一种新型UV/DTT/pH敏感高分子材料的合成及表征

马 肥，李钟玉，杨 云

一种新型UV/DTT/pH敏感高分子材料的合成及表征

马 肥，李钟玉，杨 云

（温州大学化学与材料工程学院，浙江 温州 325035）

通过“点击化学”合成一种新型多重敏感高分子材料，具有光敏感、酸敏感和氧化还原敏感特性。并通过核磁共振仪和凝胶渗透色谱（GPC）进行了初步表征。

点击化学；光敏感；酸敏感；氧化还原敏感

点击化学由2001年诺贝尔化学奖获得者美国化学家Sharpless提出，使用该方法能够迅速简易合成多种化合物。点击化学的本质是指使用常见原料，通过可靠、高效而又具选择性的化学反应来实现碳杂原子连接（C-X-C），低成本、快速合成大量新化合物。点击化学的代表反应为铜化的叠氮-炔基环加成反应。我们首先选用了临硝基苯甲醛作为初始原料，经过三步反应形成单体c—AMNOB，然后又合成另外一种单体d—3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯（注：单体c、d详细结构见1.3）。通过点击化学我们合成了一种具有UV/DTT/pH三重敏感的高分子材料［1-5］，并进一步验证了所合成的高分子材料具有三重降解特性。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

临硝基苯甲醛、甲苯、2-氯乙醇、原甲酸三甲酯、五甲基二乙烯三胺、溴化亚铜、对甲苯磺酸、N，N-二甲基甲酰胺、二硫苏糖醇、中性氧化铝、叠氮化钠、甲醇、N，N-二甲基甲酰胺、3，3-二硫代二丙酸、丙炔醇、N，N-二环己基碳二亚胺（均为AR）。

1.2 主要实验仪器

WATERS 2695-2414凝胶渗透色谱仪、UVSF80 型UV LED固化装置、AVANCE-500核磁共振波谱仪、Hei-VAP旋转蒸发仪。

1.3 制备路线

图1 UV/pH双敏感单体c及d的合成Fig.1 Synthesis of UV/pH sensitive monomer c and d

图2 点击化学合成路线Fig.2 The route of Click Chemistry

1.4 实验步骤

室温条件下，在一个干净的单口烧瓶（100mL）里加入磁力搅拌子和甲醇50mL、原甲酸三甲酯15.75g（0.1485mol），化剂对甲苯磺酸1.2g（6.6mmol），再加入临硝基苯甲醛5g（33mmol）。然后油浴80℃回流19h，通过薄层色谱监测反应进程，待反应结束后用饱和碳酸氢钠水溶液终止反应，水层用乙酸乙酯萃取，遵循少量多次原则，收集有机层，减压旋蒸除去溶剂乙酸乙酯。粗产物为淡黄色液体，最后用柱层析法（石油醚/乙酸乙酯=8/1）分离得到亮黄色的液体产物a（产率98%）。

在一个干净的单口烧瓶（100mL）中加入磁力搅拌子和甲苯60mL，加入单体a5g（25.37mmol），2-氯乙醇4.9g（60.88mmol），缓慢加入化剂对甲苯磺酸0.024g（0.127mmol），采用蒸馏装置，副产物甲醇与甲苯共沸除去甲醇。通过薄层色谱监测反应进程，待反应结束时用饱和碳酸氢钠溶液终止反应。收集有机层，水层再用乙酸乙酯萃取3次，合并有机层，减压旋蒸除去溶剂甲苯，粗产物用柱层析法（石油醚/乙酸乙酯=8/1）分离得到淡黄色液体b（产率95%）。

在一个干净的单口烧瓶（100mL）中加入磁力搅拌子和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）60mL，加入4g单体a（13.65mmol），再小心加入叠氮化钠（NaN3）4.44g（68.25mmol）。充分溶解后将温度设为80℃回流10h，通过薄层色谱监测反应进程，待反应结束时用饱和碳酸氢钠溶液终止反应并过滤。收集滤液，然后用乙酸乙酯反复多次萃取收集有机层，减压旋蒸除去溶剂乙酸乙酯，粗产物用柱层析法（石油醚/乙酸乙酯=8/1）分离得到淡黄色液体c（产率98%）。

点击聚合：选用一个干净的三口圆底烧瓶加入磁力搅拌子，加入单体c AMNOB 0.430g（1.4mmol），单体d 3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯0.343g（1.2mmol），配体五甲基二乙烯三胺20.76mg（0.12mmol），溶剂选用N，N-二甲基甲酰胺（DMF）5mL，氮气保护室温搅拌30min，然后再加化剂溴化亚铜17.16 mg （0.12mmol），并继续鼓足氮气30min后用止水钳夹紧密封体系反应12h。反应体系之所以先氮气保护其根本目的在于除去体系里的空气，避免反应体系因为氧气的存在造成化剂失活而使反应终止。反应结束后采用简单过柱的方法，用中性氧化铝除去铜离子至溶液没有蓝色。减压旋蒸除去溶剂并用乙醚沉淀的方法得到聚合物。

聚合物降解：选用干净的石英管3支，分别加入聚合物10mg并用2mL四氢呋喃溶解并标记a、b、c。将a试管放入紫外灯（365nm）光照5min后待测GPC；将b试管中加入DTT 10mg溶解静置1h待测GPC；将c试管中加入提前配置好的pbs缓冲溶液（pH=5.5）3滴，静置1h待测GPC。

