專利名稱：使用非標(biāo)準(zhǔn)方法和微波制備具有亞氨醚類和其衍生物的雜環(huán)亞結(jié)構(gòu)的樹枝狀基元 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到大分子有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域、超分子化學(xué)領(lǐng)域和組成樹枝狀結(jié)構(gòu)和樹枝狀聚合物結(jié)構(gòu)骨架部分的亞結(jié)構(gòu)有機(jī)合成領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
樹枝狀聚合物代表一類新的樹枝狀結(jié)構(gòu)的三維大分子，其具有明確定義的幾何形狀和化學(xué)結(jié)構(gòu)。這類分子被完美地構(gòu)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(tuán)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(jié)構(gòu)的預(yù)先確定位置中選定的其空腔內(nèi)含有內(nèi)部化學(xué)單元，這提供了做為其它化學(xué)物質(zhì)主體的特異附加特性。分枝或延長臂是從相同結(jié)構(gòu)塊開始，通過重復(fù)的合成策略來合成。
在順序的重復(fù)反應(yīng)中逐步地合成樹枝狀聚合物，該重復(fù)反應(yīng)保證了每一代完整的鞘，與它們的聚合性質(zhì)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(fā)出的制備樹枝狀聚合物的合成方法容許近乎完全地控制分子設(shè)計參數(shù)，如尺寸、形狀、內(nèi)部和表面化學(xué)、彈性和拓?fù)鋵W(xué)。
術(shù)語樹枝狀聚合物來源于希臘語中意為樹的“樹枝狀基元(dendron)和意為部件的“mere”，用于表示各種新型大分子，其還被等同為“樹狀物(arborols)”、級聯(lián)分子、花椰菜花樣分子、“星暴”、超支化分子或stark樣分子，它不同于與其相似的線性類似物(聚合物)，這種不同不僅是其結(jié)構(gòu)形式的不同，還尤其是特性的不同，如粘度、結(jié)構(gòu)中單分散性順序、球狀配置，在尺寸或大小上類似于蛋白質(zhì)。
到目前為止，有不少于1020個專利，在這些專利中，這些大分子和它們部件的設(shè)計和結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)用于制藥配方，還應(yīng)用于納米技術(shù)裝置。
樹枝狀聚合物的合成技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r可以按下列基本策略來描述發(fā)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于聚(丙烯-亞胺)合成的公認(rèn)的發(fā)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(fā)散星暴策略。大量重復(fù)反應(yīng)的使用決定了每一個隨后的反應(yīng)和表征了新一代的特征，該新一代外圍具有成指數(shù)增長數(shù)量的官能團(tuán)。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(xué)家來說意為著一種獲得大分子的新的可能性。
稍后，在1986年，Dr.Donald Tomalia教授及其合作者描述了通過發(fā)散生長，重復(fù)地進(jìn)行丙烯酸甲酯和乙二胺之間的交替反應(yīng)，來合成聚(酰胺-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(zhuǎn)換為酰胺。
在Vgtle和Tomalia的方法中，由于可被封留的雜質(zhì)的存在，生產(chǎn)的樹枝狀聚合物在其結(jié)構(gòu)上易有缺陷，這偶然也是低產(chǎn)量的原因，以及生產(chǎn)的樹枝狀聚合物具有對稱性的破壞和在表面基團(tuán)中形成副產(chǎn)品(如內(nèi)酰胺)。這要求必須對反應(yīng)產(chǎn)品進(jìn)行徹底的純化，并且為分離和純化產(chǎn)品，要求使用昂貴的技術(shù)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，其污染了反應(yīng)，必須在終產(chǎn)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(dāng)對新代產(chǎn)生中其它序列進(jìn)行新的重復(fù)反應(yīng)時，過量二胺能導(dǎo)致混合有目的樹枝狀聚合物的低代樹枝狀聚合物產(chǎn)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(jié)構(gòu)表征前的大小排阻層析用于徹底地檢查純度。
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(gòu)建更廣泛種類的官能團(tuán)，并且它設(shè)計用于從外圍向核心構(gòu)建大分子。
