CN1174019C - 聚（2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯）及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)及其制备方法和用途。它是以聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)为原料经氨解获得。由于本发明聚合物侧链功能基的存在，从而可以通过键合各种药物形成高分子药物体系，可控制释放或持续释放，或者键合生物活性分子，以改善材料的生物相容性和生物活性，通过侧链官能团的引入还可以改变聚合物的降解速率、物理机械性能、亲水/疏水性能，并可通过控制官能团的比例来控制降解速率，因此在药物控制释放、组织工程、基因治疗等领域有很重要的实践意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)的制备和用途。本发明属于有机化学和高分子化学领域。
背景技术
近几十年以来，生物医用高分子材料的研究得到了迅速发展，作为生物可降解的高分子材料，由于它在植入体内后不需经外科手术取出，因而在手术缝合线、人造皮肤、人造血管、骨固定及修复和药物传递系统等领域得到越来越广泛的应用。生物可降解合成高分子主要有聚酯、聚氨基酸、聚磷酸酯、聚酸酐、聚原酸酯、聚碳酸酯等。脂肪族碳酸酯是一类生物可降解/吸收的高分子，它具有生物相容性，在体内条件下有一定弹性，可作为生物医用材料在药物控制释放系统，体内植入材料和软组织修复材料等方面有广泛的研究和应用。为了获得侧链含功能化可生物降解/吸收的无毒生物医用高分子材料，重要的途径之一就是设计和合成结构新颖的碳酸酯单体或通过侧链修饰。
高分子合成方法一般有加聚聚合、异构化聚合、消去聚合、缩聚、环化聚合、开环聚合、聚加成、加成缩聚等反应，目前生物可降解聚碳酸酯的合成一般采用开环聚合，因为它具有热效应低、聚合速度快、能在短时间内达到较高分子量等优点。常见的脂肪族碳酸酯开环聚合的单体一般为五元环或六元环环状碳酸酯，但由于五元环环状碳酸酯开环聚合时总是或多或少有脱二氧化碳现象产生，因此聚碳酸酯的合成一般采用六元环环状碳酸酯。
含可功能化侧基的脂肪族聚碳酸酯在实践中有重要意义。在侧基官能团上键合各种药物形成高分子药物体系，可控制释放或持续释放；或者键合生物活性分子，以改善材料的生物相容性和生物活性；通过侧链官能团的引入还可以改变聚合物的降解速率、物理机械性能、亲水/疏水性能；还可通过控制官能团的比例来控制降解速率，因此含可功能化侧基的脂肪族聚碳酸酯的研究和应用引起了人们极大的兴趣。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的具有良好生物相容性含可功能化基团的生物可降解/吸收聚碳酸酯即聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)及其制备方法和用途。
本发明提供的技术方案是：聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，其结构式为：
式中R＝NH(CH2)2-8NH2、NHCH2CH2N(CH3)2、NHCH2CH2N(CH2CH3)2，其重均分子量为2000～20000。
本发明还提供了上述聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)的制备方法，即以氯仿或二氯甲烷为溶剂，在-10℃～40℃条件下将聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)与乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、N，N-二甲基乙二胺或N，N-二乙基乙二胺进行氨解得到聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)。
聚合物的结构经红外光谱(FT-IR)，质子核磁共振谱(1H NMR)证实，聚合物的重均分子量和多分散指数由凝胶色谱(GPC)测定，氨解前洗脱溶剂为氯仿，其重均分子量5000-50000，多分散指数为1.3-2.0，氨解后的聚合物重均分子量2000-20000，洗脱溶剂为水。
采用本发明所达到的有益效果。
本发明首次采用聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)氨解合成亲水性很好的聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，聚合物的结构经红外光谱(FT-IR)，质子核磁共振谱(1H NMR)确认，两者聚合物相比，前者侧基为疏水性基团，后者为亲水性酰胺-胺基团，因此聚合物由氨解前的脂溶性转变为氨解后的水溶性。由于本发明聚合物侧链功能基的存在，从而可以通过键合各种药物形成高分子药物体系，可控制释放或持续释放，或者键合生物活性分子，以改善材料的生物相容性和生物活性，通过侧链官能团的引入还可以改变聚个物的降解速率、物理机械性能、亲水/疏水性能，并可通过控制官能团的比例来控制降解速率，因此在药物控制释放、组织工程、基因治疗等领域有很重要的实践意义。
本发明的聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)具有以下用途：
1、改善聚碳酸酯的物理机械性能、玻璃化温度，用于组织工程。
2、改善材料的生物相容性和生物活性，用于医药方面。
3、用于药物控制释放体系。
4、可功能化侧基制备高分子药物。
5、改善聚碳酸酯的亲水性/疏水性能，提高其降解速率。
6、主链为碳酸酯，侧链酰胺-胺的聚阳离子化合物，可作为基因转染载体用在基因治疗方面。
具体实施方式
本发明聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)是由聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)以氯仿或二氯甲烷为溶剂，在-10℃～40℃条件下与乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、N，N-二甲基乙二胺或N，N-二乙基乙二胺进行氨解得到聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)。
上述聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)可以2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯为单体，通过本体配位开环聚合得到。
本发明的具体合成路线如下：
聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)是以2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯为单体，辛酸亚锡为催化剂，在熔融状态、真空条件下通过本体开环聚合得到，开环聚合反应的单体与催化剂的摩尔比为50-1000∶1。
聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)是由聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)以氯仿或二氯甲烷为溶剂，在-10℃～40℃条件下与乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、N，N-二甲基乙二胺或N，N-二乙基乙二胺进行氨解得到。
以下结合具体实例对本发明的技术方案作进一步说明：
实施例一：
开环聚合：将0.261克单体2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯加入带磁子的干燥的圆底聚合管中，再加入5微升0.1472克/毫升辛酸亚锡的无水甲苯溶液，然后减压抽去溶剂，封管于熔融状态下反应16小时，反应结束后将所得聚合物聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)溶于三氯甲烷中，再倾入甲醇中无沉淀产生。
实施例二：
开环聚合：将0.261克单体2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯加入带磁子的干燥的圆底聚合管中，再加入10微升0.1472克/毫升辛酸亚锡的无水甲苯溶液，然后减压抽去溶剂，封管于熔融状态下反应16小时，反应结束后将所得聚合物溶于三氯甲烷中，再倾入甲醇中重沉淀，真空干燥得白色橡胶状聚合物聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率83.91％，红外光谱1733cm-1(-COO-)，1751cm-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(1H NMR)：(CDCl3，ppm)4.24-4.34(q，6H，CH2)，3.76-3.78(s，3H，OCH3)，1.18-1.32(s，6H，CH3)，重均分子量36366，多分散指数为2.0。
实施例三：
开环聚合：将0.261克单体2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯加入带磁子的干燥的圆底聚合管中，再加入10微升0.1472克/毫升辛酸亚锡的无水甲苯溶液，然后减压抽去溶剂，封管于熔融状态下反应12小时，反应结束后将所得聚合物溶于三氯甲烷中，再倾入甲醇中重沉淀，真空干燥得白色橡胶状聚合物聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率58.05％，红外光谱1733cm-1(-COO-)，1751cm-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(1H NMR)：(CDCl3，ppm)4.24-4.34(q，6H，CH2)，3.76-3.78(s，3H，OCH3)，1.18-1.32(s，6H，CH3)，重均分子量11780，多分散指数为1.8。
实施例四：
开环聚合：将0.261克单体2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯加入带磁子的干燥的圆底聚合管中，再加入10微升0.1472克/毫升辛酸亚锡的无水甲苯溶液，然后减压抽去溶剂，封管于熔融状态下反应14小时，反应结束后将所得聚合物溶于三氯甲烷中，再倾入甲醇中重沉淀，真空干燥得白色橡胶状聚合物聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率82.92％，红外光谱1733cm-1(-COO-)，1751cm-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(1H NMR)：(CDCl3，ppm)4.24-4.34(q，6H，CH2)，3.76-3.78(s，3H，OCH3)，1.18-1.32(s，6H，CH3)，重均分子量30056，多分散指数为1.8。
实施例五：
开环聚合：将0.261克单体2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯加入带磁子的干燥的圆底聚合管中，再加入10微升0.1472克/毫升辛酸亚锡的无水甲苯溶液，然后减压抽去溶剂，封管于熔融状态下反应18小时，反应结束后将所得聚合物溶于三氯甲烷中，再倾入甲醇中重沉淀，真空干燥得白色橡胶状聚合物聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率61.69％，红外光谱1733cm-1(-COO-)，1751cm-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(1H NMR)：(CDCl3，ppm)4.24-4.34(q，6H，CH2)，3.76-3.78(s，3H，OCH3)，1.18-1.32(s，6H，CH3)，重均分子量18775，多分散指数为1.5。
实施例六：
将0.12克聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)溶入氯仿中，加入1.92克乙二胺，室温搅拌72小时，浓缩，加入甲苯(除乙二胺)，浓缩，再加入甲醇(除甲苯)，再浓缩，然后用甲醇纯化产物，干燥得聚(2-氨乙酰胺-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率86％，重均分子量3000，多分散指数为1.5，红外光谱1705cm-1(-COO-)，1764cm-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(1H NMR)：(DMSO，ppm)1.04-1.14(d，3H，CH3)，2.48-2.60(m，2H，CH2N)，2.98-3.04(t，2H，NH2)，3.48-3.58(t，2H，CH2)，3.60-3.66，3.98-4.04(q，4H，CH2CCH2)，7.04-7.16，7.50-7.58(t，1H，CONH)。
实施例七：
将实施例六中的乙二胺用丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺或辛二胺代替可得到产物聚(2-氨丙酰胺-2-甲基三亚甲基碳酸酯)、聚(2-氨丁酰胺-2-甲基三亚甲基碳酸酯)、聚(2-氨戊酰胺-2-甲基三亚甲基碳酸酯)、聚(2-氨己酰胺-2-甲基三亚甲基碳酸酯)、聚(2-氨庚酰胺-2-甲基三亚甲基碳酸酯)或聚(2-氨辛酰胺-2-甲基三亚甲基碳酸酯)。
实施例八：
将0.12克聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)溶入二氯甲烷中，加入3.03克N，N-二甲基乙二胺，室温搅拌72小时，浓缩，加入甲苯，浓缩，再加入甲醇，再浓缩，然后用甲醇纯化产物，干燥得聚[2-(N，N-二甲基氨乙酰胺)-2-甲基三亚甲基碳酸酯]，产率88％，重均分子量12000，多分散指数为1.5。
实施例九：
将0.12克聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)溶入氯仿中，加入4.00克N，N-二乙基乙二胺，室温搅拌72小时，浓缩，加入甲苯，浓缩，再加入甲醇，再浓缩，然后用甲醇纯化产物，干燥得聚[2-(N，N-二乙基氨乙酰胺)-2-甲基三亚甲基碳酸酯]，产率90％，重均分子量13000，多分散指数为1.4。
Claims (5)
1.聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，其结构式为：
式中R＝NH(CH2)2-8NH2、NHCH2CH2N(CH3)2、NHCH2CH2N(CH2CH3)2，其重均分子量为2000～20000。
2.权利要求1所述聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)的制备方法，其特征是：以氯仿或二氯甲烷为溶剂，在-10℃～40℃条件下将聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)与乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、N，N-二甲基乙二胺或N，N-二乙基乙二胺进行氨解得到聚(2-取代基羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：聚(2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)是以2-甲氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯为单体，辛酸亚锡为催化剂在熔融状态、真空条件下以本体开环聚合反应12～18小时而制备。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：开环聚合反应的单体与催化剂的摩尔比50-1000∶1。
5.权利要求1所述聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)用作药物控制释放材料、组织工程材料，通过改性用可作基因转染载体。
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