通過酶催化制備官能化聚合物的方法本申請是申請?zhí)枮?00880118638.8母案的分案申請。該母案的申請日為2008年9月26日；發(fā)明名稱為“通過酶催化制備官能化聚合物的方法”。交叉引用本申請要求享有2007年9月27日提交的美國臨時申請第60/975,625號和2008年3月28日提交的美國臨時申請第61/040,395號的優(yōu)先權(quán)，它們通過全文引用結(jié)合到本文中來。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及通過酶催化使聚合物官能化的方法和由此生成的聚合物質(zhì)。更詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及用催化劑通過酯交換處理制備官能化聚合物的方法。在各實施例中，本發(fā)明涉及一種用脂酶催化劑通過酯交換處理制備官能化二醇醚、官能化聚異丁烯和官能化聚硅氧烷的方法。在其它實施例中，本發(fā)明涉及用脂酶催化劑通過邁克爾加成(Michaeladdition)使聚合物官能化和使通過使用多官能偶聯(lián)劑和酶催化劑通過如本發(fā)明概述的酶催化制備的單官能或雙官能(遠螯)聚合物交聯(lián)。

背景技術(shù)：
用酶天然或合成聚合物改性對于通常需要苛刻反應(yīng)條件的傳統(tǒng)化學(xué)改性反應(yīng)是一種環(huán)境友好的備選方案。除了在官能化反應(yīng)中使用酶的優(yōu)勢(即，溫和反應(yīng)條件和高度特異性轉(zhuǎn)化)之外，文獻中僅報道了少數(shù)涉及天然聚合物或合成聚合物的實例。已使用蘑菇酪氨酸酶將酚官能團引入殼聚糖中。合成途徑包括將酚酶催化氧化成鄰醌，其從該酶解離并自由擴散到殼聚糖聚合物的親核胺位點。除了向殼聚糖中摻入醌之外，根據(jù)通過紫外-可見譜學(xué)測定還觀察到醌隨后聚合成低聚酚。這些反應(yīng)的有效性沒有論述。已通過使用離子對枯草桿菌蛋白酶Carlsberg蛋白酶(subtilisinCarlsbergprotease)在有機溶劑中酯交換用脂肪酸使多糖官能化。已經(jīng)觀察到，該酶使多糖上的伯羥基選擇性地酰基化，直鏈淀粉和β-環(huán)糊精中每個葡萄糖部分的取代度分別為0.185和0.250。乳糖通過在乙酸鈉緩沖液中使用米曲霉(Aspergillusoryzae)進行轉(zhuǎn)糖基作用而連接到羥乙基纖維素(HEC)的羥基上。盡管每個HEC單元中可用的位點數(shù)為3，但是通過該方法得到的最大取代度僅為0.033。相同天然聚合物HEC近來已通過在枯草桿菌蛋白酶Carlsberg存在下在無水吡啶中用丙酸乙烯酯和丙烯酸乙烯酯進行酶促酯交換來改性。纖維素的這些生物轉(zhuǎn)化是有前景的；然而，低轉(zhuǎn)化率限制了它們的可行性。已報道使用發(fā)面酵母己糖激酶作為酶和ATP作為磷酰基供體使棉纖維素磷酸化。該纖維素中0.03％的吡喃葡糖單元磷酸化引起染色性和耐燃性改善。在此所列的所有實例都受低轉(zhuǎn)化率阻礙。即使已報道了少數(shù)關(guān)于使用酶催化使合成聚合物官能化的實例，它們也是以低轉(zhuǎn)化率為特征。例如，聚丙烯腈纖維中16％的側(cè)腈基通過腈水合酶轉(zhuǎn)化為相應(yīng)酰氨，引起纖維表面的親水性顯著增加。已使用蘑菇酪氨酸酶將聚(4-羥基苯乙烯)(PHS)接枝到殼聚糖上。在該方法中，首先使PHS中1-2％的酚部分酶促氧化，隨后使所得聚合物與殼聚糖的胺基團反應(yīng)。已經(jīng)報道了聚[N-(2-羥丙基)-11-甲基丙烯酰基氨基十一碳酰氨-共-苯乙烯]和相應(yīng)單體與乙酸乙烯酯、乙酸苯酯、乙酸4-氟苯酯和硬脂酸苯酯的脂酶催化酰基化。1HNMR結(jié)果揭示該單體的反應(yīng)性比共聚物的反應(yīng)性高且共聚物可以最高達40％的轉(zhuǎn)化率?；Ａ硗?，人們發(fā)現(xiàn)共聚物的反應(yīng)性取決于指出反應(yīng)動力學(xué)上的空間位阻和疏水性效應(yīng)的共聚物組成。已經(jīng)報道了通過南極假絲酵母脂酶B(CandidaantarcticalipaseB)催化酯化合成有機硅碳水化合物大分子單體。在真空下使二酸-末端段硅氧烷與α，β-乙基葡糖苷大量反應(yīng)。酯化以高區(qū)域選擇性(＞98％)在葡糖苷的伯羥基(C6)處發(fā)生，但電噴霧電離質(zhì)譜(ESIMS)顯示存在單酯和二酯的混合物。已表明現(xiàn)有技術(shù)中通過多種策略制備基于聚烯烴的遠螯聚合物，例如甲基丙烯酸酯封端的聚異丁烯(PIB-MA)。在一個實施例中，首先通過用t-BuOK脫氯化氫而使通過引發(fā)-轉(zhuǎn)移劑(inifer)技術(shù)制備的PIB-Clt轉(zhuǎn)化為相應(yīng)外-烯烴，接著進行硼氫化/氧化以生成PIB-OH，隨后通過用甲基丙烯酰氯?