本發(fā)明屬于生物醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域，涉及一種側(cè)鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，基因治療已成為一種極具前途的針對遺傳性疾病的治療策略。由于陽離子聚合物易于合成和改性，無免疫原性，能夠很方便地與DNA或siRNA形成緊密的超分子復(fù)合物，保護(hù)DNA或siRNA免受核酸酶的降解，并促進(jìn)其進(jìn)入細(xì)胞，因此成為非病毒基因載體中的一個(gè)重要類型。許多早期的非病毒基因遞送載體使用商品化的不可降解的陽離子聚合物如聚(L-賴氨酸)、聚乙烯亞胺(PEI)和聚酰胺-胺(PAMAM)樹狀大分子，雖然表現(xiàn)出相當(dāng)良好的轉(zhuǎn)染效率，但因其不可降解造成了轉(zhuǎn)染后顯著的細(xì)胞毒性。因此，含有氨基側(cè)鏈的可降解聚合物成為可降解型基因轉(zhuǎn)染載體的研究重點(diǎn)。
脂肪族聚碳酸酯是一類重要的生物可降解/吸收高分子，具有良好的生物相容性和物理機(jī)械性能，而且種類很多，結(jié)構(gòu)可調(diào)，可以滿足不同的需要。另外，聚碳酸酯降解后生成二氧化碳和中性的二元醇，可以避免在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域中己被廣泛使用的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)等在降解過程中產(chǎn)生的羧酸類物質(zhì)所引起的不良效應(yīng)。
近年來，關(guān)于含有功能化側(cè)基如氨基(參見中國發(fā)明專利申請CN200710193597.6)的脂肪族聚碳酸酯的合成及其應(yīng)用的許多研究被廣泛報(bào)道。通常，該類含有功能化側(cè)基的聚合物的制備方法是先將上述功能化基團(tuán)保護(hù)起來，合成帶有保護(hù)基的功能化單體，再進(jìn)行開環(huán)聚合，得到帶保護(hù)基的聚合物，脫除保護(hù)基后，得到含有功能化側(cè)基的聚碳酸酯。由于側(cè)基上保護(hù)基團(tuán)的存在，導(dǎo)致合成產(chǎn)率低，而且環(huán)狀單體聚合活性低，甚至使聚合反應(yīng)不能進(jìn)行；另外，后續(xù)的聚合物脫保護(hù)基反應(yīng)也不易脫除徹底，經(jīng)常造成保護(hù)基的殘留，進(jìn)而影響聚合物的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中含有功能化側(cè)基的聚碳酸酯的制備方法存在的合成產(chǎn)率低、單體聚合活性低、脫保護(hù)基不徹底等問題，本發(fā)明旨在提供一種側(cè)鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯及其制備方法。該制備方法以取代基中含有雙鍵的六元環(huán)狀碳酸酯單體(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯，簡稱為AEDO)為起始原料，經(jīng)開環(huán)聚合，得到側(cè)鏈含有雙鍵的聚碳酸酯(聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)，簡稱為PAEDO)，然后通過雙鍵和2-氨基乙硫醇之間的Click反應(yīng)向側(cè)鏈中引入氨基，得到側(cè)鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯，實(shí)現(xiàn)脂肪族聚碳酸酯的功能化。
具體而言，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一方面，本發(fā)明提供了一種如式I所示的側(cè)鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯。
在一項(xiàng)優(yōu)選的技術(shù)方案中，上述側(cè)鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯的數(shù)均分子量為800～40000。
另一方面，本發(fā)明提供了上述如式I所示的側(cè)鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯的制備方法，其包括下列步驟：
1)環(huán)狀碳酸酯經(jīng)開環(huán)聚合反應(yīng)制備側(cè)鏈含有雙鍵的聚碳酸酯：
2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯經(jīng)開環(huán)聚合反應(yīng)制得聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)(數(shù)均分子量為600～30000)；
2)側(cè)鏈含有雙鍵的聚碳酸酯和巰基化合物的Click反應(yīng)：
步驟1)中得到的聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)和2-氨基乙硫醇經(jīng)Click反應(yīng)制得如式I所示的側(cè)鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯。
在上述制備方法中，步驟1)中所述開環(huán)聚合以本體聚合或溶液聚合的方式進(jìn)行。
當(dāng)以本體聚合的方式進(jìn)行時(shí)，步驟1)中所述開環(huán)聚合于120～150℃反應(yīng)20～30小時(shí)。
當(dāng)以本體聚合的方式進(jìn)行時(shí)，步驟1)中所述開環(huán)聚合在真空或氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下進(jìn)行。
當(dāng)以本體聚合的方式進(jìn)行時(shí)，步驟1)中所述開環(huán)聚合在催化劑存在的條件下進(jìn)行；所述催化劑選自三異丙醇鋁、三異丁醇鋁、辛酸亞錫、二甲氧基二丁基錫中的任意一種。
當(dāng)以本體聚合的方式進(jìn)行時(shí)，步驟1)中所述開環(huán)反應(yīng)所使用的催化劑和2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯之間的摩爾比為1:10～200。
當(dāng)以溶液聚合的方式進(jìn)行時(shí)，步驟1)中所述開環(huán)聚合于室溫反應(yīng)10～20小時(shí)。
當(dāng)以溶液聚合的方式進(jìn)行時(shí)，步驟1)中所述開環(huán)聚合在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下進(jìn)行。
當(dāng)以溶液聚合的方式進(jìn)行時(shí)，步驟1)中所述開環(huán)聚合在無水有機(jī)溶劑中進(jìn)行；所述有機(jī)溶劑選自苯、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二氧六環(huán)、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的任意一種。
當(dāng)以溶液聚合的方式進(jìn)行時(shí)，步驟1)中所述開環(huán)聚合在引發(fā)劑和催化劑存在的條件下進(jìn)行；所述引發(fā)劑為苯甲醇；所述催化劑選自三甲基鋁、三乙基鋁、三異丁基鋁、二乙基鋅、1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、1,5,7-三氮雜雙環(huán)[4.4.0]癸-5-烯(TBD)、鷹爪豆堿中的任意一種。
當(dāng)以溶液聚合的方式進(jìn)行時(shí)，步驟1)中所述開環(huán)聚合所使用的引發(fā)劑、催化劑和2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯之間的摩爾比為1:1:10～200。
在上述制備方法中，步驟2)中所述Click反應(yīng)于35～50℃反應(yīng)24～48小時(shí)。
在上述制備方法中，步驟2)中所述Click反應(yīng)在有機(jī)溶劑中進(jìn)行；所述有機(jī)溶劑選自二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二氧六環(huán)、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的任意一種。
在上述制備方法中，步驟2)中所述Click反應(yīng)在催化劑存在的條件下進(jìn)行；所述催化劑為偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二異庚腈(ABVN)。
在上述制備方法中，步驟2)中所述Click反應(yīng)所使用的催化劑、聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)(以雙鍵摩爾數(shù)計(jì))和2-氨基乙硫醇之間的摩爾比為0.1～0.2:1:4～8。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1)單體不帶保護(hù)基團(tuán)，結(jié)構(gòu)相對簡單，而且雙鍵對開環(huán)聚合的穩(wěn)定性較好；
(2)雙鍵的Click反應(yīng)，條件溫和，無副反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)定量轉(zhuǎn)化。
具體實(shí)施方式
下文將結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做出進(jìn)一步的闡述。除非另有說明，下列實(shí)施例中所使用的儀器、材料和試劑等均可通過常規(guī)商業(yè)手段獲得。
實(shí)施例1：AEDO的本體開環(huán)聚合。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將10g AEDO單體(0.05mol)加入到聚合瓶中，再加入0.051g三異丙醇鋁(0.25mmol)作為引發(fā)劑，在120℃下聚合20小時(shí)。聚合結(jié)束后，將聚合產(chǎn)物用50mL氯仿溶解，加入500mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到8.7g PAEDO，產(chǎn)率87％。
經(jīng)GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數(shù)均分子量(Mn)為30752，多分散指數(shù)(PDI)為1.41。
1H-NMR(CDCl3,300MHz):δ0.88(t,CH3CH2,3H),1.48(q,CH3CH2,2H),3.33(s,CH2O,2H),3.93(d,CH2CH＝CH2,2H),4.11(s,CH2OCO,4H),5.21(m,CH＝CH2,2H),5.85(m,CH＝CH2,1H)。
實(shí)施例2：AEDO的本體開環(huán)聚合。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將10gAEDO單體(0.05mol)加入到聚合瓶中，再加入2.0g辛酸亞錫(5mmol)作為引發(fā)劑，在150℃下聚合30小時(shí)。聚合結(jié)束后，將聚合產(chǎn)物用50mL氯仿溶解，加入500mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到8.5gPAEDO，產(chǎn)率85％。
經(jīng)GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數(shù)均分子量(Mn)為637，多分散指數(shù)(PDI)為1.47。
1H-NMR譜圖與實(shí)施例1基本相同。
實(shí)施例3：AEDO的溶液開環(huán)聚合。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將2gAEDO單體(0.05mol)和0.027g苯甲醇(0.25mmol)溶于5mL甲苯中，再加入0.25mL濃度為1mol/L的DBU甲苯溶液，然后將反應(yīng)體系在室溫(25℃)下聚合20小時(shí)。聚合結(jié)束后，將聚合產(chǎn)物用10mL氯仿溶解，加入200mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到1.9g PAEDO，產(chǎn)率95％。
經(jīng)GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數(shù)均分子量為31077，多分散指數(shù)為1.18。
1H-NMR譜圖與實(shí)施例1基本相同。
實(shí)施例4：AEDO的溶液開環(huán)聚合。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將2gAEDO單體(0.05mol)和0.54g苯甲醇(5mmol)溶于5mL四氫呋喃中，再加入5mL濃度為1mol/L的二乙基鋅四氫呋喃溶液，然后將反應(yīng)體系在室溫(25℃)下聚合12小時(shí)。聚合結(jié)束后，將聚合產(chǎn)物用10mL氯仿溶解，加入200mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到1.8g PAEDO，產(chǎn)率90％。
經(jīng)GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數(shù)均分子量為628，多分散指數(shù)為1.34。
1H-NMR譜圖與實(shí)施例1基本相同。
實(shí)施例5：AEDO的溶液開環(huán)聚合。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將2g AEDO單體(0.05mol)和0.054g苯甲醇(0.5mmol)溶于5mL乙酸乙酯中，再加入0.5mL濃度為1mol/L的三乙基鋁的乙酸乙酯溶液，然后將反應(yīng)體系在室溫(25℃)下聚合10小時(shí)。聚合結(jié)束后，將聚合產(chǎn)物用10mL氯仿溶解，加入200mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到1.7g PAEDO，產(chǎn)率85％。
經(jīng)GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數(shù)均分子量為8765，多分散指數(shù)為1.35。
1H-NMR譜圖與實(shí)施例1基本相同。
實(shí)施例6：實(shí)施例1中制得的PAEDO的Click反應(yīng)。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將2g PAEDO(數(shù)均分子量為30752)(以雙鍵計(jì)的摩爾數(shù)為0.01mol)與作為催化劑的0.32g偶氮二異丁腈(AIBN)(2mmol)溶于40mL氯仿中，在室溫下滴加40mL溶有6.16g 2-氨基乙硫醇(0.08mol)的氯仿溶液。滴加完畢后，將反應(yīng)體系升溫至50℃，進(jìn)一步反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液濃縮，過濾。將濾液在乙醚中沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR譜圖測得雙鍵轉(zhuǎn)化率為100％(根據(jù)譜圖中雙鍵吸收峰與乙基吸收峰的比例確定)。
1H-NMR(CDCl3,300MHz):δ0.89(t,CH3CH2,3H),1.49(q,CH3CH2,2H),1.83(m,OCH2CH2CH2S,2H),2.42(t,OCH2CH2CH2S,2H),2.7(t,SCH2CH2NH2,2H),3.02(m,SCH2CH2NH2,2H),3.33(s,CH2O,2H),3.45(t,OCH2CH2CH2S,2H),4.11(s,CH2OCO,4H)。
實(shí)施例7：實(shí)施例2中制得的PAEDO的Click反應(yīng)。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將2g PAEDO(數(shù)均分子量為637)(以雙鍵計(jì)的摩爾數(shù)為0.01mol)與作為催化劑的0.16g偶氮二異丁腈(AIBN)(1mmol)溶于40mL甲苯中，在室溫下滴加40mL溶有3.08g 2-氨基乙硫醇(0.04mol)的甲苯溶液。滴加完畢后，將反應(yīng)體系升溫至50℃，進(jìn)一步反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液濃縮，過濾。將濾液在乙醚中沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR譜圖測得雙鍵轉(zhuǎn)化率為100％(根據(jù)譜圖中雙鍵吸收峰與乙基吸收峰的比例確定)。
1H-NMR譜圖與實(shí)施例6基本相同。
實(shí)施例8：實(shí)施例3中制得的PAEDO的Click反應(yīng)。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將2g PAEDO(數(shù)均分子量為31077)(以雙鍵計(jì)的摩爾數(shù)為0.01mol)與作為催化劑的0.496g偶氮二異庚腈(ABVN)(2mmol)溶于40mL二氧六環(huán)中，在室溫下滴加40mL溶有6.16g 2-氨基乙硫醇(0.08mol)的二氧六環(huán)溶液。滴加完畢后，將反應(yīng)體系升溫至35℃，進(jìn)一步反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液濃縮，過濾。將濾液在乙醚中沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR譜圖測得雙鍵轉(zhuǎn)化率為100％(根據(jù)譜圖中雙鍵吸收峰與乙基吸收峰的比例確定)。
1H-NMR譜圖與實(shí)施例6基本相同。
實(shí)施例9：實(shí)施例5中制得的PAEDO的Click反應(yīng)。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將2g PAEDO(數(shù)均分子量8765)(以雙鍵計(jì)的摩爾數(shù)為0.01mol)與作為催化劑的0.496g偶氮二異庚腈(ABVN)(2mmol)溶于40mL乙酸乙酯中，在室溫下滴加40mL溶有0.462g 2-氨基乙硫醇(0.06mol)的乙酸乙酯溶液。滴加完畢后，將反應(yīng)體系升溫至40℃，進(jìn)一步反應(yīng)32小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液濃縮，過濾。將濾液在乙醚中沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR譜圖測得雙鍵轉(zhuǎn)化率為100％(根據(jù)譜圖中雙鍵吸收峰與乙基吸收峰的比例確定)。
1H-NMR譜圖與實(shí)施例6基本相同。
上述實(shí)施例僅用于解釋和說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案，而并不旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)理解的是，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所披露的技術(shù)范圍之內(nèi)做出的修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。