鋅衍生物作為環酯聚合催化劑的用途的製作方法

2023-11-09 09:44:12

專利名稱：鋅衍生物作為環酯聚合催化劑的用途的製作方法
在過去的二十年中，可生物降解的聚合物已經得到很大的發展。特別是，聚酯例如聚ε-己內酯、聚交酯和聚乙醇酸交酯非常適合於許多工業(包裝，家居用途的產品等)、藥物(受控的和緩釋的體系)和醫學(縫合用品，假體等)用途。它們通常使用金屬衍生物、特別是鋁、錫和鋅的衍生物進行開環聚合來製備(Kuran Prog.Polym.Sci.1998，23，919)。這些聚合反應大多數在非均相介質中進行，不利地導致寬的質量分布。
在所有聚酯中，共聚物作為「分子設計」的大分子出現。根據尋求的用途，它們的性能實際上可以通過不同參數(鏈長度和質量分布，以及性質、比例，單體的成鏈，以及鏈端的性質)的作用來調節。所以，需要一種能控制所有這些參數的新的均相聚合方法。
在本領域中，在最近數年中，研究工作主要涉及新的或多或少複雜的催化體系，例如卟啉配體體系(Inoue Acc Chem Res(1996)29，39)、二氨基胺(Bertrand J Am Chem Soc(1996)118，5822；Organometallics(1998)17，3599)或β-二亞氨酸酯(Coates J Am Chem Soc(1999)121，11583；Polym.Prep.(1990)40，542)。
本發明提出了一種簡單有效的環酯(共)聚合方法，它具有許多優點，特別是-所用的基於鋅的(共)聚合催化劑是容易獲得的和便宜的；它們沒有毒性或僅僅有輕微的毒性。它們是良好定義的化合物(它們以單體和/或二聚體的形式存在)；-(共)聚合反應可以實際上在均相介質中進行以便限制獲得的(共)聚合物的質量分布；這種方法非常適合於製備嵌段共聚物。連續添加單體使得有可能特別獲得嵌段共聚物。最後，該方法使得有可能完全控制(共)聚合物端部的性質。
所以，本發明的主題是通式(1)的鋅衍生物作為環酯(共)聚合催化劑的用途 其中L1代表式-E14(R14)(R』14)(R」14)、-E15(R15)(R』15)或-E16(R16)的基團；E是15族的原子；L2和L3各自代表式-E14(R14)(R』14)(R」14)、-E15(R15)(R』15)或-E16(R16)的基團，或它們一起形成式-L』2-A-L』3-的鏈；A代表飽和或不飽和的鏈，含有1、2或3個14族的元素，各自非必要地和獨立地被下述取代的(被一個或多個相同或不同的取代基取代)或未取代的基團之一所取代烷基、環烷基、芳基，其中所述取代基是滷原子、烷基、芳基、硝基或氰基基團；L』2和L』3各自代表式-E14(R14)(R』14)-、-E15(R15)-或-E16-的基團；E14是14族的元素；E15是15族的元素；E16是16族的元素；R14、R』14、R」14、R15、R』15和R16各自代表氫原子；下述取代的(被一個或多個相同或不同的取代基取代)或未取代的基團之一烷基、環烷基、芳基，其中所述取代基是滷原子、烷基、環烷基、芳基、硝基或氰基基團；式-E』14RR』R」的基團；E』14是14族的元素；R、R』和R」各自代表氫原子或下述取代的(被一個或多個相同或不同的取代基取代)或未取代的基團之一烷基、環烷基、芳基，其中所述取代基是滷原子、烷基、芳基、硝基或氰基基團。
在上述定義中，術語滷原子代表氟、氯、溴或碘，優選氯原子。術語烷基優選代表具有1-6個碳原子的直鏈或支鏈烷基，特別是具有1-4個碳原子的烷基，例如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基和叔丁基。
環烷基選自飽和或不飽和的單環環烷基。飽和的單環環烷基可以選自具有3-7個碳原子的基團，例如環丙基、環丁基、環戊基、環己基或環庚基。不飽和的環烷基可以選自環丁烯、環戊烯、環己烯、環戊二烯、環己二烯基團。
