阅读说明：本技术 一种高效催化γ-丁内酯开环制备聚(γ-丁内酯)的方法 (Method for preparing poly (gamma-butyrolactone) by efficiently catalyzing ring opening of gamma-butyrolactone ) 是由 葛芳 王晓武 王哲 朱艳云 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：一种高效催化γ-丁内酯开环制备聚(γ-丁内酯)的方法,该方法包括：使γ-丁内酯和催化体系进行开环聚合反应得到不同分子量、分子量分布的线性或环状聚γ-丁内酯。催化体系包括强碱、引发剂、给氢电子体,所述强碱为四丁基氢氧化铵,引发剂包括各种醇。该方法具有高效可控聚合、价格低廉、能够在较温和的条件进行聚合以及分子量分布宽的优点。其中所用的给氢电子体结构如下：<Image he="112" wi="270" file="363095DEST_PATH_IMAGE002.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>R基团为脂肪族基团或芳基；X基团为O或者S。(A method for preparing poly (gamma-butyrolactone) by efficiently catalyzing ring opening of gamma-butyrolactone, which comprises the following steps: the gamma-butyrolactone and the catalytic system are subjected to ring-opening polymerization reaction to obtain linear or cyclic poly-gamma-butyrolactone with different molecular weights and molecular weight distributions. The catalytic system comprises strong base, initiator and hydrogen donor electron, wherein the strong base is tetrabutyl ammonium hydroxide, and the initiator comprises various alcohols. The method has the advantages of high-efficiency controllable polymerization, low cost, capability of carrying out polymerization under mild conditions and wide molecular weight distribution. The hydrogen donor electron structure used therein is as follows: the R group is an aliphatic group or an aryl group; the X group is O or S.)

一种高效催化γ-丁内酯开环制备聚(γ-丁内酯)的方法

技术领域

本发明涉及γ-丁内酯的开环聚合领域，更具体地说，它涉及一种高效催化γ-丁内酯开环制备聚(γ-丁内酯)的方法。

背景技术

脂肪族聚合物作为一种具有良好生物可降解性、生物相容性的绿色化学材料，目前主要应用在可吸收缝合线和药物控释系统等生物医学领域，主要通过开环聚合得到，该方法具有原子经济性好、可在温和条件下得到高分子量、分子量分布窄的聚合物等特点，选择合适的催化剂可实现可控聚合。γ-丁内酯（γ-BL）作为一种具有五元环结构、天然可再生且价格低廉的内酯，在十二大衍生物中被美国能源部列为首位，其聚合物聚（γ-丁内酯）是微生物发酵法制备所得聚（4-羟基丁酸酯）（P4HB）的等价体，P4HB作为一种新型可吸收材料，常被用于心脏支架、药物输送等医学领域，但其是通过发酵法所得到，具有工艺复杂、重复性差等缺点。但由于γ-丁内酯的低应变能力传统上被认为是“不可聚合的”，2016年通过对热力学和动力学等条件进行控制首次实现了在温和条件对γ-丁内酯的开环聚合。

实现聚（γ-丁内酯）的高效可控聚合的关键在于催化剂的选择。目前应用到γ-丁内酯的开环聚合中的催化剂主要有金属催化剂、有机催化剂，金属催化剂因会在产物中残留，而无法更好的应用到生物医学领域内。有机催化剂具有毒性小，不易残留等优点，近些年来对有机催化剂进行研究比较广泛。

洪缪和Chen于2016年首次实现了γ-BL在温和条件下（−40℃）的高效开环聚合，以磷腈超强碱^tBu-P₄/醇为催化协同体系，聚合4h得到转化率为90%、分子量为26.7kg·mol^-1、完全可回收性和无金属残留的聚（γ-丁内酯），在拥有金属催化剂可以制得的高分子量高活性的聚合物的同时，还可以避免在聚合物中残留下的金属，从而不会对生物医学等方面的应用产生影响，在聚合过程中，由于生成的烷氧负离子在链增长过程中会发生回咬，使得聚合物不可控，进而制得分子量分布比较宽的聚合物，这对聚合是不利的。【Angew.Chem.Int.Ed.2016，55，4188-4193】。

