CN104974303A - 一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物及其自组装胶束 - Google Patents
一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物及其自组装胶束 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物，该共聚物以1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶VBT、苯乙烯、马来酸酐为共聚单体，以偶氮二异丁腈AIBN为引发剂，以四氢呋喃为溶剂，在60-70℃油浴中反应20-24h，反应结束后，用甲苯反复纯化，制得本发明光敏性双亲共聚物P(St/VBT-co-MA)；该共聚物可自组装成胶束。本发明共聚物同时含有亲水链段和疏水链段，在去离子水中可自组装形成胶束；且疏水链段上的胸腺嘧啶基团可发生光交联，使得共聚物具有光敏性；自组装的胶束分散性较好，粒径可控，具有光敏性，可应用于传感涂层。
Description
技术领域
本发明涉及高分子自组装胶束技术领域，尤其是涉及一种以1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶VBT、苯乙烯、马来酸酐为共聚单体，通过自由基聚合制得的光敏性双亲共聚物及其自组装胶束。
背景技术
双亲聚合物是由亲水性链段和疏水性链段以特定的方式排列在同一大分子链上的聚合物，其最大的特点是能够在温和的条件下发生自组装行为，形成各种有序的纳米微相结构，例如球形、棒状、层状、囊泡、小胶束形成的大复合胶束等。随着高分子化学的发展，人们根据个人的需要设计合成了一系列功能化的的双亲性共聚物，获得了各种有趣的结构。前人研究结果表明，聚合物化学结构、链结构以及拓扑结构对其自组装过程及组装体形态、性能有决定性影响。
所谓自组装，是双亲性共聚物通过氢键、静电相互作用、疏水相互作用和范德华力等，自发形成不同形态的超分子聚集体结构的过程，如球状、柱状、层状、囊泡状、环状等。本发明使用的聚合物为简单易得的双亲性无规共聚物或交替性共聚物，通过自组装可以获得表面双亲性、粒径及形态可调的胶束溶液。
胸腺嘧啶(thymine)、胞嘧啶(cytosine)、腺嘌呤(adenine)、鸟嘌呤(guanine)是DNA的四个核酸，它们是组成DNA的基本原料；同时，胸腺嘧啶也是组成RNA四个核酸之一，在基因表达和基因复制中起着重要作用，此外，植物的光合过程在很大程度上受到胸腺嘧啶的影响。
嘧啶类化合物都含有嘧啶环，具有较强的生物和药理活性，应用广泛，将胸腺嘧啶引入到聚合物中，使所得聚合物具有胸腺嘧啶的部分性能，从而结合聚合物的性质，在生物医药等方面发挥一些应用，随着研究的深入，许多高活性、高选择性的新型医药或农药化合物被发现；胸腺嘧啶在工业分析中也有很大的应用，已有研究者利用胸腺嘧啶与Hg2+的高度特异性设计合成了可以高灵敏度、高选择性检测Hg2+的检测方法。
目前，关于含胸腺嘧啶的双亲性聚合物鲜有报道，该聚合物自组装的胶束更是极少报道。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物及其自组装胶束。本发明共聚物同时含有亲水链段和疏水链段，在去离子水中可自组装形成胶束；且疏水链段上的胸腺嘧啶基团可发生光交联，使得共聚物具有光敏性；自组装的胶束分散性较好，粒径可控，具有光敏性，可应用于传感涂层。
本发明的技术方案如下：
一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物，所述共聚物以1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶VBT、苯乙烯、马来酸酐为共聚单体，以偶氮二异丁腈AIBN为引发剂，以四氢呋喃为溶剂，在60-70℃油浴中反应20-24h，反应结束后，用甲苯反复纯化，制得本发明光敏性双亲共聚物P(St/VBT-co-MA)。
所述的苯乙烯、1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶、马来酸酐间的摩尔比为9:1:10-5:5:10。
所述1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶的制备方法为：
(1)将胸腺嘧啶溶于氢氧化钾溶液中，搅拌12-24h后，冷冻干燥，真空烘干后得胸腺嘧啶钾盐；
(2)于250mL圆底烧瓶中依次加入胸腺嘧啶钾盐、阻聚剂、溶剂，4-乙烯基苄氯，在60-70℃下搅拌反应20-24h；
(3)采用旋转蒸发仪将溶剂蒸出，再加入甲苯溶解，除去未反应的单体，即得所述1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶。
步骤(1)中所述氢氧化钾溶液浓度为0.2-0.4mol/L，所述胸腺嘧啶与氢氧化钾的摩尔比为1:1。
步骤(2)所述胸腺嘧啶钾盐与4-乙烯基苄氯的摩尔比为1:1。
所述溶剂为无水N，N-二甲基甲酰胺，用量为使反应体系固含为70wt％-90wt％；所述阻聚剂为2,4-二叔丁基-4-甲基酚，其用量为总投料量的0.1wt％-0.5wt％。
一种光敏性双亲共聚物自组装的胶束，所述胶束的制备方法为：
(1)将共聚物P(St/VBT-co-MA)溶解于DMF溶液中，向溶液中滴加去离子水，直至出现蓝乳光后；
(2)继续滴加2-10倍于原有体积的去离子水，滴加完毕后，继续搅拌2-12h；
(3)将步骤(2)所得溶液在去离子水中进行透析，得到胶束水溶液。
步骤(1)中所述共聚物P(St/VBT-co-MA)的DMF溶液浓度为2mg/mL-5mg/mL。步骤(1)中所述去离子水的滴加速度为60μL/min。
所述步骤(2)所得溶液中共聚物浓度为0.1mg/mL-0.2mg/mL。
本发明有益的技术效果在于：
1、本发明使用的疏水单体VBT具有多功能性，具有乙烯基聚合位点，有利于共聚物的合成；有可发生光交联的基团，使共聚物具有光敏性；可形成氢键，利于共聚物胶束的形成和稳定；含有苯环结构，可发生π-π吸附；同时，苯乙烯马来酸酐共聚物具有优良的耐热性，稳定性，光敏性。这些结构及性能使共聚物可用于涂料、油墨、分散剂、复合材料的制备。
2、本发明通过对分子结构的设计，经自组装之后得到稳定的双亲性胶束颗粒，该自组装胶束集成了共聚物的优点，它还是一种具有明显优势的新型药物载体，具有潜在的应用价值。
3、本发明将胸腺嘧啶基团连接在聚合物中，使制备的双亲性交替共聚物在生物技术如蛋白分离和药物释放方面具有潜在的应用价值，且交替共聚物简单易得，已能工业化生产；通过设计不同的原料比制得不同分子量的共聚物，共聚物自组装获得表面双亲性、粒径可调的胶束。
附图说明
图1为光敏性双亲共聚物P(St/VBT-alt-MA)的合成示意图；
图2为本发明实施例1～4合成的共聚物P(St/VBT-alt-MA)的1HNMR；
图3为本发明实施例1～4合成的共聚物自组装成胶束的电镜图片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物及其自组装胶束，具体制备方法如下：
(1)合成1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶(VBT)
将胸腺嘧啶(6.02g)溶解在氢氧化钾(2.64g)的水溶液(200mL)中，搅拌24h，冷冻干燥，在45℃真空烘箱烘干24h，得胸腺嘧啶钾盐；
取胸腺嘧啶钾盐7.64g(0.0466mol)，2,4-二叔丁基对甲基酚60mg，4-乙烯基苄氯7.64g(0.0544mol)于106g无水DMF中，70℃下反应24h；65℃条件下采用旋转蒸发仪蒸除溶剂，加入甲苯，于110℃左右抽滤，留滤液，冷却结晶，抽滤，所得产品真空干燥，得到纯净的1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶(VBT)。
(2)制备双亲共聚物P(St/VBT-alt-MA)
称量苯乙烯0.816g(0.00785mol)，制备好的VBT 0.208g(0.00086mol)，马来酸酐0.834g(0.00851mol)，引发剂AIBN 0.056g(0.00034mol)于10mL无水四氢呋喃中，65℃下搅拌反应20h，在10倍于四氢呋喃的甲苯中沉淀，过滤，30℃真空干燥，产物溶解在四氢呋喃中，沉淀，过滤，干燥，重复上述步骤三次，得到纯净的光敏性双亲共聚物P(St/VBT-alt-MA)(PSVM1)。共聚物的核磁表征见图2(A)。
从图2(A)中的化学位移δ可以看出，VBT上-NH的H11特征峰出现在化学位移δ11.38～11.18ppm处，证明VBT参与了聚合反应；MA上-CH-CH-的H1，H2的特征峰出现在δ2.75ppm附近，证明MA参与了聚合反应；VBT和苯乙烯苯环上的特征峰出现在7.7～6.8ppm处，谱图上未出现-COOH特征峰证明马来酸酐未水解。
(3)双亲共聚物自组装成胶束
将制备的双亲性共聚物溶于N,N-二甲基甲酰胺中配成2mg/mL的溶液，取1g左右的溶液，匀速搅拌条件下以60μL/min的速度滴加去离子水至溶液出现蓝乳光，继续滴加，搅拌，控制溶液质量浓度在0.1mg/mL；
将溶液倒入透析袋中，封好，用干净的去离子水透析3天，每隔12h换一次水，以置换出N,N-二甲基甲酰胺，最终得到自组装胶束水溶液。
所得到胶束粒径在85nm左右(见图3A)，用254nm波长的紫外灯照射，可使胶束表面发生光照交联反应。
实施例2
一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物及其自组装胶束，具体制备方法如下：
(1)制备双亲共聚物P(St/VBT-alt-MA)
称量苯乙烯0.539g(0.00518mol)，实施例1制备好的VBT 0.301g(0.00124mol)，马来酸酐0.613g(0.00626mol)，引发剂AIBN 0.043g(0.00026mol，按单体总摩尔量的2.0％)于10mL无水四氢呋喃中，70℃下搅拌反应20h，在10倍于四氢呋喃的甲苯中沉淀，过滤，30℃真空干燥，产物溶解在四氢呋喃中，沉淀，过滤，干燥，重复上述步骤三次，得到纯净的双亲共聚物P(St/VBT-alt-MA)(PSVM2)。共聚物的核磁表征见图2(B)。
从图2(B)中的化学位移δ可以看出，VBT上-NH的H11特征峰出现在化学位移δ11.41～11.18ppm处，证明VBT参与了聚合反应；MA上-CH-CH-的H1，H2的特征峰出现在δ2.75ppm附近，证明MA参与了聚合反应；VBT和苯乙烯苯环上的特征峰出现在7.7～6.8ppm处，谱图上未出现-COOH特征峰证明马来酸酐未水解。
(2)双亲共聚物自组装成胶束
将制备的双亲性共聚物溶于N,N-二甲基甲酰胺中配成5mg/mL的溶液，取1g左右的溶液，匀速搅拌条件下以60μL/min的速度滴加去离子水至溶液出现蓝乳光，继续滴加，搅拌，控制溶液质量浓度在0.2mg/mL；
将溶液倒入透析袋中，封好，用干净的去离子水透析4天，每隔12h换一次水，以置换出N,N-二甲基甲酰胺，最终得到自组装胶束水溶液。
所得到胶束粒径在130nm左右(见图3B)，用254nm波长的紫外灯照射，可使胶束表面发生光照交联反应。
实施例3
一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物及其自组装胶束，具体制备方法如下：
(1)制备双亲共聚物P(St/VBT-alt-MA)
称量苯乙烯0.417g(0.00401mol)，实施例1制备好的VBT 0.610g(0.00252mol)，马来酸酐0.611g(0.00623mol)，引发剂AIBN 0.042g(0.00026mol，按单体总摩尔量的2.0％)于10mL无水四氢呋喃中，60℃下搅拌反应24h，在10倍于四氢呋喃的甲苯中沉淀，过滤，30℃真空干燥，产物溶解在四氢呋喃中，沉淀，过滤，干燥，重复上述步骤三次，得到纯净的双亲共聚物P(St/VBT-alt-MA)(PSVM3)。共聚物的核磁表征见图2(C)。
从图2(C)中的化学位移δ可以看出，VBT上-NH的H11特征峰出现在化学位移δ11.41～11.18ppm处，证明VBT参与了聚合反应；MA上-CH-CH-的H1，H2的特征峰出现在δ2.75ppm附近，证明MA参与了聚合反应；VBT和苯乙烯苯环上的特征峰出现在7.7～6.8ppm处，谱图上未出现-COOH特征峰证明马来酸酐未水解。
(2)双亲共聚物自组装成胶束
将制备的双亲性共聚物溶于N,N-二甲基甲酰胺中配成3mg/mL的溶液，取1g左右的溶液，匀速搅拌条件下以60μL/min的速度滴加去离子水至溶液出现蓝乳光，继续滴加，搅拌，控制溶液质量浓度在0.15mg/mL；
将溶液倒入透析袋中，封好，用干净的去离子水透析4天，每隔12h换一次水，以置换出N,N-二甲基甲酰胺，最终得到自组装胶束水溶液。
所得到胶束粒径在145nm左右(见图3C)，用254nm波长的紫外灯照射，可使胶束表面发生光照交联反应。
实施例4
一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物及其自组装胶束，具体制备方法如下：
(1)制备双亲共聚物P(St/VBT-alt-MAn)
