一種新型UV/DTT/pH敏感高分子材料的合成及表征

馬 肥，李鐘玉，楊 云

一種新型UV/DTT/pH敏感高分子材料的合成及表征

馬 肥，李鐘玉，楊 云

（溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 溫州 325035）

通過“點擊化學(xué)”合成一種新型多重敏感高分子材料，具有光敏感、酸敏感和氧化還原敏感特性。并通過核磁共振儀和凝膠滲透色譜（GPC）進行了初步表征。

點擊化學(xué)；光敏感；酸敏感；氧化還原敏感

點擊化學(xué)由2001年諾貝爾化學(xué)獎獲得者美國化學(xué)家Sharpless提出，使用該方法能夠迅速簡易合成多種化合物。點擊化學(xué)的本質(zhì)是指使用常見原料，通過可靠、高效而又具選擇性的化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)碳雜原子連接（C-X-C），低成本、快速合成大量新化合物。點擊化學(xué)的代表反應(yīng)為銅化的疊氮-炔基環(huán)加成反應(yīng)。我們首先選用了臨硝基苯甲醛作為初始原料，經(jīng)過三步反應(yīng)形成單體c—AMNOB，然后又合成另外一種單體d—3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯（注：單體c、d詳細(xì)結(jié)構(gòu)見1.3）。通過點擊化學(xué)我們合成了一種具有UV/DTT/pH三重敏感的高分子材料［1-5］，并進一步驗證了所合成的高分子材料具有三重降解特性。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

臨硝基苯甲醛、甲苯、2-氯乙醇、原甲酸三甲酯、五甲基二乙烯三胺、溴化亞銅、對甲苯磺酸、N，N-二甲基甲酰胺、二硫蘇糖醇、中性氧化鋁、疊氮化鈉、甲醇、N，N-二甲基甲酰胺、3，3-二硫代二丙酸、丙炔醇、N，N-二環(huán)己基碳二亞胺（均為AR）。

1.2 主要實驗儀器

WATERS 2695-2414凝膠滲透色譜儀、UVSF80 型UV LED固化裝置、AVANCE-500核磁共振波譜儀、Hei-VAP旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

1.3 制備路線

圖1 UV/pH雙敏感單體c及d的合成Fig.1 Synthesis of UV/pH sensitive monomer c and d

圖2 點擊化學(xué)合成路線Fig.2 The route of Click Chemistry

1.4 實驗步驟

室溫條件下，在一個干凈的單口燒瓶（100mL）里加入磁力攪拌子和甲醇50mL、原甲酸三甲酯15.75g（0.1485mol），化劑對甲苯磺酸1.2g（6.6mmol），再加入臨硝基苯甲醛5g（33mmol）。然后油浴80℃回流19h，通過薄層色譜監(jiān)測反應(yīng)進程，待反應(yīng)結(jié)束后用飽和碳酸氫鈉水溶液終止反應(yīng)，水層用乙酸乙酯萃取，遵循少量多次原則，收集有機層，減壓旋蒸除去溶劑乙酸乙酯。粗產(chǎn)物為淡黃色液體，最后用柱層析法（石油醚/乙酸乙酯=8/1）分離得到亮黃色的液體產(chǎn)物a（產(chǎn)率98%）。

在一個干凈的單口燒瓶（100mL）中加入磁力攪拌子和甲苯60mL，加入單體a5g（25.37mmol），2-氯乙醇4.9g（60.88mmol），緩慢加入化劑對甲苯磺酸0.024g（0.127mmol），采用蒸餾裝置，副產(chǎn)物甲醇與甲苯共沸除去甲醇。通過薄層色譜監(jiān)測反應(yīng)進程，待反應(yīng)結(jié)束時用飽和碳酸氫鈉溶液終止反應(yīng)。收集有機層，水層再用乙酸乙酯萃取3次，合并有機層，減壓旋蒸除去溶劑甲苯，粗產(chǎn)物用柱層析法（石油醚/乙酸乙酯=8/1）分離得到淡黃色液體b（產(chǎn)率95%）。

在一個干凈的單口燒瓶（100mL）中加入磁力攪拌子和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）60mL，加入4g單體a（13.65mmol），再小心加入疊氮化鈉（NaN3）4.44g（68.25mmol）。充分溶解后將溫度設(shè)為80℃回流10h，通過薄層色譜監(jiān)測反應(yīng)進程，待反應(yīng)結(jié)束時用飽和碳酸氫鈉溶液終止反應(yīng)并過濾。收集濾液，然后用乙酸乙酯反復(fù)多次萃取收集有機層，減壓旋蒸除去溶劑乙酸乙酯，粗產(chǎn)物用柱層析法（石油醚/乙酸乙酯=8/1）分離得到淡黃色液體c（產(chǎn)率98%）。

點擊聚合：選用一個干凈的三口圓底燒瓶加入磁力攪拌子，加入單體c AMNOB 0.430g（1.4mmol），單體d 3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯0.343g（1.2mmol），配體五甲基二乙烯三胺20.76mg（0.12mmol），溶劑選用N，N-二甲基甲酰胺（DMF）5mL，氮氣保護室溫攪拌30min，然后再加化劑溴化亞銅17.16 mg （0.12mmol），并繼續(xù)鼓足氮氣30min后用止水鉗夾緊密封體系反應(yīng)12h。反應(yīng)體系之所以先氮氣保護其根本目的在于除去體系里的空氣，避免反應(yīng)體系因為氧氣的存在造成化劑失活而使反應(yīng)終止。反應(yīng)結(jié)束后采用簡單過柱的方法，用中性氧化鋁除去銅離子至溶液沒有藍色。減壓旋蒸除去溶劑并用乙醚沉淀的方法得到聚合物。

