CN101367934A - 聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种化工技术领域的聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法。在低温和碱催化的条件下，聚乙二醇与对甲基苯磺酰氯反应，使一端反应上一个易离去的对甲基苯磺酸酯。得到的聚乙二醇衍生物继续与杯芳烃反应，选择性修饰对位两个羟基，得到两亲性的杯芳烃分子。两步反应产率均很高。改变聚乙二醇分子量与端基均可以得到选择性取代的两亲性杯[4]芳烃衍生物。利用两亲特性可以实现溶液中的自组装，而剩余的两个酚羟基可以进一步功能化。本发明制备的聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃衍生物可应用在药物传输、基因转染等生物医药领域，以及模拟酶和相催化等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工技术领域的制备方法，具体是一种聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法。
背景技术
杯芳烃及其衍生物能够与有机分子或金属离子形成配合物，因此杯芳烃被认为是继冠醚、环糊精之后更具发展潜力的第三代超分子主体分子，在主客体化学领域得到了广泛研究。尽管已有一些文献报道了杯芳烃在液膜传输、络合萃取、分子探针、分子器件和传感器等领域的应用潜力，但是目前具有实际应用价值的杯芳烃及其衍生物并不多，其中重要原因之一是因为杯芳烃及其衍生物属于小分子有机化合物，存在难加工、易流失等缺点。因此，把杯芳烃及其衍生物通过化学键直接键合在聚合物上，得到含杯芳烃的聚合物，就有望开发出新型杯芳烃功能材料。
经对现有技术的文献检索发现，含聚合物修饰的杯芳烃按链结构划分主要有三类。第一类是杯芳烃主链聚合物：Dondoni等在《Chem.Commun.》(化学快讯，1997年，第7卷，673～674页)上发表了“Synthesis and receptor propertiesof calix[4]arene-bisphenol-A copolymers”(杯[4]芳烃与双酚A共聚物的合成与受体性能)，该文中用双酚A与下沿二醚化的杯[4]芳烃衍生物通过界面缩聚得到主链中含有杯[4]芳烃单元的聚醚化合物，其对Ag+的萃取选择性能几乎是杯芳烃单体的10倍。第二类是杯芳烃侧基聚合物：Alexandratos等在《Macromolecules》(大分子，2001年，第34卷，206～210页)上发表了“Synthesisand ion-binding affinities of calix[4]arenes immobilized on cross-linkedpolystyrene”(含杯[4]芳烃的交联聚苯乙烯的合成与离子络合性能)，该文中用杯[4]芳烃的下沿二磷酸酯化衍生物和交联的聚氯甲基苯乙烯反应，成功地将杯[4]芳烃单元作为侧基接到主链上，发现其能高效地络合Cs+、Fe3+和Pd2+，并对其络合机理进行了研究。第三类是以杯芳烃为核的星型聚合物：Hailes等人在《Org.Biomol.Chem.》(有机生物分子化学，2003年，第1卷，427～435页)发表了“The selective functionalisation and difunctionalisation ofp-substituted calix[6]arene and calix[8]arenes using hydrophilicmoieties”(利用亲水段选择性功能化和双功能化的杯[6]芳烃和杯[8]芳烃)，该文利用经过溴取代的不同链长的聚乙二醇分子饰杯[6]芳烃与杯[8]芳烃对位的羟基得到两亲性杯芳烃衍生物。