环氧乙烷基共聚物制造技术

本公开描述了可降解环氧乙烷基共聚物，这些共聚物包括无规、递变和嵌段共聚物。例如，本公开描述了通过硼烷活化的环氧乙烷单体与二氧化碳的共聚合反应，而合成可降解亲水性环氧乙烷基共聚物、可降解两亲性环氧乙烷基嵌段共聚物、可降解疏水性聚醚，以及用于合成的材料及方法。及方法。及方法。

【技术实现步骤摘要】
环氧乙烷基共聚物


[0001]本公开涉及可降解环氧乙烷基共聚物，以及形成这些可降解环氧乙烷基共聚物的方法。

技术介绍

[0002]聚亚烷基二醇类作为用作合成洗涤剂或聚氨酯的原料的特种聚合物有着悠久的历史。这 种聚合物是水溶性或者油性液体，它们最终会进入环境系统或者废水系统。因为它们不能被 回收或焚烧，所以对于进入这些系统的物质来说，可降解性是必需的。例如，聚亚烷基二醇 类包括聚环氧乙烷(PEO)和聚环氧丙烷(PPO，1,2
‑
环氧丙烷的聚合物)
[0003]聚环氧乙烷(PEO)，通常被称为聚乙二醇，由于其具有独特的性能(例如化学稳定性、 其亲水性、其生物相容性、尤其是其难以被免疫系统识别的隐身效应等)已成为美国FDA批 准用于临床的聚合物。官能团在链端的存在使得生物活性分子与PEO能够结合(即聚乙二醇 化)。因此，可以将所谓的“聚乙二醇化货物”在不被免疫系统识别的情况下运输至靶点。 为了延长循环时间并改善其空间屏蔽效应，防止其被肾脏清除，经聚乙二醇化的结合物的流 体力学尺寸应超过6
‑
8nm，该尺寸是肾小球滤过作用的阈值。然而，由于PEO的非降解性， 以及其潜在的体内生物蓄积性，所使用PEO的摩尔质量不应超过40kg/mol。
[0004]为了克服这个问题，已通过将可降解键引入PEO主链内而给PEO分子链赋予可降解性， 在这方面已经付出了很多努力。最常用的策略是通过遥爪型PEO的缩聚，包括将酯类、二硫 化物、乙缩醛、肟、亚胺或碳酸酯键引入PEO缩聚物中。然而，后面这种PEO衍生物显示 出非常宽的多分散性和不确定的结构。
[0005]经典的策略包括将环氧乙烷与其它单体发生阴离子共聚合反应，然后将可降解键引入 PEO主链内。例如，可以将共聚合的环氧乙烷(EO)与环氧氯丙烷经过高效的消除反应，从 而在PEO主链内生成可降解的亚甲基环氧乙烷(MEO)重复单元。类似地，可以通过阴离子 开环聚合反应(AROP)使环氧乙烷与3,4
‑
环氧
‑1‑
丁烯(EPB)发生共聚合，然后可以使EPB 的烯丙基部分异构化为pH可裂解的乙烯基醚类。另外一种策略包括对所制备的PEO或市售 的PEO进行后氧化处理，以生成沿其主链分布的可水解键。例如，经过芬顿反应(Fentonreaction)，在中性pH条件下，半缩醛可由过氧化氢和氯化铁无规地引入PEO主链。另外还 有报道显示，聚乙二醇类聚合物(PEGs)在钌的催化作用下，发生聚合后加氧官能化反应， 生成酸可裂解的聚乙二醇
‑
羟基乙酸共聚物。尽管后面这两种方法赋予可降解聚乙二醇以确定 的结构以及较低的多分散性，但也存在以下弊端：这种聚合物的合成所需的步骤较多，而且 在聚合后步骤中，与官能团的相容性问题应加以解决。
[0006]聚左旋丙交酯(PLLA)是另一种重要的聚合物，由于其生物相容性和可降解性以及其来 自生物资源的可获得性因而广泛地应用于生物医学领域。然而，由于其高结晶性、疏水性和 可降解性，已发现PLLA具有不同于PEO的生物医学应用。左旋丙交酯(LLA)与其它单体 的共聚合代表了调整其物理性能以适应各种生物医学应用的一般策略。例如，已通过多种单 体与LLA的序列聚合反应(sequential polymerization)获得了二嵌段共聚物或三嵌
段共聚物。 关于环氧化物单体(即环氧乙烷)，在文献中仅报道了有限数量的描述它们与LLA的共聚合 的研究。有一项报道，除了设法由PEO大分子引发剂进行PLLA嵌段增长外，还提到了使用 多种铝(Al)系催化剂和锡
‑
铝(Sn
‑
Al)双金属催化剂来制备具有宽分子量分布的LLA
‑
EO 多嵌段共聚物。另一项报道是采用经典的范登堡(Vandenberg)催化剂以获得高摩尔质量的 LLA
‑
EO无规共聚物。在这些报道的每个报道中，主要的焦点是使用各种配位催化剂来研究 LLA与环氧化物的“可共聚性”并且对最终获得的共聚物类型进行表征：即在第一种情况下 获得的多嵌段共聚物和在第二种情况下的无规共聚物。
[0007]将CO2掺入聚合物中不仅可以充分利用该温室气体以解决全球变暖问题而且给聚合物赋 予可降解性能，这对于面临白色污染的全世界来说是非常可取的。因此，自从1960年代由Inoue 进行的开创性工作到现在，环氧化物与CO2的共聚合已成为热点课题。虽然人们已对大多数 环氧化物的这种共聚合进行了充分研究，对于环氧乙烷(EO)来说，虽然通过乙烯氧化的年 生产规模约为3000万吨，目前甚至以乙醇为原料通过生物法生产，但在这方面的研究还不够。 作为最简单的环氧化物，EO与其它环氧化物单体相比，在(共)聚合过程中有其独特性。首 先，由于它的摩尔质量最小，对CO2的利用率也最高。如果EO与CO2的共聚合是交替的， 可以掺入50质量％的CO2，所产生的聚碳酸乙烯酯(PEC)是完全疏水的、生物相容的和生 物可降解的，其可以用作离子导电电解质、弹性体，特别是生物材料。具有高碳酸乙烯酯(EC) 含量的PECEO的合成最初是使用ZnEt2/H2O催化体系而实现，这可以生产具有在81％
‑
94％ 范围内的碳酸酯含量的PECEO。然而，该聚合不能很好地控制并且所获得的PECEO显示较 宽的摩尔质量分布。使用钴基金属有机催化剂，获得具有良好交替结构的聚碳酸乙烯酯 (PEC)。尽管取得了这些成就，但存在与金属催化剂相关的缺点，比如终产物的着色、金 属残留物的毒性、以及催化合成工艺步骤较多。
[0008]第二个特性是，由EO均聚反应得到的无任何CO2掺入的PECEO(即PEO)是亲水性的， 这与由其它环氧化物经过开环聚合(ROP)所产生的聚醚类完全不同。也有人尝试利用不稳 定碳酸酯作为可降解键来赋予可降解的性能。在碱存在下和苛刻反应条件下(160
‑
200℃)， 碳酸乙烯酯(EC)的开环聚合(ROP)可以给PEO提供在10
‑
25mol％范围内的碳酸酯含量， 然而不能很好地控制聚合，赋予聚合物的亲水性不知何故丢失，有一篇报道中有仅有的例外， 其中获得了“类PEG(PEG
‑
like)”的聚醚碳酸酯(摩尔质量高达10000g/mol，PDI<1.6)， 其碳酸酯含量较低(<10mol％)。
[0009]自从在2016年发现了无金属CO2/环氧化物共聚合以来，三乙基硼烷(TEB)介导(催化) 的(共)聚合越来越普及用于聚碳酸酯、聚醚、聚酯的合成以及最近的聚氨酯的合成。尤其 是，通过调整单体与引发剂之间的投料比以及CO2的聚合压力，可以容易地调整所合成聚碳 酸酯的摩尔质量(从百万到千g/mol)和碳酸酯含量(50
‑
95％)。
[0010]因此，亟需具有改善可降解性的类PEO聚合物和聚醚共聚物，以用于各种工业、医学和 化妆品用途。

