CN114560829B - 一种大环单体的制备方法及其开环聚合反应 - Google Patents

一种大环单体的制备方法及其开环聚合反应 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大环单体的制备方法及其开环聚合反应，属于有机化合物合成技术领域。本发明提供一种大环单体化合物，所述大环单体化合物的结构通式如下所示，其中R为有机基团。本发明的大环单体化合物制备方法简捷高效且制备得到的大环单体化合物产率高达80％；本发明提供一种大环单体自由基开环聚合反应，该聚合反应无须氮气保护、在空气、室温条件下即可高效进行，所得聚合物的产率最高可达99％，数均分子量最高可达38900。

Description

一种大环单体的制备方法及其开环聚合反应
技术领域
本发明涉及一种大环单体的制备方法及其开环聚合反应，属于有机化合物合成技术领域。
背景技术
自由基开环聚合反应由于综合了自由基聚合和开环聚合的优点，在合成主链功能高分子材料方面具有重要的应用前景。然而，自由基开环聚合反应的单体大多局限于小环化合物，很难在单体的环链上引入额外的官能团(例如糖、肽或核酸等单元)，从而严重限制了它们在仿生材料等主链功能高分子材料方面的应用。大环单体(环原子数≥12)的自由基开环聚合反应的发展有望为这一问题的解决提供重要的方法，近年来逐渐受到人们的重点关注。早期，澳大利亚CSIRO的Ezio Rizzardo课题组和加州大学圣芭芭拉大学的CraigHawker组报道了一系列基于烯丙基硫结构的大环单体。该环状单体接受自由基进攻后，发生β-消除开环，自由基转移到硫上，接着硫自由基进攻下一个大环单体或烯基单体，从而实现和烯基单体共聚合成可降解的高分子材料，反应过程如下：
2018年，美国波士顿学院Jia Niu课题组利用烯丙基烷基砜参与的自由基反应，发展了一类新型的大环单体，并首次实现了大环单体的可控自由基开环聚合反应，该类环状单体被自由基引发后，接着发生快速的β-消除和二氧化硫的脱除，从而产生可被RAFT试剂调控的烷基自由基，反应过程如下：
2019年，美国波士顿学院Jia Niu课题组通过对1,6-二烯并烯丙基硫参与的自由基级联反应的设计，进一步发展了自由基关环/开环级联聚合反应，反应过程如下：
目前大环单体的合成往往需要经历多步反应，整体合成效率较低，并且这些自由基开环聚合一般以热为驱动力，由自由基引发剂(例如AIBN和BPO)热分解产生自由基引发聚合，因此对氧气十分敏感，聚合反应需要在氮气保护，高温条件下进行，从而限制了这些聚合反应的适用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大环单体的制备方法及其开环聚合反应，本发明设计和发展了一条通用的大环单体合成路线，通过模块化的策略，可以简捷高效地合成了一系列大环单体。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种大环单体化合物，所述大环单体化合物的结构通式如下：
其中R为有机基团。
作为本发明所述大环单体化合物的优选实施方式，所述R选自如下任一所示结构的基团，
其中，---表示取代位置。
本发明还提供所述大环单体化合物的制备方法，在如下化合物4为原料，在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酸二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶存在的条件下，与Boc保护的胺基羧酸先发生酯化反应，再加入三乙基硅烷、三氟乙酸、甲苯、2-(7-偶氮苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯和N,N-二异丙基乙胺进行酰胺化反应闭环，得到所述大环单体化合物，反应通式如下：
作为本发明所述大环单体化合物的制备方法的优选实施方式，所述化合物4的制备方法包括以下步骤：
(1)化合物1苯甲酰磺酰亚胺和烯丙基溴反应，合成化合物2；
(2)然后化合物2和藜芦醇在氢化钠作用下先发生开环反应，再加入1,4-二溴-2-丁烯合成化合物3；
(3)化合物3和巯基乙醇反应得到所述化合物4；
反应通式如下：
化合物4的整个合成路线不仅简洁且易于操作，单次可实现20克以上化合物4的制备。
本发明还提供一种大环单体自由基开环聚合物，所述聚合物以所述的大环单体化合物为原料，在反应溶剂中通过三乙基硼引发开环聚合反应制备得到。
本发明所述的大环单体自由基开环聚合物的聚合反应通则如下：
具体的反应机理包括以下三个阶段：
(1)链引发阶段：
(2)链增长阶段：
(3)链终止阶段：
Pn·+Pm·→Pn-H+Pm＝Pn·+Pm·→Pn-Pm。
作为本发明所述大环单体自由基开环聚合物的优选实施方式，所述三乙基硼的用量为0.2～0.6当量。
作为本发明所述大环单体自由基开环聚合物的优选实施方式，所述大环单体化合物的浓度为0.05～0.1M。
作为本发明所述大环单体自由基开环聚合物的优选实施方式，所述反应溶剂为DMF、NMP、DMSO中的一种。
作为本发明所述大环单体自由基开环聚合物的优选实施方式，所述开环聚合反应的反应时间为15h。
作为本发明所述大环单体自由基开环聚合物的优选实施方式，所述反应是在室温条件和空气氛围下进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供一种大环单体化合物及其制备方法，本发明的大环单体化合物制备方法简捷高效且制备得到的大环单体化合物产率高达80％；本发明提供一种大环单体自由基开环聚合反应，该聚合反应无须氮气保护、在空气、室温条件下即可高效进行，所得聚合物的产率最高可达99％，数均分子量最高可达38900。
附图说明
图1为化合物5的COSY谱图。
图2为化合物6的COSY谱图。
图3为化合物6在不同反应时间进行聚合反应的GPC曲线图。
图4为不同浓度的化合物6进行聚合反应的GPC曲线图。
图5为化合物6在不同反应溶剂进行聚合反应的GPC曲线图。
图6为化合物6在不同用量的引发剂进行聚合反应的GPC曲线图。
图7为化合物5、化合物P6、化合物P7、化合物P8、化合物P9、化合物P10的氢谱图。
图8为聚合物的DSC曲线。
图9为化合物P6的甲醇钠降解实验GPC图。
图10为化合物P6的甲醇钠降解实验NMR图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1大环单体合成原料的制备
1.1化合物2的合成
在250mL圆底烧瓶中加入溴丙烯(33.5g，280mmol)、无水碳酸钾(10.64g，77mmol)、糖精(12.8g，70mmol)和DMF(60mL)。于80℃下反应48h，反应溶液倒入水(360mL)中，过滤，以乙醇重结晶所得滤渣，得白色针状固体1(11g，产率70％)。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.13–7.76(m,4H),6.00(ddt,J＝16.3,10.2,6.1Hz,1H),5.53–5.41(m,1H),5.41–5.27(m,1H),4.41(dt,J＝6.0,1.3Hz,2H)。
1.2化合物3的合成
在250mL圆底烧瓶中加入藜芦醇(6.7g，40mmol)和DMF(45mL)，0℃下缓慢加入NaH(1.76g，44mmol)，于此温度反应30min。恢复至室温，加入1(8.93g，40mmol)。5min后，将反应溶液逐滴加入溶于DMF(30mL)的反式-1，4-二溴-2-丁烯(11.12g，52mmol)，反应30min。将反应溶液倒入水(400mL)中，乙酸乙酯(2×100mL)萃取，饱和食盐水洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯，得到淡黄色油状液体，即化合物3(9.4g，产率45％)。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.87(d,J＝7.8Hz,1H),7.56(t,J＝6.6Hz,2H),7.48(d,J＝7.0Hz,1H),7.06–6.96(m,2H),6.84(d,J＝8.1Hz,1H),5.77(dt,J＝15.1,7.5Hz,1H),5.67–5.49(m,2H),5.31(s,2H),5.21–5.09(m,2H),3.92–3.82(m,12H).13C NMR(100MHz,CDCl3):δ167.7,149.2,148.96,138.0,132.8,132.5,132.3,130.5,130.4,129.6,128.8,128.5,127.56,121.6,119.3,112.1,110.9,68.2,55.9,55.9,49.2,47.3,31.4。
1.3化合物4的合成
在150mL圆底烧瓶中加入2(7.35g，14mmol)、K2CO3(2.35g，17mmol)、β巯基乙醇(1.2mL，17mmol)和DMF(40mL)。24h后，将反应溶液倒入水(200mL)中，乙酸乙酯(2×100mL)萃取，饱和食盐水洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯，得到淡黄色油状液体，即化合物4(6.6g，产率90％)。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.88(d,J＝8.2Hz,1H),7.61–7.51(m,2H),7.48(d,J＝8.4Hz,1H),7.06–6.93(m,2H),6.84(d,J＝8.1Hz,1H),5.59(ddt,J＝29.8,14.7,6.6Hz,2H),5.35(d,J＝31.6Hz,3H),5.21–5.07(m,2H),3.87(t,J＝7.8Hz,10H),3.73–3.59(m,2H),3.06(d,J＝7.1Hz,2H),2.62(t,J＝6.1Hz,2H).13C NMR(100MHz,CDCl3):δ168.0,149.4,149.1,138.3,133.0,132.8,132.4,130.8,130.4,129.0,128.7,127.7,121.7,119.2,112.3,111.0,68.5,60.5,56.1,56.0,49.2,47.8,33.7,32.8。
实施例1的各化合物合成通则为：
实施例2模型小分子的自由基反应
具体试验方法：10mL Schlenk反应管中，加入化合物4(104.9mg，0.2mmol)和DMF(2mL)，接着加入1mmol/mL Et3B的THF溶液(120μL，0.12mmol)，室温下反应15h。反应结束后，取小量样品做核磁(转化率大于95％)，接着将反应溶液倒入20mL水中，乙酸乙酯(2×10mL)萃取，饱和食盐水洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯，得无色油状液体，即化合物5。对化合物5进行表征，如图1所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.89(d,J＝6.6Hz,1H),7.65–7.52(m,2H),7.48(d,J＝6.6Hz,1H),7.09–6.94(m,2H),6.83(d,J＝8.0Hz,1H),5.55(dq,J＝19.5,9.7Hz,1H),5.31(s,2H),5.15–5.00(m,2H),3.87(d,J＝8.3Hz,6H),3.65(s,2H),3.60–3.51(m,1H),3.51–3.29(m,2H),3.24(t,J＝8.6Hz,1H),2.90–2.79(m,1H),2.64(d,J＝5.6Hz,2H),2.47(dd,J＝11.9,5.5Hz,1H),2.36–2.29(m,1H),2.23(t,J＝10.1Hz,2H).13C NMR(100MHz,CDCl3):δ168.1,149.4,149.1,135.8,134.1,133.4,132.5,130.3,129.1,128.6,127.7,121.8,118.2,112.3,111.0,68.5,60.5,56.1,56.0,51.7,51.0,45.4,42.6,35.7,30.8。
实施例3
本实施例提供大环单体化合物的制备方法，具体合成方法为：在150mL圆底烧瓶中加入A(1.0eq.)和DCM(30mL),接着加入Boc保护的胺基羧酸B(1.5eq.)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酸二亚胺盐酸盐(1.5eq.)和4-二甲氨基吡啶(0.05eq.)。室温下反应14h后，加入DCM(100mL)稀释反应溶液，并先后以1M盐酸(50mL)和饱和食盐水洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯，得到中间产物C。在250mL圆底烧瓶中加入C(5mmol，1eq.)和DCM(30mL)，接着加入三乙基硅烷(10eq.)和三氟乙酸(13eq.)，室温下反应2h。加入甲苯(30mL)，真空旋蒸除去溶剂，得到无色透明的油状液体。接着，将该化合物溶解于DMF(1000mL)中，加入2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯(2eq.)，室温下搅拌2h后，加入N,N-二异丙基乙胺(5eq.)，继续反应36h。真空旋蒸除去DMF，加入乙酸乙酯(100mL)，分别用1M盐酸(3×50mL)，0.5M氢氧化钠溶液(2×50mL)和饱和食盐水(50mL)洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯，得所述大环单体化合物，并进行产率计算、GPC和NMR表征。上述大环单体化合物的合成通则如下：
3.1化合物6的制备
(1)按上述方法和合成通则，将化合物4(2.6g，5mmol)和Boc-β-丙氨酸(1.42g，7.5mmol)，反应14h，柱层析得无色透明的油状液体，即化合物6’(3.29g，产率95％)，化合物6’的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.88(d,J＝6.8Hz,1H),7.61–7.52(m,2H),7.49(d,J＝6.3Hz,1H),7.05–6.97(m,2H),6.85(d,J＝8.0Hz,1H),5.59(ddt,J＝28.3,14.4,6.8Hz,2H),5.42(dt,J＝14.3,6.0Hz,1H),5.32(s,2H),5.15(d,J＝13.4Hz,2H),4.19(t,J＝6.5Hz,2H),3.88(t,J＝5.8Hz,11H),3.44–3.31(m,2H),3.10(d,J＝6.9Hz,2H),2.65(t,J＝6.5Hz,2H),2.54(t,J＝5.4Hz,2H),1.43(s,9H).13C NMR(100MHz,CDCl3):δ172.3,167.9,155.9,149.4,149.1,138.35,133.0,132.8,132.4,130.6,130.4,129.0,128.7,127.9,127.7,121.7,119.2,112.2,111.0,68.4,63.2,56.1,56.0,49.2,47.8,36.2,34.7,33.4,29.2,28.5。
(2)以化合物6’(3.46g，5mmol)为原料反应，在250mL圆底烧瓶中加入C和DCM(30mL)，接着加入三乙基硅烷(10eq.)和三氟乙酸(13eq.)，室温下反应2h。加入甲苯(30mL)，真空旋蒸除去溶剂，得到无色透明的油状液体。接着，将该化合物溶解于DMF(1000mL)中，加入2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯(2eq.)，室温下搅拌2h后，加入N,N-二异丙基乙胺(5eq.)，继续反应36h。真空旋蒸除去DMF，加入乙酸乙酯(100mL)，分别用1M盐酸(3×50mL)，0.5M氢氧化钠溶液(2×50mL)和饱和食盐水(50mL)洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯柱层析得白色颗粒状固体，即化合物6(1.27g，产率60％)。化合物6的结构式如下所示。对化合物6进行表征，如图2所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.69(d,J＝7.8Hz,1H),7.58–7.54(m,2H),7.49(ddd,J＝8.8,5.7,3.2Hz,1H),6.56(t,J＝6.3Hz,1H),5.77(td,J＝16.8,6.6Hz,1H),5.61(t,J＝4.3Hz,2H),5.27–5.20(m,2H),4.26–4.16(m,2H),3.90–3.81(m,4H),3.77–3.68(m,2H),3.14(d,J＝5.6Hz,2H),2.80–2.67(m,4H).13C NMR(100MHz,CDCl3):δ172.3,168.0,137.6,136.9,132.7,132.6,130.0,129.8,129.7,129.0,127.4,120.1,63.3,51.0,48.4,35.6,34.0,33.4,28.5。
3.2化合物7的制备
(1)按照上述大环单体化合物的制备方法，在250mL圆底烧瓶中加入藜芦醇(6.7g，40mmol)和DMF(45mL)，0℃下缓慢加入NaH(1.76g，44mmol)，于此温度反应30min。恢复至室温，加入2(8.93g，40mmol)。5min后，将反应溶液逐滴加入溶于DMF(30mL)的反式-1，4-二溴-2-戊烯(11.85g，52mmol)，反应30min。将反应溶液倒入水(400mL)中，乙酸乙酯(2×100mL)萃取，饱和食盐水洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯，得到淡黄色油状液体，即化合物3’(12.1g，产率56％)，化合物3’的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.9–7.8(m,1H),7.6(q,J＝7.9,5.8Hz,2H),7.5–7.4(m,1H),7.1–7.0(m,2H),6.8(d,J＝8.1Hz,1H),5.8(dd,J＝15.3,8.3Hz,1H),5.6(ddd,J＝17.0,10.3,5.2Hz,1H),5.5–5.4(m,1H),5.3(s,2H),5.2–5.1(m,2H),4.6(p,J＝6.8Hz,1H),3.9(d,J＝7.2Hz,11H),1.7(d,J＝6.7Hz,3H).
(2)在150mL圆底烧瓶中加入3’(7.54g，14mmol)、K2CO3(2.35g，17mmol)、β-巯基乙醇(1.2mL，17mmol)和DMF(40mL)。24h后，将反应溶液倒入水(200mL)中，乙酸乙酯(2×100mL)萃取，饱和食盐水洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯，得到淡黄色油状液体，即化合物4’(6.6g，产率90％)，化合物4’的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.9–7.8(m,1H),7.6–7.5(m,2H),7.5(dd,J＝5.3,1.9Hz,1H),7.1–7.0(m,2H),6.8(d,J＝8.2Hz,1H),5.7–5.5(m,1H),5.4(dd,J＝15.3,8.7Hz,1H),5.3(s,2H),5.3(d,J＝4.0Hz,1H),5.2–5.1(m,1H),5.1(dd,J＝4.0,1.3Hz,1H),3.9(t,J＝7.4Hz,10H),3.7(dt,J＝11.4,5.4Hz,2H),3.4–3.2(m,1H),2.7–2.4(m,2H),1.6(s,2H),1.2(dd,J＝7.0,2.7Hz,3H).
(3)按上述方法和合成通则，将化合物4’(2.6g，5mmol)和Boc-β-丙氨酸(1.42g，7.5mmol)，反应14h，柱层析得无色透明的油状液体，即化合物7’(3.36g，产率96％)，化合物7’的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.9(d,J＝6.7Hz,1H),7.6–7.4(m,3H),7.1–6.9(m,2H),6.8(d,J＝8.1Hz,1H),5.6(dq,J＝16.1,6.2Hz,1H),5.4(dd,J＝15.2,7.1Hz,1H),5.3(s,2H),5.3(s,1H),5.2–5.1(m,2H),4.2(td,J＝10.4,3.9Hz,2H),3.9(d,J＝7.6Hz,10H),3.4–3.3(m,2H),3.3–3.3(m,1H),2.7–2.6(m,2H),2.5(t,J＝5.8Hz,2H),1.7(s,1H),1.4(s,9H),1.2(d,J＝6.5Hz,3H).
(4)以化合物7’(3.46g，5mmol)为原料反应，在250mL圆底烧瓶中加入C和DCM(30mL)，接着加入三乙基硅烷(10eq.)和三氟乙酸(13eq.)，室温下反应2h。加入甲苯(30mL)，真空旋蒸除去溶剂，得到无色透明的油状液体。接着，将该化合物溶解于DMF(1000mL)中，加入2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯(2eq.)，室温下搅拌2h后，加入N,N-二异丙基乙胺(5eq.)，继续反应36h。真空旋蒸除去DMF，加入乙酸乙酯(100mL)，分别用1M盐酸(3×50mL)，0.5M氢氧化钠溶液(2×50mL)和饱和食盐水(50mL)洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯柱层析得白色颗粒状固体，即化合物7(1.21g，产率55％)。化合物6的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.67(d,J＝7.8Hz,1H),7.58–7.55(m,2H),7.49(ddd,J＝8.8,5.3,3.6Hz,1H),6.53(t,J＝6.1Hz,1H),5.76(ddt,J＝16.8,10.1,6.6Hz,1H),5.60–5.44(m,2H),5.28–5.23(m,1H),5.22(s,1H),4.21–4.15(m,1H),4.12(d,J＝7.1Hz,3H),3.96–3.77(m,5H),3.68–3.58(m,1H),3.45–3.37(m,1H),2.85–2.73(m,2H),2.73–2.61(m,2H),2.04(s,4H)。
3.3化合物8的制备
按照上述大环单体化合物的制备方法，以将化合物4(2.6g，5mmol)和Boc-6-己氨酸(1.73g，7.5mmol)为原料，按照上述实验通则，得白色颗粒状固体，即化合物8(0.98g，产率60％)。化合物8的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.93(d,J＝7.6Hz,1H),7.55(tt,J＝14.6,7.3Hz,3H),6.16(s,1H),5.65(dt,J＝16.9,8.2Hz,1H),5.60–5.50(m,2H),5.17(d,J＝5.8Hz,1H),5.14(s,1H),4.18(t,J＝7.2Hz,2H),3.93–3.87(m,2H),3.83(d,J＝6.0Hz,2H),3.45(d,J＝6.2Hz,2H),3.14(d,J＝4.8Hz,2H),2.68(t,J＝7.2Hz,2H),2.39(t,J＝6.5Hz,2H),1.78–1.68(m,2H),1.68–1.59(m,2H),1.55–1.44(m,2H)。
3.4化合物9的制备
按照上述大环单体化合物的制备方法，以将化合物4(2.6g，5mmol)和Boc-8-辛氨酸(1.95g，7.5mmol)为原料，按照上述实验通则，得白色颗粒状固体，即化合物9(2.67g，产率64％)。化合物9的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.90(d,J＝7.8Hz,1H),7.63–7.42(m,3H),6.21(t,J＝5.4Hz,1H),5.65–5.58(m,1H),5.56(t,J＝4.2Hz,2H),5.14(d,J＝6.4Hz,1H),5.11(s,1H),4.17(t,J＝7.4Hz,2H),3.87(d,J＝4.0Hz,2H),3.80(d,J＝6.2Hz,2H),3.41(q,J＝6.5Hz,2H),3.15(d,J＝5.1Hz,2H),2.63(t,J＝7.4Hz,2H),2.33(t,J＝6.7Hz,2H),1.63(dt,J＝14.3,7.0Hz,4H),1.53–1.40(m,2H),1.36(s,4H).13C NMR(100MHz,CDCl3):δ173.6,168.0,137.5,136.6,132.7,132.5,130.6,130.0,129.7,129.2,128.7,119.4,63.8,49.2,47.9,40.3,34.2,33.3,28.8,28.4,28.39,27.9,26.3,24.8。
3.5化合物10的制备
按照上述大环单体化合物的制备方法，以将化合物4(2.6g，5mmol)和Boc-11-十一氨酸(2.26g，7.5mmol)为原料，按照上述实验通则，得白色颗粒状固体，即化合物10(0.63g，产率35％)。化合物10的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.90(d,J＝7.8Hz,1H),7.51(m,J＝15.9,7.5Hz,3H),6.28(t,J＝5.2Hz,1H),5.66–5.56(m,1H),5.54(d,J＝5.6Hz,2H),5.13(d,J＝8.4Hz,1H),5.10(s,1H),4.16(t,J＝6.9Hz,2H),3.80(dd,J＝10.8,5.3Hz,4H),3.38(q,J＝6.5Hz,2H),3.13(d,J＝5.0Hz,2H),2.63(t,J＝6.9Hz,2H),2.29(t,J＝7.2Hz,2H),1.60(q,J＝7.2Hz,4H),1.46–1.34(m,2H),1.28(s,10H).13C NMR(100MHz,CDCl3):δ173.6,167.9,137.1,136.6,132.7,132.6,130.8,129.9,129.6,129.3,128.3,119.3,63.9,49.1,48.0,40.2,34.2,33.6,28.7,28.6,28.5,28.5,28.4,28.3,26.2,24.7。
3.6化合物11的制备
按照上述大环单体化合物的制备方法，以将化合物4(2.6g，5mmol)和Boc-甘氨酸(1.31g，7.5mmol)为原料，按照上述实验通则，得白色颗粒状固体，即化合物11(0.89g，产率62％)。化合物11的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.1–8.0(m,1H),7.7–7.5(m,3H),6.8(s,1H),5.8(td,J＝16.8,6.6Hz,1H),5.6–5.5(m,2H),5.2–5.1(m,2H),4.4(t,J＝5.8Hz,2H),4.3(d,J＝5.5Hz,2H),
3.9(d,J＝5.4Hz,2H),3.7(d,J＝6.6Hz,2H),3.2(d,J＝6.3Hz,2H),2.8(t,J＝5.8Hz,2H)。
实施例4
本实施例提供一种大环单体自由基开环聚合物的制备方法，具体实验方法为：在10mL Schlenk反应管中，加入大环单体(0.1mmol)和DMF(1mL)，接着加入1M Et3B的THF溶液(60μL，0.06mmol)，室温下反应15h。反应结束后，加入小量二氯甲烷，乙醚沉淀，重复两次，真空烘干后得相应聚合物，并进行产率计算、GPC和NMR表征。上述大环单体自由基开环聚合物的制备方法的合成通则为：
4.1化合物P6的制备
按照上述大环单体自由基开环聚合物的制备方法，将化合物6(42.4mg，0.1mmol)与Et3B(60uL，0.06mmol)反应15h后乙醚沉淀，烘干后得蓬松白色固体，即化合物P6(42.0mg，产率99％，Mn＝17200，)。化合物P6的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.93–7.83(m,1H),7.56(dq,J＝13.4,6.5,5.7Hz,2H),7.47(d,J＝7.3Hz,1H),6.68(t,J＝6.5Hz,1H),5.67–5.47(m,1H),5.15–5.00(m,2H),4.18(q,J＝6.5Hz,2H),3.66(q,J＝6.4,5.9Hz,3H),3.53–3.45(m,1H),3.36(dd,J＝10.0,4.3Hz,1H),3.22–3.01(m,1H),2.90–2.80(m,1H),2.67(t,J＝6.6Hz,4H),2.47(dd,J＝11.2,5.6Hz,1H),2.34–2.22(m,2H)。
4.2化合物P7的制备
按照上述大环单体自由基开环聚合物的制备方法，将化合物7(43.8mg，0.1mmol)与Et3B(60uL，0.06mmol)反应15h后乙醚沉淀，烘干后得蓬松白色固体，即化合物P7(43.4mg，产率99％，Mn＝13400，)。化合物P7的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.88(t,J＝6.8Hz,1H),7.56(dq,J＝14.8,7.2Hz,2H),7.47(d,J＝7.2Hz,1H),6.67(t,J＝5.6Hz,1H),5.60–5.42(m,1H),5.22–5.05(m,1H),4.18(q,J＝6.8Hz,2H),3.75–3.60(m,3H),3.46(dd,J＝17.8,8.2Hz,1H),3.30(dd,J＝9.7,4.1Hz,1H),3.18(dd,J＝9.2,6.1Hz,1H),3.04(dt,J＝16.1,9.8Hz,1H),2.67(t,J＝8.2Hz,4H),2.47(d,J＝6.6Hz,1H),2.26(dd,J＝15.2,6.9Hz,2H),1.62(d,J＝5.7Hz,3H)。
4.3化合物P8的制备
按照上述大环单体自由基开环聚合物的制备方法，将化合物8(46.7mg，0.1mmol)与Et3B(60uL，0.06mmol)反应15h后乙醚沉淀，烘干后得蓬松白色固体，即化合物P8(30.8mg，产率66％，Mn＝30300，)。化合物P8的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.90(t,J＝6.9Hz,1H),7.65–7.56(m,1H),7.53(t,J＝6.9Hz,2H),6.31(s,1H),5.76–5.49(m,1H),5.18–5.03(m,2H),4.15(q,J＝6.6Hz,2H),3.74–3.57(m,1H),3.56–3.30(m,4H),3.25–3.04(m,1H),2.95–2.85(m,1H),2.76–2.63(m,2H),2.59–2.45(m,1H),2.43–2.27(m,4H),1.68–1.60(m,4H),1.45–1.38(m,2H)。
/>
4.4化合物P9的制备
按照上述大环单体自由基开环聚合物的制备方法，将化合物9(49.5mg，0.1mmol)与Et3B(60uL，0.06mmol)反应15h后乙醚沉淀，烘干后得蓬松白色固体，即化合物P9(45.1mg，产率91％，Mn＝37000，)。化合物P9的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.04–7.84(m,1H),7.64–7.57(m,1H),7.53(d,J＝7.2Hz,2H),6.24(s,1H),5.63(ddd,J＝22.3,15.3,9.2Hz,1H),5.17–5.02(m,2H),4.15(q,J＝6.5,6.0Hz,2H),3.65(dt,J＝30.8,8.6Hz,1H),3.56–3.28(m,4H),
3.25–3.01(m,1H),2.90(dd,J＝7.6,4.0Hz,1H),2.79–2.60(m,2H),2.60–2.44(m,1H),2.43–2.09(m,4H),1.60(s,4H),1.34(s,6H)。
4.5化合物P10的制备
按照上述大环单体自由基开环聚合物的制备方法，将化合物10(53.7mg，0.1mmol)与Et3B(60uL，0.06mmol)反应15h后乙醚沉淀，烘干后得蓬松白色固体，即化合物P10(53.2mg，产率99％，Mn＝38900，)。化合物P10的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.91(s,1H),7.64–7.54(m,1H),7.52(s,2H),6.23(s,1H),5.76–5.43(m,1H),5.09(d,J＝11.4Hz,2H),4.13(s,2H),3.63(d,J＝31.4Hz,1H),3.54–3.42(m,1H),3.38(s,3H),3.21–3.00(m,1H),2.88(s,1H),2.65(s,2H),2.58–2.42(m,1H),2.30(d,J＝35.9Hz,4H),1.57(s,4H),1.25(s,12H)。
4.6化合物P11的制备
按照上述大环单体自由基开环聚合物的制备方法，将化合物11(41.1mg，0.1mmol)与Et3B(60uL，0.06mmol)反应15h后乙醚沉淀，烘干后得蓬松白色固体，即化合物P11(27.1mg，产率66％，Mn＝7600，)。化合物P10的结构式如下所示。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.9(d,J＝6.1Hz,1H),7.6(dd,J＝13.2,6.4Hz,3H),6.8(s,1H),5.6(tt,J＝20.1,9.4Hz,1H),5.2–5.0(m,2H),4.4–4.1(m,4H),3.9–3.4(m,2H),3.4–3.2(m,1H),2.9(d,J＝6.6Hz,1H),2.8–2.6(m,2H),2.6–2.4(m,1H),2.4(t,J＝11.9Hz,1H),1.6(s,2H)./>
实施例5
本实施例对实施例4的大环单体自由基开环聚合物的制备方法进行条件优化。
5.1反应时间的优化
具体实验方法：采用实施例4的聚合方法将化合物6进行自由基开环聚合反应，反应时间分别为5、10、15、20小时，最终制备得到的产物的分子量及产率如表1和图3所示。其中GPC测定以四氢呋喃作流动相，聚苯乙烯作标准。由表1和图3可知，当聚合反应在三乙基硼引发下，仅5小时就以40％产率生成数均分子量为22300的聚合物。随着反应时间的延长，产率进一步增加到78％，但分子量影响不大，这与连锁聚合反应的机理一致。
表1
5.2大环单体浓度的优化
具体实验方法：采用实施例4的聚合方法将化合物6进行自由基开环聚合反应，各组反应中大环单体浓度分别为0.05M、0.1M、0.2M。最终制备得到的产物的分子量及产率如表2和图4所示。由表2和图4可知，当降低单体浓度为0.05M时，对聚合反应的产率影响较大。当单体浓度增加至0.2M时，聚合物分子量影响不大，但产率略有下降，这是由于单体转化不充分所导致的。
表2
5.3反应溶剂种类的优化
具体实验方法：采用实施例4的聚合方法将化合物6进行自由基开环聚合反应，各组反应中分别采用DMF、NMP、DMSO、THF、氯苯作为溶剂。最终制备得到的产物的分子量及产率如表3和图5所示。由表3和图5可知，当使用DMF、NMP、DMSO作溶剂时，反应效果均较好，但DMF作溶剂所得聚合物的数均分子量相对较高，而当使用THF或氯苯作溶剂时，反应效果均较差，其中单体6在氯苯中的溶解性较差。
表3
5.4引发剂用量的优化
具体实验方法：采用实施例4的聚合方法将化合物6进行自由基开环聚合反应，各组反应中分别采用0.05当量、0.2当量、0.4当量、0.6当量、0.8当量的引发剂三乙基硼，最终制备得到的产物的分子量及产率如表4和图6所示。由表4和图6可知，三乙基硼的用量较低(0.05当量)时，对聚合反应的产率影响较大，可能由于三乙基硼在聚合过程被消耗完全，无法抵挡氧气对聚合反应的影响所致。为了验证这一可能，我们将三乙基硼的用量提高到0.2当量，可以看到聚合反应的产率明显提高，并且当三乙基硼的用量大于0.6当量后，产率基本维持在95％以上。
表4
实施例6
