本发明属于生物医用高分子材料领域，涉及一种侧链含有氨基的脂肪族聚碳酸酯及其制备方法。
背景技术：
目前，基因治疗已成为一种极具前途的针对遗传性疾病的治疗策略。由于阳离子聚合物易于合成和改性，无免疫原性，能够很方便地与DNA或siRNA形成紧密的超分子复合物，保护DNA或siRNA免受核酸酶的降解，并促进其进入细胞，因此成为非病毒基因载体中的一个重要类型。许多早期的非病毒基因递送载体使用商品化的不可降解的阳离子聚合物如聚(L-赖氨酸)、聚乙烯亚胺(PEI)和聚酰胺-胺(PAMAM)树状大分子，虽然表现出相当良好的转染效率，但因其不可降解造成了转染后显著的细胞毒性。因此，含有氨基侧链的可降解聚合物成为可降解型基因转染载体的研究重点。
脂肪族聚碳酸酯是一类重要的生物可降解/吸收高分子，具有良好的生物相容性和物理机械性能，而且种类很多，结构可调，可以满足不同的需要。另外，聚碳酸酯降解后生成二氧化碳和中性的二元醇，可以避免在生物医用材料领域中己被广泛使用的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)等在降解过程中产生的羧酸类物质所引起的不良效应。
近年来，关于含有功能化侧基如氨基(参见中国发明专利申请CN200710193597.6)的脂肪族聚碳酸酯的合成及其应用的许多研究被广泛报道。通常，该类含有功能化侧基的聚合物的制备方法是先将上述功能化基团保护起来，合成带有保护基的功能化单体，再进行开环聚合，得到带保护基的聚合物，脱除保护基后，得到含有功能化侧基的聚碳酸酯。由于侧基上保护基团的存在，导致合成产率低，而且环状单体聚合活性低，甚至使聚合反应不能进行；另外，后续的聚合物脱保护基反应也不易脱除彻底，经常造成保护基的残留，进而影响聚合物的应用。
技术实现要素：
针对现有技术中含有功能化侧基的聚碳酸酯的制备方法存在的合成产率低、单体聚合活性低、脱保护基不彻底等问题，本发明旨在提供一种侧链含有氨基的脂肪族聚碳酸酯及其制备方法。该制备方法以取代基中含有双键的六元环状碳酸酯单体(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯，简称为AEDO)为起始原料，经开环聚合，得到侧链含有双键的聚碳酸酯(聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)，简称为PAEDO)，然后通过双键和2-氨基乙硫醇之间的Click反应向侧链中引入氨基，得到侧链含有氨基的脂肪族聚碳酸酯，实现脂肪族聚碳酸酯的功能化。
具体而言，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种如式I所示的侧链含有氨基的脂肪族聚碳酸酯。
在一项优选的技术方案中，上述侧链含有氨基的脂肪族聚碳酸酯的数均分子量为800～40000。
另一方面，本发明提供了上述如式I所示的侧链含有氨基的脂肪族聚碳酸酯的制备方法，其包括下列步骤：
1)环状碳酸酯经开环聚合反应制备侧链含有双键的聚碳酸酯：
2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯经开环聚合反应制得聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)(数均分子量为600～30000)；
2)侧链含有双键的聚碳酸酯和巯基化合物的Click反应：
步骤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-氨基乙硫醇经Click反应制得如式I所示的侧链含有氨基的脂肪族聚碳酸酯。
在上述制备方法中，步骤1)中所述开环聚合以本体聚合或溶液聚合的方式进行。
当以本体聚合的方式进行时，步骤1)中所述开环聚合于120～150℃反应20～30小时。
当以本体聚合的方式进行时，步骤1)中所述开环聚合在真空或氮气保护条件下进行。
当以本体聚合的方式进行时，步骤1)中所述开环聚合在催化剂存在的条件下进行；所述催化剂选自三异丙醇铝、三异丁醇铝、辛酸亚锡、二甲氧基二丁基锡中的任意一种。
当以本体聚合的方式进行时，步骤1)中所述开环反应所使用的催化剂和2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯之间的摩尔比为1:10～200。
当以溶液聚合的方式进行时，步骤1)中所述开环聚合于室温反应10～20小时。
