本發(fā)明屬于有機(jī)合成，具體涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)三臂星狀聚合物分子變形的內(nèi)核分子及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、星狀聚合物是一類從一個(gè)中心位點(diǎn)向外部延伸出數(shù)條聚合物鏈段的高分子，與具有相同分子量的線性聚合物相比，具有低粘度，多端基的特點(diǎn)，在藥物負(fù)載、生物工程、催化等領(lǐng)域展現(xiàn)了強(qiáng)大的應(yīng)用能力并受到人們的廣泛關(guān)注。

2、目前，星狀聚合物的主要合成策略分為兩種，一種是“core-first”：先合成內(nèi)核分子再從中引發(fā)單體聚合；另一種是“arm-first”：先合成聚合物鏈段，再將其接入到同一個(gè)偶聯(lián)位點(diǎn)。

3、“core-first”由一個(gè)具有多引發(fā)位點(diǎn)的分子引發(fā)聚合并快速得到星狀聚合物，引發(fā)位點(diǎn)的數(shù)目決定了最終產(chǎn)物的臂數(shù)。雖然在理論上該方法臂數(shù)可控，但實(shí)際反應(yīng)中，隨著引發(fā)位點(diǎn)數(shù)目的增加，空間位阻效應(yīng)會(huì)更明顯，出現(xiàn)缺陷結(jié)構(gòu)；而如果聚合反應(yīng)采用自由基聚合，那么聚合反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)更多的雙端終止現(xiàn)象，缺陷結(jié)構(gòu)會(huì)更加明顯，需要對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化。

4、“arm-first”法將末端帶有官能團(tuán)的聚合物臂偶聯(lián)接入到準(zhǔn)備好的內(nèi)核分子中，這一步需要使用反應(yīng)效率高的有機(jī)偶聯(lián)反應(yīng)，比如巰基-烯、cuaac反應(yīng)、碳負(fù)離子偶聯(lián)等；或是由聚合物臂末端進(jìn)一步聚合、交聯(lián)生成內(nèi)核，例如通過在末端修飾二乙烯基苯基團(tuán)并進(jìn)一步與二乙烯基苯單體聚合，可得到分子量達(dá)百萬、臂數(shù)量以百計(jì)的星狀聚合物。

5、目前，人們對(duì)星狀聚合物的合成研究主要集中在合成方法與結(jié)構(gòu)控制中，對(duì)重構(gòu)其中部分聚合物鏈段的研究較少。以往對(duì)于星狀聚合物研究中，所得星狀聚合物內(nèi)部的共價(jià)鍵往往定型不再發(fā)生改變；而先前對(duì)聚合物主鏈編輯的研究?jī)H改變了聚合物鏈段中某些原子或者官能團(tuán)，主鏈的長(zhǎng)度基本沒有發(fā)生變化。

6、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種新的星狀分子的鏈段編輯過程，通過設(shè)計(jì)聚合物銜接位點(diǎn)的官能團(tuán)，從而根據(jù)相關(guān)的有機(jī)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)特定的鏈段替換過程，最終實(shí)現(xiàn)a3型星狀均臂分子向abc型雜臂星狀分子的變形過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)三臂星狀聚合物分子變形的內(nèi)核分子及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明提供的能夠?qū)崿F(xiàn)三臂星狀聚合物分子變形的內(nèi)核分子，具有三個(gè)鹵素原子以及一個(gè)縮酮官能團(tuán)和雙鍵結(jié)構(gòu)；其中，鹵素原子用于與碳負(fù)離子偶聯(lián)從而快速形成星狀分子；縮酮官能團(tuán)用于水解脫除聚合物鏈段，并在后續(xù)反應(yīng)中接入另一種聚合物鏈；雙鍵用于烯烴復(fù)分解反應(yīng)從而替換鏈段；該內(nèi)核分子的結(jié)構(gòu)式為：

3、

4、本發(fā)明還提供上述內(nèi)核分子的制備方法，

5、所述內(nèi)核分子的合成路線如式(ⅰ)所示：

6、

7、具體步驟為：

8、s1、將干燥氯化鋰、三氯化銦、四氫呋喃、鎂、碘混合均勻，將1-氯-4-溴丁烷溶于四氫呋喃中，冰浴下滴加到混合體系中引發(fā)反應(yīng)，滴加時(shí)間20～40min；滴加完成后于30～50℃反應(yīng)3～6h；將對(duì)溴苯甲腈與四(三苯基膦)二氯化鈀溶解于dmac中，加入到混合體系內(nèi)，合成4-(4-氯丁基)苯甲腈；

9、s2、將4-溴芐溴溶解于四氫呋喃中，抽換氣三次后，在冰水浴下加入烯丙基氯化鎂溶液(2.0mol/l)，反應(yīng)2～3h后加水終止，合成得到1-溴-4-(3-丁烯)苯；

10、s3、將s2中合成的1-溴-4-(3-丁烯)苯制備成格式試劑，將s1中合成的4-(4-氯丁基)苯甲腈溶解于四氫呋喃中，滴加到反應(yīng)體系內(nèi)，在30～50℃下反應(yīng)3-5h后，加水終止反應(yīng)，并加入稀鹽酸進(jìn)行水解，合成得到(4-(3-丁烯)苯基)(4-(4-氯丁基)苯基)甲酮；

11、s4、將烯丁基溴、grubbs二代催化劑、(4-(3-丁烯)苯基)(4-(4-氯丁基)苯基)甲酮溶解于二氯甲烷中，30～50℃下反應(yīng)3～5h，合成得到(4-(6-溴-3-烯己基)苯基)(4-(4-氯丁基)苯基)甲酮；

12、s5、將(±)-3-氯-1,2-丙二醇、對(duì)甲苯磺酸、4-(6-溴-3-烯己基)苯基)(4-(4-氯丁基)苯基)甲酮溶解于甲苯中，在120～130℃下分水器中反應(yīng)4?-6h，合成內(nèi)核分子；

13、可選地，步驟s1中，1-氯-4-溴丁烷、氯化鋰、鎂、對(duì)溴苯甲腈、三氯化銦、四(三苯基膦)二氯化鈀與碘的摩爾比為(2.5～3.5):(2.5～3.5):(2.5～3.5):(2.5～3.5):1:(0.05～0.1):(0.05～0.1)。

14、可選地，步驟s2中，4-溴芐溴與烯丙基氯化鎂的摩爾比為1:(0.8～1.2)。

15、可選地，步驟s3中，1-溴-4-(3-丁烯)苯與4-(4-氯丁基)苯甲腈的摩爾比為1：(0.8～1.2)。

16、可選地，步驟s4中，烯丁基溴、(4-(3-丁烯)苯基)(4-(4-氯丁基)苯基)甲酮與grubbs二代催化劑的摩爾比為(8～12):1:(0.05～0.1)，并且未完全反應(yīng)原料需要回收重新反應(yīng)。

17、可選地，步驟s5中，(±)-3-氯-1,2-丙二醇、4-(6-溴-3-烯己基)苯基)(4-(4-氯丁基)苯基)甲酮與對(duì)甲苯磺酸的摩爾比為(8～12):1:(0.05～0.1)。

18、進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供上述內(nèi)核分子，用于合成abc三均臂星狀分子，即實(shí)現(xiàn)三臂星狀聚合物分子變形；具體包括：

19、(一)通過縮酮水解與wittig反應(yīng)，在聚合物鏈段中間引入dpe結(jié)構(gòu)，進(jìn)而與聚苯乙烯活性陰離子偶聯(lián)，從而轉(zhuǎn)化為a2b型分子，合成路線如下式(ⅱ)所示；

20、(二)通過烯烴復(fù)分解反應(yīng)將pαms替換為peg鏈段，進(jìn)而得到abc星狀分子，路線如式(ⅲ)所示；

21、

22、具體步驟為：

23、(1)使用仲丁基鋰引發(fā)α-甲基苯乙烯聚合，反應(yīng)體系為thf溶劑，溫度為-78～-80℃，聚合反應(yīng)2-2.5h，制備得窄分布的pα-ms活性鏈段，將內(nèi)核分子溶解在四氫呋喃中，加入到反應(yīng)瓶，在-78～-80℃下反應(yīng)20-30min后，轉(zhuǎn)入室溫反應(yīng)15-20min，最后加入脫氣甲醇終止反應(yīng)，經(jīng)分級(jí)之后獲得a3型三臂星狀聚合物；

24、(2)將a3型三臂星狀聚合物溶解于四氫呋喃中，加入鹽酸與水，水解10～14h，使用甲苯/甲醇體系進(jìn)行分級(jí)沉淀，獲得aa-#1型線性聚合物；氬氣狀態(tài)下將甲基三苯基溴化磷與叔丁醇鉀溶解于四氫呋喃中，反應(yīng)20～30min后，投入aa-#1型聚合物，反應(yīng)10～14h，加水終止，二氯甲烷萃取，用大量甲醇沉淀，獲得鏈段中間為dpe結(jié)構(gòu)的aa-#2型線性產(chǎn)物；

