环状酯的嵌段共聚物及其制备方法技术

本发明专利技术提供多种制备嵌段聚酯共聚物同时精确控制化学组成的立体构型(例如立构规整度)及/或每个单元(嵌段)的长度的新方法。本发明专利技术亦提供多种嵌段聚酯共聚物，其特点是两个或更多个嵌段的多个所需组合具有不同的立体构型(例如立构规整度)、化学组成及/或长度，所述多种嵌段聚酯共聚物包含三嵌段、四嵌段及更多嵌段的共聚物。本发明专利技术还提供一种新的有机金属镁复合物的家族及多种使用其在制备聚酯及嵌段聚酯共聚物的用途。

Block copolymers of cyclic ester and their preparation methods

The present invention provides a variety of new methods for preparing a block polyester copolymer at the same time to accurately control the stereoscopic configuration of the chemical composition, such as the regularity of the erect, and / or the length of each unit (block). The invention also provides a variety of block polyester copolymers, characterized by a plurality of required combinations of two or more block blocks having different stereotypes (such as structural regularity), chemical composition and / or length, and the plurality of block polyester copolymers contain three block, four block, and more block copolymers. The invention also provides a family of novel organometallic magnesium compounds and a variety of uses thereof in the preparation of polyester and block polyester copolymers.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】环状酯的嵌段共聚物及其制备方法相关申请案本申请案主张美国临时专利案第62/356,038号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
及
技术介绍
本专利技术在其一些实施方式中是有关于化学，及更具体地但不排他地有关于多种嵌段聚酯共聚物，包含但不限于多种立体嵌段聚酯共聚物，具有特征为高准确度，以及有关于用于制备所述多种嵌段聚酯共聚物的一锅开环聚合工艺。嵌段共聚物是由规律或统计交替的两种或更多种在组成或结构上有所的不同的均聚物嵌段组成的多种共聚物。嵌段共聚物中的每个均聚物的嵌段代表一种类型的多个聚合单体。嵌段共聚物是多个共聚物，由规则或统计上交替在组成或结构上不同的两种或多种不同的均聚物组成。在一种嵌段共聚物中的每个均聚物嵌段代表一种类型的聚合单体。所述均聚物的多个嵌段可以通过组成每个均聚物嵌段的单体的化学组成及/或均聚物嵌段的立体构型(例如全同立构及间同立构构型)而彼此不同。例如，由A及B单体组成的多种共聚物可以如下列的随机或交替方式排列：-A-A-B-A-B-B-A-B-A-A-B-B-B-A-随机共聚物-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-交替共聚物嵌段共聚物包含单体A及B的多个群集，如下列非限制性实例中的二嵌段共聚物所示例：-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B嵌段共聚物嵌段共聚物通常结合其组成的多个嵌段的性质，从而将这种共聚物与随机共聚物区分开来，随机共聚物不会表现其组成物的每个特征。如果所述多个嵌段是随机形成的(多嵌段)，则所述共聚物的多个嵌段的数目可以是特定的(例如，二嵌段、三嵌段、四嵌段等)或非特定的。所述多种嵌段共聚物的性质可能类似于构成它们的均聚物的混合物的性质的加总，但所述多个嵌段之间化学键的存在确保了它们的稳定性并防止阻止它们的分离与各单独成分的释放。另外，多种嵌段共聚物可能表现出独特的性质，例如形成胶束。多种嵌段共聚物的合成显着扩大了改变聚合物性质的可能性。在一个嵌段共聚物中多个均聚物性质的组合通常表现在多种嵌段共聚物的热力学性质及转变温度中。