聚物(tc-对照)、异戊二烯低聚物(tc-A)、异戊二烯低聚物(tc-B)、异戊二烯低聚物(tc-C)、异戊二烯低聚物(tc-D)、异戊二烯低聚物(tc-E)、异戊二烯低聚物(tc-F)和异戊二烯低聚物(tc-G)的中的一种。此外，在随后的实验中，使用异戊二烯低聚物(tc-E)、异戊二烯低聚物(tc-F)制造的聚异戊二烯分别作为聚异戊二烯D和聚异戊二烯A加入橡胶组合物中。此外，各个使用异戊二烯低聚物(tc-A)、异戊二烯低聚物(tc-B)、异戊二烯低聚物(tc-C)、异戊二烯低聚物(tc-D)、异戊二烯低聚物(tc-E)、异戊二烯低聚物(tc-F)、异戊二烯低聚物(tc-G)制造的聚异戊二烯分别作为聚异戊二烯I、聚异戊二烯J、聚异戊二烯K、聚异戊二烯L、聚异戊二烯M、聚异戊二烯N、聚异戊二烯P，加入橡胶组合物中。
[表6]
表6的结果显示，即使使用R-IPP，获得的聚异戊二烯也与使用IPP时具有相同的分子量。进一步地，对获得的聚异戊二烯用NMR、TLC和GC-MS进行分析，确认了与异戊二烯低聚物的情况类似，聚异戊二烯的骨架进行了与所使用的R-IPP相应的改性。
(实施例5)
(异戊二烯低聚物的制造(全部反式))
制备全部异戊二烯单元均以反式构型连结的异戊二烯低聚物，如式(Z-1-1-1)所表示。
(转化子的制备)
首先，制备转化子。转化子的制备中，使用导入嗜热脂肪芽孢杆菌法尼基二磷酸合成酶的pET15b(pET15b/bacillus-FPS)。该pET15b/bacillus-FPS由东北大学多元物质科学研究所的古山种俊教授(Prof.Tanetoshi Koyama,Institute of MultidisciplinaryResearch for Advanced Materials,Tohoku University)提供。
使用pET15b/bacillus-FPS通过热休克法转化E.coli BL21(DE3)。将该转化子涂布在含有50μg/mL的氨苄青霉素的LB琼脂培养基上后，37℃下培养过夜，然后，选择转化株。
(具有异戊二烯基转移酶活性的蛋白质的制造)
将得到的E.coli BL21(DE3)/pET15b/bacillus-FPS(野生型)接种到装有3mL含有50μg/mL的氨苄青霉素的LB培养基的试管中，在37℃下振荡培养5小时。得到的培养液中，取1mL等分接种至装有100mL的含有50μg/mL氨苄青霉素的LB培养基的500mL锥形瓶中，在37℃下将细胞振荡培养3小时。接着，添加IPTG至其浓度为0.1mmol/L，接着在30℃下将细胞振荡培养18小时。离心分离该培养液，得到湿菌体。通过超声波均化该湿菌体后，离心分离获得上清液。使用HisTrap(Amersham公司)从该上清液中纯化具有异戊二烯基转移酶活性的蛋白质。蛋白质的纯化通过SDS-PAGE进行确认。
(异戊二烯低聚物的制备)
配制含有纯化后的蛋白质10mg、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、40mM氯化镁、25mM 2-巯基乙醇、1mM起始底物(二甲基烯丙基二磷酸(DMAPP)以及1mM异戊烯基二磷酸(IPP)或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种的反应溶液。在37℃的水浴中进行该反应1小时。反应结束后，加入饱和食盐水100ml和戊烷500ml，搅拌该混合物后，将其静置。然后，通过蒸发浓缩上清液(戊烷层)至干燥。取残留物部分通过NMR确认产物结构，其为异戊二烯低聚物。得到的异戊二烯低聚物的具体情况(式(Z-1-1-1)中的n、m和R)如表7所示。此处，基于使用的起始底物的信息和用TLC测定的异戊二烯链长，算出式(Z-1-1-1)中的n和m。此外，式(Z-1-1-1)中的R结构通过NMR、TLC和GC-MS进行鉴定。
