本發(fā)明屬于高分子化合物，具體涉及一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、瓶刷聚合物(bottlebrush?polymer)(bbp)是一類具有圓柱體形結(jié)構(gòu)的梳形聚合物，具有足夠高的側(cè)鏈接枝密度，主鏈剛性高，由于側(cè)鏈之間的空間排斥效應(yīng)導(dǎo)致主鏈充分伸展，且側(cè)鏈之間無纏繞。功能性bbp在超軟彈性體、光學(xué)晶體、生物仿生軟組織、生物仿生摩擦和潤滑、自組裝、固態(tài)聚合物電解質(zhì)以及動態(tài)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。

2、bbp的合成主要有“grafting?to”、“grafting?from”和“grafting?through”三種策略。其中，“grafting?through”可以確保主鏈上每個單體單元都有側(cè)鏈的修飾和高的接枝密度，grubbs催化劑催化的降冰片烯的開環(huán)復(fù)分解聚合是最常用的利用“graftingthrough”策略合成bbps的反應(yīng)類型，側(cè)鏈具有多肽結(jié)構(gòu)的bbps具有功能豐富、生物相容性好的優(yōu)點，此類bbps非常適合用作納米藥物載體，生物仿生軟組織等；采用“graftingfrom”方法合成此類bbps需要選擇合適的骨架結(jié)構(gòu)作為主鏈，然后修飾氨基引發(fā)位點，合成步驟復(fù)雜，而且合成過程不能保證每個引發(fā)位點都可引發(fā)nca單體的開環(huán)聚合，側(cè)鏈接枝密度不可控；“grafting?to”方法也不能保證100％的側(cè)鏈修飾，通常需要非常高效的偶聯(lián)反應(yīng)(如疊氮-炔烴點擊反應(yīng))。

3、為此，能夠提供一種高效的瓶刷型聚合物及其合成方法，在保證主鏈每個單體單元上都有側(cè)鏈聚氨基酸修飾的同時，側(cè)鏈密度、長度和多肽類型也是可控是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物及其制備方法與應(yīng)用。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物，所述聚合物的結(jié)構(gòu)式如下：

4、

5、其中，所述r選自

6、

7、中的任意一種；

8、其中，所述r1選自

9、中的任意一種。

10、本發(fā)明制備的高密度側(cè)鏈修飾的瓶刷型聚合物具有零剪切粘度、低纏結(jié)平臺模量，呈現(xiàn)出獨特的機械和流變學(xué)，采用多肽作為瓶刷型聚合物側(cè)鏈可以提高瓶刷型聚合物的生物相容性和豐富瓶刷型聚合物的功能化。

11、如上述所述一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物的制備方法，包括以下具體步驟：

12、(1)將6-氨基保護的l-賴氨酸-nca作為單體，加入含有可聚合雙鍵的一級胺，引發(fā)所述單體的開環(huán)聚合反應(yīng)，得到末端含有可聚合雙鍵的6-氨基保護的l-賴氨酸的大分子單體；

13、(2)將所述大分子單體在催化劑或者引發(fā)劑的作用下反應(yīng)，即可得到一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物。

14、本發(fā)明通過含有不飽和雙鍵的一級胺引發(fā)的nca單體的開環(huán)聚合可以有效控制側(cè)鏈的長度、反應(yīng)條件溫和，大分子單體末端的雙鍵可以進一步通過“grafting?through”策略合成bbps，保證側(cè)鏈的高密度修飾。

15、優(yōu)選的，步驟(1)中所述6-氨基保護的l-賴氨酸-nca和所述含有可聚合雙鍵的一級胺的質(zhì)量比為2-46:0.06-0.15；

16、所述含有可聚合雙鍵的一級胺為5-降冰片烯-2-甲胺、2-甲基烯丙胺、3-丁烯-1-胺、烯丙胺、4-乙烯基芐胺、2-氨乙基丙烯酸酯和2-氨乙基丙烯酰胺中的至少一種；

17、所述開環(huán)聚合反應(yīng)的條件為：在室溫下反應(yīng)3-12h。

18、優(yōu)選的，步驟(1)中所述開環(huán)聚合反應(yīng)還包括溶劑，所述溶劑為dmf或者四氫呋喃thf，采用高介電常數(shù)的dmf和thf作為溶劑，可以保證多肽鏈段處于無規(guī)蜷曲狀態(tài)，使聚合反應(yīng)不受影響。

19、所述溶劑和所述6-氨基保護的l-賴氨酸-nca的質(zhì)量比為9-180:2-46。

20、優(yōu)選的，步驟(1)中所述6-氨基保護的l-賴氨酸-nca的制備方法為將6-氨基保護的l-賴氨酸、三光氣和溶劑混合均勻后，加入環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)后即得到6-氨基保護的l-賴氨酸-nca，采用固體光氣(三光氣)可以降低nca單體合成過程中的危害，環(huán)氧氯丙烷可以吸收反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氯化氫氣體，從而避免設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染。

21、優(yōu)選的，所述6-氨基保護的l-賴氨酸、所述三光氣、所述溶劑和所述環(huán)氧氯丙烷的質(zhì)量比為2-6:1-3:9-90:1-3；

22、所述反應(yīng)的條件為：在25-66℃下反應(yīng)0.5-2h；

23、所述溶劑為四氫呋喃；

24、所述6-氨基保護的l-賴氨酸為6-氨基boc保護的l-賴氨酸、6-氨基fmoc保護的l-賴氨酸、6-氨基三氟乙酰基保護的l-賴氨酸和6-氨基乙?；Ｗo的l-賴氨酸中的至少一種。