在现代化的聚合物中，嵌段共聚物是最重要的一类，因为它们可以生成结合各个嵌段的理想特性材料，例如结晶度及弹性，以及特殊形态例如通过将多个嵌段微相分离成特定状态的片晶、杆体或球体。塑料材料在现代生活中扮演着不可分割的角色。他们可以从便宜的原材料及现有的生产技术结合使用，而且它们广泛的特性使它们成为耐用品的核心材料，如建筑材料、家居用品、纤维及汽车零部件。在一次性材料中，如食品包装、一次性杯及盘，以及生物医学及生物相容性产品，包含人造植入物、支架、缝合线等。塑料材料的性质来源于其分子结构(也就是从聚合体链建构的嵌段)、在链中嵌段建构的规律性的类型及程度(例如规则度及有规立构)、聚合物的一般类型(例如直链、支链或交联型聚合物)以及将不同嵌段建构在同一链内或在分离的不同链中的混合组合可能性。例如熔化转变、玻璃化转变、耐冲击性、粘性、成膜性、透气性、分解速率等性质，是聚合物材料特定结构的直接结果。能够制造具有“专门制作”结构的聚合物材料是改善现有塑料特性的关键步骤的方式，用具有较低环境特征的新塑料被取代旧塑料，并寻找塑料材料的新应用。由生物可再生资源衍生的生物可降解塑料材料(如聚乳酸(PLA))正引起当前的相当兴趣。PLA结合了有前途的机械及物理特性，并且由来源于生物质(如玉米)的原始材料生产。由于PLA的降解产物无毒，因此已发现生物医学的应用(缝合线、植入物、肺部支架、组织工程支架等)以及商品的应用。用于生产PLA及相关多种聚酯的最实用方法是环状酯(内酯)的催化开环聚合(ROP)。丙交酯是手性的，具有两个立体异构中心，导致三种可能的立体异构体：L-丙交酯(天然立体异构体)，D-丙交酯及内消旋-丙交酯。丙交酯的开环聚合因此可能导致各种立构规整度的PLA，如
技术介绍
图1所示。PLA的特性取决于其微观结构的规律性。全同立构PLA，组成L-LA或D-LA的相同重复单元是一结晶聚合物。PDLA及PLLA，两种对映异构体均匀掌对称链，共结晶作为一立体复合物(SC)，其特性优于均匀掌对称(HC)晶相。然而，对于较高分子量的PLA来说，这种结晶趋势减小。更先进的PLA生成希望包含以一个有序(区域规整)方式生产不同类型的丙交酯异构体，特别是嵌段共聚物。具体而言，全同立构的立体嵌段-PLA由共价键结的PDLA及PLLA的多个嵌段组成已成为目标。PLA及相关多种脂肪族聚酯的共聚物在生物医学及制药学中也被发现非常有用。具体而言，已经探索了PLA及聚(ε-己内酯)(PCL)的多种共聚物，作为药物递送系统的组分，用于组织工程的可溶解的缝合线及支架。这两种聚合物是不互溶的，因此在混合时表现出明显的熔化及结晶温度。然而，当进行共聚时，可以获得具有多方面的热及机械特性及可调节降解时间的改进聚合物。同时PLA及PCL的梯度多嵌段或随机共聚物通常是无定形的，PLA及PCL的多种嵌段共聚物是结晶材料。在对映异构体PLA-PCL的二嵌段及对称三嵌段的共聚物共混物中观察到了立体复合，与多种对映异构体共聚物相比表现出更高的熔化温度。因此，具有PLA立体嵌段的PCL共聚物也成为目标。如上所述专门制作的塑料需要复杂的催化剂，并且在过去的15年中，为尝试及开发更先进的催化剂做出了巨大的努力。用于丙交酯及相关环酯聚合的最成功催化剂是具有保持键结到金属的一螯合配位体的金属复合物，及引发聚合过程的不稳定烷氧基。过去几年的文献中描述的一些催化剂，据报导是正在使用，及据报导会导致丙交酯对映异构体的二嵌段及三嵌段共聚物或丙交酯及相关环状酯。参见，例如，Othman等人，聚合物期刊53，2443(2012)；及Aluthge等人，高分子期刊46，3965(2013)；及Amgoune等人，化学-欧洲期刊2006，12，169。然而，这些催化剂遭受金属高成本之害及相对缓慢(由于铟)。例如，Othman等人(2012)报道了使用活性催化剂在一些精确全同立构立体-二嵌段PLA的合成中，其中全部单体消耗需要两个“过夜”的时间。另外的
技术介绍
包含Wheaton等人，达尔顿学报2009，4832-4846；Chisholm等人，美国化学会会志2000，122，11845-11854；Chamberlain等人，美国化学会会志2001，123，3229-3238；Chen等人，高分子期刊2006，39，3745-3752；Darensbourg等人，无机金属期刊2010，49，2360-2371；及Yu等人，有机金属期刊，2013，32，3262-3268，其教导了用于丙交酯开环聚合的催化剂，其中锌嵌入各种配位体的环境中。尽管这些催化剂中的一些显示出高活性，但它们通常倾向于是非立体选择性或异质选择性的。已经报道了rac-LA(外消旋丙交酯)的等选择性聚合，例如，Wang及Ma，化学通信期刊2013，49，8686-8688；王等人，高分子期刊2014，47，7750-7764；Abbina及Du，美国化学学会高分子快报2014，3，689-692；Mou等人，化学通信期刊2014，50，11411-11414；Honrado等人，有机金属期刊，2015，34，3196-3208。