使用非标准方法和微波制备具有亚氨醚类和其衍生物的杂环亚结构的树枝状基元...的制作方法

文档序号:3710145阅读:290来源:国知局
专利名称:使用非标准方法和微波制备具有亚氨醚类和其衍生物的杂环亚结构的树枝状基元 ...的制作方法
技术领域
本发明涉及到大分子有机化学领域、超分子化学领域和组成树枝状结构和树枝状聚合物结构骨架部分的亚结构有机合成领域。
背景技术
树枝状聚合物代表一类新的树枝状结构的三维大分子,其具有明确定义的几何形状和化学结构。这类分子被完美地构造、均匀地支化,具有高有序化程度,它们的分枝从一核心或一中心向具有官能团的外围辐射,可具有非常高的表面密度。这些大分子有能力在其结构的预先确定位置中选定的其空腔内含有内部化学单元,这提供了做为其它化学物质主体的特异附加特性。分枝或延长臂是从相同结构块开始,通过重复的合成策略来合成。
在顺序的重复反应中逐步地合成树枝状聚合物,该重复反应保证了每一代完整的鞘,与它们的聚合性质的多分散性类似物相比,突出地显示出了它们的单分散性。
开发出的制备树枝状聚合物的合成方法容许近乎完全地控制分子设计参数,如尺寸、形状、内部和表面化学、弹性和拓扑学。
术语树枝状聚合物来源于希腊语中意为树的“树枝状基元(dendron)和意为部件的“mere”,用于表示各种新型大分子,其还被等同为“树状物(arborols)”、级联分子、花椰菜花样分子、“星暴”、超支化分子或stark样分子,它不同于与其相似的线性类似物(聚合物),这种不同不仅是其结构形式的不同,还尤其是特性的不同,如粘度、结构中单分散性顺序、球状配置,在尺寸或大小上类似于蛋白质。
到目前为止,有不少于1020个专利,在这些专利中,这些大分子和它们部件的设计和结构不仅应用于制药配方,还应用于纳米技术装置。
树枝状聚合物的合成技术发展状况可以按下列基本策略来描述发散策略。
收敛策略。
自装配策略。
1978年Dr.F.Vgtle教授及和其合作者第一次描述了用于聚(丙烯-亚胺)合成的公认的发散方法和首次树枝状聚合物的合成。这种方法还被众所周知地称为“发散星暴策略。大量重复反应的使用决定了每一个随后的反应和表征了新一代的特征,该新一代外围具有成指数增长数量的官能团。Vgtle从丙烯腈和脂肪二胺开始,完成了首次树枝状聚合物的合成,这对有高度兴趣的化学家来说意为着一种获得大分子的新的可能性。
稍后,在1986年,Dr.Donald Tomalia教授及其合作者描述了通过发散生长,重复地进行丙烯酸甲酯和乙二胺之间的交替反应,来合成聚(酰胺-胺)型的树枝状聚合物。使用氨和二胺做为树枝状的核心,通过加入过量的乙二胺将末端的酯类转换为酰胺。
在Vgtle和Tomalia的方法中,由于可被封留的杂质的存在,生产的树枝状聚合物在其结构上易有缺陷,这偶然也是低产量的原因,以及生产的树枝状聚合物具有对称性的破坏和在表面基团中形成副产品(如内酰胺)。这要求必须对反应产品进行彻底的纯化,并且为分离和纯化产品,要求使用昂贵的技术如柱层析、透析或其它方法。
在Dr.Tomalia工艺方法的合成局限性中,还包括使用了超过量的二胺,其污染了反应,必须在终产品的分离和纯化工序中蒸馏它们或消除它们,这主要是因为当对新代产生中其它序列进行新的重复反应时,过量二胺能导致混合有目的树枝状聚合物的低代树枝状聚合物产生。这还阻碍了这些化合物的分析方法,这些分析方法通过结构表征前的大小排阻层析用于彻底地检查纯度。
在1990年,Dr J.Fréchet教授描述了一种新的树枝状聚合物收敛生长的方法,其可以在树枝状聚合物表面构建更广泛种类的官能团,并且它设计用于从外围向核心构建大分子。
这种策略在构造分枝或臂时所获得的形状和分散性,以及结合不同性质核心的各种可能性大大优于发散策略。
1996年,Zimmerman与其合作者描述了自装配策略,其通过多种化学相互作用,使自身相互连接或与其它化合物连接的新有机化合物的合成成为一体,形成复合体、聚集体或结晶固体。可以通过可控制的方法产生这些在超分子化学中众所周知的非共价键装配,以用于新化学传感器、其它分子的输送或存放装置,以及在范围广阔的生物医学和材料科学方面应用