此外，分别使用单体IPP、R-IPP-A、R-IPP-B、R-IPP-C、R-IPP-D、R-IPP-E、R-IPP-F和R-IPP-G而获得的异戊二烯低聚物，在后述实验使用中分别称为异戊二烯低聚物(t-对照-1)、异戊二烯低聚物(t-A-1)、异戊二烯低聚物(t-B-1)、异戊二烯低聚物(t-C-1)、异戊二烯低聚物(t-D-1)、异戊二烯低聚物(t-E-1)、异戊二烯低聚物(t-F-1)和异戊二烯低聚物(t-G-1)。
[表7]
(单体的相对活性)
使IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种与二甲基二磷酸(DMAPP)在如下条件下进行反应。各个R-IPP对于DMAPP的相对活性以相对于IPP活性(＝100)的指数来表示。
配制含有纯化后的蛋白质500ng、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、40mM氯化镁、25mM 2-巯基乙醇、12.5μM DMAPP以及50μM的[1-14C]IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种的反应溶液。在37℃的水浴中进行该反应1小时。反应后，采用液体闪烁计数和TLC来测定在各条件下的活性。相对于IPP的活性(＝100)，各R-IPP的相对活性如表8所示。
异戊二烯低聚物采用与实施例5部分(异戊二烯低聚物的制备)中的同样的方式进行纯化。接着，将获得的异戊二烯低聚物的具体情况(式(Z-1-1-1)中的n、m和R)显示于表8。此处，基于使用的起始底物的信息和用TLC测定的异戊二烯链长，算出式(Z-1-1-1)中的n和m。此外，式(Z-1-1-1)中的R结构通过NMR、TLC和GC-MS进行鉴定。
[表8]
表7和8的结果显示，即使使用R-IPP，获得的异戊二烯低聚物也与使用IPP时具有相同的分子量。也证明了获得异戊二烯低聚物的骨架发生了与使用的R-IPP相应的改性。
(实施例6)
(聚异戊二烯的制备)
接着，使用如式(Z-1-1-1)所表示的全部异戊二烯单元以反式构型连结的异戊二烯低聚物(全部反式)制备聚异戊二烯。
配制含有10μL胶乳组分、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、25mM氯化镁、40mM2-巯基乙醇、40mM氟化钾、50μM异戊二烯低聚物以及1mM IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种的反应溶液。在30℃的水浴中进行该反应3天。反应后，通过GPC测定分子量。接着，基于分子量的数值和使用的起始底物的信息，计算加成到起始底物DMAPP上的异戊二烯单元的数量。结果如表9所示。
此处使用的胶乳组分是通过对从巴西橡胶树获得胶乳进行超离心而获得的胶清。
使用的异戊二烯低聚物是上述部分(异戊二烯低聚物的制备)中所制备的异戊二烯低聚物(t-对照-1)、异戊二烯低聚物(t-A-1)、异戊二烯低聚物(t-B-1)、异戊二烯低聚物(t-C-1)、异戊二烯低聚物(t-D-1)、异戊二烯低聚物(t-E-1)、异戊二烯低聚物(t-F-1)和异戊二烯低聚物(t-G-1)的中的一种。
[表9]
表9的结果显示，即使使用R-IPP，获得的聚异戊二烯也与使用IPP时具有相同的分子量。进一步地，对获得的聚异戊二烯用NMR、TLC和GC-MS进行分析，确认了与异戊二烯低聚物的情况类似，聚异戊二烯的骨架进行了与所使用的R-IPP相应的改性。
(实施例7)
(异戊二烯低聚物的制造(反式-顺式))
接着，使用烯丙基二磷酸衍生物，制备如式(Z-2-1-1)所表示的异戊二烯单元以反式-顺式构型连结的并且不仅骨架而且链末端也发生改性的异戊二烯低聚物(骨架和链末端改性的异戊二烯低聚物)。
(烯丙基二磷酸衍生物的制备)
首先，合成烯丙基二磷酸衍生物。
(制造实施例2)
(8-甲氧基-3,7-二甲基-十二碳-(2E,6E)-二烯基二磷酸(式(B)所表示的化合物)的合成)
