[发明专利]一种原位合成聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物的方法

说明书

技术领域

本发明属聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物的制备领域，特别是涉及一种原位合成聚羟基脂 肪酸酯嵌段共聚物的方法。

背景技术

聚羟基脂肪酸酯是一类由微生物合成的生物聚酯，是迄今为止发现的天然高聚物中唯 一一类性能与合成高聚物性能相当的热塑性高聚物。聚3-羟基丁酸酯和聚(3-羟基丁酸酯 -co-3-羟基戊酸酯)是聚羟基脂肪酸酯中最重要的品种，已工业化生产。其具有良好的生 物相容性、生物可降解性、并且资源可再生。但其(1)立构规整性好，结晶趋势大；(2) 玻璃化转变温度低，存储过程中易发生二次结晶；(3)在聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊 酸酯)中存在“同二晶现象”；(4)在聚3-羟基丁酸酯的晶格中，一个螺旋结构中的甲基 和另一个螺旋结构的碳基之间存在相互作用的氢键。这些因素决定了聚3-羟基丁酸酯和聚 (3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(HV含量小于15％)的结晶度高，球晶大，晶体中存 在裂纹，这导致了聚3-羟基丁酸酯和聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)的性脆，无法 用于手术缝合线和承载性组织支架等生物医用领域；另外，聚3-羟基丁酸酯和聚(3-羟基 丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)的结晶度一般大于50％，这导致了其生物降解速率慢，而无法 用于某些生物医用领域，如由聚羟基脂肪酸酯制得的组织支架完成其任务后，我们希望其 能生物降解，然而其高的结晶度使其很难遭受生物酶的攻击。

嵌段共聚被认为是一种改性聚合物材料最为有效的方法之一，可以通过共聚组分和嵌 段长度的控制来调控共聚物的性能，以满足不同的需要。到目前为此，国内外几乎没有有 关合成聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物的专利。根据文献报道合成聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物 的方法主要有五大类，第一种是利用二异氰酸酸酯作偶联剂合成聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚 物，新加坡国立大学的Li，X.等利用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)将两端均为羟端基的低 分子量的聚(3-羟基丁酸)和聚乙二醇(PEG)连接起来，合成了PHB-b-PEG嵌段共聚物 【Li，X；Loh，X.J.；Wang，K.He，C.；Li，J.Poly(ester urethane)s Consisting of Poly[(R)-3-hydroxybutyrate]and Poly(ethylene glycol)as Candidate Biomaterials： Characterization and Mechanical Property Study Biomacromolecules 2005，6， 2740-2747】，该方法合成工艺简单，产率高，但各嵌段的长度不能严格控制；第二种是利 用羟基和羧基之间的酯化反应合成聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物，Li，X.等先将聚(3-羟基 丁酸)转化为两端均为羟端基的低分子量的大分子单体，PEG转化为两端均为羧端基的大 分子单体，然后在DCC/DMAP的催化作用下，使得两端均为羟端基的聚(3-羟基丁酸)与 两端均为羧端基PEG发生酯化反应，合成了PHB-b-PEG嵌段共聚物【Li，X；Liu K.L.；Li， J.；Tan，E.P.S.；Chan，L.M.；Lim，C.T.；Goh S.H.Synthesis，Characterization， and Morphology Studies of Biodegradable Amphiphilic Poly[(R)-3-hydroxybutyrate]-alt-Poly(ethylene glycol)Multiblock Copolymers Biomacromolecules 2006，7，3112-3119】，该方法合成工艺较复杂；第三种是利用原子 转移聚合反应合成聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物，Zhang，X.Q.等先将聚(3-羟基丁酸)转 化为两端均为溴的大分子引发剂，丙烯酸叔丁酯(PtBA)进行原子转移聚合反应，合成出 了PHB-b-PtBA嵌段共聚物【Zhang，X.Q.；Yang，H.；Liu，Q.W.；Zheng，Y.；Xie，H. F.；Wang，Z；Cheng，R.S.Synthesis and Characterization of Biodegradable Triblock Copolymers Based on Bacterial Poly[(R)-3-hydroxybutyrate]by Atom Transfer Radical Polymerization J.Polym.Sci.：Part A：Polym.Chem.2005，43：4857-4869】， 该合成工艺也较复杂；第四种是利用酯交换反应合成聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物， Impallomeni，G.等以一水4-甲苯磺酸钠为催化剂，在溶剂甲苯/二氯乙烷(3∶1)中，使 聚(3-羟基丁酸)和聚(ε-己内酯)(PCL)之间发生酯交换反应，合成得了PHB-b-PCL 嵌段共聚物【Impallomeni，G.；Giuffrida，M.；Barbuzzi，T.；Musumarra，G.； Ballistreri，A. Acid Catalyzed Transesterification as a Route to Poly(3-hydroxybutyrate-co-ε-caprolactone)Copolymers from Their Homopolymers Biomacromolecules 2002，3(4)：835-840】，该方法所得产物不纯，共聚物中聚(3-羟基 丁酸)和聚(ε-己内酯)难以除去；第五种是利用羟基引发内交酯开环聚合的方法合成 聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物，Reeve，M.S.等用甲醇对聚(3-羟基丁酸)进行醇解制得两 端均为一端为羟端基、另一端为甲氧基的低分子量的聚(3-羟基丁酸)，然后将羟基转化 为三乙基铝，得到大分子引发剂，最后用其引发丙交酯或ε-己内酯(ε-CL)进行开环聚 合反应，合成得PHB-PLA或PHB-PCL的两嵌段共聚物【Reeve，M.S.；McCarthy，S.P.； Gross，R.A.Preparation and Characterization of (R)-Poly(β-hydroxybutyrate)-Poly(ε-caprolactone)and(R)-Poly(β -hydroxybutyrate)-Poly(actide)Degradable Diblock Copolymer Macromolecules 1993， 26：888-894.Dai，S.；Li，Z.Enzymatic Preparation of Novel Thermoplasic di-Block Copolyesters Containing Poly[(R)-3-hydroxybutyrate]and Poly(ε-Caprolactone) Blocks via Ring-Opening Polymerization Biomacromolecules 2008，9，1883-1893】，该 方法所得嵌段共聚物的分子量和嵌段长度可控。上述方法嵌段共聚物的制备均在溶剂中进 行，且溶剂均有毒。