CN114773607B

CN114773607B - 一种可降解的光响应聚合物及其制备方法

Info

Publication number: CN114773607B
Application number: CN202210420059.0A
Authority: CN
Inventors: 李智慧; 连肖月; 阴香萍; 路唯琳; 单鹏飞; 李钟玉
Original assignee: Wenzhou University; Wenzhou Medical University
Current assignee: Wenzhou University; Wenzhou Medical University
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2022-04-20
Publication date: 2023-07-07
Anticipated expiration: 2042-04-20
Also published as: CN114773607A

Abstract

本发明公开了一种可降解和的光响应聚合物，其分子式为：

本发明制备的聚合物具有光响应降解的能力，主要是其具有邻硝基苄基使其具备了光不稳定性，并且其分子式中的硫代缩醛基团也是可裂解的，因此其具有较好的光响应能力和降解能力。

Description

一种可降解的光响应聚合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子领域，更具体的说是涉及一种可降解和的光响应聚合物。

背景技术

在农业实践中，农药的应用对控制害虫和提高作物产量做出了巨大贡献。然而，农药的过度使用和滥用对环境和公共卫生都产生了负面影响。农药利用率低，主要是由于淋溶、蒸发和降解，是农药过度使用和滥用的罪魁祸首。因此，开发更有效的农药利用方法显得尤为迫切和重要。控制释放农药系统为解决这些问题提供了一种有效途径，可以实现农药的按需释放，延长农药的有效期。各种各样的材料，包括聚合物、无机材料和纳米复合材料被用作装载农药的载体。

线性聚酯属于可生物降解聚合物的范畴，由于其良好的生物降解性和生物相容性，在缝合线、骨螺钉、组织工程支架和药物或基因传递系统等医药和生物医学应用中具有巨大潜力。许多聚酯是通过内酯的开环聚合或二醇与二羧酸之间的缩聚成功合成的。相对于具有降解的光响应的聚合物的报道较少。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可降解和的光响应聚合物。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种可降解和的光响应聚合物，

其分子式为：

其中n为10-50，m为20-50。

作为本发明的另一发明目的，提供一种可生物降解和光响应聚合物，

步骤一：合成分子式为

的聚合物M1；

步骤二：合成分子式为

的聚合物mPEG-COOH；

步骤三：将聚合物M1与1，6-二溴己烷反应生成分子式为

的聚合物P1；

步骤四：将聚合物P1与聚合物mPEG-COOH反应生成分子式为

的聚合物。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤一为将3-巯基丙酸与2-硝基苯甲醛溶解在乙酸乙酯中，然后加入三氟乙酸，在室温下搅拌24小时，经过提纯得到聚合物M1。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤一中提纯方法为减压提纯，之后得到的粗产物经过以体积比为1∶4的乙酸乙酯和酒精组成的洗脱剂，通过柱层析进一步纯化，得到提纯物。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤二为聚乙二醇单甲醚与丁二酸酐在90℃下搅拌18小时，之后再110℃下真空去除残留的丁二酸酐，得到聚合物mPEG-COOH。

作为本发明的进一步改进，

所述聚乙二醇单甲醚分子量为1000。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤三为将聚合物M1与1，6-二溴己烷溶解在二甲基亚砜中，然后加入1，1，3，3-四甲基胍为催化剂，在45℃下搅拌12小时，得到聚合物P1。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤四为取聚合物P1与聚合物mPEG-COOH混合，以1，1，3，3-四甲基胍为催化剂，在45℃下搅拌6小时，得到聚合物P2。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤四还包括，在得到聚合物P2后，通过水透析反应得到的溶液，并在冷冻干燥以后，得到纯化的聚合物P2。

本发明的有益效果，本发明制备的聚合物具有光响应降解的能力，主要是其具有邻硝基苄基使其具备了光不稳定性，并且其分子式中的硫代缩醛基团也是可裂解的，因此其具有较好的光响应能力和降解能力。

