专利名称：一种(abc)s型杂臂星形聚合物及其制备方法
技术领域：
本发明是一种制备ABC型杂臂星形聚合物的方法。
背景技术：
特定结构的分子设计及合成无论在科学研究还是在工业应用方面都很有意义，成为日益活跃的研究主题。合成出由结构不同且各不相容的组分组成的星形共聚物，一方面它们可以在更高层次上为现代技术提供各种性能优化组合的新材料，可以有多种用途，包括高分子表面活性剂，去静电剂、高分子共混用的增容剂、相转移催化剂或固体聚合物电解质等。另一方面这些新的星形共聚物所具有的新的相形态，相结构，相界面和相尺寸，这些新的相关系随各链的结构和长度的变化，以及它们的宏观物理和化学性能及其聚集态结构等信息，都是高分子科学工作者十分感兴趣的研究课题。目前，据文献报道，活性阴离子、阳离子及自由基聚合都可以用来合成星形聚合物，而以上聚合方法制备的星形聚合物以同臂结构较为常见，制备的杂臂聚合物往往局限在适合某种聚合机理的少数几种单体的组合。当然，也有人把不同聚合机理结合在一起合成星形聚合物，但上述方法反应条件苛刻，难以产业化，不具有普适性。
发明内容
本发明的目的是获得一种用途广泛的ABC型杂臂星形聚合物。
本发明的目的是获得一种操作简便、易产业化的ABC型杂臂星形聚合物的制备方法。
本发明利用末端官能团化的聚合物的末端基与带多官能团的氨基酸及其衍生物发生偶合反应制备出ABC型杂臂星形聚合物。能官能团化的活性聚合包括阴离子聚合，阳离子聚合，活性自由基聚合，因此适用于本发明的均聚物范围较广。而氨基酸种类繁多，且容易得到。
本发明的目标产物的通式是
记为(ABC)SA、B、C是末端含有官能团的高分子均聚物，官能团等可以为胺基、羟基、羧基，马来酰亚胺等。A、B、C可以是聚苯乙烯、聚异戊二烯、聚乙二醇、聚4-乙烯基吡啶、聚丁二烯、聚丙烯酸酯类等性质有差异、容易分离的均聚物，数均分子量在2000-20000之间。S是有三个官能团的氨基酸或其衍生物。
本发明的S可以是赖氨酸、半胱氨酸、谷氨酸等具有三个官能团的氨基酸，该类氨基酸来源广泛，反应方便。
本发明的S还可以是氨基酸的衍生物，如具有三个官能团的二肽、三肽等。
上述ABC型杂臂星形聚合物是通过一端或两端带功能基团的线型均聚物，与氨基酸的官能团逐个偶合得到的。均聚物的功能基可以为胺基、羧基、羟基、马来酰亚胺等。氨基酸可以是两个羧基的谷氨酸和天门冬氨酸，一个胺基一个巯基一个羧基的半胱氨酸，一个胺基一个羟基一个羧基的丝氨酸和酪氨酸，两个胺基一个羧基的赖氨酸等或两三个氨基酸的组合(二肽、三肽)羟基官能团的均聚物必需经转化为活化酯官能团官能团后与氨基酸或其衍生物偶合。对聚合物没有特殊要求，只要在现有分离手段下能分离纯化即可。
本发明在合成过程中使用的溶剂应为参加反应的高分子均聚物的共良溶剂，中间产物和最后产物可用层析色谱柱提纯；产物的分子量和分子量分布可用凝胶渗透色谱测定，产物中各组分含量可用核磁共振谱测定。
本发明采用的偶合反应的具体步骤均为现有技术的生化反应，反应条件温和、易控制，该领域技术人员按本发明的上述内容均能实现，获得目标产物。
本发明可以先制得ASB两嵌段的聚合物，即先制备均聚物A与氨基酸或衍生物偶合，然后再与均聚物B偶合，最后与两端都带官能团的均聚物C的任一端与ASB上的S偶联，制得C链上带端基的ABC型杂臂星形聚合物，该类聚合物还可以连接到其他具有官能团的聚合物上。
本发明方法通过端基分析判断各阶段偶合反应是否完全，即当每一次偶合反应完全后再进行下一个均聚物与氨基酸或衍生物的偶合反应。
