一种合成环状聚α-羟基酸的新方法
技术领域
本发明属于聚酯合成领域，公开了一种合成环状聚α-羟基酸的新方法和新材料，具体涉及到一种使用有机碱、醇或胺组成的二元催化体系和由有机酸、有机碱、醇或胺组成的三元催化体系，催化O-羧酸酐单体可控开环聚合、合成新型环状聚α-羟基酸的方法。
背景技术
聚α-羟基酸(PAHA),特别是聚乳酸(PLA)、聚乙交酯(PGA)及其共聚物(PLGA)，是一种重要的可生物降解和具有生物相容性的聚合物，在生物医学设备和包装材料等方面都有广泛的应用，并且有能力部分取代石化基的热塑性塑料。Bourissou课题组提出了经乳酸羧酸酐(L-LacOCA)开环聚合合成聚乳酸的新方法，使五元内酸酐(O-carboxyanhydride，OCAs)成为合成PAHA的另一类活性单体。以天然α-羟基酸或氨基酸为原料制得的OCA为合成具有特殊功能和性质的PAHA提供了可能。
目前所得的PAHA大多为线性聚合物，而环状聚合物与线状聚合物相比较不存在末端基团，在密度、黏度、玻璃化转变温度、分解温度等许多方面均与之有差异，通过开环聚合得到环状聚酯具有重要意义。本发明专利运用有机碱和醇或胺组成的二元催化体系或者有机碱、有机酸、醇或胺组成的三元催化体系在室温下高效催化OCAs可控开环聚合、合成环状聚酯，其全同立构规整度Pm为0.83，环状聚酯的分解温度为359℃，比对应线性聚酯的分解温度高30℃。本发明专利提供了一种合成环状聚酯的新方法，也提出了新环状聚α-羟基酸聚酯材料。
发明内容
本发明提出一种合成环状聚α-羟基酸的新方法：运用有机碱和醇或胺组成的二元催化体系以及有机碱、有机酸和醇或胺组成的三元催化体系在室温下催化O-内酸酐酯单体(OCA)可控开环聚合、合成环状聚α-羟基酸。反应步骤如下：
在手套箱中向Schlenk管加入定量的有机酸、有机碱以及醇或者伯胺，加入无水溶剂，搅拌后加入O-羧酸酐单体即OCA单体，室温下反应，反应转化率达到95％以上时使用沉淀剂得到白色聚合物，沉淀剂选自乙醚、正己烷、甲醇中的一种或几种。
催化体系中的有机酸为三乙基硼(1.0M己烷溶液)、三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、三五氟苯基硼(B(C6F5)3)、三氟化硼(BF3)、2,4,6-三氟甲基氟硼烷(Fmes2BF)、1-(3,5-双三氟苯基)-2-(环己基)硫脲中的一种或几种；优选三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)。
催化体系中的有机碱为1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(DABCO)、四甲基乙二胺(TMEDA)、三(2-二甲氨基乙基)胺(Me6TREN)、N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺(PMEDTA)、奎宁环(ABCO)、鹰爪豆碱((-)-Sparteine)、1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷(TACN)中的一种或几种，优选DABCO。
醇或者伯胺为一元醇、多元醇，正己胺、环己胺等脂肪伯胺以及苄胺、苯胺等芳香伯胺中的一种或几种。
催化体系中有机酸、有机碱、醇或者伯胺的摩尔比为(0-2):(0.5-2):(0.5-2)，优选(0.5-2):(0.5-2):(0.5-2)，进一步优选0.75:0.75:1。
聚合反应中所用的无水溶剂选自甲苯(TOL)、三氯甲烷(TCM)、二氯甲烷(DCM)、四氢呋喃(THF)，优选甲苯。
聚合反应过程中所用的O-羧酸酐单体为苯丙氨酸-O-羧酸酐(PheOCA)、扁桃酸-O-羧酸酐(ManOCA)、二氯-扁桃酸-O-羧酸酐(Cl-ManOCA)、苄氧基-丝氨酸-O-羧酸酐(Ser(Bn)OCA)、乳酸-O-羧酸酐(LacOCA)、炔基-酪氨酸-O-羧酸酐(Tyr(alkynyl)OCA)、赖氨酸-O-羧酸酐(lysine(Cbz)OCA)、谷氨酸-O-羧酸酐(GluOCA)中的一种或几种。环状聚α-羟基酸结构式如下：
n为重复单元数，根据聚合投料比例进行调整。
本发明方法可以通过有机碱与醇或胺形成的二元催化体系，以及有机碱与有机酸，醇或胺组成的三元催化体系催化OCA单体可控开环聚合、合成环状聚α-羟基酸，所得聚α-羟基酸分子量接近理论分子量，分子量分布窄
附图说明
图1:实施例10中TEB(THF):DABCO:BnOH:L-PheOCA＝0.75:0.75:1:50所得聚合物(A)1H NMR(B)MALDI TOF MS图(C)MALDI TOF MS局部放大图；
图2:实施例12中TU:DABCO:BnOH:L-PheOCA＝0.75:0.75:1:50所得聚合物(A)1HNMR(B)MALDI TOF MS图(C)MALDI TOF MS局部放大图。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明做详细说明，但本发明并不限于以下实例。
实施例1
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三五氟苯基硼(B(C6F5)3)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。
实施例2
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三氟化硼(BF3)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。
实施例3
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的2,4,6-三氟甲基氟硼烷(Fmes2BF)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。
实施例4
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，0.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝7.9KDa,分子量分布
实施例5
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M己烷溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，0.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝6.7KDa,分子量分布
实施例6
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的1-(3,5-双三氟苯基)-2-(环己基)硫脲、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝6.6KDa,分子量分布
实施例7
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnNH2以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝8.7KDa,分子量分布
实施例8
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的N-hexylamine以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，0.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝9.1KDa,分子量分布
实施例9
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的Cyclohexylamine以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，0.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝8.5KDa,分子量分布
