CN104086691A - 一种含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法 - Google Patents

一种含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法。通过过硫酸盐氧化葫芦脲得到羟基葫芦脲,将羟基葫芦脲进一步反应得到可聚合的葫芦脲单体,并通过自由基聚合与其他水溶性单体共聚得到含有葫芦脲结构的聚合物。本发明制备的聚合物,由于在大分子中侧链引入了葫芦脲单元,与普通聚合物或者同类主体分子官能化的聚合物相比,具有相更强的结合能力,更好的识别能力,更高的化学稳定性以及良好的生物相容性。在医药、生物材料、日化和分析等领域有广阔的应用前景。

Description

一种含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物的制备方法,具体涉及一种含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,特别涉及一种侧链葫芦脲官能化的聚合物的制备方法,属于高分子化学及聚合物技术领域。
背景技术
侧链葫芦脲官能化的聚合物是指在聚合物侧链上引入葫芦脲结构的一类聚合物。在国内以及国际上,明确具有此种结构的聚合物尚未报道。侧链含有其他主体分子的聚合物已经有所报道,其具有低的生物毒性,良好的生物相容性,选择性的识别能力,良好的药物运输以及负载能力,在生物凝胶、药物运载与控释、药物靶向作用及蛋白识别与分离等领域具有广泛的应用前景。
与其它主体分子相比,葫芦脲主要有以下几个优势:(1)葫芦脲的孔径从葫芦[5]脲到葫芦[10]脲依次增大,可选范围宽;(2)葫芦脲相对其他主体分子更稳定;(3)葫芦脲的结合常数高;(4)葫芦脲对客体分子的选择性强;(5)葫芦脲有良好的生物相容性。因此,含有葫芦脲结构的聚合物的性能与应用前景是更广阔的。但受限于葫芦脲的官能化非常困难,葫芦脲的溶解性非常差等因素,含有葫芦脲结构的聚合物基本没有报道。所以,需要寻找一种可行的、具有一定普适性的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法。
本发明的技术方案如下:
一种含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,该聚合物具有式(Ⅴ)所示的结构,
步骤如下:
(1)将式(Ⅰ)所示化合物(葫芦脲)分散在水中,加入3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴,形成均相溶液;
所述的式(Ⅰ)所示化合物与水的质量体积比为(0.1–2):(10–100)g/ml,
所述的3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴与式(Ⅰ)所示化合物的质量比为(0.05–1):(0.1–2);
(2)向步骤(1)所得均相溶液加入过硫酸盐,45–95℃,反应4-20h;反应产物经大孔树脂色谱柱分离,得到式(II)所示化合物;
所述的过硫酸盐与式(Ⅰ)所示化合物的质量比为(0.05–1):(0.1–2);
(3)式(II)所示化合物在氢化钠作用下,与4-乙烯卞氯在-20–20℃,反应6-24h,将可聚合官能团连接到葫芦脲上,使用乙醚沉淀并用甲醇洗涤得相应产物;
所述的式(II)所示化合物与4-乙烯卞氯的质量比为(0.05–0.5):(0.02–0.3);
(4)步骤(3)的产物在六氟磷酸铵的存在下在二氯甲烷中回流反应40-120h,过滤,沉淀用甲醇洗涤,得到式(III)所示化合物;
(5)式(III)所示化合物分散到水中,加入3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴,形成均相溶液;
所述的式(III)所示化合物与水的质量体积比为(0.01–0.2):(5-50)g/ml,所述的3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴与式(III)所示化合物的质量比为(0.005–0.1):(0.01–0.2);
(6)步骤(5)所得均相溶液加入水溶性单体以及引发剂,10–45℃聚合反应,得式(Ⅳ)所示化合物;所述的水溶性单体为酰胺基化合物或苯乙烯基化合物;
(7)式(Ⅳ)所示化合物先在式(Ⅰ)所示化合物悬浮液中透析2–200h,然后在水中透析8–400h,得式(Ⅴ)所示聚合物,即含有葫芦脲结构的聚合物。
根据本发明,优选的,步骤(1)中所述的式(Ⅰ)所示化合物与水的质量体积比为(0.5-1):(50–100)g/ml;
所述的3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴与式(Ⅰ)所示化合物的质量比为(0.2–0.4):(0.5-1)。
根据本发明,优选的,步骤(2)中所述的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾;
优选的,反应温度为65–85℃;进一步优选的,反应在氩气或氮气氛围中进行;
优选的,所述的过硫酸盐与式(Ⅰ)所示化合物的质量比为(0.1–0.2):(0.5-1)。大孔树脂色谱柱分离可按现有技术进行。
根据本发明,优选的,步骤(3)中反应温度为-5–15℃;进一步优选的,反应在强极性的非质子溶剂中进行,最优选的,在二甲基亚砜或N,N’-二甲基甲酰胺溶剂中进行;
优选的,所述的式(II)所示化合物与4-乙烯卞氯的质量比为(0.1–0.4):(0.1–0.2);
优选的,式(II)所示化合物与氢化钠的质量比为(0.1–0.4):(0.04–0.1)。
根据本发明,优选的,步骤(4)中六氟磷酸铵与步骤(3)产物的质量比为(0.3–0.6):(0.1–0.4);步骤(3)的产物与二氯甲烷的质量体积比为(0.1–0.4):(10-30)g/ml;
根据本发明,优选的,步骤(5)中式(III)所示化合物与水的质量体积比为(0.1–0.2):(20-40)g/ml,所述的3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴与式(III)所示化合物的质量比为(0.05–0.1):(0.1–0.2)。
根据本发明,优选的,步骤(6)中引发剂为过硫酸盐与还原剂构成的氧化还原引发体系,进一步优选过硫酸铵和亚硫酸氢钠按2:1质量比混合构成的氧化还原体系;
优选的,反应温度为20–30℃;
优选的,所述的酰胺基化合物为N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺或N,N’-二甲基丙烯酰胺,所述的苯乙烯基化合物为苯乙烯磺酸钠。
根据本发明,优选的,步骤(7)中式(Ⅰ)所示化合物悬浮液的浓度为0.1–0.3wt%。
本发明的反应路线为:
式(Ⅰ)、式(Ⅱ)、式(Ⅲ)、式(Ⅳ)和式(Ⅴ)中,a为0、1或2;式(Ⅳ)和式(Ⅴ)中,m和n为自然数,优选1-10的自然数;式(Ⅳ)和式(Ⅴ)中,R为由常见水溶性单体引入的酰胺基或苯乙烯基。
本发明提供的制备方法具有以下优点:
1、本发明首次实现了侧链葫芦脲官能化聚合物的合成。
2、本发明方法制备得到的含有葫芦脲结构的聚合物相对其他侧链主体分子官能化的聚合物,具有更强的结合能力,更好的识别能力,更高的化学稳定性以及良好的生物相容性。
3、本发明方法制备得到的含有葫芦脲结构的聚合物,由于在大分子中侧链引入了葫芦脲单元,与普通聚合物或者同类主体分子官能化的聚合物相比,具有优良的性能,在如医药、生物材料、日化和分析等领域有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1步骤(2)得到单羟基葫芦脲(式(II)所示化合物)的核磁共振氢谱图。
图2是本发明实施例1步骤(2)得到单羟基葫芦脲(式(II)所示化合物)的核磁共振碳谱图。
图3是本发明实施例1步骤(4)得到4-乙烯基卞氧葫芦脲(式(III)所示化合物)的核磁共振氢谱图。
图4是本发明实施例1步骤(4)得到4-乙烯基卞氧葫芦脲(式(III)所示化合物)的核磁共振碳谱图。
图5是本发明实施例1步骤(7)得到含有葫芦脲结构的聚合物(式(Ⅴ)所示聚合物)的核磁共振氢谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明,但不限于此。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
本发明下述实施例中的4-乙烯基卞氯购自Acros公司;氢化钠和过硫酸铵购自上海国药集团化学试剂有限公司,N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺购自百灵威科技有限公司;二氯甲烷、甲醇、二甲基亚砜和N,N’-二甲基甲酰胺购自天津富宇化学试剂有限公司;六氟磷酸铵购自Strem公司;3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴和葫芦[7]脲,根据文献合成(J.Org.Chem.2001,66,8094-8100)。
实施例1
含有葫芦[7]脲结构的聚合物制备:
(1)葫芦[7]脲0.5g分散在50mL超纯水中,加入0.2g3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴,于50℃下加热搅拌30分钟,形成均相溶液;