使用香叶醇为起始物料合成目标化合物。在无水二氯甲烷中用吡啶和乙酸酐对香叶醇进行乙酰化，得到乙酸酯(下式(bi)所表示的化合物)(收率95％)。接着，将该乙酸酯的8-位的碳在乙醇中进行硒氧化，得到醛体(下式(bii)所表示的化合物)(收率24％)。接着，用氢氧化钾将该醛进行碱性水解，形成醇体(下式(biii)所表示的化合物)(收率38％)。接着，在无水二氯甲烷中用咪唑、叔丁基二苯基氯硅烷(TBDPS)处理该醇，得到下述(biv)所示的化合物(收率80％)。然后，在无水醚中使该化合物与丁基锂反应，得到丁基醇体(下式(bv)所表示的化合物)(收率73％)。接着，在无水四氢呋喃中，将该化合物转化为钠盐，随之在该钠盐中添加甲基碘并通过威廉逊合成法，得到醚体(下述(bvi)所表示的化合物)(收率95％)。接着，在无水四氢呋喃中使用四正氟化铵将该醚进行消除反应，获得醇体(下式(bvii)所表示的化合物)(收率87％)。接着，在-40℃以下、无水二氯甲烷溶剂中用N-氯代琥珀酸酰亚胺与二甲硫醚对伯羟基进行氯取代，得到氯化物(下述(bviii)所表示的化合物)(收率92％)。接着，在无水乙腈中用三(四正丁基铵)氢化二磷酸对该氯化物进行二磷酸化，得到目标产物(下式(bix)所表示的化合物，即式(B)所表示的化合物)(收率26％)。
使用TLC和仪器分析(IR和NMR)进行各合成阶段的中间体和最终产物的确认。
(制造实施例3)
(8-羟基-3,7-二甲基-十二碳-(2E,6E)-二烯基二磷酸(式(C)所表示的化合物)的合成)
使用香叶醇为起始物料合成目标化合物。在无水二氯甲烷中用吡啶和乙酸酐对香叶醇进行乙酰化，得到乙酸酯(下式(ci)所表示的化合物)(收率97％)。接着，将该乙酸酯的8-位的碳在乙醇中进行硒氧化，得到醛体(下式(cii)所表示的化合物)(收率20％)。接着，用氢氧化钾将该醛进行碱性水解，形成醇体(下式(ciii)所表示的化合物)(收率42％)。接着，在无水二氯甲烷中用咪唑、叔丁基二苯基氯硅烷(TBDPS)处理该醇，得到下述(civ)所示的化合物(收率80％)。然后，在无水乙醚中使该化合物与丁基锂反应，获得丁醇体(收率62％)。接着，在无水四氢呋喃中使用四正氟化铵将该纯进行消除反应，获得二醇体(下式(cvi)所表示的化合物)(收率94％)。接着，在-40℃以下、无水二氯甲烷溶剂中用N-氯代琥珀酸酰亚胺与二甲硫醚对伯羟基进行氯取代，得到氯化物(下述(cvii)所表示的化合物)(收率90％)。接着，在无水乙腈中用三(四正丁基铵)氢化二磷酸对该氯化物进行二磷酸化，得到目标产物(下式(cviii)所表示的化合物，即式(C)所表示的化合物)(收率46％)。
使用TLC和仪器分析(IR和NMR)进行各合成阶段的中间体和最终产物的确认。
(突变酶的制备)
使用烯丙基二磷酸衍生物作为起始底物，在即使使用野生型的具有异戊二烯基转移酶活性的酶的情况下，也可以进行反应制备异戊二烯低聚物。然而，为了提高反应效率，制备了提高对烯丙基二磷酸衍生物的酶催化活性的变体酶。
使用的试剂来自QuickChange定点突变试剂盒(QuickChange Site-DirectedMutagenesis Kit)(Stratagene公司)。设计引物，以使能够在靶位点引入突变。突变用的引物购自医学生物学研究所公司(MEDICAL&BIOLOGICAL LABORATORIES CO.,LTD)(生产厂家：IDT)。设计的引物如下所示。
-制备变体酶N77A用的引物
正向引物5'-act gaa gca tgg tct cgt cct aaa g-3'(SEQ ID NO：1)
反向引物5'-gag acc atg ctt cag ttg aaa atg c-3'(SEQ ID NO：2)
-制备变体酶L91D用的引物
正向引物5'-gat gaa aga tcc ggg tga ttt ttt aa-3'(SEQ ID NO：3)
反向引物5'-cac ccg gat ctt tca tca agt aat ta-3'(SEQ ID NO：4)
