利用ROMP聚合反应制备无保护基的同（异）类含糖聚合物的方法

摘要

本发明涉及一种利用ROMP聚合反应制备无保护基的同(异)类含糖聚合物的方法，首先结合迈克尔加成反应，在适当的溶剂中制备出双端炔化合物，随后使用铜催化的“点击化学”反应在室温条件下的甲醇中，得到含无保护基的异类糖单体的降冰片烯衍生物。随后在Grubbs三代催化剂作用下，通过开环易位聚合，在50℃环境下的N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，成功制备了分子量可控、分子量分布较窄的无保护基的同(异)类含糖聚合物。本发明为人工合成侧链结构有序的无保护基的同(异)类含糖聚合物提供一条切实可行的途径，对无保护基含糖聚合物的研究具有重要的意义。

说明书

技术领域

本发明属于无保护基的同(异)类含糖聚合物合成技术领域，涉及一种利用ROMP聚合反应制备无保护基的同(异)类含糖聚合物的方法。

背景技术

含糖聚合物(glycopolymers)是一类将含有糖基团的合成大分子，它具有良好的水溶性、生物抗污性、分子识别性、良好的“糖簇集效应”。自1978年Horejsi等人第一次通过自由基聚合法合成了一系列的含糖聚丙烯酰胺之后，随着高分子合成化学特别是功能性糖聚合物合成技术的快速发展，可控自由基聚合的一些策略(如，可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)、氮氧调控自由基聚合(NMP)、铜催化活性自由基聚(TMM-LRP、ATRP和SET-LRP)不断被研发、利用、改进，从而制备出性质更加优良、组分和结构可控的含糖聚合物。人工合成的含糖聚合物，具有合成、纯化相对简单，结构和分子量可控，能够大批量制备等优点。不仅在理论研究上被用于探索糖类在生命活动中的功能，还在生物、医药、新材料等领域被广泛应用。因此，人工合成含糖聚合物的研究对于糖材料的应用以及理论研究的意义非常重要。

目前，关于含糖聚合物合成方法的研究，主要从糖基化单体的聚合和聚合物主链与含糖衍生物的聚合后修饰两方面着手。糖基化单体的聚合是指，利用含糖单体的均聚或者与其他功能单体共聚的方法，使聚合物获得糖基功能的同时也获得其他功能基团的特性，满足特定应用的需要，在无需复杂纯化的过程中就可以得到脱保护的含糖聚合物。同时，开环易位聚合(ROMP)可以制备具分子量分布较窄，分子结构均匀的聚合物。但是无保护基含糖单体的合成路线复杂，要求的单体纯度高且昂贵，并且无保护基的糖单体在有机溶剂中具有一定的不溶性，反应条件要求苛刻的聚合条件，因此，关于无保护基糖单体在均相溶剂中的ROMP反应还需进一步研究发展。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种利用ROMP聚合反应制备无保护基的同(异)类含糖聚合物的方法，以实现人工合成侧链结构有序的无保护基的同(异)类含糖聚合物。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用ROMP聚合反应制备无保护基的同(异)类含糖聚合物的方法，在惰性气体气氛下，将无保护基的同(异)类糖单体与Grubbs三代催化剂在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，进行ROMP聚合反应，即得到目的产物。

进一步的，ROMP聚合反应的温度为40-60℃，反应时间为12-18h。

进一步的，无保护基的同(异)类糖单体与Grubbs三代催化剂摩尔比为10～15:1。

进一步的，当单体聚合完全后，加入乙烯基乙醚终止聚合反应，所得反应产物经后处理后，即得到目的产物，其中，后处理过程具体为：向反应液中加入甲醇进行搅拌沉降，析出的固体再洗涤干燥，即得到目的产物。

进一步的，所述的无保护基的同(异)类糖单体为含α-D-甘露糖单体(即M

进一步的，所述的无保护基的同(异)类糖单体通过以下方法制备而成：

(1)取呋喃和马来酸酐于溶剂中室温反应生成化合物1；

(2)化合物1和乙醇胺在甲醇中反应生成化合物2；

(3)化合物2、TDC、N,N'-二环己基碳二亚胺和4-二甲基氨基吡啶在二氯甲烷中反应生成化合物3；

(4)化合物3和Dowex-H

(5)化合物4、4-戊酸酐、4-二甲氨基吡啶在二氯甲烷中反应生成化合物5；

(6)化合物5和1-叠氮基-α-D-吡喃甘露糖在甲醇中，由氯化亚铜常温催化，反应生成化合物M

(7)将化合物M`与1-叠氮基-β-D-吡喃葡萄糖溶于甲醇中，随后加入催化剂氯化亚铜，常温下搅拌后，过滤除去不溶物后，用甲醇洗涤，柱层析得到化合物M

(8)将化合物M`与1-叠氮基-β-D-吡喃半乳糖溶于甲醇中，随后加入催化剂氯化亚铜，常温下搅拌后，过滤除去不溶物后，用甲醇洗涤，柱层析得到化合物M

所得化合物M

化合物M`的化学结构式如下：

更进一步的，步骤(1)中，马来酸酐与呋喃的摩尔比为(0.2-0.4)：1，反应过程具体为：在室温下反应24h。

更进一步的，步骤(2)中，化合物1与乙醇胺的摩尔比为(200-300)：1，反应过程具体为：先在0℃下搅拌1h，然后在室温下反应1h。

更进一步的，步骤(3)中，化合物2、TDC、N,N'-二环己基碳二亚胺和4-二甲基氨基吡啶的质量比为(9-12)：(8-12)：(14-18)：1.6；

反应过程具体为：在室温下搅拌24h。

更进一步的，步骤(5)中，化合物4、4-戊酸酐和4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1：(2-4)：(0.4-0.6)；

反应过程具体为：在室温下搅拌反应16h。

更进一步的，步骤(6)中，化合物5、1-叠氮基-α-D-吡喃甘露糖与氯化亚铜的摩尔比为1：(0.8-1.2)：(1.5-2.5)；

步骤(7)中，化合物M`、1-叠氮基-β-D-吡喃葡萄糖与氯化亚铜的摩尔比为1：(1.0-1.4)：(2.5-3.5)；

步骤(8)中，化合物M`、1-叠氮基-β-D-吡喃半乳糖和氯化亚铜的摩尔比为1：(1.0-1.4)：(2.5-3.5)。

本发明选用了前期实验制备的三种单糖：α-D-甘露糖单体、β-D-葡萄糖单体、β-D-半乳糖单体。重要的是，在含糖单体的制备上，我们选用了较强的酰化剂4-戊酸酐，它适用于直接酯化法难以反应的酚羟基或空间位阻较大的羟基化合物。其次，为了寻求能够生成复杂化合物的反应，我们选择了以氯化亚铜为催化剂，在甲醇溶液中常温反应，解决了无保护基糖难溶于有机溶剂，且在反应体系中加入醇会抑制酯的水解等问题，从而在室温下反应得到了无保护基同(异)类的糖单体。随后通过开环易位聚合，在Grubbs三代催化剂作用下，在50℃环境下的N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，制备得到结构规整、分子量可控、窄分子量分布的含有无保护基的同(异)类含糖聚合物。

本发明方法操作简洁、高效、便捷，其在同一单体中引入不同的糖基单元，侧链结构可控。本发明解决了后修饰和嵌段共聚方法引入异类糖单元的劣势，也改善了无保护基团的含糖单体均相聚合的困难，拓宽了含糖聚合物的合成途径。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明首次选用4-戊酸酐作酰化剂，以及选用氯化亚铜为催化剂，有效的改善了酯水解的问题，成功制备出制备了三种无保护基同(异)类含糖单体，且合成方法稳定、高效。

(2)本发明首次在50℃条件下使用Grubbs三代催化剂，通过开环易位聚合，制备得到结构规整、分子量可控、窄分子量分布的含有无保护基的同(异)类糖单体的含糖聚合物。本发明解决了后修饰和嵌段共聚方法引入异类糖单元的劣势，拓宽了含糖聚合物的合成途径。

(3)本发明所合成的异类含糖聚合物，侧链结构可控，结构规整，可应用于与生物蛋白特异性识别研究，也可用来制备特殊功能的生物诊断材料。

附图说明

图1为α-D-甘露聚糖基叠氮化物在CDCl

图2为β-D-吡喃葡萄糖基叠氮化物在CDCl

图3为β-D-半乳糖烷基叠氮化物在CDCl

图4为化合物5在CDCl

图5为化合物5在CDCl

图6为化合物M

图7为化合物M

图8为化合物M`在D

图9为化合物M`在D

图10为化合物M

图11为化合物M

图12为化合物M

图13为化合物M

图14为糖聚合物P(Man+Man)在在D

图15为糖聚合物P(Man+βGlu)在D

图16为糖聚合物P(Man+βGal)在D

图17为无保护基同(异)类含糖聚合物的凝胶色谱图表。

图18为本发明的合成工艺路线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下面结合如图18的合成工艺路线来对本发明进行详细说明。

以下各实施例中，三种叠氮基糖(αMan-OAc-N

实施例1

化合物1的的合成

将马来酸酐(50g，0.51mol)放入干燥的圆底烧瓶中加入，并加入乙醚250mL。待马来酸酐溶解之后加入呋喃(125mL，1.72mol)。在室温条件下反应24h，反应结束后，过滤除去乙醚和呋喃，用乙醚洗涤三次，得到白色固体(即化合物1)76g，产率为90％。