聚合物降解：選用干凈的石英管3支，分別加入聚合物10mg并用2mL四氫呋喃溶解并標(biāo)記a、b、c。將a試管放入紫外燈（365nm）光照5min后待測GPC；將b試管中加入DTT 10mg溶解靜置1h待測GPC；將c試管中加入提前配置好的pbs緩沖溶液（pH=5.5）3滴，靜置1h待測GPC。

2 結(jié)果與討論

圖3顯示了單體a的核磁1HNMR（500MHz，CDCl3）：δ7.78（m，2H），δ7.60（t，1H），δ7.47（t，1H），δ5.92（s，1H），δ3.40（s，6H）。 單 體b的 核 磁1H NMR （500MHz， CDCl3）：δ7.86（m，2H），δ7.62（t，1H），δ7.49（t，1H），δ6.25（s，1H），δ3.85（m，2H），δ3.65（m，2H）。單體c的核磁1H NMR （500MHz，CDCl3）：δ7.86（m，2H），δ7.62（t，1H），δ7.49（t，1H），δ6.25（s，1H），δ3.74（m，2H），δ3.45（m，2H）。

圖3 單體a、b、c對比核磁氫譜（1H NMR）Fig.3 HNMR spectra of monomer a， b， c

圖4顯示了原料3，3-二硫代二丙酸的核磁1H NMR （500MHz， 氘代DMSO）：δ2.87（t，4H），δ2.61（t，4H）。單體d的核磁1H NMR（500MHz， CDCl3）：δ4.70（d，4H），δ2.92（t，4H），δ2.78（t，4H），δ2.45（s，2H）。

圖5顯示了單體AMNOB與3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯通過點擊化學(xué)聚合得到的三重敏感高分子材料的核磁1H NMR（500MHz，CDCl3）：δ7.90～7.40（m，6H，該處的種質(zhì)子氫的積分面積b∶c∶d∶g=2∶1∶1∶2），δ6.06（s，1H），δ5.26（s，4H），δ4.42（m，4H），δ3.72（m，4H），δ2.88（m，4H），δ2.69（m，4H）。

圖4 原料和單體d對比核磁氫譜（1H NMR）Fig.41HNMR spectra of raw material and monomer d

圖5 通過點擊化學(xué)所得聚合物的核磁氫譜（1H NMR）Fig.51HNMR spectra of of polymer through click reaction

圖6是單體AMNOB與3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯通過點擊化學(xué)逐步聚合所得產(chǎn)物的凝膠滲透色譜（GPC）譜圖，其測試結(jié)果為Mn=7912， Mw=9861，PDI （Mw/Mn）=1.24。

圖6 聚合物凝膠滲透色譜（GPC）譜圖Fig.6 GPC traces of polymer

圖7是單體AMNOB與3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯通過點擊化學(xué)逐步聚合所得聚合物，及聚合物分別進行UV/DTT/pH降解的凝膠滲透色譜（GPC）譜圖。通過對比我們可以更加直觀地看到，在進行UV/DTT/pH降解處理后，聚合物的出峰位置都明顯后移，說明降解效率很高。

圖7 聚合物和聚合物分別進行UV/DTT/pH降解的凝膠滲透色譜（GPC）譜圖Fig.7 GPC traces of polymer and degregation polymer with UV/DTT/pH

3 結(jié)論

1）通過核磁氫譜（1H NMR）分析，我們成功合成點擊聚合所需的兩種單體c和d，以及三重敏感的聚合高分子材料。

2）通過凝膠滲透色譜（GPC）譜圖分析，我們直觀地得出三重敏感聚合高分子材料在分別進行UV/DTT/pH降解實驗時，分子量都發(fā)生明顯的變化，也進一步驗證了該材料具有很好的三重降解特性。

［1]P. Klan， T. Solomek， C.G. Bochet， A. Blanc， R. Givens，M.Rubina， V. Popik， A. Kostikov， J. Wirz， Photoremovable protecting groups in chemistry and biology［J］. Chem. Rev.，2013， 113 （1）： 119-191.

［2]Anna Paola， Pelliccioli， Jakob， Wirz. Photoremovable protecting groups： reaction mechanisms and applications.［J］. Photochemical & Photobiological Sciences， 2002（7）： 441-458.

［3]Corrie J E T， Toshiaki F， Richard G， et al. Photoremovable Protecting Groups Used for the Caging of Biomolecules［J］. Dynamic Studies in Biology Phototriggers Photoswitches & Caged Biomolecules， 2005： 1-94.

［4]Roberts D L， M Yaning， Bowles S E， et al. Polymer-stabilized phospholipid vesicles with a controllable， pH-dependent disassembly mechanism.［J］.Langmuir， 2009， 25（4）： 1908-1910.

［5]H Dehui， T Xia， Z Yue. Block copolymer micelles with a dual-stimuli-responsive core for fast or slow degradation. ［J］.Langmuir the Acs Journal of Surfaces & Colloids， 2012，28（5）： 2327-2331.

Synthesis and Characterization of a Novel UV / DTT / pH-sensitive Polymer Materials

MA Fei， LI Zhong-yu， YANG Yun
（College of Chemistry and Material Engineering， Wenzhou Oinversity， Wenzhou 325035， China）

A novel multi-sensitive polymer material was synthesized through “click chemistry” ，which had light-sensitive， acidsensitive and redox-sensitive properties. And the polymer material was characterized by NMR and gel permeation chromatography （GPC） .

click chemistry； light-sensitive； pH-sensitive ； redox-sensitive

TB 381

A

1671-9905（2016）03-0012-03

2016-01-11