一種含n,n-二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種含N，N-二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳響應(yīng)高分子是一種在通入或排除二氧化碳氣體后，通過自身形態(tài)、電導(dǎo)率及流動性等物理或化學(xué)性質(zhì)的變化而能夠發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變的新型智能高分子材料。由于在調(diào)控外界刺激過程中僅僅引入二氧化碳及一些惰性氣體，雜質(zhì)及其他影響因素較小。二氧化碳刺激響應(yīng)高分子體系自2004年報道以來，主要有伯胺/ 二氧化碳體系、脒/ 二氧化碳體系和特定聚合物鏈/二氧化碳體系三種。其中，脒/二氧化碳體系由于使用二氧化碳調(diào)控高分子極性改變，思路新穎，操作簡便，受到廣泛關(guān)注。此類材料在傳感器、表面黏合劑以及藥物輸送載體方面有著廣闊的應(yīng)用。而兩親性的含N，N- 二甲基乙脒嵌段共聚物可以誘導(dǎo)自組裝膠束或者囊泡，在生物載藥運輸及靶向釋放領(lǐng)域也有潛在運用。
[0003]N, N- 二甲基乙脒能在水溶液或醇溶液中形成低粘度的非離子液體，通入二氧化碳后，N, N- 二甲基乙脒能和二氧化碳的離子化作用，溶液經(jīng)放熱反應(yīng)生成高粘度的極性離子溶液。當(dāng)體系通入氮氣或氬氣去除二氧化碳后，溶液將發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變形成非離子液體。這種可逆的化合物形態(tài)的轉(zhuǎn)變實現(xiàn)了含N，N- 二甲基乙脒高分子的二氧化碳響應(yīng)性。當(dāng)含N, N- 二甲基乙脒兩親性嵌段共聚物組裝成膠束或者囊泡后，在二氧化碳和氮氣或氬氣的刺激性，該膠束或者囊泡可以實現(xiàn)形成的改變，甚至發(fā)生融合或者破裂等一系列變化。
[0004]利用聚環(huán)氧丙烷和聚苯乙烯嵌段共聚物的兩親性，結(jié)合可逆加成-斷裂轉(zhuǎn)移法這種先進的聚合方法，在聚苯乙烯嵌段上引入二氧化碳響應(yīng)性的N，N-二甲基乙脒基團，可以制備含N，N- 二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性兩親性嵌段共聚物，這將在傳感器、表面黏合劑以及藥物輸送載體方面具有廣泛運用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種含N，N- 二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是將二氧化碳響應(yīng)性的N，N- 二甲基乙脒結(jié)構(gòu)引入到嵌段聚合物中，實現(xiàn)二氧化碳響應(yīng)性的嵌段聚合物的制備。本發(fā)明用商品化甲基三辛基氯化銨、1-十二硫醇、丙酮合成了含雙硫酯的初級鏈轉(zhuǎn)移劑，再通過商品化的4-二甲氨基吡啶、聚環(huán)氧乙烷和二環(huán)己基碳二亞胺依次與其反應(yīng)獲得了含有鏈轉(zhuǎn)移劑中間體。然后以商業(yè)化的偶氮類引發(fā)劑采用可逆加成-斷裂轉(zhuǎn)移聚合方法引發(fā)對氯甲基苯乙烯單體制備嵌段聚合物骨架，并和疊氮化鈉反應(yīng)進行疊氮化側(cè)鏈修飾，最終通過點擊化學(xué)與以N，N-二甲基乙酰胺二甲基乙縮醛、炔丙胺為原料制備的N，N-二甲基乙脒反應(yīng)制備制備一系列不同分子質(zhì)量、不同嵌段比例的含N，N- 二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物。
[0007]本發(fā)明提出了含N，N-二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物，具體步驟如下:
(1)將甲基三辛基氯化銨、1-十二硫醇和丙酮按照1:25:200的摩爾比混合均勻，依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氫氧化鈉水溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43%的二硫化碳丙酮溶液和氯仿，控制氫氧化鈉水溶液、二硫化碳丙酮溶液和氯仿的體積比為1: (1.5-2.5): (1.5-2.5);然后再次滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氫氧化鈉水溶液，此次所加氫氧化鈉水溶液和第一次加入氫氧化鈉水溶液體積比為1:4~1:5 ;體系在氬氣或氮氣保護下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為0~25°C，反應(yīng)時間為24?48小時；反應(yīng)結(jié)束后，水洗、酸化、過濾、重結(jié)晶提純；
(2)將4-二甲氨基吡啶、干燥后的聚環(huán)氧乙烷、二環(huán)己基碳二亞胺和步驟(I)中所得產(chǎn)物溶解于溶劑A中，體系在氬氣或氮氣保護下反應(yīng)，得到鏈轉(zhuǎn)移劑，反應(yīng)溫度為10~50°C，反應(yīng)時間為36?60小時；其中4-二甲氨基吡啶、干燥后的聚環(huán)氧乙烷、二環(huán)己基碳二亞胺和步驟(I)中所得產(chǎn)物的摩爾比為1:5:10: (10-11);反應(yīng)結(jié)束后過濾、沉淀、干燥；
(3)將步驟(2)中所得鏈轉(zhuǎn)移劑、對氯甲基苯乙烯單體和偶氮類引發(fā)劑B溶解于無水溶劑C中，體系在氬氣或氮氣保護下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為50~100 °C，反應(yīng)時間為36~60小時；反應(yīng)結(jié)束后稀釋、沉淀、真空干燥；其中偶氮類引發(fā)劑B與對氯甲基苯乙烯單體的投料比按照所需分子量設(shè)計；
(4)將步驟(3)中所得產(chǎn)物、疊氮化鈉按照1:(200~300)的摩爾比溶解于無水溶劑D中，在0~30 °C下反應(yīng)36~60小時后，柱狀色譜提純、沉淀、真空干燥；
(5)將N，N-二甲基乙酰胺二甲基乙縮醛、炔丙胺按照1:1的摩爾比溶解于溶劑E中，體系在氬氣或氮氣保護下反應(yīng)，得到側(cè)鏈修飾劑，反應(yīng)溫度為50~75°C，反應(yīng)時間為I?2小時，柱狀色譜過濾提純；
(6)將步驟(4)中所得產(chǎn)物、步驟(5)中所得側(cè)鏈修飾劑和催化劑F溶解于干燥溶劑G中，步驟(4)所得產(chǎn)物與側(cè)鏈修飾劑的投料比按照所需分子量設(shè)計；體系在氬氣或氮氣保護下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為25?50°C，反應(yīng)時間為24?48小時，除去催化劑后并經(jīng)稀釋、沉淀、真空干燥，即得到所需產(chǎn)物。
[0008]本發(fā)明中，溶劑A為二氯甲烷、氯仿或四氫呋喃中的一種或幾種。
[0009]本發(fā)明中，偶氮類引發(fā)劑B為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈或偶氮二異丁酸二甲酯中的一種或幾種。
[0010]本發(fā)明中，無水溶劑C為N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二乙基甲酰胺或N, N-二甲基乙酰胺中的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明中，無水溶劑D為N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二乙基甲酰胺或N, N-二甲基乙酰胺中的一種或兩種。
[0012]本發(fā)明中，溶劑E為乙腈、丙腈或四氫呋喃中的一種或兩種。
[0013]本發(fā)明中，催化劑F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。
[0014]本發(fā)明中，干燥溶劑G為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺中的一種或兩種。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點在于:所用原料簡單來源廣泛，如N，N-二甲基乙脒、催化劑、溶劑等均已實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，設(shè)計合成路線思路清晰，合成方法簡便，可重現(xiàn)性高。實驗制備的含N，N- 二甲基乙脒的兩嵌段共聚物具備二氧化碳響應(yīng)性，能夠在水中自發(fā)地組裝為穩(wěn)定納米膠束或囊泡，通過改變聚環(huán)氧乙烷和聚N，N- 二甲基乙脒修飾的苯乙烯嵌段長度或兩嵌段比例來實現(xiàn)膠束或囊泡粒徑的可控調(diào)節(jié)。所得共聚物同時具有二氧化碳響應(yīng)性，因而在藥在傳感器、表面黏合劑以及藥物輸送載體方面具有廣泛運用。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1制備的含N，N- 二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為實施例1制備的含N，N- 二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的核磁共振氫譜圖；
圖3為實施例1制備的含N，N- 二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物載藥膠束的二氧化碳響應(yīng)性透射電鏡示意圖，其中:(a)為初始膠束，(b)為通入二氧化碳5分鐘后膠束，(c)為通入氬氣5分鐘后膠束。
【具體實施方式】
[0017]以下實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0018]該含N，N- 二甲基乙脒的二氧化碳響應(yīng)性嵌段共聚物的分子結(jié)構(gòu)用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)和核磁共振分析儀(NMR)測定。光信號由點光源紫外燈發(fā)射。自組裝所得膠束用透射電鏡(TEM)與原子力顯微鏡(AFM)測定。膠束粒徑用動態(tài)激光光散射儀(DLS)測定。
[0019]實施例1
將6.49g甲基三辛基氯化銨、80.76g 1-十二硫醇和192.4g丙酮混合均勻，依次加入33.54g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氫氧化鈉水溶液、70.78g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43%的二硫化碳丙酮溶液和71.25g氯仿，然后再次滴加160g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氫氧化鈉水溶液，體系在氮氣保護下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為10 °C，反應(yīng)時間為24小時。反應(yīng)結(jié)束后，水洗、酸化、過濾、重結(jié)晶提純，得到產(chǎn)物A。將4.214g產(chǎn)物A、0.141g 4-二甲氨基吡啶、Ilg干燥后的聚環(huán)氧乙烷、和2.385g二環(huán)己基碳二亞胺溶解于適量二氯甲烷中，體系在氮氣保護下，室溫下反應(yīng)48小時。反應(yīng)結(jié)束后過濾、沉淀、干燥得產(chǎn)物B。將5.6g產(chǎn)物B、8.28g對氯甲基苯乙烯單體、77.67mg偶氮二異丁腈引發(fā)劑溶解在8.0mL無水N，N-二甲基甲酰胺中，體系在氮氣保護下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為70 °C，反應(yīng)時間為48小時。反應(yīng)結(jié)束后稀釋、沉淀、真空干燥得到產(chǎn)物C。將5.5g產(chǎn)物C、14g疊氮化鈉溶解在45mL的無水N，N- 二甲基甲酰胺中，在室溫下反應(yīng)48小時后，柱狀色譜提純、沉淀、真空干燥得到產(chǎn)物D。
[0020]將2.003g N，N-二甲基乙酰胺二甲基乙縮醛、0.820g炔丙胺溶解于8.0ml乙腈中，體系在氮氣保護下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為65°C，反應(yīng)時間為1.5小時，柱狀色譜過濾提純得到產(chǎn)物E。將2.0g產(chǎn)物D、l.74g產(chǎn)物E和1.44g溴化亞銅/1.74g五甲基二亞乙基三胺催化劑溶解于20ml的N，N-二甲基甲酰胺中，體系在氮氣保護下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為35°C，反應(yīng)時間為36小時，除去催化劑后并經(jīng)稀釋、沉淀、真空干燥，即得到最終產(chǎn)物PEO-b-PAMS-g-PDAA。
[0021]實施例2 將6.49g甲基三辛基氯化銨、80.76g 1-十二硫醇和192.4g丙酮混合均勻，依次加入33.54g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氫氧化鈉水溶液、83.85g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43%的二硫化碳丙酮溶液和80.19g氯仿，然后再次滴加160g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氫氧化鈉水溶液，體系在氮氣保護下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為15 °C，反應(yīng)時間為32小時。反應(yīng)結(jié)束后，水洗、酸化、過濾、重結(jié)晶提純，得到產(chǎn)物A。將4.636g產(chǎn)物A、0.141g 4-二甲氨基吡啶、Ilg干燥后的聚環(huán)氧乙烷、和2.385g二環(huán)己基碳二亞胺溶解于80ml 二氯甲烷中，體系在氮氣保護下，室溫下反應(yīng)50小時。反應(yīng)結(jié)束后過濾、沉淀、干燥得產(chǎn)物B。將5.6g產(chǎn)物B、9.53g對氯甲基苯乙烯單體、77.67mg偶氮二異丁腈引發(fā)劑溶解在7.5mL無水N，N-二甲基甲酰胺中，體系在氮氣保護下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為75°C，反應(yīng)時間為50小時。反應(yīng)結(jié)束后稀釋、沉淀、真空干燥得到產(chǎn)物C。將5.5g產(chǎn)物C、18.28g疊氮化鈉溶解在50mL的無水N，N- 二甲基甲酰胺中，在室溫下反應(yīng)50小時后，柱狀色譜提純、沉淀、真空干燥得到產(chǎn)物D。
[0022]將2.003g N，N-二甲基乙酰胺二甲基乙縮醛、0.820g炔丙胺溶解于9.0ml乙腈中，