25、優(yōu)選的，步驟(2)中所述大分子單體和所述催化劑的質(zhì)量比為1-50:0.005-0.009，所述大分子單體和所述引發(fā)劑的質(zhì)量比為1-50:0.003-0.008；

26、所述反應(yīng)的條件為：在50-80℃下反應(yīng)0.5-8h；

27、所述催化劑為grubbs二代和三代中的至少一種；

28、所述引發(fā)劑為有機偶氮類和過氧類中的至少一種。

29、優(yōu)選的，所述有機偶氮類包括偶氮二異丁腈和/或偶氮二異庚腈，所述過氧類包括過氧化苯甲酰和/或叔丁基過氧化氫。

30、優(yōu)選的，步驟(2)中所述反應(yīng)中還包括溶劑，所述溶劑為四氫呋喃，所述溶劑和所述大分子單體的質(zhì)量比為1-14:1-50；

31、所述瓶刷型聚合物還包括經(jīng)過在三氟乙酸和二氯甲烷混合溶劑或者n,n-二甲基甲酰胺和哌啶作用下反應(yīng)脫除側(cè)鏈氨基上的保護基，得到瓶刷型聚合物純品的步驟；

32、其中，所述瓶刷聚合物、所述三氟乙酸和所述二氯甲烷的質(zhì)量比為2-5:1.5-5:1-5；

33、所述瓶刷聚合物、所述n,n-二甲基甲酰胺和所述哌啶的質(zhì)量比為1:0.5-5:0.2-2；

34、所述反應(yīng)的條件為在室溫下反應(yīng)1-3h。

35、根據(jù)上述所述的瓶刷型聚合物或上述所述的制備方法制備的瓶刷型聚合物在超軟彈性體、動態(tài)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、生物摩擦和潤滑、納米藥物載體領(lǐng)域中的應(yīng)用。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

37、本發(fā)明通過采用含有可聚合雙鍵的一級胺作為引發(fā)劑，通過初級胺機理，引發(fā)6-氨基保護的l-賴氨酸nca單體的開環(huán)聚合反應(yīng)，通過控制單體和一級胺的投料比來控制側(cè)鏈的長度；此外，本發(fā)明采用grubbs催化劑催化的烯烴復(fù)分解反應(yīng)或熱引發(fā)聚合通過“grafting?through”策略來合成瓶刷型聚合物，大分子單體末端的雙鍵可以保證主鏈上每個單體單元都可以修飾側(cè)鏈，保證100％的側(cè)鏈接枝密度。

技術(shù)特征：

1.一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物，其特征在于，所述聚合物的結(jié)構(gòu)式如下：

2.如權(quán)利要求1所述一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物的制備方法，其特征在于，包括以下具體步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述6-氨基保護的l-賴氨酸-nca和所述含有可聚合雙鍵的一級胺的質(zhì)量比為2-46:0.06-0.15；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述開環(huán)聚合反應(yīng)還包括溶劑，所述溶劑為dmf或者四氫呋喃，所述溶劑和所述6-氨基保護的l-賴氨酸-nca的質(zhì)量比為9-180:2-46。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述6-氨基保護的l-賴氨酸-nca的制備方法為將6-氨基保護的l-賴氨酸、三光氣和溶劑混合均勻后，加入環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)后即得到6-氨基保護的l-賴氨酸-nca。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物的制備方法，其特征在于，所述6-氨基保護的l-賴氨酸、所述三光氣、所述溶劑和所述環(huán)氧氯丙烷的質(zhì)量比為2-6:1-3:9-90:1-3；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述大分子單體和所述催化劑的質(zhì)量比為1-50:0.005-0.009，所述大分子單體和所述引發(fā)劑的質(zhì)量比為1-50:0.003-0.008；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物的制備方法，其特征在于，所述有機偶氮類包括偶氮二異丁腈和/或偶氮二異庚腈，所述過氧類包括過氧化苯甲酰和/或叔丁基過氧化氫。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有ph響應(yīng)性聚α-賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述反應(yīng)中還包括溶劑，所述溶劑為四氫呋喃或者二氯甲烷，所述溶劑和所述大分子單體的質(zhì)量比為1-14:1-50；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓶刷型聚合物或權(quán)利要求2-9任一項所述的制備方法制備的瓶刷型聚合物在超軟彈性體、動態(tài)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、生物摩擦和潤滑、納米藥物載體領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種含有pH響應(yīng)性聚α?賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物，屬于高分子化合物技術(shù)領(lǐng)域，所述聚合物的結(jié)構(gòu)式如下：其中，制備方法包括以下具體步驟：(1)將6?氨基保護的L?賴氨酸?NCA作為單體，加入含有可聚合雙鍵的一級胺，引發(fā)所述單體的開環(huán)聚合反應(yīng)，得到末端含有可聚合雙鍵的6?氨基保護的L?賴氨酸的大分子單體；(2)將所述大分子單體在催化劑或者引發(fā)劑的作用下反應(yīng)，即可得到一種含有pH響應(yīng)性聚α?賴氨酸側(cè)鏈的瓶刷型聚合物。本發(fā)明制備的高密度側(cè)鏈修飾的瓶刷型聚合物具有零剪切粘度、低纏結(jié)平臺模量，呈現(xiàn)出獨特的機械和流變學(xué)，采用多肽作為瓶刷型聚合物側(cè)鏈可以提高瓶刷型聚合物的生物相容性和豐富瓶刷型聚合物的功能性。

技術(shù)研發(fā)人員：胡克苓,馬正峰,孫鑫,蘇成坤,孫金明
受保護的技術(shù)使用者：煙臺先進材料與綠色制造山東省實驗室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7