窄分子量分布聚氨基酸的新型缩聚方法研究

摘要

“活性”/可控聚合方法是聚合反应方法中的一个重要分支，由于具有产物的分子量可控、聚合物结构可设计、分子量分布窄等优点而被广泛研究和应用。虽然传统聚合反应方法逐步完善为“活性”/可控方法，但是脂肪族缩聚的“活性”/可控化依然还是空白。本文首先制备了活性单体磷酰-氨基酸混合酸酐，随后进行了均聚氨基酸“活性”/可控缩聚的尝试，对脂肪族缩聚的“活性”/可控聚合进行了初步的探索研究。具体说来，本论文包含以下分两个部分:
　　1.活性单体磷酰-氨基酸混合酸酐的制备。
　　在制备活性单体前，本文首先合成了所需原料1，2-次苯基磷酰氯和N,O-双三甲基硅基化氨基酸。使用五氯化磷与邻苯二酚反应制备1，2-次苯基三氯化磷，
　　1，2-次苯基三氯化磷与乙酸酐反应制备1，2-次苯基磷酰氯，氨基酸与六甲基二硅氮烷在三甲基氯硅烷和碘化钾的催化下制备N,O-双三甲基硅基化氨基酸。由于原料1，2-次苯基磷酰氯和M,O-双三甲基硅基化氨基酸极易水解且难以长时间储存，本文改进了两种原料的储存措施，将其配制在疏水溶剂中，且在尽可能短的储存时间内将其使用完毕。通过1，2-次苯基磷酰氯和N,O-双三甲基硅基化氨基酸通过亲电取代和分子内成环反应合成活性单体磷酰-氨基酸混合酸酐。
　　2.均聚氨基酸的合成和纯化。
　　由于磷酰-氨基酸混合酸酐同样极易水解，因此不将其分离纯化，在合成结束后向反应瓶中加入计算量[混合酸酐:N,O-双三甲基硅基化苯丙氨酸(mol/mol)]的N,O-双三甲基硅基化氨基酸作为引发剂引发聚合。制备了丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸等氨基酸为原始单体的混合酸酐活性单体，并在苯、甲苯、四氢呋喃、二氯甲烷、乙腈等溶剂中聚合。由于反应液中存在聚合反应的副产物1，2-次苯基磷酸三甲基硅基酯和未反应的单体混合酸酐，在沉淀分离聚氨基酸时易与沉淀剂发生反应或水解生成粘稠物质，导致所测转化率大于实际转化率。我们对包括乙醚、甲醇、水、乙酸乙酯和正己烷在内的多种沉淀剂进行筛选，最终选择甲醇与乙酸乙酯的混合溶液(Ⅴ/Ⅴ=1∶4)作为反应溶液的终止剂、聚氨基酸的沉淀剂和副产物的洗涤剂。我们在实验中发现聚苯丙氨酸更易与未反应的单体和副产物分离，所得的转化率数据较可信，所以选择苯丙氨酸作为缩聚动力学研究的对象。苯丙氨酸在苯中的缩聚动力学研究表明，聚苯丙氨酸的分子量与转化率呈线性关系，聚合反应是一级反应，聚合反应表观速率常数kappp=2.88×10-5 s-1;随着聚合反应的进行聚合物分子量分布指数基本恒定且很小(PDI≤1.10)，符合链增长“活性”/可控特征。在甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃、乙腈溶剂体系中，均得到了窄分子量分布的聚苯丙氨酸(PDI＜1.2)。在二氯甲烷中制备的聚丙氨酸、聚甘氨酸、聚亮氨酸分子量分布指数均较小(PDI＜1.2)。圆二色谱测试结果表明聚氨基酸在溶液中存在螺旋结构，旋光度测试结果表明聚合物有左旋性质，进一步证明在制备磷酰-氨基酸混合酸酐和聚合过程中氨基酸没有发生消旋。但是由于所得聚氨基酸分子量偏低，在此分子量区域内存在较大的测试误差，尚不能充分证实磷酰-氨基酸混合酸酐的聚合体系是“活性”/可控聚合体系。
　　本论文的研究内容，将有助于人们了解混合酸酐体系能够做成“活性”/可控缩聚的潜力，是对脂肪族单体的“活性”/可控聚合方法的探索，具有一定的理论意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 均聚氨基酸概述

1．1．1 自然界中存在的聚氨基酸

1．1．2 均聚氨基酸的特点及应用

第二节 均聚氨基酸合成方法简介

1．2．1 聚琥珀酰亚胺水解法合成聚天冬氨酸

1．2．2 NCA(N-carboxylanhydride)法合成聚氨基酸

第三节 链增长缩聚简介

1．3．1 活性/可控聚合的特点

1．3．2 缩合聚合的“活性”／可控可能性

1．3．3 链增长缩合聚合

1．3．4 催化中心转移缩合聚合

1．3．5 活性中心转移缩合聚合

1．3．6 相转移催化的缩合聚合

第四节 课题提出

1．4．1 课题意义

1．4．2 论文设计

1．4．3 实验设计

1．4．4 实验可行性分析

第二章 实验部分

第一节 主要试剂

第二节 单体与聚合物的合成

2．2．1 N，O-双三甲基硅基氨基酸

2．2．2 O，O-亚苯基三氯化磷

2．2．3 O，O-亚苯基磷酰氯(PPC)

2．2．4 磷酰-氨基酸混合酸酐

第三节 溶液缩聚聚合

第四节 分析与表征

2．4．1 MALDI-TOF

2．4．2 圆二色谱

2．4．3 旋光度测试

第三章 结果与讨论

第一节 分子量及分子量分布

3．1．1 苯溶剂中制备的聚苯丙氨酸分子量

3．1．2 不同溶剂中制备的聚苯丙氨酸分子量

3．1．3 二氯甲烷溶剂中不同氨基酸的分子量

第二节 聚苯丙氨酸在溶液中的构象

第三节 聚氨基酸未消旋的可能原因分析

第四节 聚苯丙氨酸分子量不高的原因讨论

3．4．1 水对聚合体系的影响

3．4．2 机理方面

3．4．3 溶剂对聚合体系的影响

第四章 结论

参考文献

致谢

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