[发明专利]催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物及其可阳离子化接枝共聚物的方法

说明书

技术领域

本发明高分子材料合成技术领域，尤其是医用高分子材料制备，具体涉及催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物及其可阳离子化接枝共聚物的方法。

背景技术

聚乙二醇(PEG)是一种生物相容性好、亲水性高的聚合物。PEG不会引起人体内免疫系统的严重抗原反应，并且分子量低于10000的PEG可以迅速通过代谢作用被排出体外，不在体内蓄积，没有任何毒副作用。因此，PEG已经被美国食品与药品管理局(FDA)批准认可，广泛运用于生物医药领域。PEG亲水性好，链柔顺性好，因此，PEG常被用于两亲性聚合物的亲水性组分，该两亲性聚合物能够在水中自组装形成以PEG为壳层的胶束。通过在胶束的疏水性内核包裹疏水性药物便可以实现药物的装载与运输。聚己内酯(PCL)也是一种生物相容性突出的聚合物，同样是FDA认证的聚合物，生物安全性好。并且PCL拥有良好的药物通透性，使得PCL成为在聚合物药物载体中常用的一种疏水性材料。值得注意的是，以PEG为引发剂，以环状聚酯为单体的可控开环聚合是制备两亲性生物相容性聚醚-聚酯共聚物的有效方法，该法能够方便地通过调整单体与引发剂的比例来控制共聚物的分子量，且分子量分布较窄。除此以外，通过与含溴官能团环状单体(如α-溴-γ-丁内酯)的开环共聚，可以在聚合物主链中引入溴官能团侧基，并且溴官能团侧基的数量和密度可以通过调节α-溴-γ-丁内酯与ε-己内酯的比例来进行调控。以该含溴官能团共聚物为大分子引发剂，可以通过原子转移自由基聚合(ATRP)方法引发某些烯类单体(如甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)聚合得到可阳离子化接枝共聚物和温敏性接枝共聚物。值得一提的是，α-溴-γ-丁内酯是一种难以均聚的环状单体，因此，在与其他环状单体开环共聚时，在所形成的聚合物链中，α-溴-γ-丁内酯结构单元不会连续出现，这一结构有效地为后续的ATRP法接枝共聚减小了空间位阻，有利于提高接枝共聚的单体转化率。

然而目前含溴官能团环状单体的开环聚合却少有研究，主要原因是含溴官能团环状单体的开环活性较低。Albertsson等在2014年《Polymer Chemistry》(聚合物化学)第5期3847-3854页发表的“Establishingα-bromo-γ-butyrolactone as a platform for synthesis of functional aliphatic polyesters-bridging the gap between ROP and SET-LRP”(基于α-溴-γ-丁内酯为平台合成功能化脂肪族聚酯-使可控开环聚合与单电子“活性”自由基聚合有效结合)。该文以苄醇为引发剂，以辛酸亚锡[Sn(Oct)₂]为催化剂，在110℃下催化ε-己内酯或L-丙交酯与α-溴-γ-丁内酯开环共聚合成主链带溴官能团的脂肪族聚酯，再以该脂肪族聚酯上多个溴官能团为引发位点，采用单电子转移-“活性”自由基聚合(SET-LRP)方法引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、丙烯酸正丁酯(nBuAc)聚合得到接枝共聚物。

但上述技术路线仍然存在两大问题，一是环状内酯开环聚合的催化剂为辛酸亚锡[Sn(Oct)₂]，需要在较高的温度下聚合，存在一些副反应，且催化剂含金属，残留催化剂将影响聚合物产品的生物安全性；二是聚合物中α-溴-γ-丁内酯与ε-己内酯或L-丙交酯结构单元的摩尔比例最高只有0.12，共聚物主链中溴官能团密度难以进一步提高，这极大地限制了接枝链的接枝密度。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物的方法，该方法实现了使用无金属有机催化剂在温和条件下催化合成主链含多个溴官能团的两亲性聚乙二醇-聚环状内酯共聚物。并提供了利用该共聚物制备可阳离子化接枝共聚物的方法，该方法以主链含多个溴官能团的两亲性聚乙二醇-聚环状内酯共聚物为引发剂，引发甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)原子转移自由基聚合得到两亲性可阳离子化接枝共聚物，该两亲性可阳离子化接枝共聚物材料可用于药物和基因的装载与运输，为药物控制释放和靶向治疗、基因治疗提供潜在的载体材料。

本发明提供的合成方法，实现在温和条件下的开环共聚，具有聚合活性高、聚合物无残留金属等优点，提高了生物安全性。此外，本发明提供的方法操作简单易行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一、催化环状内酯共聚合成含多个溴官能团两亲性聚合物的方法，包括以下步骤：