一种温敏性手性分离添加剂和温敏性聚砜手性拆分膜的制作方法
【专利摘要】本发明具体涉及一种温敏性手性分离添加剂以及由该温敏性手性分离添加剂制备得到的温敏性聚砜手性拆分膜。该温敏性手性分离添加剂可以有效的分散在有机溶剂和水的混合溶液里。当成品聚砜膜浸泡在有机溶剂和水的混合溶液里时，聚砜材质处于微溶胀状态，温敏性手性分离添加剂的疏水链段就像“锚”一样，缓慢附着钻入这些空隙中，而亲水链段则还是有效的分散在水中。将吸附了有温敏性手性分离添加剂的聚砜膜再浸泡于纯水中时，温敏性手性分离添加剂的疏水链段牢牢固定在了聚砜膜的表面。本发明仅通过浸泡就能够实现聚砜膜的功能化改性，使其具备温敏性手性拆分功能；操作方便，成本低廉。
【专利说明】一种温敏性手性分离添加剂和温敏性聚砜手性拆分膜
【技术领域】
[0001]本发明属于功能聚合物【技术领域】，具体涉及一种温敏性手性分离添加剂，以及由该温敏性手性分离添加剂制备得到的温敏性聚砜手性拆分膜。
【背景技术】
[0002]化学组分完全相同，但其空间结构却不同，从而构成了互呈镜像关系的两种结构形式，称为对映体或光学异构体。2种对映体虽然结构相似，但是其在生物体内的吸收，转运，代谢存在极大的差异，所以实际生产中需要获得尽可能纯的对映体。获得单一对映体的方法有如下几种:如从自然界中天然获得，用天然手性化合物为底物来合成，但是它们种类少，限制大。此外还可以通过生物合成来获得，但成本过高。而外消旋体拆分则在工业应用上占有即重要的位置。据报道，目前大约有65%以上的非天然手性药物是由外消旋体或中间产物的拆分得到的。其中膜分离因其能耗低，操作简单，可连续操作的优点，被认为是最新型、最有前途和挑战性的方法之一。
[0003]聚砜是略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物，力学性能优异，刚性大，耐磨、高强度，热稳定性高，耐水解，尺寸稳定性好，成型收缩率小，无毒，耐辐射，耐燃，有熄性，化学稳定性好，除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外，能耐一般酸、碱、盐，在酮，酯中溶胀。基于聚砜制备得到的多孔膜具有和聚砜基底一样的优越性，其在电子电气、食品和日用品、汽车用、航空、医疗和一般工业等部门均有广泛应用。
[0004]环糊精，作为一个具有特殊的结构的环形低聚糖，对手性对映体有识别性能。可以用来选择性分离对映体混合物。它外部是亲水的表面，内部则是一个具有一定尺寸的疏水空腔，所以依据空腔大小，疏水作用力、氢键和范德华力等，环糊精可以和客体分子结合形成复合物。因此，环糊精是一种非常适合用来改性膜，使之具备手性识别功能的天然分子。同时，它对多种氨基酸都具有选择性识别效果。详见文献:Anal.Chem.(1992) 64 ；1405-1412。
[0005]手性聚合物膜分离技术近年来被广泛的研究。它通常是由手性聚合物或一个表面带有一手性选择性薄层的非选择性多孔支撑膜组成。这类聚合物膜的特点是高的比表面积、低的物质转运阻力、良好的机械强度和手性识别能力。它利用被拆分物质在手性识别功能聚合物膜中的分配行为和扩散速度的不同而达到直接拆分的目的。对于手性拆粉膜最主要的机理主要有2种:(I)分子印迹拆分，即在膜内引入模板对映体分子，外消旋体过滤时，只有模板分子能过透过，其他分子则无法透过。这种方式虽然分离效果优异，但是选择性很低，只能分离特定的外消旋体。(2)手性识别位点拆分，即在膜表面和膜孔内部引入具有手性分离功能的单元，如β_环糊精，牛血清白蛋白等。这些识别单元能够对某一类对映体有选择性的吸附或络合，从而达到手性拆分的目的。此种拆分方法普适性较高。温敏性手性分离膜则作为一种更加前沿的膜材料，被科研人员日益关注。这类膜材料具备一个温度响应值，在这个值以下，手性分离膜具备手性识别功能，能够吸附单一对映体，在这个温度以上，手性分离膜对于单一对映体的吸附能力将大大减弱，已吸附的对映体会从膜表面脱落，使膜回复到原始状态。这有利于膜的重复和连续操作。
[0006]如能结合聚砜物化性能优势，环糊精的对映体识别上的优势，将功能将聚砜作为膜基材，环糊精作为手性拆分位点，再在其中引入温敏性聚合物，则可以制备得到物化性能优异的温敏性手性拆分膜。