本发明拓宽了该类聚合物的制备途径，且制备方法简便、通用，反应条件温和，具有良好的产业化前景。
具体实施例方式
实施例一(PSPEGPI)lysine的制备制备流程示意 一、MPEG-lysine的制备1、mPEG-O-NHS的制备将10gmPEG-OH(Mn＝2783，3.59mmol)溶解在200ml甲苯中，共沸除水后蒸干甲苯，趁热加入乙腈100ml，加入三乙胺6ml(43mmol)，在另一个烧瓶中加入二琥珀酰亚胺碳酸酯(DSC)5.5g(21.5mmol)和乙腈50ml，溶解后滴加前一步的乙睛溶液，于室温下搅拌反应12h。
反应液经浓缩后用无水乙醚沉淀，再溶于50ml甲苯，过滤，除去不溶的DSC。再在干燥的无水乙醚中沉淀出，并在二氯甲烷/乙醚中溶解沉淀两遍。真空干燥，得MPEG-lysine9.0g，产率90％测定mPEG-O-NHS的含量将mPEG-O-NHS溶于PH＝9的缓冲溶液(浓度为0.5-1.0×10-4mol/L，放置30min，测定其紫外吸光光谱。记录260nm处的吸光度，并按摩尔消光系数ε＝8900(mol/L)-1·cm-1计算其中活化酯的含量。
2、MPEG-lysine的制备称取4.72g(32mmol)赖氨酸，溶解在150ml pH＝8的缓冲溶液中，用稀HCl溶液调节pH在8.30，分批加入干燥的mPEG-O-NHS共9g，在此过程中用稀NaOH溶液调节pH在8.30到8.00之间，反应过夜。
用稀盐酸调节PH＝3.0，用二氯甲烷萃取5遍。浓缩，沉淀。真空干燥，得MPEG-lysine8.3g，产率92％。
二、PSPEG-lysine的制备1、PS-O-NHS的制备将5g PS-OH(Mn＝4319，1.157mmol)溶解在100ml甲苯中，共沸除水后蒸干甲苯，加入精制的二氯甲烷30ml，加入4-二甲氨基吡啶(DMAP)0.846g(6.942mmol)。
在另一个烧瓶中加入1.782gDSC(6.942mmol)和精制的丙酮90ml，溶解后滴加前一步的二氯甲烷溶液，反应过夜(大于12小时)。
将反应液在低温下蒸干，再溶于甲苯，过滤，除去不溶的DSC。旋干甲苯后，倒入环己烷100ml，过滤，除去不溶物，再旋干，用干燥的乙睛洗涤三遍后真空干燥，得PS-O-NHS4.2g，产率84％。
2、PSPEG-lysine的制备称取2gMPEG-lysine(Mn＝2783，0.72mmol)加入干燥的氯仿80ml，加三乙胺调节PH在9到10之间。将4g PS-O-NHS(Mn＝4319，0.9mmol)滴加入该溶液。室温下反应3小时，然后油浴加热到50℃，反应3天，取出少量，在石油醚(30℃-60℃)中沉淀出，用无水乙醇洗去三乙胺。然后通过氨基检测判断是否还有MPEG-lysine存在。如果还有，补加适量PS-O-NHS。直至没有氨基存在。旋干反应液，在石油醚(30℃-60℃)中沉淀出，用无水甲醇洗去三乙胺。
通过层析色谱柱分离纯化，先用二氯甲烷淋洗出PS，再用二氯甲烷/甲醇淋洗(9∶1)，用紫外、红外检测淋洗液，旋干所需组分淋洗液，在石油醚中沉淀出，真空干燥，得PSPEG-lysine 3g，产率60％。用GPC测定Mn＝6109，D＝1.12(PS作为标样)。
三、PSPEGPI-lysine的制备1、PI-NH2的制备1)PI-O-NHS的制备取3g PI-OH(Mn＝3472，0.864mmol)，制备方法与PS-O-NHS的相同。