dsDNA模板使用导入来自藤黄微球菌B-P26的十一异戊二烯基二磷酸合成酶(以下，也称为野生型酶)的pET22b(pET22b/MLU-UPS)。该pET22b/MLU-UPS由东北大学多元物质科学研究所的古山种俊教授(Prof.Tanetoshi Koyama,Institute of MultidisciplinaryResearch for Advanced Materials,Tohoku University)提供。混合10x Pfu聚合酶缓冲液2μL、dsDNA模板2-20ng、正向引物50ng、反向引物50ng、dNTPs 0.4μL(每种均为2.5mM)、ddH2O共20μL、Pfu聚合酶(2.5U/μl)0.4mL，进行PCR反应。PCR反应的条件如下：
95℃，30秒，一个循环；
95℃，30秒/55℃，1分钟/68℃，8分钟，15个循环。
PCR后，在PCR溶液中加入0.4μL Dpn I，用Dpn I在37℃下对该PCR溶液进行1小时的处理。使用1至10μL的Dpn I处理液，通过热休克法转化E.coli DH5α。将该转化子涂布在含有50μg/mL的氨苄青霉素的LB琼脂培养基上后，37℃下培养过夜，然后，选择转化株。接着，在含有50μg/mL的氨苄青霉素的LB培养基内培养该转化体过夜，从得到的培养液中通过碱SDS法制备质粒。使用序列分析仪确认该质粒的突变。
(具有异戊二烯基转移酶活性的蛋白质的制造)
将得到的E.coli BL21(DE3)/pET22b/MLU-UPS(野生及突变型)接种到装有3mL含有50μg/mL的氨苄青霉素的LB培养基的试管中，在37℃下振荡培养5小时。得到的培养液中，取1mL等分接种至装有100mL的含有50μg/mL氨苄青霉素的LB培养基的500mL锥形瓶中，在37℃下振荡培养该细胞3小时。接着，添加IPTG至其浓度为0.1mmol/L，接着在30℃下振荡培养该细胞18小时。离心分离该培养液，得到湿菌体。通过超声波均化该湿菌体后，离心分离获得上清液。使用HisTrap(Amersham公司)从该上清液中纯化具有异戊二烯基转移酶活性的蛋白质。蛋白质的纯化通过SDS-PAGE进行确认。由此获得的变体酶N77A和变体酶L91D的氨基酸序列如序列表的SEQ ID NO：5和6所示。
(异戊二烯低聚物的制备)
配制含有纯化后的蛋白质10mg、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、40mM氯化镁、40mM Triton X-100、25mM 2-巯基乙醇、1mM起始底物(法尼基二磷酸(FPP)或制造实施例2和3中制备的烯丙基二磷酸衍生物中的一种、以及1mM IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种的反应溶液。在37℃的水浴中进行该反应1小时。反应结束后，加入饱和食盐水100ml和1-丁醇500ml，搅拌该混合物后，将其静置。然后，通过蒸发浓缩上清液(1-丁醇层)至干燥。取残留物部分通过NMR确认产物结构，其为异戊二烯低聚物。得到的异戊二烯低聚物的具体情况(式(Z-2-1-1)中的n、m和R)如表10所示。此处，基于使用的起始底物的信息和用TLC测定的异戊二烯链长，算出式(Z-2-1-1)中的n和m。此外，式(Z-2-1-1)中的R结构通过NMR、TLC和GC-MS进行鉴定。
此外，用变体酶N77A作为酶，以式(B)所表示的化合物作为起始底物，分别使用单体IPP、R-IPP-A、R-IPP-B、R-IPP-C、R-IPP-D、R-IPP-E、R-IPP-F和R-IPP-G获得的异戊二烯低聚物，在后述实验使用中分别称为异戊二烯低聚物(tc-对照-AB)、异戊二烯低聚物(tc-A-AB)、异戊二烯低聚物(tc-B-AB)、异戊二烯低聚物(tc-C-AB)、异戊二烯低聚物(tc-D-AB)、异戊二烯低聚物(tc-E-AB)、异戊二烯低聚物(tc-F-AB)和异戊二烯低聚物(tc-G-AB)。