；筆IB-OH轉(zhuǎn)化為PIB-MA。在另一方法中，PIB-OH通過使烯丙基封端的PIB硼氫化/氧化來合成，烯丙基封端的PIB通過用烯丙基三甲基硅烷使活性PIB+末端猝滅來制備，用甲基丙烯酰氯使PIB-OH轉(zhuǎn)化為PIB-MA。另一方法描述如何通過用甲基丙烯酸鈉親核取代PIB-CH2-CH2-CH2-Br(通過使烯丙基封端的PIB反馬氏(anti-Markovnikov)氫溴化制備)合成PIB-MA。前述方法也適用于具有烯屬端基的市售PIB，2300。還描述了定量合成伯羥基封端的PIB和Glissopal-OH。盡管存在如本文所述的現(xiàn)有技術(shù)，但是需要進一步改善通過酶催化進行的官能化聚合物(單官能或雙官能(遠螯)聚合物)的制備，當(dāng)與有毒?；瘎┤缂谆Ｂ群痛呋瘎┍容^時，這是一種環(huán)境友好的方法；且其可用于由這些官能化聚合物制備的生物材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供通過酶催化制備的方法和官能化聚合物和由此生成的聚合物質(zhì)。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述官能化聚合物通過在酯交換反應(yīng)中在有效量的酶催化劑存在下使聚合物與至少一種?；w反應(yīng)來制備。其它官能化聚合物可通過酶催化由其它化學(xué)反應(yīng)如環(huán)氧化、邁克爾加成、水解或其它技術(shù)制備。在本發(fā)明的另一實施方案中，在有效量的脂酶存在下使聚(乙二醇)與至少一種酯進行酯交換以形成官能化的遠螯聚合物。此外，本發(fā)明提供通過酶催化制備遠螯聚合物的方法。所述方法包括以下步驟：在酯交換反應(yīng)中在有效量的脂酶存在下使二醇醚如聚乙二醇與至少一種酯反應(yīng)。本發(fā)明還提供通過酶催化制備的方法和官能化的基于聚烯烴的聚合物和由此生成的聚合物質(zhì)。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述官能化聚合物通過在酯交換反應(yīng)中在有效量的酶催化劑存在下使基于聚烯烴的聚合物與至少一種?；w反應(yīng)來制備。其它官能化聚合物可通過酶催化由其它化學(xué)反應(yīng)如環(huán)氧化、邁克爾加成、水解或其它技術(shù)制備。在本發(fā)明的另一實施方案中，在有效量的酯酶存在下，用至少一種酯對羥基官能化的聚異丁烯進行酯交換以形成單官能化或雙官能化(遠螯)聚合物。在本發(fā)明的又一實施方案中，制備了一種嵌段共聚物。通過酶催化制備所述嵌段共聚物的方法包括以下步驟：在有效量的酶催化劑存在下，通過邁克爾加成反應(yīng)使通過酶促酯交換制備的甲基丙烯酸酯官能化的聚合物與另一帶胺官能團的聚合物反應(yīng)。在本發(fā)明的又一實施方案中，制備了一種樹狀體(dendrimer)。制備所述樹狀體的方法包括以下步驟：在有效量的酶催化劑存在下使聚醚二胺與官能化的氮雜環(huán)反應(yīng)。根據(jù)所述反應(yīng)的化學(xué)計量，將形成聚合物凝膠。在本發(fā)明的另一實施方案中，制備了另一種樹狀體。制備所述樹狀體的方法包括以下步驟：在有效量的酶催化劑存在下使氨基乙氧基二醇醚與官能化的氮雜環(huán)反應(yīng)。附圖說明圖1說明乙酸乙烯酯與聚(乙二醇)的酯交換的流程圖；圖2為酰基化之前(A)和?；?B)PEG(Mn＝1000g/mol，Mw/Mn＝1.06)的1HNMR譜；圖3為酰基化之前(A)和?；?B)PEG(Mn＝1000g/mol，Mw/Mn＝1.06)的13CNMR譜；圖4為甲基丙烯酸酯化PEG(Mn＝2000g/mol，廣泛MWD)的1HNMR譜；圖5為甲基丙烯酸酯化PEG(Mn＝2000g/mol，廣泛MWD)的13CNMR譜；圖6說明甲基丙烯酸乙烯酯與聚異丁烯的酯交換的流程圖；圖7a和圖7b為甲基丙烯酸酯化之前和之后聚異丁烯的1HNMR譜；圖8a和圖8b為甲基丙烯酸酯化之前和之后聚異丁烯的13CNMR譜；圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的聚異丁烯-甲基丙烯酸酯聚合物的尺寸排阻色譜跡線；圖10a和圖10b為甲基丙烯酸酯化之前和之后Glissopal-OH的1HNMR譜；圖11a和圖11b為甲基丙烯酸酯化之前和之后Glissopal-OH的13CNMR譜；圖12a為Glissopal-OH的1HNMR譜；圖12b為Glissopal-OH與甲基丙烯酸乙烯酯大量反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物的1HNMR譜；圖13說明甲基丙烯酸乙烯酯與聚(二甲基硅氧烷)反式酯化的流程圖；圖14a為聚(二甲基硅氧烷)二醇的1HNMR；圖14b為聚(二甲基硅氧烷)二醇與甲基丙烯酸乙烯酯的反應(yīng)產(chǎn)物的1HNMR；圖