CN103936947B - 一种双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属高分子材料和生物医学工程领域，具体涉及一种双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法。具体步骤为：利用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合法依次引发对氯甲基苯乙烯和甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯单体的聚合反应，随后聚对氯甲基苯乙烯嵌段上的氯基团进行叠氮化，再与二氧化碳响应性单元进行点击反应，制得具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。本发明所制备的两亲性嵌段共聚物可以在水中自组装为稳定纳米囊泡，并且疏水链段与亲水链段均具有二氧化碳响应性，可以通过二氧化碳的输入与排出调节囊泡的形态，因此在药物控制释放载体、生物纳米器件等领域具有广泛的应用。本发明所述合成方法简单易行，原料均可工业化生产，具有很好的推广应用价值。

Description

一种双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料和生物医学工程领域，具体涉及一种双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法。
背景技术
刺激响应性聚合物是一类可以对温度、pH、光等外部刺激做出响应，并产生相应物理结构以及化学性质变化甚至突变的高分子材料，也被称作智能材料，吸引了人们广泛的兴趣。与pH响应性的高分子材料相比，具有二氧化碳响应性的材料更具潜力，因为此类聚合物的响应性可以通过二氧化碳气体的通入与排出得到体现，而非酸碱的滴加，气体的通入在操作上更加简便，具有很强的工业化潜力。
聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯是一种较常见的具有温度和pH双重响应性的高分子材料，近来的表明聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯还具有二氧化碳响应性。赵越等(Han,D.;Tong,X.;Boissiere,O.;Zhao,Y.MacroLett.,2012,1,57-61.)研究了以聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯为二氧化碳响应性结构的胶束与凝胶形态对二氧化碳与惰性气体氩气的刺激响应性，研究表明二氧化碳的通入可以极大地影响聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯的LCST温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双重二氧化碳响应性材料的制备方法。
本发明的目的是合成具有双重二氧化碳响应性的两亲性嵌段共聚物。本发明利用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合法依次引发对氯甲基苯乙烯和甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯单体的聚合反应，随后聚对氯甲基苯乙烯嵌段上的氯基团进行叠氮化，再与二氧化碳响应性单元进行点击反应，制得具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
本发明提出的具有双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法，具体步骤如下：
（1）将RAFT链转移剂与对氯甲基苯乙烯溶于溶剂中，利用三次冷冻-抽真空循环的方法脱气，在氩气气氛保护下25-100℃反应3-48小时；随后加入甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯，在25-100℃反应3-48小时进行聚合；反应结束后在沉淀剂中沉淀，干燥后得到具有单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物；对氯甲基苯乙烯与甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯的摩尔比为1:1-1:4；
（2）对步骤（1）得到的单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物大分子侧链的氯官能团进行叠氮化，随后与具有二氧化碳响应性的小分子一同溶于溶剂中，在催化剂作用下，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20～100℃，反应时间为1～48小时；除去催化剂后，利用沉淀剂除去过量的小分子，真空干燥后得到具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
本发明中，步骤（1）所述RAFT链转移剂为氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯、4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸、4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸或2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸中的一种或几种。
本发明中，步骤（1）所述引发剂为二甲基亚砜、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺或乙腈中的一种或几种。
本发明中，步骤（1）所述沉淀剂为正己烷、乙醚或甲醇中的一种或几种。
本发明中，步骤（2）所述具有二氧化碳响应性的小分子为炔丙醇、炔丙基溴、N’-炔丁基-N,N-二乙基乙脒或N’-炔丙基-N,N-二甲基乙脒的一种或几种。
