專利名稱：一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯、制備方法及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯、制備方法與用途。該脂肪族聚酯是一種熱可塑性的生物醫(yī)用材料或生物降解材料，是由具有脂肪族結(jié)構(gòu)的雙羰基化合物與脂肪族二元醇，經(jīng)過側(cè)基官能團(tuán)的保護(hù)反應(yīng)，縮合聚合反應(yīng)和側(cè)基官能團(tuán)的去保護(hù)反應(yīng)而得到的聚酯，是一種具有親水功能側(cè)基的生物降解性高分子。
目前相對(duì)于天然高分子和生物聚酯，化學(xué)合成的生物降解性高分子具有種類多，通過化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化物理性能與生物降解性調(diào)節(jié)容易的優(yōu)點(diǎn)，作為生物醫(yī)用材料或者環(huán)境友好材料的應(yīng)用更受重視。在化學(xué)合成的生物降解性聚合物中，例如以可持續(xù)獲得的天然碳-4化合物蘋果酸為原料制備聚蘋果酸酯生物材料的研究比較多，Polymers in Medicine，Chiellini，E，；Giusti，P.；Eds，Plenum Publisher，NewYork 1983中有比較詳細(xì)的闡述。綜合起來，到目前為止合成這類聚蘋果酸酯(Polymalic acid，PMA)有兩個(gè)主要途徑1.羧基官能團(tuán)保護(hù)的六元環(huán)化合物1開環(huán)聚合以及進(jìn)一步羧基官能團(tuán)的氫化去保護(hù)這兩步反應(yīng)制備的聚(α)-蘋果酸酯2(Macromolecules，21，3338，1988)。2.以四元環(huán)化合物3為出發(fā)原料，通過開環(huán)聚合反應(yīng)和羧基官能團(tuán)的氫化去保護(hù)而得到的聚(β)-蘋果酸酯4(Polym.Bull.，14，187，1985；Macromolecules，21，2657，1988；J. Polym，Sci.，Polym.Chem.，29，793，1991).由于蘋果酸是三羧酸循環(huán)(TCA)中的一個(gè)具有光學(xué)活性中心的中間產(chǎn)物，也是一種可以通過生物技術(shù)獲得的可再生性資源，并且以蘋果酸及其衍生物為出發(fā)原料，制備的高分子量的聚蘋果酸酯具有良好的水解性，生物降解性和生物相容性，而且在生命體內(nèi)的生理?xiàng)l件下的降解產(chǎn)物為蘋果酸，無毒、無害，可以通過生物系統(tǒng)安全代謝，因此以蘋果酸為基本結(jié)構(gòu)單元的聚蘋果酸酯成為又一類具有潛在應(yīng)用前景的生物降解材料 如上述聚合物2，4所示，到目前為止合成的聚蘋果酸酯及其系列共聚物都以主碳鏈帶有側(cè)羧基官能團(tuán)為特征。另一方面，由直鏈型脂肪族二元酸及其衍生物與脂肪族二元醇，經(jīng)過縮聚反應(yīng)而得到的聚合物，被發(fā)現(xiàn)可以在擬生理鹽水或者多種脂肪酶的作用下，高效率地生物降解。中國專利CN1310193，CN 1310194報(bào)道了以端羧基聚丁二酸丁二醇酯預(yù)聚物，端羧基聚己二酸丁二醇酯預(yù)聚物與二官能度異氰酸酯反應(yīng)制備生物降解性聚酯酰胺及其共聚物的方法。日本專利特開平5-310898，美國專利US Patent 5310782，US Patent 5504148報(bào)道了高分子量的脂肪族聚酯聚丁二酸乙二醇酯(PBS)，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，聚丁二酸己二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)的制造方法。Europ.Polym.J.，37，211，2001報(bào)道了聚丁二酸丁二醇酯(PBS)與L-型聚乳酸(PLLA)共混物微球(Microspheres)的制法以及模擬藥物緩釋放實(shí)驗(yàn)，但由于大多數(shù)現(xiàn)有生物降解性聚合物均由高度疏水性的直鏈型碳鏈結(jié)構(gòu)組成，相互之間共混，由于分子間作用力弱，高分子鏈親水性差，從而制約其在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用。最近，具有羥基官能團(tuán)的化合物被發(fā)現(xiàn)可以作為起始劑，廣泛應(yīng)用于環(huán)狀化合物的可控聚合反應(yīng)，通過羥基化合物可以調(diào)節(jié)生成生物降解性聚合物的分子量，分子量分布和聚合物大分子的微結(jié)構(gòu)。同時(shí)，相對(duì)于現(xiàn)有的完全疏水性的生物降解性聚酯，通過親水性官能團(tuán)構(gòu)造的導(dǎo)入，還可以自由調(diào)節(jié)生成聚合物的親水/疏水性平衡，并且產(chǎn)物高分子在溶液中可以自組裝，形成多種多樣的形態(tài)，比如核殼膠束，柱狀體等等，在基因工程中DNA的載體，藥物緩釋放，細(xì)胞、組織工程基體材料，生物降解性高分子表面活性劑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的目的是要提供一種新型高分子的主碳鏈具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯，是光學(xué)活性的或非光學(xué)活性的化合物。
本發(fā)明另一目的是提供一種上述新型高分子的主碳鏈具有親水性功能側(cè)基脂肪族聚酯的制備方法。
本發(fā)明的目的還提供一種上述新型高分子的主碳鏈具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯的用途。