当以溶液聚合的方式进行时，步骤1)中所述开环聚合在氮气保护条件下进行。
当以溶液聚合的方式进行时，步骤1)中所述开环聚合在无水有机溶剂中进行；所述有机溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二氧六环、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的任意一种。
当以溶液聚合的方式进行时，步骤1)中所述开环聚合在引发剂和催化剂存在的条件下进行；所述引发剂为苯甲醇；所述催化剂选自三甲基铝、三乙基铝、三异丁基铝、二乙基锌、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)、鹰爪豆碱中的任意一种。
当以溶液聚合的方式进行时，步骤1)中所述开环聚合所使用的引发剂、催化剂和2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯之间的摩尔比为1:1:10～200。
在上述制备方法中，步骤2)中所述Click反应于35～50℃反应24～48小时。
在上述制备方法中，步骤2)中所述Click反应在有机溶剂中进行；所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二氧六环、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的任意一种。
在上述制备方法中，步骤2)中所述Click反应在催化剂存在的条件下进行；所述催化剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二异庚腈(ABVN)。
在上述制备方法中，步骤2)中所述Click反应所使用的催化剂、聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)(以双键摩尔数计)和2-氨基乙硫醇之间的摩尔比为0.1～0.2:1:4～8。
与现有技术相比，采用上述技术方案的本发明具有下列优点：
(1)单体不带保护基团，结构相对简单，而且双键对开环聚合的稳定性较好；
(2)双键的Click反应，条件温和，无副反应，可实现定量转化。
具体实施方式
下文将结合具体的实施例对本发明的技术方案做出进一步的阐述。除非另有说明，下列实施例中所使用的仪器、材料和试剂等均可通过常规商业手段获得。
实施例1：AEDO的本体开环聚合。
在氮气保护条件下，将10g AEDO单体(0.05mol)加入到聚合瓶中，再加入0.051g三异丙醇铝(0.25mmol)作为引发剂，在120℃下聚合20小时。聚合结束后，将聚合产物用50mL氯仿溶解，加入500mL甲醇沉淀，过滤，洗涤，在35℃下真空干燥至恒重，得到8.7g PAEDO，产率87％。
经GPC法(洗脱剂为四氢呋喃)测量，数均分子量(Mn)为30752，多分散指数(PDI)为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)。
实施例2：AEDO的本体开环聚合。
在氮气保护条件下，将10gAEDO单体(0.05mol)加入到聚合瓶中，再加入2.0g辛酸亚锡(5mmol)作为引发剂，在150℃下聚合30小时。聚合结束后，将聚合产物用50mL氯仿溶解，加入500mL甲醇沉淀，过滤，洗涤，在35℃下真空干燥至恒重，得到8.5gPAEDO，产率85％。
经GPC法(洗脱剂为四氢呋喃)测量，数均分子量(Mn)为637，多分散指数(PDI)为1.47。
1H-NMR谱图与实施例1基本相同。
实施例3：AEDO的溶液开环聚合。
在氮气保护条件下，将2gAEDO单体(0.05mol)和0.027g苯甲醇(0.25mmol)溶于5mL甲苯中，再加入0.25mL浓度为1mol/L的DBU甲苯溶液，然后将反应体系在室温(25℃)下聚合20小时。聚合结束后，将聚合产物用10mL氯仿溶解，加入200mL甲醇沉淀，过滤，洗涤，在35℃下真空干燥至恒重，得到1.9g PAEDO，产率95％。
经GPC法(洗脱剂为四氢呋喃)测量，数均分子量为31077，多分散指数为1.18。
1H-NMR谱图与实施例1基本相同。
实施例4：AEDO的溶液开环聚合。
在氮气保护条件下，将2gAEDO单体(0.05mol)和0.54g苯甲醇(5mmol)溶于5mL四氢呋喃中，再加入5mL浓度为1mol/L的二乙基锌四氢呋喃溶液，然后将反应体系在室温(25℃)下聚合12小时。聚合结束后，将聚合产物用10mL氯仿溶解，加入200mL甲醇沉淀，过滤，洗涤，在35℃下真空干燥至恒重，得到1.8g PAEDO，产率90％。
