催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物及其可阳离子化接枝共聚物的方法技术

本发明专利技术公开了催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物及其可阳离子化接枝共聚物的方法。本发明专利技术以双端羟基聚乙二醇为引发剂，以ε‑己内酯和α‑溴‑γ‑丁内酯为单体，以无金属有机化合物DPP为催化剂，通过CROP法，在温和条件下一步制备含多个溴官能团两亲性聚合物。合成方法便捷可控，因DPP催化活性较高，可以在室温下催化开环聚合，接着以共聚物主链上多个溴官能团为引发剂，采用ATRP法，以DMAEMA为单体、以CuBr/PMDETA为催化体系，合成PEG‑P(CL‑r‑BL)‑g‑PDMAEMA两亲性接枝共聚物，在酸性条件下可形成阳离子聚合物，成为有效包载核酸的载体，同时也是一种两亲性温敏性聚合物，在药物和基因的装载、运输与可控释放领域有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术高分子材料合成
，尤其是医用高分子材料制备，具体涉及催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物及其可阳离子化接枝共聚物的方法。
技术介绍
聚乙二醇(PEG)是一种生物相容性好、亲水性高的聚合物。PEG不会引起人体内免疫系统的严重抗原反应，并且分子量低于10000的PEG可以迅速通过代谢作用被排出体外，不在体内蓄积，没有任何毒副作用。因此，PEG已经被美国食品与药品管理局(FDA)批准认可，广泛运用于生物医药领域。PEG亲水性好，链柔顺性好，因此，PEG常被用于两亲性聚合物的亲水性组分，该两亲性聚合物能够在水中自组装形成以PEG为壳层的胶束。通过在胶束的疏水性内核包裹疏水性药物便可以实现药物的装载与运输。聚己内酯(PCL)也是一种生物相容性突出的聚合物，同样是FDA认证的聚合物，生物安全性好。并且PCL拥有良好的药物通透性，使得PCL成为在聚合物药物载体中常用的一种疏水性材料。值得注意的是，以PEG为引发剂，以环状聚酯为单体的可控开环聚合是制备两亲性生物相容性聚醚-聚酯共聚物的有效方法，该法能够方便地通过调整单体与引发剂的比例来控制共聚物的分子量，且分子量分布较窄。除此以外，通过与含溴官能团环状单体(如α-溴-γ-丁内酯)的开环共聚，可以在聚合物主链中引入溴官能团侧基，并且溴官能团侧基的数量和密度可以通过调节α-溴-γ-丁内酯与ε-己内酯的比例来进行调控。以该含溴官能团共聚物为大分子引发剂，可以通过原子转移自由基聚合(ATRP)方法引发某些烯类单体(如甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)聚合得到可阳离子化接枝共聚物和温敏性接枝共聚物。值得一提的是，α-溴-γ-丁内酯是一种难以均聚的环状单体，因此，在与其他环状单体开环共聚时，在所形成的聚合物链中，α-溴-γ-丁内酯结构单元不会连续出现，这一结构有效地为后续的ATRP法接枝共聚减小了空间位阻，有利于提高接枝共聚的单体转化率。然而目前含溴官能团环状单体的开环聚合却少有研究，主要原因是含溴官能团环状单体的开环活性较低。Albertsson等在2014年《PolymerChemistry》(聚合物化学)第5期3847-3854页发表的“Establishingα-bromo-γ-butyrolactoneasaplatformforsynthesisoffunctionalaliphaticpolyesters-bridgingthegapbetweenROPandSET-LRP”(基于α-溴-γ-丁内酯为平台合成功能化脂肪族聚酯-使可控开环聚合与单电子“活性”自由基聚合有效结合)。该文以苄醇为引发剂，以辛酸亚锡[Sn(Oct)2]为催化剂，在110℃下催化ε-己内酯或L-丙交酯与α-溴-γ-丁内酯开环共聚合成主链带溴官能团的脂肪族聚酯，再以该脂肪族聚酯上多个溴官能团为引发位点，采用单电子转移-“活性”自由基聚合(SET-LRP)方法引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、丙烯酸正丁酯(nBuAc)聚合得到接枝共聚物。但上述技术路线仍然存在两大问题，一是环状内酯开环聚合的催化剂为辛酸亚锡[Sn(Oct)2]，需要在较高的温度下聚合，存在一些副反应，且催化剂含金属，残留催化剂将影响聚合物产品的生物安全性；二是聚合物中α-溴-γ-丁内酯与ε-己内酯或L-丙交酯结构单元的摩尔比例最高只有0.12，共聚物主链中溴官能团密度难以进一步提高，这极大地限制了接枝链的接枝密度。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提供催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物的方法，该方法实现了使用无金属有机催化剂在温和条件下催化合成主链含多个溴官能团的两亲性聚乙二醇-聚环状内酯共聚物。并提供了利用该共聚物制备可阳离子化接枝共聚物的方法，该方法以主链含多个溴官能团的两亲性聚乙二醇-聚环状内酯共聚物为引发剂，引发甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)原子转移自由基聚合得到两亲性可阳离子化接枝共聚物，该两亲性可阳离子化接枝共聚物材料可用于药物和基因的装载与运输，为药物控制释放和靶向治疗、基因治疗提供潜在的载体材料。本专利技术提供的合成方法，实现在温和条件下的开环共聚，具有聚合活性高、聚合物无残留金属等优点，提高了生物安全性。此外，本专利技术提供的方法操作简单易行。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一、催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物的方法，包括以下步骤：1)聚乙二醇的干燥：将聚乙二醇与甲苯按质量体积比1g:4～20mL混合，在120℃～160℃、常压下油浴加热，以蒸馏出甲苯-水共沸物和过量的甲苯，得到干燥的聚乙二醇，并将其置于干燥的保护气中，备用；2)环状单体内酯的干燥：将环状单体内酯与CaH2粉末按10～50mL:1g放入反应器内，磁力搅拌24～48h，以使环状单体内酯干燥，然后用孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤，得到的滤液即为干燥的环状单体内酯，备用；3)共聚物的合成：将步骤1)得到的聚乙二醇作为引发剂与步骤2)得到的环状单体内酯按质量比1：1～30混合，并使之在磁力搅拌作用下混合均匀；加入催化剂，将上述混合物在室温～100℃下搅拌反应6h～29h；再用二氯甲烷溶解反应产物，然后加入乙醚得到沉淀状固体产品，过滤，将该沉淀状固体产品置于真空烘箱中烘干至恒重，得到含多个溴官能团两亲性聚合物。其中，步骤1)中所述的保护气为Ar或N2。步骤2)中所述的环状单体内酯包括ε-己内酯和α-溴-γ-丁内酯，其中α-溴-γ-丁内酯与ε-己内酯的质量比为1:1～10；相应的，步骤3)得到的含多个溴官能团两亲性聚合物为PEG-P(CL-r-BL)，该聚合物为主链上含多个溴官能团的共聚物。步骤3)中所述的催化剂与聚乙二醇中羟基的摩尔比为1～5:1；所述的催化剂为DPP(磷酸二苯酯)、DBU(1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯)、TBD(1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯)或MSA(甲基磺酸)。本专利技术采用无金属有机化合物磷酸二苯酯(DPP)为催化剂，以聚乙二醇作为引发剂，引发环状内酯的开环共聚，环状内酯单体包括ε-己内酯和α-溴-γ-丁内酯，可通过调节ε-己内酯和α-溴-γ-丁内酯的摩尔比、反应温度来调节聚合物中溴官能团的密度，此步可方便快捷地在温和条件下合成了一种主链带有多个溴取代基的两亲性聚乙二醇-聚环状内酯共聚物PEG-P(CL-r-BL)，聚合反应式如下：除聚乙二醇外，引发剂还可以使用己二醇、季戊四醇、三羟甲基丙烷、双季戊四醇、丙炔本文档来自技高网...