本發(fā)明的主碳鏈具有親水性功能側(cè)基脂肪族聚酯高分子具有如下化學(xué)結(jié)構(gòu) 上述高分子化合物5的化學(xué)結(jié)構(gòu)中，側(cè)基團(tuán)R1或R2＝H、OH、NH2基團(tuán)，R3為碳原子數(shù)2～12的飽和直鏈亞烷基、不飽和直鏈亞烷基或脂環(huán)族取代基，如C2H4，C3H6，C4H8，C5H10等以及C6H10，CH2-C6H10-CH2等，平均分子量為2000～200000。上述化合物結(jié)構(gòu)中摩爾百分?jǐn)?shù)x為0～100％，摩爾百分?jǐn)?shù)y為100％～0，x+y＝100％。換言之，本發(fā)明的高分子化合物可以是 或 的均聚物，也可以是兩者的共聚物。
本發(fā)明的聚合物是光學(xué)活性的或非光學(xué)活性的化合物，這取決于原料雙羰基化合物的光學(xué)活性。
本發(fā)明所述的一種具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯高分子的制備方法主要由親水側(cè)基官能團(tuán)的保護(hù)反應(yīng)化合物的制備，高分子聚合反應(yīng)主要原料化合物之一6的制備，高分子的聚合反應(yīng)以及生成高分子的親水側(cè)基團(tuán)的氫化去保護(hù)官能團(tuán)反應(yīng)這四步連續(xù)反應(yīng)所組成為特征。 根據(jù)本發(fā)明所提供的具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯高分子制備方法，高分子聚合所采用的主要原料之一為雙羰基化合物6.其化學(xué)結(jié)構(gòu)中R1基團(tuán)為氫、低級(jí)烷基、芳香取代基。低級(jí)烷基碳原子數(shù)1～6，最好是碳原子數(shù)為1～4的烷基。芳香取代基的碳原子數(shù)為6～10，比較理想的是碳原子數(shù)為6～8，如苯取代基等。
上述的化合物6中的R2基團(tuán)為氫、低級(jí)烷基、芳香取代基。低級(jí)烷基碳原子數(shù)1～6，最好是碳原子數(shù)為1～4的烷基。芳香取代基可能的碳原子數(shù)為6～10，比較理想的是碳原子數(shù)為6～8，如苯取代基等。(-O-CH2-C6H5)、氮芐氧羰基(-NH-CO-O-CH2-C6H5)。
本發(fā)明所提供的具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯高分子制備方法中，進(jìn)行高分子聚合的主要原料化合物6是通過可以化合物7與相應(yīng)親水性側(cè)基官能團(tuán)的保護(hù)試劑的化學(xué)反應(yīng)得到。 本發(fā)明所采用的化合物7具有上述化學(xué)結(jié)構(gòu)通式，R1基團(tuán)為氫、低級(jí)烷基、芳香取代基。低級(jí)烷基碳原子數(shù)1～6，最好是碳原子數(shù)為1～4的烷基。芳香取代基的碳原子數(shù)為6～10，比較理想的是碳原子數(shù)為6～8，如苯取代基等。R2基團(tuán)為氫、低級(jí)烷基、芳香取代基。低級(jí)烷基碳原子數(shù)1～6，最好是碳原子數(shù)為1～4的烷基。芳香取代基可能的碳原子數(shù)為6～10，比較理想的是碳原子數(shù)為6～8，如苯取代基等。R3、R4可能的基團(tuán)為H、OH、NH2。上述化合物7一般所采用例如琥珀酸、(L)-蘋果酸、(D)-蘋果酸、外消旋蘋果酸、酒石酸、(L)-天冬氨酸、(D)-天冬氨酸、外消旋天冬氨酸、琥珀酸二烷基酯、L型或者D型以及外消旋型蘋果酸二甲酯、二乙酯、二苯酯、酒石酸二甲酯、二乙酯、L型或者D型以及外消旋型天冬氨酸二甲基、二乙酯、二苯酯等等，根據(jù)化合物7的衍生物6的聚合性能比較，上述可能的反應(yīng)物中比較理想的為L(zhǎng)型或者D型以及外消旋型蘋果酸二甲酯、二乙酯、二苯酯、L型或者D型以及外消旋型天冬氨酸二甲基、二乙酯、二苯酯，最理想的是有化合物7化學(xué)結(jié)構(gòu)并且具有天然光學(xué)活性的二烷基酯化合物。
根據(jù)本發(fā)明所提供的一種具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯高分子制備方法，由化合物7制備聚合反應(yīng)原料之一的化合物6主要通過化合物6中親水性側(cè)基官能團(tuán)的保護(hù)化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)化合物6側(cè)基官能團(tuán)種類的差異，選擇可能的保護(hù)基團(tuán)為芐基(-CH2-C6H5)、芐氧羰基(-CO-O-CH2-C6H5)。
上述化合物6親水性側(cè)基官能團(tuán)的保護(hù)試劑，一般為羥基或者氨基的保護(hù)反應(yīng)所采用的常規(guī)試劑，例如化合物8、9，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如下 本發(fā)明所提供的一種具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯高分子制備方法中，除反應(yīng)原料化合物6之外，進(jìn)行聚合反應(yīng)可能的主要原料之二為化合物10，其中R1，R2為氫、低級(jí)烷基、芳香取代基。低級(jí)烷基碳原子數(shù)1～6，最好是碳原子數(shù)為1～4的烷基。芳香取代基可能的碳原子數(shù)為6～10，比較理想的是碳原子數(shù)為6～8。例如琥珀酸、琥珀酸二甲酯、琥珀酸二乙酯、二異丙酯、二丁酯、二苯酯等。根據(jù)高分子的聚合性能看，相對(duì)比較理想的為琥珀酸二甲酯、琥珀酸二乙酯。 根據(jù)本發(fā)明所提供的一種具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯高分子制備方法，進(jìn)行聚合反應(yīng)需要的主要原料之三化合物11。