25、(3)使用仲丁基鋰引發(fā)苯乙烯聚合，反應(yīng)體系為環(huán)己烷溶劑，溫度為35-45℃，聚合反應(yīng)2～3h，制備得窄分布的ps活性鏈段，將aa-#2型聚合物溶解于環(huán)己烷溶劑中，加入到體系內(nèi)，在35～45℃下反應(yīng)20～28h后終止反應(yīng)，將粗產(chǎn)物進(jìn)行分級(jí)沉淀，獲得a2b型星狀產(chǎn)物；

26、(4)將a2b型聚合物與末端修飾了丙烯酸酯結(jié)構(gòu)的peg混合溶解于甲苯中，加入grubbsⅱ催化劑，在95～105℃下反應(yīng)10～14h，反應(yīng)結(jié)束后使用大量甲醇沉淀，沉淀物再進(jìn)行分級(jí)沉淀，最終獲得abc型聚合物。

27、可選地，步驟(1)中，仲丁基鋰與α-甲基苯乙烯的摩爾比為1:(60～80)，仲丁基鋰與內(nèi)核分子的摩爾比為(6～8):1，pα-ms鏈段的分子量為7000～10000，分布為1.02～1.10。

28、可選地，步驟(1)中，選擇甲苯/甲醇體系進(jìn)行分級(jí)沉淀。

29、可選地，步驟(2)中，甲基三苯基溴化磷、叔丁醇鉀與aa-#1型線性聚合物的摩爾比為(60-80):(60-80):1。

30、可選地，步驟(3)中，仲丁基鋰與苯乙烯的摩爾比為1:(60～80)，仲丁基鋰與aa-#2型聚合物的摩爾比為(4～6):1，ps鏈段的分子量為7000～10000，分布為1.02～1.10，保持與pα-ms接近。

31、可選地，步驟(3)中，選擇甲苯/甲醇體系進(jìn)行分級(jí)沉淀。

32、可選地，步驟(4)中，peg、a2b型聚合物與grubbsⅱ催化劑的摩爾比為10:1:(0.05～0.1)。

33、可選地，步驟(4)中，選擇甲苯/甲醇體系進(jìn)行分級(jí)沉淀并且可考慮透析，制備級(jí)gpc進(jìn)行分離。

34、本發(fā)明不僅成功合成了窄分布的三臂pα-ms星狀聚合物，并通過特定的有機(jī)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了聚合物鏈段的特定替換過程：第一步將pα-ms替換為ps鏈段，第二步將另一條pα-ms替換為peg鏈段，最終得到abc型星狀分子。應(yīng)用時(shí)，將得到的上述分子溶解在水/四氫呋喃混合溶劑中，滴涂到銅網(wǎng)上，使用透射電鏡觀測(cè)自組裝形貌。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新在于：

36、(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)合成了一種新的星狀聚合物內(nèi)核分子，并結(jié)合陰離子聚合合成了具有特殊連接單元的星型聚合物，可分別高效地進(jìn)行烯烴復(fù)分解反應(yīng)及縮酮水解反應(yīng)，為合成“well-defined”可分子變形的聚合物提供了新的思路。

37、(2)大部分的星狀聚合分子在合成結(jié)束后，不再會(huì)根據(jù)需要發(fā)生改變，如果想實(shí)現(xiàn)對(duì)聚合物的特定編輯過程，則務(wù)必對(duì)聚合單體或者內(nèi)核結(jié)構(gòu)優(yōu)先進(jìn)行設(shè)計(jì)，而目前針對(duì)聚合物的鏈段編輯而言，主要的工作仍然是對(duì)聚合物鏈節(jié)上的官能團(tuán)進(jìn)行替換，前后的聚合物長(zhǎng)度、聚合度基本不變。而本發(fā)明則提出針對(duì)聚合物的銜接位點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，從而直接實(shí)現(xiàn)替換聚合物鏈段的過程，而非簡(jiǎn)單插入或者替換鏈節(jié)中的部分原子，并首次將烯烴復(fù)分解反應(yīng)應(yīng)用到星狀分子的結(jié)構(gòu)變形中，實(shí)現(xiàn)了基于烯烴復(fù)分解反應(yīng)的對(duì)星狀聚合物鏈段的特定編輯過程。

38、本發(fā)明涉及的聚合手段采用陰離子聚合，一次性可以投入所有單體并且快速引發(fā)聚合，制備高效，分子量可控。