Science 1997,固相中树枝状聚合物合成的描述和合成方法的改进已经增多,其部分地允许改进获得具有更高产量和纯度的树枝状聚合物的方法。
在1998年,Newkome证明使用聚苯乙烯树脂,固相中直接合成树脂状聚合物应用的优点。与以前描述的方法相比,这种方法的优点在于在分子构建中的选择性和提高所获得产品的纯度和产量。

发明内容
本发明中解决的问题没有已知的类似解决方案,因为它构成了首次在树枝状结构的部件、树枝状基元和树枝状聚合物合成的方法中使用了微波的技术应用,排除了传统上需要花费较长时间分离和纯化构成它们的亚基过程;其中合成是从具有杂环或源自环亚氨醚类亚结构的分子开始,通过顺序和重复的反应例如O-酰化、N-或O-烷基化、环加成、酯化和缩合,在没有或有溶剂存在的情况下,通过连续反应,构造、分离和提纯为亚单元。
直到现在为止,还是通过已知的保护或去保护官能团的传统方法构造大分子结构,在本发明中这不是必需的,或者用合成中不包含溶剂的步骤取代它们。
在微波下,按交替和重复顺序进行通过杂环的热解或水解,环状亚氨醚类与羧酸类、酸酐类、酯类、碱类、醛类、烷基卤、胺类、异氰酸酯类、芳香族硫醇类之间的反应,与氨基醇类或二氨基醇类反应,以形成基本的亚结构,其中在没有或有溶剂存在的情况下,在矿物或聚合物固体支持体上,设计通过微波方法的反应。
使用天然或掺杂有盐类的矿物固体支持体和/或碱金属或过渡金属的复合体,以及使用商业上可用于结合或保护官能团的聚合物支持体、醇类或胺类,可以在重复缩合的不同步骤中不同形式的化学转化中使用微波下用于形成亚单元的构造收敛策略。
本发明涉及根据存在的官能团的结构、部件和反应性,在敞开容器或在压力密闭容器中,在大量重复步骤中,在有无溶剂存在情况下,在大气压下或在惰性气氛(氮或氩)下,采用频率为2450MHz的30到300瓦特之间的微波(聚焦微波反应器),逐步地获取的树枝状聚合物亚基、树枝状基元和树状树枝状聚合物。
解决了一些技术问题,如与该方法有关的节约试剂、选择性,低能量以避免最终产品和试剂的降解,减少反应时间和用于逐步构建大分子和它们部件的目的产品的分离和提纯变得容易。
本发明在一个实施例中得到更好的描述,在微波下,通过与1,2-二胺(例如二乙撑三胺)反应,三羧酸的官能团直接衍生,在三个目的中心产生了聚酰胺-胺聚合物,而没有必要阻断二胺的次末端氨官能团。
使用二氨基醇类可提供酯化的酰胺,从而构成了形成更复杂分枝的有利条件。
三胺与核心(1,3,5-三元羧酸苯)反应产生了三个反应性位点,因为其具有三个末端伯氨基,这些伯氨基随后在大量二酸或三酸前面成为新的反应中心,从而能产生新的分枝,产生随后的代。
在本发明中,设想的树枝状结构的例子为以可变数的多官能度(2到4)为中心,辐射出臂,并且同样是在微波下以单独的步骤构建所述的臂。
微波下,反应条件为1min到2h下,分离和纯的产品特性优于其它系统中按传统方法长时间反应得到的树枝状聚合物结构和分枝结构。
根据功能末端或表面基团的反应性和根据维持静电相互作用或与新试剂形成共价结合物的能力,高代树枝状聚合物结构的构成部件的构建或最后组装可涉及或不涉及采用微波的方法。
根据微波下合成中使用或不用非极性溶剂,由所使用的1,2-二胺(例如二乙撑三胺)中存在的伯或仲氨基调节所取得的特异的选择性和反应性。
在这种情形中,将在浓度、时间和所选择的功率,以及在合成方法中使用或不使用非极性溶剂方面,修正采用的微波的方法。例如根据所选择的反应位点(如果它们为伯或仲氨基,伯氨基相对于仲氨基的反应性是不同的。)在微波下,热模式记录用于调整重复合成工作时的反应条件、温度、压力、浓度和功率,以及用于认知微波下产品或所合成的块(分枝、树枝状基元和树枝状聚合物)的性能。
通过监测和分析材料的特性来完成对微波下材料特性的认识,避免延长目的反应的时间和温度可能性,通过温度的梯度变化和控制这些参数从而能消除产品和试剂可能的降解。
使用了传统的来自于Prolabo没有改变的单模式微波反应器Maxidigest 350MX,其带有功率和照射时间编程设计,从而能够根据30到300Watt之间的不同工作范围调整反应条件,其中在获取所构造的块同时,分析能量投入和其效果。
在使用微波构造树枝状聚合类型亚基的方法中,在存在酸性矿物固体支持体(矿物粘土、蒙脱石和硅胶)的情况下,有可能进行环状亚氨醚类水解的水解反应,去除所有使用的矿物酸,通常也是相同目的的常规方法。
在本发明中,还包括在水中的加热步骤,来水解和重新排列某些环状亚氨基醚类,以获得例如,起始于合成的亚氨醚类氢氯化物的氨基酯类。
在酸性矿物固体支持体上存在有盐类如醋酸钾的情况下,打开亚氨醚类环以制备分枝树枝状结点,可以消除矿物酸和/或有机酸例如醋酸的使用,从而减少采用此方法带来环境污染的可能性。
环状亚氨醚类和脂肪酸酐处理产生了酰胺酯(在微波和没有溶剂情况下),其与采用传统的加热方法所获得的形式一样,但是消耗更小的能量。
同样地,通过微波作用于亚氨醚类和聚羧酸类形成的各种“基体(mer)”结构产生了具有交替的酯和酰胺官能度的产物,该产物在之后树枝状结构形成时作为用于结合的臂,形成的温度为200℃以上,功率在30到300W之间,时间为1到30min,可避免降解或不受控制的聚合作用。
在本发明目的的树枝状亚结构合成中使用的醛类限于那些具有高熔点或沸点的醛类,其在沸腾或熔化下不会发生分解。
在微波下制备起始于环状亚氨醚类和烷基卤的四元化合物限于这些例子,即在反应中达到的温度不能超过产品降解的限度值。
通过微波作用在较短时间中完成了传统化学中发生的某些热重排,并且它们也是本发明的目的,记录和监测微波下的条件和它们的热性能。
也在微波下控制基于对杂环位置4处羟甲基取代基聚合作用的环状亚氨醚类,以形成树枝状臂或分枝。
合成所有部件的一般方法实例可概述如下在无或有溶剂存在下,在微波下,反应的条件为30到300W之间的功率,反应时间从小于1min到最大1h,使用羧酸对二胺的摩尔比为1∶3,在三胺的情形中也同样,采用多元醇类、聚胺类、单或二胺多元醇类与二、三和四羧酸类反应,通过缩合反应合成核心起始物。
通过真空下,将所获得的溶于极性或非极性溶剂或它们的混合物(例如甲醇∶二氯甲烷=1∶9)中的产品在具有矿物固体支持体的多孔玻璃过滤器中简单过滤,完成去除杂质的分离和纯化步骤。
在微波下,发生连续的缩合反应,合成延伸链或树枝状的分枝,其中构造分枝结构,用于随后与核心的结合或装配。
在有保护基存在的情况下,用于末端官能或外围中合成的方法不仅限制于采用微波。
本发明提到的用于构造树枝状结构的各阶段包括使用具有下列取代基的试剂醛糖二酸、醛糖酸和糖羰酸的恶唑啉衍生物,它们的酯类或单糖乙缩醛类产生了作为表面基团或分枝部件的它们相应的芳香族和脂肪族衍生物。
脂肪酸和丁酸、棕榈酸、酯酸、棕榈油酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸的衍生物和来源于胆酸、脱氧胆酸和鹅脱氧胆酸的胆汁烷酸。
烷基如正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基和新戊基,以及乙烯、乙烯基、亚乙基、烯丙基、1-丙烯基、环己基,和类似物,这些被结合作为接合物或作为树枝状分枝的一部分。
烷基、芳基和芳酰基,萘、蒽、菲和萘基的衍生物具有作为环位置2中环状亚氨醚类取代基的电子受体和/或电子供体基团,并且起始于它们在树枝状聚合物上取得的表面位置。
作为取代的环己烷羧酸或取代的环己烷醋酸,以及2-吡啶羧酸或取代的2-吲哚醋酸衍生物的其它酸类被包括在内,用于在微波下通过它们的参与转换为表面基团。
微波下合成步骤中作为连接物的二酸类,使用时不需要以前的一种羧基的保护,或通过类环状亚氨醚类保护基团在其中一个酸功能下进行适当地保护,使其以这样一种方式用于于反应通过缩合与氨基基团(例如氨基多元醇或二胺类)结合,有利于在微波下去保护,以利于稍后的缩合或随后的反应,同样是在微波下,以这种方式能够进行下一代的新构建。
在被认为表面基团的多聚羧酸类的情况下,按收敛方法保护羧酸性质的自由端为亚氨醚类,它们可以在稍后水解产生酰胺多元醇,以便在外部基团中获得表面OH多官能度。
当氨基多元醇为三-羟甲基氨基甲烷、2-甲基-2-氨基-1,3丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇,2-氨基-1-丙醇,或2-苯基-2-氨基-1,3-丙二醇时,二酸类如邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸、酒石酸、反丁烯二酸、壬二酸、癸二酸、己二酸、庚二酸、戊二酸、丁二酸和丙二酸在微波下与氨基多元醇一起使用,用于结合制备的每一阶段或用于制备树枝状基元。
用于分枝延伸的1,2-二胺类主要为二乙撑三胺和N-(2-羟乙基)乙二胺,乙二胺和来自于Aldrich的JandaJel-NH2树脂,从70到400目的氨甲基化(聚苯乙烯-共聚-二乙烯苯)和对甲苯磺酸,在做为醇类和胺类末端官能团反应的新方法中使用,并且使用微波方法进行该反应。
作为聚合物树脂装配阶段的例子,使用类型3-甲酰-1-吲哚乙酸型的吲哚树脂或PL Wang树脂,在微波下,用于将它们结合到位于杂环的C-4位置处具有自由羟甲基的羟基酰胺类或亚氨醚类的羟甲基上。
在微波下,PL-EDA和PL-DETA树脂用于结合树枝状结构的部件上,并且在用于该方法的微波情况下,在聚合物固体支持体应用的意义上,它们是本发明的目的。
在聚合物固体支持体上反应的其它步骤还包括COOH官能化结合树脂(羧基聚苯乙烯、羧乙基聚苯乙烯、AM-COOH聚苯乙烯和TO-COOH聚苯乙烯),它们的官能度或末端官能的数量决定了合成材料随后应用的目的,并且可能从这些开始实现新材料的形成。
在微波下,在具有树脂的溶液中或在固体支持体中的工作依赖于结合支持体的官能团类型、保护性官能团和对微波透明的非极性选定的溶剂。预先在常温和常压下准备这些反应,用做微波的能源依赖于反应类型(亲电子性或亲核性)和依赖于微波作用下聚合物材料的阻抗特征。
本发明同样还有以下目的芳香基类型的O-葡糖苷酸(如.4-乙酰氨基酚葡糖苷酸)或MUG(4-methylumbellypheryl-β-D-葡糖苷酸),或其它来源于葡糖醛酸的葡糖苷酸,例如4-硝基-苯基-β-D-葡糖苷酸或结合烷基的香豆素类(coumarines)(包括任意甾族的衍生物)或酰基葡糖苷酸类,其中所结合的酰基来自于羧酸衍生物,例如丙戊酸,或脂肪酸,做为饱和地或不饱和的醇,最大在表面或分枝上有总计超过30个碳原子,其来自于树枝状聚合物核心,或做为其自己的树枝状聚合物结构空腔中的部分,以这种方式,将它们结合到树枝状聚合物的步骤,并不仅限制通过微波激活,该微波激活做为形成树枝状基元和树枝状聚合物工艺中的方法。
权利要求
1.制备具有杂环子结构和其衍生物的树枝状基元和树枝状聚合物的方法,其特征在于采用非传统路线和在微波下合成。
2.根据权利要求1所述的制备亚结构的方法,其特征在于在带有敞开或不敞开于空气中的耐热玻璃(Pyrex)容器的聚焦微波反应器中,在30到300瓦特操作范围,在极性或非极性溶剂存在或不存在的情况下,根据核心、树枝状基元、分枝和树枝状聚合物,使用顺序和重复的缩聚、环化、酯化和酰胺化反应。
全文摘要
本发明公开了微波下,使用合成方法制备树枝状基元和树枝状聚合物,起始于C2到C4取代的亚氨醚类的杂环亚结构或起始于它们的衍生物,它们的水解产物或它们的转换。从亚氨醚类与羧酸类、酸酐、酯类、碱类、醛类、烷基卤、胺类、异氰酸脂类、芳香族硫醇类之间不同的反应开始,通过热解或水解,按所选择的反应顺序,交替地和重复地,使用频率为2450Hz、功率为30到300w的微波下非传统合成方法,按收敛策略,在有或没有溶剂和/或有聚合物的或矿物固体支持体情况下,完成用于构建从G0到G4不同代的树枝状结构的树枝状基元、臂或分枝结构的基本亚结构的形成。
文档编号C08G69/44GK1745123SQ200380104282
公开日2006年3月8日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年11月26日
发明者阿尔玛·雷兰尼·马雷罗·特雷罗, 奥雷斯特·罗兰多·康特拉斯·阿拉肯 申请人:森特拉·耐科奥诺·德·因威斯迪盖什斯·西恩蒂菲科斯(Cnic)
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