[0007]制备温敏性手性拆分膜，则需要对膜进行改性，改性的方法有很多。比如共混，复合，化学改性，引发接枝，光照辐射接枝，低温等离子接枝，酶引发接枝。专利CN1880880C报道了利用等离子处理有机或无机材料表面，再接枝聚合异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和修饰过的环糊精单体。这种方法简便高效，但是需要用到等离子照射源，具有此设备的工厂和实验室较少，操作成本较高，大规模推广性还有待提升。专利CN103007774A和CN103055710A两篇专利较为类似的报道了一种利用微凝胶和聚偏氟乙烯接枝物共混的方法制备温敏性手性拆分膜，但此种膜只能做到对特定对映体的识别拆分，同时共混膜的组分过多，极易产生相分离，影响膜的均一性和稳定性。
[0008]目前制备温敏性手性拆分膜需要解决的问题主要有:(1)操作成本尽可能低，过程尽量简易；(2)避免多组分共混，影响膜内部结构的均一性；(3)尽量选择对映体选择普适性较高的手性识别位点。
[0009]针对这三个问题，本发明设计合成了一种二嵌段的具有手性识别单元的聚合物添加剂，由于二嵌段的亲疏水特质，它可以通过浸泡法被引入到聚砜膜基材表面。形成表面具有手性拆分功能的聚砜膜。
【发明内容】
[0010]本发明的首要目的在于提供一种温敏性手性分离添加剂。
[0011]本发明的另一目的在于提供上述温敏性手性分离添加剂的制备方法。
`[0012]本发明的再一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种温敏性聚砜手性拆分膜，该温敏性聚砜手性拆分膜是由上述温敏性手性分离添加剂制备得到的。
[0013]本发明的目的通过下述技术方案实现:
[0014]一种温敏性手性分离添加剂，具有如下的通式:
[0015]A-b-P (NIPAAm-co-CD)
[0016]其中NIPAAm为异丙基丙烯酰胺，⑶为β -环糊精，A为疏水链段；b代表block ；P(NIPAAm-co-CD)为亲水链段；
[0017]组成所述疏水链段的聚合物为如下聚合物中的一种:
[0018]炔基端聚丙烯酸正丁酯(PBA-C E CH)，
[0019]炔基端聚甲基丙烯正丁酯(PMBA-C = CH)，
[0020]炔基端聚丙烯酸甲酯(PMA-C = CH)，
[0021]炔基端聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-C = CH)，
[0022]炔基端饱和烷基链((CH2) n_C三CH)，其中n=8~16 ；
[0023]组成所述亲水链段的聚合物为叠氮基端N-异丙基丙烯酰胺和单乙烯基环糊精的无规共聚物(P (NIPAAm-CO-CD)-N3);
[0024]上述温敏性手性分离添加剂的制备方法，包括如下步骤:
[0025]( I)疏水链段聚合物的合成；[0026](2)亲水链段聚合物的合成；
[0027](3)亲疏水链段聚合物的点击化学接枝:取100摩尔份的步骤(2)中所述的亲水链段聚合物，100摩尔份的步骤(1)中所述的疏水链段聚合物，加入I摩尔份的CuSO4,1摩尔份的抗坏血酸钠，500摩尔份的二甲基甲酰胺进行点击化学，合成得到温敏性手性分离添加剂。反应条件参照文献 Ternary Graft Copolymers and Their Use in NanocapsulePreparation.Macromolecules, Macromolecules (2013) 46 ；2646 ~2657 ；
[0028]步骤(1)中所述的疏水链段聚合物为如下聚合物中的一种:
[0029]炔基端聚丙烯酸正丁酯(PBA-C ^ CH)，
[0030]炔基端聚甲基丙烯正丁酯(PMBA-C = CH)，
[0031]炔基端聚丙烯酸甲酯(PMA-C = CH)，
[0032]炔基端聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-C = CH)，
[0033]炔基端饱和烷基链(CH2) n_C三CH，其中n=8~16 ；
[0034]步骤(2)中所述的亲水链段聚合物为叠氮基端N-异丙基丙烯酰胺和单乙烯基环糊精的无规共聚物(P (NIPAAm-C0-CD)-N3)；
