本發(fā)明屬于醫(yī)用聚合物，具體涉及一種用于聚合反應(yīng)的二元催化體系及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、醫(yī)用級(jí)可降解聚氨酯的合成關(guān)鍵在于催化劑的選擇。目前，在利用環(huán)狀內(nèi)酯開(kāi)環(huán)制備聚酯多元醇，在合成可降解聚氨酯的路線中，所涉及到的催化劑主要為三大類，包括金屬催化劑、有機(jī)金屬催化劑和有機(jī)非金屬催化劑。

2、金屬催化劑和有機(jī)金屬催化劑可能涉及重金屬的使用，具有生物毒性，在醫(yī)用材料合成領(lǐng)域的使用應(yīng)慎重考慮。辛酸亞錫被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用聚氨酯的合成，但研究表明辛酸亞錫對(duì)神經(jīng)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、成纖細(xì)胞、人內(nèi)皮細(xì)胞具有毒性影響，因此必須嚴(yán)格控制醫(yī)用材料中錫含量，或改用無(wú)毒催化劑(趙代國(guó)，張明杰，李震等，醫(yī)用聚氨酯合成所用有機(jī)催化劑及其生物毒性研究進(jìn)展[j].四川大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2024,55(04):807-812.)。cn201811568720.2、cn202211108511.6等以錫催化劑合成了醫(yī)用可降解聚氨酯，也需要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制產(chǎn)品中錫含量，在實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)增加相關(guān)生產(chǎn)成本。有機(jī)非金屬催化劑生物相容性好、成本低、環(huán)境友好、易于從產(chǎn)物中除去，在醫(yī)用可降解聚氨酯的合成中具有廣泛的應(yīng)用前景。在眾多的有機(jī)催化劑中，有機(jī)堿/氫鍵給體體系最為高效和可控。相較于單純使用有機(jī)堿催化劑，引入氫鍵給體可提高活性與可控性，在使用有機(jī)堿同時(shí)加入硫脲(氫鍵給體)可使聚合反應(yīng)更可控，分子量分布更窄。但目前市售硫脲通常會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，某些情況下單體轉(zhuǎn)化不完全。

3、而在有機(jī)堿/氫鍵給體體系中，選擇合適的有機(jī)堿也是實(shí)現(xiàn)高效和可控聚合的關(guān)鍵。cn202111637091.6使用強(qiáng)堿與脲作為催化劑，合成了以聚(δ-己內(nèi)酯)為軟段的聚酯型聚氨酯，由于催化劑堿性強(qiáng)導(dǎo)致了聚合控制性差，分子量分布較寬(pdi≥2.06)。cn202111640179.3使用強(qiáng)堿與脲作為催化劑，合成了以聚(γ-丁內(nèi)酯)為軟段的聚酯型聚氨酯，分子量分布寬(pdi≥1.76)，同樣表現(xiàn)出了較差的控制性，因此需開(kāi)發(fā)新型有機(jī)堿以實(shí)現(xiàn)可降解(聚酯型)聚氨酯的可控聚合。

4、綜上所述，金屬催化劑和有機(jī)金屬催化劑在合成醫(yī)用可降解聚氨酯時(shí)應(yīng)慎重考慮，其可能會(huì)帶來(lái)生物毒性。有機(jī)堿催化劑生物相容性好、成本低、易于從產(chǎn)物中除去，是合成醫(yī)用可降解聚氨酯的理想催化劑，而為了實(shí)現(xiàn)高活性和高控制性需要恰當(dāng)有機(jī)堿催化劑和助催化劑(氫鍵給體)。因此，如何提供一種新型堿/硫脲二元催化體系，實(shí)現(xiàn)醫(yī)用可降解聚氨酯高效可控聚合，成為了亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于聚合反應(yīng)的二元催化體系及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的用于聚合反應(yīng)的二元催化體系催化活性高，能夠有效提高單體轉(zhuǎn)化率，減少了副反應(yīng)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用可降解聚合物的高效可控聚合，避免了金屬殘留問(wèn)題，產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)害。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種用于聚合反應(yīng)的二元催化體系，所述用于聚合反應(yīng)的二元催化體系包括硫脲類化合物和有機(jī)堿；

4、所述硫脲類化合物的結(jié)構(gòu)如式i所示：

5、

6、式i；

7、其中r選自取代或未取代的c1-c12烷基、取代或未取代的c2-c12烯基、取代或未取代的c2-c12炔基、取代或未取代的c6-c12芳基、取代或未取代的c4-c12雜芳基中任意一種；

8、所述有機(jī)堿包括氫氧化羥乙基三甲胺（氫氧化膽堿）和/或甜菜堿；

9、所述取代的取代基選自鹵素、羥基、烷氧基、氨基、硝基、巰基、醛基、酯基、c1-c6烷基、c2-c6烯基或c2-c6炔基中任意一種。

10、其中，c1-c12烷基例如可以是甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基等，c2-c12烯基例如可以是乙烯基、丙烯基、2-丁烯基等，c2-c12炔基例如可以是乙炔基、丙炔基、2-丁炔基等，c6-c12芳基例如可以是苯基、萘基、聯(lián)苯基等，c4-c12雜芳基例如可以是吡啶基、呋喃基、噻唑基、嘧啶基等。