实施例2

化合物2的合成

将化合物1(10.8g，51.6mmol)，甲醇(210mL)，在0℃条件下搅拌。然后取乙醇胺(11mL,0.18mmol)溶于30mL甲醇并滴入反应体系中，滴加时间不小于30min，接着继续0℃条件搅拌1h，移去冰浴在室温条件下反应1h，再加热至65℃回流12h。待反应结束后冷却至室温，减压蒸馏除去大量甲醇后重结晶，过滤用石油醚洗涤得到白色固体(即化合物2)16g，产率为64％。

实施例3

化合物3的合成

将TDC(2,2,5-三甲基-1,3-二恶烷-5-甲酸)(9.0g，51.6mmol)和化合物2(10.8g，51.6mmol)溶解在120mL无水二氯甲烷中。然后加入N,N'-二环己基碳二亚胺(DCC)(16g，77.5mmol)和4-二甲基氨基吡啶(DMAP)(1.6g，13.1mmol)并室温下搅拌24h。过滤除去不溶性杂质后，浓缩滤液，用石油醚/乙酸乙酯1：1作为洗脱液，用硅胶柱色谱法纯化后得到的粘稠油状物，将产物真空干燥。得到白色固体(即化合物3)15.65g，产率为83％。

实施例4

化合物4的合成

将化合物3(42.5g，116mmol)溶于甲醇中，35℃条件下搅拌反应，TLC跟踪反应，反应完全后加入适量Dowex-H

实施例5

化合物5的合成

将化合物4(3.25g，10mmol)加入到干燥的二氯甲烷(40mL)中搅拌均匀，充入氮气，接着加入4-戊酸酐(5.34g，30mmol)、4-二甲氨基吡啶(0.66g，5.4mmol)和吡啶(7.6mL)。室温搅拌16h，TLC监测反应完全，反应液用NaHSO

实施例6

化合物M

将化合物5(1.00g，2.06mmol)和1-叠氮基-α-D-吡喃甘露糖(0.42g，2.06mmol)溶于8mL的甲醇中，接着加入氯化亚铜(0.41g，4.12mmol)，在室温下搅拌24h，TLC监测直至反应完全，过滤除去不溶物，用甲醇洗涤，直接过硅胶柱，得到淡黄色油状物M

化合物M

化合物M`：

实施例7

化合物M

将化合物M`(1.00g，2.06mmol)和1-叠氮基-β-D-吡喃葡萄糖(0.50g，2.47mmol)溶于8mL的甲醇中，接着加入氯化亚铜(0.61g，6.18mmol)，在室温下搅拌24h，TLC监测直至反应完全，过滤除去不溶物，用甲醇洗涤，直接过硅胶柱，得到淡黄色油状物M

实施例8

化合物M

将化合物M

实施例9

ROMP聚合制备无保护基同(异)类含糖聚合物制备

在真空手套箱中，称取含糖单体M(0.1117mmol，分别为M

所制得的糖聚合物分别对应为糖聚合物P(Man+Man)、糖聚合物P(Man+βGlu)和糖聚合物P(Man+βGal)，其

通过对无保护基含糖聚合物的GPC测试，所得聚合物的数均分子量在7.9×10

Table 1Characterization of the glycopolymers via GPC

相比于其他含糖衍生物聚合方法，本发明在含糖单体和聚合物的制备上具有以下创新性：

在实施例5中：

由于化合物5中含有酯，因此通过常见的威廉姆逊合成法在末端官能团引入端炔，并不适用，该方法会生成卤化氢从而使酯发生水解。本发明创新性的选用了4-戊酸酐用作酰化剂，直接通过酯化法引入端炔，适用于难以反应的酚羟基或空间位阻较大的羟基化合物，且不会使酯发生水解，产率高达90％。

在实施例6中：

目前CuAAC比较经典的反应体系是五水硫酸铜与抗坏血酸钠在叔丁醇和水混合溶剂的反应，但是抗坏血酸钠偏碱性，会使化合物5中的酯键发生水解。因此本发明选择了以氯化亚铜为催化剂，在甲醇溶液中常温反应，解决了无保护基糖难溶于有机溶剂，且在反应体系中加入醇会抑制酯的水解等问题，从而在室温下反应得到了无保护基同(异)类的糖单体。

在实施例9中：

由于无保护基的糖单体在有机溶剂中的不溶性，且质子溶剂对Grubbs催化剂的活性有一定的抑制作用，因此，关于无保护基糖单体在均相溶剂中的ROMP鲜有报道。本发明选择了良好的非质子性溶剂—N,N’-二甲基甲酰胺，其具有良好的溶解性，能溶解无保护基糖单体，并且不会抑制Grubbs催化剂的活性。通过开环易位聚合，在Grubbs三代催化剂作用下，制备得到结构规整、分子量可控、窄分子量分布的含有无保护基的同(异)类含糖聚合物。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。