聚乙二醇-b-聚（N-异丙基丙烯酰胺）表面活性剂及其合成与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种聚乙二醇‑b‑聚(N‑异丙基丙烯酰胺)表面活性剂及其合成与应用。该方法包括以下步骤：S1、聚乙二醇大分子引发剂的合成；S2、聚乙二醇‑b‑聚(N‑异丙基丙烯酰胺)的合成；将含有聚乙二醇大分子引发剂和N‑异丙基丙烯酰胺单体的水溶液以及含有溴化铜、抗坏血酸和三(2‑二甲氨基乙基)胺的水溶液分别进行除氧；在冰浴中将两者混合进行反应；反应结束后，反应液经后处理即得产物聚乙二醇‑b‑聚(N‑异丙基丙烯酰胺)。该方法N‑异丙基丙烯酰胺单体转化率可达100％，产品总收率超过30％，反应时间缩短到2小时以内，提高了合成效率；以溴化铜代替溴化亚铜进行反应，克服了原料在存储过程中容易氧化的缺点。

Synthesis and application of polyethylene glycol-b-poly (N-isopropylacrylamide) surfactant

The invention discloses a polyethylene glycol \u2011 B \u2011 poly (n \u2011 isopropylacrylamide) surfactant and its synthesis and application. The method comprises the following steps: S1, synthesis of polyethylene glycol macromolecular initiator, S2, synthesis of polyethylene glycol-b-poly (N-isopropylacrylamide), deoxidization of water solution containing polyethylene glycol macromolecular initiator and N-isopropylacrylamide monomer and water solution containing copper bromide, ascorbic acid and trimethylaminoethyl amine, respectively, in ice bath At the end of the reaction, the reaction solution was treated to produce poly (N-isopropylacrylamide). In this method, the conversion of N-isopropylacrylamide monomer can reach 100%, the total yield of the product is more than 30%, the reaction time is shortened to less than 2 hours, and the synthesis efficiency is improved; the reaction with cupric bromide instead of cuprous bromide overcomes the disadvantage of raw materials easy to oxidize in the storage process.