11、上述特定結(jié)構(gòu)的硫脲類化合物具有四個(gè)硫脲基團(tuán)，能夠催化多元醇和酯的聚合，還能夠與有機(jī)堿形成分子間氫鍵，提高有機(jī)堿的催化效果，并且還能夠形成分子內(nèi)氫鍵，活化硫脲，提高自身的催化效果，解決了目前市售硫脲通常會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，某些情況下單體轉(zhuǎn)化不完全的問(wèn)題。

12、采用了氫氧化膽堿作為有機(jī)堿，其價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)害，催化活性高，相較于目前的有機(jī)堿具有更好的控制性。

13、將這一特定結(jié)構(gòu)的硫脲類化合物與有機(jī)堿結(jié)合形成二元催化體系，有效提高了單體轉(zhuǎn)化率，減少了副反應(yīng)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用可降解聚聚合物的高效可控聚合，產(chǎn)品分子量分布窄，避免了金屬殘留問(wèn)題，無(wú)毒無(wú)害。

14、優(yōu)選地，所述r選自取代或未取代的c1-c6烷基、取代或未取代的c6-c12芳基中任意一種。

15、優(yōu)選地，所述硫脲類化合物與有機(jī)堿的摩爾比為(0.8-1.2):(0.8-1.2)，其中硫脲類化合物的份數(shù)可以是0.8、0.9、1、1.1或1.2等，有機(jī)堿的份數(shù)可以是0.8、0.9、1、1.1或1.2等，但不限于以上所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

16、優(yōu)選地，所述r選自如下所示取代基中任意一種：

17、。

18、第二方面，本發(fā)明提供了如上所述的用于聚合反應(yīng)的二元催化體系的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

19、（1）將異硫氰酸酯類化合物與季戊四胺混合反應(yīng)，得到所述硫脲類化合物；

20、（2）將步驟（1）得到的硫脲類化合物與有機(jī)堿混合反應(yīng)，得到所述用于聚合反應(yīng)的二元催化體系；

21、所述異硫氰酸酯類化合物的結(jié)構(gòu)為r-n=c=s，其中r具有和如上所述二元催化體系中相同的限定范圍。

22、優(yōu)選地，步驟（1）所述異硫氰酸酯類化合物與季戊四胺的摩爾比為(4-4.5):1，例如4:1、4.1:1、4.2:1、4.3:1、4.4:1或4.5:1等，但不限于以上所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

23、優(yōu)選地，步驟（1）所述反應(yīng)的溫度為10-40℃，時(shí)間為12-24?h，其中溫度可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃或40℃等，時(shí)間可以是12?h、13?h、14?h、15?h、16?h、17?h、18?h、19?h、20?h、21?h、22?h、23?h或24?h等，但不限于以上所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

24、優(yōu)選地，步驟（2）所述反應(yīng)的溫度為10-40℃，時(shí)間為1-3?h，其中溫度可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃或40℃等，時(shí)間可以是1?h、1.5?h、2?h、2.5?h或3?h等，但不限于以上所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

25、優(yōu)選地，步驟（2）所述混合還包括與溶劑混合，所述反應(yīng)后還包括去除溶劑。

26、優(yōu)選地，所述溶劑包括四氫呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯中任意一種或至少兩種的組合。

27、優(yōu)選地，所述溶劑包括n,n-二甲基乙酰胺和/或甲苯。

28、上述特定溶劑能夠在反應(yīng)結(jié)束除去溶劑時(shí)有效將產(chǎn)物中的水分一并除去，避免水分對(duì)后續(xù)催化反應(yīng)的影響。

29、第三方面，本發(fā)明提供了如上所述的用于聚合反應(yīng)的二元催化體系在醫(yī)用可降解聚合物制備中的應(yīng)用。

30、優(yōu)選地，所述醫(yī)用可降解聚合物包括聚氨酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚對(duì)二氧環(huán)己酮或聚乳酸-羥基乙酸共聚物。

31、第四方面，本發(fā)明還提供了一種聚氨酯的合成方法，所述合成方法包括以下步驟：

32、（1’）將如上所述的用于聚合反應(yīng)的二元催化體系與多元醇、ε-己內(nèi)酯混合反應(yīng)，得到聚酯多元醇；

33、（2’）將步驟（1’）得到的聚酯多元醇與熱穩(wěn)定劑、異氰酸酯混合反應(yīng)，得到所述聚氨酯。

34、優(yōu)選地，步驟（1’）所述多元醇包括乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇或1,6-己二醇中任意一種或至少兩種的組合。

35、優(yōu)選地，步驟（2’）所述熱穩(wěn)定劑包括磷酸、磷酸三甲酯或磷酸三苯酯中任意一種或至少兩種的組合。

36、優(yōu)選地，步驟（2’）所述異氰酸酯包括六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯或l-賴氨酸二異氰酸酯中任意一種或至少兩種的組合。

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

38、本發(fā)明提供了一種用于聚合反應(yīng)的二元催化體系，將特定結(jié)構(gòu)的硫脲類化合物與有機(jī)堿結(jié)合形成二元催化體系，有效提高了單體轉(zhuǎn)化率，減少了副反應(yīng)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用可降解聚合物的高效可控聚合，產(chǎn)品分子量分布窄，避免了金屬殘留問(wèn)題，無(wú)毒無(wú)害。