点击化学协助ATRP和RAFT合成线性双重刺激响应两亲性四嵌段共聚物详解.docx

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点击化学协助ATRP和RAFT合成线性双重刺激响应两亲性四嵌段共聚物详解

点击化学协助ATRP和RAFT合成线性双重刺激响应两亲性四嵌段共聚物

柳明珠等

摘要

点击化学协助ATRP和RAFT（可逆加成-断裂链转移自由基聚合）成功合成了线性双重刺激响应两亲性四嵌段共聚物聚乙二醇-b-聚苯乙烯-b-聚N-异丙基丙烯酰胺-b-聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯（PEG-b-PS-b-PNIPAM-b-PDMAEMA）。

PEG和2-溴异丁酰溴酯化反应制备大分子引发剂PEG-Br,随后引发苯乙烯的ATRP聚合两嵌段共聚物PEG-b-PS-Br利用取代反应得到PEG-b-PS-N3；PEG-b-PS-N3和RAFT链转移剂（CTA）点击反应合成两嵌段大分子链转移剂PEG-b-PS-CTA;最后,NIPAM和DMAEMA依次通过RAFT聚合制双重刺激响应性的新型线性四嵌段共聚物PEG-b-PS-b-PNIPAM-b-PDMAEMA。

结果表明,。

在室温和酸性PH下，包含pH敏感的PDMAEMA嵌段和温度敏感的PNIPAM嵌段的两亲性四嵌段共聚物在水溶液中自组装成以PS为核和杂化的PEG/PNIPAM/PDMAEMA为壳的核-壳胶束结构,但是当温度为室温而溶液呈碱性时,共聚物自组装形成以PS/PDMAEMA为核,当溶液为酸性而温度升高时,自组装形成以PS/PNIPAM为核.

关键词：

双重刺激点击化学协助ATRPRAFT

前言

刺激响应共聚物，其行为很大程度上取决于外部的化学和物理刺激，如温度、pH、离子强度、光线和电场，在遗传学，药物输送，化学和生物应用传感器等其广泛的应用也吸引了越来越多的研究关注。

事实上，许多研究一直专注于温度和pH响应设计的材料，这些材料能对生理环境作出响应。

最流行的温敏聚合物含有聚乙烯乙二醇（PEG），低聚乙二醇（OEG），聚（N-异丙基）丙烯酰胺（PNIPAM），或聚（2-（二甲基氨基）乙基丙烯酸甲酯）（PDMAEMA）单元。

在生物医学领域中，PEG无疑是被研究和应用最多的合成聚合物。

事实上，PEG是不带电的，水溶性，无毒，非免疫原性聚合物和因此对于生物应用是一个理想的材料。

PNIPAM是公认的温度敏感型聚合物，其在水中的临界溶解温度（LCST）约32℃。

通过合适的共聚单体共聚，PNIPAM的LCST可以是容易调到所需的温度。

共聚用PH响应共聚单体产生NIPAM共聚物。

PDMAEMA是在水中的pKa7.0-7.3的pH响应聚合物，并已被广泛地用于制备PH响应材料。

因此，含有嵌段共聚物PDMAEMA块和PNIPAM段允许灵活的控制在聚合物相行为，从而导致多功能智能材料。

这些共聚物可为应用在生物医学领域，例如组织工程和药物控释。

随着可控/活性自由基聚合来临（CRP），如氮氧自由基调控的自由基聚合（NMP），原子转移自由基聚合（ATRP），以及可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合，曾经合成AB二嵌段和ABA和ABC三嵌段共聚物一次富有挑战性的任务现在已经变得很简单了.Singha和Kavitha报道通过ATRP合成了一系列的ABA三嵌段共聚物〔（聚（糠甲基丙烯酸酯）-b-聚（2-乙基己酯）-b-聚（甲基丙烯酸糠酯）]，带有反应性侧基。

McCormicket等.研究N，N-二甲基丙烯酰胺（DMA）与NAS的成功的RAFT共聚，使用聚（环氧乙烷）甲酯乙烯（PEO）基的大链转移剂

该所得二嵌段共聚物的大链转移剂然后用于聚合的N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM），合成了PEO-b-P（DMA-S-NAS）-b-PNIPAM三嵌段共聚物。

德赫加尼等。

通过原子转移自由基聚合合成了一种新型的两亲热敏聚（乙二醇）-b-聚（甲基丙烯酸甲酯-3-（三甲氧基甲硅烷）-b-聚（N-异丙基丙烯酰胺）三嵌段共聚物。

然而，它是难以通过ATRP或单独RAFT以合成一个线性四嵌段共聚物，因为聚合期间由于连续终止反应和副反应导致链端基功能团减少。

在低引发效率，通过可控自由基聚合链延伸使多嵌段共聚物的合成具有挑战性。

作为一种高效的偶联反应，所述Cu（I）催化的叠氮-炔基环加成（CuAAC），即“点击反应”，由夏普勒斯和他的同事提出，因为优良官能团耐受性、高效率以及温和实验条件下几乎定量的产率受到了极大的关注。

因为这些属性，叠氮炔反应已受到显著关注并已发现使用后聚合功能化的特定系统，新型聚合物的合成，以及嵌段共聚物的合成的链延伸。

叠氮化物-炔烃合并的点击反应，狄尔斯-阿德耳的氮氧自由基偶合，为四嵌段聚合物在产物是一个重要的指导。

通过多样的活性聚合方法，各种生活生产具有相互垂直的端基官能团的线型聚合物，即，马来酰亚胺封端的聚（乙二醇）（PEGMI），蒽和叠氮封端的聚苯乙烯（ANTH-PSN3），炔和溴化物封端的聚（丙烯酸叔丁酯）（炔PTBA-溴）或聚（丙烯酸正丁酯）（炔PNBA-溴），和四甲基-1-氧基封端的聚（3-己内酯）（PCL-TEMPO），可以点击反应的方式生成的PEG-B-PS-B-PTBA-B-PCL或PEG-B-PS-B-PNBA-B-PCL四嵌段共聚物。

使用Cu（0），溴化亚铜，五甲基二乙烯三胺作为催化剂在二甲基甲酰胺80℃下36小时。

Paiket等人.通过ATRP和点击加成结合的做法，研究合成路线合成的线性四嵌段共聚物从两个不同构造嵌段。

以这种方式，四嵌段可在可控的方式制备。

点击加成反应进行在包含叠氮化物PMA-B-PMMA嵌段共聚物和一个炔共聚物PS-b-PNBA之间。

这种方法分析（例如，分子量分布）在偶合之前的单独的片段。

这是相对于使用所谓的大分子引发剂方法或顺序单体加入法合成这些聚合物，其中完全形成的嵌段共聚物往往是很难评估和各个嵌段的表征是困难的。

不过，这种策略也有缺点：

主要是它本来具有低的反应性，因为空间位阻并涉及多余的聚合物的繁琐的分离。

在前面的文章中，我们介绍了温敏ABC三嵌段PEG-B-PNIPAM-B-PCL的合成相结合的开环聚合的3-己内酯（ROP），原子转移自由基聚合使用卤素尾PEG-溴作为N-异丙基丙烯酰胺大分子引发剂，以及随后的点击化学反应PEG-B-PNIPAM的叠氮化物的端基和PCL炔端基之间.在这项工作，我们现在报告一个点击化学协助ATRP和RAFT（可逆加成-断裂链转移自由基聚合）成功合成了线性双重刺激响应两亲性四嵌段共聚物聚乙二醇-b-聚苯乙烯-b-聚N-异丙基丙烯酰胺-b-聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯（PEG-b-PS-b-PNIPAM-b-PDMAEMA）。

