聚乙醛酸酯、其制备和应用制造技术

自解聚聚合物，其响应从聚合物末端裂解稳定的封端，通过端对端解聚机理降解。实例包括适合于各种应用的均聚物、混合聚合物，包括嵌段共聚物。聚乙醛酸酯可以被封端，或者被如在嵌段共聚物用到的连接体封端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及聚乙醛酸酯、其合成和应用。专利技术背景随着对化学和聚合物工业导致的环境影响的日益关注，人们对将可生物降解的聚合物材料引入各种应用领域，从农业中肥料和种子的包衣，到可生物降解的医用缝合线和支架，再到用于消费市场的可生物降解的塑料袋，一直保持着稳定增长的兴趣。1，2此外，由于石油原料日益增加的成本和公众对石油原料的担心，替代性化学来源特别是植物来源的材料因工业成本、资源安全和公共关系目的而受到巨大关注。3，4考虑到这些因素，聚乙醛酸酯(一类新型可降解聚合物)具有重大意义。此类材料的性质不仅可以通过控制所得聚合物的分子量来改变，而且可以通过改变酯侧链的特性或者通过将其掺入嵌段共聚物中而改变。5在微量水存在的条件下，可以通过酸或碱催化其母体乙醛酸酯进行聚合而轻松地形成其短的低聚物。这也往往使得它们难以作为底物用于合成方法中，6并且所得聚合物的可逆性和不稳定性也限制了它们在材料科学中的应用。然而，因为它们最终能降解为相应的醇和乙醛酸水合物(乙醛酸循环的中间体)，此类聚合物特别有吸引力，使它们成为生物医学和农业应用中优异的生物相容性候选材料。聚(乙醛酸甲酯)(PMG)首先由Monsanto公司于1979年制备，并将其用作可生物降解的洗涤助剂和络合剂.8，9，10然而，由于该聚合物具有低的上限温度，其在室温下的降解半衰期很短，大大限制了其潜在应用。然而，当PMG被适当进行封端时，其稳定性可以被大大改善，而且在20年前就充分完成了对PMG的热稳定性和降解动力学研究。12，13Burel研究组在2003年通过阴离子聚合成功合成了聚(乙醛酸乙酯)(PEtG)。14类似于PMG，PEtG易于降解，但乙醇相对于甲醇毒性降低，表明了PEtG在医疗、制药和环境应用中具有相当大的潜力。15，16，17由于乙醛酸甲酯和乙醛酸乙酯都可以轻松地进行聚合，并且两种聚合物显示出不同的物理性质(在低于25℃温度下前者是玻璃状固体，而后者在室温下是白色粘性橡胶状固体)，因此此类聚合物其他成员的潜在物理性质需要进行研究。但是，由于制备和分离纯度足以用于合成方法的高阶乙醛酸酯非常困难，更不用说用于聚合所需的非常高的纯度，这限制了对它们的研究兴趣及其应用。然而，通用的高转化率和高纯度合成方法应当能够让我们获得多种不同的乙醛酸酯，以及潜在的更广泛的物理性质。专利技术概要专利技术人制备了一系列乙醛酸酯，专利技术了制备聚乙醛酸酯的方法，包括可用作制备聚乙醛酸酯的前体的一系列乙醛酸酯。各种实施方案包括适用于各种应用的相应均聚物、混合聚合物，包括嵌段共聚物。本专利技术的优越性体现在，聚乙醛酸酯链被封端，或者如在嵌段共聚物中用连接体封端。下面进一步描述各个实施方案和每个细节。本文的术语聚乙醛酸酯用于表示一种或多种乙醛酸酯的聚合物。在具体的实施方案中，所述封端使聚合物得以稳定化并防止降解，但是当触发即暴露于特定刺激时，其可以进行自解聚。这种可触发的自解聚聚合物是一种利用该机理进行降解的重要新型材料。18，19，20不同于在环境中长期保持稳定的传统聚合物材料或更新一些的以相对不受控方式分解的(生物)可降解聚合材料，只要自解聚聚合物的封端保持原状就具有高度稳定性，但是一旦去除保护后此类聚合物就可以通过一个个单体脱落的形式迅速解聚成小分子。与需要多个裂解事件来降解和/或改变该材料特性的其他刺激响应性材料相比，自解聚聚合物仅需要裂解封端来分解整个聚合物链。因此，它们提供了对刺激的放大响应。21，22，23而且，可获得大量潜在的触发条件如pH、水、酶裂解、生理还原或氧化、热和光。18其中光作为模型和实际系统中的刺激尤其具有吸引力，因为可制备封端基团使得聚合物在特定波长的光下降解，并且不需要用于化学反应的特定外部介质。本专利技术的一个方面是从富马酸或马来酸(RO-(O)CCH＝CHC(O)-OR)的相应二酯合成乙醛酸酯(HC(O)C(O)-OR)的通用方法。此方法可以获得高纯的乙醛酸酯，这对于通过其合成聚合物尤其可取。这些乙醛酸酯的通用阴离子均聚反应通过一些特定实例进行说明，包括甲基、乙基、正丁基和苄基衍生物。同时还证明了乙醛酸酯单体的共聚物合成。本文同时提供了封端的乙醛酸酯聚合物的说明性实例，显示这些聚合物的确可以被触发(通过例如UV光)而降解，或者根据对封端的选择来保持在这些条件下的稳定。进一步，本文描述了在两个嵌段之间设置多官能可触发基团从而制备聚乙醛酸酯与其它聚合物的嵌段共聚物。在一个具体实例中，含有自解聚PEtG的嵌段共聚物被用于制备刺激响应性纳米颗粒。聚乙二醇(PEG)是众所周知的亲水性聚合物，而PEtG是相对疏水的，因此根据嵌段比率这些共聚物可以自组装成胶束、蠕虫状胶束、囊泡和纳米聚集体。这样的自组装体可以用于包载众多不同的疏水性物质如药物、显像剂和农用产品，并且通过使PEtG降解的刺激来触发释放包载的物质。在另一个实例中，合成了聚[(N,N’-二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯](PDMAEMA)和PEtG的三嵌段共聚物。PDMAEMA是一类对热敏感和pH敏感的亲水性聚合物。因此，基于PEtG和PDMAEMA的两亲性三嵌段共聚物，作为可响应例如光照射以及温度和pH的变化的智能嵌段聚合物极具吸引力。由其形成的纳米颗粒还会以不同方式对不同的刺激响应，包括温度和pH介导的纳米颗粒聚集和光触发的降解。嵌段共聚物还可以包纳可降解聚合物如聚(乳酸)、聚(乙醇酸)和聚(己内酯)。本文还合成了专利技术人至今未知的具有功能侧链的乙醛酸酯。这些功能部分的实例包括交联部分如乙烯基，功能柄如溴、叠氮基和炔基，以及化学活性基团如药物活性侧链。还制备了甲硅烷基保护的羟乙基乙醛酸酯，其可以用交联剂如(甲基)丙烯酸酯或其它基团进一步官能化。聚乙醛酸酯的代谢副产物的生物相容性，使其成为生物医学应用的理想的自解聚化聚合物。结合形成囊泡和纳米颗粒的能力并整合适当的亲水性嵌段，以及整合适当的可触发封端或连接体以便在合适的生理位置和时间刺激自解聚，将药效官能团引入乙醛酸酯侧链，提供了制备用于缓释应用的新型前体药物的机会。另一方面，本专利技术提供了两亲性嵌段共聚物，其中相对疏水的嵌段是聚(乙醛酸酯)，相对亲水的嵌段是聚(乙醛酸)。优选的共聚物包括这样的封端，当其断裂时可导致聚合物材料的疏水和亲水嵌段同时降解，并进而产生乙醛酸衍生物。因此，该材料将是生物相容的并且在环境上是相对无害的。聚乙醛酸酯嵌段可以通过如下所述合成，而聚(乙醛酸)嵌段可以通过例如聚(乙醛酸甲酯)8,9的水解或如Kimura描述的“从头(denovo)合成法”24来制备。这两个部分可以被封端，并使用例如实施例中描述的铜辅助叠氮炔环加成反应进行连接。除了它们在水溶液中作为纳米组装体如纳米颗粒和囊泡的用途之外，聚乙醛酸酯在水中的不溶性还使得它们可用作刺激响应性涂层。聚乙醛酸酯的涂层可以被沉积于物体表面上。一旦刺激介导封端裂解时，涂层就会降解。这样的涂层可以用于诸如药物、肥料产品或用于其他商品包装中，并且将能够响应于刺激而选择性地释放有效载荷。因此，本专利技术的一个实施方案是封端聚合物，其包含具有与其末端共价连接的封端的聚乙醛酸酯聚合物，其中所述封端经选择使得其在暴露于预选刺激时，所述封端与聚合物的共价连接将会优先于聚合物的聚缩醛主链的键的断裂而裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含聚乙醛酸酯聚合物的封端聚合物，所述聚乙醛酸酯聚合物具有与其末端共价连接的封端，其中所述封端经选择使得在暴露于预选的刺激时，所述封端与聚合物之间的共价连接优先于聚合物的聚缩醛主链的键的断裂而裂解。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.06 US 61/989,0861.一种包含聚乙醛酸酯聚合物的封端聚合物，所述聚乙醛酸酯聚合物具有与其末端共价连接的封端，其中所述封端经选择使得在暴露于预选的刺激时，所述封端与聚合物之间的共价连接优先于聚合物的聚缩醛主链的键的断裂而裂解。2.权利要求1所述的封端聚合物，其中所述预选刺激是水溶液、酶、还原剂、氧化剂、热和光中的一种或多种。3.权利要求2的封端聚合物，其中所述水溶液的pH约为2至9。4.权利要求2的封端聚合物，其中所述酶选自：催化抗体、酯酶和肽酶。5.权利要求2的封端聚合物，其中所述还原剂是硫醇，特别是谷胱甘肽。6.权利要求2的封端聚合物，其中所述氧化剂是过氧化氢。7.前述权利要求中任一项所述的封端聚合物，其中基于聚苯乙烯标准物，所述聚乙醛酸酯聚合物的平均分子量为1000Da至106Da、2000至500,000、或3000至100,000。8.前述权利要求中任一项所述的封端聚合物，其中所述聚乙醛酸酯聚合物的多分散指数为1.0至3.0、或1.3至2.6。9.前述权利要求中任一项所述的封端聚合物，其中所述聚合物具有式(A)的结构：其中n为10至2,000、或10至1500、或10至1000、或20至1000、或30至1000、或40至1000、或50至1000、或100至1000、或100至2,000、或100至900、或100至800、或200至1000、或200至800、或200至700、或300至1500、或300至1000、或300至800、或300至700、或400至600。10.权利要求9的封端聚合物，其中R选自：(i)H，(ii)任选取代的C1-20直链或支链烷基，(iii)任选取代的C1-20环烷基，(iv)任选取代的C2-20直链或支链烯基，(v)任选取代的C5-20环烯基(vi)任选取代的C2-20直链或支链炔基，(vii)任选取代的C6-20芳基，(viii)任选取代的C4-20杂芳基，(ix)任选取代的C7-20芳烷基，(x)任选取代的C2-20环杂烷基，(xi)肉桂酰基，(xii)丙烯酰基，(xiii)甲基丙烯酰基，和(xiv)-CH2CH2OSi(Ri)(Rii)(Riii)其中：Ri，Rii和Riii中的每一个彼此独立地选自前述基团(i)至(x)，并且Ri，Rii和Riii中的至少一个选自前述基团(ii)至(x)，和任何前述的盐。11.权利要求9或10的封端聚合物，其中-封端(-Cap)具有下式：12.权利要求11所述的封端聚合物，其中-封端是封端/端帽，且RC是响应于刺激如光、酶、热、pH或氧化还原电位的变化而裂解的基团。13.权利要求9至12中任一项所述的封端聚合物，其中所述任选的取代基是氢原子的1、2、3、4或5个独立的取代基，取代基独立地选自下列：C1-20烷氧基、C2-20烯氧基、C7-20芳氧基、C7-20环烷氧基、卤素(F、Cl、Br、I)、-OH、-OC(O)CH＝CH2(丙烯酰基)、-OC(O)CCH3＝CH2(甲基丙烯酰基)、-NH2、-N3(叠氮基)，和-C(O)R1、-C(O)OR1、-OC(O)R1、NHR1、NR1R2，其中每个R1和R2独立地选自：C1-20直链或支链烷基、C1-20环烷基、C2-20直链烯基、C4-20支链烯基、C5-20环烯基、C2-20直链炔基、C5-20支链炔基、C6-20芳基、C7-20烷基取代的芳基、C7-20芳基取代的烷基、环氧基、巯基(-SH)、NHR3、NR3R4，其中每个R3和R4独立地选自：C1-20直链烷基、C1-20支链烷基、C1-20环烷基、C2-20直链烯基、C4-20支链烯基、C5-20环烯基、C2-20直链炔基、C5-20支链炔基、C6-20芳基、C7-20烷基取代的芳基、C7-20芳基取代的烷基；-C(O)OR5，其中每个R5独立地选自：C1-20直链烷基、C1-20支链烷基、C1-20环烷基、C2-20直链烯基、C4-20支链烯基、C5-20环烯基、C2-20直链炔基、C5-20支链炔基、C6-20芳基、C7-20烷基取代的芳基、C7-20芳基取代的烷基和环氧基。14.权利要求9至13中任一项所述的封端聚合物，其中-封...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊利莎白·R·吉利斯，樊波，安德鲁·D·黄，约翰·F·特兰特，
申请(专利权)人：西安大略大学，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA