CN1384128A

CN1384128A - 聚(2－乙氧羰基－2－甲基三亚甲基碳酸酯)及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN1384128A
Application number: CN 02115799
Authority: CN
Inventors: 刘芝兰; 周瑜; 卓仁禧
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2002-12-11
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: CN1168757C

Abstract

本发明公开了聚(2－乙氧羰基－2－甲基三亚甲基碳酸酯)的制备法。它是以2,2－二羟甲基丙酸为原料,通过酯化和关环反应,制备了单体2－乙氧羰基－2－甲基三亚甲基碳酸酯,然后经本体开环配位聚合合成聚(2－乙氧羰基－2－甲基三亚甲基碳酸酯)。由于该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、基因治疗等领域有极其重要的作用。

Description

聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种聚(2-乙氧羰基-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-乙氧羰基-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-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，其结构式为：其重均分子量为10³～10⁵。

上述重均分子量最好在6×10³～6×10⁴之间。

本发明还提供了上述聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)的制备方法，即从2，2-二羟甲基丙酸出发，通过酯化，关环反应制备了新型六元环环状碳酸酯单体即2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯，然后通过本体配位开环聚合得到了相应聚碳酸酯即聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，具体合成路线如下：

将2，2-二羟甲基丙酸和乙醇在酸性(pH＜7)条件下经酯化反应制备2-乙氧羰基-2-甲基-1，3-丙二醇；所得2-乙氧羰基-2-甲基-1，3-丙二醇和氯甲酸乙酯在以三乙胺为催化剂，四氢呋喃(THF)为溶剂的条件下制得2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯，其熔点为49-50℃，经显微熔点仪测定；然后以2-乙氧羰基-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(bulk)得到聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)。

上述2-乙氧羰基-2-甲基-1，3-丙二醇的制备是以2，2-二羟甲基丙酸和乙醇为原料在酸性条件下、以阳离子交换树脂作催化剂、在回流状态下完成。为了促使酯化反应完全，可将3A型分子筛加入索氏提取器中吸收反应生成的水分。

上述开环聚合反应的单体与催化剂的摩尔比为50-1000∶1。

单体和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，洗脱溶剂为氯仿，其重均分子量10³-10⁵。

本发明首次合成了一种结构新颖的六元环环状碳酸酯单体即2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯和一种侧链含酯基的聚碳酸酯即聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，单体和聚合物的结构经红外光谱(FT-IR)，质子核磁共振谱(¹HNMR)确认，和聚(三亚甲基碳酸酯)相比，通过侧链引入较柔顺的乙氧羰基，使得聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)的玻璃化温度有所降低。由于该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。

本发明的聚碳酸酯即聚(2-乙氧羰基-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、可功能化侧基制备基因转染载体用在基因治疗方面。

具体实施方式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：

2-乙氧羰基-2-甲基-1，3-丙二醇的制备：将20.2克2，2-二羟甲基丙酸和150毫升无水乙醇加入250毫升圆底烧瓶中，用3.0克732型阳离子交换树脂作催化剂，将8.0克3A型分子筛加入索氏提取器中，加热搅拌回流72小时，过滤、蒸出溶剂，干燥得浅黄色油状液体2-乙氧羰基-2-甲基-1，3-丙二醇22.7克，产率93.4％，红外光谱1721cm^-1(-COO-)。

实施例二：

2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯的制备：将11.4克2-乙氧羰基-2-甲基-1，3-丙二醇溶于600毫升四氢呋喃中，再加入16毫升氯甲酸乙酯，在0℃下搅拌，30分钟内滴加26毫升三乙胺，然后在室温下搅拌2小时，滤出三乙胺盐酸盐，滤液浓缩，加入无水乙醚使之沉淀，粗产品用甲苯/石油醚重结晶三次，得白色晶体2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯6.8克，产率49.6％，红外光谱1731cm^-1(-COO-)，1759cm^-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(¹HNMR)：(CDCl₃，ppm)4.64-4.72，4.18-4.24(CH₂，6H)，1.24-1.36(CH₃，6H)。

实施例三：

开环聚合：将0.284克单体2-乙氧羰基-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-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率45.21％，红外光谱1736cm^-1(-COO-)，1757cm^-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(¹H NMR)：(CDCl₃，ppm)4.16-4.34(CH₂，6H)，1.18-1.32(CH₃，.6H)，重均分子量为7156，多分散指数为1.5。

实施例四：

开环聚合：将0.284克单体2-乙氧羰基-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-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率75.01％，红外光谱1736cm^-1(-COO-)，1757cm^-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(¹H NMR)：(CDCl₃，ppm)4.16-4.34(CH₂，6H)，1.18-1.32(CH₃，.6H)，重均分子量为67216，多分散指数为2.0。

实施例五：

开环聚合：将0.284克单体2-乙氧羰基-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-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率59.02％，红外光谱1736cm^-1(-COO-)，1757cm^-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(¹H NMR)：(CDCl₃，ppm)4.16-4.34(CH₂，6H)，1.18-1.32(CH₃，.6H)，重均分子量为11942，多分散指数为1.9。

实施例六：

开环聚合：将0.284克单体2-乙氧羰基-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-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率65.46％，红外光谱1736cm^-1(-COO-)，1757cm^-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(¹H NMR)：(CDCl₃，ppm)4.16-4.34(CH₂，6H)，1.18-1.32(CH₃，.6H)重均分子量为50687，多分散指数为17。

实施例七：

开环聚合：将0.284克单体2-乙氧羰基-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-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率60.50％，红外光谱1736cm^-1(-COO-)，1757cm^-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(¹H NMR)：(CDCl₃，ppm)4.16-4.34(CH₂，6H)，1.18-1.32(CH₃，.6H)，重均分子量为25143，多分散指数为2.4。

实施例八：

开环聚合：将0.284克单体2-乙氧羰基-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20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-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率58.34％，红外光谱1736cm^-1(-COO-)，1757cm^-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(¹H NMR)：(CDCl₃，ppm)4.16-4.34(CH₂，6H)，1.18-1.32(CH₃，.6H)，重均分子量为11556，多分散指数为1.8。

实施例九：

开环聚合：将0.284克单体2-乙氧羰基-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30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-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，产率47.62％，红外光谱1736cm^-1(-COO-)，1757cm^-1(-OCOO-)，质子核磁共振谱(¹H NMR)：(CDCl₃，ppm)4.16-4.34(CH₂，6H)，1.18-1.32(CH₃，.6H)，重均分子量为8077，多分散指数为1.9。

Claims

1.聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，其结构式为：其重均分子量为10³～10⁵。

2.根据权利要求1所述聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)，其特征是：重均分子量为6×10³～6×10⁴。

3.权利要求1所述聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)的制备方法，其特征是：将2，2-二羟甲基丙酸和乙醇在酸性条件下经酯化反应制备2-乙氧羰基-2-甲基-1，3-丙二醇；所得2-乙氧羰基-2-甲基-1，3-丙二醇和氯甲酸乙酯在以三乙胺为催化剂，四氢呋喃为溶剂的条件下制得2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯；然后以2-乙氧羰基-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聚(2-乙氧羰基-2-甲基三亚甲基碳酸酯)。

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为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，通过改性还可作基因转染载体用在基因治疗方面。