2)PI-NH2的制备取乙二胺1.155ml(17.3mmol)，加入适量二氯甲烷60ml，慢慢滴加PI-O-NHS的二氯甲烷溶液，反应过夜。旋干二氯甲烷后，在甲醇中沉淀出，多次用甲醇洗涤以除去乙二胺，直到两次检测出的胺基含量差值小于2％，真空干燥，得2.5g，产率83％。
2、PSPEGPI-lysine的制备1)PSPEG-lysine-COO-NHS的制备称取PSPEG-lysine 1.0g(0.141mmol)，甲苯共沸除水，加入三氯甲烷20ml溶解，加入N-羟基琥珀酰亚胺0.065g(0.423mmol)，待溶解后，冰水浴下，滴加N，N’-二环己基碳二亚胺0.145g(0.564mmol)的三氯甲烷溶液，冰水浴下反应1小时后，常温下反应过夜。反应完后过滤以除去N，N’-二环己基脲，将滤液密封保存。
2)称取PI-NH21.5g(0.423mmol)溶解在三氯甲烷溶液中，加入三乙胺，调节PH值在9-10之间，滴加上一步的滤液，滴加完毕后，油浴40度，反应14-21天。浓缩反应液，通过层析色谱柱分离纯化，先用二氯甲烷淋洗出PI，再用二氯甲烷/甲醇淋洗(9∶1)，用紫外、红外检测淋洗液，旋干所需组分淋洗液，在石油醚中沉淀出，真空干燥，得PSPEGPI-lysine 1g，产率70％。用GPC测定Mn＝9294，D＝1.08(PS作为标样)。
实施例二NH2-(PSPEGPI)lysine的制备制备流程示意 一、PS-lysine-COOH的制备(2)1)PS-ONHS的制备(同上)2)PS-lysine-COOC2H5的制备在三口瓶中加入干燥的氯仿，加入赖氨酸乙酯盐酸盐(PS的摩尔量×5×248)，加入三乙胺5ml，通氮气，待溶解后，滴加PS-ONHS的氯仿溶液，室温下反应3小时，油浴40度反应24小时。将氯仿旋干，加入甲苯溶解，过滤除去不溶物，浓缩甲苯溶液，在甲醇中沉淀出，抽滤，35度真空烘干。
3)PS-lysine-COOH的制备将5g PS-lysine-COOC2H5溶解在25ml四氢呋喃中，搅拌下加入NaOH的水溶液5ml(3mol/L)，室温下反应过夜，用稀盐酸将溶液调至中性，旋干THF，沉淀在甲醇中，烘干。
二、PSPI-lysine-COOH的制备1)PI-O-NHS(carbamate)的制备与PS-O-NHS(carbamate)的制备相同2)PSPI-lysine-COOH的制备称取一定量的PS-lysine(控制PI-O-NHS是PS-lysine用量的1.25到1.5倍)，加入干燥的氯仿(chloroform)，加三乙胺调节PH在9到10之间。将PI-O-NHS滴加入该溶液。室温下反应3小时，然后加热油浴3-7天，取出少量，在甲醇中沉淀出，用甲醇洗去三乙胺。然后通过氨基检测判断是否还有PS-lysine存在。如果还有，补加适量PI-O-NHS。直至没有氨基存在。旋干反应液，在甲醇中沉淀出，用甲醇洗去三乙胺，真空干燥，用GPC测定。
三、NH2-PEGPSPI-lysine的制备称取一定量的PSPI-lysine-COOH的粗产品，甲苯共沸除水，加入三氯甲烷溶解，加入HOSu(PSlysine的摩尔量×5×115)，待溶解后，冰水浴下，滴加DCC(PS-lysine的摩尔量×6×206)的三氯甲烷溶液，反应1小时后，常温下反应过夜。反应完后过滤以除去DCU，将滤液密封保存。
称取一定量NH2-PEG-NH2，(是PS-lysine用量的3倍)溶解在三氯甲烷溶液中，加入三乙胺，调节PH值在9-10之间，滴加上一步的滤液，滴加完毕后，油浴40度，反应14-21天。浓缩反应液，通过层析色谱柱分离纯化，先用二氯甲烷淋洗出PS，PI，及PSPI-lysine，再用二氯甲烷/甲醇淋洗(9∶1)，用紫外、红外检测淋洗液，旋干所需组分淋洗液，在石油醚中沉淀出，真空干燥。