15a為聚(二甲基硅氧烷)單甲醇的1HNMR譜；圖15b為聚(二甲基硅氧烷)單甲醇與甲基丙烯酸乙烯酯的反應(yīng)產(chǎn)物的1HNMR譜；圖16a為聚(二甲基硅氧烷)二醇的1HNMR；圖16b為聚(二甲基硅氧烷)二醇與甲基丙烯酸乙烯酯大量反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物的1HNMR；圖17a為聚(二甲基硅氧烷)單甲醇的1HNMR譜；圖17b為聚(二甲基硅氧烷)單甲醇與甲基丙烯酸乙烯酯大量反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物的1HNMR譜；圖18說明兩種聚(乙二醇)之間的甲基丙烯酸乙烯酯連接反應(yīng)的流程圖；圖19為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的第一步即聚(乙二醇)單甲醚與甲基丙烯酸乙烯酯之間的反應(yīng)的產(chǎn)物的1HNMR譜；圖20為圖18中所描繪反應(yīng)的產(chǎn)物的1HNMR譜；圖21說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案用于形成樹狀體的核的反應(yīng)的流程圖；用HO-PEG-OH進行酯交換將實現(xiàn)第一生成。圖22說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案關(guān)于選擇性反應(yīng)的反應(yīng)流程圖；圖23為根據(jù)圖22的反應(yīng)制備的被單取代的化合物的1HNMR譜；圖24說明使用邁克爾加成的樹狀體合成；圖25說明使葉酸綴合到聚(乙二醇)單甲醚上的反應(yīng)的流程圖。具體實施方式本發(fā)明的一個實施方案涉及通過酶催化制備官能化聚合物的方法。在本發(fā)明的一個實施例中，所述官能化聚合物通過在酯交換反應(yīng)中使多元醇與酯和有效量的酶催化劑反應(yīng)來制備。其它化學(xué)反應(yīng)如環(huán)氧化、邁克爾加成、水解或其它技術(shù)也可用以通過酶催化制備官能化聚合物。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述多元醇包括但不限于不飽和二醇，例如聚丁二烯二醇；或飽和二醇，例如乙二醇、二甘醇、聚乙二醇、氨基乙氧基二醇醚(例如氨基乙氧基聚乙二醇單甲醚)、聚乙二醇單甲醚、丙二醇、二丙二醇、聚丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇或2，3-丁二醇、2-甲基-1，4-丁二醇、2，3-二甲基-2，3-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇；不飽和三醇，例如蓖麻油(即，三聚蓖麻酸?；视?triricinoleoylglycerol))；飽和三醇，例如1，2，4-丁三醇、1，2，6-己三醇、三羥甲基乙烷(即1，1，1-三(羥甲基)乙烷)、三羥甲基丙烷(即，2，2-二(羥甲基)-1-丁醇)、三乙醇胺、三異丙醇胺；不飽和四醇，例如2，4，6-三(N-甲基-N-羥甲基-氨基甲基)苯基；飽和四醇，例如季戊四醇(即，四羥甲基甲烷)、四羥基亞丙基乙二胺(即，N，N，N′，N′-四(2-羥丙基)-乙二胺)；及其它多元醇，例如甘露醇(即，1，2，3，4，5，6-己六醇(hexanehexyl))和山梨醇。本發(fā)明的另一實施方案涉及通過酶催化制備官能化聚合物的方法。在本發(fā)明的一個實施例中，所述官能化聚合物通過在酯交換反應(yīng)中使聚烯烴或聚烯烴衍生物質(zhì)與酯和有效量的酶催化劑反應(yīng)來制備。其它化學(xué)反應(yīng)如環(huán)氧化、水解或其它技術(shù)也可用以通過酶催化制備官能化聚合物。在本發(fā)明的另一實施方案中，所述聚烯烴或聚烯烴衍生物質(zhì)包括但不限于聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚異丁烯、聚硅氧烷(例如聚二甲基硅氧烷)、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、環(huán)氧氯丙烷橡膠、丁基橡膠或鹵丁基橡膠。上述物質(zhì)可為用于制備所述官能化聚合物的羥基官能化的物質(zhì)。在本發(fā)明的又一實施方案中，?；w是指在酶催化劑和底物存在下能夠引起酯形成的化合物。?；w的實例包括乙酸丁酯、乙酸乙基苯酯、乙酸乙酯、三氯乙酸乙酯、三氟乙酸乙酯、乙酸異丙烯酯、乙酸乙烯酯、甲氧基乙酸乙酯、丁酸2，2，2-三氟乙酯、雙烯酮、丙酸乙烯酯和甲基丙烯酸乙烯酯。在本發(fā)明的其它實施方案中，所述酶催化劑能夠催化酯交換反應(yīng)。具體地說，所述酶催化劑為脂酶(lipase)或酯酶(esterase)。