孟跃中等人在2018年，以脲/醇盐为催化体系，首次在-20℃进行聚合，制得高分子量的聚γ-丁内酯（高达68.2kg·mol^-1），该催化剂具有廉价，且易制得的优点。文献对机理进行研究，发现醇盐可使单体去质子化，醇盐作为一种强碱，在发生阴离子聚合之前，已经把单体引发，这也加快了聚合速率。且聚合物分子量越大，聚合物的热稳定性越大，因此合成高分子量的聚合物是对我们极其有利的。【Macromolecules.2018，51，9317-9322】。

李志波等人通过醇盐或有机磷腈超碱/尿素作为二元协同催化体系进行γ-丁内酯的开环聚合，有机磷腈超碱和合适的脲类给电子取代基化合物协同作用，合成的聚γ-丁内酯分子量达35.0kg·mol^-1，有机碱催化活性明显高于醇盐，加入引发剂BnOH的聚合速率远快于单体直接引发聚合的速率，即（硫）脲和BnOH可有效地抑制活性单体物种的形成，进而加快聚合反应。【Polymer Chemistry.2019，10，1231-1237】。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：制备线性聚(γ-丁内酯)的同时通常伴随有副反应，即制备得到的线性聚(γ-丁内酯)中还掺杂有环状聚(γ-丁内酯)，线性聚(γ-丁内酯)的制备的可控聚合性差，影响线性聚(γ-丁内酯)的机械性能。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种高效催化γ-丁内酯开环制备聚(γ-丁内酯)的方法，其具有高效可控聚合线性聚(γ-丁内酯)或环状聚(γ-丁内酯)、价格低廉、能够在较温和的条件进行聚合以及分子量分布宽的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高效催化γ-丁内酯开环制备聚(γ-丁内酯)的方法，通过在溶剂中加入给氢电子体、强碱或引发剂的一种或多种以制得多种催化体系，每种催化体系可控制催化γ-丁内酯发生聚合反应得到不同分子量的环状或者线性聚(γ-丁内酯)，所述多种催化体系包含如下所示的四种：（1）强碱；（2）强碱+给氢电子体；（3）强碱+引发剂；（4）强碱+引发剂+给氢电子体。

通过采用上述技术方案，对于第(1)、第(2)和第(3)个催化体系而言，可以得到不同分子量的环状聚(γ-丁内酯)，环状聚(γ-丁内酯)为主要产物，线性聚(γ-丁内酯)为副产物；对于第(4)个催化体系而言，可以得到不同分子量的线性聚(γ-丁内酯)，线性聚(γ-丁内酯)为主要产物，而不会有环状聚(γ-丁内酯)生成，从而实现高效可控聚合线性聚(γ-丁内酯)或环状聚(γ-丁内酯)。同时，采用本发明提出的方法制备的不同分子量环状聚(γ-丁内酯)可以扩大其产品的使用范围和应用范围。另外，发明人在研究中发现，上述四种催化体系不仅可以用于γ-丁内酯聚合，还可以用于己内酯、戊内酯、丙交酯等常见环状内酯单体的聚合，采用第(4)种催化体系催化聚合γ-丁内酯的研究未见报道。

本发明进一步设置为：所述强碱为四丁基氢氧化铵，四丁基氢氧化铵的结构式如下：。

本发明进一步设置为：所述给氢电子体为如下所示化合物中的一种：

， R基团为乙基、异丙基、环己基、苯基或Cl取代苯基的一种，R＇基团可以与R基团相同或者为乙基、异丙基、环己基、苯基或Cl取代苯基的一种。

本发明进一步设置为：所述给氢电子体为如下所示化合物中的任一种：

。

通过采用上述技术方案，使用不同的给氢电子体结构，对γ-丁内酯开环聚合的活性以及制备聚γ-丁内酯的分子量有较大影响。

本发明进一步设置为：所述四丁基氢氧化铵和给氢电子体形成催化剂，所述催化剂的结构式如下：

，其中X=S或O，当X=S时，R=乙基、异丙基或苯基，当X=O，R=苯基、环己基或Cl取代苯基中的一种或两种。

本发明进一步设置为：所述引发剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、苄醇、苯乙醇、苯丙醇、二苯基甲醇、2，2-二苯基乙醇、端羟基寡聚乙二醇单甲醚、2，2-二苯基乙醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇，1，4-丁二醇、1，2-苯二甲醇、1，3-苯二甲醇、1，4-苯二甲醇、2，2＇-联苯二甲醇、丙三醇和季戊四醇中的至少之一，所述引发剂优选苄醇。

通过采用上述技术方案，以上醇类引发剂可以高效地引发γ-丁内酯的开环聚合反应，且原料来源广泛、廉价易得。另外，通过利用含端羟基的大分子醇作为引发剂，本发明的方法还可以用于制备含聚(γ-丁内酯)的嵌段共聚物，优选苄醇。

本发明进一步设置为：所述四丁基氢氧化铵与引发剂的摩尔比例可以为(1～60):3，换言之，所述四丁基氢氧化铵与引发剂的摩尔比例可以为1/3～20/1，例如1/3、1/1、3/1、5/1、10/1、20/1。

本发明进一步设置为：所述四丁基氢氧化铵与给氢电子体的摩尔比例可以为1:(1～10)，换言之，所述四丁基氢氧化铵与给氢电子体的摩尔比例可以为1/1～1/10，例如1/1、1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9或是1/10。

本发明进一步设置为：所述给氢电子体与γ-丁内酯的摩尔比例可以为0:(10～3000)，换言之，所述给氢电子体与γ-丁内酯的摩尔比例可以为1/10～1/3000，例如1/10、1/100、1/200、1/300、1/500、1/1000、1/1500、1/2000、1/2500或是1/3000。

本发明进一步设置为：所述γ-丁内酯在催化体系中的摩尔浓度为1～10mol/L，例如4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L、8mol/L、9mol/L、10mol/L、1mol/L、2mol/L或是3mol/L。

通过采用上述技术方案，γ-丁内酯摩尔浓度是指γ-丁内酯在不同催化体系中的摩尔浓度，如果γ-丁内酯的浓度过低，则聚合速率较慢，转化率较低，所得产物分子量较低。

本发明进一步设置为：在γ-丁内酯的聚合反应中，所述催化剂与所述引发剂的摩尔比为1/0～5/1，所述催化剂与所述给氢电子体的摩尔比例为0:(0～10)，可以为1:1或者1:0，所述给氢电子体与所述γ-丁内酯的摩尔比例为0/50～1/300，可以为50:0、100:1、300:1。

本发明进一步设置为：聚合反应的温度为-50～20℃，反应时间为0.5h～18h。

本发明进一步设置为：所述γ-丁内酯在所述多种催化体系中的摩尔浓度为1mol·L^-1～10mol·L^-1。

本发明进一步设置为：聚合反应还需添加溶剂，所述溶剂为甲苯、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二氧六环、乙腈和N，N-二甲基甲酰胺中的至少之一，所述溶剂优选四氢呋喃或甲苯。

通过采用上述技术方案，有机溶剂可以为引发剂、四丁基氢氧化铵和γ-丁内酯单体提供良好的溶解性，且四丁基氢氧化铵在以上有机溶剂中可以表现出强碱性，提高聚(γ-丁内酯)的转化率和收率。另外，由于四丁基氢氧化铵和给氢电子体在甲醇中溶解性大，很容易将聚(γ-丁内酯)产品通过沉淀的方式从反应体系中分离出来，能够满足生物医药领域的应用要求。

本发明进一步设置为：制备得到的线性聚(γ-丁内酯)的分子量为1～52Kg/mol，制备得到的环状聚(γ-丁内酯)的分子量为0.3～10Kg/mol。

综上所述，本发明的一种高效催化γ-丁内酯开环制备聚(γ-丁内酯)的方法：采用给氢电子体、强碱或引发剂的一种或多种溶于有机溶剂中，并在-50～0℃下搅拌10～30min，将γ-丁内酯加入上述混合溶液中，反应0.5h～18h后得到聚(γ-丁内酯)，通过在有机溶剂中加入给氢电子体、强碱或引发剂的一种或多种以制得不同的催化体系，再加入γ-丁内酯，使γ-丁内酯在不同催化体系中进行聚合反应，以实现高效可控制备不同分子量环状或者线性聚(γ-丁内酯)；聚合成环状聚(γ-丁内酯)以及线性聚(γ-丁内酯)的机理不同，对第(3)个催化体系而言，可能形成机理如下所示(例如，引发剂为甲醇)：

；

对第(3)个催化体系而言，可能形成机理如下所示(例如，引发剂为苄醇)：

；

对第(4)个催化体系而言，可能形成机理如下所示(例如，引发剂为苄醇，给氢电子体为硫脲)：

。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、可以通过使用不同的给氢电子体结构制得不同的催化体系，对其进行聚合物结构和分子量进行筛选，进而可选择性达到线性和环状聚γ-丁内酯合成，并且可以得到不同分子量的聚(γ-丁内酯)。

第二、可以在较温和条件下实现γ-丁内酯的聚合，聚合温度为0-10℃，γ-丁内酯上级产品是产量大的生物质丁二酸，具有原料易得且价格低廉的特点。

强碱选用四丁基氢氧化铵，是有机超强碱，加热易于分解，这也比较适合于用作γ-丁内酯的低温开环聚合反应，且该化合物已商业化。

附图说明

图1为以TU-1与苄醇为催化体系所得线性聚（γ-丁内酯）的核磁氢谱图；

图2为线性聚（γ-丁内酯）的GPC图；

图3为线性聚（γ-丁内酯）的GPC图；

图4为低分子量线性聚（γ-丁内酯）的MALDI-TOF图；

图5为TU-1与强碱在四氢呋喃溶剂中所得催化体系中间体的核磁氢谱图；

图6为给氢电子体取代基为苯基与四丁基氢氧化铵反应产物的单晶衍射结构图；

图7为以TU-2与苄醇为催化体系所得线性聚（γ-丁内酯）的核磁氢谱图(条目8)；

图8为以TU-2与苄醇为催化体系所得线性聚（γ-丁内酯）的核磁氢谱图(条目18)；

图9为TU-2与强碱所得中间体的核磁氢谱图；

图10为TU-3与强碱所得中间体的核磁氢谱图；

图11为TU-6与强碱所得中间体的核磁氢谱图；

图12为TU-7与强碱在甲苯溶剂中所得催化体系中间体和TU-7核磁氢谱对比图；

图13为TBD与强碱所得中间体的核磁氢谱图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购制得的常规产品。

实施例1

将(0.02mmol，2.1μL)苄醇、1，3-二异丙基硫脲（0.02mmol，3.2mg）、四丁基氢氧化铵（0.8M甲醇溶液，25μL）和0.13mL甲苯加入反应瓶中，置于-40℃低温冷浴中搅拌10min，用注射器将(6mmol，0.46mL)γ-丁内酯加入反应管中。反应在氮气保护下进行4h，加入2-3滴醋酸终止反应。将反应混合物溶于4mL二氯甲烷中，倒入50mL甲醇中，离心分离沉淀得到聚(γ-丁内酯)。聚合物为线性聚合物。在本实施例中，采用第(4)种催化体系制备得到线性聚(γ-丁内酯)。在该实施例中，四丁基氢氧化铵、苄醇和1，3-二异丙基硫脲构成强碱+引发剂+给氢电子体组合的催化体系。

GPC测得数均分子量为10.4kg/mol，分子量分布为2.0。

实施例2

将(0.02mmol，2.1μL)苄醇、1，3-二异丙基硫脲（0.02mmol，3.2mg）、四丁基氢氧化铵（0.8M甲醇溶液，25μL）和0.13mL甲苯加入反应瓶中，置于-50℃低温冷浴中搅拌10min，用注射器将(24mmol，1.84mL)γ-丁内酯加入反应管中。反应在氮气保护下进行4h，加入8-12滴醋酸终止反应。将反应混合物溶于16mL二氯甲烷中，倒入200mL甲醇中，离心分离沉淀得到聚(γ-丁内酯)。聚合物为线性聚合物。在本实施例中，采用第(4)种催化体系制备得到线性聚(γ-丁内酯)。在该实施例中，四丁基氢氧化铵、苄醇和1，3-二异丙基硫脲构成强碱+引发剂+给氢电子体组合的催化体系。