此外，用变体酶L91D作为酶，以式(B)所表示的化合物作为起始底物，分别使用单体IPP、R-IPP-A、R-IPP-B、R-IPP-C、R-IPP-D、R-IPP-E、R-IPP-F和R-IPP-G获得的异戊二烯低聚物，在后述实验使用中分别称为异戊二烯低聚物(tc-对照-DB)、异戊二烯低聚物(tc-A-DB)、异戊二烯低聚物(tc-B-DB)、异戊二烯低聚物(tc-C-DB)、异戊二烯低聚物(tc-D-DB)、异戊二烯低聚物(tc-E-DB)、异戊二烯低聚物(tc-F-DB)和异戊二烯低聚物(tc-G-DB)。
此外，用变体酶N77A作为酶，以式(C)所表示的化合物作为起始底物，分别使用单体IPP、R-IPP-A、R-IPP-B、R-IPP-C、R-IPP-D、R-IPP-E、R-IPP-F和R-IPP-G获得的异戊二烯低聚物，在后述实验使用中分别称为异戊二烯低聚物(tc-对照-AC)、异戊二烯低聚物(tc-A-AC)、异戊二烯低聚物(tc-B-AC)、异戊二烯低聚物(tc-C-AC)、异戊二烯低聚物(tc-D-AC)、异戊二烯低聚物(tc-E-AC)、异戊二烯低聚物(tc-F-AC)和异戊二烯低聚物(tc-G-AC)。
此外，用变体酶L91D作为酶，以式(C)所表示的化合物作为起始底物，分别使用单体IPP、R-IPP-A、R-IPP-B、R-IPP-C、R-IPP-D、R-IPP-E、R-IPP-F和R-IPP-G获得的异戊二烯低聚物，在后述实验使用中分别称为异戊二烯低聚物(tc-对照-DC)、异戊二烯低聚物(tc-A-DC)、异戊二烯低聚物(tc-B-DC)、异戊二烯低聚物(tc-C-DC)、异戊二烯低聚物(tc-D-DC)、异戊二烯低聚物(tc-E-DC)、异戊二烯低聚物(tc-F-DC)和异戊二烯低聚物(tc-G-DC)。
此外，实验中，各个异戊二烯低聚物(tc-E-AB)、异戊二烯低聚物(tc-F-AB)、异戊二烯低聚物(tc-E-DB)和异戊二烯低聚物(tc-F-DB)分别作为异戊二烯低聚物c、异戊二烯低聚物f、异戊二烯低聚物d、异戊二烯低聚物g加入橡胶组合物中。
[表10]
(单体的相对活性)
使IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种，与法尼基二磷酸(FPP)或制造实施例2和3中制备的烯丙基二磷酸衍生物中的一种在如下条件下进行反应。分别相对于FPP和IPP的活性，将各个烯丙基二磷酸衍生物和各个R-IPP的相对活性以指数表示，其中，FPP和IPP的活性被设定为100。
配制含有纯化后的蛋白质500ng、50mM Tris-HCl缓冲液(pH7.5)、40mM氯化镁、40mM Triton X-100、25mM 2-巯基乙醇、12.5μM FPP或制造实施例2和3中制备的烯丙基二磷酸衍生物中的一种、以及50μM[1-14C]IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种的反应溶液。在37℃的水浴中进行该反应1小时。反应后，采用液体闪烁计数和TLC来测定在各条件下的活性。相对于IPP的活性(＝100)，烯丙基二磷酸衍生物和R-IPP的相对活性如表11所示。
异戊二烯低聚物采用与实施例7部分(异戊二烯低聚物的制备)中的同样方式进行纯化。接着，将获得的异戊二烯低聚物的具体情况(式(Z-2-1-1)中的n、m和R)显示于表11。此处，基于使用的起始底物的信息和用TLC测定的异戊二烯链长，算出式(Z-2-1-1)中的n和m。此外，式(Z-2-1-1)中的R结构通过NMR、TLC和GC-MS进行鉴定。
[表11]
表10和11的结果显示，即使使用R-IPP和烯丙基二磷酸衍生物，获得的异戊二烯低聚物也与使用IPP和FPP时具有相同的分子量。也证明了获得异戊二烯低聚物发生了与使用的R-IPP和烯丙基二磷酸衍生物相对应的改性。
(实施例8)
(聚异戊二烯的制备)
接着，使用如下异戊二烯低聚物制备聚异戊二烯：使用烯丙基二磷酸衍生物制备，如式(Z-2-1-1)所表示的、异戊二烯单元以反式-顺式构型连结的并且不仅骨架而且链末端也发生改性的异戊二烯低聚物(骨架和链末端改性的异戊二烯低聚物)。