這類脂酶或酯酶的實例有柱狀假絲酵母(Candidacylindracea)、解脂假絲酵母(Candidalipolytica)、皺落假絲酵母(Candidarugosa)、南極假絲酵母(Candidaantarctica)、產(chǎn)朊假絲酵母(Candidautilis)、粘稠色桿菌(Chromobacteriumviscosum)、粘稠地霉菌(Geotrichumviscosum)、白地霉(Geotrichumcandidum)、爪哇毛霉(Mucorjavanicus)、米黑毛霉(Mucormihei)、豬胰腺、假單胞菌屬(Pseudomonasspp.)、熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)、洋蔥假單胞菌(Pseudomonascepacia)、少根根霉(Rhizopusarrhizus)、伏氏根霉(Rhizopusdelemar)、雪白根霉(Rhizopusniveus)、米根霉(Rhizopusoryzae)、黑曲霉(Aspergillusniger)、婁地青霉(Penicilliumroquefortii)、沙門柏干酪青霉(Penicilliumcamembertii)或桿菌屬(Bacillusspp.)和嗜熱性芽胞桿菌(Bacillusthermoglucosidasius)的酯酶。還發(fā)現(xiàn)Amano脂酶(Amanolipase)在催化邁克爾加成中有效。所提到的酶為市售的，例如自NovozymesBiotechInc.，Denmark購得。材料、方法和表征材料固定在大孔聚丙烯酸樹脂珠粒(Novozyme435；Aldrich)上的南極假絲酵母脂酶B(CALB)、得自爪哇毛霉的Amano脂酶M(Aldrich)、聚(乙二醇)(Mn＝2000、4600、10,000g/mol、廣泛分子量分布MWD，Aldrich；和Mn＝1000、10,100g/mol，Mw/Mn＜1.1，AmericanPolymerStandardsCorp.)、α-ω-二氨基封端的聚(乙二醇)(Mn＝2,000g/mol，Mw/Mn＜1.1，PolymerSourceInc.)、ω-氨基封端的聚(乙二醇)單甲醚(Mn＝2,000g/mol，Mw/Mn＜1.1，PolymerSourceInc.)、聚乙二醇單甲醚(Mn＝2,000g/mol，廣泛MWD，Aldrich)、硅醇封端的聚(二甲基硅氧烷)(Mn＝3,300g/mol，Aldrich)、單甲醇封端的聚(二甲基硅氧烷)(Mn＝5,000g/mol，Gelest)、甲基丙烯酸乙烯酯(98％，AlfaAesar)、三乙胺(≥99.5％，Aldrich)和葉酸(98％，Aldrich)均以原樣使用。使用前經(jīng)二苯甲酮鈉(Aldrich)蒸餾四氫呋喃(FischerScientific)和己烷(FisherScientific)，并經(jīng)氯化鈣(Aldrich)蒸餾乙酸乙烯酯(≥99％，Aldrich)。2300(標(biāo)稱Mn＝2,145g/mol，Mw/Mn＝1.98)得自BASF的饋贈。伯羥基官能化PIB(PIB-OH和Glissopal-OH)如S.Ummadisetty，J.P.KennedyJ.Polym.Sci.PartAPolym.Chem.2008，46，4236中所述來制備。表征在VarianMercury-300NMR譜儀上分別在300MHz和75MHz下記錄1HNMR譜和13CNMR譜。將氘化氯仿(ChemicalIsotopeLaboratories，99.8％CDCl3)和二甲亞砜-d6[ChemicalIsotopeLaboratories(D，99.9％)]用作溶劑。非氘化氯仿在δ7.27ppm和δ77.23ppm處的共振分別為1HNMR譜和13CNMR譜的內(nèi)部參考；且非氘化二甲亞砜在δ2.5ppm和δ39.51ppm處的共振峰分別用作1HNMR譜和13CNMR譜的內(nèi)部參考。?；蚣谆┧狨セ昂椭驪EG和PIB的分子量(MW)和分子量分布(MWD)使用兩種不同的尺寸排阻色譜(SEC)裝置通過尺寸排阻色譜測定。第一系統(tǒng)由Waters515HPLC泵、Waters2487雙重吸收UV檢測器、WyattOPTILABDSP干涉計量折光儀、WyattDAWNEOS多角度光散射檢測器、WyattViscoStar粘度計、WyattQELS準(zhǔn)彈性光散射儀、Waters717plus自動進樣器和6個管柱(HR0.5、HR1、HR3、HR4、HR5和H6)組成。使RI檢測器和所述管柱處于35℃恒溫下且將經(jīng)CaH2新鮮蒸餾的THF用作流動相，流速為1mL/min。第二裝置為裝備有Waters410差示折光計、WyattDAWNEOS光散射檢測器和3個處于35℃恒溫下的管柱(HR1、HR4E和HR5E)的Waters150C-Plus系統(tǒng)，其中THF作為流動相，流速為1mL/min。