這種策略在構(gòu)造分枝或臂時所獲得的形狀和分散性，以及結(jié)合不同性質(zhì)核心的各種可能性大大優(yōu)于發(fā)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(xué)相互作用，使自身相互連接或與其它化合物連接的新有機(jī)化合物的合成成為一體，形成復(fù)合體、聚集體或結(jié)晶固體。可以通過可控制的方法產(chǎn)生這些在超分子化學(xué)中眾所周知的非共價鍵裝配，以用于新化學(xué)傳感器、其它分子的輸送或存放裝置，以及在范圍廣闊的生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)方面應(yīng)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(jìn)已經(jīng)增多，其部分地允許改進(jìn)獲得具有更高產(chǎn)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(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。與以前描述的方法相比，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于在分子構(gòu)建中的選擇性和提高所獲得產(chǎn)品的純度和產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中解決的問題沒有已知的類似解決方案，因為它構(gòu)成了首次在樹枝狀結(jié)構(gòu)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(shù)應(yīng)用，排除了傳統(tǒng)上需要花費(fèi)較長時間分離和純化構(gòu)成它們的亞基過程；其中合成是從具有雜環(huán)或源自環(huán)亞氨醚類亞結(jié)構(gòu)的分子開始，通過順序和重復(fù)的反應(yīng)例如O-酰化、N-或O-烷基化、環(huán)加成、酯化和縮合，在沒有或有溶劑存在的情況下，通過連續(xù)反應(yīng)，構(gòu)造、分離和提純?yōu)閬唵卧?br> 直到現(xiàn)在為止，還是通過已知的保護(hù)或去保護(hù)官能團(tuán)的傳統(tǒng)方法構(gòu)造大分子結(jié)構(gòu)，在本發(fā)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，按交替和重復(fù)順序進(jìn)行通過雜環(huán)的熱解或水解，環(huán)狀亞氨醚類與羧酸類、酸酐類、酯類、堿類、醛類、烷基鹵、胺類、異氰酸酯類、芳香族硫醇類之間的反應(yīng)，與氨基醇類或二氨基醇類反應(yīng)，以形成基本的亞結(jié)構(gòu)，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(shè)計通過微波方法的反應(yīng)。
使用天然或摻雜有鹽類的礦物固體支持體和/或堿金屬或過渡金屬的復(fù)合體，以及使用商業(yè)上可用于結(jié)合或保護(hù)官能團(tuán)的聚合物支持體、醇類或胺類，可以在重復(fù)縮合的不同步驟中不同形式的化學(xué)轉(zhuǎn)化中使用微波下用于形成亞單元的構(gòu)造收斂策略。
本發(fā)明涉及根據(jù)存在的官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)、部件和反應(yīng)性，在敞開容器或在壓力密閉容器中，在大量重復(fù)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，采用頻率為2450MHz的30到300瓦特之間的微波(聚焦微波反應(yīng)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(shù)問題，如與該方法有關(guān)的節(jié)約試劑、選擇性，低能量以避免最終產(chǎn)品和試劑的降解，減少反應(yīng)時間和用于逐步構(gòu)建大分子和它們部件的目的產(chǎn)品的分離和提純變得容易。
本發(fā)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(yīng)，三羧酸的官能團(tuán)直接衍生，在三個目的中心產(chǎn)生了聚酰胺-胺聚合物，而沒有必要阻斷二胺的次末端氨官能團(tuán)。
使用二氨基醇類可提供酯化的酰胺，從而構(gòu)成了形成更復(fù)雜分枝的有利條件。
三胺與核心(1，3，5-三元羧酸苯)反應(yīng)產(chǎn)生了三個反應(yīng)性位點(diǎn)，因為其具有三個末端伯氨基，這些伯氨基隨后在大量二酸或三酸前面成為新的反應(yīng)中心，從而能產(chǎn)生新的分枝，產(chǎn)生隨后的代。
在本發(fā)明中，設(shè)想的樹枝狀結(jié)構(gòu)的例子為以可變數(shù)的多官能度(2到4)為中心，輻射出臂，并且同樣是在微波下以單獨(dú)的步驟構(gòu)建所述的臂。
微波下，反應(yīng)條件為1min到2h下，分離和純的產(chǎn)品特性優(yōu)于其它系統(tǒng)中按傳統(tǒng)方法長時間反應(yīng)得到的樹枝狀聚合物結(jié)構(gòu)和分枝結(jié)構(gòu)。
根據(jù)功能末端或表面基團(tuán)的反應(yīng)性和根據(jù)維持靜電相互作用或與新試劑形成共價結(jié)合物的能力，高代樹枝狀聚合物結(jié)構(gòu)的構(gòu)成部件的構(gòu)建或最后組裝可涉及或不涉及采用微波的方法。
根據(jù)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(diào)節(jié)所取得的特異的選擇性和反應(yīng)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，修正采用的微波的方法。例如根據(jù)所選擇的反應(yīng)位點(diǎn)(如果它們?yōu)椴蛑侔被被鄬τ谥侔被姆磻?yīng)性是不同的。)在微波下，熱模式記錄用于調(diào)整重復(fù)合成工作時的反應(yīng)條件、溫度、壓力、濃度和功率，以及用于認(rèn)知微波下產(chǎn)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(jiān)測和分析材料的特性來完成對微波下材料特性的認(rèn)識，避免延長目的反應(yīng)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(shù)從而能消除產(chǎn)品和試劑可能的降解。
使用了傳統(tǒng)的來自于Prolabo沒有改變的單模式微波反應(yīng)器Maxidigest 350MX，其帶有功率和照射時間編程設(shè)計，從而能夠根據(jù)30到300Watt之間的不同工作范圍調(diào)整反應(yīng)條件，其中在獲取所構(gòu)造的塊同時，分析能量投入和其效果。
在使用微波構(gòu)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、蒙脫石和硅膠)的情況下，有可能進(jìn)行環(huán)狀亞氨醚類水解的水解反應(yīng)，去除所有使用的礦物酸，通常也是相同目的的常規(guī)方法。
在本發(fā)明中，還包括在水中的加熱步驟，來水解和重新排列某些環(huán)狀亞氨基醚類，以獲得例如，起始于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(huán)以制備分枝樹枝狀結(jié)點(diǎn)，可以消除礦物酸和/或有機(jī)酸例如醋酸的使用，從而減少采用此方法帶來環(huán)境污染的可能性。
環(huán)狀亞氨醚類和脂肪酸酐處理產(chǎn)生了酰胺酯(在微波和沒有溶劑情況下)，其與采用傳統(tǒng)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，通過微波作用于亞氨醚類和聚羧酸類形成的各種“基體(mer)”結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了具有交替的酯和酰胺官能度的產(chǎn)物，該產(chǎn)物在之后樹枝狀結(jié)構(gòu)形成時作為用于結(jié)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(fā)明目的的樹枝狀亞結(jié)構(gòu)合成中使用的醛類限于那些具有高熔點(diǎn)或沸點(diǎn)的醛類，其在沸騰或熔化下不會發(fā)生分解。
在微波下制備起始于環(huán)狀亞氨醚類和烷基鹵的四元化合物限于這些例子，即在反應(yīng)中達(dá)到的溫度不能超過產(chǎn)品降解的限度值。
通過微波作用在較短時間中完成了傳統(tǒng)化學(xué)中發(fā)生的某些熱重排，并且它們也是本發(fā)明的目的，記錄和監(jiān)測微波下的條件和它們的熱性能。
也在微波下控制基于對雜環(huán)位置4處羥甲基取代基聚合作用的環(huán)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(yīng)的條件為30到300W之間的功率，反應(yīng)時間從小于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，采用多元醇類、聚胺類、單或二胺多元醇類與二、三和四羧酸類反應(yīng)，通過縮合反應(yīng)合成核心起始物。
通過真空下，將所獲得的溶于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(chǎn)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(zhì)的分離和純化步驟。
在微波下，發(fā)生連續(xù)的縮合反應(yīng)，合成延伸鏈或樹枝狀的分枝，其中構(gòu)造分枝結(jié)構(gòu)，用于隨后與核心的結(jié)合或裝配。
在有保護(hù)基存在的情況下，用于末端官能或外圍中合成的方法不僅限制于采用微波。
本發(fā)明提到的用于構(gòu)造樹枝狀結(jié)構(gòu)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(chǎn)生了作為表面基團(tuán)或分枝部件的它們相應(yīng)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于膽酸、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(huán)己基，和類似物，這些被結(jié)合作為接合物或作為樹枝狀分枝的一部分。
烷基、芳基和芳酰基，萘、蒽、菲和萘基的衍生物具有作為環(huán)位置2中環(huán)狀亞氨醚類取代基的電子受體和/或電子供體基團(tuán)，并且起始于它們在樹枝狀聚合物上取得的表面位置。
作為取代的環(huán)己烷羧酸或取代的環(huán)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(nèi)，用于在微波下通過它們的參與轉(zhuǎn)換為表面基團(tuán)。
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(hù)，或通過類環(huán)狀亞氨醚類保護(hù)基團(tuán)在其中一個酸功能下進(jìn)行適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)，使其以這樣一種方式用于于反應(yīng)通過縮合與氨基基團(tuán)(例如氨基多元醇或二胺類)結(jié)合，有利于在微波下去保護(hù)，以利于稍后的縮合或隨后的反應(yīng)，同樣是在微波下，以這種方式能夠進(jìn)行下一代的新構(gòu)建。
在被認(rèn)為表面基團(tuán)的多聚羧酸類的情況下，按收斂方法保護(hù)羧酸性質(zhì)的自由端為亞氨醚類，它們可以在稍后水解產(chǎn)生酰胺多元醇，以便在外部基團(tuán)中獲得表面OH多官能度。
當(dāng)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，用于結(jié)合制備的每一階段或用于制備樹枝狀基元。
用于分枝延伸的1，2-二胺類主要為二乙撐三胺和N-(2-羥乙基)乙二胺，乙二胺和來自于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(tuán)反應(yīng)的新方法中使用，并且使用微波方法進(jìn)行該反應(yīng)。
作為聚合物樹脂裝配階段的例子，使用類型3-甲酰-1-吲哚乙酸型的吲哚樹脂或PL Wang樹脂，在微波下，用于將它們結(jié)合到位于雜環(huán)的C-4位置處具有自由羥甲基的羥基酰胺類或亞氨醚類的羥甲基上。
在微波下，PL-EDA和PL-DETA樹脂用于結(jié)合樹枝狀結(jié)構(gòu)的部件上，并且在用于該方法的微波情況下，在聚合物固體支持體應(yīng)用的意義上，它們是本發(fā)明的目的。
在聚合物固體支持體上反應(yīng)的其它步驟還包括COOH官能化結(jié)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(shù)量決定了合成材料隨后應(yīng)用的目的，并且可能從這些開始實現(xiàn)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于結(jié)合支持體的官能團(tuán)類型、保護(hù)性官能團(tuán)和對微波透明的非極性選定的溶劑。預(yù)先在常溫和常壓下準(zhǔn)備這些反應(yīng)，用做微波的能源依賴于反應(yīng)類型(親電子性或親核性)和依賴于微波作用下聚合物材料的阻抗特征。
本發(fā)明同樣還有以下目的芳香基類型的O-葡糖苷酸(如.4-乙酰氨基酚葡糖苷酸)或MUG(4-methylumbellypheryl-β-D-葡糖苷酸)，或其它來源于葡糖醛酸的葡糖苷酸，例如4-硝基-苯基-β-D-葡糖苷酸或結(jié)合烷基的香豆素類(coumarines)(包括任意甾族的衍生物)或酰基葡糖苷酸類，其中所結(jié)合的?；鶃碜杂隰人嵫苌?，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，其來自于樹枝狀聚合物核心，或做為其自己的樹枝狀聚合物結(jié)構(gòu)空腔中的部分，以這種方式，將它們結(jié)合到樹枝狀聚合物的步驟，并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(quán)利要求
1.制備具有雜環(huán)子結(jié)構(gòu)和其衍生物的樹枝狀基元和樹枝狀聚合物的方法，其特征在于采用非傳統(tǒng)路線和在微波下合成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備亞結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于在帶有敞開或不敞開于空氣中的耐熱玻璃(Pyrex)容器的聚焦微波反應(yīng)器中，在30到300瓦特操作范圍，在極性或非極性溶劑存在或不存在的情況下，根據(jù)核心、樹枝狀基元、分枝和樹枝狀聚合物，使用順序和重復(fù)的縮聚、環(huán)化、酯化和酰胺化反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了微波下，使用合成方法制備樹枝狀基元和樹枝狀聚合物，起始于C2到C4取代的亞氨醚類的雜環(huán)亞結(jié)構(gòu)或起始于它們的衍生物，它們的水解產(chǎn)物或它們的轉(zhuǎn)換。從亞氨醚類與羧酸類、酸酐、酯類、堿類、醛類、烷基鹵、胺類、異氰酸脂類、芳香族硫醇類之間不同的反應(yīng)開始，通過熱解或水解，按所選擇的反應(yīng)順序，交替地和重復(fù)地，使用頻率為2450Hz、功率為30到300w的微波下非傳統(tǒng)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，完成用于構(gòu)建從G0到G4不同代的樹枝狀結(jié)構(gòu)的樹枝狀基元、臂或分枝結(jié)構(gòu)的基本亞結(jié)構(gòu)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(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)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)