[0035]所述PBA-C = CH的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、300~1000摩尔份的丙烯酸正丁酯(BA)、300~1000摩尔份的甲苯、3~10摩尔份的CuBr及3~10摩尔份 的五甲基二乙烯基三胺(PMDETA)，在氮气保护下90°C进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应，得到聚合度(DP)为33~100的PBA-C = CH ；
[0036]所述PMBA-C = CH的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、300~1000摩尔份的甲基丙烯酸正丁酯(MBA)、300~1000摩尔份的甲苯、3~10摩尔份的CuBr及3~10摩尔份的五甲基二乙烯基三胺(PMDETA)，在氮气保护下90°C进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应，得到聚合度(DP)为33~100的PMBA-C = CH ；
[0037]所述PMA-C = CH的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、300~1000摩尔份的丙烯酸甲酯(MA)、300~1000摩尔份的二苯醚、3~10摩尔份的CuBr及3~10摩尔份的五甲基二乙烯基三胺(PMDETA)，在氮气保护下90°C进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应，得到聚合度(DP)为33~100的PMA-C = CH ；
[0038]所述PMMA-C = CH的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、300~1000摩尔份的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、300~1000摩尔份的二苯醚、3~10摩尔份的CuBr及3~10摩尔份的五甲基二乙烯基三胺(PMDETA)，在氮气保护下90°C进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应，得到聚合度(DP)为33~100的PMMA-C = CH ；
[0039]所述(CH2)n-C = CH的合成方法包含如下步骤:取50~100摩尔份的烷基酸((CH2)n-C00H)、80~120摩尔份的丙炔醇，溶于500~800摩尔份的二氧六环中，加入80~120摩尔份的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，I~3摩尔份的二甲氨基吡啶，室温下搅拌24小时，通过旋蒸，二氯甲烷萃取，得到(CH2)n-C ^ CH ;其中n=8~16 ；
[0040]所述亲水链段聚合物(P (NIPAAm-co-⑶)-N3)的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸叠氮乙酯，300~500摩尔份的NIPAAm，150~250摩尔份的单乙烯基环糊精单体，500~1000摩尔份的异丙醇、500~1000摩尔份的水，3~10摩尔份的CuCl及3~10摩尔份的三(2-甲氨基乙基)胺(Me6TREN),在氮气保护下25°C进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应，得到聚合度(DP)为38~92的P (NIPAAm-co-CD) -N3 ；[0041]溴代异丁酸丙块酯的合成参考文献:Ternary Graft Copolymers and Their Usein Nanocapsule Preparation.Macromolecules (2013) 46 ;2646 ~2657 ;
[0042]溴代异丁酸叠氮乙酯的合成参考文献:Synthesis of amphiphilic andthermoresponsive ABC miktoarm star terpolymer via a combination of consecutiveclick reactions and atom transfer radical polymerization Journal of PolymerScience:Part A:Polymer Chemistry(2009)47 ；4001 - 4013 ；