技术实现思路

[0011]总体而言，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成可降解聚醚共聚物的方法，包括：在溶剂、烷基硼烷活化剂和鎓盐引发剂的存在下，使环氧乙烷单体与二氧化碳、环酐和环酯中的一种或多种接触，以形成具有聚醚键以及酯键或碳酸酯键中的至少一种的聚醚共聚物，其中酯或酯在共聚物主链中的含量至多为所述共聚物的50重量％。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述共聚物是在无金属的条件下形成。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述环氧乙烷单体选自由以下组成的组：其中，R3和R4各自独立地选自由烷基组成的组，所述烷基包括饱和和不饱和的、芳香族和环状烷基、含叠氮化物的烷基、以及含杂原子的烷基，其中所述杂原子是卤素、N、O、P、Si、Se或S，其中N、P、S和Se原子任选地被氧化，N杂原子任选地被季铵化，任选地所述环氧乙烷单体是环氧乙烷。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化剂选自三乙基硼烷、三苯基硼烷、三丁基硼烷、三甲基硼烷、三异丁基硼烷、以及它们的组合，任选地所述活化剂是三乙基硼烷。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂是非极性溶剂或配位溶剂，任选地所述溶剂是己烷或四氢呋喃。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述引发剂具有选自以下的化学式：{Y
+
,RO
‑
}、{Y
+
,RCOO
‑
}、{X
+
,N3‑
}和{X
+
,Cl
‑
}；其中，Y
+
选自K
+
、t
‑
BuP
4+
和t
‑
BuP
2+
；其中X
+
选自NBu
4+
、PBu
4+
、NOct
4+
和PPN
+
；其中RO
‑
选自CH3O(CH2)2O(CH2)2O
‑
和H2C＝CHCH2O
‑
，其中RCOO
‑
是脂肪族或芳香族羧酸酯，任选地所述引发剂是四丁基琥珀酸铵、四丁基氯化铵、四辛基氯化铵或双(三苯基膦)氯化亚胺。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述环氧乙烷单体与所述引发剂是以在约1000:1至约50:1范围内的摩尔比而存在。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化剂与所述引发剂是以在约5:1至约1:2范围内的摩尔比而存在。9.根据权利要求1所述的方法，还包括以在约1至约30巴范围内恒压下通入二氧化碳。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述环酯是存在的并且是丙交酯，或者选自由以
下组成的组：左旋丙交酯、右旋丙交酯、内消旋丙交酯、以及它们的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓双，J，
申请(专利权)人：阿卜杜拉国王科技大学，
类型：发明
国别省市：