锌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备包含多个单元的一嵌段共聚物的方法，所述多个单元中的至少两个独立地包含一环状酯的多个聚合单体，所述至少两个单元中的至少一个单元包含一第一环状酯的多个聚合单体，及所述至少两个单元中的至少一个另外的单元包含一第二环状酯的多个聚合单体，所述第二环状酯与所述第一环状酯的不同在于一立体构型及/或一化学组成，其特征在于，所述方法包含：依次将所述第一环状酯的多个单体及所述第二环状酯的多个单体与一催化剂系统相接触，所述催化剂系统包含一引发剂及一个{ONNN}M‑X复合物，其中M是一个二价金属、X是一个单阴离子配位体，由此依次引起所述第一环状酯及所述第二环状酯的一开环聚合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.29 US 62/356,0381.一种制备包含多个单元的一嵌段共聚物的方法，所述多个单元中的至少两个独立地包含一环状酯的多个聚合单体，所述至少两个单元中的至少一个单元包含一第一环状酯的多个聚合单体，及所述至少两个单元中的至少一个另外的单元包含一第二环状酯的多个聚合单体，所述第二环状酯与所述第一环状酯的不同在于一立体构型及/或一化学组成，其特征在于，所述方法包含：依次将所述第一环状酯的多个单体及所述第二环状酯的多个单体与一催化剂系统相接触，所述催化剂系统包含一引发剂及一个{ONNN}M-X复合物，其中M是一个二价金属、X是一个单阴离子配位体，由此依次引起所述第一环状酯及所述第二环状酯的一开环聚合。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述嵌段共聚物还包含至少一种另外的单元，所述至少一种另外的单元包含一第三环状酯的多个聚合单体，所述第三环状酯与所述第一环状酯及所述第二环状酯的不同在于一立体构型及/或一化学组成，所述方法包含：以任何顺序依次将所述第一环状酯的多个单体、所述第二环状酯的多个单体及所述第三环状酯的多个单体与一催化剂系统相接触，所述催化剂系统包含一引发剂及一个{ONNN}M-X复合物，其中M是一个二价金属，X是一个单阴离子配位体，因此以任何顺序依次引起所述第一环状酯、所述第二环状酯及所述第三环状酯的一开环聚合。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：相邻的所述多个单元中的至少一对包含：一个单元，所述单元包含所述第一环状酯的所述多个聚合单体；及一个单元，包含所述第二环状酯的所述多个聚合单体，使得所述嵌段共聚物包含至少两个相邻的所述单元在一立体构型及/或一化学组成上彼此不同。4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于：所述嵌段共聚物包含2至10个单元。5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于：在所述多个单元中的至少两个单元彼此在一数量的所述多个聚合单体上有所不同。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：彼此在一数量的所述多个聚合单体上有所不同的所述至少两个单元形成在所述嵌段共聚物中的一对相邻的多个单元。7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于：在所述多个单元中的每一个的至少90％，或至少95％，或至少96％，或至少98％，或至少99％的所述多个聚合单体具有相同的立体构型及/或化学组成。8.如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于：所述嵌段共聚物为一个二嵌段共聚物，及其中所述二嵌段共聚物在少于2小时内或少于1小时内获得。9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于：所述开环聚合为一活性聚合或一无终止聚合。10.如权利要求1至9任一项所述的方法，其特征在于：所述依次接触的步骤包含：将所述第一环状酯的所述多个单体与所述催化剂系统相接触持续一第一时段；及在所述第一时段之后，将所述第二环状酯的所述多个单体相接触持续一第二时段；并且任可选地，在所述第二时段之后，将另外的多个单体相接触持续一第三时段，所述另外的多个单体是属于所述第一环状酯或一第三环状酯的，所述第三环状酯与所述第一环状酯及所述第二环状酯的不同在于一立体构型及/或化学组成；并且进一步可选地，在所述第三时段之后，将所述第二环状酯的多个单体或与所述第三环状酯或所述第一环状酯不同的一环状酯的多个单体相接触持续一第四时段；并且进一步可选地，根据所述嵌段共聚物中的一期望数量的多个单元及所述嵌段共聚物中一期望数量的多个不同嵌段，依次将多个不同环状酯的多个单体相接触持续多个另外时段。