使用非標準方法和微波製備具有亞氨醚類和其衍生物的雜環亞結構的樹枝狀基元...的製作方法

2023-10-10 11:54:24 1

專利名稱：使用非標準方法和微波製備具有亞氨醚類和其衍生物的雜環亞結構的樹枝狀基元 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及到大分子有機化學領域、超分子化學領域和組成樹枝狀結構和樹枝狀聚合物結構骨架部分的亞結構有機合成領域。
背景技術：
樹枝狀聚合物代表一類新的樹枝狀結構的三維大分子，其具有明確定義的幾何形狀和化學結構。這類分子被完美地構造、均勻地支化，具有高有序化程度，它們的分枝從一核心或一中心向具有官能團的外圍輻射，可具有非常高的表面密度。這些大分子有能力在其結構的預先確定位置中選定的其空腔內含有內部化學單元，這提供了做為其它化學物質主體的特異附加特性。分枝或延長臂是從相同結構塊開始，通過重複的合成策略來合成。
在順序的重複反應中逐步地合成樹枝狀聚合物，該重複反應保證了每一代完整的鞘，與它們的聚合性質的多分散性類似物相比，突出地顯示出了它們的單分散性。
開發出的製備樹枝狀聚合物的合成方法容許近乎完全地控制分子設計參數，如尺寸、形狀、內部和表面化學、彈性和拓撲學。
術語樹枝狀聚合物來源於希臘語中意為樹的「樹枝狀基元(dendron)和意為部件的「mere」，用於表示各種新型大分子，其還被等同為「樹狀物(arborols)」、級聯分子、花椰菜花樣分子、「星暴」、超支化分子或stark樣分子，它不同於與其相似的線性類似物(聚合物)，這種不同不僅是其結構形式的不同，還尤其是特性的不同，如粘度、結構中單分散性順序、球狀配置，在尺寸或大小上類似於蛋白質。
到目前為止，有不少於1020個專利，在這些專利中，這些大分子和它們部件的設計和結構不僅應用於製藥配方，還應用於納米技術裝置。
樹枝狀聚合物的合成技術發展狀況可以按下列基本策略來描述發散策略。
收斂策略。
自裝配策略。
1978年Dr.F.Vgtle教授及和其合作者第一次描述了用於聚(丙烯-亞胺)合成的公認的發散方法和首次樹枝狀聚合物的合成。這種方法還被眾所周知地稱為「發散星暴策略。大量重複反應的使用決定了每一個隨後的反應和表徵了新一代的特徵，該新一代外圍具有成指數增長數量的官能團。Vgtle從丙烯腈和脂肪二胺開始，完成了首次樹枝狀聚合物的合成，這對有高度興趣的化學家來說意為著一種獲得大分子的新的可能性。
稍後，在1986年，Dr.Donald Tomalia教授及其合作者描述了通過發散生長，重複地進行丙烯酸甲酯和乙二胺之間的交替反應，來合成聚(醯胺-胺)型的樹枝狀聚合物。使用氨和二胺做為樹枝狀的核心，通過加入過量的乙二胺將末端的酯類轉換為醯胺。
在Vgtle和Tomalia的方法中，由於可被封留的雜質的存在，生產的樹枝狀聚合物在其結構上易有缺陷，這偶然也是低產量的原因，以及生產的樹枝狀聚合物具有對稱性的破壞和在表面基團中形成副產品(如內醯胺)。這要求必須對反應產品進行徹底的純化，並且為分離和純化產品，要求使用昂貴的技術如柱層析、透析或其它方法。