但是文中只是利用溴代的短链聚乙二醇对杯[6]芳烃和杯[8]芳烃的修饰，由于溴取代的聚乙二醇反应活性较低，当乙二醇单元数达到11个的时候，得到的杯[6]芳烃和杯[8]芳烃聚乙二醇衍生物产率只有10％-40％。文中用端基是羟基的聚乙二醇修饰杯芳烃，采取两步法来合成，先将羟基用THP(四氢吡喃基)保护，将聚乙二醇修饰上杯芳烃后再去保护，经过两步反应后得到的产率较低。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法，用带有更易离去的基团(对甲基苯磺酸酯)取代的聚乙二醇选择性对称修饰杯芳烃下端两个酚羟基，得到两亲性杯芳烃衍生物，合成过程简单，产率高。利用产物的两亲特性可以实现溶液中的自组装，而剩余的两个酚羟基可以进一步功能化。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明是先将聚乙二醇和对甲基苯磺酰氯反应得到单取代产物。然后再与杯[4]芳烃反应，在碳酸钾为碱的作用下，控制投料比，可以选择性地取代杯芳烃下端相对的两个酚羟基，得到两亲性杯芳烃化合物。控制聚乙二醇链长就可以控制杯芳烃亲疏水比例。
本发明包括以下步骤：
步骤a：在圆底烧瓶中，加入聚乙二醇、氢氧化钠、水溶解。把对甲基苯磺酰氯溶于四氢呋喃中，对甲基苯磺酰氯溶液逐滴加入反应瓶中反应。粗产物用二氯甲烷萃取，去离子水洗去除过量氢氧化钠及部分未反应原料。
步骤b：在三口烧瓶中，加入杯[4]芳烃、步骤a得到的聚乙二醇对甲基苯磺酸酯、碳酸钾，在无水乙腈中搅拌完全溶解，氮气保护条件下反应。加水和氢氧化钠搅拌。减压蒸馏去掉乙腈，加入乙酸乙酯萃取粗产物。蒸干乙酸乙酯后产物成淡黄色油状物。
步骤a中，聚乙二醇有两类，第一类是一侧端基为甲基而另一侧为羟基的聚乙二醇，分子量包括550、750、1000、2000。第二类是两侧端基都是羟基的聚乙二醇，分子量包括152、192、600、1000。
步骤a中，所述将对甲基苯磺酰氯溶液逐滴加入反应瓶中反应，是指：用恒压滴液漏斗将对甲基苯磺酰氯溶液逐滴加入反应瓶中，在温度-3—-5摄氏度反应。
步骤a中，所述去离子水洗，其次数为三遍。
步骤b中，所述杯[4]芳烃与聚乙二醇对甲基苯磺酸酯以及碳酸钾三者摩尔比为1：2.1：4。
步骤b中，杯芳烃是指对叔丁基杯[4]芳烃，去掉对叔丁基的杯[4]芳烃中一种。
反应的产物可以通过核磁共振证实其结构。根据本发明聚乙二醇选择性修饰杯[4]芳烃得到两亲性杯芳烃衍生物的制备方法，可以得到新的大分子修饰的两亲性杯芳烃。此体系的特点是可以控制聚乙二醇链长，从而得到不同亲疏水比例的两亲性杯芳烃。
本发明应用易离去的对甲基苯磺酸酯修饰的聚乙二醇，实现了不同分子量和端基的聚乙二醇对于杯[4]芳烃的选择性修饰。本发明是一种新的聚乙二醇修饰杯芳烃的方法，该方法能够选择性修饰杯芳烃对位羟基，具有合成简单、产率高等优点，制备的杯[4]芳烃衍生物具有聚乙二醇的生物相容性和杯芳烃的分子识别功能。产物本身的两亲特性使其可以应用在自组装、药物传输、基因转染等生物医药领域，以及模拟酶和相催化等领域。
附图说明
图1：杯[4]芳烃聚乙二醇衍生物合成过程。
图2：端甲基聚乙二醇550修饰的叔丁基杯[4]芳烃的1H核磁谱图。
图3：端甲基聚乙二醇750修饰的叔丁基杯[4]芳烃的1H核磁谱图。
