四核錫(iv)配合物及制備方法和催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚乙交酯催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種四核錫（IV)配合物及其制備方 法和催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚乙交酯，又稱為聚羥基乙酸和聚乙醇酸，簡(jiǎn)稱PGA，是一種結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的線性脂 肪族聚酯，也是第一個(gè)被美國(guó)FDA批準(zhǔn)用作可吸收手術(shù)縫合線的醫(yī)用合成高分子材料（商 品名為Dex〇n @)。由于PGA具有良好的生物相容性、無(wú)毒和降解可調(diào)等特點(diǎn)，在醫(yī)用可吸 收手術(shù)縫合線、藥物緩釋/控釋載體材料、模擬人體組織材料、生物降解聚合物支架材料等 方面具有廣闊的應(yīng)用前景（Middleton J.C·，Tipton A.J. Biomaterials 2000, 21，2335 -2346)〇
[0003] 合成PGA可采用直接縮聚法和開(kāi)環(huán)聚合法。直接縮聚法是指羥基乙酸通過(guò)直接脫 水縮聚，但以此方法合成出來(lái)的聚合物分子量分布過(guò)寬，分子量低且不易控制，由于最終導(dǎo) 致聚合物的力學(xué)性能差。開(kāi)環(huán)聚合法是將羥基乙酸先直接聚合成低分子量的PGA，然后再解 聚生成環(huán)狀乙交酯，再將乙交酯純化精制后經(jīng)催化劑引發(fā)開(kāi)環(huán)聚合得PGA。與直接縮聚法相 比，催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合過(guò)程中無(wú)水生成，可以制備高分子量的PGA，而且分子量分布很窄。
[0004] 乙交酯的開(kāi)環(huán)聚合需要催化劑促進(jìn)，否則相對(duì)分子質(zhì)量難以提高，根據(jù)聚合機(jī)理 的差異，催化劑分為三種類型。（一）陽(yáng)離子型：羧酸、對(duì)甲苯磺酸、氯化亞錫和四氯化鈦等， 只能引發(fā)內(nèi)酯本體聚合，且產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量不高。（二）陰離子型：苯酚鉀、叔丁醇鉀和 正丁基鋰等，活性高，但聚合過(guò)程副反應(yīng)較多，產(chǎn)物的雜質(zhì)含量高，不利于制備高相對(duì)分子 質(zhì)量的PGA。（三）配位聚合型：烷基金屬化合物，如二乙基鋅、二丁基鋅和三乙基鋁，以及 烷氧基金屬化合物，如二異丙醇錯(cuò)、^丁氧基梓、四丁氧基欽、^乙氧基亞錫和等，這些金屬 催化劑活性適中，能夠抑制副反應(yīng)，相對(duì)分子質(zhì)量高、分布好。因此，研究開(kāi)發(fā)新的烷基/烷 氧基金屬配合物以合成具有高分子量、分子量分布窄的PGA具有廣闊的空間，也為生物醫(yī) 用可降解高分子材料的研究注入強(qiáng)大的生命力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了進(jìn)一步拓展烷基金屬配合物應(yīng)用于催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合制 備PGA，公開(kāi)一種四核錫（IV)配合物及其制備方法和催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的應(yīng)用。本發(fā)明 的合成方法，條件溫和，操作方便，產(chǎn)率高，重現(xiàn)性好。該錫配合物熱穩(wěn)定性高，對(duì)乙交酯開(kāi) 環(huán)具有較好的催化活性，制備的聚乙交酯重均分子量超過(guò)9萬(wàn)，可以應(yīng)用在醫(yī)用高分子材 料領(lǐng)域。
[0006] 本發(fā)明一種應(yīng)用于催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的四核錫（IV)配合物，其化學(xué)式為[(Me2 Sn)4( y3-0)2(tca)4]，式中μ3為氧橋連；tea為噻唑-4-甲酸羧基陰離子配體。
[0007] 本發(fā)明一種四核錫（IV)配合物，其二級(jí)結(jié)構(gòu)單元為：晶體屬于單斜晶系，空間群 為P2⑴/c，分子式為C24H32N401QSn 4,分子量為1139. 54 ;晶胞參數(shù)為：a = 1丨.299 (I) A, 5' = 2:0J8:0(2).A，.戶8_.努a = g = 90。，b = 104. 114⑵。，晶胞體積為1.962'5輯 基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)零維四核的結(jié)構(gòu)。
[0008] 上述一種應(yīng)用于催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的四核錫（IV)配合物的制備方法，按照下 述步驟進(jìn)行：室溫下，將計(jì)量的噻唑-4-甲酸、二甲基二氯化錫、氫氧化鈉在甲醇和水混合 溶劑中攪拌〇. 5小時(shí)，過(guò)濾，常溫靜置24小時(shí)得無(wú)色針狀晶體，然后晶體經(jīng)甲醇、乙醚洗滌， 干燥，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物一種四核錫（IV)的配合物。
[0009] 上述技術(shù)方案中，按摩爾比，噻唑-4-甲酸：二甲基二氯化錫：氫氧化鈉=1:1:1。
[0010] 上述技術(shù)方案中，甲醇和水的體積比為4:1，每0. 1毫摩爾的噻唑-4-甲酸對(duì)應(yīng) 4mL的甲醇。
[0011] 所述的一種四核錫（IV)配合物催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合制備PGA的應(yīng)用方法，其特征 在于包括下述步驟：將所述錫（IV)配合物和乙交酯加入到不銹鋼封管中，升溫至210°C，本 體熔融縮聚反應(yīng)1小時(shí)，制得聚乙交酯。
[0012] 本發(fā)明所述乙交酯開(kāi)環(huán)聚合制備PGA過(guò)程中，錫（IV)配合物和乙交酯摩爾比為 1:4000;所得聚乙交酯重均分子量為91600,可以應(yīng)用在醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的合成方法，條件溫和，操作方便，產(chǎn)率高，重現(xiàn)性好。該錫 配合物熱穩(wěn)定性高，對(duì)乙交酯開(kāi)環(huán)具有較好的催化活性，制備的聚乙交酯重均分子量超過(guò)9 萬(wàn)，可以應(yīng)用在醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 其中圖1為錫（IV)配合物錫離子的配位環(huán)境圖；
[0015] 其中圖2為錫（IV)配合物的粉末衍射示意圖；
[0016] 其中圖3為錫（IV)配合物催化乙交酯反應(yīng)速率與反應(yīng)時(shí)間示意圖；
[0017] 其中圖4為錫配位聚合物催化乙交酯轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)驗(yàn)例1錫（IV)配合物的制備：
[0019] 43. 9mg二甲基二氯化錫（0.2毫摩爾）、26. Omg噻唑-4-甲酸（0.2毫摩爾），8. Omg 氫氧化鈉（〇. 2毫摩爾）、4mL甲醇和ImL水的混合物，在室溫下攪拌15分鐘，過(guò)濾，室溫下 靜置15天后得到無(wú)色針狀晶體，然后晶體分別用5mL甲醇和5mL乙醚洗滌，自然干燥，制得 一種錫（IV)配合物，產(chǎn)率為75%。
[0020] 主要的紅外吸收峰為（KBr/cnT3 :3450br, 3136w, 3078w, 3042m, 2914w, 2359m, 166 4s, 1597s, 1420s, 1299s, 1220m, 1098w, 945m, 882m, 780s〇
[0021] 試驗(yàn)一錫（IV)配合物的表征
[0022] (1)錫（IV)配合物的結(jié)構(gòu)測(cè)定
[0023] 晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定采用Bruker Apex II CCD衍射儀，于293 (2) K下，用經(jīng)石墨單色化 的Mo Ka射線(1 = 0.71073 A)以ω掃描方式收集衍射點(diǎn)，收集的數(shù)據(jù)通過(guò)SAINT程序還原 并用SADABS方法進(jìn)行半經(jīng)驗(yàn)吸收校正。結(jié)構(gòu)解析和精修分別采用SHELXTL程序的SHELXS 和SHELXL完成，通過(guò)全矩陣最小二乘方法對(duì)F2進(jìn)行修正得到全部非氫原子的坐標(biāo)及各向 異性參數(shù)。所有氫原子在結(jié)構(gòu)精修過(guò)程中被理論固定在母原子上，賦予比母原子位移參數(shù) 稍大（C-H，1.2或0-H，1.5倍）的各向同性位移參數(shù)。詳細(xì)的晶體測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。結(jié)構(gòu) 見(jiàn)圖1 - 2。圖1 :錫（IV)配合物錫離子的配位環(huán)境圖。
[0024] (2)配合物的相純度表征
[0025] 配合物的粉末衍射表征顯示其具有可靠的相純度，為其作為催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚 合的應(yīng)用提供了保證。圖2 :錫（IV)配合物的粉末衍射示意圖（儀器型號(hào)：Rigaku D/ Max-2500)〇
[0026] 試驗(yàn)二DSC法評(píng)價(jià)錫（IV)配合物催化乙交酯性能研究
[0027] 將1000 Omg乙交酯（86. 1毫摩爾）和24. 5mg錫（IV)配合物（0· 02毫摩爾）在粉 碎機(jī)里攪勻，然后取5mg樣品置于鋁堝中，測(cè)定DSC焓值變化，通過(guò)計(jì)算得出錫（IV)配合物 催化乙交酯反應(yīng)速率與反應(yīng)時(shí)間以及乙交酯轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，見(jiàn)圖3 - 4。圖3 :錫 (IV)配合物催化乙交酯反應(yīng)速率與反應(yīng)時(shí)間示意圖；圖4 :錫（IV)配合物催化乙交酯轉(zhuǎn)化 率與反應(yīng)時(shí)間示意圖。
[0028] 表1錫（IV)配合物的主要晶體學(xué)數(shù)據(jù)
[0029]
[0030] 試驗(yàn)三錫（IV)配合物催化乙交酯制備PGA
[0031] 將1000 Omg乙交酯（86. 1毫摩爾）、24. 5mg錫（IV)配合物（0· 02毫摩爾）加入到 不銹鋼封管中，以每分鐘600°C的速率快速升溫至210°C，保溫1小時(shí)，冷卻至室溫得灰白色 產(chǎn)品PGA。
[0032] 試驗(yàn)四PGA分子量的測(cè)定
[0033] 取0. 2g PGA，溶于三氟乙酸鈉含量為5mmol/L的六氟異丙醇溶液100mL，經(jīng)過(guò) 〇·4μπι孔徑的聚四氟乙烯濾膜過(guò)濾，取20yL加入到島津（日本）制"LC-20AD GPC"進(jìn)樣 器中，通過(guò)計(jì)算得出重均分子量為91600。
[0034] 測(cè)試條件：柱溫40°C ;洗脫液：溶解有5mmol/L三氟乙酸鈉的六氟異丙醇；流速 lmL/min ;檢測(cè)器：RI檢測(cè)器；校正：使用分子量在7000至200000不等的五種不同標(biāo)準(zhǔn)聚甲 基烯酸甲酯進(jìn)行分子量校正。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用于乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的四核錫（IV)的配合物，其特征在于其化學(xué)式為[(Me2 Sn)4( #3-0)2(1^3)4]，式中為氧橋連；tea為噻唑-4-甲酸羧基陰離子配體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的四核錫（IV)的配合物，其特 征在于其二級(jí)結(jié)構(gòu)單元為：晶體屬于單斜晶系，空間群為/2 (l)/c，分子式SC24H32N4OwSn 4, 分子量為 1139. 54 ;晶胞參數(shù)為：a = 11. 299 (I) A, A = 20. 880(2) A，c = 8. 576(1) A， a = y = 90°，f3 = 104. 114(2)°，晶胞體積為1962. 5(3) A3;基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)零維四核 的結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的四核錫（IV)的配合物制備方 法，其特征在于按照下述步驟進(jìn)行：室溫下，將計(jì)量的噻唑-4-甲酸、二甲基二氯化錫、氫氧 化鈉在甲醇和水混合溶劑中攪拌0. 5小時(shí)，過(guò)濾，常溫靜置24小時(shí)得無(wú)色針狀晶體，然后晶 體經(jīng)甲醇、乙醚洗滌，干燥，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物一種四核錫（IV)的配合物。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的四核錫（IV)的配合物制備方 法，其特征在于：所述步驟中，甲醇和水的體積比為4 : 1;按摩爾比，噻唑-4-甲酸：二甲 基二氯化錫：氫氧化鈉=I : I : 1;每0.1毫摩爾的噻唑-4-甲酸對(duì)應(yīng)4 mL的甲醇。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四核錫（IV)的配合物催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的應(yīng)用方法， 其特征在于按照下述步驟進(jìn)行：將權(quán)利1所述一種四核錫（IV)的配合物和乙交酯加入到不 銹鋼封管中，升溫至210°C，本體熔融縮聚反應(yīng)1小時(shí)，制得聚乙交酯。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四核錫（IV)的配合物催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的應(yīng)用方法， 其特征在于一種四核錫（IV)的配合物和乙交酯摩爾比為1 : 4000;所得聚乙交酯重均分 子量為91600,可以應(yīng)用在醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域。
【專利摘要】本發(fā)明涉及四核錫(IV)配合物及制備方法和催化乙交酯開(kāi)環(huán)聚合的應(yīng)用，涉及聚乙交酯催化劑領(lǐng)域。本發(fā)明中的催化劑是一種具有四核結(jié)構(gòu)的錫配合物，其化學(xué)式為[(Me2Sn)4(<i>μ</i>3-O)2(tca)4]，式中tca為噻唑-4-甲酸羧基陰離子配體。這種配位聚合物的制備方法為：有機(jī)配體噻唑-4-甲酸與二甲基二氯化錫和氫氧化鈉在甲醇和水的混合溶劑中，經(jīng)常溫靜置得到。本發(fā)明的合成方法，條件溫和，操作方便，產(chǎn)率高，重現(xiàn)性好。該錫配合物熱穩(wěn)定性高，對(duì)乙交酯開(kāi)環(huán)具有較好的催化活性，制備的聚乙交酯重均分子量超過(guò)9萬(wàn)，可以應(yīng)用在醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域。
【IPC分類】C07F7/22, C08G63/08, C08G63/85
【公開(kāi)號(hào)】CN105061491
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510482254
【發(fā)明人】陳群, 高建, 崔愛(ài)軍, 何明陽(yáng), 陳圣春
【申請(qǐng)人】常州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月7日