在Dr.Tomalia工藝方法的合成局限性中，還包括使用了超過量的二胺，其汙染了反應，必須在終產品的分離和純化工序中蒸餾它們或消除它們，這主要是因為當對新代產生中其它序列進行新的重複反應時，過量二胺能導致混合有目的樹枝狀聚合物的低代樹枝狀聚合物產生。這還阻礙了這些化合物的分析方法，這些分析方法通過結構表徵前的大小排阻層析用於徹底地檢查純度。
在1990年，Dr J.Fréchet教授描述了一種新的樹枝狀聚合物收斂生長的方法，其可以在樹枝狀聚合物表面構建更廣泛種類的官能團，並且它設計用於從外圍向核心構建大分子。
這種策略在構造分枝或臂時所獲得的形狀和分散性，以及結合不同性質核心的各種可能性大大優於發散策略。
1996年，Zimmerman與其合作者描述了自裝配策略，其通過多種化學相互作用，使自身相互連接或與其它化合物連接的新有機化合物的合成成為一體，形成複合體、聚集體或結晶固體。可以通過可控制的方法產生這些在超分子化學中眾所周知的非共價鍵裝配，以用於新化學傳感器、其它分子的輸送或存放裝置，以及在範圍廣闊的生物醫學和材料科學方面應用
Science 1997，固相中樹枝狀聚合物合成的描述和合成方法的改進已經增多，其部分地允許改進獲得具有更高產量和純度的樹枝狀聚合物的方法。
在1998年，Newkome證明使用聚苯乙烯樹脂，固相中直接合成樹脂狀聚合物應用的優點。與以前描述的方法相比，這種方法的優點在於在分子構建中的選擇性和提高所獲得產品的純度和產量。

發明內容
本發明中解決的問題沒有已知的類似解決方案，因為它構成了首次在樹枝狀結構的部件、樹枝狀基元和樹枝狀聚合物合成的方法中使用了微波的技術應用，排除了傳統上需要花費較長時間分離和純化構成它們的亞基過程；其中合成是從具有雜環或源自環亞氨醚類亞結構的分子開始，通過順序和重複的反應例如O-醯化、N-或O-烷基化、環加成、酯化和縮合，在沒有或有溶劑存在的情況下，通過連續反應，構造、分離和提純為亞單元。
直到現在為止，還是通過已知的保護或去保護官能團的傳統方法構造大分子結構，在本發明中這不是必需的，或者用合成中不包含溶劑的步驟取代它們。
在微波下，按交替和重複順序進行通過雜環的熱解或水解，環狀亞氨醚類與羧酸類、酸酐類、酯類、鹼類、醛類、烷基滷、胺類、異氰酸酯類、芳香族硫醇類之間的反應，與氨基醇類或二氨基醇類反應，以形成基本的亞結構，其中在沒有或有溶劑存在的情況下，在礦物或聚合物固體支持體上，設計通過微波方法的反應。
使用天然或摻雜有鹽類的礦物固體支持體和/或鹼金屬或過渡金屬的複合體，以及使用商業上可用於結合或保護官能團的聚合物支持體、醇類或胺類，可以在重複縮合的不同步驟中不同形式的化學轉化中使用微波下用於形成亞單元的構造收斂策略。
本發明涉及根據存在的官能團的結構、部件和反應性，在敞開容器或在壓力密閉容器中，在大量重複步驟中，在有無溶劑存在情況下，在大氣壓下或在惰性氣氛(氮或氬)下，採用頻率為2450MHz的30到300瓦特之間的微波(聚焦微波反應器)，逐步地獲取的樹枝狀聚合物亞基、樹枝狀基元和樹狀樹枝狀聚合物。
解決了一些技術問題，如與該方法有關的節約試劑、選擇性，低能量以避免最終產品和試劑的降解，減少反應時間和用於逐步構建大分子和它們部件的目的產品的分離和提純變得容易。
本發明在一個實施例中得到更好的描述，在微波下，通過與1，2-二胺(例如二乙撐三胺)反應，三羧酸的官能團直接衍生，在三個目的中心產生了聚醯胺-胺聚合物，而沒有必要阻斷二胺的次末端氨官能團。
使用二氨基醇類可提供酯化的醯胺，從而構成了形成更複雜分枝的有利條件。
三胺與核心(1，3，5-三元羧酸苯)反應產生了三個反應性位點，因為其具有三個末端伯氨基，這些伯氨基隨後在大量二酸或三酸前面成為新的反應中心，從而能產生新的分枝，產生隨後的代。
在本發明中，設想的樹枝狀結構的例子為以可變數的多官能度(2到4)為中心，輻射出臂，並且同樣是在微波下以單獨的步驟構建所述的臂。
微波下，反應條件為1min到2h下，分離和純的產品特性優於其它系統中按傳統方法長時間反應得到的樹枝狀聚合物結構和分枝結構。
根據功能末端或表面基團的反應性和根據維持靜電相互作用或與新試劑形成共價結合物的能力，高代樹枝狀聚合物結構的構成部件的構建或最後組裝可涉及或不涉及採用微波的方法。
根據微波下合成中使用或不用非極性溶劑，由所使用的1，2-二胺(例如二乙撐三胺)中存在的伯或仲氨基調節所取得的特異的選擇性和反應性。
在這種情形中，將在濃度、時間和所選擇的功率，以及在合成方法中使用或不使用非極性溶劑方面，修正採用的微波的方法。例如根據所選擇的反應位點(如果它們為伯或仲氨基，伯氨基相對於仲氨基的反應性是不同的。)在微波下，熱模式記錄用於調整重複合成工作時的反應條件、溫度、壓力、濃度和功率，以及用於認知微波下產品或所合成的塊(分枝、樹枝狀基元和樹枝狀聚合物)的性能。
通過監測和分析材料的特性來完成對微波下材料特性的認識，避免延長目的反應的時間和溫度可能性，通過溫度的梯度變化和控制這些參數從而能消除產品和試劑可能的降解。
使用了傳統的來自於Prolabo沒有改變的單模式微波反應器Maxidigest 350MX，其帶有功率和照射時間編程設計，從而能夠根據30到300Watt之間的不同工作範圍調整反應條件，其中在獲取所構造的塊同時，分析能量投入和其效果。
在使用微波構造樹枝狀聚合類型亞基的方法中，在存在酸性礦物固體支持體(礦物粘土、蒙脫石和矽膠)的情況下，有可能進行環狀亞氨醚類水解的水解反應，去除所有使用的礦物酸，通常也是相同目的的常規方法。
在本發明中，還包括在水中的加熱步驟，來水解和重新排列某些環狀亞氨基醚類，以獲得例如，起始於合成的亞氨醚類氫氯化物的氨基酯類。
在酸性礦物固體支持體上存在有鹽類如醋酸鉀的情況下，打開亞氨醚類環以製備分枝樹枝狀結點，可以消除礦物酸和/或有機酸例如醋酸的使用，從而減少採用此方法帶來環境汙染的可能性。
環狀亞氨醚類和脂肪酸酐處理產生了醯胺酯(在微波和沒有溶劑情況下)，其與採用傳統的加熱方法所獲得的形式一樣，但是消耗更小的能量。
同樣地，通過微波作用於亞氨醚類和聚羧酸類形成的各種「基體(mer)」結構產生了具有交替的酯和醯胺官能度的產物，該產物在之後樹枝狀結構形成時作為用於結合的臂，形成的溫度為200℃以上，功率在30到300W之間，時間為1到30min，可避免降解或不受控制的聚合作用。
在本發明目的的樹枝狀亞結構合成中使用的醛類限於那些具有高熔點或沸點的醛類，其在沸騰或熔化下不會發生分解。
在微波下製備起始於環狀亞氨醚類和烷基滷的四元化合物限於這些例子，即在反應中達到的溫度不能超過產品降解的限度值。
通過微波作用在較短時間中完成了傳統化學中發生的某些熱重排，並且它們也是本發明的目的，記錄和監測微波下的條件和它們的熱性能。
也在微波下控制基於對雜環位置4處羥甲基取代基聚合作用的環狀亞氨醚類，以形成樹枝狀臂或分枝。
合成所有部件的一般方法實例可概述如下在無或有溶劑存在下，在微波下，反應的條件為30到300W之間的功率，反應時間從小於1min到最大1h，使用羧酸對二胺的摩爾比為1∶3，在三胺的情形中也同樣，採用多元醇類、聚胺類、單或二胺多元醇類與二、三和四羧酸類反應，通過縮合反應合成核心起始物。
通過真空下，將所獲得的溶於極性或非極性溶劑或它們的混合物(例如甲醇∶二氯甲烷＝1∶9)中的產品在具有礦物固體支持體的多孔玻璃過濾器中簡單過濾，完成去除雜質的分離和純化步驟。
在微波下，發生連續的縮合反應，合成延伸鏈或樹枝狀的分枝，其中構造分枝結構，用於隨後與核心的結合或裝配。
在有保護基存在的情況下，用於末端官能或外圍中合成的方法不僅限制於採用微波。
本發明提到的用於構造樹枝狀結構的各階段包括使用具有下列取代基的試劑醛糖二酸、醛糖酸和糖羰酸的惡唑啉衍生物，它們的酯類或單糖乙縮醛類產生了作為表面基團或分枝部件的它們相應的芳香族和脂肪族衍生物。
脂肪酸和丁酸、棕櫚酸、酯酸、棕櫚油酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸的衍生物和來源於膽酸、脫氧膽酸和鵝脫氧膽酸的膽汁烷酸。
烷基如正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、異戊基和新戊基，以及乙烯、乙烯基、亞乙基、烯丙基、1-丙烯基、環己基，和類似物，這些被結合作為接合物或作為樹枝狀分枝的一部分。
烷基、芳基和芳醯基，萘、蒽、菲和萘基的衍生物具有作為環位置2中環狀亞氨醚類取代基的電子受體和/或電子供體基團，並且起始於它們在樹枝狀聚合物上取得的表面位置。
作為取代的環己烷羧酸或取代的環己烷醋酸，以及2-吡啶羧酸或取代的2-吲哚醋酸衍生物的其它酸類被包括在內，用於在微波下通過它們的參與轉換為表面基團。
微波下合成步驟中作為連接物的二酸類，使用時不需要以前的一種羧基的保護，或通過類環狀亞氨醚類保護基團在其中一個酸功能下進行適當地保護，使其以這樣一種方式用于于反應通過縮合與氨基基團(例如氨基多元醇或二胺類)結合，有利於在微波下去保護，以利於稍後的縮合或隨後的反應，同樣是在微波下，以這種方式能夠進行下一代的新構建。
在被認為表面基團的多聚羧酸類的情況下，按收斂方法保護羧酸性質的自由端為亞氨醚類，它們可以在稍後水解產生醯胺多元醇，以便在外部基團中獲得表面OH多官能度。
當氨基多元醇為三-羥甲基氨基甲烷、2-甲基-2-氨基-1，3丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇，2-氨基-1-丙醇，或2-苯基-2-氨基-1，3-丙二醇時，二酸類如鄰苯二甲酸、間苯二甲酸和對苯二甲酸、酒石酸、反丁烯二酸、壬二酸、癸二酸、己二酸、庚二酸、戊二酸、丁二酸和丙二酸在微波下與氨基多元醇一起使用，用於結合製備的每一階段或用於製備樹枝狀基元。
用於分枝延伸的1，2-二胺類主要為二乙撐三胺和N-(2-羥乙基)乙二胺，乙二胺和來自於Aldrich的JandaJel-NH2樹脂，從70到400目的氨甲基化(聚苯乙烯-共聚-二乙烯苯)和對甲苯磺酸，在做為醇類和胺類末端官能團反應的新方法中使用，並且使用微波方法進行該反應。
作為聚合物樹脂裝配階段的例子，使用類型3-甲醯-1-吲哚乙酸型的吲哚樹脂或PL Wang樹脂，在微波下，用於將它們結合到位於雜環的C-4位置處具有自由羥甲基的羥基醯胺類或亞氨醚類的羥甲基上。
在微波下，PL-EDA和PL-DETA樹脂用於結合樹枝狀結構的部件上，並且在用於該方法的微波情況下，在聚合物固體支持體應用的意義上，它們是本發明的目的。
在聚合物固體支持體上反應的其它步驟還包括COOH官能化結合樹脂(羧基聚苯乙烯、羧乙基聚苯乙烯、AM-COOH聚苯乙烯和TO-COOH聚苯乙烯)，它們的官能度或末端官能的數量決定了合成材料隨後應用的目的，並且可能從這些開始實現新材料的形成。
在微波下，在具有樹脂的溶液中或在固體支持體中的工作依賴於結合支持體的官能團類型、保護性官能團和對微波透明的非極性選定的溶劑。預先在常溫和常壓下準備這些反應，用做微波的能源依賴於反應類型(親電子性或親核性)和依賴於微波作用下聚合物材料的阻抗特徵。
本發明同樣還有以下目的芳香基類型的O-葡糖苷酸(如.4-乙醯氨基酚葡糖苷酸)或MUG(4-methylumbellypheryl-β-D-葡糖苷酸)，或其它來源於葡糖醛酸的葡糖苷酸，例如4-硝基-苯基-β-D-葡糖苷酸或結合烷基的香豆素類(coumarines)(包括任意甾族的衍生物)或醯基葡糖苷酸類，其中所結合的醯基來自於羧酸衍生物，例如丙戊酸，或脂肪酸，做為飽和地或不飽和的醇，最大在表面或分枝上有總計超過30個碳原子，其來自於樹枝狀聚合物核心，或做為其自己的樹枝狀聚合物結構空腔中的部分，以這種方式，將它們結合到樹枝狀聚合物的步驟，並不僅限制通過微波激活，該微波激活做為形成樹枝狀基元和樹枝狀聚合物工藝中的方法。
權利要求
1.製備具有雜環子結構和其衍生物的樹枝狀基元和樹枝狀聚合物的方法，其特徵在於採用非傳統路線和在微波下合成。
2.根據權利要求1所述的製備亞結構的方法，其特徵在於在帶有敞開或不敞開於空氣中的耐熱玻璃(Pyrex)容器的聚焦微波反應器中，在30到300瓦特操作範圍，在極性或非極性溶劑存在或不存在的情況下，根據核心、樹枝狀基元、分枝和樹枝狀聚合物，使用順序和重複的縮聚、環化、酯化和醯胺化反應。
全文摘要
本發明公開了微波下，使用合成方法製備樹枝狀基元和樹枝狀聚合物，起始於C2到C4取代的亞氨醚類的雜環亞結構或起始於它們的衍生物，它們的水解產物或它們的轉換。從亞氨醚類與羧酸類、酸酐、酯類、鹼類、醛類、烷基滷、胺類、異氰酸脂類、芳香族硫醇類之間不同的反應開始，通過熱解或水解，按所選擇的反應順序，交替地和重複地，使用頻率為2450Hz、功率為30到300w的微波下非傳統合成方法，按收斂策略，在有或沒有溶劑和/或有聚合物的或礦物固體支持體情況下，完成用於構建從G0到G4不同代的樹枝狀結構的樹枝狀基元、臂或分枝結構的基本亞結構的形成。
文檔編號C08G69/44GK1745123SQ200380104282
公開日2006年3月8日 申請日期2003年11月25日 優先權日2002年11月26日
發明者阿爾瑪·雷蘭尼·馬雷羅·特雷羅, 奧雷斯特·羅蘭多·康特拉斯·阿拉肯 申請人:森特拉·耐科奧諾·德·因威斯迪蓋什斯·西恩蒂菲科斯(Cnic)