本实施例对实施例4所制备的大环单体自由基开环聚合物的结构、热性能、降解性能进行测试。
6.1采用核磁共振氢谱对实施例4所制备的大环单体自由基开环聚合物进行结构表征。结果如图7所示。结果发现，对比实施例3所制备的大环单体自由基开环聚合物和化合物5的氢谱，可以看到，化合物5的五元环结构上的特征峰基本在聚合物上都能找到。例如，聚合物端烯烃两个碳上的氢δ5.08ppm和δ5.54ppm基本和化合物5的氢谱一致，同时五元环上四类氢δ3.60–3.21ppm、δ2.85ppm、δ2.35–2.30ppm都能在聚合物的氢谱中找到，并且所有聚合物的氢谱基本没看到其它杂峰，说明大环单体基本按照所示的聚合机理发生了自由基开环聚合反应，生成了目标聚合物。
6.2采用差示扫描量热法对实施例3所制备的大环单体自由基开环聚合物的热性能进行测试。
实验结果如图8所示，通过对比各聚合物在N2保护下以10℃/min升温过程中的DSC数据，可以看到，随着聚合物主链上亚甲基比例的提高，聚合物主链柔顺性增强，玻璃化转变温度Tg逐渐降低。
6.3甲醇钠降解反应
具体实验方法：在10mL样品瓶中，加入化合物P6(50mg)和THF(5mL)，接着加入5MMeONa的MeOH溶液(50μL)，0s、30s和60s时各取1mL反应溶液，1M盐酸(70μL)淬灭后分别进行NMR和GPC测试。随后收集所有反应溶液，1M盐酸(5mL)和无水饱和食盐水洗涤，无水MgSO4干燥，柱层析提纯，得到降解产物。实验结果如表5和图9～10所示。由图9的GPC表征结果显示，所得聚合物的分子量在30s内即可降解完全；由图10的NMR则可以看到聚合物主链的酯峰1消失了，即酯键的断裂使得氧原子旁亚甲基的两个氢δ4.17ppm发生了位移。这些表征的结果均说明所得聚合物有着良好的降解性能，可以在短时间内完全降解为小分子片段，是一类具有很好应用前景的可降解高分子材料。
表5
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种大环单体化合物，其特征在于，所述大环单体化合物的结构通式如下：
其中R为有机基团；
所述R选自如下任一所示结构的基团，
，
其中---表示取代位置。
2.如权利要求1所述大环单体化合物的制备方法，其特征在于，在如下化合物4为原料，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酸二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶存在的条件下，与Boc保护的胺基羧酸先发生酯化反应，再加入三乙基硅烷、三氟乙酸、甲苯、2-(7-偶氮苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯和N,N-二异丙基乙胺进行酰胺化反应闭环，得到所述大环单体化合物，反应通式如下：
所述R选自如下任一所示结构的基团：
，
其中---表示取代位置。
3.如权利要求2所述大环单体化合物的制备方法，其特征在于，所述化合物4的制备方法包括以下步骤：
(1)化合物1苯甲酰磺酰亚胺和烯丙基溴反应，合成化合物2；
(2)然后化合物2和藜芦醇在氢化钠作用下先发生开环反应，再加入1,4-二溴-2-丁烯合成化合物3；
(3)化合物3和巯基乙醇反应得到所述化合物4；
反应通式如下：
4.一种大环单体自由基开环聚合物，其特征在于，所述聚合物以权利要求1所述的大环单体化合物为原料，在反应溶剂中通过三乙基硼引发开环聚合反应制备得到。
5.如权利要求4所述大环单体自由基开环聚合物，其特征在于，所述三乙基硼的用量为0.2～0.6当量。
6.如权利要求4所述大环单体自由基开环聚合物，其特征在于，所述大环单体化合物的浓度为0.05～0.1M。
7.如权利要求4所述大环单体自由基开环聚合物，其特征在于，所述反应溶剂为DMF、NMP、DMSO中的一种。
8.如权利要求4所述大环单体自由基开环聚合物，其特征在于，所述开环聚合反应的反应时间为15h。
9.如权利要求4所述大环单体自由基开环聚合物，其特征在于，所述反应是在室温条件和空气氛围下进行。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1044096A (zh) * 1988-12-22 1990-07-25 唐化学原料公司 制备单-n-烷基化的多氮杂大环的方法
CN112778236A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 华东理工大学 β、γ-氨基酸N-羧基硫代羰基环内酸酐单体的合成、聚合反应、聚合物制备及其应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1044096A (zh) * 1988-12-22 1990-07-25 唐化学原料公司 制备单-n-烷基化的多氮杂大环的方法
CN112778236A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 华东理工大学 β、γ-氨基酸N-羧基硫代羰基环内酸酐单体的合成、聚合反应、聚合物制备及其应用

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