[0043]单乙烯基环糊精的合成参考文献:含环糊精的温度敏感性聚合物的合成及自组装，高等学校化学学报(2010) 31 ；167~171 ；
[0044]一种温敏性聚砜手性拆分膜的制备方法，包含如下步骤:
[0045](1)将I~10质量份的温敏性手性分离添加剂溶解于1000质量份的溶剂A中；
[0046](2)在步骤(1)得到的溶液中以5~10mL/min的速度加入500~4000质量份的水，并不断搅拌释放掉其中的反应热；
[0047](3)将成品聚砜膜浸泡入步骤(2)中的溶液，保持浸泡溶液温度为5~30°C，浸泡I~4天；
[0048](4)将浸泡过的膜取出，放入水中继续浸泡4天，之后取出用氮气吹干；
[0049]步骤(1)所述的溶剂A是二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、N_甲基吡咯烧酮(NMP)、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种；
[0050]步骤(3)所述的成品聚砜膜可以是任意市面上能够买到的聚砜膜产品。
[0051]发明原理:
[0052]本发明设计合成了一种二嵌段的温敏性手性分离添加剂(合成路线见图1)，这种添加剂的一个链段疏水，另一个链段亲水。因此可以有效的分散在有机溶剂和水的混合溶液里。当成品聚砜膜浸泡在有机溶剂和水的混合溶液里时，聚砜材质处于微溶胀状态，聚砜分子链之间的的附着和缠结略微得到缓解，产生一定的空隙。此时温敏性手性分离添加剂的疏水链段就像“锚” 一样，缓慢附着钻入这些空隙中，而亲水链段则还是有效的分散在水中。之后将吸附了有温敏性手性分离添加剂的聚砜膜再浸泡于纯水中时，聚砜分子链又重新紧密缠结，空隙消失，结构牢固锁定，将温敏性手性分离添加剂的疏水链段牢牢固定在了聚砜膜的表面。这种浸泡改性的方法原理如附图3所示。
[0053]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0054](1)仅通过浸泡就能够实现聚砜膜的功能化改性，使其具备温敏性手性拆分功能；操作极其方便，成本低廉；
[0055](2)温敏性手性分离添加剂仅被固定于聚砜膜材质的表面，对聚砜膜材质的性能没有影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0056]图1温敏性手性分离添加剂的合成路线。
[0057]图2是实施例2制备得到的温敏性手性分离添加剂的HNMR图。
[0058]图3利用温敏性手性分离添加剂制备温敏性聚砜手性拆分膜的原理。
【具体实施方式】[0059]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0060]实施例中使用的原料如下:
[0061]
【权利要求】
1.一种温敏性手性分离添加剂，其特征在于具有如下的通式:
A-b-P (NIPAAm-co-CD) 其中NIPAAm为异丙基丙烯酰胺，⑶为β-环糊精，A为疏水链段；b代表block ;Ρ(NIPAAm-co-CD)为亲水链段； 组成所述疏水链段的聚合物为如下聚合物中的一种=PBA-C = CH、PMBA-C = CH、PMA-C = CH、PMMA-C = CH 和(CH2) n_C e CH，其中 n=8 ~16 ； 组成所述亲水链段的聚合物为P (NIPAAm-co-CD) -H3。
2.权利要求1所述的温敏性手性分离添加剂的制备方法，其特征在于包含如下步骤: (1)疏水链段聚合物的合成； (2)亲水链段聚合物的合成； (3)亲疏水链段聚合物的点击化学接枝:取100摩尔份的步骤(2)中所述的亲水链段聚合物，100摩尔份的步骤(1)中所述的疏水链段聚合物，加入I摩尔份的CuSO4,1摩尔份的抗坏血酸钠，500摩尔份的二甲基甲酰胺进行点击化学。
3.根据权利要求2所述的温敏性手性分离添加剂的制备方法，其特征在于: 步骤(1)中所述的疏水链段聚合物为如下聚合物中的一种:PBA-C = CH,PMBA-C = CH、PMA-C = CH、PMMA-C = CH 和(CH2) n_C e CH，其中 n=8 ~16 ； 步骤(2)中所述的亲水链段聚合物为P (NIPAAm-co-⑶)-N3。