2 结果与讨论

图3显示了单体a的核磁1HNMR（500MHz，CDCl3）：δ7.78（m，2H），δ7.60（t，1H），δ7.47（t，1H），δ5.92（s，1H），δ3.40（s，6H）。 单 体b的 核 磁1H NMR （500MHz， CDCl3）：δ7.86（m，2H），δ7.62（t，1H），δ7.49（t，1H），δ6.25（s，1H），δ3.85（m，2H），δ3.65（m，2H）。单体c的核磁1H NMR （500MHz，CDCl3）：δ7.86（m，2H），δ7.62（t，1H），δ7.49（t，1H），δ6.25（s，1H），δ3.74（m，2H），δ3.45（m，2H）。

图3 单体a、b、c对比核磁氢谱（1H NMR）Fig.3 HNMR spectra of monomer a， b， c

图4显示了原料3，3-二硫代二丙酸的核磁1H NMR （500MHz， 氘代DMSO）：δ2.87（t，4H），δ2.61（t，4H）。单体d的核磁1H NMR（500MHz， CDCl3）：δ4.70（d，4H），δ2.92（t，4H），δ2.78（t，4H），δ2.45（s，2H）。

图5显示了单体AMNOB与3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯通过点击化学聚合得到的三重敏感高分子材料的核磁1H NMR（500MHz，CDCl3）：δ7.90～7.40（m，6H，该处的种质子氢的积分面积b∶c∶d∶g=2∶1∶1∶2），δ6.06（s，1H），δ5.26（s，4H），δ4.42（m，4H），δ3.72（m，4H），δ2.88（m，4H），δ2.69（m，4H）。

图4 原料和单体d对比核磁氢谱（1H NMR）Fig.41HNMR spectra of raw material and monomer d

图5 通过点击化学所得聚合物的核磁氢谱（1H NMR）Fig.51HNMR spectra of of polymer through click reaction

图6是单体AMNOB与3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯通过点击化学逐步聚合所得产物的凝胶渗透色谱（GPC）谱图，其测试结果为Mn=7912， Mw=9861，PDI （Mw/Mn）=1.24。

图6 聚合物凝胶渗透色谱（GPC）谱图Fig.6 GPC traces of polymer

图7是单体AMNOB与3，3-二硫代二丙酸二丙炔酯通过点击化学逐步聚合所得聚合物，及聚合物分别进行UV/DTT/pH降解的凝胶渗透色谱（GPC）谱图。通过对比我们可以更加直观地看到，在进行UV/DTT/pH降解处理后，聚合物的出峰位置都明显后移，说明降解效率很高。

图7 聚合物和聚合物分别进行UV/DTT/pH降解的凝胶渗透色谱（GPC）谱图Fig.7 GPC traces of polymer and degregation polymer with UV/DTT/pH

3 结论

1）通过核磁氢谱（1H NMR）分析，我们成功合成点击聚合所需的两种单体c和d，以及三重敏感的聚合高分子材料。

2）通过凝胶渗透色谱（GPC）谱图分析，我们直观地得出三重敏感聚合高分子材料在分别进行UV/DTT/pH降解实验时，分子量都发生明显的变化，也进一步验证了该材料具有很好的三重降解特性。

［1]P. Klan， T. Solomek， C.G. Bochet， A. Blanc， R. Givens，M.Rubina， V. Popik， A. Kostikov， J. Wirz， Photoremovable protecting groups in chemistry and biology［J］. Chem. Rev.，2013， 113 （1）： 119-191.

［2]Anna Paola， Pelliccioli， Jakob， Wirz. Photoremovable protecting groups： reaction mechanisms and applications.［J］. Photochemical & Photobiological Sciences， 2002（7）： 441-458.

［3]Corrie J E T， Toshiaki F， Richard G， et al. Photoremovable Protecting Groups Used for the Caging of Biomolecules［J］. Dynamic Studies in Biology Phototriggers Photoswitches & Caged Biomolecules， 2005： 1-94.

［4]Roberts D L， M Yaning， Bowles S E， et al. Polymer-stabilized phospholipid vesicles with a controllable， pH-dependent disassembly mechanism.［J］.Langmuir， 2009， 25（4）： 1908-1910.

［5]H Dehui， T Xia， Z Yue. Block copolymer micelles with a dual-stimuli-responsive core for fast or slow degradation. ［J］.Langmuir the Acs Journal of Surfaces & Colloids， 2012，28（5）： 2327-2331.

Synthesis and Characterization of a Novel UV / DTT / pH-sensitive Polymer Materials

MA Fei， LI Zhong-yu， YANG Yun
（College of Chemistry and Material Engineering， Wenzhou Oinversity， Wenzhou 325035， China）

A novel multi-sensitive polymer material was synthesized through “click chemistry” ，which had light-sensitive， acidsensitive and redox-sensitive properties. And the polymer material was characterized by NMR and gel permeation chromatography （GPC） .

click chemistry； light-sensitive； pH-sensitive ； redox-sensitive

TB 381

A

1671-9905（2016）03-0012-03

2016-01-11