在不同的条件对pH和温敏胶束行为进行了研究。

结合ATRP和点击化学的效率的链端功能可控是有趣思路对端官能聚合物的合成。

这种组合代表一个特别重要的方法，因为聚合物链末端可以被制备用ATRP可以容易地转化成叠氮化物和官能炔烃一个不同的范围在商业上可以得到的。

以前研究证明，丙烯酰胺类单体的ATRP是不可控的聚合，因为形成复杂的铜的盐和酰胺基团。

最近报道虽然NIPAM的可控ATRP，

RAFT聚合是最方便的/适当的方法来聚合丙烯酰胺.此外，对CuAAC链转移剂在RAFT使用过程中可以合成携带许多有用的活性端基包括叠氮化物和炔烃。

在未来控制的方式，该方法的多功能性可导致合成在一个更复杂的高分子结构。

实验部分

材料

聚乙二醇单甲醚（CH3O-PEG43-OH）（Mn,NMR=1920克/摩尔和多分散性指数PDI=1.05）Alfa试剂公司,用前用甲苯共沸减压蒸馏。

大分子引发剂，PEG43-BR，通过CH3O-PEG43-OH的反应制备和根据我们之前的报道的2-溴异丁酰溴。

苯乙烯，上海化学试剂厂。

使用甜用5%NaOH水溶液洗至中性,无水硫酸镁干燥过夜，并在使用前蒸馏。

甲基丙烯酸N,N-2-二甲基氨基乙酯（DMAEMA，98％），阿拉丁试剂有限公司。

使用前过中性氧化铝柱,氢化钙回流4h后减压蒸馏;除去抑制剂。

N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM，99％），日本TokyoKaseiKogyo。

从正己烷中重结晶，然后在真空下干燥。

偶氮二异丁腈（AIBN，98％）在乙醇中重结晶。

用冰醋酸洗除溴化亚铜液任何可溶性氧化物质，过滤，用乙醇洗涤洗涤并干燥。

在使用前甲苯、二氧六环回流过钠和蒸馏两次。

二甲基甲酰胺（DMF）中通过回流干燥在氢化钙并且使用前蒸馏。

五甲基二亚乙基三胺（PMDETA，99％），2-溴代异丁酰溴（98％），四氢呋喃（THF），4-二甲氨基吡啶（DMAP），N-（3-（二甲基氨基）丙基），盐酸盐（EDC盐酸），炔丙醇和叠氮化钠，阿拉丁试剂有限公司并直接使用，其他试剂为分析纯，未经纯化直接使用。

仪器

分子量和分子量分布分别为通过配有水1515泵和水2414泵差折射指数检测器的凝胶渗透色谱（GPC）测定。

在35℃烘箱温度下，它使用了一套三个线性根聚苯乙烯凝胶柱HT2，HT4和HT5。

洗脱剂THF中，在1.0毫升/分钟流动速率。

PS标准被用于GPC的校准。

核磁共振氢谱记录用400MHz分光计与CDCl3作为溶剂和四甲基硅烷作为内标。

FTIR光谱图案在Nicolet670（美国）IR光谱仪。

这光谱收集了光谱分辨率为2cm-1的64次扫描。

水溶液上光的透过在紫外/可见分光光度计获得（PerkinElmer公司，美国），并在测量一个波长500nm使用恒温调节试管。

动态激光光散射（DLS）测量值用改进的商用激光光散射谱仪（ALV/SP-125）配备有ALV-5000的多数字时间相关器和一个氦氖激光（波长632纳米）。

（一个商业光谱仪（ALV/DLS/SLS-5022F）配备多的数字时间相关器（ALV5000）和一个圆柱形22毫瓦UNIPHASE氦氖激光（波长632纳米）作为光源。

DLS测量之前，所用的方法是微孔滤波器（0.45毫米）的灰尘释放。

在一个固定的90度角持续10min收集散射光。

数据通过三次测量进行平均。

聚合物胶束的显微照片使用（JEM-1200EX/S日立，日本）透射电子显微镜（TEM）工作在200kV的加速电压。

对DLS溶液缓慢蒸发制备透射电镜样品上在包覆铜网和0.2％（重量）磷钨酸染色。

原子转移自由基聚合合成PEG-b-PS-Br

向反应烧瓶中加入PEG43-Br（2.09g，1nmol）,苯乙烯（11.43ml,100mmol）,甲苯（3.8ml）和CuBr（0.144g,1mmol）,充入氮气30min后将体系密封，用注射器向反应瓶中加入PMDETA（0.209ml,1mmol）,反应溶液很快变为蓝色。

反应物在100℃在油浴中恒温1h，然后迅速将反应瓶放进冰浴中冷却停止反应。

反应产物用THF稀释，过中性三氧化铝柱除去催化剂，旋蒸除去大部分溶剂，在冷甲醇中沉淀两次，真空干燥后得到白色粉末产物PEG-b-PS-Br.用CDCl3作溶剂，通过1HNMR分析苯乙烯的平均聚合度（DP）为24，因此，两嵌段共聚物表示为PEG43-b-PS24-Br。

PEG-b-PS-N3的合成

两嵌段共聚物链末端的溴原子转变为叠氮基团的合成参考文献的方法。

将PEG43-b-PS24-Br（3.30g,0.72mmol）和NaN3（0.232g,3.6mmol）溶解于40mlDMF中，在室温下搅拌过夜，随后除去大部分DMF，在甲醇中沉淀，真空干燥过夜，得到产物PEG43-b-PS24-N3。

炔封端的链转移剂的合成

S-1-十二烷基-S’-（α,α²-二甲基-α³-乙酸）三硫代碳酸酯链转移剂（CAT）按照文献报道的方法合成。

根据之前我们所做的工作，炔端基S-1-十二烷基-S’-（α,α²-二甲基-α³-炔酯）三硫代碳酸酯通过S-1-十二烷基-S’-（α,α²-二甲基-α³-乙酸）和丙炔醇合成。

首先S-1-十二烷基-S’-（α,α²-二甲基-α³-乙酸）（2g,5.5mmmol）,EDC-HCL（2.12G,11mmol）和DMAP（0.067g,0.55mmol）加入到20ml无水CH2CL2中搅拌溶解，在0℃下将丙炔醇（0.63