GPC测得数均分子量为54.0kg/mol，分子量分布为1.60。

实施例3

将(0.02mmol，2.1μL)苄醇、1，3-二乙基硫脲（0.02mmol，2.65mg）、四丁基氢氧化铵（0.8M甲醇溶液，25μL）和0.13mL甲苯加入反应瓶中，置于-40℃低温冷浴中搅拌10min，用注射器将(6mmol，0.46mL)γ-丁内酯加入反应管中。反应在氮气保护下进行4h，加入2-3滴醋酸终止反应。将反应混合物溶于4mL二氯甲烷中，倒入50mL甲醇中，离心分离沉淀得到聚(γ-丁内酯)。聚合物为线性聚合物。在本实施例中，采用第(4)种催化体系制备得到线性聚(γ-丁内酯)。在该实施例中，四丁基氢氧化铵、苄醇和1，3-二异丙基硫脲构成强碱+引发剂+给氢电子体组合的催化体系。

GPC测得数均分子量为10.0kg/mol，分子量分布为1.60。

实施例4

将(0.02mmol，2.1μL)苄醇、1，3-二苯基脲（0.02mmol，4.25mg）、四丁基氢氧化铵（0.8M甲醇溶液，25μL）和0.13mL甲苯加入反应瓶中，置于-40℃低温冷浴中搅拌10min，用注射器将(6mmol，0.46mL)γ-丁内酯加入反应管中。反应在氮气保护下进行4h，加入2-3滴醋酸终止反应。将反应混合物溶于4mL二氯甲烷中，倒入50mL甲醇中，离心分离沉淀得到聚(γ-丁内酯)。聚合物为线性聚合物。在本实施例中，采用第(4)种催化体系制备得到线性聚(γ-丁内酯)。在该实施例中，四丁基氢氧化铵、苄醇和1，3-二异丙基硫脲构成强碱+引发剂+给氢电子体组合的催化体系。GPC测得数均分子量为9.0kg/mol，分子量分布为1.90。

实施例5

将(0.02mmol，2.1μL)苄醇、1，3-二异丙基硫脲（0.02mmol，3.2mg）、四丁基氢氧化铵（0.8M甲醇溶液，25μL）和0.13mL甲苯加入反应瓶中，置于0℃低温冷浴中搅拌10min，用注射器将(6mmol，0.46mL)γ-丁内酯加入反应管中。反应在氮气保护下进行4h，加入2-3滴醋酸终止反应。将反应混合物溶于4mL二氯甲烷中，倒入50mL甲醇中，离心分离沉淀得到聚(γ-丁内酯)。聚合物为线性聚合物。在本实施例中，采用第(4)种催化体系制备得到线性聚(γ-丁内酯)。在该实施例中，四丁基氢氧化铵、苄醇和1，3-二异丙基硫脲构成强碱+引发剂+给氢电子体组合的催化体系。GPC测得数均分子量为14.0kg/mol，分子量分布为1.9。

实施例6

将四丁基氢氧化铵（0.8M甲醇溶液，25μL）和0.13mL甲苯加入反应瓶中，置于-40℃低温冷浴中搅拌10min，用注射器将(6mmol，0.46mL)γ-丁内酯加入反应管中。反应在氮气保护下进行4h，加入2-3滴醋酸终止反应。将反应混合物溶于4mL二氯甲烷中，倒入50mL甲醇中，离心分离沉淀得到聚(γ-丁内酯)。聚合物为环状聚合物。在本实施例中，采用第(1)种催化体系制备得到环状聚(γ-丁内酯)。在该实施例中，四丁基氢氧化铵构成单独强碱作用的催化体系。GPC测得数均分子量为1.3kg/mol，分子量分布为1.2。