【技术实现步骤摘要】
聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂及其合成与应用
本专利技术属于有机合成
，更具体的，涉及一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂及其合成与应用。
技术介绍
近年来，温敏型聚合物在纳米科技和生命科学等应用上受到越来越多的关注，这种能在水中表现出低临界溶解温度(lowercriticalsolutiontemperature，LCST)的水溶性聚合物可用于智能生物活性表面、选择性生物分离、免疫测定相分离和热诱导的药物递送等生物医学方面。目前为止，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的LCST在水中表现在32℃左右，是生物应用中研究最多的温敏型聚合物。这种聚合物的LCST接近体温，而且其对于环境条件相对不敏感，pH、浓度或化学环境的轻微变化几乎不影响PNIPAM的LCST(Jean-Lutz,Akdemir,AnnHothetal.PointbyPointComparisonofTwoThermosensitivePolymersExhibitingaSimilarLCST:IstheAgeofPoly(NIPAM)Over？[J].J.AM.CHEM.SOC.,2006,128:13046-13047.)。文献(Polymer,2005,46:2836–2840)报道了一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)，该表活剂具有更高的LCST(38℃)。尚未发现具有更高LCST聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表活剂的文献报道。目前，公开报道的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成方法多采用原子转移自由基聚合和单电子转移-活性自由基聚合：(1)原子转移自由基聚合(ATRP)将聚乙二醇(PEG)大分子引发剂(0.1mmol)和NIPAM(N-异丙基丙烯酰胺，5.0mmol)分别抽真空-充氮气三次，除气蒸馏水(10mL)分别加入形成PEG大分子引发剂和NIPAM溶液。溴化亚铜(0.1mmol)在氮气气氛中加入除气蒸馏水(20mL)和Me6TREN(三(2-二甲氨基乙基)胺，0.1mmol)。25℃下搅拌5min后加入引发剂和单体溶液，反应24小时后加入少量盐酸停止反应。反应产物在截留分子量为3500的透析膜中透析24小时以移除催化剂、配体和未反应的单体。从透析溶液中除去水后，加入甲醇溶解产物，然后将溶液滴加到乙醚中沉淀，过滤沉淀产物并真空干燥即得产物(KeonHyeongKim,JungahnKimandWonHoJo,PreparationofhydrogelnanoparticlesbyatomtransferradicalpolymerizationofN-isopropylacrylamideinaqueousmediausingPEGmacro-initiator[J].Polymer,2005,46:2836–2840)。(2)单电子转移-活性自由基聚合(SET-LRP)将水(2mL)和Me6TREN(三(2-二甲氨基乙基)胺，9μL,0.035mmol)在真空反应管(1号)中除气后转移到另一个装有溴化亚铜(10mg,0.07mmol)的充满氮气的真空反应管(2号)中，室温下搅拌30分钟后侵入冰水浴中。另取一真空反应管(3号)中加入水(3.5mL)，2,3-二羟基丙基2-溴2-甲基丙酸酯(2,3-dihydroxypropyl2-bromo-2-methylpropanoate，21mg,0.087mmol)和NIPAM(0.79g,7mmol)。真空抽气充氮后将溶液转移到真空反应管(2号)中，0℃下搅拌反应30分钟(QiangZhang,PaulWilson,ZaidongLietal,AqueousCopper-MediatedLivingPolymerization:ExploitingRapidDisproportionationofCuBrwithMe6TREN[J].J.Am.Chem.Soc.,2013,135:7355-7363)。上述方法中，原子转移自由基聚合采用溴化亚铜为催化剂，反应速度慢，产物分子量分布宽；而单电子转移-活性自由基聚合采用溴化亚铜在水中歧化，采用铜粉作为催化剂引发，虽然解决了原子转移自由基聚合反应速度慢，产物分子量分布宽的问题，但其只可使用小分子引发剂引发；若使用小分子引发剂引发的单电子转移-活性自由基聚合，则只能合成聚乙二醇-b-(N-异丙基丙烯酰胺)中的N-异丙基丙烯酰胺链段而不能合成聚乙二醇链段；且该体系聚合过程中残余氧气还会与自由基反应生成稳定的氧自由基，阻碍反应进行，溴化亚铜催化剂在空气中不稳定等问题，总体使得该体系对于氧气的耐受性差。为了解决上述问题，本专利技术以获得到分子量分布相对窄、目标分子量相对可控的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)、提高反应体系的氧气耐受性为目标，提出了一种采用易于储存的原料的高效合成方法。
技术实现思路
基于以上
技术介绍
，本专利技术提供一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂及其合成与应用，该方法克服了传统SET-LRP氧气耐受性差的缺点，是一种反应速度快，转化率高，产品分子量分布窄的方法。本专利技术采用的合成方法是在SET-LRP方法的基础上进行的改进，使用溴化铜原位还原产生溴化亚铜进行反应而非直接使用在空气中不稳定的溴化亚铜催化剂，提高了反应的稳定性；同时由于还原剂抗坏血酸的加入，能够还原体系中未除尽的残余氧气，防止氧气在反应过程中形成稳定的氧自由基进而阻碍自由基聚合，使得反应体系有了一定的氧气耐受性。使用大分子引发剂代替传统小分子引发剂也能进一步扩展嵌段共聚物的种类。本专利技术合成的温度响应型表面活性剂聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的LCST最高可以达到65℃，故可满足较高温度下实现破乳和乳化的特殊环境要求。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂的合成方法，包括以下步骤：S1、聚乙二醇大分子引发剂的合成；S2、聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成；将含有聚乙二醇大分子引发剂和N-异丙基丙烯酰胺单体的水溶液以及含有溴化铜、抗坏血酸和三(2-二甲氨基乙基)胺的水溶液分别进行除氧；在冰浴中将两者混合进行反应；反应结束后，反应液经后处理得产物聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)。优选地，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂同时含有聚乙二醇链段和聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段；其中，聚乙二醇链段的聚合度为45，聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为20-200。优选地，所述聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-38或50-200。优选地，在聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-35范围内时，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的LCST达到45℃以上，最高可以达到65℃。在本专利技术的合成方法中，S1中聚乙二醇大分子引发剂的合成反应方程式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、聚乙二醇大分子引发剂的合成；/nS2、聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成；/n将含有聚乙二醇大分子引发剂和N-异丙基丙烯酰胺单体的水溶液以及含有溴化铜、抗坏血酸和三(2-二甲氨基乙基)胺的水溶液分别进行除氧；/n在冰浴中将两者混合进行反应；反应结束后，反应液经后处理即得产物聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、聚乙二醇大分子引发剂的合成；
S2、聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成；
将含有聚乙二醇大分子引发剂和N-异丙基丙烯酰胺单体的水溶液以及含有溴化铜、抗坏血酸和三(2-二甲氨基乙基)胺的水溶液分别进行除氧；
在冰浴中将两者混合进行反应；反应结束后，反应液经后处理即得产物聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)。


2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂同时含有聚乙二醇链段和聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段；其中，聚乙二醇链段的聚合度为45，聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为20-200。


3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-38或50-200。


4.根据权利要求2或3所述的合成方法，其特征在于，在聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-35范围内时，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的LCST达到45℃以上。


5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，S1中聚乙二醇大分子引发剂的合成包括：
将聚乙二醇和三乙胺溶解于四氢呋喃中，冰水浴搅拌，滴入2-溴异丁酰溴的四氢呋喃溶液进行反应；
反应结束后将液体过滤，取滤液旋蒸除去大部分四氢呋喃，剩余液体在低温乙醚中沉淀；抽滤除去乙醚，将沉淀干燥即得聚乙二醇大分子引发剂。


6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述聚乙二醇与2-溴异丁酰溴的摩尔比为1:2～1:4。


7.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于，所述2-溴异丁酰溴与三乙胺的摩尔比为1:1～1:2。


8.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述冰水浴的温度控制在0～15℃，反应时间24～48小时。


9.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述旋蒸的压力为1～100KPa，温度为30～100℃。


10.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述低温乙醚温度为-20～0℃。


11.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，S2中，溴化铜与抗坏血酸的摩尔比为1:0.8～1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯庆锋，王源源，郑晓波，赵玉军，王哲，徐艳，倪晨，孙建锋，薛俊杰，刘强，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11