其主要是通过首先制备具有邻硝基苄基和硫代缩醛基团的光响应单体聚合物M1，在将聚合物M1在1，1，3，3-四甲基胍催化剂作用下与1，6-二溴己烷反应生产聚合物P1，同时制备了作为亲水链段聚合物mPEG-COOH，这样聚合物P1就具备了与亲水链段聚合物mPEG-COOH反应的端基，从而在1，1，3，3-四甲基胍催化剂作用下反应生产具有光响应降解能力的聚合物P2。

附图说明

图1为本发明实施例的反应原理示意图；

图2为本发明实施例一至四得到的产物的核磁图谱；

图3为本发明实施例一至四得到的产物的GPC轨迹图；

图4为本发明实施例中光降解原理示意图；

图5为本发明实施例四的产物在UV照射不同时间后的核磁图；

图6为本发明实施例四的产物在UV照射不同时间后和实施例二的产物的GPC轨迹图。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

实施例一：聚合物M1的制备

将3-巯基丙酸(2.57g，22mmol)和2-硝基苯甲醛(1.51g，10mmol)溶解在25mL乙酸乙酯中，然后向混合物中添加0.5mL三氟乙酸。在室温下搅拌溶液24小时。然后在减压下浓缩溶剂。粗产物以Et0Ac/石油酒精(1/4，v/v)为洗脱剂，通过柱层析进一步纯化，得到聚合物M1。

将实施例一得到的聚合物M1进行核磁测试：参照图2中的a

1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ＝7.96(d，J＝8.09，1H)，7.94-7.88(m，1H)，7.83-7.75(m，1H)，7.63-7.55(m，1H)，5.69(d，J＝2.44，1H)，2.97-2.62(m，4H)，2.58-2.41(m，4H)。

实施例二：

将聚乙二醇单甲醚mPEG-1K(5g，5mmol)与丁二酸酐(0.55g，5.5mmol)混合。将混合物在90℃下搅拌18小时。之后，在110℃下真空去除残余的丁二酸酐3小时，得到聚合物mPEG1k-COOH。

将实施例二得到的聚合物mPEG1k-COOH进行核磁测试：参照图2中的b

1HNMR(500mhz，CDCl3)δ4.30-4.18(m，2H)，3.79-3.46(m，4H)，3.36(s，3H)，2.72-2.50(m，4H)。

实施例三：

将M1(3.02g，8.75mmol)和1，6-二溴己烷(2.44g，10mmol)溶解在DMSO(20mL)中，然后将1，1，3，3-四甲基胍TMG(2.02g，17.5mmol)缓慢滴入混合物中。将溶液在45℃下搅拌12小时，得到聚合物P1。

将实施例三得到的聚合物P1溶液，取2毫升溶液，倒入10毫升去离子水中，通过过滤收集沉淀。粗产物通过溶解于丙酮、在乙醚中沉淀并最终在45℃真空下干燥三次来纯化，以获得聚合物P1进行核磁测试：参照图2中的c

1HNMR(400MHz，CDCl3)δ7.98(dd，J＝13.9，7.8Hz，1H)，7.86(dd，J＝8.2，3.8Hz，1H)，7.62(t，J＝7.6Hz，1H)，7.42(t，J＝7.8Hz，1H)，5.86-5.73(m，1H)，4.29-3.96(m，4H)，3.40(dd，J＝9.0，4.5Hz，4H)，2.98-2.73(m，4H)，2.73-2.54(m，77-1.54)，1.54(m，4H)，1.54-1.54(m，4H)。

实施例四：

将mPEG1k-COOH(2.75g，2.75mmol)和1，1，3，3-四甲基胍TMG(0.32g，2.75mmol)添加到实施例三得到的聚合物P1残余溶液中，并在45℃下搅拌该溶液6h。之后，用水透析该溶液72h并冷冻干燥以获得所得聚合物P2。

将实施例四得到聚合物P2进行核磁测试：参照图2中的d

1HNMR(400MHz，CDCl3)δ7.97(t，J＝7.6Hz，1H)，7.86(d，J＝8.1Hz，1H)，7.62(t，J＝7.5Hz，1H)，7.42(t，J＝7.8Hz，1H)，5.81(s，1H)，4.34-3.93(m，12H)，3.76-3.48(m，4H)，3.37(s，6H)，3.01-2.68(m，4H)，2.61(dt，J＝14.3，7，7.5Hz，8H，8H)，1.60-3.5Hz，J＝3.5Hz)。