配制含有10μL胶乳组分、50mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)、25mM氯化镁、40mM2-巯基乙醇、40mM氟化钾、50μM异戊二烯低聚物、以及1mM IPP或制造实施例1中制备的R-IPP中的一种的反应溶液。在30℃的水浴中进行该反应3天。反应后，通过GPC测定分子量。接着，基于分子量的数值和使用的起始底物的信息，计算加成到起始底物FPP或烯丙基二磷酸衍生物上的异戊二烯单元的数量。结果如表12所示。
此处使用的胶乳组分是通过对从巴西橡胶树获得胶乳进行超离心而获得的胶清。
使用的异戊二烯低聚物是上述部分(异戊二烯低聚物的制备)中所制备的异戊二烯低聚物(tc-对照-AB)、异戊二烯低聚物(tc-A-AB)、异戊二烯低聚物(tc-B-AB)、异戊二烯低聚物(tc-C-AB)、异戊二烯低聚物(tc-D-AB)、异戊二烯低聚物(tc-E-AB)、异戊二烯低聚物(tc-F-AB)、异戊二烯低聚物(tc-G-AB)、异戊二烯低聚物(tc-对照-DB)、异戊二烯低聚物(tc-A-DB)、异戊二烯低聚物(tc-B-DB)、异戊二烯低聚物(tc-C-DB)、异戊二烯低聚物(tc-D-DB)、异戊二烯低聚物(tc-E-DB)、异戊二烯低聚物(tc-F-DB)、异戊二烯低聚物(tc-G-DB)、异戊二烯低聚物(tc-对照-AC)、异戊二烯低聚物(tc-A-AC)、异戊二烯低聚物(tc-B-AC)、异戊二烯低聚物(tc-C-AC)、异戊二烯低聚物(tc-D-AC)、异戊二烯低聚物(tc-E-AC)、异戊二烯低聚物(tc-F-AC)、异戊二烯低聚物(tc-G-AC)、异戊二烯低聚物(tc-对照-DC)、异戊二烯低聚物(tc-A-DC)、异戊二烯低聚物(tc-B-DC)、异戊二烯低聚物(tc-C-DC)、异戊二烯低聚物(tc-D-DC)、异戊二烯低聚物(tc-E-DC)、异戊二烯低聚物(tc-F-DC)和异戊二烯低聚物(tc-G-DC)中的一种。
后述实验中，各个使用异戊二烯低聚物(tc-E-AB)、异戊二烯低聚物(tc-F-AB)、异戊二烯低聚物(tc-E-DB)、异戊二烯低聚物(tc-F-DB)、异戊二烯低聚物(tc-E-AC)和异戊二烯低聚物(tc-E-DC)制造的聚异戊二烯分别作为聚异戊二烯E、聚异戊二烯B、聚异戊二烯F、聚异戊二烯C、聚异戊二烯G、聚异戊二烯H，加入橡胶组合物中。
[表12]
表12的结果显示，即使使用R-IPP和骨架及链末端改性的异戊二烯低聚物，获得的聚异戊二烯也与使用IPP和未改性的异戊二烯低聚物时具有相同的分子量。进一步地，对获得的聚异戊二烯用NMR、TLC和GC-MS进行分析，确认了与异戊二烯低聚物的情况类似，聚异戊二烯进行了与所使用的R-IPP和骨架及链末端改性的异戊二烯低聚物相对应的改性。
实施例中制备的异戊二烯低聚物和聚异戊二烯的链末端(与式(Z-1)、式(Z-2)、式(ZZ-1)或式(ZZ-2)的Y相应)为羟基或OPP。
用于实施例9至41和比较例1至4的化学试剂如下所列。
NR：TSR20
BR：BR01(JSR公司)
炭黑：DIABLACK(N220)(三菱化学公司)
异戊二烯低聚物a至n：上述实施例中所制备的异戊二烯低聚物
聚异戊二烯A至P：上述实施例中所制备的聚异戊二烯
氧化锌：氧化锌#1(三井金属矿业公司)
硬脂酸：硬脂酸(日油公司)
防老化剂：NOCRAC 6C(N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺)(大内新兴化学工业公司)
蜡：SUNNOC蜡(大内新兴化学工业公司)
硫：粉末硫(鹤见化学公司)
硫化促进剂NS：NOCCELER NS(N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺)(大内新兴化学工业公司)
二氧化硅：Nipsil AQ(湿法二氧化硅)(日本二氧化硅公司)
硅烷偶联剂：Si266(双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物)(德固赛公司)