4.根据权利要求3所述的温敏性手性分离添加剂的制备方法，其特征在于: 所述PBA-C = CH的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、300~1000摩尔份的丙烯酸正丁酯、300~1000摩尔份的甲苯、3~10摩尔份的CuBr及3~10摩尔份的五甲基二乙烯基三胺，在氮气保护下90°C进行ATRP反应，得到聚合度为33 ~100 的 PBA-C = CH ； 所述PMBA-C = CH的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、300~1000摩尔份的甲基丙烯酸正丁酯、300~1000摩尔份的甲苯、3~10摩尔份的CuBr及3~10摩尔份的五甲基二乙烯基三胺，在氮气保护下90°C进行ATRP反应，得到聚合度为33~100的PMBA-C = CH ； 所述PMA-C = CH的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、300~1000摩尔份的丙烯酸甲酯、300~1000摩尔份的二苯醚、3~10摩尔份的CuBr及3~10摩尔份的五甲基二乙烯基三胺，在氮气保护下90°C进行ATRP反应，得到聚合度为33 ~100 的 PMA-C = CH ； 所述PMMA-C = CH的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、300~1000摩尔份的甲基丙烯酸甲酯、300~1000摩尔份的二苯醚、3~10摩尔份的CuBr及3~10摩尔份的五甲基二乙烯基三胺，在氮气保护下90°C进行ATRP反应，得到聚合度为33~100的PMMA-C = CH ； 所述(CH2)n-C = CH的合成方法包含如下步骤:取50~100摩尔份的(CH2)n-C00H、80~120摩尔份的丙炔醇，溶于500~800摩尔份的二氧六环中，加入80~120摩尔份的1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，I~3摩尔份的二甲氨基吡啶，室温下搅拌24小时，通过旋蒸，二氯甲烷萃取，得到(CH2)n-C = CH ;其中n=8~16。
5.根据权利要求3所述的温敏性手性分离添加剂的制备方法，其特征在于:所述P (NIPAAm-CO-⑶)-N3的合成方法包含如下步骤:取3~10摩尔份的溴代异丁酸叠氮乙酯，300~500摩尔份的NIPAAm，150~250摩尔份的单乙烯基环糊精单体，500~1000摩尔份的异丙醇、500~1000摩尔份的水，3~10摩尔份的CuCl及3~10摩尔份的三(2-甲氨基乙基)胺，在氮气保护下25°C进行ATRP反应，得到聚合度为38~92的P(NIPAAm-co-CD) -N3。
6.一种温敏性聚砜手性拆分膜，其特征在于采用权利要求1所述的温敏性手性分离添加剂制备得到。
7.权利要求6所述的温敏性聚砜手性拆分膜的制备方法，其特征在于包含如下步骤: (1)将I~10质量份的温敏性手性分离添加剂溶解于1000质量份的溶剂A中； (2)在步骤(1)得到的溶液中以5~10mL/min的速度加入500~4000质量份的水，并不断搅拌释放掉其中的反应热； (3)将成品聚砜膜浸泡入步骤(2)中的溶液，保持浸泡溶液温度为5~30°C，浸泡I~4天； (4)将浸泡过的膜取出，放入水中继续浸泡4天，之后取出用氮气吹干。
8.根据权利要求 7所述的温敏性聚砜手性拆分膜的制备方法，其特征在于: 步骤(1)所述的溶剂A是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种。
9.权利要求6所述的温敏性聚砜手性拆分膜在功能聚合物【技术领域】中的应用。
【文档编号】C08F220/54GK103755967SQ201310753323
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】胡继文, 苗磊, 林树东, 刘国军, 涂园园 申请人:中科院广州化学有限公司