一种三重氢键超分子聚合物及其制备方法与流程

文档序号:12054736阅读:538来源:国知局

本发明涉及超分子聚合物领域,特别涉及一种三重氢键超分子聚合物及其制备方法。



背景技术:

超分子聚合物是一种由重复单元经过可逆的、方向性的非共价键相互作用连接而成的新型聚合物,多为具有双功能团的单体在溶剂中通过分子自组装自发形成的,不需要引发剂。超分子聚合物与传统聚合物的区别在于单体间的连接键由共价键变成了具有方向性和可逆性的非共价键。与传统的共价键形成的聚合物相比,非共价键诱导形成的超分子聚合物具有环境响应性和自愈合等特性,其在可降解材料、药物传递和缓释以及功能材料等领域中具有广阔的应用前景。并且由于非共价键构筑的超分子体系具有一定的可逆性,可以利用其作为自修复机制。目前已研究的基于非共价键的自修复超分子聚合物类型主要有:①利用氢键的高分子体系;②基于金属配体配位的高分子;③主客体高分子;④离子聚合物;⑤可逆共价键一可逆非共价键复合体系。

氢键是一种常见的同时具有可逆性和方向性的非共价键。当聚合物链上具有多个可以形成氢键的基团时,在一定条件下会聚集成可逆交联态的超分子结构。高分子链上的氢键易于在低温下形成。而在升高温度时氢键会断裂,这样可以用来愈合高分子内的微裂纹。虽然单个氢键键能较小,结合常数较低,但是多重氢键之间的相互叠加和协同却可以得到具有较强结合能的作用,因而多重氢键结合的超分子聚合物体系得到了广泛的关注和研究。

三重氢键体系比二重氢键体系更可能形成较强的网络,它的线性排布方式有DAD-ADA、AAD-DDA、AAA-DDD三种(A:Acceptor,氢键供体;D:Doner,氢键受体)。对于互补型氢键复合体系来说,当氢键受体和氢键供体分别处于氢键组装体系的两侧时,所有二级氢键均产生相互吸引作用,此时氢键组装的复合物具有极高的稳定性。因此在所有三重氢键排列组合中,AAA-DDD氢键排列体系被认为具有最高稳定性。但是现有的AAA-DDD型三重氢键超分子聚合物一般合成步骤繁琐,成本较高。



技术实现要素:

为了解决现有技术的问题,本发明的发明目的是提供一种三重氢键超分子聚合物,该三重氢键超分子聚合物粘度高,而且可以生物降解。本发明的另一个发明目的是提供上述三重氢键超分子聚合物的制备方法。所述技术方案如下:

一种三重氢键超分子聚合物,其重复单元包含通过三重氢键相互连接的氢键受体和氢键供体,所述氢键受体的结构如通式(1)所示:

所述氢键供体的结构如通式(2)所示:

其中,R1、R2和R3各自独立的表示饱和或不饱和的直链或支链的基于烃的基团,或者各自独立的表示含有芳环的烷基链,所述含有芳环的烷基链可任选包含一个或多个杂原子。

优选的,所述杂原子为N、O、S、Si、P和卤素中的一种或多种。

优选的,所述含有芳环的烷基链中的烷基链含有2至10个C原子。

优选的,所述基于烃的基团含有1至10个C原子。

更优选的,R1、R2和R3各自独立的表示含有1至5个C原子的饱和直链或支链烷烃,或者各自独立的表示杂原子取代的含有芳环的烷基链,所述含有芳环的烷基链中的烷基链含有2至5个C原子。进一步优选的,R1、R2和R3各自独立的表示甲基、乙基、丙基、异丙基、乙酰基、苯乙基或间氯苯乙基,更进一步优选的,R1、R2和R3各自独立的表示1-3个碳原子的烷基,最优选的,R1、R2和R3均表示乙基。

本发明的另一个目的是提供上述三重氢键超分子聚合物的制备方法,其步骤包括:

S1.合成结构如通式(1)所示的氢键受体:

S2.合成结构如通式(2)所示的氢键供体:

