含聚乙二醇侧链的碳酸酯单体的合成新路线*

王 琼，冯 磊，陈 强，3

(1.常州大学石油化工学院，江苏常州213164;2.常州南京大学高新技术研究院，江苏常州 213164;3.南京大学化学化工学院，江苏南京 210093)

以侧链含有短链聚乙二醇为结构特征的聚合物，由于可在人体温度附近发生温度敏感性相转变，而成为新一代智能型生物材料［1－3］，受到生物医学领域的广泛关注。含有聚乙二醇侧链的脂肪族聚碳酸酯作为该类材料的代表［4－5］，正成为当前生物材料研究的热点。其中，合成的重点是含有聚乙二醇侧链的碳酸酯功能单体［6－7］。

Akashi等［8］以三羟甲基乙烷(1)为原料，设计了5步合成侧链带低聚乙二醇的六元环状碳酸酯单体的路线。该路线以苯甲醛保护两个羟基，然后对侧链进行聚乙二醇醚化，再经脱保护后制得关环前体，进而关环制得单体。该路线采用不易放大的醚化工艺和繁琐的保护-脱保护步骤，且使用了昂贵的关环试剂，反应路线较长，收率较低［17%(m=3)和3%(m=4)］，不适于工业化生产。

鉴于此，本文设计了含聚乙二醇侧链的碳酸酯单体简便的3步合成路线。以1为原料经酯交换和热解脱羧制得氧杂环丁烷(2);2分别与聚乙二醇醚［3a(m=3)或3b(m=4)］经开环反应制得二醇前体(4a和4b);4a和4b分别与三光气经关环反应合成了两个含聚乙二醇侧链的碳酸酯单体(5a和5b，Scheme 1)，其结构经1H NMR，13C NMR和IR确证。并以4a的合成为模板，对反应条件进行优化。

Scheme 1

该合成路线将文献［8］方法的5步反应简化为3步，单体的总收率分别由17%提高至44.8%(m=3)，由3%提高至31.2%(m=4)。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker AVANCEⅢ400M型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标);Nicolet 460型红外光谱仪(KBr压片)。

［9］方法合成;其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1)4a和4b的合成

在反应瓶中依次加入3a 1.8 L(12 mol)和浓硫酸几滴，搅拌下升温至135℃，缓慢滴加2 102 g(1 mol)的3a(400 mL)溶液，滴毕，保温反应6 h。冷却，减压回收过量3a，减压蒸馏(178℃ ～180℃，266 Pa)得无色液体4a 168.5 g。

以3b(3 L)代替3a，用类似方法(于150℃反应8 h，减压蒸馏条件:186℃ ～187℃，133 Pa)合成无色液体4b 163.5 g。

4a:收率 63.3%;1H NMR δ:3.69 ～ 3.58(m，14H)，3.57 ～3.51(m，4H)，3.38(s，3H)，2.95(s，2H)，0.78(s，3H)。

4b:收率 52.7%;1H NMR δ:3.71 ～ 3.59(m，18H)，3.57 ～3.50(m，4H)，3.38(s，3H)，3.14(s，2H)，0.78(s，3H)。

(2)5a 和 5b 的合成［6－7，10］

在反应瓶中依次加入 4a 133.0 g(0.55 mol)，吡啶20 mL和无水THF 1.5 L，搅拌使其溶解;升温至60℃，缓慢滴加三光气50.4 g(0.17 mol)的无水THF(560 mL)溶液，滴毕，反应11 h。过滤除去盐酸盐，滤液回收THF，残余物用二氯甲烷萃取，合并萃取液，减压蒸馏(193℃ ～196℃，266 Pa)得无色液体 5a 123.6 g。

用类似方法(反应12 h，减压蒸馏条件:209℃ ～210℃，133 Pa)合成无色液体5b 119 g。

5a:收率 84.5%;1H NMR δ:4.37(d，J=10.8 Hz，2H)，4.07(d，J=10.8 Hz，2H)，3.70 ～3.58(m，10H)，3.58 ～ 3.51(m，2H)，3.44(s，2H)，3.38(s，3H)，1.09(s，3H);13C NMR δ:148.08，73.73，72.03，71.66，70.79，70.35，70.23，70.18，58.71，32.78，16.98，16.94;IR ν:3 323，2 880，1 456，1 350，1 079，1 024 cm－1。

5b:收率 70.7%;1H NMR δ:4.35(d，J=11.0 Hz，2H)，4.06(d，J=11.0 Hz，2H)，3.69 ～3.57(m，14H)，3.57 ～ 3.51(m，2H)，3.44(s，2H)，3.37(s，3H)，1.08(s，3H);13C NMR δ:148.11，73.76，72.06，71.69，70.86，70.41，70.38，70.33，70.26，70.21，58.77，32.82，17.06;IR ν:2 873，1 455，1 350，1 297，1 092，1 037 cm－1。

2 结果与讨论

2.1 合成

在5的合成中，第二步反应即二醇前体4a和4b的合成是该合成路线的关键步骤。为了寻找最佳合成工艺，以4a的合成为模板，对反应条件进行优化。

(1)催化剂

2 1 mol，其余反应条件同 1.2(1)，考察不同催化剂对4a收率的影响，结果见表1。2的开环反应分碱催化机理和酸催化机理。碱性催化剂与醇形成烷氧基负离子，进而使2开环，但容易形成聚醚而影响收率。而在酸性条件下，2与质子形成活化的氧鎓离子，醇羟基亲核进攻氧鎓离子的邻位碳原子，形成产物并释放出质子。由表1可见，NaOH，HClO4或H2SO4为催化剂时，收率分别为43.0%，57.8和63.3%。因此，最佳催化剂为H2SO4。

表1 催化剂对4a收率的影响*Table 1 Effect of the catalysts on yield of 4a

(2)原料配比［r=n(3a)∶n(2)］

由于2四元环的张力有限，增加羟基的浓度有利于亲核进攻。以H2SO4为催化剂，其余反应条件同2.1(1)，进一步考察r对收率的影响，结果见表2。由表2可见，当r分别为8∶1，12∶1，14 ∶1和 16 ∶1 时，收率分别为 48.7%，57.4%，63.3%和65.7%。因此综合试剂回收等因素，r=14 ∶1较佳。

表2 r对4a收率的影响*Table 2 Effect of r on yield of 4a

3 结论

设计了含聚乙二醇侧链的碳酸酯单体新的路线合成。该方法所用试剂成本较低、毒性较小，工艺条件易于放大。该合成路线是一种简便、高效合成具有聚乙二醇侧链的碳酸酯单体的新方法，对该类化合物的合成提供了参考。

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