实施例三(PSPEGPI)(lysine)2的制备 一、PSPEG-(lysine)2的制备在三口瓶中加入干燥的DMF，加入赖氨酸乙酯盐酸盐(PSPEG-lysine-COO-NHS的摩尔量×5×248)，加入三乙胺5ml，通氮气，待溶解后，滴加PSPEG-lysine-COO-NHS的氯仿溶液(制备方法同前)，室温下反应3小时，油浴40度反应48小时。将氯仿旋干，加入甲苯溶解，过滤除去不溶物，浓缩甲苯溶液，在石油醚中沉淀出，抽滤，35度真空烘干。
将PSPEG-(lysine)2-COOC2H5溶解在25ml四氢呋喃中，搅拌下加入NaOH的水溶液5ml(3mol/L)，室温下反应过夜，用稀盐酸将溶液调至微酸性，旋干THF，沉淀在石油醚中，用甲醇洗涤多次，真空干燥，得到PSPEG-(lysine)2。
二、PSPEGPI-(lysine)2的制备称取一定量的PSPEG-(lysine)2，加入干燥的氯仿(chloroform)，加三乙胺调节PH在9到10之间。将PI-O-NHS滴加入该溶液。室温下反应3小时，然后加热油浴7-14天，取出少量，在甲醇中沉淀出，用甲醇洗去三乙胺。然后通过氨基检测判断是否还有PSPEG-(lysine)2存在。如果还有，补加适量PI-O-NHS。直至没有氨基存在。浓缩反应液，通过层析色谱柱分离纯化，先用二氯甲烷淋洗出PS，PI，及PSPI-lysine，再用二氯甲烷/甲醇淋洗(9∶1)，用紫外、红外检测淋洗液，旋干所需组分淋洗液，在石油醚中沉淀出，真空干燥。
权利要求
1一种(ABC)S型杂臂星形聚合物，其特征是化学结构如下 其中A、B、C是末端有胺基、或羟基、或羧基，或马来酰亚胺官能团的高分子均聚物，S是有三个官能团的氨基酸或其衍生物，均聚物的数均分子量在2000-20000之间。
2根据权利要求1所述的ABC型杂臂星形聚合物，其特征是S是赖氨酸、或半胱氨酸、或谷氨酸。
3根据权利要求1所述的制备ABC型杂臂星型聚合物的方法，其特征是S是有三个官能团的衍生物，该衍生物是有三个官能团的肽。
4根据权利要求1所述的ABC型杂臂星形聚合物的制备方法，其特征是将含有官能团的高分子均聚物与具有三个官能团的氨基酸或其衍生物逐个偶合，分离纯化即得产物，其中含羟基官能团得均聚物必需经转化为活化酯官能团后与氨基酸或其衍生物偶合。
5根据权利要求1所述的ABC型杂臂星形聚合物的制备方法，其特征是先制得两嵌段得ASB，然后通过两端都带官能团的均聚物C的任一端与ASB上的S偶联，制得C链上带端基的ABC型杂臂星形聚合物。
6根据权利要求1所述的ABC型杂臂星形聚合物的制备方法，其特征是通过端基分析判断反应程度。
全文摘要
本发明是一种制备ABC型杂臂星形聚合物的新方法。本发明及其制备方法完全不同于以往的产品和合成方法，本发明是不等臂星形聚合物，该合成方法借用了生化领域的偶合反应，将具有端基的高分子均聚物逐一接到氨基酸或其衍生物的不同官能团上，通过该方法可以合成出更多种类组合的ABC型杂臂星形聚合物，且反应条件温和，易于工业化生产。
文档编号C08F293/00GK1563130SQ20041001753
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月7日 优先权日2004年4月7日
发明者黄骏廉, 韦嘉 申请人:复旦大学