S3.将结构如通式(1)所示的氢键受体和结构如通式(2)所示的氢键供体在氯仿和甲醇的混合溶剂中进行自组装反应,除去混合溶剂后即得到所述三重氢键超分子聚合物;

以上S1和S2步骤不分先后。

优选的,所述步骤S1是先将结构如式(3)所示的化合物与2-氨基-3-吡啶甲醛进行合环反应得到结构如式(4)所示的萘啶衍生物,

然后将结构如式(4)所示的萘啶衍生物与DMFDMA(N,N-二甲基甲酰胺二甲缩醛)进行合环反应得到结构如式(5)所示的化合物,

最后将结构如式(5)所示的化合物与结构如式(6)所示的异氰酸酯反应即可得到所述氢键受体,

本发明的氢键受体优选可以采用上述方法制备得到,本领域技术人员也可以根据结构设计其他的反应路线。该优选的合成路线中合成结构如式(4)所示的萘啶衍生物可以采用现有的反应方法,本发明优选是在乙醇作为溶剂,将结构如式(3)所示的化合物与2-氨基-3-吡啶甲醛、哌啶混合,在70℃~80℃反应4~6小时得到的。其中2-氨基-3-吡啶甲醛与结构如式(3)所示的化合物的投料的摩尔比为1:(1~1.2),结构如式(3)所示的化合物略过量,反应完成后抽滤并洗涤固体即可,优选的洗涤方式是分别用乙酸乙酯和无水乙醇冲洗。

更优选的,将结构如式(4)所示的萘啶衍生物与DMFDMA在70W~80W、100℃~120℃、100PSI~150PSI微波条件下进行合环反应得到结构如式(5)所示的化合物。反应中,DMFDMA既做为原料也做溶剂,投料量可大大过量于结构如式(4)所示的萘啶衍生物。反应时间优选为40分钟~1小时,采用TLC(薄层层析板)监控反应完全后,静置16h~24h,再进行纯化。纯化是指在反应完成后进行抽滤并洗涤固体即可,优选用乙酸乙酯冲洗。

将结构如式(5)所示的化合物与结构如式(6)所示的异氰酸酯反应的反应条件优选为将结构如式(5)所示的化合物与结构如式(6)所示的异氰酸酯按照摩尔比2:1在无水DCM(二氯甲烷)、DBTDL(二月桂酸二丁基锡)中混合,然后在60℃下反应完全后进行纯化得到的氢键受体。本领域技术人员也可以采用其他公知方法进行异氰酸酯与羟基的反应。反应完成后利用硅胶柱层析法进行纯化得到氢键受体。

优选的,所述步骤S2是先将结构如式(7)所示的化合物与结构如式(8)所示的化合物进行取代反应得到结构如式(9)所示的化合物,

然后将结构如式(9)所示的化合物与结构如(10)所示的化合物进行合环反应,得到所述氢键供体,

本发明的氢键供体可以采用上述方法制备得到,本领域技术人员也可以根据结构设计其他的反应路线。该优选的合成路线中,合成结构如式(9)所示的化合物可以将结构如式(7)所示的化合物与结构如式(8)所示的化合物以EA(乙酸乙酯)为溶剂,与Et3N(三乙胺)混合,在0℃~10℃下反应得到。结构如式(7)所示的化合物与结构如式(8)所示的化合物的摩尔比为(3~3.6):1,反应结束后进行抽滤,滤液用硅胶柱层析法进行纯化得到结构如式(9)所示的化合物。

更优选的,所述结构如式(9)所示的化合物与结构如式(10)所示的化合物在碱性条件下,DMF溶剂中,加热到80℃~90℃进行合环反应。其中所述碱性条件可通过加入无水碳酸钾获得,所述结构如式(9)所示的化合物、结构如式(10)所示的化合物和碳酸钾的摩尔量比例为:1:15:15。反应结束后用水和EA进行分液萃取,再将有机相洗涤(优选用饱和食盐水洗涤)、干燥(优选用无水硫酸钠干燥)后用硅胶柱层析法进行纯化得到氢键供体。