称量苯乙烯0.337g(0.00324mol)，实施例1制备好的VBT 0.760g(0.00314mol)，马来酸酐0.614g(0.00627mol)，引发剂AIBN 0.044g(0.00027mol，按单体总摩尔量的2.0％)于10mL无水四氢呋喃中，65℃下搅拌反应20h，在10倍于四氢呋喃的甲苯中沉淀，过滤，30℃真空干燥，产物溶解在四氢呋喃中，沉淀，过滤，干燥，重复上述步骤三次，得到纯净的双亲共聚物P(St/VBT-alt-MAn)(PSVM4)。共聚物的核磁表征见图2(D)。
从图2(D)中的化学位移δ可以看出，VBT上-NH的H11特征峰出现在化学位移δ11.41～11.18ppm处，证明VBT参与了聚合反应；MA上-CH-CH-的H1，H2的特征峰出现在δ2.75ppm附近，证明MA参与了聚合反应；VBT和苯乙烯苯环上的特征峰出现在7.71～6.80ppm处，谱图上未出现-COOH特征峰证明马来酸酐未水解。
(2)双亲共聚物自组装成胶束
将制备的双亲性共聚物溶于N,N-二甲基甲酰胺中配成5mg/mL的溶液，取1g左右的溶液，匀速搅拌条件下以60μL/min的速度滴加去离子水至溶液出现蓝乳光，继续滴加，搅拌，控制溶液质量浓度在0.2mg/mL；
将溶液倒入透析袋中，封好，用干净的去离子水透析4天，每隔12h换一次水，以置换出N,N-二甲基甲酰胺，最终得到自组装胶束水溶液。
所得到胶束粒径在165nm左右(见图3D)，用254nm波长的紫外灯照射，可使胶束表面发生光照交联反应。
Claims (10)
1.一种含胸腺嘧啶的光敏性双亲共聚物，其特征在于所述共聚物以1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶VBT、苯乙烯、马来酸酐为共聚单体，以偶氮二异丁腈AIBN为引发剂，以四氢呋喃为溶剂，在60-70℃油浴中反应20-24h，反应结束后，用甲苯反复纯化，制得本发明光敏性双亲共聚物P(St/VBT-co-MA)。
2.根据权利要求1所述的光敏性双亲共聚物，其特征在于所述的苯乙烯、1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶、马来酸酐间的摩尔比为9:1:10-5:5:10。
3.根据权利要求1或2所述的光敏性双亲共聚物，其特征在于所述1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶的制备方法为：
(1)将胸腺嘧啶溶于氢氧化钾溶液中，搅拌12-24h后，冷冻干燥，真空烘干后得胸腺嘧啶钾盐；
(2)于250mL圆底烧瓶中依次加入胸腺嘧啶钾盐、阻聚剂、溶剂，4-乙烯基苄氯，在60-70℃下搅拌反应20-24h；
(3)采用旋转蒸发仪将溶剂蒸出，再加入甲苯溶解，除去未反应的单体，即得所述1-(4-乙烯基苄基)胸腺嘧啶。
4.根据权利要求3所述的光敏性双亲共聚物，其特征在于步骤(1)中所述氢氧化钾溶液浓度为0.2-0.4mol/L，所述胸腺嘧啶与氢氧化钾的摩尔比为1:1。
5.根据权利要求3所述的光敏性双亲共聚物，其特征在于步骤(2)所述胸腺嘧啶钾盐与4-乙烯基苄氯的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求3所述的光敏性双亲共聚物，其特征在于所述溶剂为无水N，N-二甲基甲酰胺，用量为使反应体系固含为70wt％-90wt％；所述阻聚剂为2,4-二叔丁基-4-甲基酚，其用量为总投料量的0.1wt％-0.5wt％。
7.一种由权利要求1所述的光敏性双亲共聚物自组装的胶束，其特征在于所述胶束的制备方法为：
(1)将共聚物P(St/VBT-co-MA)溶解于DMF溶液中，向溶液中滴加去离子水，直至出现蓝乳光后；
(2)继续滴加2-10倍于原有体积的去离子水，滴加完毕后，继续搅拌2-12h；
(3)将步骤(2)所得溶液在去离子水中进行透析，得到胶束水溶液。
8.根据权利要求7所述的胶束，其特征在于步骤(1)中所述共聚物P(St/VBT-co-MA)的DMF溶液浓度为2mg/mL-5mg/mL。
9.根据权利要求7所述的胶束，其特征在于步骤(1)中所述去离子水的滴加速度为60μL/min。
10.根据权利要求7所述的胶束，其特征在于所述步骤(2)所得溶液中共聚物浓度为0.1mg/mL-0.2mg/mL。
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