专利名称：化学酶法同时一锅合成接枝共聚物的方法
技术领域：
本发明属于高分子材料合成与制备技术领域，采用酶促开环聚合及点击化学相结合的“化学酶法同时一锅合成”接枝刷型共聚物。
背景技术：
刷型接枝共聚物是一类结构规整的聚合物，具有独特的结构和性能，它不仅在生物医学材料，胶黏剂，添加剂，涂料等方面有广泛的应用，而且还用于制备纳米材料，无机介孔分子筛等。近年来，科学工作者合成出了大量嵌段，梳型，及蜈蚣状等共聚物，并对其物理化学性质及潜在的应用进行了广泛的研究。刷型接枝共聚物一般分为三种合成方法:(1)大分子单体共聚，由带双建的大分子单体聚合物作为一种单体与其他单体共聚，获得梳状共聚物；(2)主链侧链偶合法，即将一种聚合物的活性端基连到另一种聚合物的活性侧基上；(3)大分子引发剂法。然而这些方法均需要多步骤，合成过程繁琐。一锅合成技术是最近发展起来的崭新合成技术，合成过程具有反应过程简化、高效节能及产率高的特点，避免了多步操作中所需要的中间体化合物的分离提纯，减少溶剂所带来的污染，降低生产成本。因此，探索和开发“一锅法”反应是合成化学中意义重大的课题。诺贝尔奖获得者Sharpless首次提出“Click Chemistry”概念，其中较为成熟研究的是亚铜催化的叠氮与炔基之间的1，3-偶极环加成反应，具有高效率、高选择性、反应条件温和、无副产物的优点(Angew.Chem.1nt.ED.2001，40，2004-2021)。“ClickChemistry”在DNA、自 组装、表面修饰、树枝状分子、生物医药等领域引起了广大科学工作者的关注并展示了良好的应用前景。将点击化学与原子转移自由基聚合相结合一锅制备嵌段共聚物的研究已经有很多报道，复旦大学采用SET-LRP与Click chemistry相结合的方法一锅合成出三嵌段聚合物；Claudia Gordin等人采用“一锅法”,使用三头引发剂合成星形嵌段聚合物(Polym.Bull63:789 - 801(2009))中国科技大学采用ATRP-Click chemistry-ROP联合使用的方法合成出ABC多臂星型聚合物(Polymer Chemistry47:3066 - 3077 (2009))。但是将点击化学与酶促聚合相结合一锅制备共聚物的报道较少。Toufik Naolou等人报道了在顺序一锅体系下先进行酶促聚合反应，再进行点击反应(CuAAC)最终合成接枝共聚物PAA-g-PEO(Biomacromolecules.11:3660-3667(2010))。然而，将酶促聚合反应与点击化学用于同时一锅合成体系还未见报道。我们首先使用将酶促聚合反应与点击化学的化学酶合成方法同时一锅合成刷型接枝共聚物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是采用“点击化学”与“酶促聚合”相结合的“化学酶法同时一锅”合成嵌段聚合物。该方法融合了酶促聚合反应的反应条件温和、绿色环保、产物具有优异的旋光性、可降解性和生物相容性等优点和点击化学反应可控、功能性单体多、分子链段可设计等优点以及一锅合成的反应过程简化、高效节能、避免了多步操作中所需要的中间体化合物的分离提纯、减少溶剂所带来的污染、降低生产成本等优点，推进化学酶一锅合成方法的应用，为合成功能性的嵌段聚合物提供了更为简单方便的新方法。本发明的接枝共聚物，为刷型接枝共聚物，具有如下结构:
权利要求
1.一种化学酶法同时一锅合成接枝共聚物的方法，有多官能度大分子引发剂的制备、点击链段的合成、刷型接枝共聚物的合成三个步骤； 所述的多官能度大分子引发剂，是用叠氮化钠开环后的聚甲基丙烯酸环氧丙酯；多官能度大分子引发剂的制备过程是， 将卤化亚铜/多氮配体催化系统加入反应瓶中，真空脱气、充氩气；将除氧的液体组分甲基丙烯酸环氧丙酯、2-溴异丁酸乙酯和二甲基甲酰胺通过进样器加入反应瓶中，反应瓶密封放置于恒温油浴中调至60-90°C反应l_24h ;冷却用反应体系体积的20-30倍的氯仿溶解，过中性Al2O3柱子，滤液浓缩后在甲醇中沉淀除去小分子单体，甲醇用量为浓缩后产物体积的200-400倍；真空干燥至恒重得到甲基丙烯酸甲酯的均聚物；其中，卤化亚铜、多氮配体的质量比为1: 0.3，2_溴异丁酸乙酯、甲基丙烯酸环氧丙酯、二甲基甲酰胺的体积比为0.015: I: 0.7，卤化亚铜/多氮配体催化系统与甲基丙烯酸环氧丙酯的质量体积比为0.039mg/mL ； 然后将甲基丙烯酸甲酯的均聚物溶于N，N-二甲基甲酰胺中，加入叠氮化钠、氯化铵，室温下反应24h;滤去不溶物质，滤液浓缩后在乙醚中沉淀，过滤后得到固体产物，真空烘箱中干燥8-16h，得到多官能度大分子引发剂用叠氮化钠开环后的聚甲基丙烯酸环氧丙酯；其中，甲基丙烯酸甲酯的均聚物、叠氮化钠、氯化铵的质量比为1: 