結(jié)果使用ASTRA軟件(WyattTechnology)分析，對于PEG和PIB來說，dn/dc(特定折射指數(shù)增值)分別為0.068和0.108且假定100％物質(zhì)回收。酯交換方法在所述酯交換方法中，在有效量的酶催化劑存在下使酯與多元醇反應(yīng)。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述酯為乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸乙烯酯或其組合。在本發(fā)明的另一實施方案中，所述多元醇為聚(乙二醇)。在本發(fā)明的又一實施方案中，所述酶催化劑為脂酶，其中所述脂酶為CALB。具體地說，當(dāng)在THF(約4.5mL)中在CALB(約10mg/mL)存在下使約3當(dāng)量酯(乙酸乙烯酯(約0.11mL，1.2mmol)或甲基丙烯酸乙烯酯(約0.14mL，1.2mmol))與聚(乙二醇)(約0.2g，0.2mmol)反應(yīng)且在約50℃下將反應(yīng)混合物以約300rpm攪拌24小時時，進行酯交換方法。所述反應(yīng)之后，將混合物過濾以除去所述酶。THF、未反應(yīng)的乙酸乙烯酯和副產(chǎn)物乙醛通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器除去，并在真空烘箱中在室溫下將聚合物干燥約24小時。在濾出所述酶之后使甲基丙烯酸酯官能化聚合物沉淀到己烷中并在真空烘箱中在室溫下干燥約24小時。對于酯交換反應(yīng)，選擇乙酸乙烯酯(VA)和甲基丙烯酸乙烯酯(VMA)作為合適的?；w，因為它們通過形成迅速互變?yōu)橐胰┑牟环€(wěn)定烯醇(即，乙烯醇)而使酯交換反應(yīng)基本不可逆。在酯交換反應(yīng)中所用的數(shù)種脂酶中，發(fā)現(xiàn)CALB是最具活性且穩(wěn)定的脂酶之一。將THF用作溶劑，因為其具有相對低的極性，能夠維持酶的催化活性構(gòu)像，并且是聚合物的良好溶劑。使用無水條件以防止可能的水解；且所述反應(yīng)在50℃下進行，因為酶穩(wěn)定性的最佳溫度范圍為40-60℃。確定在所利用的實驗條件(圖1)下使窄MWDPEG和寬MWDPEG與乙酸乙烯酯定量反應(yīng)。酰基化之前和之后PEG(Mn＝1,000g/mol，Mw/Mn＝1.06)的1HNMR譜示于圖2中。在δ4.6ppm處(a)歸屬于所述聚合物的末端羥基的質(zhì)子的峰消失，而在δ2.0ppm處(e)和δ4.1ppm處(b)分別觀察到對應(yīng)于酰基端基的甲基質(zhì)子和緊挨酯鍵的亞甲基質(zhì)子的新峰。根據(jù)?；嘶娜齻€甲基質(zhì)子(e)與鄰近?；嘶膬蓚€亞甲基質(zhì)子(b)的整數(shù)比，容易地計算以100％計的轉(zhuǎn)化率。用所有PEG樣品反應(yīng)順利進行，生成α-ω遠螯PEG-乙酸酯。對應(yīng)于圖2的13CNMR譜示于圖3中。在原料的13CNMR譜中在δ60ppm處觀察到的與羥基端基連接的碳在反應(yīng)之后消失且在δ20.8ppm和δ170.7ppm處觀察到的新共振分別歸屬于?；嘶募谆己汪驶?。按照相同策略，使用甲基丙烯酸乙烯酯作為所述酯制備聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯。甲基丙烯酸酯化聚(乙二醇)(Mn＝2,000g/mol，廣泛MWD)的1HNMR譜和13CNMR譜分別示于圖4和圖5中。甲基丙烯酸酯基的兩個亞乙烯基質(zhì)子(δ5.7(a)和δ6.0(b))和三個甲基質(zhì)子δ1.9(c)和鄰近甲基丙烯酸酯端基的兩個亞甲基質(zhì)子(d)的整數(shù)比為1∶1∶3∶2，其指出定量官能化。在所述13CNMR譜，與?；倌芑腜EG類似，沒有觀察到在560ppm處歸屬于鄰近原料中羥基-端基的碳的峰，且新的共振出現(xiàn)在證實產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的預(yù)期位置。所有PEG樣品皆定量反應(yīng)，生成α-ω遠螯的PEG-甲基丙烯酸酯。根據(jù)本文提供的數(shù)據(jù)，成功合成并表征了α-ω遠螯PEG-乙酸酯和PEG-甲基丙烯酸酯。該合成策略涉及使用使反應(yīng)不可逆的乙烯酯進行的酶催化酯交換。在本發(fā)明的另一實施方案中，所述酯交換方法包括在有效量的酶催化劑存在下使酯與聚烯烴反應(yīng)。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述酯可選自乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸乙烯酯和其組合。在本發(fā)明的另一實施方案中，所述聚烯烴為聚異丁烯。在本發(fā)明的又一實施方案中，所述酶催化劑為脂酶，其中所述脂酶為CALB。具體地說，根據(jù)如圖6所示的流程圖對伯羥基封端的PIB(PIB-OH)(Mn＝5,240g/mol且Mn/Mw＝1.09)進行酶促甲基丙烯酸酯化。使用己烷溶劑，因為酶的催化活性構(gòu)象在低極性溶劑中得以最佳保持。所述酯交換方法用置于含有己烷(約5mL)、CALB(約10mg/mL)和甲基丙烯酸乙烯酯(約0.1mL，0.8mmol)的10mL圓底燒瓶中的PIB-OH(約0.4g，0.08mmol)進行。所述燒瓶用隔片密封并用氮氣凈化。在50℃下將所得溶液以300rpm攪拌24小時。在濾出所述酶之后，使聚合物沉淀到甲醇中并在室溫下在真空中干燥24小時(產(chǎn)量：約0.25g，轉(zhuǎn)化率：約100％)。提供甲基丙烯酸酯化之前PIB的1HNMR譜(如圖7a所示)和甲基丙烯酸酯化之后PIB的1HNMR譜(如圖7b所示)。在δ3.6ppm處對應(yīng)于緊挨羥基的-CH2-質(zhì)子的共振消失(如圖7a所示)且歸屬于亞乙烯基[δ5.6(c)、δ6.1(d)]、甲基[δ2.0(b)]和鄰近甲基丙烯酸酯端基的亞甲基質(zhì)子[δ4.2(a)]的新共振出現(xiàn)在預(yù)期位置。(c)∶(d)∶(a)∶(b)的整數(shù)比為1∶1∶2∶3，其表明定量官能化。使用THF溶劑在24小時后提供不完全轉(zhuǎn)化，但在類似條件下以定量產(chǎn)量得到了PEG-MA。在這一點上，我們不了解該差異的原因。我們希望得到酶聚合機理的更透徹了解，我們正在對此作積極研究。提供甲基丙烯酸酯化之前PIB的13CNMR譜(如圖8a所示)和甲基丙烯酸酯化之后PIB的13CNMR譜(如圖8b所示)。甲基丙烯酸酯化之后原料中δ62.0處與緊挨羥基的-CH2-質(zhì)子連接的碳向低磁場轉(zhuǎn)移到δ66.0，且新的共振出現(xiàn)在預(yù)期位置，證實了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。PIB-MA(Mn＝5,260g/mol且Mn/Mw＝1.11)的SEC跡線示于圖9中。因為不知道PIB-OH和PIB-MA的dn/dc，所以所述Mn值未必準(zhǔn)確；然而，偏差應(yīng)該是次要的且測量值與實驗誤差內(nèi)的預(yù)期值相符。在本發(fā)明的另一實施方案中，如根據(jù)圖6所示的流程圖所見，還對由2300(由BASF生產(chǎn)的市售PIB，其具有約82％外部未端不飽和部分和約18％內(nèi)部末端不飽和部分)制備的Glissopal-OH進行酶促甲基丙烯酸酯化。測量結(jié)果揭示2300的Mn＝3,520g/mol且Mn/Mw＝1.37，所得Glissopal-OH的Mn＝3,570g/mol、Mn/Mw＝1.34。提供甲基丙烯酸酯化之前Glissopal-OH的1HNMR譜(如圖10a所示)和甲基丙烯酸酯化之后Glissopal-OH的1HNMR譜(如圖10b所示)。如圖10b所見，-CH2-質(zhì)子共振從δ3.3-3.6ppm向低磁場轉(zhuǎn)移到δ3.8-4.0ppm，且對應(yīng)于亞乙烯基[δ5.6(e)和6.2ppm(d)]和甲基丙烯酸酯端基的甲基質(zhì)子[δ1.9ppm(c)]的新峰出現(xiàn)在預(yù)期位置，整數(shù)值證實定量官能化。Glissopal-MA的Mn＝3,720g/mol且Mn/Mw＝1.45。如圖11a和11b所見，Glissopal-OH和Glissopal-MA的13CNMR譜也證實了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的另一實施方案中，對由2300制備的Glissopal-OH進行大量酶促甲基丙烯酸酯化。將Glissopal-OH(約0.39g，0.11mmol)置于含有甲基丙烯酸乙烯酯(約0.14mL，1.11mmol)和CALB(約10％重量，以反應(yīng)物的總重量計)的5mL圓底燒瓶中。所述燒瓶用隔片密封并用氮氣凈化。在50℃下將所得混合物以約300rpm攪拌約24小時。所述反應(yīng)之后，在約50℃下在減壓下將聚合物干燥3小時。Glissopal-OH的1HNMR譜和Glissopal-OH與甲基丙烯酸乙烯酯大量反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物的1HNMR譜分別示于圖12a和圖12b中。與在THF中的反應(yīng)(圖10a和圖10b)類似，轉(zhuǎn)化是定量的。δ3.3-3.5ppm處對應(yīng)于緊挨Glissopal-OH中的羥基的-CH2-質(zhì)子的共振在甲基丙烯酸酯化后向低磁場轉(zhuǎn)移到δ3.8-4.0ppm；且對應(yīng)于甲基丙烯酸酯端基的亞乙烯基[δ5.6(e)和6.1ppm(d)]和甲基質(zhì)子[δ2.0ppm(c)]的新峰出現(xiàn)在預(yù)期位置。