硫化促进剂DPG：NOCCELER D(N,N-二苯基胍)(大内新兴化学工业公司)
根据表13至16所显示的配方，使用1.7L班伯里混合机混炼硫和硫化促进剂以外的材料，得到混炼物。接着，在该混炼物中混合硫和硫化促进剂，并用开放辊进行混炼，得到未硫化橡胶组合物。使用蒸汽加压硫化机在压力80kgf/cm2、150℃下对该未硫化橡胶组合物进行硫化30分钟，制备硫化橡胶组合物。
对由此制备的硫化橡胶组合物进行下述评价。结果如表13至16所示。表13的基准配方为比较例1的配方，表14的基准配方为比较例2的配方，表15的基准配方为比较例3的配方，表16的基准配方为比较例4的配方。
(粘弹性试验)
使用粘弹性光谱仪(岩本制作所)在70℃、应变2％时(初期伸长率)的条件进行tanδ的测定。以基准配方的tanδ为100，将其数值以指数表示。指数越高，生热越大。指数为100以下的配方视为改善了生热抗性(低生热性)。换言之，指数越低，低生热性越好。
(兰伯恩磨耗试验)
使用兰伯恩磨耗试验机(岩本制作所)并在荷重3kg、滑移率40％和沙速15g/分钟的条件下，实施磨耗试验。样品的形状为厚5mm、直径50mm。使用磨石是粒度#80的GC研磨粒。以基准配方的tanδ为100(基准)，将试验结果以指数表示。该指数越高，耐磨性越好。指数大于100的配方，视为改善了耐磨性。
(拉伸试验)
根据JIS K6251“橡胶、硫化橡胶或热塑性橡胶-拉应力与应变特性的确定方法”，使用由上述硫化橡胶片构成的3号哑铃型试样实施拉伸试验，以测定断裂拉伸强度(TB)(MPa)、断裂伸长率(EB)(％)。若将断裂伸长率小于480％的橡胶组合物用于大型轮胎时，容易产生橡胶碎片，因而需要改良。此外，由于低断裂拉伸强度会造成轮胎破坏，因此需要防止因材料的改变而引起的断裂拉伸强度的下降。
表13和15显示，使用本发明的异戊二烯低聚物的实施例表现出优秀的低生热性、耐磨性和断裂伸长率。
表14和16显示，使用本发明的聚异戊二烯的实施例表现出优秀的低生热性、耐磨性和断裂拉伸强度。
(序列表单独文本)
SEQ ID NO：1：制备变体酶N77A用的正向引物
SEQ ID NO：2：制备变体酶N77A用的反向引物
SEQ ID NO：3：制备变体酶L91D用的正向引物
SEQ ID NO：4：制备变体酶L91D用的反向引物
SEQ ID NO：5：变体酶N77A的氨基酸序列
SEQ ID NO：6：变体酶L91D的氨基酸序列

Claims (15)

1.一种聚异戊二烯，其由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物合成：
式(X)中，n表示1至10的整数，部分异戊二烯单元可被改性；
式(Y)中，R表示含氮基团、含氧基团、含硫基团或含硅基团，
在所述聚异戊二烯中，在所述烯丙基二磷酸上加成的异戊二烯单元的数量为30至40000。
2.根据权利要求1所述的聚异戊二烯，其由所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸、所述式(Y)表示的化合物和异戊烯基二磷酸合成。
3.根据权利要求1或2所述的聚异戊二烯，其中，所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸为式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸：
式(X-1)中，n表示1至10的整数，并且
式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被不同的原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被不同的原子或原子团取代。
4.一种聚异戊二烯，其由异戊二烯低聚物，以及式(Y)所表示的化合物和异戊烯基二磷酸中的至少一种合成，