本发明中，步骤（2）所述溶剂为二甲基亚砜、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
本发明中，步骤（2）所述催化剂为氯化亚铜/联吡啶、溴化亚铜/联吡啶、氯化亚铜/五甲基二乙烯三胺、溴化亚铜/五甲基二乙烯三胺、氯化亚铜/六甲基三亚乙基四胺或溴化亚铜/六甲基三亚乙基四胺中的一种或几种。
本发明中，步骤（2）所述沉淀剂为正己烷、乙醚或甲醇中的一种或几种。
本发明在药物控制释放载体、生物纳米器件等领域具有广泛的应用。本发明所述合成方法简单易行，原料均可工业化生产，具有很好的推广应用价值。
附图说明
图1为实施例1制备的具有双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的结构示意图。
图2为单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物大分子侧链的氯官能团进行叠氮化前后的红外谱图；（a）叠氮化前；（b）叠氮化后。
图3为点击化学反应前后产物的核磁谱图，（a）点击反应以前；（b）点击化学反应后的终产物。
图4为临界聚集浓度测定曲线。
图5为囊泡的TEM照片。
图6为二氧化碳/氩气循环刺激下囊泡粒径的变化曲线。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
该具有双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的分子结构用核磁共振分析仪（NMR）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）测定。最低临界聚集浓度用荧光光谱仪测定。自组装所得囊泡用透射电镜(TEM)与原测定。囊泡粒径变化用动态激光光散射仪(DLS)测定。
实施例1
（1）将20mg2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸与对0.4g氯甲基苯乙烯溶于乙腈中，利用三次冷冻-抽真空循环的方法脱气，在氩气气氛保护下70℃反应12小时。随后加入0.6g甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯，在相同温度时与反应时间下进行聚合。反应结束后在正己烷中沉淀，干燥后得到具有单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
（2）对步骤（1）得到的大分子侧链的氯官能团进行叠氮化，随后溶于N,N-二甲基甲酰胺中，再加入0.3gN’-炔丙基-N,N-二甲基乙脒，催化剂氯化亚铜（15毫克）/五甲基二乙烯三胺（30毫克），体系在氩气保护下反应，反应温度为70℃，反应时间为24小时。除去催化剂后，在乙醚中沉淀，真空干燥后得到具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
该双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的代表结构式如图1所示。单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物大分子侧链的氯官能团进行叠氮化前后的红外谱图如图2所示。点击化学反应前后产物的核磁谱图如图3所示。临界聚集浓度测定曲线如图4所示。囊泡的TEM照片如图5所示。二氧化碳/氩气循环刺激下囊泡粒径的变化曲线如图6所示。
实施例2
（1）将15mg氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯与对0.4g氯甲基苯乙烯溶于二甲基亚砜中，利用三次冷冻-抽真空循环的方法脱气，在氩气气氛保护下40℃反应12小时。随后加入0.4g甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯，在相同温度时与反应时间下进行聚合。反应结束后在乙醚中沉淀，干燥后得到具有单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
（2）对步骤（1）得到的大分子侧链的氯官能团进行叠氮化，随后溶于氯仿中，再加入0.22g炔丙醇，催化剂溴化亚铜（18毫克）/五甲基二乙烯三胺（30毫克），体系在氩气保护下反应，反应温度为80℃，反应时间为16小时。除去催化剂后，在正己烷中沉淀，真空干燥后得到具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
实施例3
（1）将18mg4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸与对0.4g氯甲基苯乙烯溶于N,N-二甲基甲酰胺中，利用三次冷冻-抽真空循环的方法脱气，在氩气气氛保护下100℃反应4小时。随后加入0.4g甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯，在相同温度时与反应时间下进行聚合。反应结束后在甲醇中沉淀，干燥后得到具有单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
（2）对步骤（1）得到的大分子侧链的氯官能团进行叠氮化，随后溶于二甲基亚砜，再加入0.35gN’-炔丁基-N,N-二乙基乙脒，催化剂氯化亚铜（10毫克）/联吡啶（25毫克），体系在氩气保护下反应，反应温度为45℃，反应时间为8小时。除去催化剂后，在甲醇中沉淀，真空干燥后得到具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
实施例4
（1）将25mg4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸与对0.3g氯甲基苯乙烯溶于氯仿中，利用三次冷冻-抽真空循环的方法脱气，在氮气气氛保护下80℃反应24小时。随后加入0.5g甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯，在相同温度时与反应时间下进行聚合。反应结束后在正己烷中沉淀，干燥后得到具有单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