在本發(fā)明的又一實施方案中，所述酯交換方法包括在有效量的酶催化劑存在下使酯與聚硅氧烷反應(yīng)。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述酯可選自乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸乙烯酯和其組合。在本發(fā)明的另一實施方案中，所述聚硅氧烷為聚二甲基硅氧烷。在本發(fā)明的又一實施方案中，所述酶催化劑為脂酶，其中所述脂酶為CALB。在包括軟接觸透鏡應(yīng)用的水凝膠生產(chǎn)中可將甲基丙烯酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷用作大分子單體。它們可通過使一定量的聚二甲基硅氧烷二醇與預(yù)定量的甲基丙烯酰氯反應(yīng)或者與二異氰酸酯反應(yīng)接著與甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)反應(yīng)制備。在前一情況下，使用甲基丙烯酰氯是不利的，因為其具有高毒性。在后一情況下，即使使用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計量，也不可避免鏈延長。因此，酶促酯交換策略可為生產(chǎn)該大分子單體的備選策略。在本發(fā)明的一個實施方案中，甲基丙烯酸酯官能化的聚(二甲基硅氧烷)通過將聚二甲基硅氧烷二醇(約0.75g，約0.23mmol)引入含有CALB(約10mg/mL)、甲基丙烯酸乙烯酯(約0.17mL，約1.4mmol)和約10mL經(jīng)二苯甲酮鈉蒸餾的THF的25mL圓底燒瓶中來制備。所述燒瓶用隔片密封并用氮氣凈化。在50℃下將所得溶液以約300rpm攪拌約24小時。所述反應(yīng)之后，濾出所述酶，在約50℃下在減壓下將聚合物干燥過夜(產(chǎn)量：約0.66g)。在本發(fā)明的另一實施方案中，并且按照相同方法，使聚二甲基硅氧烷單甲醇(約0.98g，約0.2mmol)甲基丙烯酸酯化，產(chǎn)量為約0.85g。這兩個反應(yīng)示意性示于圖13中。如圖14a和圖14b所見，示出PDMS二醇的1HNMR和PDMS二醇與VMA的反應(yīng)產(chǎn)物的1HNMR。δ5.65和6.20ppm(a和b)處的亞乙烯基質(zhì)子和δ1.95ppm(c)處的甲基丙烯酸酯基的甲基質(zhì)子證明PDMS二醇確實與VMA反應(yīng)。原料NMR譜中δ1.5和2.25ppm處的峰無法分配給任何質(zhì)子。然而，甲基丙烯酸酯化之后，兩個峰消失。為了確定這些峰是否來自羥基質(zhì)子，將氧化氘加到NMR溶液中，但觀察到譜沒有變化。圖15a和圖15b示出PDMS單甲醇的1HNMR和PDMS單甲醇與VMA的反應(yīng)產(chǎn)物的1HNMR。產(chǎn)物的NMR表明，如自甲基丙烯酸酯基δ5.60和6.20ppm(l和m)處的亞乙烯基質(zhì)子和δ1.95ppm處的甲基質(zhì)子(k)可見，得到了所要的甲基丙烯酸酯化的PDMS。亞乙烯基質(zhì)子(l)和(m)和(b′)之間的比率為1∶1∶2，其與預(yù)期結(jié)構(gòu)一致，雖然在硅的1HNMR中，整數(shù)比未必很好地顯示出產(chǎn)物的相對量。在本發(fā)明的又一實施方案中，甲基丙烯酸酯官能化聚(二甲基硅氧烷)通過將聚二甲基硅氧烷二醇(約1.04g，約0.32mmol)引入含有CALB(約10％重量，以反應(yīng)物的總重量計)和甲基丙烯酸乙烯酯(約0.23mL，約1.9mmol)的5mL圓底燒瓶中來大量制備。所述燒瓶用隔片密封并用氮氣凈化。在50℃下將所得混合物以約300rpm攪拌約24小時。所述反應(yīng)之后，濾出所述酶；在約50℃下在減壓下將聚合物干燥過夜。在本發(fā)明的又一實施方案中，按照相同方法對聚二甲基硅氧烷單甲醇(約1.12g，約0.22mmol)進行甲基丙烯酸酯化。甲基丙烯酸酯化之前和之后硅醇封端的聚(二甲基硅氧烷)的1HNMR譜分別示于圖16a和圖16b中，甲基丙烯酸酯化之前和之后單甲醇封端的聚(二甲基硅氧烷)的1HNMR譜分別示于圖17a和圖17b中。如圖17b中所指出，通過1H核磁共振譜觀察到單甲醇封端的聚(二甲基硅氧烷)與甲基丙烯酸乙烯酯完全反應(yīng)，產(chǎn)生純甲基丙烯酸酯化聚合物。另外，因為甲基丙烯酸酯化后對應(yīng)于骨架甲基質(zhì)子的在δ-0.05至0.25ppm范圍內(nèi)的峰的整數(shù)值大致保持相同，所以所得聚合物中沒有鏈延長。在本發(fā)明的又一實施方案中，將甲基丙烯酸乙烯酯用作接頭(linker)，即通過使酯交換反應(yīng)產(chǎn)物(其通過在有效量的酶催化劑存在下使二醇醚和甲基丙烯酸乙烯酯反應(yīng)制備)與氨基乙氧基二醇醚在有效量的酶催化劑存在下進行邁克爾加成反應(yīng)。