所述异戊二烯低聚物由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物合成，其中在所述烯丙基二磷酸上加成的异戊二烯单元的数量为1至30，
式(X)中，n表示1至10的整数，部分异戊二烯单元可被改性；
式(Y)中，R表示甲基以外的基团；
在所述聚异戊二烯中，在所述烯丙基二磷酸上加成的异戊二烯单元的数量为30至40000。
5.根据权利要求4所述的聚异戊二烯，其中，所述异戊二烯低聚物由所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸、所述式(Y)表示的化合物和异戊烯基二磷酸合成。
6.根据权利要求4或5所述的聚异戊二烯，其中，所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸为式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸：
式(X-1)中，n表示1至10的整数，并且
式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被不同的原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被不同的原子或原子团取代。
7.根据权利要求4或5所述的聚异戊二烯，其中，所述异戊二烯低聚物的合成是使用具有异戊二烯基转移酶活性的酶进行的。
8.一种聚异戊二烯，其由式(ZZ-1)所表示或由式(ZZ-2)所表示：
式(ZZ-1)中，n表示1至10的整数；q表示30至40000的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP；iv部分所含的至少一个原子或原子团可被其他原子或原子团取代，
式(ZZ-2)中，n表示1至10的整数；q表示30至40000的整数；Y表示羟基、甲酰基、羧基、烷氧基羧基、烷氧基羰基或OPP；iv部分所含的至少一个原子或原子团可被其他原子或原子团取代，
所述式(ZZ-1)或所述式(ZZ-2)中的v部分中所含的至少一个原子或原子团被氮原子、氧原子、硫原子、硅原子、含氮基团、含氧基团、含硫基团或含硅基团取代。
9.根据权利要求8所述的聚异戊二烯，其中，所述式(ZZ-1)或所述式(ZZ-2)中的iv部分中所含的至少一个原子或原子团被不同的原子或原子团取代。
10.一种制造聚异戊二烯的方法，其包括由异戊二烯低聚物，以及式(Y)所表示的化合物和异戊烯基二磷酸中的至少一种来合成聚异戊二烯，
所述异戊二烯低聚物由式(X)所表示的烯丙基二磷酸和式(Y)所表示的化合物合成，其中在所述烯丙基二磷酸上加成的异戊二烯单元的数量为1至30，
式(X)中，n表示1至10的整数，部分异戊二烯单元可被改性；
式(Y)中，R表示含氮基团、含氧基团、含硫基团或含硅基团；；
在所述聚异戊二烯中，在所述烯丙基二磷酸上加成的异戊二烯单元的数量为30至40000。
11.根据权利要求10所述的制造聚异戊二烯的方法，其中，所述异戊二烯低聚物由所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸、所述式(Y)表示的化合物和异戊烯基二磷酸合成。
12.根据权利要求10或11所述的制造聚异戊二烯的方法，其中，所述式(X)所表示的烯丙基二磷酸为式(X-1)所表示的烯丙基二磷酸：
式(X-1)中，n表示1至10的整数，并且
式(X-1)中的II部分中所含的至少一个原子或原子团被不同的原子或原子团取代，式(X-1)中的III部分中所含的原子或原子团均未被不同的原子或原子团取代。
13.根据权利要求10或11所述的制造聚异戊二烯的方法，其中，所述异戊二烯低聚物的合成是使用具有异戊二烯基转移酶活性的酶进行的。
14.一种橡胶组合物，其含有权利要求1～9中任意一项所述的聚异戊二烯中的至少一种。
15.一种充气轮胎，其由根据权利要求14所述的橡胶组合物形成。
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