优选的,所述步骤S3是先加入氢键受体和混合溶剂后,按照氢键受体和氢键供体摩尔比为3:2再加入氢键供体,进行自组装反应至透明即可除去混合溶剂得到所述三重氢键超分子聚合物。混合溶剂优选为氯仿和甲醇按照体积比10:1混合的混合溶剂,自组装反应结束后,该混合溶剂可直接通过在室温下挥发而被去除。

本发明合成结构如通式(1)所示的氢键受体的反应路线如式(10)所示:

本发明合成结构如通式(2)所示的氢键供体的反应路线如式(11)所示:

根据上述制备方法所得的三重氢键超分子聚合物的线性排布方式为AAA-DDD型,如式(12)所示:

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:

本发明所述三重氢键超分子聚合物不仅具有一般氢键超分子聚合物的特点,可以在空间中形成网络状结构,具有可逆性和较强的结合能力,使其具有超分子聚合物对温度敏感的特点,可用于愈合高分子内的微裂纹等多种用途,重要的是,还具有粘度高,并且可以进行生物降解的特点。该三重氢键超分子聚合物可以通过氢键受体和氢键供体在有机溶剂中进行自组装反应得到,所述氢键供体和氢键受体均可以通过容易获得并且经济便宜的原料经过简单的步骤合成,具有很强的实用性。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合反应路线对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1合成萘啶衍生物(1-4)

分别称取化合物(1250mg,8.8mmol)、2-氨基-3-吡啶甲醛(976mg,8.0mmol)于100mL的单口圆底烧瓶中,倒入20mL无水乙醇搅拌至完全溶解。随后,加入7mL哌啶置于80℃下反应5h,TLC(用薄层层析色谱法)检测至反应完全。进行后处理:将体系进行抽滤,抽滤得到淡黄色固体粉末,并分别用乙酸乙酯和无水乙醇冲洗两次得到纯的化合物(1-4),产率:70%。

萘啶衍生物(1-4)经测试:

1H NMR(400MHz,DMSO)δ8.84-8.72(m,2H),8.43(s,1H),8.14(dd,J=7.9,2.0Hz,1H),7.45(s,2H),7.23(dd,J=7.8,4.4Hz,1H),4.53(s,1H),3.51(dd,J=11.5,6.2Hz,2H),1.73(p,J=6.5Hz,2H).

实施例2合成化合物(1-5)

称取化合物(1-4)(800mg,3.25mmol)于35mL微波反应管中,加入10mL的DMFFMA(N,N-二甲基甲酰胺二甲缩醛)置于80W、110℃、150PSI条件下反应45min,TLC检测反应完全并静置过夜。进行后处理:将反应体系进行抽滤得到土黄色固体粉末,用乙酸乙酯冲洗2次,真空干燥得到土黄色固体粉末即为化合物(1-5),产率:75%。

化合物(1-5)经测试:

1H NMR(400MHz,DMSO)δ10.92(s,1H),8.46–8.36(m,2H),8.10(dd,J=7.7,1.6Hz,1H),7.22(dd,J=7.6,4.8Hz,1H),4.68(t,J=5.0Hz,1H),4.02(dq,J=15.7,6.5Hz,2H),3.48(d,J=5.2Hz,2H),1.90-1.81(m,2H).

实施例3合成氢键受体(1-1)

称取化合物(1-5)(740mg,2.75mmol)和1,6-己二异氰酸酯(210mg,1.25mmol)于100mL圆底烧瓶中,加入50mL无水DCM(氯仿)、DBTDL(二月桂酸二丁基锡)10滴,置于60℃油浴上加热反应。反应结束后进行后处理:减压除去有机溶剂,用硅胶柱层析分离纯化[V(乙酸乙酯):V(甲醇)=8:1],得到氢键受体(1-1)。

氢键受体(1-1)经测试:

1H NMR(400MHz,DMSO)δ9.43(s,2H),9.30–9.24(m,2H),8.76(dd,J=8.3,2.0Hz,2H),8.69(s,2H),7.70(dd,J=8.2,4.1Hz,2H),7.09(d,J=5.3Hz,2H),4.07(dt,J=12.2,6.4Hz,8H),2.92(dd,J=12.5,6.2Hz,4H),2.19-1.94(m,4H),1.31(s,4H),1.23-1.14(m,4H).