经GPC法(洗脱剂为四氢呋喃)测量，数均分子量为628，多分散指数为1.34。
1H-NMR谱图与实施例1基本相同。
实施例5：AEDO的溶液开环聚合。
在氮气保护条件下，将2g AEDO单体(0.05mol)和0.054g苯甲醇(0.5mmol)溶于5mL乙酸乙酯中，再加入0.5mL浓度为1mol/L的三乙基铝的乙酸乙酯溶液，然后将反应体系在室温(25℃)下聚合10小时。聚合结束后，将聚合产物用10mL氯仿溶解，加入200mL甲醇沉淀，过滤，洗涤，在35℃下真空干燥至恒重，得到1.7g PAEDO，产率85％。
经GPC法(洗脱剂为四氢呋喃)测量，数均分子量为8765，多分散指数为1.35。
1H-NMR谱图与实施例1基本相同。
实施例6：实施例1中制得的PAEDO的Click反应。
在氮气保护条件下，将2g PAEDO(数均分子量为30752)(以双键计的摩尔数为0.01mol)与作为催化剂的0.32g偶氮二异丁腈(AIBN)(2mmol)溶于40mL氯仿中，在室温下滴加40mL溶有6.16g 2-氨基乙硫醇(0.08mol)的氯仿溶液。滴加完毕后，将反应体系升温至50℃，进一步反应48小时。反应结束后，将反应液浓缩，过滤。将滤液在乙醚中沉淀，过滤，洗涤，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR谱图测得双键转化率为100％(根据谱图中双键吸收峰与乙基吸收峰的比例确定)。
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)。
实施例7：实施例2中制得的PAEDO的Click反应。
在氮气保护条件下，将2g PAEDO(数均分子量为637)(以双键计的摩尔数为0.01mol)与作为催化剂的0.16g偶氮二异丁腈(AIBN)(1mmol)溶于40mL甲苯中，在室温下滴加40mL溶有3.08g 2-氨基乙硫醇(0.04mol)的甲苯溶液。滴加完毕后，将反应体系升温至50℃，进一步反应24小时。反应结束后，将反应液浓缩，过滤。将滤液在乙醚中沉淀，过滤，洗涤，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR谱图测得双键转化率为100％(根据谱图中双键吸收峰与乙基吸收峰的比例确定)。
1H-NMR谱图与实施例6基本相同。
实施例8：实施例3中制得的PAEDO的Click反应。
在氮气保护条件下，将2g PAEDO(数均分子量为31077)(以双键计的摩尔数为0.01mol)与作为催化剂的0.496g偶氮二异庚腈(ABVN)(2mmol)溶于40mL二氧六环中，在室温下滴加40mL溶有6.16g 2-氨基乙硫醇(0.08mol)的二氧六环溶液。滴加完毕后，将反应体系升温至35℃，进一步反应48小时。反应结束后，将反应液浓缩，过滤。将滤液在乙醚中沉淀，过滤，洗涤，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR谱图测得双键转化率为100％(根据谱图中双键吸收峰与乙基吸收峰的比例确定)。
1H-NMR谱图与实施例6基本相同。
实施例9：实施例5中制得的PAEDO的Click反应。
在氮气保护条件下，将2g PAEDO(数均分子量8765)(以双键计的摩尔数为0.01mol)与作为催化剂的0.496g偶氮二异庚腈(ABVN)(2mmol)溶于40mL乙酸乙酯中，在室温下滴加40mL溶有0.462g 2-氨基乙硫醇(0.06mol)的乙酸乙酯溶液。滴加完毕后，将反应体系升温至40℃，进一步反应32小时。反应结束后，将反应液浓缩，过滤。将滤液在乙醚中沉淀，过滤，洗涤，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR谱图测得双键转化率为100％(根据谱图中双键吸收峰与乙基吸收峰的比例确定)。
1H-NMR谱图与实施例6基本相同。
上述实施例仅用于解释和说明本发明的具体实施方案，而并不旨在限制本发明的保护范围。应当理解的是，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所披露的技术范围之内做出的修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。