【技术保护点】
催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）聚乙二醇的干燥：将聚乙二醇与甲苯按质量体积比1g:4~20mL混合，在120 ℃~160 ℃、常压下油浴加热，以蒸馏出甲苯‑水共沸物和过量的甲苯，得到干燥的聚乙二醇，并将其置于干燥的保护气中，备用；2）环状单体内酯的干燥：将环状单体内酯与CaH2粉末按10~50mL:1g放入反应器内，磁力搅拌24 ~48h，以使环状单体内酯干燥，然后用孔径为0.45 μm的微孔滤膜过滤，得到的滤液即为干燥的环状单体内酯，备用；3）共聚物的合成：将步骤1）得到的聚乙二醇作为引发剂与步骤2）得到的环状单体内酯按质量比1：1~30混合，并使之在磁力搅拌作用下混合均匀；加入催化剂，将上述混合物在室温~100 ℃下搅拌反应6 h~29 h；再用二氯甲烷溶解反应产物，然后加入乙醚得到沉淀状固体产品，过滤，将该沉淀状固体产品置于真空烘箱中烘干至恒重，得到含多个溴官能团两亲性聚合物。

【技术特征摘要】
1.催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）聚乙二醇的干燥：将聚乙二醇与甲苯按质量体积比1g:4~20mL混合，在120℃~160℃、常压下油浴加热，以蒸馏出甲苯-水共沸物和过量的甲苯，得到干燥的聚乙二醇，并将其置于干燥的保护气中，备用；
2）环状单体内酯的干燥：将环状单体内酯与CaH2粉末按10~50mL:1g放入反应器内，磁力搅拌24~48h，以使环状单体内酯干燥，然后用孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤，得到的滤液即为干燥的环状单体内酯，备用；
3）共聚物的合成：将步骤1）得到的聚乙二醇作为引发剂与步骤2）得到的环状单体内酯按质量比1：1~30混合，并使之在磁力搅拌作用下混合均匀；加入催化剂，将上述混合物在室温~100℃下搅拌反应6h~29h；再用二氯甲烷溶解反应产物，然后加入乙醚得到沉淀状固体产品，过滤，将该沉淀状固体产品置于真空烘箱中烘干至恒重，得到含多个溴官能团两亲性聚合物。
2.根据权利要求1所述的催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物的方法，其特征在于，步骤1）中所述的保护气为Ar或N2。
3.根据权利要求1所述的催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物的方法，其特征在于，步骤2）中所述的环状单体内酯包括ε-己内酯和α-溴-γ-丁内酯，其中α-溴-γ-丁内酯与ε-己内酯的质量比为1:1~10；相应的，步骤3）得到的含多个溴官能团两亲性聚合物为PEG-P(CL-r-BL)。
4.根据权利要求1所述的催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物的方法，其特征在于，步骤3）中所述的催化剂与聚乙二醇中羟基的摩尔比为1~5:1；所述的催化剂为DPP、DBU、TBD或MSA。
5.利用权利要求3合成的含多个溴官能团两亲性聚合物制备可阳离子化接枝共聚物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）先将茄形反应瓶连接真空/Ar双排管操作系统，重复抽真空-通Ar操作三次，以使茄形反应瓶内形成无氧环境；再在通Ar的情况下，将0.7mmol的CuBr...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晨，杨迁，彭雪杨，刘淦，彭瑞，周孟，张雪梅，李新跃，阳龑，鲁越，唐浩，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川;51