（应用化学专业论文）ATRP法合成含糖嵌段共聚物及其自组装研究.pdf

s u 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：监 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文和汇编本学位论文。 匦开口保密(年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：选导师签名：链日期： 济南大学硕士学位论文 目录 摘要i i i a b s t r a c t v 第一章绪论1 1 1 课题研究背景。1 1 2 原子转移自由基聚合概述1 1 2 1 活性可控聚合1 1 2 2 原子转移自由基聚合3 1 3 含糖聚合物一5 1 3 1 含糖聚合物的种类5 1 3 2 含糖聚合物的化学合成6 1 4 嵌段共聚物的自组装8 1 4 1 嵌段共聚物在水中的自组装9 1 4 2 两亲嵌段共聚物的胶束性质1 0 1 4 3 环境对胶束的影响1 1 1 4 4 聚集体形貌的表征1 2 1 5 课题研究的主要内容1 2 第二章含糖嵌段共聚物的合成1 5 2 1 引言l5 2 2 实验原料与仪器1 5 2 2 1 主要原料1 5 2 2 2 实验仪器1 6 2 3 实验过程17 2 - 3 1 原料预处理1 7 2 3 2 大分子引发剂的合成1 7 2 3 3 含糖单体的合成。1 8 2 3 4 含糖嵌段共聚物的合成。1 9 2 4 性能测试方法与结构表征2 0 2 4 1 傅里叶变换红外光谱( f t - m ) 2 0 2 4 2 核磁共振氢谱( 1 h n m r ) 2 0 2 4 3 渗透凝胶色谱( g p c ) 2 0 2 5 结果与讨论2 0 2 5 1 大分子引发剂。2 0 2 5 2 含糖单体2 4 2 5 3 含糖嵌段共聚物2 5 2 6 本章小节2 9 第三章含糖嵌段共聚物在水中的自组装行为31 3 1 引言3l 3 1 1 胶束形成机理。3 1 3 1 2 荧光探针概述3 1 3 1 3 透射电子显微镜概述3 2 3 2 实验原料与仪器3 3 3 2 1 主要原料3 3 3 2 2 实验仪器3 3 a t r p 法合成含糖嵌段共聚物及其自组装研究 3 3 实验方法3 4 3 3 1 临界含水量( c w c ) 的测定3 4 3 3 2 临界胶束浓度( c m c ) 的测定3 4 3 3 3 嵌段共聚物胶束的制备3 5 3 3 4 胶束形貌的测定3 5 3 3 5 溶液环境对胶束的影响3 5 3 4 性能测试方法与结构表征3 6 3 4 1 紫外可见光谱( u v - v i s ) 一3 6 3 4 2 荧光分光光谱( f s ) 3 6 3 4 3 透射电子显微镜( t e m ) 3 6 3 5 结果与讨论3 6 3 5 1 临界含水量( c w c ) 3 6 3 5 2 临界胶束浓度( c m c ) 4 0 3 5 3 胶束形貌4 5 3 6 溶液环境对胶束的影响4 9 3 7 本章小结5 0 结论5l 参考文献5 3 j l | 【谢5 7 附勇之5 9 济南大学硕卜学位论文 摘要 本文在合成含糖单体6 d - 甲基丙烯酰基。l ，2 ；3 ，4 双d 异亚丙基d 吡喃半乳糖 ( p m a 口g ) 的基础上，利用原子转移自由基聚合( a t i 冲) 技术，制备了一系列结构 明确、分子量可控且分子量分布窄( m 卅n 1 3 ) 的嵌段共聚物。利用核磁共振氢 谱( 1 hn m r ) 、紫外可见光谱( u v 二s ) 、渗透凝胶色谱( g p c ) 、红外光谱( f t - 瓜) 、 荧光分光光谱( f s ) 、透射电子显微镜( t e m ) 等多种手段对其结构和自组装行为进 行了表征。 通过不同分子量的的聚乙二醇( p e g ) 与a 溴异丁酰溴的酯化反应，制备了三种 带有端基溴的大分子引发剂。以苯甲醚为溶剂，c u b r p m d e t a 为催化体系，引发了 含糖单体6 - o - 甲基丙烯酰基1 ，2 ；3 ，4 双d 异亚丙基d 吡喃半乳糖( m a 口g ) 的原子 转移自由基( 删) 聚合，分别得到a b 型两嵌段共聚物m p e g m - b p m a l p g 和a b a 型含糖三嵌段共聚物p m a 口g n - 6 p e g m b - p m a l p g n 。核磁共振氢谱( 1 hn m r ) 、渗透 凝胶色谱( g p c ) 、红外光谱( f t _ m ) 分析表明，这一系列嵌段共聚物结构明确，分 子量可控且分子量分布较窄( m w m n 1 3 ) 。 含糖嵌段共聚物在选择性溶液中可进行自组装，形成了以疏水链段p m a l p g 为 核，亲水链段p e g 为壳的“核壳”状胶束结构，整个自组装过程利用紫外可见( u v 二s ) 和荧光分光光谱( f s ) 进行监测，临界含水量( c w c ) 和临界胶束浓度( c m c ) 值 随疏水链段p m a l p g 长度及溶液浓度增加而减小。改变含糖嵌段共聚物的结构，a b 型嵌段共聚物较a b a 型在相同疏水亲水段长度比例情况下具有更小的c w c 及c m c 值。 透射电子显微镜( t e m ) 观察证实，含糖嵌段共聚物自组装形成的胶束为球状 和囊泡状，当疏水链段含量较小时无法形成明显胶束，随着比例增大可形成中空的囊 泡结构和球状胶束。共聚物浓度较高时形成的胶束聚集现象较为严重，降低溶液浓度， 胶束分散性增加。a b 型嵌段共聚物可以形成外壁清晰的囊泡和球状胶束，而a b a 型的胶束在同等情况下只能形成边缘不清晰的囊泡状结构。 利用紫外可见分光光谱( u v - v i s ) 考察了含糖嵌段共聚物胶束在不同p h 下的吸 光度变化。胶束溶液对p h 变化较为敏感，在无机酸溶液中，随p h 降低，氢键作用 促使胶束发生聚集，溶液变浑浊。在低浓度有机酸三氟乙酸中，胶束无明显变化，高 浓度时，羟基的保护基团异亚丙基被脱除，p m a l p g 变为亲水链段，含糖嵌段共聚物 n i a t r p 法合成含糖嵌段共聚物及其自组装研究 变为双亲水性，胶束结构被破坏，溶液变澄清。 关键词：原子转移自由基聚合；聚乙二醇；糖；嵌段共聚物；自组装；胶束 i v 济南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e s u g a r - b e a r i n g m o n o m e r 6 - o - m e t h a c r y l o y l 一1 ，2 ；3 ，4 一d i - 0 一i s o p r o p y l i d e n e - d g a l a c t o p y r a n o s e ( m a l p g ) w a ss u c c e s s f u l l ys y n t h e s i z e d i nt h i sw o r k t h r o u g ha t o m t r a n s f e r r a d i c a l p o l y m e r i z a t i o n ( a t r p ) ，as e r i e s o fa m p h i p h i l i cb l o c kc o p o l y m e r s c o n t a i n i n gd - g a l a c t o p y r a n o s ea n dd i f f e r e n tm o l e c u l a rw e i g h tp e gw e r ep r e p a r e du s i n g p m d e t a c u b r 嬲c a t a l y t i cs y s t e ma n da n i s o l 嬲s o l v e n t t h ec h e m i c a ls 缸u c t i l r ea n d c o m p o s i t i o no ft h er e s u l t a n tc o p o l y m e r sw e r ev 耐f i e db y1 hn m ra n di n f r a r e d s p e c t r o s c o p y ( u t h em o l e c u l a rw e i g h t sa n dm e i rp o l y d i s p e r s i t i e sw e r ec h a r a c t e r i z e db y g e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h y ( g p c ) t h es e l f - a s s e m b l yb e h a v i o ri na q u e o u ss o l u t i o n w a sc h a r a c t e r i z e d b y f l u o r e s c e n c e s p e c t r o m e t e rs p e c t r a 伊s ) ，u l t r a v i o l e t - v i s i b l e s p e c t r o p h o t o m e t e r ( u v - v i s ) a n dt r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p e ( t e m ) t h er e s u l t s i n d i c a t et h a tt h ep o l y m e r i z a t i o nf o l l o w st h et y p i c a lm e c h a n i s mo f a t r p t h em a c r o i n i t i a t o r sw e r es y n t h e s i z e db yt h ee s t e r i f i c a t i o nb e t w e e np o l y ( e t h y l e n e g l y c 0 1 ) w i t hd i f f e r e n tn u m b e r - a v e r a g em o l e c u l a rw e i g h ta n d2 - b r o m o i s o b u t y r y lb r o m i d e t h ea m p h i p h i l i cb l o c kc o p o l y m e r si n c l u d i n ga b t y p ed i b l o c km p e g m - b - p m a i p g na n d a b a t y p et r i b l o c kc o p o l y m e r sp m a l p g n - b p e g m - b - p m a i p g nw e r eo b t a i n e dv i aa t r p , w h i c hp o s s e s sw e l l - d e f i n e ds 仃u c t u r ea n dn a r r o wm o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o n ( m j m n 1 3 ) i ns e l e c t i v es o l v e n t ，t h e s e s u g a r - b e a r i n ga m p h i p h i l i cb l o c kc o p o l y m e r sf o r m e d 8 0 一c a l l e d “c u t - c r e w ”m i c e l l es t r u c t u r e 丽lh y d r o p h o b i cb l o c kp m a l p g 雒t h ec o r ea n d h y d r o p h i l i cb l o c kp e gl o o pc h a i n 嬲t h ec o r o n a u l t r a v i o l e t - v i s i b l es p e c t r o p h o t o m e t e r ( u v - v i s ) a n df l u o r e s c e n c es p e c t r o m e t e r ( f s ) w e r ee m p l o y e df o rt h em e a s u r e m e n t so f c r i t i c a lw a t e rc o n t e n t ( c w c ) a n dc r i t i c a lm i c e l l ec o n c e n t r a t i o n ( c m c ) t h ec w ca n d c m cd e c r e a s ew i t hi n c r e a s i n gt h el e n g t ho fh y d r o p h o b i eb l o c kp m a l p gt h eh i g h e r s o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n ，t h el a r g e rv a l u eo fc w ca n dc m c ，w h i c hi n d i c a t e st h es o l u t i o no f c o p o l y m e rw i mh i g hc o n c e n t r a t i o nw a se a s i e rt of o r mm i c e l l e u n d e rt h es a m ec o n d i t i o n , a b - - t y p ec o p o l y m e rh a ds m a l l e rv a l u eo fc w c a n dc m ct h a na b a - - t y p ec o p o l y m e r t h et r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p e ( t e m ) c a nd i r e c t l yo b s e r v et h em o r p h o l o g i e s o ft h ea g g r e g a t e s t h em i c e l l ef o r m e db yt h es e l f - a s s e m b l yb e h a v i o ro fs u g a r - b e a r i n g b l o c kc o p o l y m e rw e r em a i n l ys p h e r i c a la n dv e s i c l e a l o n g 谢mt h eh i g hr a t i oo fc h a i n l e n g t ho fp m a l p gb l o c kt op e gb l o c k ，t h em o r p h o l o g yo fm i c e l l eb e c o m ev e s i c l ew i t l l h o l l o ws t r u c t u r ea n ds p h e r i c a lw h e nt h er a t i od e c r e a s e dt oac e r t a i nd e g r e e ，t h e yw e r e u n a b l et of o r mc l e a rm o r p h o l o g y c o m p a r e dw i t hs o l u t i o ni nl o wc o n c e n t r a t i o n ，h i g h a t r p 法合成笛褥嵌段共聚物及冥目组装研冗 c o n c e n t r a t e ds o l u t i o nw a sm o r el i k e l yt or e s u l ti n t h eo c c u r a n c eo fs e v e ra d h e s i o n p h e n o m e n o n a b - t y p eb l o c kc o p o l y m e rc a nf o r ms p h e r i c a la n dv e s i c l ew i t l lc l e a re l i i f , w h i l et h ea b a - t y p ec a no n l yf o r mu n c l e a rc l i f fu n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s 1 1 1 ea b s o r b e n c yo f m i c e l l ef o r m e db ys u g e r - b e a r i n gb l o c kc o p o l y m e rw a si n s p e c t e d u s i n gu l t r a v i o l e t - v i s i b l es p e c t r o p h o t o m e t e r ( t y v - v a s ) i nd i f f e r e n ts o l u t i o n s 1 1 1 em i c e l l e w a ss e n s i t i v et op hi ni n o r g a n i ca c i ds o l u t i o n , w i t hd e c r e a s i n go f p h ，m i c e l l ea g g r e g a t e d b yh y d r o g e nb o n d i n gi n t e r a c t i o na n d t h es o l u t i o nt u r n e dt u r b i d t h e r ew a sn oo b v i o u s c h a n g eo ft h em i c e l l ei nl o wc o n c e n t r a t i o no ft r i f l u o r o a c e t i ca c i d ( t f a ) ，w h i l eh i g h e rt h e c o n c e n t r a t i o n , i s o p r o p y l i d e n e ，t h ep r o t e c t i n gg r o u p o fh y d r o x yw a sr e m o v e d ，t h e h y d r o p h o b i cb l o c kp m a l p g b e c a m e h y d r o p h i l i c ，t h es t r u c t u r eo f m i c e l l a rw a sd e s t r o y e d , t h es o l u t i o nt u r n e dt r a n s p a r e n t k e yw o r d s ：a t o mt r a n s f e rr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ；p o l y ( e t h y l e n eg l y c 0 1 ) ；s u g a r ；, a m p h i p h i l i cb l o c kc o p o l y m e r ；s e l f - a s s e m b l e ；m i c e l l e v i 济南大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 随着交叉学科研究的深入，糖类作为广泛存在于生物体中，具备生物活 性及生理功能的物质，受到了高分子科学家的青睐，人工合成了多种含糖聚 合物，并研究了它们的基本性质及潜在应用价值。当合成的共聚物具有分子 量及其分布可控，含糖基团结构及分布明晰等特点时，才具有优异的仿生功 能【1 1 ，而利用原子转移自由基聚合法( a t r p ) 制备分子量可控且分子量分布 窄的共聚物可以很好的满足，所以a t r p 法合成含糖嵌段共聚物，并对其自组 装行为进行研究，成为了近年来高分子学界十分热门且具有广阔发展前景的 研究方向【2 1 。 1 2 原子转移自由基聚合概述 1 2 1 活性可控聚合 活性厨控自由基聚合( 1 i v e c o n t r o l l e dr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n , c r p ) 是高分 子化学领域的重要合成技术，是实现分子设计，合成一系列结构不同、性能 特异的聚合物材料的重要手段。c r p 主要优点如下： 1 、聚合反应为一级动力学过程。 2 、聚合物的数均分子量决定于单体和引发剂的浓度比，数均分子量和转 化率成正比，即可以通过单体和引发剂的配料比与单体的转化率来控制分子 量。 3 、活性种的寿命长，这是活性聚合法成为制备嵌段聚合物的主要方法和 重要原因。 4 、所得聚合物的分子量分布窄，近似于单分散( m n m w 1 5 ) 活性可控自由基聚合概念由s z w a r c 3 】在1 9 5 6 年首先提出，以无氧四氢呋 喃( t h f ) 为溶剂，由萘钠引发了苯乙烯的聚合，活性种浓度经长期放置仍保 持不变，加入第二种单体制得了嵌段共聚物。活性可控自由基聚合在2 0 世纪 8 0 、9 0 年代取得了突破性进展【4 】，目前活性自由基聚合的方法主要有过渡金 属催化原子转移自由基聚合法( a t r p ) 、稳定氮氧介导自由基聚合 a t l i p 法合成含稽嵌段共聚物及其自组装研究 ( s f i 冲瓜o m ) 、二硫代苯甲酸酯类化合物作用下的可逆加成断裂链转移聚合 法( r a f t ) 以及引发转移终止剂( i n i f e r t e r ) 法等【5 1 。实现活性聚合的共同点 是将高活性的增长链自由基经过可逆钝化过程转变为共价键结构的休眠种， 从而降低了自由基的浓度，避免了增长链自由基的双分子终止现象的发生。 由于休眠种能够可逆分解重新活化成链自由基，又能够进行反应，从而实现 了活性自由基聚合。在此基础上，当得到的聚合物分子量符合理论计算值， 且分子量分布窄时( 分布指数n 1 5 ) 的聚合过程称为可控聚合。 这两者一般统称为活性可控自由基聚合。活性可控自由基聚合要求聚合 过程中引发剂能定量快速引发，可利用引发剂的加入量来控制聚合物的分子 量及其分布，活性种和休眠种之间能够实现快速可逆平衡，从而降低体系中 活性自由基的浓度，并使所有自由基能够以平均的速度增长，实现控制分子 量及其分布的目的，体系中较小的增长链浓度降低了耦合终止反应，迅速的 转化为休眠种降低了向其它物质转移的几率，从而降低了体系中链终止和链 转移的几率【6 1 。 1 2 1 1 稳定氮氧介导自由基聚合( s t a b l ef r e r r a d i c a i p o i y m e r i z a t i o n ，s f r p n i t r o x i d e - m e d i a t e dp o i y m e r i z a t i o n n m p ) 稳定氮氧介导自由基聚合主要是使用氮氧自由基进行调控的自由基聚合 反应，首次报道于1 9 9 3 年。此种聚合主要用于以聚苯乙烯及其衍生物为主的 高分子合成【刀。s f r p n的一大优点就是得到的产物中没有无机物残留。最 常用的氮氧自由基是t e m p o ( 2 ，2 ，6 ，6 ，四甲基氧化哌啶) ，且已实现商业化， s f r p n m p - - 般采取本体聚合或浓度很高的溶液聚合，因而易造成散热和产物 提纯方面的问题。近来研究采用开链的脂肪氮氧自由基为失活剂，使得( 甲 基) 丙烯酸酯类等单体也实现了活性自由基聚合【8 1 。 1 2 1 2 自由基可逆加成断链链转移聚合( r e v e r s i b l ea d d i t i o n - - f r a g m e n t a t i o n t r a n s f e rp o l y m e r i z a t i o n ，r a f t ) r a f t 技术是基于链转移剂( 双硫酯或三硫代碳酸酯) 的可逆加成断裂平 衡来调控体系活性自由基浓度，以达到控制聚合的目的【9 d 0 1 。反应机理如图1 1 所示，通过改变引发剂与r a f t 试剂初始浓度的比值可有效地控制聚合物分 子量及其分布，使用单体广泛。如苯乙烯( s t ) 、( 甲基) 丙烯酸酯类等常用单 体，以及丙烯酸、苯乙烯磺酸钠等水溶性单体。 2 济南大学硕士学位论文 睁工s 导吖s 丫s i k f r g , m j s 雌 图1 1r a f t 反应机理：p 。为引发基团，ka c i 、k d e 孔t 分别为活化和 失活反应速率常数，p + m 为链增长基团， ，。为碳硫双键形成系数 瓯m 为碳硫双键打开系数 f i g 1 1t h em e c h a n i s mo f r a f t ：p 。n a si n i t i a t eg r o u p ；k k d c ta sa c t i v a t i o n d e a c t i v a t i o n a r e a f i o nr a t ec o n s t a n t ；p 。ma sc h a i ng r o w t hg r o u p ；n 勰c a r b o n - s u l f u rb o n df o r m 撕0 n c o e f f i c i e n t ；l ；醯ma sc a r b o n s u l f u rb o n df r a c t u r ec o e m c i e n t ； 利用r a f t 法，e r i c 等【1 1 】合成了在水中以p m m a 为核，p e g 为壳的两亲性 三嵌段共聚物( 甲基丙烯酸甲酯c 0 甲基丙烯酰琥珀酰亚胺一目聚乙二醇) 。用 d o w 澍其进行功能化，螯合放射性“c u 细胞核，使得生物体内的正电子发射 断层显像。 1 2 2 原子转移自由基聚合 原子转移自由基聚合( a t o mt r a n s f e rr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ，a t r p ) 是活性 可控聚合的另一个重要组成部分，于1 9 9 5 年由王锦山和m a t y j a s z e w s k i 1 2 】首 次发现，提出a t r p 以简单的含卤有机物为引发剂、过渡金属配合物为卤原子 载体，通过氧化还原反应，在活性种与休眠种之间建立可逆的动态平衡，实 现了对聚合反应的控制。 a t r p 反应体系由以下几部分组成：单体、引发剂、催化剂、配体及溶剂 等。配体的存在是为了使过渡金属盐更好地溶解在有机溶剂中，并改变变价 金属催化剂的氧化还原电势，使体系更易进行原子转移反应。常用的变价金 属催化剂包括有铜、钌、铁、钼、铼、以及镍的络合物，能够进行可控聚合 的单体包括非极性单体苯乙烯、极性单体例如( 甲基) 丙烯酸酯、( 甲基) 丙 烯酰胺等乙烯类单体，并已实现了开环聚合，聚合方法有本体、溶液和乳液 聚合等。“活性自由基聚合体系的引发体系一般由卤化物和过渡金属络合物 组成。 a t r p 的一般机理如图1 2 所示，可简单表示为：在反应中，活性种是通 过过渡金属催化可逆单电子转移的还原过程产生的，这个过程造成烷基和卤 原子的共价键断裂，得到烷基自由基。高分子链的增长方式与常规的自由基 a t r p 法合成含糖嵌段共聚物及其自组装研究 ：垒( r 旱，+ x m ty l i g l r - x + m t n - y l i g a n d y l i g a n d ；i = fr ，+ x _ 。 a c t m 蒜e f 入t e 肌i n a t i o n 图1 2 a t r p 反应机理：r - x 为卤代烷，m ，、m 。n + 1 分别为还原态和氧化态过渡金属， y 为配位剂，k 嘲、硒酬分别为活化和失活反应速率常数， k 。为增长反应速率常数，k 为终止反应速率常数。 f i g 1 2t h em e c h a n i s mo f a t r p ：r - x a sa l k y lh a l i d e ；mt n mtn + 1a sr e d o r d o x i d a t i o ns t a t e t r a n s i t i o n a lm e t a l ；ya sc o o r d i n a t i o na g e n t ；k 砌、k d 瞄c ta sa c t i v a t i o n d e a c t i v a t i o na r e a t i o nr a t e c o n s t a n t ；k p 嬲g r o w t h r e a c t i o nr a t ec o n s t a n t ；k t 鹪t e r m i n a t er e a c t i o nr a t ec o n s t a n t ； 聚合相同，速率为岫，在引发的初始阶段只有不超过5 的高分子增长链被终 止。一个控制良好的a t r p 反应不仅链终止反应较少，而且所有的链都有一个 统一的增长，这是靠快速引发和可逆平衡实现的【6 】。由于a t r p 对很多官能团 不敏感，因此可使用带有不同官能团的引发剂，在产物中引入带有乙烯基、 羟基、环氧基及氰基等不同的官能团。产物的末端带有卤原子，既可以脱去， 也可以通过进一步进行a t r p ，连接上其它的官能团，因此a t r p 是控制大分 子结构、合成功能高分子的一个很好的途径【1 3 4 4 1 。另外，和传统合成高分子 方法相比，合成的高效率可以减少原料的浪费，反应产生的污染也较少。综 上所述，a t r p 具有可聚合单体范围广，反应条件温和，分子设计能力强等一 系列优点，是目前最重要的活性可控自由基聚合方法，在许多领域都得到了 广泛的应用【1 5 1 。 李桂英【1 6 】首先提出，以混合溶剂丁酮和异丙醇为溶剂，通过a t r p 法制 备了两嵌段共聚物丙烯酸叔丁酯和n - 异丙基丙烯酰胺共聚物 ( p t b a 6 - p n i p a m ) 。g p c 结果表明，嵌段共聚物具有可控分子量及分子量窄 分布的特点，并能够在水溶液中进行自组装，具有对p h 和温度的双重敏感性， 在作为药物控释材料方面具有潜在的应用价值。 现阶段，利用a t r p 技术制备多嵌段共聚物主要有两种方法，分别是：1 、 利用单官能团引发剂，通过先后顺序不同加入所需单体进行聚合；2 、选择含 有多官能团的引发剂，进行活性对称聚合。 以第一种方法为例，引发剂首先引发单体a 进行聚合，反应完毕后再加 入单体b ，随后再加入a 单体或第三种单体c ，形成的共聚物结构可以为对 4 济南大学硕士学位论文 称的a b a 型1 7 】或者非对称的a b c 型三嵌段共聚物。在第二种聚合方法中， 以含两种官能团引发剂为例，首先引发b 单体进行聚合，在通过与a 单体聚 合形成a b a 型对称结构，再以以合成的a b a 型三嵌段共聚物为大分子引发 剂，可引发单体c 进行三次聚合，形成对称五嵌段共聚物c a b a c 。当引发剂 中含有的官能团继续增多，最终合成的共聚物结构会更加复杂，呈树枝状【1 9 】 或星状【2 们。当需要聚合的最终产物为多嵌段共聚物时，可采用逐步法或着连 续法，也称“一锅法 进行反应，前者于a 单体反应完毕后分离提纯再引发 b 单体共聚，以此类推。后者在前一个单体完全转化后再加入下一个单体进行 聚合。 1 3 含糖聚合物 糖类，又称为碳水化合物( s a c 圮h a r i d e ，c a r b o h y d r a t e ，s u g a r ) ，是具有多 羟基醛或多羟基酮的非芳香类分子特征物质的统称。作为自然界中的一类重 要化合物，广泛存在于动植物有机体中，日常可食用的蔗糖，植物中的淀粉、 纤维素等都属于糖类。同时，糖类在生命活动中也起着重要的作用，是一切 生命体维持生命活动所需能量的主要来源。在生物体内是除蛋白质和核酸以 外的一类重要的生物分子。在生命过程中它可以以多糖( p o l y s a c e h a r i d e ) 或 寡糖( o l i g o s a c c h a r i d e ) 的游离形式存在，或者是以糖缀合物( g l y c o e o n j u g a t e ) 的形式，依靠共价键与其它生物大分子形成化合物，如糖酯( g l y c o l i p i d s ) 和 糖蛋白( g l y c o p r o t e i n s ) 等参与生命活动，并起着十分重要的作用。以肝素 ( h e p a r i n ) 为例，作为糖酯，在血液凝固过程中起着重要作用【2 1 】；又如关节 的润滑液多糖( h y a l u r o n a n ) 2 2 】，除具有润滑和缓冲作用外，还可以用于治疗 关节炎和风湿性关节炎上，细胞表面的糖还参与细胞的识别、融合、新陈代 谢等。因此，利用人工合成的方法模拟糖类结构研究其性质，对于现代医学 在疾病发病机理方面的研究和针对性药物的研制等方面具有现实和深远的意 义【2 3 1 。 1 3 1 含糖聚合物的种类 人工合成的含糖聚合物可模拟生物体内糖缀合物，具有生物相容性，有 些特定聚合物可用来对蛋白质进行识别，已合成的含糖聚合物主要有线型、 5 a t r p 法台成含裙嵌段共聚物及其目组装研究 梳型、树枝状及交联状。线型即直线链状，主要官能团位于主链上，脱水糖 ( a r d a y d r os u g a r ) 聚合是合成此类糖聚合物一般方法；梳型含糖聚合物一般是 由可聚合的含糖单体制备而成，其主要官能团位于侧链上，此类聚合物也叫 糖聚合物( g y c i d p o l y m e r ) 树枝状结构是通过逐步反应由支化含糖单体制备而 成，与线性含糖聚合物相比，树状支化聚合物，已被认为是制备纳米材料、 分子器件和药物传输系统的基本构筑单元【2 4 1 。交联结构聚合物具有在水中能 够膨胀并轻度交链的网络结构，其亲水性很好，可用于制备药物传输体系的 载体【2 5 1 。 1 3 2 含糖聚合物的化学合成 化学合成、酶催化合成以及酶化学合成是制备含糖聚合物的主要方法。 在糖的分子结构中含有多个位置和反应活性相近的羟基，为使得控制合成的 含糖共聚物能够具有与天然糖类相似的立体规整结构以利于人工模拟，需要 通过对其中的部分羟基进行选择性保护，实现定向修饰。所以，在现代高分 子研究中，利用高产率糖苷化反应方法以及对羟基进行保护与脱保护为含糖 聚合物的化学合成提供了现实可能。收敛法和发散法是合成含糖树支状共聚 物分子大分子的主要制备方法。而交联状的含糖聚合物需要在线性或着梳型 共聚物的基础上进行交联反应后制的的，也可以通过与交联剂的共聚反应， 使得糖单体聚合成为网状结构【2 3 】。 1 3 2 1 含糖烯类单体聚合法制含糖聚合物 含糖聚合物具有水溶性及良好的生物相容性，并且能够结合其他有机物 质，具有蛋白质识别作用等生物学应用，因而，对于含糖聚合物的研究具有 潜在的应用价值，受到了化学和生物学界的广泛关注，通过前期的研究，含 糖聚合物在药物包覆传输等方面已经得到了应用。 在含糖嵌段聚合物的相关报道中，主要合成方法是在含糖母体的基础上 接上不饱和双键聚合而成，目前主要的单体有( 甲基) 丙烯酸酯类【2 6 - 2 7 、( 甲 基) 丙烯酰胺类和苯乙烯类【2 9 】等。 普通自由基聚合法得到的含糖的聚合物的分子量和其分布不易控制，结 构不明确，实验重复性差，由于可控活性聚合能够得到结构明确、分子量分 布窄的含糖聚合物，近年来得到了较快发展。现阶段它们主要由以下几种聚 6 济南大学硕上学位论文 合方式： ( 1 ) 活性离子聚合 活性离子聚合能够在一定程度上控制合成具有立体结构的含糖嵌段共聚 物，但是反应条件较为苛刻。 ( a ) 阴离子活性聚合 活性阴离子聚合需要在惰性质子溶剂体系中反应，在银离子存在下通过 苯乙烯、共轭二烯、乙烯基吡啶类单体聚合得到相应的嵌段聚合物，同时对 这些单体的纯度要求非常高且不能具有吸电性强或表现为酸性的质子官能 团，反应需要在低温无氧环境下进行。y e 等在7 8 ( 2 的低温下，使用t h f 为 反应溶剂，l ，1 二苯基己基锂氯化锂为催化体系实现了含糖单体的阴离子活性 聚合，为进一步得到多嵌段共聚物，又加入了第二单体甲基丙烯酸1 ，1 二氢化 氟代辛基酯。产物的结构明确，分子量分布窄。在含量为9 0 的三氟乙酸水 溶液中对共聚物脱保护，室温下将疏水链段转变为了亲水链段。 ( b ) 阳离子活性聚合 ； 同阴离子体系要求相近，阳离子活性聚合对反应环境要求也较高，乙烯 基醚类单体和苯乙烯类单体常被作为阳离子聚合的单体。利用h f l 2 或h i 弱路 易斯酸稳定增长链实现聚合反应。y a m a d a 等【3 1 】使用羟基被乙酰基进行保护， 氨基被邻苯二甲酰基保护的d 一氨基葡糖的乙烯基醚类单体，在复合引发体系 三氟乙酸、二氯乙基铝及1 ，4 _ 二氧六环中，稳定增长链端，0 c 以下反应，实 现了活性阳离子聚合，得到的含糖嵌段共聚物分子量可控且分布窄。为进一 步制备具有两亲性的共聚物，使用了水合肼脱除保护。 ( 2 ) 活性可控自由基聚合 ( a ) 原子转移自由基聚合( a t i 冲) o h n o t 3 2 】最早将原子转移自由基聚合( a t r p ) 技术应用在含糖聚合物的制