实施例10
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的aniline以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝6.8KDa,分子量分布
实施例11
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入25当量的L-PheOCA单体，室温下反应，0.25h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝2.9KDa,分子量分布
实施例12
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入75当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1.16h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝8.7KDa,分子量分布
实施例13
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入100当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝15.7KDa,分子量分布
实施例14
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入150当量的L-PheOCA单体，室温下反应，2h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝17.3KDa,分子量分布
实施例15
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入200当量的L-PheOCA单体，室温下反应，3.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝19.4KDa,分子量分布
实施例16
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入300当量的L-PheOCA单体，室温下反应，17h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝35.6KDa,分子量分布
实施例17
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入400当量的L-PheOCA单体，室温下反应，27h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝46.9KDa,分子量分布
实施例18
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的TMEDA、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝5.8KDa,分子量分布
实施例19
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的PMEDTA、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝3.9KDa,分子量分布
实施例20
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的Me6TREN、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝3.7KDa,分子量分布
实施例21
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水三氯甲烷溶液，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝5.5KDa,分子量分布
实施例22
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水二氯甲烷溶液，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝6.4KDa,分子量分布
实施例23
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水四氢呋喃溶液，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，2.5h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝4.9KDa,分子量分布
实施例24
手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝5.7KDa,分子量分布
实施例25
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的ManOCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到聚合物。
实施例26
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的Ser(Bn)OCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到聚合物。
实施例27
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的Cl-ManOCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到聚合物。
实施例28
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的LacOCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到聚合物。
实施例29
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的Tyr(alkynyl)OCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到聚合物。
实施例30
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的lysine(Cbz)OCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到聚合物。
实施例31
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO、1当量的BnOH以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的GluOCA单体，室温下反应，转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到聚合物。
对比例1
在手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的DABCO和1mL无水甲苯溶液，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝25.3KDa,分子量分布
对比例2
手套箱中向Schlenk反应管加入0.75当量的三乙基硼(1.0M四氢呋喃溶液)、0.75当量的DABCO以及1mL无水甲苯，搅拌15min后加入50当量的L-PheOCA单体，室温下反应，1h转化率达到95％以上即停止反应，将反应液用沉淀剂沉淀两次得到白色聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明所得聚合物分子量Mn＝40.6KDa,分子量分布为双峰。
