專利名稱：2，2－二亞甲基二氧基－1，3－丙二醇碳酸酯及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯及其制備方法和用途，屬于有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
脂肪族聚碳酸酯是一類重要的生物可降解/吸收高分子。它具有良好的生物相容性和物理機(jī)械性能，而且種類很多，結(jié)構(gòu)可調(diào)，聚合物具有廣泛的物理、化學(xué)和生物學(xué)性能，可以滿足不同的需要；另一方面，聚碳酸酯降解后生成二氧化碳和中性的二元醇，可避免聚乳酸、聚乙醇酸等在降解過程產(chǎn)生的羧酸類物質(zhì)所引起的不良效應(yīng)。因此，生物可降解聚碳酸酯在藥物控制釋放、體內(nèi)植入材料、組織工程等方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
脂肪族聚碳酸酯的合成主要有縮聚和開環(huán)聚合兩類聚合方法。前者一般不易得到較高分子量。后者除了能得到較高分子量的聚合物外，還可以與其他環(huán)狀單體共聚，因此就成為合成生物可降解/吸收高分子的最重要的方法之一。常見的聚三亞甲基碳酸酯、聚(2，2-二甲基三亞甲基碳酸酯)等就是通過開環(huán)聚合得到的。為了進(jìn)一步發(fā)展生物可降解/吸收聚碳酸酯，重要的途徑之一就是設(shè)計(jì)和合成結(jié)構(gòu)新穎的環(huán)狀碳酸酯單體。環(huán)狀碳酸酯單體一般有五員環(huán)和六員環(huán)，但是五員環(huán)碳酸酯單體開環(huán)聚合時(shí)或多或少會(huì)發(fā)生二氧化碳現(xiàn)象。因此人們主要使用六員環(huán)碳酸酯單體來合成脂肪族聚碳酸酯。
含可功能化的側(cè)基的聚碳酸酯的單體在實(shí)踐上有重要的意義。它通過開環(huán)聚合反應(yīng)和后續(xù)反應(yīng)可以將藥物或其他生物活性物質(zhì)通過共價(jià)鍵結(jié)合起來，形成高分子藥物體系；而且通過其他改性，可以使得高分子具有廣泛的物理、化學(xué)和生物學(xué)性能，如改善聚合物的親水性、生物相容性和生物降解等性能，以滿足不同的需要。目前可功能化聚碳酸酯的合成與應(yīng)用研究正日益受到人們的關(guān)注，人們已合成了主鏈含糖結(jié)構(gòu)單元以及引入各種類型如羥基、氨基、酯基、羧酸等可功能化側(cè)基的聚碳酸酯。但是這些聚合物的分子量一般不會(huì)太高，玻璃化溫度也不高，機(jī)械物理性能和生物相容性都值得改善。因此，需要設(shè)計(jì)和合成結(jié)構(gòu)新穎含其他功能基的聚碳酸酯。
合成六員環(huán)碳酸酯單體，通常采用先形成寡聚物、寡聚物再熱裂解的兩步法，該方法往往有操作復(fù)雜，產(chǎn)率較低，需要時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯及其制備方法和用途。根據(jù)本發(fā)明所得的2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯是一種新型含螺環(huán)結(jié)構(gòu)的六員環(huán)碳酸酯單體，通過它進(jìn)行開環(huán)聚合可合成含可功能化側(cè)基的生物可降解/吸收脂肪族聚碳酸酯。
為實(shí)現(xiàn)以上目的所采取的技術(shù)措施2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯，其結(jié)構(gòu)式 本發(fā)明還提供了2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯的制備方法，將1，3-二氧戊烷-2，2-二甲醇用光氣衍生物在堿存在下發(fā)生關(guān)環(huán)反應(yīng)制得2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯。
在上述反應(yīng)中所用1，3-二氧戊烷-2，2-二甲醇可通過氫化鋰鋁還原1，3-二氧戊烷-2，2-二甲酸乙酯制得。
在上述反應(yīng)中光氣衍生物最好為氯甲酸乙酯，堿為三乙胺，溶劑為四氫呋喃，溫度為-10-25℃。
