[发明专利]一种α-羧基-ω-羟基聚醚的简易、可控合成方法

说明书

本发明属于有机合成技术领域，公开了一种α‑羧基‑ω‑羟基聚醚的简易、可控合成方法。在惰性气氛中，将环氧单体加入羟基羧酸酯与无金属Lewis酸碱对催化引发体系中反应，得α‑酯基‑ω‑羟基聚醚，水解，得到产物；所述无金属Lewis酸碱对包括有机碱和烷基硼。本发明使用酯基官能化的羟基类引发剂，其中羟基引发聚合，产生ω端的羟基，酯基则保留在α端，从而一步获得双端异官能化聚醚。无金属Lewis酸碱对的协同催化作用，使环氧的聚合反应在室温条件下高效进行；催化体系的化学选择性使酯交换、向单体的链转移等副反应得到完全的抑制，从而可控制得α‑羧基‑ω‑羟基聚醚。

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种α-羧基-ω-羟基聚醚的简易、可控合成方法。

背景技术

聚醚为主链结构主要由醚键(-C-O-C-)构成的聚合物，种类繁多，性能各异。其中聚环氧乙烷(又称聚乙二醇，PEO/PEG)具有优良的水溶性和生物相容性，在日化、食品、化妆品、涂料、建筑、医药、纳米等领域有极其广泛而重要的用途。除主链和侧基所带来的丰富物理/化学性质外，端基官能团也是聚醚性能和用途的基本来源。例如，聚醚二元/多元醇是生产聚氨酯的主要原料，而聚醚向聚氨酯的转化即利用的是端羟基的反应。此外，端基官能化PEG的重要性还显著体现于生物和医药领域。聚乙二醇作为修饰剂时，功能化的端基成为与其他分子反应的位点，具有不同端基的PEG因而可以作为连接臂在两端进行不同的反应，使应用更加广泛。这种不同端基的PEG可以将生物大分子连接于基质表面，对药物进行特定位点的修饰，以及对纳米粒子进行功能基化，用于生物检测或特定识别。

酯基、羧基均为经典有机官能团，可与多种反应基团作用。将酯基、羧基引入聚醚链端是双端异官能化聚醚研究中的重要组成部分。其中，羧基官能化的聚醚能在温和条件下对表面、药物、纳米粒子、生物分子等进行化学修饰，并保持被修饰物的结构与功能；羧基修饰形成的酯键可进一步水解，使聚醚与药物的连接能够在体内按一定速度断裂，释放出药物，恢复药物的活性；端羧基可以进一步转化为醛基、氨基、马来酰亚胺基、巯基、琥珀酰碳酸酯等，合成具有各种活性基团的聚醚修饰剂。

然而，相比聚醚修饰药物和纳米材料的研究，此类聚醚的合成方法则发展非常迟缓。双端异官能化聚醚的传统合成方法是端基改性法，即以同端基遥爪聚醚为原料对其端基进行改性。由于末端两个功能基化学活性相同，目前任何反应方法都不能只改造其中一个端基而保留另外一个。通常情况下，加入等当量的反应物只能获得50％的不对称聚醚，另有25％的双官能聚醚产生，并保留25％的双羟基聚醚。之后必须使用特定的色谱、离子交换树脂等分离方法才可获得纯净的不对称聚醚。但由于三种高分子产物的性质差别很小，分离难度极大，导致分离效率差，产量极低，产物纯度也难以保证。

另一种常用方法是用特殊引发剂实施环氧单体的开环聚合，直接合成不对称聚醚。特殊引发剂通常是含有羟基和另一官能团(FG)的化合物。其中羟基引发聚合，产生ω端的羟基，而FG则保留在α端，从而一步获得不对称聚醚。这一方法的成功实施要求FG在聚合过程中保持绝对惰性，但又须具有一定的化学活性方可在聚合结束后用于进一步端基改造。而环氧单体开环聚合往往使用高活性催化/引发体系(如强碱)，能耐受强碱性聚合条件的FG并不多。另一类引发剂是含有保护基的异双官能醇类化合物，如缩醛保护的醛基醇、单缩醛保护的二醇、苄基保护的氨基醇等。保护基使FG在环氧单体聚合过程中稳定存在，聚合后改变反应条件可脱除保护基、释放目标官能团(或将ω-羟基改造后再脱保护)。但这种方法所用引发剂均非常见化合物，需额外的小分子合成步骤方可获得，且某些官能团的脱保护较为繁琐。

对比以上两种方法可知，端基改性法可以合成多种具有不同官能团的聚醚修饰剂，但需要多步纯化分离操作，生产成本高，产率很低。特殊引发法可一步直接获得不对称聚醚，但能产生的官能团有限。况且实际应用中需要的端基种类和组合千变万化，不可能为所有双端异官能化聚醚都发展特殊引发和直接合成法，聚合后端基改造步骤在所难免。但顺利完成端基改造的前提是要先获得某种不对称PEG，实现端基活性的“不对称化”。

发明内容