所有试剂和溶剂均为市售，使用时无需进一步纯化。1，1，3，3-四甲基胍、乙二醇单甲醚(Mn＝1000)(mPEG 1K)、2-硝基苯甲醛、3-巯基丙酸、1，6-二溴己烷、三氟乙酸、2，4-二氯苯氧基乙酸和丁二酸酐购自上海阿拉丁有限公司。二甲基亚砜(DMSO)、乙酸乙酯、丙酮和乙醚购自金山化学试剂有限公司(温州)。

将实施例一至三得到的产物，通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定其分子量，实施例一至四的GPC轨迹如图3所示。

合成了具有光不稳定邻硝基苄基的二羧酸，如图2中的b所示。通过1H NMR谱确定了光降解单体的成功合成。如图2中的b所示，在5.69ppm处出现了新的峰，对应于硫代缩醛基中的质子，并且在1H NMR光谱中无法观察到2-硝基苯甲醛的醛基峰。然后我们使用该单体与1，6-二溴己烷反应，使用TMG作为促进剂合成聚合物P1。

通过1H NMR对聚合物P1的成功合成进行了表征。聚合物P1的1H NMR光谱如图2中的c所示，并标记了相关信号，所有峰都可以很好地与其化学结构相匹配。4.29-3.96ppm处的特征峰表明1，6-二溴己烷中的溴已变成酯键。酯键较强的吸电子能力导致亚甲基(从Br-CH2-结构到-COOCH2-结构)向低场转移。TMG催化的聚酯化反应具有反应条件温和、易操作、效率高等优点；与传统的聚酯化反应相比，无需高温、真空、反应时间长、惰性气体保护。

在本发明中，mPEG1k-COOH被合成为两亲性聚合物P2的亲水部分。如图2中的a所示，4.30-4.18ppm的峰值对应于-CH2-O-CO-质子，2.72-2.50ppm的峰值对应于-O-CO-CH2-CH2-OC-O-质子，表明聚合物mPEG1k-COOH的合成成功。然后我们使用mPEG1k-COOH作为亲水链段与聚合物P1反应，通过TMG催化的酯化反应合成两亲性聚合物P2。通过1H NMR确定了聚合物P2的成功合成。

GPC分析为聚合物P1和mPEG1k-COOH之间的偶联反应提供了明确的证据。如图3所示，与聚合物P1和聚合物mPEG1k-COOH相比，聚合物P2在较低的保留时间下显示出明显的色谱图，表明形成了高分子量聚合物。

聚合物P2的1H NMR光谱如图2中的d所示，并标记了相关信号，所有峰都可以很好地与其化学结构相匹配。

两亲性聚合物P2具有重复位于疏水段主链中的轻不稳定邻硝基苄基部分。研究了聚合物P2的光降解。降解机制如图4所示。

取三组聚合物P2，分别在UV(200mW/cm2，365nm)处理0s、120s、300s后进行核磁检测。得到图5。

取三组聚合物P2，分别在UV(200mW/cm2，365nm)处理0s、120s、300s后GPC检测。并取一组聚合物mPEG1k-COOH进行GPC检测。得到图6。

如图5所示，聚合物P2在200mW/cm2紫外光照射下，在365nm处进行了不同辐照时间的光降解。1H NMR用于研究辐照不同时间后聚合物P2化学结构的变化(图5)。辐照120s后，1hnmr中仍存在峰(a)，但峰(a)和峰(b)的比值明显降低，表明邻硝基苄基部分被裂解。很明显，在辐照300s后，特征峰几乎消失，而新的峰c出现，表明聚合物P2是光不稳定的。

GPC结果为聚合物P2的光降解提供了额外的证据。如图6所示，随着辐照时间的增加，由于硫缩醛基在UV辐照下降解，峰向更高的洗脱时间移动。辐照300s后，降解后的聚合物P2的GPC痕迹与mPEG1k-C00H的保留时间相似，表明聚合物P2完全降解。此外，还通过FT-IR研究了聚合物P2的光降解。

这些结果表明，聚合物P2是光不稳定的，具有光响应降解能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。