2: 1，N，N-二甲基甲酰胺用量为甲基丙烯酸甲酯的均聚物的120%-200% ； 所述的点击链段的合成，是以单甲醚聚乙二醇或者叶酸为反应物，将反应物溶解在二甲基亚砜中，使反应物的浓度为0.20-0.25mg/mL,转移至反应瓶，加入戊炔酸、1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、4-二甲氨基吡啶后，将反应瓶放置于室温下，磁力搅拌24h ;反应结束后，使用反应产物体积的2倍的浓度lmol/L的盐酸洗涤产物溶液，然后使用反应产物体积的2倍的蒸 馏水洗涤，减压蒸馏浓缩后，加入浓缩后剩余产物体积的10-30倍的氯仿溶解，再加入反应物质量的5-10倍的MgSO4干燥24h ;过滤除去MgSO4,蒸馏除去溶剂后，放入真空烘箱中干燥，得到点击链段炔基化的单甲醚聚乙二醇或炔基化的叶酸；其中反应物、戊炔酸、1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、4- 二甲氨基吡啶的摩尔比例为1: 5-10:1.2-1.5: 1.6-2; 所述的刷型接枝共聚物的合成，是将固定化脂肪酶、卤化亚铜/多氮配体催化系统、在反应前真空干燥，称作固体组分；酶促反应单体、多官能度大分子引发剂和点击链段用均相溶剂溶解，通入氩气除氧，称作液体组分；固体组分和液体组分一起构成反应体系；将反应瓶经烘烤、真空脱气、充氩气冷却，加入反应体系中的固体组分，密封，再真空脱气、充氩气后，将除氧后的液体组分通过进样器加入反应瓶中；将反应瓶密封放置于恒温油浴中调至60-90°C磁力搅拌反应2-8h ;冷却用氯仿溶解，过中性Al2O3柱子，滤液浓缩后在甲醇中沉淀除去小分子单体，用四氢呋喃溶解后，用分子量截留为> 3000的透析袋中透析48h，真空干燥至恒重得到刷型接枝共聚物；其中，引发剂、卤化亚铜、多氮配体、酶促聚合单体和点击链段的摩尔比为0.01: I: 2: 114-456: 100-400，固定化脂肪酶的用量按质量计为酶促反应单体的5%，均相溶剂用量为反应体系总质量的25%-50%，氯仿用量为反应体系体积的10-30倍，甲醇用量为滤液浓缩后产物体积的100-400倍。
2.根据权利要求1所述的化学酶法同时一锅合成接枝共聚物的方法，其特征是，所述的固定化脂肪酶，是固定化脂肪酶Novozyme-435 ;所述的卤化亚铜/多氮配体催化系统，是氯化亚铜和2，2-联吡啶、氯化亚铜和五甲基二乙烯三胺、氯化亚铜和三-(N，N- 二甲氨基乙基)胺、溴化亚铜和2，2-联吡啶、溴化亚铜和五甲基二乙烯三胺或溴化亚铜和三-(N，N- 二甲氨基乙基)胺。
3.根据权利要求1或2所述的化学酶法同时一锅合成接枝共聚物的方法，其特征是，所述的单甲醚聚乙二醇，分子量为500 ^ Mn ^ 10000 ;所述的酶促反应单体为聚己内酯、聚L-丙交酯或聚10-羟基癸酸；所述的均相溶剂，是甲苯或四氢呋喃。
4.根据权利要求1所述的化学酶法同时一锅合成接枝共聚物的方法，其特征是，所述的固体组分在反应前真空干燥处理，是在0.lmmHg、25°C下干燥24h。
5.根据权利要求1或2所述的化学酶法同时一锅合成接枝共聚物的方法，其特征是，在刷型接枝共聚物的合成中，反应体系加入活化的分子筛，置于反应瓶底部；所述的活化的分子筛4A分子筛，经过1000°C灼烧活化。
6.—种权利要求1的化学酶法同时一锅合成接枝共聚物的方法合成的接枝共聚物，具有如下结构，
全文摘要
本发明的化学酶法同时一锅合成接枝共聚物的方法属于高分子材料合成与制备技术领域。制备方法是“酶促聚合”与“点击化学”相结合的“化学酶法同时一锅”合成聚合物，具体步骤有多官能度大分子引发剂的制备、点击链段的合成、刷型接枝共聚物的合成。制得的多官能度大分子引发剂是用叠氮化钠开环后的聚甲基丙烯酸环氧丙酯，其一侧为可以引发酶促聚合的羟基，另一侧为叠氮基团用于引发点击化学反应。本发明避免了分步聚合及顺序一锅合成过程的繁琐步骤，避免了多步操作中所需要的中间体化合物的分离提纯、减少溶剂所带来的污染、降低生产成本，为合成功能性的嵌段聚合物提供了更为简单方便高效节能的方法。
文档编号C08F8/32GK103242537SQ20131015577
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月1日 优先权日2013年5月1日
发明者李亚鹏, 祝明, 李玉祥, 撒宗朋, 王玉珍, 王静媛 申请人:吉林大学