在上述反應(yīng)中光氣衍生物最好為三光氣，堿為吡啶，溶劑為二氯甲烷和三氯甲烷，溫度為20-40℃。
本發(fā)明采用一步關(guān)環(huán)法即用光氣衍生物在堿存在下與1，3-丙二醇類物質(zhì)發(fā)生關(guān)環(huán)反應(yīng)合成六員環(huán)碳酸酯單體。其操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)率較高，產(chǎn)品純度較高，反應(yīng)時(shí)間較短。
2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯為白色針狀晶體，熔點(diǎn)為96-7℃，其結(jié)構(gòu)經(jīng)紅外光譜(FTIR)，氫核磁共振譜(1HNMR)和碳核磁共振譜(13CNMR)證實(shí)。
采用本發(fā)明所達(dá)到的有益效果本發(fā)明所得的2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯是首次合成的一種新型含螺環(huán)結(jié)構(gòu)的六員環(huán)碳酸酯單體。通過它進(jìn)行開環(huán)聚合可合成生物可降解/吸收脂肪族聚碳酸酯。由于該聚合物具有低毒，有良好的生物相容性、物理機(jī)械性能以及親水性增加，同時(shí)可以經(jīng)后續(xù)的脫保護(hù)反應(yīng)得到含有酮羰基的聚碳酸酯，還可進(jìn)一步功能化，因此在藥物控制釋放、體內(nèi)植入材料、組織工程以及基因治療等領(lǐng)域有重要的實(shí)踐意義。
本發(fā)明所得的2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯還可用來與其他單體，如丙交酯，乙交酯，己內(nèi)酯，三亞甲基碳酸酯，環(huán)磷酸酯等共聚得到聚碳酸酯共聚物，進(jìn)一步拓展聚碳酸酯的種類和應(yīng)用。
本發(fā)明所得的2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯聚合時(shí)體積膨脹，可以用于牙科等應(yīng)用領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)例一室溫下，在氬氣氣氛中向含有11.88克(0.31摩爾)氫化鋰鋁的300毫升無水的四氫呋喃懸浮液中緩慢加入(最好在2小時(shí)內(nèi)加完)含50.0克(0.23摩爾)1，3-二氧戊烷-2，2-二甲酸二乙酯的200毫升的四氫呋喃溶液，然后再反應(yīng)2小時(shí)，加入50毫升的乙酸乙酯以分解過量的氫化鋰鋁，再加入50毫升水，繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)。過濾，用100毫升四氫呋喃洗滌固體3次，合并濾液并用無水硫酸鈉干燥，減壓蒸去溶劑，殘留液減壓蒸餾，收集130-2℃/35Pa的餾分，得22.54克無色或淡黃色粘稠液體1，3-二氧戊烷-2，2-二甲醇，產(chǎn)率為73％。
實(shí)例二在0℃時(shí)，向含有13.40克(0.1摩爾)1，3-二氧戊烷-2，2-二甲醇和22.80克(0.21摩爾)氯甲酸乙酯的500毫升的無水四氫呋喃混合液中在緩慢加入(1.5小時(shí)內(nèi)加完)含有22.6克(0.1摩爾)三乙胺的50毫升的無水四氫呋喃混合液，然后在室溫繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后過濾，濾液濃縮得到殘留物，再用乙酸乙酯重結(jié)晶得到白色針狀晶體2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯，產(chǎn)率47％。熔點(diǎn)為96-97℃.FTIR(KBr)1751.9(vs，C＝O)，1183.8，1095.7，1131.3cm-1(vs，C-O-C).1H NMR(CDCl3)δ＝4.239(4H，s，CH2OCOCH2)，4.049(4H，s，OCH2CH2O).13C NMR(CDCl3)5＝147.136(C＝O)，99.474(季C)，70.730(CH2OCOCH2)，64.898(OCH2CH2O).
實(shí)例三室溫下向含有13.40克(0.1摩爾)1，3-二氧戊烷-2，2-二甲醇和24.0克(0.3摩爾)吡啶的500毫升的無水二氯甲烷混合液中緩慢加入(1.5小時(shí)內(nèi)加完)含有11.88克(0.04摩爾)三光氣的50毫升的無水二氯甲烷混合液，然后回餾2.5小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，濃縮至100毫升，用50毫升水洗滌3次，硫酸鎂干燥，過濾，蒸去溶劑，殘留物用乙酸乙酯重結(jié)晶得到白色針狀晶體2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯，產(chǎn)率40％。
實(shí)例四2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯作為單體在合成生物可降解/吸收聚碳酸酯中的應(yīng)用聚(2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯)的制備將0.3203g的2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯單體和20微升的0.1摩爾/升的異辛酸亞錫的無水甲苯溶液依次轉(zhuǎn)移到有磁子的干燥的聚合管中，減壓抽去溶劑，通入氬氣，如此反復(fù)三次，在高真空下封管，把聚合管置于預(yù)先加熱到110℃的油浴中反應(yīng)24小時(shí)，結(jié)束后向聚合管中加入2毫升二氯甲烷溶解聚合物，用40毫升甲醇重沉淀，所得聚合物在40℃下真空干燥24小時(shí)。產(chǎn)率為91.1％，數(shù)均分子量為44200，多分散度為1.81。
聚(2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯)是一種主鏈含縮酮保護(hù)的二羥基丙酮結(jié)構(gòu)單元的脂肪族聚碳酸酯，這是一種新型的生物可降解/吸收聚碳酸酯。由于該聚合物是由二羥基丙酮衍生物制得，其降解產(chǎn)物為二羥基丙酮，因此該聚碳酸酯具有低毒，有良好的生物相容性；由于引入剛性的5元環(huán)1，3-二氧戊烷側(cè)基，其玻璃化溫度提高(從聚三亞甲基碳酸酯的-18℃提高到該聚合物的49℃)改善其物理機(jī)械性能，同時(shí)又使得親水性增加；由于可以經(jīng)后續(xù)的脫保護(hù)反應(yīng)得到含有酮羰基的聚碳酸酯，還可進(jìn)一步功能化，因此在藥物控制釋放、體內(nèi)植入材料、組織工程以及基因治療等領(lǐng)域有重要的實(shí)踐意義。
權(quán)利要求
1. 2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯，其結(jié)構(gòu)式
2.權(quán)利要求1所述2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯的制備方法，其特征是將1，3-二氧戊烷-2，2-二甲醇用光氣衍生物在堿存在下發(fā)生關(guān)環(huán)反應(yīng)制得2，2-二亞甲基二氧基-三亞甲基碳酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是光氣衍生物為氯甲酸乙酯，堿為三乙胺，關(guān)環(huán)反應(yīng)在四氫呋喃溶劑中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為-10-25℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是光氣衍生物為三光氣，堿為吡啶，關(guān)環(huán)反應(yīng)在二氯甲烷溶劑中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為30-45℃。
5.權(quán)利要求1所述2，2-二亞甲基二氧基-1，3-丙二醇碳酸酯作為單體在合成可功能化的生物可降解/吸收聚碳酸酯中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及2，2－二亞甲基二氧基－1，3－丙二醇碳酸酯及其制備方法，將1，3－二氧戊烷－2，2－二甲醇用氯甲酸乙酯或三光氣等光氣衍生物在堿存在下發(fā)生關(guān)環(huán)反應(yīng)制得2，2－二亞甲基二氧基－三亞甲基碳酸酯。本發(fā)明所得的2，2－二亞甲基二氧基－1，3－丙二醇碳酸酯是一種新型含螺環(huán)結(jié)構(gòu)的六員環(huán)碳酸酯單體，通過它進(jìn)行開環(huán)聚合可合成生物可降解/吸收脂肪族聚碳酸酯。根據(jù)本發(fā)明合成的聚碳酸酯具有良好的生物相容性和物理機(jī)械性能，而且還可功能化，因此在藥物控制釋放、體內(nèi)植入材料、組織工程以及基因治療等領(lǐng)域有重要的實(shí)踐意義。
文檔編號(hào)C07D493/10GK1563013SQ20041001290
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者卓仁禧, 汪連生, 程巳雪 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)