（2）对步骤（1）得到的大分子侧链的氯官能团进行叠氮化，随后溶于N,N-二甲基乙酰胺，再加入0.3g炔丙基溴，催化剂溴化亚铜（10毫克）/联吡啶（25毫克），体系在氩气保护下反应，反应温度为60℃，反应时间为5小时。除去催化剂后，在甲醇中沉淀，真空干燥后得到具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
实施例5
（1）将15mg2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸与对0.45g氯甲基苯乙烯溶于N,N-二甲基甲酰胺中，利用三次冷冻-抽真空循环的方法脱气，在氮气气氛保护下60℃反应18小时。随后加入0.4g甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯，在相同温度时与反应时间下进行聚合。反应结束后在乙醚中沉淀，干燥后得到具有单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
（2）对步骤（1）得到的大分子侧链的氯官能团进行叠氮化，随后溶于N,N-二甲基甲酰胺，再加入0.3gN’-炔丙基-N,N-二甲基乙脒，催化剂氯化亚铜（20毫克）/六甲基三亚乙基四胺（45毫克），体系在氮气保护下反应，反应温度为65℃，反应时间为8小时。除去催化剂后，在正己烷中沉淀，真空干燥后得到具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
实施例6
（1）将30mg氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯与对0.42g氯甲基苯乙烯溶于乙腈中，利用三次冷冻-抽真空循环的方法脱气，在氮气气氛保护下90℃反应5小时。随后加入0.45g甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯，在相同温度时与反应时间下进行聚合。反应结束后在甲醇中沉淀，干燥后得到具有单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
（2）对步骤（1）得到的大分子侧链的氯官能团进行叠氮化，随后溶于氯仿，再加入0.4gN’-炔丙基-N,N-二乙基乙脒，催化剂溴化亚铜（25毫克）/六甲基三亚乙基四胺（45毫克），体系在氮气保护下反应，反应温度为90℃，反应时间为6小时。除去催化剂后，在乙醚中沉淀，真空干燥后得到具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。

Claims (7)

1.一种双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）将RAFT链转移剂与对氯甲基苯乙烯溶于溶剂中，利用三次冷冻-抽真空循环的方法脱气，在氩气气氛保护下25-100℃反应3-48小时；随后加入甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯，在25-100℃反应3-48小时进行聚合；反应结束后在沉淀剂中沉淀，干燥后得到具有单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物；对氯甲基苯乙烯与甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯的摩尔比为1:1-1:4；
（2）对步骤（1）得到的单一二氧化碳响应性的嵌段共聚物大分子侧链的氯官能团进行叠氮化，随后与具有二氧化碳响应性的小分子一同溶于溶剂中，在催化剂作用下，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20～100℃，反应时间为1～48小时；除去催化剂后，利用沉淀剂除去过量的小分子，真空干燥后得到具有双重二氧化碳响应性的嵌段共聚物。
2.根据权利要求1所述的双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法，其特征是步骤（1）所述RAFT链转移剂为氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯、4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸、4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸或2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法，其特征是步骤（1）所述溶剂为二甲基亚砜、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺或乙腈中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法，其特征是步骤（1）所述沉淀剂为正己烷、乙醚或甲醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法，其特征是步骤（2）所述溶剂为二甲基亚砜、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法，其特征是步骤（2）所述催化剂为氯化亚铜/联吡啶、溴化亚铜/联吡啶、氯化亚铜/五甲基二乙烯三胺、溴化亚铜/五甲基二乙烯三胺、氯化亚铜/六甲基三亚乙基四胺或溴化亚铜/六甲基三亚乙基四胺中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的双重二氧化碳响应性嵌段共聚物的制备方法，其特征是步骤（2）所述沉淀剂为正己烷、乙醚或甲醇中的一种或几种。
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