图4：端甲基聚乙二醇550修饰的去叔丁基杯[4]芳烃的1H核磁谱图。
图5:三甘醇修饰的叔丁基杯[4]芳烃的1H核磁谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例的实施过程，如图1所示，其中：a：端甲基的分子量550聚乙二醇修饰的叔丁基杯[4]芳烃；b：端甲基的分子量750聚乙二醇修饰的叔丁基杯[4]芳烃；c：端甲基的分子量550聚乙二醇修饰的去叔丁基杯[4]芳烃d：端羟基三甘醇修饰的叔丁基杯[4]芳烃。
实施例1
步骤a：在250毫升圆底烧瓶中，加入5.2克端甲基聚乙二醇550，780毫克氢氧化钠，加入40毫升水搅拌溶解。将2.4克对甲基苯磺酰氯溶于40毫升四氢呋喃中，用恒压滴液漏斗将对甲基苯磺酰氯溶液逐滴加入反应瓶中，2个小时内滴加完成。在冰箱中反应4个小时，粗产物用二氯甲烷萃取，去离子水洗三遍除去过量碱和未反应的原料和副产物。当聚乙二醇分子量大于1000以后，可以进一步由无水乙醚重结晶提纯。最终产率85％。
步骤b：在250毫升三口烧瓶中，加入1.29克叔丁基杯[4]芳烃、2.65克端甲基聚乙二醇550，559毫克碳酸钾、70毫升无水乙腈。搅拌完全溶解，氮气保护条件下回流三天至薄层色谱分析杯芳烃原料消失。加入20毫升0.1摩尔/升的氢氧化钠溶液，搅拌两小时。减压蒸馏去掉乙腈，再加入100毫升乙酸乙酯萃取。蒸干乙酸乙酯后产物成淡黄色油状物。粗产物有3.2克，产率87％。经硅胶层析过柱，二氯甲烷/甲醇＝20:1为淋洗剂，提纯后得到产物2.6克，产率70％。
实施例2
步骤a：步骤a：在250毫升圆底烧瓶中，加入7.1克端甲基聚乙二醇750，780毫克氢氧化钠，加入50毫升水搅拌溶解。将2.4克对甲基苯磺酰氯溶于40毫升四氢呋喃中，用恒压滴液漏斗将对甲基苯磺酰氯溶液逐滴加入反应瓶中，2个小时内滴加完成。在冰箱中反应4个小时，粗产物用二氯甲烷萃取，去离子水洗三遍除去过量碱和未反应的原料和副产物。当聚乙二醇分子量大于1000以后，可以进一步由无水乙醚重结晶提纯。最终产率78％。
步骤b：在250毫升三口烧瓶中，加入1.29克叔丁基杯[4]芳烃，3.67克端甲基聚乙二醇750，再加入559毫克碳酸钾作为催化用的碱，加入70毫升无水乙腈搅拌完全溶解，氮气保护条件下回流三天至薄层色谱分析杯芳烃原料消失，然后加入20毫升0.1摩尔/升的氢氧化钠溶液，搅拌两小时。减压蒸馏去掉乙腈，然后加入100毫升乙酸乙酯萃取。蒸干乙酸乙酯后产物成淡黄色油状物，粗产物3.72克，产率87％。经硅胶层析过柱，二氯甲烷/甲醇＝15:1为淋洗剂，提纯后得到产物2.78克，产率65％。
实施例3
步骤a：同实施例1步骤a
步骤b：在250毫升三口烧瓶中，加入0.85克去叔丁基杯[4]芳烃，2.65克端甲基聚乙二醇550、559毫克碳酸钾、70毫升无水乙腈。搅拌完全溶解，氮气保护条件回流两天至薄层色谱分析杯芳烃原料消失。加入20毫升0.1摩尔/升的氢氧化钠溶液，搅拌两小时。减压蒸馏去掉乙腈，然后加入100毫升乙酸乙酯萃取。蒸干乙酸乙酯后产物成淡黄色油状物，粗产物2.8克，产率80％。经硅胶层析过柱，二氯甲烷/甲醇＝35：1至5：1梯度淋洗，提纯后得到产物2.2克，产率为61％。
实施例4
步骤a：在250毫升圆底烧瓶中，加入1.44克端羟基三甘醇，780毫克氢氧化钠，加入30毫升水搅拌溶解。将2.4克对甲基苯磺酰氯溶于40毫升四氢呋喃中，用恒压滴液漏斗将对甲基苯磺酰氯溶液逐滴加入反应瓶中，2个小时内滴加完成。在冰箱中反应4个小时，粗产物用二氯甲烷萃取，去离子水洗三遍除去过量碱和未反应的原料和副产物。最终产率85％。