HO-R1-OH11上述化合物11化學(xué)結(jié)構(gòu)中，R1為碳原子數(shù)1～12，比較理想的是碳原子數(shù)2～10。并且R1為碳原子數(shù)2～12的飽和直鏈亞烷基，不飽和直鏈亞烷基，脂環(huán)族取代基，如C2H4，C3H6，C4H8，C5H10等以及C6H10，CH2-C6H10-CH2等。比如根據(jù)本發(fā)明所提供的制備方法，可能的脂肪族二元醇化合物11為乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，4-環(huán)己烷二醇等等。
根據(jù)本發(fā)明所提供的一種具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯高分子制備方法，上述兩種或者三種原料的聚合反應(yīng)分兩段進(jìn)行。常壓下酯交換反應(yīng)可能的溫度為120～300℃，相對(duì)比較理想的聚合反應(yīng)溫度為150～300℃，最理想的是180～250℃。真空下進(jìn)行的高分子縮聚反應(yīng)可能的溫度150～300度，相對(duì)比較理想的縮合聚合溫度為180～270℃，最理想的為180～240℃。
上述酯交換反應(yīng)和縮合聚合反應(yīng)所采用的催化劑為常用的有機(jī)錫化合物，有機(jī)鋁化合物，有機(jī)鍺化合物，有機(jī)鈦化合物，有機(jī)鐵化合物等，例如異丙氧基鋁、四正丁氧基鈦、四異丙氧基鈦、辛酸亞錫、四正丁氧基鍺、乳酸亞鐵等。
上述酯交換反應(yīng)和縮合聚合反應(yīng)所采用原材料中二官能度的醇與雙羰基化合物摩爾比可能的范圍為1～2.5，比較理想的是1～2.0，最理想的是1～1.8。
根據(jù)本發(fā)明所提供的一種具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯高分子制備方法，上述三種或者其中二種原料的酯交換和高分子縮合聚合反應(yīng)所采用的催化劑的用量，相對(duì)于反應(yīng)原料中雙羰基化合物的合計(jì)量100摩爾時(shí)，可能的催化劑使用量為10-5～10摩爾，比較理想的是10-3～1摩爾，最理想的是10-2～1摩爾。根據(jù)合成結(jié)果，催化劑用量比上述范圍少的條件下，聚合反應(yīng)進(jìn)行較慢，需要較長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。另一方面，相對(duì)于上述范圍催化劑過多用量的場(chǎng)合下，縮聚時(shí)導(dǎo)致架橋交聯(lián)、凝膠化，并且導(dǎo)致生成物12的熱降解溫度降低。
上述縮聚反應(yīng)生成物12的化學(xué)結(jié)構(gòu)如下側(cè)基團(tuán)R1＝OCH2C6H5、NCOOCH2C6H5基團(tuán)，R2＝H、OCH2C6H5，R3為碳原子數(shù)2～12的飽和直鏈亞烷基，不飽和直鏈亞烷基，脂環(huán)族取代基，如C2H4，C3H6，C4H8，C5H10等以及C6H10，CH2C6H10CH2等。并且上述化合物結(jié)構(gòu)中摩爾百分?jǐn)?shù)x為0～100％，摩爾百分?jǐn)?shù)y為100％～0，x+y=100％，平均分子量2000～200000。 上述縮聚反應(yīng)生成物12為白色固體，結(jié)晶度隨第二組成的摩爾百分率y的不同而異。根據(jù)該發(fā)明所提供的制備方法，生成物粗產(chǎn)品通過良溶劑/不良溶劑沉淀的方法實(shí)現(xiàn)提純，例如先將生成化合物12溶解于氯仿中，加入過量的甲醇溶液沉淀，最理想的是上述操作重復(fù)3～5次，最后的沉淀物經(jīng)過真空干燥而純化。
根據(jù)本發(fā)明所提供的一種具有親水性功能側(cè)基的脂肪族聚酯高分子制備方法，具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯是通過上記化合物12的氫化去保護(hù)官能團(tuán)反應(yīng)而得到。
上述的側(cè)基的氫化去保護(hù)反應(yīng)在化合物12的有機(jī)溶劑中進(jìn)行。根據(jù)反應(yīng)結(jié)果，氫化反應(yīng)所可能選擇的有機(jī)溶劑有單一有機(jī)溶劑體系、混合有機(jī)溶劑體系。相對(duì)比較理想的是有機(jī)混合溶劑體系，例如甲醇/三氯甲烷，乙醇/三氯甲烷，四氫呋喃/甲醇，四氫呋喃/乙醇，四氫呋喃/異丙醇等。
上述的氫化去保護(hù)反應(yīng)是在鈀/炭催化下進(jìn)行的，催化劑的可能使用量為0.01～5wt％，比較理想的用量范圍為0.01～1wt％，最理想的范圍為0.1～0.5wt％。
上述化合物12的氫化去保護(hù)反應(yīng)中，化合物12的可能濃度范圍為0.1～10％(w/v)，比較理想的濃度范圍為0.5～5％(w/t)，最理想的濃度范圍為0.5～3％(w/v)。
上述的氫化去保護(hù)反應(yīng)是在氫氣氛下進(jìn)行的，可能的氫氣壓力范圍為1～7MPa，比較理想的壓力范圍為2～7MPa，最為理想的壓力范圍是3～7MPa。
根據(jù)本發(fā)明所提供的制備方法，上述化合物12的官能團(tuán)氫化去保護(hù)反應(yīng)是在室溫下進(jìn)行的。
上述化合物12氫化反應(yīng)的生成物為本發(fā)明的最終產(chǎn)物，外觀為白色粉末狀結(jié)晶性化合物。最終產(chǎn)物可能的提純方法為先將氫化反應(yīng)結(jié)束時(shí)的反應(yīng)混合物，通過過濾除去催化劑濃縮后，倒入過量的冷正己烷沉淀，真空干燥至恒重。
本發(fā)明所制備的一種新型生物降解性高分子的用途主要是生物醫(yī)用材料，生物高分子間的二元及多元共混的添加劑以及環(huán)境友好材料。
發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明所提供的一種具有親水功能側(cè)基的生物降解性脂肪族聚酯的制備方法，存在如下優(yōu)點(diǎn)(1).整個(gè)制備過程簡(jiǎn)單，實(shí)施容易。