(2)步骤(1)所得均相溶液用氮气鼓泡15分钟后,加入0.12g过硫酸铵,加热到85℃进行氧化反应;反应20h后,溶液经旋蒸浓缩至5mL左右,用大孔树脂色谱柱分离,得到式(II)所示化合物0.142g;
(3)式(II)所示化合物0.1g溶于30mL二甲基亚砜,0℃下加入0.05g氢化钠,并反应5h;随后加入0.2g4-乙烯卞氯,反应16h;反应结束后,加入乙醚沉淀产物,用甲醇进一步洗涤干净,得到4-乙烯基卞氧葫芦脲与3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴复合物0.107g;
(4)步骤(3)的产物在0.2g六氟磷酸铵的存在下在二氯甲烷中回流反应50h,过滤,固体再用甲醇洗涤,得到式(III)所示化合物0.072g;
(5)式(III)所示化合物0.05g分散到10mL水中,加入0.02g3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴,形成均相溶液;
(6)步骤(5)所得均相溶液加入0.3g N-异丙基丙烯酰胺,通氮气鼓泡15分钟;加入0.0015g过硫酸铵及0.0007g亚硫酸氢钠,25℃反应20h,得式(Ⅳ)所示化合物;
(7)步骤(6)所得式(Ⅳ)所示化合物先在5g/L葫芦[7]脲溶液中透析40h,然后在纯净水中透析100h得含有葫芦[7]脲结构的聚合物。
图1即本实施例步骤(2)产物脱除3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴后得到的单羟基葫芦[7]脲的核磁共振氢谱,图2则是其碳谱。图3、图4分别是步骤(4)产物,即4-乙烯基卞氧葫芦[7]脲的核磁共振氢谱和碳谱。图5是步骤(7)产物,即含有葫芦[7]脲结构的聚合物的核磁共振氢谱。
本实施例得到的含有葫芦[7]脲结构的聚合物通过等温滴定量热的方式进行分子识别结合实验发现,其对不同结构的分子结合能力从105M-1到1012M-1,兼具良好的区分能力与强的结合能力。
应用例1
将实施例1所得含有葫芦[7]脲结构的聚合物配成3mg/L的溶液,利用等温滴定量热(Isothermal titration caloriemetry,ITC)的方式测定其对不同客体分子的相互作用及选择性识别。测试结果如下表所示:
结果显示实施例1制得的含有葫芦[7]脲结构的聚合物对不同的客体分子有很强的选择性和结合强度,其中包括氨基酸分子(苯丙氨酸)、生物活性分子(精胺盐酸盐)和药物分子(金刚烷胺盐酸盐)。这说明该聚合物在医药、生物材料和分析等领域有很大的潜在应用价值。
实施例2
如实施例1所述,所不同的是步骤(5)中的4-乙烯基卞氧葫芦[7]脲为0.2g,水为30mL,3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴0.10g;步骤(6)中单体改为1.2g丙烯酰胺,引发剂为0.005g过硫酸铵及0.0024g亚硫酸氢钠。
实施例3
如实施例1所述,所不同的是步骤(5)中的4-乙烯基卞氧葫芦[7]脲为0.1g,水为20mL,3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴0.04g;步骤(6)中单体改为0.5g丙烯酰胺,引发剂为0.003g过硫酸铵及0.0015g亚硫酸氢钠。
实施例4
如实施例1所述,所不同的是步骤(5)中的4-乙烯基卞氧葫芦[7]脲为0.1g,水为20mL,3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴0.04g;步骤(6)中单体改为0.5g N,N’-二甲基丙烯酰胺,引发剂为0.003g过硫酸铵及0.0015g亚硫酸氢钠。

Claims (10)

1.一种含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,该聚合物具有式(Ⅴ)所示的结构, 
步骤如下: 
(1)将式(Ⅰ)所示化合物(葫芦脲)分散在水中,加入3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴,形成均相溶液; 
所述的式(Ⅰ)所示化合物与水的质量体积比为(0.1–2):(10–100)g/ml, 
所述的3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴与式(Ⅰ)所示化合物的质量比为(0.05–1):(0.1–2); 
(2)向步骤(1)所得均相溶液加入过硫酸盐,45–95℃,反应4-20h;反应产物经大孔树脂色谱柱分离,得到式(II)所示化合物; 
所述的过硫酸盐与式(Ⅰ)所示化合物的质量比为(0.05–1):(0.1–2); 
(3)式(II)所示化合物在氢化钠作用下,与4-乙烯卞氯在-20–20℃,反应6-24h,将可聚合官能团连接到葫芦脲上,使用乙醚沉淀并用甲醇洗涤得相应产物; 
所述的式(II)所示化合物与4-乙烯卞氯的质量比为(0.05–0.5):(0.02–0.3); 
(4)步骤(3)的产物在六氟磷酸铵的存在下在二氯甲烷中回流反应40-120h,过滤,沉淀用甲醇洗涤,得到式(III)所示化合物; 
(5)式(III)所示化合物分散到水中,加入3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴,形成均相溶液; 
所述的式(III)所示化合物与水的质量体积比为(0.01–0.2):(5-50)g/ml,所 述的3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴与式(III)所示化合物的质量比为(0.005–0.1):(0.01–0.2); 
(6)步骤(5)所得均相溶液加入水溶性单体以及引发剂,10–45℃聚合反应,得式(Ⅳ)所示化合物;所述的水溶性单体为酰胺基化合物或苯乙烯基化合物; 
(7)式(Ⅳ)所示化合物先在式(Ⅰ)所示化合物悬浮液中透析2–200h,然后在水中透析8–400h,得式(Ⅴ)所示聚合物,即含有葫芦脲结构的聚合物; 
上述式(Ⅰ)、式(Ⅱ)、式(Ⅲ)、式(Ⅳ)和式(Ⅴ)中,a为0、1或2;式(Ⅳ)和式(Ⅴ)中,m和n为自然数;式(Ⅳ)和式(Ⅴ)中,R为酰胺基或苯乙烯基。 
2.根据权利要求1所述的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述的式(Ⅰ)所示化合物与水的质量体积比为(0.5-1):(50–100)g/ml; 
所述的3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴与式(Ⅰ)所示化合物的质量比为(0.2–0.4):(0.5-1)。 
3.根据权利要求1所述的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾; 
反应温度为65–85℃,反应在氩气或氮气氛围中进行。 
4.根据权利要求1所述的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述的过硫酸盐与式(Ⅰ)所示化合物的质量比为(0.1–0.2):(0.5-1)。 
5.根据权利要求1所述的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,其特征在于,步骤(3)中反应温度为-5–15℃,反应在强极性的非质子溶剂中进行, 
所述的式(II)所示化合物与4-乙烯卞氯的质量比为(0.1–0.4):(0.1–0.2); 
式(II)所示化合物与氢化钠的质量比为(0.1–0.4):(0.04–0.1)。 
6.根据权利要求1所述的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,其特征在于,步骤(4)中六氟磷酸铵与步骤(3)产物的质量比为(0.3–0.6):(0.1–0.4); 
步骤(3)的产物与二氯甲烷的质量体积比为(0.1–0.4):(10-30)g/ml。 
7.根据权利要求1所述的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,其特征在于,步骤(5)中式(III)所示化合物与水的质量体积比为(0.1–0.2):(20-40)g/ml,所述的3,3’-(1,8-二亚辛基)-双-(1-乙基咪唑)二溴与式(III)所示化合物的质量比为(0.05–0.1):(0.1–0.2)。 
8.根据权利要求1所述的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,其特征在于,步骤(6)中引发剂为过硫酸盐与还原剂构成的氧化还原引发体系; 
反应温度为20–30℃。 
9.根据权利要求1所述的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,其特征在于,步骤(6)中所述的酰胺基化合物为N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺或N,N’-二甲基丙烯酰胺,所述的苯乙烯基化合物为苯乙烯磺酸钠。 
10.根据权利要求1所述的含有葫芦脲结构的聚合物的制备方法,其特征在于,步骤(6)中步骤(7)中式(Ⅰ)所示化合物悬浮液的浓度为0.1–0.3wt%。 
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