步骤b：在250毫升三口烧瓶中，加入2.6克对叔丁基杯[4]芳烃，5克一侧端基为对甲基苯磺酸酯的三甘醇、2.8克碳酸钾、150毫升无水乙腈。搅拌完全溶解，氮气保护条件回流两天至薄层色谱分析杯芳烃原料消失。加入20毫升0.1摩尔/升的氢氧化钠溶液，搅拌两小时。减压蒸馏去掉乙腈，然后加入100毫升乙酸乙酯萃取。蒸干乙酸乙酯后产物成淡黄色油状物6.3克，经硅胶层析过柱，乙酸乙酯淋洗，提纯后得到产物2.54克。最终产率72％。
实施例结果见附图。图2-图4是实施实例得到产物的一维氢谱图，图中已对产物的氢进行归属。图中对于亚甲基桥联的杯[4]芳烃，选择性取代后，亚甲基具有两个双重峰，其结构仍然是锥式构型。
图2和图3是叔丁基杯[4]芳烃与端甲基聚乙二醇反应的产物，叔丁基的位置有两个单峰，说明是由聚乙二醇对称取代的，积分面积比也为1：1。
图4去叔丁基杯[4]芳烃的产物苯环上的k和1位置也有两个相同面积的三重峰，说明是对称取代的。乙二醇单元和杯芳烃苯环上的氢积分面积比也符合一个杯芳烃分子接两个聚乙二醇分子的比率。
图5是叔丁基杯[4]芳烃与三甘醇的产物的氢谱图，峰已经在图中归属。
Claims (7)
1.一种聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：在圆底烧瓶中，加入聚乙二醇、氢氧化钠、水溶解，把对甲基苯磺酰氯溶于四氢呋喃中，将对甲基苯磺酰氯溶液逐滴加入反应瓶中反应，粗产物用二氯甲烷萃取，去离子水洗三遍去除过量氢氧化钠及部分未反应原料；
步骤b：在三口烧瓶中，加入杯[4]芳烃、步骤a得到的聚乙二醇对甲基苯磺酸酯、碳酸钾，在无水乙腈中搅拌完全溶解，氮气保护条件下反应，加水和氢氧化钠搅拌，减压蒸馏去掉乙腈，加入乙酸乙酯萃取粗产物，蒸干乙酸乙酯后产物成淡黄色油状物。
2.根据权利要求1所述的聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法，其特征是，步骤a中，所述聚乙二醇包含两类，第一类是一侧端基为甲基而另一侧为羟基的聚乙二醇，分子量包括550、750、1000、2000；第二类是两侧端基都是羟基的聚乙二醇，分子量包括152、192、600、1000。
3.根据权利要求1所述的聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法，其特征是，步骤a中，所述将对甲基苯磺酰氯溶液逐滴加入反应瓶中反应，是指：用恒压滴液漏斗将对甲基苯磺酰氯溶液逐滴加入反应瓶中，在温度-3—-5摄氏度反应。
4.根据权利要求1所述的聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法，其特征是，步骤a中，所述去离子水洗，其次数为三遍。
5.根据权利要求1所述的聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法，其特征是，步骤b中，所述杯[4]芳烃与聚乙二醇对甲基苯磺酸酯以及碳酸钾三者摩尔比为1：2.1：4。
6.根据权利要求1所述的聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法，其特征是，步骤b中，所述杯芳烃为杯[4]芳烃、去叔丁基杯[4]芳烃中一种。
7.根据权利要求1所述的聚乙二醇修饰的两亲性杯芳烃的制备方法，其特征是，所述杯芳烃亲疏水比例通过控制聚乙二醇链长实现。
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