mp 211.4℃。

实施例4合成化合物(1-9)

称取化合物(1-7)(547.8mg,3.3mmol)和三乙胺(404mg,4.0mmol)于25mL圆底烧瓶中,加入8mL的EA(乙酸乙酯)溶解至澄清置于冰水浴中。待温度稳定在0~5℃后,滴加1,3,5-三苯甲酰氯(265.2mg,1mmol)的EA溶液3mL。反应体系内出现大量白色浑浊物,反应完全后进行后处理:抽滤,取滤液进行硅胶柱层析分离纯化[V(石油醚):V(乙酸乙酯)=4:1],即得到纯净化合物(1-9),黄色固体粉末,产率85%。

化合物(1-9)经测试:

1H NMR(400MHz,DMSO)δ9.87(s,3H),8.70–8.60(m,3H),7.85(dd,J=9.1,2.2Hz,6H),7.18(d,J=8.7Hz,6H),4.72(dd,J=5.2,3.3Hz,6H),4.51(dd,J=5.1,3.5Hz,6H).

实施例5合成氢键供体(1-2)

称取化合物(1-9)(327mg,0.5mmol)、化合物(1.25g,7.5mmol)和无水K2CO3(1.035g,7.5mmol)于50mL的单口烧瓶中,加入8mL的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)置于85℃油浴下反应。反应结束后进行后处理:将反应体系倒入20mL的自来水中混匀后用EA萃取(20mL×5),收集有机相用饱和食盐水洗涤3次,再将有机相用无水硫酸钠干燥。减压抽滤,进行硅胶柱层析[V(乙酸乙酯):V(甲醇)=10:1],即得到纯净氢键供体(1-2),产率40%。

氢键供体(1-2)经检测:

1H NMR(400MHz,DMSO)δ8.68(s,3H),7.03(d,J=7.6Hz,6H),6.98–6.82(m,9H),6.76(d,J=7.8Hz,3H),4.65(s,6H),4.28(d,J=13.1Hz,6H),4.11(dd,J=17.5,7.1Hz,3H),3.90(d,J=6.9Hz,9H),1.34-0.89(m,18H).

mp 74.4℃。

实施例6合成三重氢键超分子聚合物

称取氢键受体(1-1)(50mg,0.0376mmol)于4mL样品瓶中,加入300μL氯仿和30μL甲醇,氢键受体(1-1)组分未完全溶解。随即加入氢键供体(1-2)(38.34mg,0.0564mmol),并补加400μL氯仿和40μL甲醇,两组分完全溶解形成透明的红色溶液。待溶剂在室温条件下挥发后瓶内形成了粘度较大的粘性体,为三重氢键超分子聚合物,其线性重复单元如式(12)所示:

将该三重氢键超分子聚合物进行荧光滴定和晶体结构鉴定,具体鉴定方法如文献Chemistry-A European Journal 2014,20,16980所述。晶体结构表明该三重氢键超分子聚合物只有三个氢键结合位点。荧光滴定实验表明可以形成1:1摩尔比的AAA-DDD的复合物结构,因此鉴定结果说明该三重氢键超分子聚合物具有三重氢键的结构,其线性重复单元如式(12)所示。

该三重氢键超分子聚合物为红棕色,粘性大,可倒挂于试管壁长达5分钟以上保持不流动。同时,将本发明的三重氢键超分子聚合物按照文献Biomed.Chromatogr.2011;25:1360–1363的方法进行动物实验,向实验小鼠按照小鼠重量5mg/KG注射浓度为10μg/L三重氢键超分子聚合物的生理盐水溶液,该三重氢键超分子聚合物可以在老鼠肝脏内30分钟完成降解。

需要说明的是:上述实施例提供的三重氢键超分子聚合物的制备方法,仅以上述制得的一种三重氢键超分子聚合物进行举例说明,实际应用中,可以在线性重复单元的基础上,根据需要选择原料合成其他相似的三重氢键超分子聚合物,其具体制备方法与本发明的具体实施例相似,本领域技术人员可以根据常识进行反应条件的调整,这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1