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述二醇醚可為聚乙二醇單甲醚且所述氨基乙氧基二醇醚為氨基乙氧基聚乙二醇單甲醚。在本發(fā)明的又一實施方案中，所述酶催化劑為脂酶，其中所述脂酶為CALB或Amano脂酶M(ALM)。所述反應(yīng)示意性示于圖18中。在有效量的酶催化劑存在下二醇醚與甲基丙烯酸乙烯酯的酯交換反應(yīng)產(chǎn)物通過將約1.0g聚乙二醇單甲醚(約0.5mmol)和約0.168g甲基丙烯酸乙烯酯(約1.5mmol)溶解于約22.5mL蒸餾過的THF中制備。隨后將約225mgCALB(約10mg/mL)加到所述溶液中。在約50℃下將懸浮液攪拌約24小時。所述CALB使用燒結(jié)漏斗用真空泵濾出。所述THF和未反應(yīng)的VMA通過在減壓(約50mbar)下在約40℃下蒸發(fā)除去。將白色產(chǎn)物溶解于蒸餾過的THF中并使其在約150mL己烷中沉淀。在真空中將沉淀物干燥且產(chǎn)物的1HNMR示于圖19中。聚合物偶聯(lián)反應(yīng)通過將約0.1g氨基乙氧基聚乙二醇單甲醚(約50μmol)和0.1575g甲基丙烯酸酯官能化聚(乙二醇)單甲醚(約1.5當(dāng)量)溶解于約5mL無水DMSO中進行。將約200mgCALB加到所述溶液中并攪拌約72小時。將產(chǎn)物離心并將上部溶液收集到容量瓶中。在真空下在約70℃下將溶劑除去。在真空下將沉淀物干燥，產(chǎn)物的1HNMR示于圖20中。使用相同方法，可制備嵌段共聚物，例如PEG-PIB、PEG-PDMS和其變體(二嵌段、三嵌段或多嵌段)。在本發(fā)明的又一實施方案中，所述酯交換方法包括通過在有效量的酶催化劑存在下使聚醚二胺或氨基乙氧基二醇醚與官能化氮雜環(huán)反應(yīng)制備樹狀體。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述聚醚二胺為聚乙二醇二胺且所述氨基乙氧基二醇醚為氨基乙氧基聚乙二醇單甲醚。在本發(fā)明的另一實施方案中，所述官能化氮雜環(huán)包括官能化吡啶、官能化二嗪、官能化三嗪和官能化四嗪。官能化三嗪的一個實例為三丙烯?；鶜淙?。在本發(fā)明的又一實施方案中，所述酶催化劑為脂酶，其中所述脂酶為CALB。在本發(fā)明的一個實施方案中，如圖21所見，樹狀體可通過邁克爾加成反應(yīng)制備。然而，基于化學(xué)計量，當(dāng)約0.2g(約0.1mmol)聚乙二醇二胺和約0.0977g(約0.4mmol)三丙烯?；鶜淙涸诩s5mL無水DMSO中反應(yīng)時形成聚合物凝膠。將約50mgCALB(約10mg/mL)加到所述溶液中。在約50℃下將懸浮液攪拌約24小時。產(chǎn)物為凝膠化交聯(lián)聚乙二醇。在本發(fā)明的另一實施方案中，所述樹狀體可通過如圖22所見的邁克爾加成反應(yīng)通過將約0.1g(約50μmol)氨基乙氧基聚乙二醇單甲醚和約0.0125g(約50μmol)三丙烯?；鶜淙喝芙庥诩s5mL無水DMSO中制備。將約50mg(約10mg/mL)CALB加到所述溶液中。在約50℃下將懸浮液攪拌約24小時。產(chǎn)物的1HNMR分析見圖23。在本發(fā)明的另一實施方案中，設(shè)想還可出于藥物遞送目的將通過如上所述用酶催化劑進行的酯交換方法制備的官能化聚合物進一步改性。在一個實施例中，設(shè)想可在酶催化劑存在下使甲基丙烯酸酯官能化二醇醚(例如甲基丙烯酸酯官能化聚(乙二醇)單甲醚)與維生素(例如葉酸)、礦物和其組合反應(yīng)以形成可給予患者的藥物。在本發(fā)明的一方面，所述藥物通過在Amano脂酶M存在下使甲基丙烯酸酯官能化聚(乙二醇)單甲醚與葉酸經(jīng)邁克爾加成反應(yīng)來反應(yīng)，以形成葉酸改性的甲基丙烯酸酯官能化聚(乙二醇)單甲醚化合物而制備(圖24)。圖25說明使葉酸綴合到聚(乙二醇)單甲醚上的反應(yīng)的流程圖。在該實施例中，在室溫下將葉酸(0.33g，0.75mmol)溶解于DMSO(10mL)中，隨后將溶解于2.5mLTHF中的甲基丙烯酸酯官能化聚(乙二醇)單甲醚(0.5g，0.25mmol)逐滴加到葉酸溶液中。為了中和反應(yīng)介質(zhì)，加入0.3mL三乙胺，隨后加入CALB(125mg)。將反應(yīng)燒瓶用隔片密封，用氮氣凈化，且在50℃下將混合物以300rpm攪拌4天。所述酶通過使所述溶液離心來除去。在減壓下除去溶劑并將THF加到粗產(chǎn)物中以使聚合物溶解。使所述聚合物沉淀到己烷中?；谏鲜龉_內(nèi)容，現(xiàn)將顯而易見的是，如本文所述的通過酶催化制備官能化聚合物的方法將實現(xiàn)上文所闡述的目標(biāo)。因此，應(yīng)理解任何變化明顯落入所要求保護的發(fā)明的范圍內(nèi)，因此，特定組分要素的選擇可在不脫離本文公開并描述的發(fā)明的精神的情況下確定。