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述第一时段、所述第二时段及可选的所述第三时段、所述第四时段及所述多个另外时段中的每一个皆独自地落在以下范围内：从1分钟至6小时，或从1分钟至3小时，或从1分钟至2小时，或从1分钟至1小时，或从1分钟至30分钟，或从5分钟至30分钟，或从5分钟至20分钟。12.如权利要求1至11任一项所述的方法，其特征在于：所述嵌段共聚物是一立体嵌段共聚物，所述立体嵌段共聚物包含所述第一环状酯的多个聚合单体中的至少一个单元及所述第二环状酯的多个聚合单体中的至少一个单元，所述第一环状酯特点为一第一立体构型，以及所述第二环状酯特点为一第二立体构型，所述第一立体构型及所述第二立体构型彼此不同。13.如权利要求12所述的方法，包含步骤：依次将特点为所述第一立体构型的所述第一环状酯的所述多个单体及特点为所述第二立体构型的所述第二环状酯的所述多个单体与所述催化剂系统相接触。14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于：在所述多个单元中的每一个的至少90％，或至少95％，或至少96％，或至少98％，或至少99％的所述多个聚合单体具有相同的立体构型。15.如权利要求13至14任一项所述的方法，其特征在于：所述第一环状酯与所述第二环状酯的一化学组成相同。16.如权利要求1至15任一项所述的方法，其特征在于：所述第一及第二环状酯中的至少一个是丙交酯。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于：所述丙交酯选自由以下组成的群组：均匀掌对称丙交酯、外消旋丙交酯及内消旋丙交酯。18.如权利要求1至17任一项所述的方法，其特征在于：所述第一及第二环状酯中的至少一个是内酯。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：所述内酯是己内酯。20.一种制备包含多个单元的一嵌段共聚物的方法，所述多个单元中的至少两个相邻的单元独立地包含一环状酯的多个聚合单体，所述至少两个相邻的单元中的至少一个单元包含一第一环状酯的多个聚合单体，及所述至少两个相邻的单元中的至少一个另外的单元包含一第二环状酯的多个聚合单体，所述第二环状酯与所述第一环状酯的不同在于一立体构型及/或一化学组成，其特征在于，所述方法包含：依次使所述第一环状酯的多个单体及所述第二环状酯的多个单体承受一条件，以用于引起所述多个环状酯的多个开环聚合。21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：用于引起所述开环聚合的所述条件包含：将所述环状酯的所述多个单体与促进所述开环聚合的一催化剂系统相接触。22.如权利要求21所述的方法，其特征在于：所述催化剂系统包含一引发剂及一个{ONNN}M-X复合物，其中M为一个二价金属，X为一个单阴离子配位体。23.如权利要求1至19及22任一项所述的方法，其特征在于：所述引发剂包含至少一羟基。24.如权利要求1至19及22至23任一项所述的方法，其特征在于：所述引发剂包含多个羟基。25.如权利要求1至19及22至24任一项所述的方法，其特征在于：所述有机金属复合物及所述引发剂的一摩尔比为1：1至1：1000。26.如权利要求1至25任一项所述的方法，其特征在于：所述依次接触是在室温下进行。27.如权利要求1至26任一项所述的方法，其特征在于：所述依次接触是在一溶液中进行。28.如权利要求1至27任一项所述的方法，其特征在于：所述方法为一锅法。29.如权利要求1至19及22至28任一项所述的方法，其特征在于：所述有机金属复合物由式I表示：其中：虚线表示一配位键；M是所述二价金属；X是所述单阴离子配位体；A、BA及BB各自独立地为1至12个碳原子的一架桥基元；R1及R2各自独立地为氢、烷基、环烷基、芳基，或替代地，R1及R2中的一个或两个可选地与A中的一个或更多的碳原子共同形成一杂脂环族或杂芳族的5至7-元环；及R3及R4各自独立地为氢、烷基、环烷基、芳基，或替代地，R3及R4中的一个或两个与B2中的一个或更多的碳原子共同形成一杂脂环族或杂芳族的5至7-元环。30.如权利要求29所述的方法，其特征在于：M是镁。31.如权利要求29或30所述的方法，其特征在于：X选自由以下组成的群组：烷基、环烷基、芳基、酰胺、烷氧基、硫代烷氧基、芳氧基、硫代芳氧基、卤基及胺。32.如权利要求29至31任一项所述的方法，其特征在于：所述多个环状酯中的至少一个或每个为丙交酯，及其中X为卤基。33.如权利要求29至31任一项所述的方法，其特征在于：所述第一环状酯及所述第二环状酯中的至少一个是内酯，及其中X是一被取代的胺。34.如权利要求29至33任一项所述的方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：摩西·柯尔，托马尔·罗森，
申请(专利权)人：拉莫特特拉维夫大学有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL