一種雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬高分子材料和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法。具體步驟為：利用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合法依次引發(fā)對氯甲基苯乙烯和甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯單體的聚合反應(yīng)，隨后聚對氯甲基苯乙烯嵌段上的氯基團(tuán)進(jìn)行疊氮化，再與二氧化碳響應(yīng)性單元進(jìn)行點(diǎn)擊反應(yīng)，制得具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。本發(fā)明所制備的兩親性嵌段共聚物可以在水中自組裝為穩(wěn)定納米囊泡，并且疏水鏈段與親水鏈段均具有二氧化碳響應(yīng)性，可以通過二氧化碳的輸入與排出調(diào)節(jié)囊泡的形態(tài)，因此在藥物控制釋放載體、生物納米器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明所述合成方法簡單易行，原料均可工業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
【專利說明】一種雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]刺激響應(yīng)性聚合物是一類可以對溫度、pH、光等外部刺激做出響應(yīng)，并產(chǎn)生相應(yīng)物理結(jié)構(gòu)以及化學(xué)性質(zhì)變化甚至突變的高分子材料，也被稱作智能材料，吸引了人們廣泛的興趣。與pH響應(yīng)性的高分子材料相比，具有二氧化碳響應(yīng)性的材料更具潛力，因?yàn)榇祟惥酆衔锏捻憫?yīng)性可以通過二氧化碳?xì)怏w的通入與排出得到體現(xiàn)，而非酸堿的滴加，氣體的通入在操作上更加簡便，具有很強(qiáng)的工業(yè)化潛力。
[0003]聚甲基丙烯酸-N，N- 二甲氨基乙酯是一種較常見的具有溫度和pH雙重響應(yīng)性的高分子材料，近來的表明聚甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯還具有二氧化碳響應(yīng)性。趙越等(Han, D.; Tong, X.; Boissiere, 0.; Zhao, Y.Macro Lett., 2012, I, 57-61.)研究了以聚甲基丙烯酸-N，N- 二甲氨基乙酯為二氧化碳響應(yīng)性結(jié)構(gòu)的膠束與凝膠形態(tài)對二氧化碳與惰性氣體氬氣的刺激響應(yīng)性，研究表明二氧化碳的通入可以極大地影響聚甲基丙烯酸-N，N- 二甲氨基乙酯的LCST溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種雙重二氧化碳響應(yīng)性材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的是合成具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的兩親性嵌段共聚物。本發(fā)明利用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合法依次引發(fā)對氯甲基苯乙烯和甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯單體的聚合反應(yīng)，隨后聚對氯甲基苯乙烯嵌段上的氯基團(tuán)進(jìn)行疊氮化，再與二氧化碳響應(yīng)性單元進(jìn)行點(diǎn)擊反應(yīng)，制得具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0006]本發(fā)明提出的具有雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法，具體步驟如下:
(1)將RAFT鏈轉(zhuǎn)移劑與對氯甲基苯乙烯溶于溶劑中，利用三次冷凍-抽真空循環(huán)的方法脫氣，在氬氣氣氛保護(hù)下25-100°C反應(yīng)3-48小時；隨后加入甲基丙烯酸-N，N- 二甲氨基乙酯，在25-100°C反應(yīng)3-48小時進(jìn)行聚合；反應(yīng)結(jié)束后在沉淀劑中沉淀，干燥后得到具有單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物；對氯甲基苯乙烯與甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯的摩爾比為1:1-1:4 ；
(2)對步驟(1)得到的單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化，隨后與具有二氧化碳響應(yīng)性的小分子一同溶于溶劑中，在催化劑作用下，體系在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為20~100°C，反應(yīng)時間為I~48小時；除去催化劑后，利用沉淀劑除去過量的小分子，真空干燥后得到具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0007]本發(fā)明中，步驟(1)所述RAFT鏈轉(zhuǎn)移劑為氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯、
4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸、4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸或2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸中的一種或幾種。[0008]本發(fā)明中，步驟(1)所述引發(fā)劑為二甲基亞砜、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺或乙腈中的一種或幾種。
[0009]本發(fā)明中，步驟(1)所述沉淀劑為正己烷、乙醚或甲醇中的一種或幾種。
[0010]本發(fā)明中，步驟(2)所述具有二氧化碳響應(yīng)性的小分子為炔丙醇、炔丙基溴、N’ -炔丁基-N，N-二乙基乙脒或N’ -炔丙基-N，N-二甲基乙脒的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明中，步驟(2)所述溶劑為二甲基亞砜、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺中的一種或幾種。
[0012]本發(fā)明中，步驟(2)所述催化劑為氯化亞銅/聯(lián)吡啶、溴化亞銅/聯(lián)吡啶、氯化亞銅/五甲基二乙烯三胺、溴化亞銅/五甲基二乙烯三胺、氯化亞銅/六甲基三亞乙基四胺或溴化亞銅/六甲基三亞乙基四胺中的一種或幾種。
[0013]本發(fā)明中，步驟(2)所述沉淀劑為正己烷、乙醚或甲醇中的一種或幾種。
[0014]本發(fā)明在藥物控制釋放載體、生物納米器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明所述合成方法簡單易行，原料均可工業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為實(shí)施例1制備的具有雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化前后的紅外譜圖；(a)疊氮化前；(b)疊氮化后。
[0017]圖3為點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)前后產(chǎn)物的核磁譜圖，Ca)點(diǎn)擊反應(yīng)以前；(b)點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)后的終產(chǎn)物。
[0018]圖4為臨界聚集濃度測定曲線。
[0019]圖5為囊泡的TEM照片。
[0020]圖6為二氧化碳/氬氣循環(huán)刺激下囊泡粒徑的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0022]該具有雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的分子結(jié)構(gòu)用核磁共振分析儀(NMR)和傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)測定。最低臨界聚集濃度用熒光光譜儀測定。自組裝所得囊泡用透射電鏡(TEM)與原測定。囊泡粒徑變化用動態(tài)激光光散射儀(DLS)測定。
[0023]實(shí)施例1
(I)將20mg2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸與對0.4g氯甲基苯乙烯溶于乙腈中，利用三次冷凍-抽真空循環(huán)的方法脫氣，在氬氣氣氛保護(hù)下70°C反應(yīng)12小時。隨后加入0.6g甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯，在相同溫度時與反應(yīng)時間下進(jìn)行聚合。反應(yīng)結(jié)束后在正己烷中沉淀，干燥后得到具有單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0024](2)對步驟(1)得到的大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化，隨后溶于N，N- 二甲基甲酰胺中，再加入0.3gN’ -炔丙基-N，N- 二甲基乙脒，催化劑氯化亞銅(15毫克)/五甲基二乙烯三胺(30毫克)，體系在氬氣保護(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為70°C，反應(yīng)時間為24小時。除去催化劑后，在乙醚中沉淀，真空干燥后得到具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0025]該雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的代表結(jié)構(gòu)式如圖1所示。單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化前后的紅外譜圖如圖2所示。點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)前后產(chǎn)物的核磁譜圖如圖3所示。臨界聚集濃度測定曲線如圖4所示。囊泡的TEM照片如圖5所示。二氧化碳/氬氣循環(huán)刺激下囊泡粒徑的變化曲線如圖6所示。
[0026]實(shí)施例2
(I)將15mg氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯與對0.4g氯甲基苯乙烯溶于二甲基亞砜中，利用三次冷凍-抽真空循環(huán)的方法脫氣，在氬氣氣氛保護(hù)下40°C反應(yīng)12小時。隨后加入0.4g甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯，在相同溫度時與反應(yīng)時間下進(jìn)行聚合。反應(yīng)結(jié)束后在乙醚中沉淀，干燥后得到具有單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0027](2)對步驟(1)得到的大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化，隨后溶于氯仿中，再加入0.22g炔丙醇，催化劑溴化亞銅(18毫克)/五甲基二乙烯三胺(30毫克)，體系在氬氣保護(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為80°C，反應(yīng)時間為16小時。除去催化劑后，在正己烷中沉淀，真空干燥后得到具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0028]實(shí)施例3
(I)將18mg4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸與對0.4g氯甲基苯乙烯溶于N，N- 二甲基甲酰胺中，利用三次冷凍-抽真空循環(huán)的方法脫氣，在氬氣氣氛保護(hù)下100°c反應(yīng)4小時。隨后加入0.4g甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯，在相同溫度時與反應(yīng)時間下進(jìn)行聚合。反應(yīng)結(jié)束后在甲醇中沉淀，干燥后得到具有單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0029](2)對步驟(1)得到的大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化，隨后溶于二甲基亞砜，再加入0.35gN’ -炔 丁基-N，N- 二乙基乙脒，催化劑氯化亞銅(10毫克)/聯(lián)吡啶(25毫克)，體系在氬氣保護(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為45°C，反應(yīng)時間為8小時。除去催化劑后，在甲醇中沉淀，真空干燥后得到具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0030]實(shí)施例4
(I)將25mg4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸與對0.3g氯甲基苯乙烯溶于氯仿中，利用三次冷凍-抽真空循環(huán)的方法脫氣，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下80°C反應(yīng)24小時。隨后加入0.5g甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯，在相同溫度時與反應(yīng)時間下進(jìn)行聚合。反應(yīng)結(jié)束后在正己烷中沉淀，干燥后得到具有單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0031](2)對步驟(1)得到的大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化，隨后溶于N，N- 二甲基乙酰胺，再加入0.3g炔丙基溴，催化劑溴化亞銅(10毫克)/聯(lián)吡啶(25毫克)，體系在氬氣保護(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60°C，反應(yīng)時間為5小時。除去催化劑后，在甲醇中沉淀，真空干燥后得到具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0032]實(shí)施例5
(I)將15mg2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸與對0.45g氯甲基苯乙烯溶于N, N-二甲基甲酰胺中，利用三次冷凍-抽真空循環(huán)的方法脫氣，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下60°C反應(yīng)18小時。隨后加入0.4g甲基丙烯酸-N, N-二甲氨基乙酯，在相同溫度時與反應(yīng)時間下進(jìn)行聚合。反應(yīng)結(jié)束后在乙醚中沉淀，干燥后得到具有單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
[0033](2)對步驟(1)得到的大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化，隨后溶于N，N- 二甲基甲酰胺，再加入0.3gN’ -炔丙基-N，N- 二甲基乙脒，催化劑氯化亞銅(20毫克)/六甲基三亞乙基四胺(45毫克)，體系在氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為65°C，反應(yīng)時間為8小時。除去催化劑后，在正己烷中沉淀，真空干燥后得到具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。[0034]實(shí)施例6
(1)將30mg氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯與對0.42g氯甲基苯乙烯溶于乙腈中，利用三次冷凍-抽真空循環(huán)的方法脫氣，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下90°C反應(yīng)5小時。隨后加Λ 0.45g甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯，在相同溫度時與反應(yīng)時間下進(jìn)行聚合。反應(yīng)結(jié)束后在甲醇中沉淀，干燥后得到具有單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。 [0035](2)對步驟(1)得到的大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化，隨后溶于氯仿，再加入
0.4gN’ -炔丙基-N，N-二乙基乙脒，催化劑溴化亞銅(25毫克)/六甲基三亞乙基四胺(45毫克)，體系在氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)時間為6小時。除去催化劑后，在乙醚中沉淀，真空干燥后得到具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
【權(quán)利要求】
1.一種雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法，其特征在于具體步驟如下: (1)將RAFT鏈轉(zhuǎn)移劑與對氯甲基苯乙烯溶于溶劑中，利用三次冷凍-抽真空循環(huán)的方法脫氣，在氬氣氣氛保護(hù)下25-100°C反應(yīng)3-48小時；隨后加入甲基丙烯酸-N，N- 二甲氨基乙酯，在25-100°C反應(yīng)3-48小時進(jìn)行聚合；反應(yīng)結(jié)束后在沉淀劑中沉淀，干燥后得到具有單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物；對氯甲基苯乙烯與甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯的摩爾比為1:1-1:4 ； (2)對步驟(1)得到的單一二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物大分子側(cè)鏈的氯官能團(tuán)進(jìn)行疊氮化，隨后與具有二氧化碳響應(yīng)性的小分子一同溶于溶劑中，在催化劑作用下，體系在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為20~100°C，反應(yīng)時間為1~48小時；除去催化劑后，利用沉淀劑除去過量的小分子，真空干燥后得到具有雙重二氧化碳響應(yīng)性的嵌段共聚物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法，其特征是步驟(I)所述RAFT鏈轉(zhuǎn)移劑為氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯、4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸、4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸或2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2_甲基丙酸中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法，其特征是步驟(I)所述引發(fā)劑為二甲基亞砜、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺或乙腈中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法，其特征是步驟(1)所述沉淀劑為正己烷、乙醚或甲醇中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法，其特征是步驟(2)所述具有二氧化碳響應(yīng)性的小分子為炔丙基溴、N’-炔丁基-N，N-二乙基乙脒或N’-炔丙基-N，N- 二甲基乙脒的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法，其特征是步驟(2)所述溶劑為二甲基亞砜、氯仿、N, N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法，其特征是步驟(2)所述催化劑為氯化亞銅/聯(lián)吡啶、溴化亞銅/聯(lián)吡啶、氯化亞銅/五甲基二乙烯三胺、溴化亞銅/五甲基二乙烯三胺、氯化亞銅/六甲基三亞乙基四胺或溴化亞銅/六甲基三亞乙基四胺中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法，其特征是步驟(2)所述沉淀劑為正己烷、乙醚或甲醇中的一種或幾種。
【文檔編號】C08F220/34GK103936947SQ201410083136
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】袁偉忠, 沈天翔 申請人:同濟(jì)大學(xué)