聚丙交酯立體寡聚物的合成及微結構分析

朱 晴, 孫星宇, 王霞弟, 呂小兵

(大連理工大學 精細化工國家重點實驗室,遼寧 大連 116024)

隨著全球限塑、禁塑法律法規(guī)的實施,可生物降解高分子材料作為商品塑料的替代品,越來越多地用于生物醫(yī)學、食品包裝和電子產(chǎn)品等領域。其中,聚丙交酯(聚乳酸)由于良好的生物相容性、原料來源廣泛等特點,被認為是最具前途的生物基聚合物材料之一[1-4]。主鏈立體結構不同的聚丙交酯,具有不同的化學、物理和降解性能。制備聚乳酸的丙交酯單體存在L型、D型和內消旋等異構體。使用不同催化劑、改變丙交酯單體異構體比例,可以得到不同微觀結構、不同用途的聚合物[5-6]。因此,精準歸屬聚合物立體化學信息,對聚合機理理解以及設計高活性和高立構規(guī)整性催化體系具有重要意義。

以具有確定分子量和精確立體結構的寡聚物作為模型,是歸屬聚合物微結構最常見的研究方法之一[7-9]。2013年,本課題組分析了多種聚碳酸苯乙烯酯二聚體的13C NMR信息[10],發(fā)現(xiàn)其與先前研究的立構規(guī)整聚合物的微結構相匹配[11]。2015年,課題組進一步分析了聚碳酸環(huán)戊烯酯二聚體的13C NMR信息,歸屬δ153.85和 153.78處的核磁信號分別為全同和間同立構序列的羰基碳[12]。采用類似方法,本課題組對聚(碳酸-2,3-丁烯酯)的模型化合物進行了全同和間同序列的微結構歸屬[13]。最近,本課題組通過分析不同單元數(shù)1,4-環(huán)己二烯碳酸酯寡聚物的核磁碳譜,發(fā)現(xiàn)全同立構序列聚(1,4-環(huán)己二烯碳酸酯)的羰基、次甲基和亞甲基區(qū)域的碳出峰位置分別在δ154.04、 73.83和29.91處,而間同立構序列出峰位置依次出現(xiàn)在δ153.72、 72.97和28.98處[14]。

2008年,HAWKER課題組利用指數(shù)增長合成法,制備了不同單元數(shù)的聚丙交酯模型化合物,同時研究了低聚物的熱性能和物理性能,并與商用聚丙交酯進行對比,證明了其分子結構和物理性能之間的密切關系[15]。2011年,沈玉梅課題組以聚丙交酯的六聚體為原料,首次制備了羥基封端的分子量可控的聚丙交酯-聚乙二醇化合物[16]。2018年,YOSHIZAWA課題組合成了一系列聚丙交酯寡聚物,發(fā)現(xiàn)親水性聚乳酸寡聚物可以在水中被疏水的多芳香腔捕獲[17]。2019年,MEIJER課題組合成了等規(guī)聚乳酸寡聚物與低聚二甲基硅氧烷的嵌段共聚物,并系統(tǒng)研究了它們形成立體復合物的結晶行為[18]。同年,DONG課題組利用類似的方法設計合成了具有精確分子量的聚丙交酯模型化合物,并利用這些離散大分子的精確重組,制備了具有不同分子量分布的樣品,研究了分子量分布對聚合物結構和性能的影響[19]。

本文以L-丙交酯為原料,采用迭代發(fā)散/收斂(IDC)方法[20],選擇叔丁基二甲基硅基為羥基保護基,芐基為羧基保護基,設計并合成了丙交酯的八聚體、十聚體和十二聚體化合物(圖1)。通過13C NMR光譜分析,期望實現(xiàn)聚丙交酯立體微結構信息的歸屬。

圖1 離散型全同乳酸寡聚物的合成路線

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

JASCO P1010型旋光儀;Bruker Avance II 400 MHz/Varian DLG 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑,TMS為內標);Bruker 600 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑,TMS為內標);Bruker ultrafleXtreme MALDI-TOF/TOF型質譜儀;Agilent 6230B TOF型液質聯(lián)用系統(tǒng)。

L-丙交酯(L-LA)、D(+)-10-樟腦磺酸(CSA)、咪唑(Imidazole)、叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMSCl)、鈀碳催化劑(10%Pd)、 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(EDCl)和三氟化硼乙醚溶液(BF3·Et2O)等購于安耐吉公司;芐醇(BnOH)、 4-二甲氨基吡啶(DMAP)和4-二甲氨基吡啶對甲苯磺酸鹽(DPTS)等購于阿達瑪斯試劑有限公司。其余所用試劑均為化學純或分析純。

1.2 合成

oLLA-2-III的合成:氮氣保護下,將L-丙交酯(35.0 g, 242.8 mmol)和芐醇(39.4 g, 364.5 mmol)溶于60.0 mL甲苯,而后加入D(+)-10-樟腦磺酸(0.1 g, 0.5 mmol),攪拌下于80 ℃反應12 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液停止反應,用乙酸乙酯萃取,有機相依次用飽和氯化鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶15,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-2-III40.4 g,收率65.9%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 7.42～7.29(m, 5H), 5.28～5.12(m, 3H), 4.34(qd,J=6.9 Hz, 5.9 Hz, 1H), 2.69(d,J=5.9 Hz, 1H), 1.54(d,J=7.1 Hz, 3H), 1.44(d,J=7.0 Hz, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.22, 170.13, 135.22, 128.76, 128.67, 128.37, 69.51, 67.38, 66.85, 20.54, 16.95; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C13H16O5{[M+Na]+}275.0890, found 275.0891。

oLLA-2-I的合成:氮氣保護下,將oLLA-2-III(22.4 g, 88.8 mmol)和咪唑(27.2 g, 399.5 mmol)溶于75.0 mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF),而后加入叔丁基二甲基氯硅烷(33.5 g, 222.3 mmol),攪拌下于室溫反應12 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液停止反應,用乙酸乙酯萃取,有機相依次用飽和氯化鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶30,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-2-I29.7 g,收率91.3%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.45～7.30(m, 5H), 5.23～5.13(m, 3H), 4.38(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.52(s, 3H), 1.41(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.10(s, 3H), 0.07(s, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.56, 170.45, 135.41, 128.70, 128.53, 128.32, 68.93, 68.20, 67.14, 25.82, 21.29, 18.39, 17.00, -4.80, -5.18; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C19H30O5Si{[M+Na]+}389.1755, found 389.1759。

oLLA-2-II的合成:氮氣保護下,將oLLA-2-I(29.2 g, 79.7 mmol)溶于乙酸乙酯,加入鈀碳催化劑(10% Pd, 3.4 g),而后通入H2,攪拌下于室溫反應12 h。停止反應,用硅藻土過濾,減壓蒸除溶劑,得無色油狀液體oLLA-2-II21.4 g,收率97.2%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.13(q,J=7.1 Hz, 1H), 4.40(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.55(d,J=7.2 Hz, 3H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.11(s, 3H), 0.08(s, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 176.14, 173.70, 68.60, 68.23, 25.81, 25.69, 25.60, 21.27, 18.40, 16.87, -4.84, -5.20; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C12H24O5Si{[M+Na]+}299.1285, found 299.1288。

oLLA-4-I的合成:氮氣保護下,將oLLA-2-III(16.0 g, 63.4 mmol)和oLLA-2-II(18.6 g, 67.2 mmol)溶于107.0 mL二氯甲烷,而后加入4-二甲氨基吡啶對甲苯磺酸鹽(3.7 g, 12.6 mmol),冰浴下緩慢加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(15.8 g, 82.4 mmol),攪拌下于室溫反應12 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液停止反應,用二氯甲烷萃取,有機相依次用水洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶20,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-4-I27.8 g,收率85.8%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.40～7.29(m, 5H), 5.24～5.10(m, 5H), 4.39(d,J=6.8 Hz, 1H), 1.57(d,J=7.1 Hz, 3H), 1.52(dd,J=7.1 Hz, 2.9 Hz, 6H), 1.44(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.11(s, 3H), 0.08(s, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.65, 170.11, 170.08, 169.79, 135.27, 128.76, 128.64, 128.38, 69.39, 68.97, 68.68, 68.15, 67.32, 25.83, 21.34, 18.40, 16.89, 16.87, 16.73, -4.77, -5.16; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C25H38O9Si{[M+Na]+}533.2177, found 533.2183。

oLLA-4-II的合成:以oLLA-4-I(11.5 g, 22.6 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-4-II9.5 g,收率99.0%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.23～5.10(m, 3H), 4.40(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.62～1.52(m, 9H), 1.45(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.11(s, 3H), 0.08(s, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.39, 173.75, 170.17, 169.82, 68.98, 68.97, 68.73, 68.16, 25.83, 21.34, 18.41, 16.86, 16.79, 16.74, -4.78, -5.16; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H32O9Si{[M+Na]+}443.1708, found 443.1710。

oLLA-4-III的合成:氮氣保護下,將oLLA-4-I(15.9 g, 31.1 mmol)溶于120.0 mL二氯甲烷,冰浴下緩慢滴加三氟化硼乙醚(22.2 g, 156.1 mmol),攪拌下于室溫反應4 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液停止反應,用二氯甲烷萃取,有機相依次用飽和氯化鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶6,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-4-III11.0 g,收率89.1%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.42～7.29(m, 5H), 5.31～5.09(m, 5H), 4.35(p,J=6.8 Hz, 1H), 2.67(d,J=5.9 Hz, 1H), 1.60(d,J=7.2 Hz, 3H), 1.53(dd,J=9.0 Hz, 7.0 Hz, 6H), 1.49(d,J=6.9 Hz, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.22, 170.02, 169.79, 169.65, 135.21, 128.74, 128.64, 128.36, 69.42, 69.19, 67.34, 66.84, 20.60, 16.86, 16.84, 16.70; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C19H24O9{[M+Na]+}419.1313, found 419.1316。

oLLA-8-I的合成:以oLLA-4-II(8.8 g, 20.9 mmol)和oLLA-4-III(7.8 g, 19.7 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶6,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-8-I14.0 g,收率89.1%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.41～7.30(m, 5H), 5.23～5.10(m, 9H), 4.39(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.58(d,J=4.5 Hz, 15H), 1.51(dd,J=7.1 Hz, 2.4 Hz, 6H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.09(d,J=14.1 Hz, 6H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.62, 170.10, 170.01, 169.83, 169.75, 169.72, 169.64, 135.23, 128.74, 128.65, 128.37, 69.41, 69.14, 69.11, 68.94, 68.66, 68.14, 67.33, 25.82, 21.33, 18.39, 16.87, 16.79, 16.76, 16.69, -4.78, -5.17; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C37H54O17Si{[M+Na]+}821.3022, found 821.3025。

oLLA-8-II的合成:以oLLA-8-I(5.1 g, 6.4 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-8-II4.5 g,收率99.5%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 5.15(dq,J=22.8 Hz, 6.6 Hz, 7H), 4.39(q,J=6.6 Hz, 1H), 1.57(t,J=6.8 Hz, 21H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.09(d,J=13.9 Hz, 6H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.71, 170.13, 169.87, 169.77, 169.67, 69.15, 69.11, 68.97, 68.70, 68.15, 25.82, 21.33, 18.40, 16.86, 16.79, 16.76, 16.70, -4.79, -5.17; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H48O17Si{[M+Na]+}731.2553, found 731.2554。

oLLA-8-III的合成:以oLLA-8-I(8.2 g, 10.3 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-III,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶2,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-8-III6.4 g,收率91.1%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.39～7.29(m, 5H), 5.26～5.10(m, 9H), 4.35(p,J=6.8 Hz, 1H), 2.66(d,J=6.0 Hz, 1H), 1.60～1.47(m, 24H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.20, 170.00, 169.77, 169.69, 169.63, 135.21, 128.73, 128.63, 128.35, 69.40, 69.18, 69.13, 67.32, 66.82, 20.60, 16.84, 16.77, 16.75, 16.67; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C31H40O17{[M+Na]+}707.2158, found 707.2161。

oLLA-8-IV的合成:氮氣保護下,將oLLA-8-III(500.0 mg, 0.7 mmol)溶于2.0 mL二氯甲烷,冰浴下加入4-二甲氨基吡啶(9.0 mg, 0.1 mmol),而后加入乙酸酐(0.1 mL, 1.1 mmol),攪拌下于室溫反應12 h。加入水停止反應,用二氯甲烷萃取,有機相依次用飽和氯化鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶5,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-8-IV514.0 mg,收率96.9%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.39～7.30(m, 5H), 5.20～5.08(m, 10H), 2.12(s, 3H), 1.58～1.50(m, 24H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.56, 170.49, 170.05, 169.91, 169.76, 169.68, 135.21, 128.77, 128.68, 128.40, 69.42, 69.16, 69.14, 69.09, 69.02, 68.46, 67.37, 20.77, 16.92, 16.90, 16.81, 16.79, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C33H42O18{[M+Na]+}749.2263, found 749.2279。

oLLA-8-V的合成:以oLLA-8-IV(484.0 mg, 0.7 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-8-V408.0 mg,收率96.2%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.29～5.04(m, 8H), 2.12(s, 3H), 1.72～1.46(m, 24H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.05, 170.64, 170.50, 169.91, 169.78, 169.68, 69.14, 69.13, 69.09, 69.03, 68.93, 68.47, 20.75, 16.89, 16.79, 16.76, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C26H36O18{[M+Na]+}659.1794, found 659.1785。

oLLA-8的合成:以oLLA-8-V(378.0 mg, 0.6 mmol)和甲醇(0.1 mL, 1.5 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶4,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-8300.0 mg,收率77.7%; [α]20D=-138.08(c=0.2, CH2Cl2);1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 5.21～5.07(m, 8H), 3.74(s, 3H), 2.12(s, 3H), 1.58～1.50(m, 24H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.69, 170.55, 170.49, 169.91, 169.78, 169.76, 169.73, 69.35, 69.19, 69.14, 69.09, 69.02, 68.46, 52.58, 20.77, 16.92, 16.81, 16.79, 16.76; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C27H38O18{[M+Na]+}673.1950, found 673.1969。

oLLA-10-I的合成:以oLLA-8-II(1.2 g, 1.7 mmol)和oLLA-2-III(0.4 g, 1.6 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶3,V∶V)純化得白色固體oLLA-10-I1.1 g,收率69.1%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.40～7.29(m, 5H), 5.23～5.09(m, 11H), 4.39(q,J=6.7 Hz, 1H), 1.61～1.54(m, 21H), 1.52(dd,J=7.1 Hz, 2.2 Hz, 6H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.09(d,J=14.0 Hz, 6H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.69, 170.14, 170.06, 169.88, 169.80, 169.76, 169.74, 169.68, 135.21, 128.77, 128.68, 128.40, 69.43, 69.16, 69.11, 68.96, 68.68, 68.15, 67.37, 25.84, 21.36, 18.42, 16.90, 16.82, 16.79, 16.72, -4.77, -5.16; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C43H62O21Si{[M+Na]+}965.3445, found 965.3441。

oLLA-10-III的合成:以oLLA-10-I(1.0 g, 1.1 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-III,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶2,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-10-III786.0 mg,收率89.4%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ: 7.39～7.30(m, 5H), 5.24～5.12(m, 11H), 4.35(p,J=6.8 Hz, 1H), 2.68(d,J=6.0 Hz, 1H), 1.60～1.57(m, 21H), 1.52(dd,J=7.1 Hz, 2.4 Hz, 6H), 1.49(d,J=6.9 Hz, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.29, 170.04, 169.79, 169.74, 169.68, 135.21, 128.77, 128.68, 128.39, 69.43, 69.25, 69.19, 69.16, 67.37, 66.85, 20.67, 16.89, 16.82, 16.79, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C37H48O21{[M+Na]+}851.2580, found 851.2581。

oLLA-10-IV的合成:以oLLA-10-III(736.0 mg, 0.9 mmol)為原料,合成方法同oLLA-8-IV,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶4,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-10-IV738.0 mg,收率95.4%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.40～7.29(m, 5H), 5.23～5.06(m, 12H), 2.13(s, 3H), 1.57～1.52(m, 30H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.56, 170.49, 170.05, 169.91, 169.79, 169.76, 169.68, 135.20, 128.77, 128.68, 128.40, 69.43, 69.15, 69.09, 69.02, 68.46, 67.37, 20.77, 16.92, 16.90, 16.81, 16.79, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C39H50O22{[M+Na]+}893.2686, found 893.2689。

oLLA-10-V的合成:以oLLA-10-IV(650.0 mg, 0.7 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-10-V577.0 mg,收率99.0%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.25～5.05(m, 10H), 2.12(s, 3H), 1.57(dd,J=10.7 Hz, 7.1 Hz, 30H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 174.78, 170.63, 170.50, 169.91, 169.77, 169.67, 69.14, 69.09, 69.02, 68.93, 68.47, 20.76, 16.90, 16.80, 16.78, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C32H44O22{[M+Na]+}803.2216, found 803.2202。

oLLA-10的合成:以oLLA-10-V(487.0 mg, 0.6 mmol)和甲醇(0.1 mL, 3.2 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶3,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-10310.0 mg,收率62.5%; [α]20D=-142.75(c=0.2, CH2Cl2);1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.25～5.02(m, 10H), 3.74(s, 3H), 2.13(s, 3H), 1.59(dd,J=7.2 Hz, 2.9 Hz, 30H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.68, 170.54, 170.48, 169.90, 169.77, 169.74, 169.71, 69.34, 69.19, 69.14, 69.08, 69.02, 68.45, 52.57, 20.76, 16.91, 16.81, 16.78, 16.76; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C33H46O22{[M+Na]+}817.2373, found 817.2396。

oLLA-12-I的合成:以oLLA-4-II(0.9 g, 2.1 mmol)和oLLA-8-III(1.5 g, 2.2 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶4,V∶V)純化得白色固體oLLA-12-I1.6 g,收率67.2%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 7.42～7.29(m, 5H), 5.23～5.12(m, 13H), 4.39(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.61～1.55(m, 27H), 1.52(dd,J=7.1 Hz, 1.5 Hz, 6H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.09(d,J=9.3 Hz, 6H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.68, 170.14, 170.05, 169.87, 169.79, 169.75, 169.67, 135.20, 128.77, 128.68, 128.39, 69.42, 69.14, 68.95, 68.67, 68.13, 67.36, 25.83, 21.35, 18.41, 16.89, 16.81, 16.78, 16.71, -4.78, -5.17; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C49H70O25Si{[M+Na]+}1109.3868, found 1109.3834。

oLLA-12-III的合成:以oLLA-12-I(700.0 mg, 0.6 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-III,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶2,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-12-III521.0 mg,收率83.2%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 7.34(q,J=8.3 Hz, 7.7 Hz, 5H), 5.17(td,J=8.5 Hz, 7.7 Hz, 4.9 Hz, 13H), 4.35(q,J=6.7 Hz, 1H), 2.69(d,J=6.0 Hz, 1H), 1.59～1.53(m, 36H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.30, 170.05, 169.79, 169.75, 169.68, 135.21, 128.77, 128.68, 128.39, 69.43, 69.25, 69.19, 69.16, 67.37, 66.85, 31.07, 20.67, 16.89, 16.82, 16.79, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C43H56O25{[M+Na]+}995.3003, found 995.3004。

oLLA-12-IV的合成:以oLLA-12-III(490.0 mg, 0.5 mmol)為原料,合成方法同oLLA-8-IV,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶2,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-12-IV505.0 mg,收率98.8%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 7.39～7.30(m, 5H), 5.26～5.05(m, 14H), 2.12(s, 3H), 1.59～1.52(m, 36H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.55, 170.49, 170.05, 169.90, 169.78, 169.75, 169.67, 135.20, 128.76, 128.68, 128.39, 69.42, 69.14, 69.08, 69.02, 68.45, 67.36, 20.76, 16.91, 16.89, 16.81, 16.78, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C45H58O26{[M+Na]+}1037.3109, found 1037.3109。

oLLA-12-V的合成:以oLLA-12-IV(500.0 mg, 0.5 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-12-V450.0 mg,收率98.8%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.26～5.06(m, 12H), 2.13(s, 3H), 1.61～1.53(m, 36H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 174.20, 170.61, 170.50, 169.91, 169.79, 169.77, 169.66, 69.15, 69.09, 69.03, 68.91, 68.47, 20.77, 16.91, 16.81, 16.78, 16.72; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C38H52O26{[M+Na]+}947.2639, found 947.2638。

oLLA-12的合成:以oLLA-12-V(370.0 mg, 0.4 mmol)和甲醇(0.2 mL, 4.2 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶3,V∶V)純化得白色固體oLLA-12279.0 mg,收率74.3%; [α]20D=-146.91(c=0.2, CH2Cl2);1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.25～5.04(m, 12H), 3.74(s, 3H), 2.13(s, 3H), 1.60～1.50(m, 36H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.68, 170.54, 170.48, 169.90, 169.78, 169.74, 169.71, 69.35, 69.20, 69.15, 69.09, 69.02, 68.46, 52.57, 20.76, 16.92, 16.81, 16.79, 16.76; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C39H54O26{[M+Na]+}961.2796, found 961.2797。

2 結果與討論

2.1 合成

聚丙交酯的全同立構寡聚物合成方法如圖1所示。IDC方法是實現(xiàn)鏈長快速增長的關鍵,即分別對不同保護基保護的兩個鏈端進行選擇性正交脫保護,并進一步偶聯(lián)單保護物種,以在每個脫保護-偶聯(lián)循環(huán)中使鏈長翻倍。同時,長度非2n的序列也可以通過合并平行重復循環(huán)來實現(xiàn)。以L-丙交酯為起始原料,通過開環(huán)反應得到一端為Bn,另一端為羥基的oLLA-2-III二聚體,隨后對羥基端進行TBS保護,得到兩端分別為Bn和TBS保護的全同二聚體oLLA-2-I。隨后,oLLA-2-I脫去Bn,得到oLLA-2-II。oLLA-2-II的羧基與oLLA-2-III的羥基發(fā)生酯化反應,得到全同四聚體oLLA-4-I。將oLLA-4-I分成兩部分,分別脫去Bn和TBS,形成oLLA-4-II和oLLA-4-III。oLLA-4-II與oLLA-4-III發(fā)生酯化反應,得到全同八聚體oLLA-8-I。同理,oLLA-8-I分成兩部分,分別脫去保護基,得到oLLA-8-II與oLLA-8-III。以此類推,oLLA-8-II與oLLA-2-III反應得到十聚體oLLA-10-I;oLLA-8-III與oLLA-4-II反應得到十二聚體oLLA-12-I。將oLLA-8-I先脫去TBS保護基,得到oLLA-8-III,再用乙酸酐對羥基端進行封端,即可得到oLLA-8-IV,隨后脫去芐基,得到一端為羧基,另一端為乙酰基的oLLA-8-V。最后,利用甲醇對羧基端封端,得到與聚合物結構相似的模型全同八聚體oLLA-8;十聚體、十二聚體的合成以此類推,最終得到具有精確分子量和聚合度的全同立構聚丙交酯模型化合物oLLA-8/10/12。

2.2 表征

圖2為oLLA-8/10/12的質譜圖。由圖2可知,合成的一系列全同立構聚丙交酯的模型化合物,無論是八聚體、十聚體還是十二聚體,其分子量都是呈單一分布的。圖3為全同立構聚丙交酯模型化合物oLLA-8/10/12,以及全同結構的左旋聚丙交酯(PLLA)和外消旋聚丙交酯(PDLLA)的核磁碳譜。由圖3可知,oLLA-8/10/12的羰基碳化學位移δ分別為169.76, 169.74和169.74,與全同PLLA的羰基碳出峰位置(δ169.74)基本對應;次甲基碳的化學位移δ分別為 69.15, 69.14和69.15,與全同聚合物的次甲基碳(δ69.15)基本相同;側鏈甲基碳在δ16.79, 16.78和16.79處出峰,與全同聚丙交酯的甲基碳出峰位置(δ16.78)也基本匹配。對比oLLA-8/10/12發(fā)現(xiàn),隨著重復單元數(shù)的增加,端位基團對寡聚物結構的影響逐漸變小,無論是羰基碳、次甲基碳還是側鏈甲基碳,其化學位移都向聚合物更加接近。對比oLLA-8/10/12、 PLLA與外消旋聚丙交酯(PDLLA),發(fā)現(xiàn)PDLLA的碳譜信號與全同結構的寡聚物和聚合物都有較大的差別。此外,δ170.68～170.48處的信號對應寡聚物端基的羰基碳,δ52.57和δ20.76附近的信號分別對應寡聚物2個不同端基的甲基碳。

m/z

δ

本文以L-丙交酯為原料,合成了全同立構丙交酯八聚體、十聚體和十二聚體模型化合物。采用IDC方法以及選擇合適的正交保護基實現(xiàn)了寡聚物快速鏈增長。通過分析全同立構寡聚物的核磁碳譜,實現(xiàn)了聚丙交酯微結構信息的精確歸屬。全同立構序列的羰基、次甲基和側鏈甲基的碳原子化學位移δ分別位于 169.74、 69.15和16.78處。后續(xù)研究將側重探索相反構型聚丙交酯寡聚物的立體相互作用模式和驅動力。