(2).根據(jù)本發(fā)明所提供的一種具有親水功能側(cè)基的生物降解性脂肪族聚酯制備方法，合成的出發(fā)主要原材料為天然化合物及其衍生物，具有資源可再生性優(yōu)點(diǎn)，并且可以通過現(xiàn)代生物技術(shù)工業(yè)化制備可能。
(3).根據(jù)本發(fā)明所提供的一種具有親水功能側(cè)基的生物降解性脂肪族聚酯制備方法所得到的高分子具有親水性特點(diǎn)，以區(qū)別于現(xiàn)有的高度疏水性的生物降解性聚乳酸，聚己內(nèi)酯等。
(4).根據(jù)該發(fā)明所提供的方法所制備的高分子親水側(cè)基的密度可以通過控制共縮聚原材料的組成來實(shí)現(xiàn)自由調(diào)節(jié)。
(5).根據(jù)本發(fā)明所提供的制備方法所得到的聚酯是具有線型鏈狀結(jié)構(gòu)的生物降解性高分子，其生物降解性能可以通過調(diào)節(jié)共聚單元比率和分子量來自由調(diào)節(jié)。
(6).根據(jù)本發(fā)明所提供的制備方法所得到的聚酯的親水性側(cè)基具有可反應(yīng)性，便于所制備高分子的進(jìn)一步化學(xué)改性。
(7)本發(fā)明的聚合物可以是光學(xué)活性的化合物，生物活性好。
實(shí)施例中所采用的化學(xué)分析方法和分析儀器具體說明如下分子量及分子量分布根據(jù)本發(fā)明所制備的聚酯的分子量及分子量分布通過凝膠滲透色譜(GPC，Waters公司)測(cè)定。具有窄分子量分布的系列分子量的聚苯乙烯作為校正標(biāo)樣，三氯甲烷作為淋洗相，測(cè)定溫度為40℃。
化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明所提供的制備方法中化合物的結(jié)構(gòu)與組成通過溶液核磁共振與紅外光譜測(cè)定。核磁共振的測(cè)定溫度為室溫，溶劑為三氯甲烷。
化合物的純度與旋光度化合物的純度與旋光度分別通過氣相色譜和旋光度儀測(cè)定。
熱物理性能通過示差掃描熱分析法(DSC)，化合物的熔點(diǎn)與玻璃化溫度可以測(cè)得。并且通過熱重分析法(TGA)化合物的熱分解溫度可以測(cè)定得到。
實(shí)施例1室溫下先將10g芐醇和100ml的二氯甲烷加入250ml燒瓶?jī)?nèi)充分混合，再依次加入100ml 50％的氫氧化鐘水溶液和15mg的四丁基硫酸氫銨。上述混合物在-15～10℃劇烈攪拌5分鐘后，逐滴加入1.2倍摩爾量的三氯乙晴。反應(yīng)體系繼續(xù)攪拌30分鐘后，在30分鐘內(nèi)加熱到室溫。將反應(yīng)物中的油水兩相分離，水相進(jìn)一步用二氯甲烷再抽提2回。然后將收集到的全部有機(jī)相溶液用無水硫酸鈉干燥濃縮。濃縮后的產(chǎn)物采用以正己烷/二氯甲烷混合溶液作流動(dòng)相的硅膠柱進(jìn)一步純化得到化合物8三氯乙酰亞胺芐酯。最終產(chǎn)物化合物8為油狀物，收率95％?；衔锝Y(jié)構(gòu)分析1H NMR(CDCl3，δin ppm)5.40(Cl3C-C(＝NH)-O-CH2-C6H5，2H，s)，7.47(Cl3C-C(＝NH)-O-CH2-C6H5，5H，m)，8.46(Cl3C-C(＝NH)-O-CH2-C6H5，1H，s)。
實(shí)施例2將體積比1∶1的環(huán)己烷/二氯甲烷混合溶液30ml加入到100ml的燒瓶中，然后在室溫、氮?dú)夥障逻厰嚢琛⑦吚^續(xù)加入15mmol的(s)-蘋果酸二甲酯和18mmol的化合物8三氯乙酰亞胺芐酯，接著在5分鐘內(nèi)慢慢滴加0.2ml的三氟甲基磺酸。在滴加完畢后，將體系溫度提高到38℃反應(yīng)，并且反應(yīng)將進(jìn)行至通過薄層液相色譜TLC檢測(cè)到的起始材料完全轉(zhuǎn)化為止。此時(shí)通過加入5ml飽和碳酸氫鈉水溶液和100ml水將反應(yīng)中止。反應(yīng)體系中的白色固體副產(chǎn)物三氯乙酰亞胺將通過過濾除去，同時(shí)將濾液中的油水兩相分離，水相用乙酸乙酯進(jìn)行抽提。從兩相中收集得到的有機(jī)相先用無水硫酸鈉干燥后，通過硅膠柱得到純化(流動(dòng)相正己烷/乙酸乙酯混合溶液9∶1)。最終產(chǎn)物6(R1＝R2＝CH3，R3＝OCH2C6H5，R4＝H)為黃色油狀，純度99.2％，旋光度[α]D25-67.3°(三氯甲烷溶劑，濃度1.4g/dl)，總產(chǎn)率67％?；衔锏幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)分析1H NMR (CDCl3，δin ppm)7.34(CH3O-C(O)-CH(-O-CH2-C6H5)-CH2-C(O)-OCH3，5H，m)，4.66(CH3O-C(O)-CH(-O-CH2-C6H5)-CH2-C(O)-OCH3，2H，q)， 4.40(CH3O-C(O)-CH(-O-CH2-C6H5)-CH2-C(O)-OCH3，1H，dd)，3.77(CH3O-C(O)-CH(-O-CH2-C6H5)-CH2-C(O)-OCH3，3H，s)，3.68(CH3O-C(O)-CH(-O-CH2-C6H5)-CH2-C(O)-OCH3，3H，s)，2.81(CH3O-C(O)-CH(-O-CH2-C6H5)-CH2-C(O)-OCH3，2H，m)。
實(shí)施例3將10mmol的琥珀酸二甲酯和15mmol的1，4-丁二醇依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，接著再加入0.01mmol量的催化劑四異丙氧基鈦。將上述反應(yīng)混合體系移至200℃的油浴中，在氮?dú)夥障拢瑪嚢璺磻?yīng)3小時(shí)，以充分除去酯交換反應(yīng)的產(chǎn)物甲醇。然后在緩慢的減壓和升溫速度條件下縮聚230分鐘。得到的反應(yīng)粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(y＝100％，R3＝C4H8)的收率為83％，重均分子量58,400，分子量分布2.1，熔點(diǎn)114.6℃，最快熱分解溫度點(diǎn)379℃?；衔锏幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)分析1HNMR(CDCl3，δin ppm)1.70(-CH2-CH2-O-，4H，m)；2.62(-CH2-C(O)-，4H，s)；4.11(-CH2-CH2-O-，4H，t)，F(xiàn)T-IR(KBr)2946(vCHas)；2860(vCHs)；1714(vC＝O)；1473(vCH)；1260(vc-o-cas)；1046(vC-O-Cs)。
實(shí)施例4將8mmol的琥珀酸二甲酯、2mmol的化合物6(其中R1＝R2＝CH3R3＝OCH2C6H5，R4＝H)和15 mmol的1，4-丁二醇依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，接著再加入0.01mmol量的催化劑四異丙氧基鈦。將上述反應(yīng)混合體系移至200℃的油浴中，在氮?dú)夥障?，攪拌反?yīng)3小時(shí)，以充分除去酯交換反應(yīng)的產(chǎn)物甲醇。然后在緩慢的減壓和升溫速度條件下縮聚360分鐘，得到的反應(yīng)粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(其中x＝19％，y＝81％，R1＝OCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)的收率為73％，重量平均分子量147,500，分子量分布5.8，旋光度[α]D25-8.0°(三氯甲烷溶劑，濃度1.18g/dl)，熔點(diǎn)86.0℃，最快熱分解溫度點(diǎn)375℃?；衔锏幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)分析1H NMR(CDCl3，δinppm)1.71(-CH2-CH2-O-，4H，t)；2.63(-CH2-C(O)-，4H，s)；2.80(-CH-CH2-C(O)-，2H，m)；4.17(-CH2-CH2-O-，4H，m)；4.39(-CH2-CH-C(O)-，1H，dd)；4.65(-O-CH2-C6H5，2H，q)；7.30(-O-CH2-C6H5，5H，m).IR3030(v＝CH)；2962(vCHas)；1734(vC＝O)；1640(vC＝H)；1496(vCH)；1261(vc-o-cas)；1030(vC-O-Cs)；743(δ＝CH)；700(δ＝CH)。
實(shí)施例5將6 mmol的琥珀酸二甲酯、4 mmol的化合物6(其中R1＝R2＝CH3，R3=OCH2C6H5，R4=H)和15 mmol的1，4-丁二醇依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，接著再加入0.01mmol量的催化劑四異丙氧基鈦。將上述反應(yīng)混合體系移至200℃的油浴中，在氮?dú)夥障?，攪拌反?yīng)3小時(shí)，以充分除去酯交換反應(yīng)的產(chǎn)物甲醇。然后在緩慢的減壓和升溫速度條件下縮聚150分鐘，得到的反應(yīng)粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(其中44＝19％，y＝56％，R1＝OCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)的收率為75％，重量平均分子量196,800，分子量分布6.3，旋光度[α]D25-25.0°(三氯甲烷溶劑，濃度0.84g/dl)，熔點(diǎn)41.2℃，最快熱分解溫度點(diǎn)367℃?；衔锏幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)分析1H NMR(CDCl3，δinppm)1.71(-CH2-CH2-O-，4H，t)；2.63(-CH2-C(O)-，4H，s)；2.80(-CH-CH2-C(O)-，2H，m)；4.17(-CH2-CH2-O-，4H，m)；4.39(-CH2-CH-C(O)-，1H，dd)；4.65(-O-CH2-C6H5，2H，q)；7.30(-O-CH2-C6H5，5H，m).IR3030(v＝CH)；2962(vCHas)；1734(vC=O)；1640(vC＝H)；1496(vCH)；1261(vc-o-cas)；1030(vC-O-Cs)；743(δ＝CH)；700(δ＝CH)。
實(shí)施例6將5mmol的琥珀酸二甲酯、5mmol的化合物6(其中R1＝R2＝CH3，R3＝OCH2C6H5，R4＝H)和15mmol的1，4-丁二醇依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，接著再加入0.01mmol量的催化劑四異丙氧基鈦。將上述反應(yīng)混合體系移至200℃的油浴中，在氮?dú)夥障?，攪拌反?yīng)3小時(shí)，以充分除去酯交換反應(yīng)的產(chǎn)物甲醇。然后在緩慢的減壓和升溫速度條件下縮聚120分鐘，得到的反應(yīng)粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(其中x＝55％，y＝45％，R1＝OCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)的收率為65％，重量平均分子量135,500，分子量分布6.4，旋光度[α]D25-31.6°(三氯甲烷溶劑，濃度1.05 g/dl)，熔點(diǎn)37.6℃，最快熱分解溫度點(diǎn)364℃?；衔锏幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)分析1H NMR(CDCl3，δin ppm)1.71(-CH2-CH2-O-，4H，t)；2.63(-CH2-C(O)-，4H，s)；2.80(-CH-CH2-C(O)-，2H，m)；4.17(-CH2-CH2-O-，4H，m)；4.39(-CH2-CH-C(O)-，1H，dd)；4.65(-O-CH2-C6H5，2H，q)；7.30(O-CH2-C6H5，5H，m).IR3030(v＝CH)；2962(vCHas)；1734(vC＝O)；1640(vC＝H)；1496(vCH)；1261(vc-o-cas)；1030(vC-O-Cs)；743(δ＝CH)；700(δ=CH)。
實(shí)施例7將4mmol的琥珀酸二甲酯、6mmol的化合物6(其中R1＝R2＝CH3，R=OCH2C6H5，R4=H)和15 mmol的1，4-丁二醇依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，接著再加入0.01mmol量的催化劑四異丙氧基鈦。將上述反應(yīng)混合體系移至200℃的油浴中，在氮?dú)夥障?，攪拌反?yīng)3小時(shí)，以充分除去酯交換反應(yīng)的產(chǎn)物甲醇。然后在緩慢的減壓和升溫速度條件下縮聚270分鐘，得到的反應(yīng)粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(其中x＝59％，y＝41％，R1＝OCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)的收率為69％，重量平均分子量92,300，分子量分布6.0，旋光度[α]D25-36.7°(三氯甲烷溶劑，濃度0.90g/dl)，無熔點(diǎn)，最快熱分解溫度點(diǎn)359℃?；衔锏幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)分析1H NMR(CDCl3，δin ppm)1.71(-CH2-CH2-O-，4H，t)；2.63(-CH2-C(O)-，4H，s)；2.80(-CH-CH2-C(O)-，2H，m)；4.17(-CH2-CH2-O-，4H，m)；4.39(-CH2-CH-C(O)-，1H，dd)；4.65(-O-CH2-C6H5，2H，q)；7.30(-O-CH2-C6H5，5H，m).IR3030(v＝CH)；2962(vCHas)；1734(vC＝O)；1640(vC＝H)；1496(vCH)；1261(vc-o-cas)；1030(vC-O-Cs)；743(δ＝CH)；700(δ＝CH)。
實(shí)施例8將2mmol的琥珀酸二甲酯、8mmol的化合物6(其中R1＝R2＝CH3，R3＝OCH2C6H5，R4＝H)和15 mmol的1，4-丁二醇依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，接著再加入0.01mmol量的催化劑四異丙氧基鈦。將上述反應(yīng)混合體系移至200℃的油浴中，在氮?dú)夥障拢瑪嚢璺磻?yīng)3小時(shí)，以充分除去酯交換反應(yīng)的產(chǎn)物甲醇。然后在緩慢的減壓和升溫速度條件下縮聚120分鐘，得到的反應(yīng)粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(其中x＝82％，y＝18％，R1＝OCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)的收率為73％，重量平均分子量75,700，分子量分布4.4，旋光度[α]D25-40.8°(三氯甲烷溶劑，濃度1.10g/dl)，無熔點(diǎn)，最快熱分解溫度點(diǎn)356℃。化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析1H NMR(CDCl3，δin ppm)1.71(-CH2-CH2-O-，4H，t)；2.63(-CH2-C(O)-，4H，s)；2.80(-CH-CH2-C(O)-，2H，m)；4.17(-CH2-CH2-O-，4H，m)；4.39(-CH2-CH-C(O)-，1H，dd)；4.65(-O-CH2-C6H5，2H，q)；7.30(O-CH2-C6H5，5H，m).FT-IR3030(v＝CH)；2962(vCHas)；1734(vC＝O)；1640(vC＝H)；1496(vCH)；1261(vc-o-cas)；1030(vC-O-Cs)；743(δ＝CH)；700(δ＝CH)。
實(shí)施例9將10 mmol的化合物6(其中R1＝R2＝CH3，R3＝OCH2C6H5，R4＝H)和15mmol的1，4-丁二醇依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，接著再加入0.01mmol量的催化劑四異丙氧基鈦，將上述反應(yīng)混合體系移至200℃的油浴中，在氮?dú)夥障?，攪拌反?yīng)3小時(shí)，以充分除去酯交換反應(yīng)的產(chǎn)物甲醇，然后在緩慢的減壓和升溫速度條件下縮聚30分鐘。得到的反應(yīng)粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(其中x＝100％，R1＝OCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)的收率為70％，重量平均分子量103,800，分子量分布6.1，旋光度[α]D25-51.8°(三氯甲烷溶劑，濃度0.96g/dl)，無熔點(diǎn)，最快熱分解溫度點(diǎn)355℃?；衔锏幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)分析1HNMR(CDCl3，δin ppm)1.72(-CH2-CH2-O-，4H，m)；2.79(-CH-CH2-C(O)-，2H，m)；4.16(-CH2-CH2-O-，4H，m)；4.38(-CH2-CH-C(O)-，1H，dd)；4.65(-O-CH2-C6H5，2H，q)；7.32(O-CH2-C6H5，5H，m).FT-IR(KBr)3032(v＝CH)；2961(vCHas)；1736(vC＝O)；1633(vC＝H)；1460(vCH)；1262(vc-o-cas)；1027(vC-O-Cs)；740(δ＝CH)；698(δ＝CH)。
比較例1將經(jīng)過乙酸乙酯/正己烷混合溶液重結(jié)晶純化得到的化合物6(其中R1＝R2＝H，R3＝NHCOOCH2C6H5，R4＝H)3.25mmol，1，4-丁二醇3.58 mmol和溶劑甲苯依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，接著再加入0.12％量的對(duì)甲苯磺酸一水化合物。將上述反應(yīng)混合體系在130℃下甲苯回流24小時(shí)后抽真空蒸去溶劑甲苯，再加入相對(duì)于化合物6的1/1000摩爾量的催化劑四異丙氧基鈦，常壓反應(yīng)50分鐘，然后進(jìn)一步減壓反應(yīng)90分鐘，得到的粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(其中x＝100％，R1＝NHCOOCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)為低聚物，數(shù)量平均分子量4,000～5,000。
比較例2將經(jīng)過乙酸乙酯/正己烷混合溶液重結(jié)晶純化得到的化合物6(其中R1＝R2＝H，R3＝NHCOOCH2C6H5，R4＝H)3.0mmol和1，4-丁二醇3.3mmol依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中。然后邊攪拌邊加入相對(duì)于化合物6摩爾數(shù)1/1000摩爾量的催化劑四異丙氧基鈦。將上述混合體系在200℃、流動(dòng)氮?dú)鈿夥障?，酯化反?yīng)2小時(shí)，磁力攪拌即不動(dòng)，凝膠色譜分析結(jié)果表明最終產(chǎn)物12(其中x＝100％，R1＝NHCOOCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)的分子量低于1萬。
比較例3將經(jīng)過乙酸乙酯/正己烷混合溶液重結(jié)晶純化得到的化合物6(其中R1＝R2＝H，R3＝NHCOOCH2C6H5，R4＝H)3.0mmol和乙二醇3.3mmol依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中。然后邊攪拌邊加入相對(duì)于化合物6摩爾數(shù)1/1000摩爾量的催化劑四異丙氧基鈦，將上述混合體系在200℃、流動(dòng)氮?dú)鈿夥障?，酯化反?yīng)2小時(shí)，磁力攪拌即不動(dòng)，凝膠色譜分析結(jié)果表明最終產(chǎn)物12(其中x＝100％，R1＝NHCOOCH2C6H5，R2＝H，R3＝C2H4)分子量低于1萬。
比較例4將經(jīng)過乙酸乙酯/正己烷混合溶液重結(jié)晶純化得到的化合物6(其中R1＝R2＝H，R3＝NHCOOCH2C6H5，R4＝H)1.5mmol和1，4-丁二醇8.4mmol依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，然后在流動(dòng)氮?dú)鈿夥铡?00℃下反應(yīng)，90分鐘后再加入6.2 mmol的琥珀酸反應(yīng)120分鐘。上述混合體系進(jìn)一步減壓反應(yīng)90分鐘后中止反應(yīng)，得到的粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(其中R1＝NHCOOCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)為低聚物，數(shù)量平均分子量低于8,000。
比較例5將經(jīng)過乙酸乙酯/正己烷混合溶液重結(jié)晶純化得到的化合物6(其中R1＝R2＝H，R3＝NHCOOCH2C6H5，R4＝H)1.5mmol，琥珀酸6.2mmol和1，4-丁二醇8.4mmol以及溶劑甲苯依次加入到50毫升容積的干燥三頸燒瓶中，接著再加入相對(duì)于化合物6的1/1000摩爾量的催化劑四異丙氧基鈦和0.12％量的對(duì)甲苯磺酸一水合化合物，將上述反應(yīng)混合體系130℃下甲苯回流24小時(shí)脫水后，抽真空蒸去溶劑甲苯，然后進(jìn)一步減壓反應(yīng)90分鐘，得到的粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷后，用過量的冷甲醇沉淀、干燥而純化。最終產(chǎn)物12(其中R1＝NHCOOCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8)為固體粉末，數(shù)量平均分子量低于8,000。
實(shí)施例10將60 mg 10％的鈀/炭催化劑加入到20ml體積比1∶1的甲醇/四氫呋喃混合溶液中，然后再加入相當(dāng)于溶液總體積1.5％(w/v)的產(chǎn)物5(其中x＝55％，y＝45％，R1＝OCH2C6H5，R2＝H，R3＝C4H8，重量平均分子量135,500，分子量分布6.4).上述氫化反應(yīng)在室溫、5.0MPa氫氣壓力下進(jìn)行24小時(shí)。反應(yīng)中止后，鈀/炭催化劑通過過濾除去，并將濾液進(jìn)一步濃縮，用過量冷的正己烷溶液中沉淀、分離、干燥。所得最終產(chǎn)物5(其中R1＝OH，R2＝H，R3＝C4H8，x＝55％，y＝45％，)的重量平均分子量19,200分子量分布1.73，旋光度[α]D25-4.3°(三氯甲烷溶劑，濃度1.04 g/dl)，熔點(diǎn)63.9℃，最快熱分解溫度點(diǎn)380℃，每克聚酯中羥基的含量5.36mmol(非水滴定法)?；衔锏幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)分析1H NMR(CDCl3，δin ppm)1.72(-CH2-CH2-O-，4H，m)；2.63(-CH2-C(O)-，4H，s)；2.83(-CH-CH2-C(O)-，2H，m)；3.40(-CH-OH，1H，w)；4.14(-CH2-CH2-O-，4H，m)；4.51(-CH2-CH-C(O)-，1H，t).FT-IR(KBr)3507(vOH)；2946(vCHas)；2865(vCHs)；1716(vC＝O)；1460(vCH)；1265(vc-o-cas)；1046(vC-O-Cs)。
權(quán)利要求
1.一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯，其具有如下結(jié)構(gòu)式 ，其中，側(cè)基團(tuán)R1＝H、OH或NH2基團(tuán)，R2＝H或OH基團(tuán)，R3為碳原子數(shù)2～12的飽和直鏈亞烷基、不飽和直鏈亞烷基或脂環(huán)族取代基，平均分子量為2000～200000，上述化合物結(jié)構(gòu)中摩爾百分?jǐn)?shù)x為0～100％，摩爾百分?jǐn)?shù)y為100～0％，其中x＝100％或y＝100％時(shí)為聚酯均聚物，x或y介于0～100％為聚酯共聚物，該聚合物是光學(xué)活性的或非光學(xué)活性的化合物。
2.如權(quán)利要求1所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯，其特征是所述的R3＝C2H4、C3H6、C4H8、C5H10、C6H10或CH2-C6H10-CH2。
3.如權(quán)利要求1所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯，其特征是具有如下結(jié)構(gòu)式 ，平均分子量為2000～200000。
4.如權(quán)利要求1所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯如權(quán)利要求1所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯的制備方法，其特征是具有如下結(jié)構(gòu)式 ，平均分子量為2000～200000。
5.如權(quán)利要求1所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯的制備方法，其特征是下述(1)、或者(1)和(2)二種方法制得(1)雙羰基化合物和二元醇化合物的酯交換和聚合反應(yīng)，雙羰基化合物和二元醇化合物在120～300℃反應(yīng)，然后在真空下和有機(jī)金屬催化劑存在下反應(yīng)生成結(jié)構(gòu)式為 的聚合物，上述產(chǎn)物中R1＝OCH2C6H5、NHCOOCH2C6H5，R2＝H、OCH2C6H5，共聚單元摩爾百分?jǐn)?shù)x為0～100％，摩爾百分?jǐn)?shù)y為100～0％，平均分子量為2000～200000，R3如權(quán)利要求1所述，反應(yīng)時(shí)間為0.5～10h，雙羰基化合物、二元醇化合物的摩爾比為1∶1～2.5，雙羰基化合物和有機(jī)金屬催化劑的摩爾比為1∶10-7～0.1；所述的雙羰基化合物為 或 ，所述的有機(jī)金屬催化劑是有機(jī)錫化合物，有機(jī)鋁化合物，有機(jī)鍺化合物，有機(jī)鈦化合物或有機(jī)鐵化合物，雙羰基化合物的R1＝H、CnH2n+1(n＝1～12)、C6H5等，R1＝H、CnH2n+1(n＝1～12)、C6H5等，R3＝OCH2C6H5、NHCOOCH2C6H5，R4＝H、OCH2C6H5.；(2)氫化去保護(hù)基反應(yīng)，(1)的產(chǎn)物在一種或一種以上的有機(jī)溶劑中、氫氣氛中和鈀/炭催化劑存在下反應(yīng)10～100小時(shí)，(1)的產(chǎn)物與催化劑的重量百分比為1∶0.01～1％，氫氣壓力為1～7 MPa，所得產(chǎn)物R1＝OH、NH2，R2＝H、OH。
6.如權(quán)利要求5所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯的制備方法，其特征是所述的雙羰基化合物是琥珀酸、(L)-蘋果酸、(D)-蘋果酸、外消旋蘋果酸、酒石酸、(L)-天冬氨酸、(D)-天冬氨酸、外消旋天冬氨酸、琥珀酸二烷基酯、L型或者D型以及外消旋型蘋果酸二甲酯、二乙酯、二苯酯、酒石酸二甲酯、二乙酯、L型或者D型以及外消旋型天冬氨酸二甲基、二乙酯或二苯酯。
7.如權(quán)利要求5所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯的制備方法，其特征是所述的二元醇化合物是乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇或1，4-環(huán)己烷二醇。
8.如權(quán)利要求5所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯的制備方法，其特征是所述的(1)反應(yīng)中，有機(jī)金屬催化劑是異丙氧基鋁、四正丁氧基鈦、四
9.如權(quán)利要求5所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯的制備方法，其特征是所述的(2)氫化去保護(hù)基反應(yīng)中，所述的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氫呋喃或它們的混合溶劑。
10.如權(quán)利要求1所述的一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯的用途，其特征是用于生物醫(yī)用材料，生物高分子間的二元及多元共混的添加劑以及環(huán)境友好材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有親水功能側(cè)基的脂肪族聚酯、制備方法和用途。其具有如下結(jié)構(gòu)式，其中，側(cè)基團(tuán)R
文檔編號(hào)C08G63/00GK1436802SQ03115150
公開日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者曹阿民, 張世平, 楊晶, 劉小云 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所