芳基可以是單或多環型的。單環芳基可以選自苯基，非必要地被一個或多個烷基取代，例如甲苯基、二甲苯基、基、枯烯基。多環芳基可以選自萘基、蒽基、菲基。
式(1)化合物可以是環狀單體和/或二聚體的形式 式(1)化合物可以含有一種或多種溶劑分子(與一個或兩個四氫呋喃分子的鋅配合物已經被分離和完全表徵K.G.Caulton等人，Inorg.Chem.(1986)25，1803；D.J.Darensbourg等人，J.Am.Chem.Soc.(1999)121，107)或者一種或多種膦(與一個或兩個膦分子的鋅配合物已經被分離和完全表徵D.J.Darensbourg等人，Inorg.Chem.(1998)37，2852和同一出處的(2000)39，1578)。術語溶劑表示芳烴例如苯、甲苯；環狀或無環的二烷基醚，例如二乙醚、二噁烷、四氫呋喃、乙基叔丁基醚；氯化溶劑，例如二氯甲烷、氯仿；脂族或芳族的腈，例如乙腈、苯甲腈；脂族或芳族的、環狀或無環的酮，例如丙酮、二苯甲酮、環己酮；脂族或芳族的、環狀或無環的羧酸衍生物，例如乙酸乙酯、二甲基甲醯胺。術語膦表示芳族和/或脂族的叔膦，例如三苯基膦、二苯基甲基膦、二甲基苯基膦、三丁基膦、三甲基膦。
本發明的更具體的主題是上述定義的通式(1)化合物作為環酯(共)聚合催化劑的用途，其特徵在於E是氮或磷原子；E14是碳或矽原子；
E15是氮或磷原子；E16是氧或硫原子；A代表飽和或不飽和的鏈，含有1、2或3個14族的元素，各自非必要地和獨立地被烷基或芳基取代；R14、R』14、R」14、R15、R』15和R16各自代表氫原子、烷基、芳基或式-E』14RR』R」的基團；E』14是碳或矽原子；R、R』和R」各自代表氫原子或烷基，和優選的是，E是氮原子；E14是碳原子；E15是氮原子；E16是氧或硫原子；R14、R』14、R」14、R15和R』15各自代表烷基或式-E』14RR』R」的基團；R16代表烷基或芳基，非必要地被選自烷基和滷素的一個或多個取代基所取代；E』14是矽原子；R、R』和R」各自代表氫原子或甲基、乙基、丙基或異丙基。
本發明的更具體的主題也是上述定義的通式(1)化合物作為環酯(共)聚合催化劑的用途，其特徵在於L1代表式-E15(R15)(R』15)的基團；L2和L3各自代表式-E14(R14)(R』14)(R」14)的基團；和優選的是E是氮原子；E15是氮原子；R14、R』14、R」14、R15和R』15各自代表烷基或式-E』14RR』R」的基團；R、R』和R」各自代表非必要地被取代的烷基。
非常優選的是，上述定義的式(1)化合物對應於下式[(Me3Si2)2N2]Zn。
特定的式(1)化合物是公知的產物，即其合成和表徵已經有描述(H.Burger，W.Sawodny，U.Wannagat，J.Organometal.Chem.(1965)3，113；K.Hedberg等人，Inorg.Chem.(1984)23，1972；P.P.Power等人，Inorg.Chem.(1991)30，5013；H.Schumann等人，Z.Anorg.Allg.Chem.(1997)623，1881以及同一出處的(2000)626，747)。所以，式(1)的新化合物可以通過與已公開的合成路線相似地製備。
本發明涉及上述定義的式(1)化合物作為催化劑用於實施環酯(共)聚合的用途，即環酯的聚合或共聚反應。在實施這些(共)聚合的過程中，根據本發明的化合物起到鏈引發劑和/或調節劑的作用。
環酯可以是4-8元的。作為對應於上式的環酯的例子，可以提到ε-己內酯以及乳酸和/或乙醇酸的環酯(共)聚合物。根據單體是在反應開始時引入還是在反應過程中順序引入，可以獲得無規或嵌段共聚物。
本發明的主題還是一種製備無規或嵌段的聚合物或共聚物的方法，包括使一種或多種單體、鏈引發劑、聚合催化劑和非必要的添加劑混合在一起，所述方法的特徵在於鏈引發劑和聚合催化劑是選自上述定義的式(1)化合物的相同化合物。
術語添加劑表示任何質子試劑，例如水，硫化氫，氨，脂族或芳族醇，脂族或芳族硫醇，伯或仲、脂族或芳族的、環狀或無環的胺。這種試劑能交換式(1)產物的取代基之一，這使得有可能控制鏈端之一的性質。
(共)聚合反應可以在溶液或在懸浮液中進行。當(共)聚合反應在溶液中進行時，反應溶劑可以是在催化反應中使用的一種或多種基質。不會干擾其催化反應的溶劑也是合適的。作為這些溶劑的例子，可以提到脂族或芳族的烴，醚，脂族或芳族的滷化物。
該反應在環境溫度至約250℃之間的溫度下進行；20-180℃的溫度範圍證明是最有利的。反應時間是從幾分鐘至300小時，優選從5分鐘至72小時。
該(共)聚合方法特別適合於獲得環酯(共)聚合物，特別是乳酸和/或乙醇酸的環酯聚合物。如此獲得的產物，例如乙醇酸/乳酸共聚物是可生物降解的，可以有利地用作在緩釋治療組合物中的載體。
本發明最後涉及可以通過上述方法獲得的聚合物或共聚物。
除非另有說明，在本申請中使用的所有技術和科學術語具有與本領域普通技術人員所理解的相同含義。相似地，所有出版物、專利申請和所有其它在本申請中提到的參考文獻都引入供參考。
下面的實施例用於說明上述方法，但不應當理解為限制本發明的範圍。
實施例1製備具有受控鏈端(氨基-醇)H2N-(D，L-丙交酯)n-H的低聚物將0.2g(0.52mmol)的[(Me3Si2)2N2]Zn和10ml二氯甲烷連續加入配有磁力攪拌器並經過氬氣吹掃的Schlenk管中。向該溶液中加入0.6g(4.16mmol)的D，L-丙交酯在30ml二氯甲烷中的溶液。使該反應混合物在40℃下攪拌20小時。樣品的質子HMR分析顯示D，L-丙交酯的轉化率大於95％。向該溶液中加入0.5ml的甲醇，並攪拌保持10分鐘。蒸發溶劑，然後用乙腈萃取，從而分離出白色固體形式的低聚物。該低聚物的鏈端性質通過質譜(電子噴射電離，正離子型檢測，樣品溶解在具有痕量氫氧化氨的乙腈中)測定。
實施例2製備具有受控鏈端(酯-醇)i-Pro-(D，L-丙交酯)n-H的低聚物將0.2g(0.52mmol)的[(Me3Si2)2N2]Zn、40μl(0.52mmol)的異丙醇和10ml二氯甲烷連續加入配有磁力攪拌器並經過氬氣吹掃的Schlenk管中。將該反應混合物在攪拌下在環境溫度下放置10分鐘。向該溶液中加入0.6g(4.16mmol)的D，L-丙交酯在20ml二氯甲烷中的溶液後，使該反應介質在環境溫度下攪拌60小時。樣品的質子HMR分析顯示D，L-丙交酯的轉化率大於95％。向該溶液中加入0.5ml的甲醇，並攪拌保持10分鐘。蒸發溶劑，然後用乙腈萃取，從而分離出白色糊料形式的低聚物。該低聚物的鏈端性質通過質譜(電子噴射電離，正離子型檢測，樣品溶解在具有痕量氫氧化氨的乙腈中)測定。
實施例3製備具有受控鏈端(酯-酸酐)i-Pro-(D，L-丙交酯)n-COCH3的低聚物將0.2g(0.52mmol)的[(Me3Si2)2N2]Zn、40μl(0.52mmol)的異丙醇和10ml二氯甲烷連續加入配有磁力攪拌器並經過氬氣吹掃的Schlenk管中。將該反應混合物在攪拌下在環境溫度下放置10分鐘。向該溶液中加入0.6g(4.16mmol)的D，L-丙交酯在20ml二氯甲烷中的溶液後，使該反應介質在環境溫度下攪拌24小時。樣品的質子HMR分析顯示D，L-丙交酯的轉化率大於95％。向該溶液中加入0.2ml的乙酸酐，並攪拌保持10分鐘。蒸發溶劑，然後用乙腈萃取，從而分離出白色糊料形式的低聚物。該低聚物的鏈端性質通過質譜(電子噴射電離，正離子型檢測，樣品溶解在具有痕量氫氧化氨的乙腈中)測定。
實施例4製備具有接近50/50的丙交酯/乙交酯組成的分子量為15000的(D，L-丙交酯/乙交酯)無規共聚物將3.92g(27.3mmol)的D，L-丙交酯、3.11g(27.3mmol)的乙交酯和12ml的連續加入配有磁力攪拌器並經過氬氣吹掃的Schlenk管中，然後於180℃加入0.07g(0.18mmol)[(Me3Si2)2N2]Zn在1ml中的溶液。將該反應混合物於180℃在攪拌下放置2小時。質子HMR分析證明丙交酯的轉化率是94％，乙交酯的轉化率是100％。對應於聚丙交酯部分(5.20ppm)與聚乙交酯部分(4.85ppm)的信號積分比率使得能評價在50％丙交酯和50％乙交酯下的共聚物組成。根據GPC分析，使用從分子量為761-400000的PS標準物進行校準，得到該共聚物是分子量較低(Mw＝15000道爾頓)的大分子混合物(Mw/Mn＝1.98)。
實施例5製備具有接近50/50的丙交酯/乙交酯組成的分子量為35000的(D，L-丙交酯/乙交酯)無規共聚物將7.84g(54.6mmol)的D，L-丙交酯、6.22g(54.6mmol)的乙交酯和1 2ml的果連續加入配有磁力攪拌器並經過氬氣吹掃的Schlenk管中，然後於180℃加入0.07g(0.18mmol)[(Me3Si2)2N2]Zn在1ml中的溶液。將該反應混合物於180℃在攪拌下放置2小時。質子HMR分析證明丙交酯的轉化率是78％，乙交酯的轉化率是100％。對應於聚丙交酯部分(5.20ppm)與聚乙交酯部分(4.85ppm)的信號積分比率使得能評價在47％丙交酯和53％乙交酯下的共聚物組成。根據GPC分析，使用從分子量為761-400000的PS標準物進行校準，得到該共聚物是分子量較高(Mw＝35000道爾頓)的大分子混合物(Mw/Mn＝1.56)。
實施例6製備具有接近50/50的丙交酯/乙交酯組成的分子量為45000的(D，L-丙交酯/乙交酯)無規共聚物將3.92g(27.3mmol)的D，L-丙交酯、3.11g(27.2mmol)的乙交酯和13ml的連續加入配有磁力攪拌器並經過氬氣吹掃的Schlenk管中，然後於180℃加入70mg(0.18mmol)[(Me3Si2)2N2]Zn和14μl(0.18mmol)異丙醇在2ml中的溶液。將該反應混合物於180℃在攪拌下放置2小時。質子HMR分析證明丙交酯的轉化率是80％，乙交酯的轉化率是100％。對應於聚丙交酯部分(5.20ppm)與聚乙交酯部分(4.85ppm)的信號積分比率使得能評價在44％丙交酯和56％乙交酯下的共聚物組成。根據GPC分析，使用從分子量為761-400000的PS標準物進行校準，得到該共聚物是分子量較高(Mw＝45000道爾頓)的大分子混合物(Mw/Mn＝1.65)。
實施例7製備(D，L-丙交酯/乙交酯)嵌段共聚物將4.7g(33.5mmol)的D，L-丙交酯和15ml的連續加入配有磁力攪拌器並經過氬氣吹掃的Schlenk管中。然後於180℃加入86mg(0.22mmol)[(Me3Si2)2N2]Zn和17μl(0.22mmol)異丙醇在3ml中的溶液。將該反應混合物於180℃在攪拌下放置2小時。質子HMR分析證明單體的轉化率是完全的。向該溶液中加入0.5g(4.5mmol)的乙交酯，並於180℃保持攪拌。將該反應混合物於180℃在攪拌下放置1小時。質子HMR分析證明丙交酯和乙交酯的轉化率是完全的，並形成共聚物。對應於聚丙交酯部分(5.20ppm)與聚乙交酯部分(4.85ppm)的信號積分比率是9/1。GPC分析表明該共聚物是多分散指數較低(Mw＝20400道爾頓，Mw/Mn＝1.41)的大分子混合物。
權利要求
1.通式(1)的鋅衍生物作為環酯(共)聚合催化劑的用途 其中L1代表式-E14(R14)(R』14)(R」14)、-E15(R15)(R』15)或-E16(R16)的基團；E是15族的原子；L2和L3各自代表式-E14(R14)(R』14)(R」14)、-E15(R15)(R』15)或-E16(R16)的基團，或它們一起形成式-L』2-A-L』3-的鏈；A代表飽和或不飽和的鏈，含有1、2或3個14族的元素，各自非必要地和獨立地被下述取代的或未取代的基團之一所取代烷基、環烷基、芳基，其中所述取代基是滷原子、烷基、芳基、硝基或氰基基團；L』2和L』3各自代表式-E14(R14)(R』14)-、-E15(R15)-或-E16-的基團；E14是14族的元素；E15是15族的元素；E16是16族的元素；R14、R』14、R」14、R15、R』15和R16各自代表氫原子；下述取代的或未取代的基團之一烷基、環烷基或芳基，其中所述取代基是滷原子、烷基、環烷基、芳基、硝基或氰基基團；式-E』14RR』R」的基團；E』14是14族的元素；R、R』和R」各自代表氫原子或下述取代的(被一個或多個相同或不同的取代基取代)或未取代的基團之一烷基、環烷基、芳基，其中所述取代基是滷原子、烷基、芳基、硝基或氰基基團。
2.根據權利要求1的通式(1)化合物的用途，其特徵在於E是氮或磷原子；E14是碳或矽原子；E15是氮或磷原子；E16是氧或硫原子；A代表飽和或不飽和的鏈，含有1、2或3個14族的元素，各自非必要地和獨立地被烷基或芳基取代；R14、R』14、R」14、R15、R』15和R16各自代表氫原子、烷基、芳基或式-E』14RR』R」的基團；E』14是碳或矽原子；R、R』和R」各自代表氫原子或烷基。
3.根據權利要求2的通式(1)化合物的用途，其特徵在於E是氮原子；E14是碳原子；E15是氮原子；E16是氧或硫原子；R14、R』14、R」14、R15和R』15各自代表烷基或式-E』14RR』R」的基團；R16代表烷基或芳基，非必要地被選自烷基和滷素的一個或多個取代基所取代；E』14是矽原子；R、R』和R」各自代表氫原子或甲基、乙基、丙基或異丙基。
4.根據權利要求1的通式(1)化合物的用途，其特徵在於L1代表式-E15(R15)(R』15)的基團；L2和L3各自代表式-E14(R14)(R』14)(R」14)的基團；
5.根據權利要求4的通式(1)化合物的用途，其特徵在於E是氮原子；E15是氮原子；R14、R』14、R」14、R15和R』15各自代表烷基或式-E』14RR』R」的基團；R、R』和R」各自代表非必要地被取代的烷基。
6.根據權利要求2-5中任一項的通式(1)化合物的用途，其特徵在於其對應於式[(Me3Si2)2N2]Zn。
7.根據權利要求1-6中任一項的用途，用於環酯、特別是乳酸和/或乙醇酸的環酯(共)聚合物的聚合或共聚反應。
8.一種製備無規或嵌段共聚物或聚合物的方法，包括使一種或多種單體、聚合催化劑和非必要的添加劑混合在一起，在環境溫度至250℃之間的溫度下進行幾分鐘至300小時，所述方法的特徵在於鏈引發劑和聚合催化劑是根據權利要求1-6中任一項的通式(1)化合物的相同化合物。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於單體選自環酯，和特別是乳酸和/或乙醇酸的環酯聚合物。
10.可以通過實施根據權利要求8或9的方法獲得的聚合物或共聚物。
全文摘要
本發明涉及通式(1)的鋅衍生物作為環酯(共)聚合催化劑的用途其中L
文檔編號C08G63/00GK1501951SQ02807943
公開日2004年6月2日 申請日期2002年4月9日 優先權日2001年4月10日
發明者A·杜米特雷斯庫, B·馬丁-瓦卡, H·戈爾尼茨卡, D·布裡蘇, J－B·卡佐, G·貝特朗, A 杜米特雷斯庫, ㄗ, 乩, 崬目, 瓦卡, 鎪 申請人:科學研究和應用諮詢公司, 科學研究國家中心