实施例7

将1，3-二异丙基硫脲（0.02 mmol，3.2mg）、四丁基氢氧化铵（0.8M甲醇溶液，25μL）和0.13mL甲苯加入反应瓶中，置于-40℃低温冷浴中搅拌10min，用注射器将(6mmol，0.46mL)γ-丁内酯加入反应管中。反应在氮气保护下进行4h，加入2-3滴醋酸终止反应。将反应混合物溶于4mL二氯甲烷中，倒入50mL甲醇中，离心分离沉淀得到聚(γ-丁内酯)。聚合物为环状聚合物。在本实施例中，采用第(2)种催化体系制备得到环状聚(γ-丁内酯)。在该实施例中，四丁基氢氧化铵和1，3-二异丙基硫脲构成强碱+给氢电子体组合的催化体系。

GPC测得数均分子量为1.48kg/mol，分子量分布为1.3。

实施例8

将(0.02mmol，2.1μL)苄醇、四丁基氢氧化铵（0.8M甲醇溶液，25μL）和0.13mL甲苯加入反应瓶中，置于-50℃低温冷浴中搅拌10min，用注射器将(24mmol，1.84mL)γ-丁内酯加入反应管中。反应在氮气保护下进行4h，加入8-12滴醋酸终止反应。将反应混合物溶于16mL二氯甲烷中，倒入200mL甲醇中，离心分离沉淀得到聚(γ-丁内酯)。聚合物为环状聚合物。在本实施例中，采用第(3)种催化体系制备得到环状聚(γ-丁内酯)。在该实施例中，四丁基氢氧化铵和苄醇构成强碱+引发剂组合的催化体系。

GPC测得数均分子量为1.4kg/mol，分子量分布为1.2。

从实施例1-8中可以看出，通过在溶剂中加入给氢电子体、强碱或引发剂的一种或多种以制得多种催化体系，每种催化体系可控制催化γ-丁内酯发生聚合反应得到环状或者线性聚(γ-丁内酯)，多种催化体系包含如下所示的四种：

（1）强碱；

（2）强碱+给氢电子体；

（3）强碱+引发剂；

（4）强碱+引发剂+给氢电子体。

实施例1-8制备聚(γ-丁内酯)的相关参数参见表4。

使用不同的给氢电子体结构以及不同的γ-丁内酯/碱/给氢电子体/引发剂摩尔比、不同反应条件等参数下制备聚γ-丁内酯，具体如表1、表2和表3所示。

结构和性能试验及其他实施例

在手套箱中依次将不同催化体系所需反应物加入到反应瓶中，在0-50℃下加入γ-丁内酯，放入低温反应器中反应。加入3mL的苯甲酸/CHCl₃（10mg·mL^-1)中将反应淬灭，用CHCl₃洗净，旋蒸（40℃，80mmbar)，用10倍甲醇析出（放入冰箱中静置1h)，然后抽滤，在25℃真空干燥箱烘干至恒重，之后取样进行相关结构和性能测试。

对使用不同的给氢电子体结构以及不同的γ-丁内酯:强碱:给氢电子体:引发剂摩尔比(M:P:Tu-2:I)、不同反应条件等参数下制备得到的聚γ-丁内酯材料进行结构分析测试，结果如表1、表2和表3所示：

表1不同催化体系催化γ-丁内酯的相关参数以及测试结果。

表1中的反应条件：丁内酯浓度=10M(0.52g，6mmol)，反应步骤为单独碱或碱与给氢电子体反应后，加入引发剂，其中苄醇的效果最好，然后加入溶剂和γ-丁内酯。^a表示以甲苯作为溶剂；^b表示以THF作为溶剂；^c表示[γ-BL]=6M。

表1中，主要对上述四个催化体系进行相关参数的筛选和相关结构的测试和确证。具体而言，条目8-11、条目13以及条目15-18为第(4)个催化体系，该催化体系制得的线性聚(γ-丁内酯) 的结构的测定相关参数如图1所示，所得线性聚(γ-丁内酯)的GPC相关参数如图2-4所示；在第(4)个催化体系中，有机强碱(四丁基氢氧化铵)可以和给氢电子体发生相互作用将其脱质子化形成脲/硫脲阴离子，而脲 /硫脲阴离子通过氢键相互作用同时活化聚合物增长链末端和单体，从而使催化体系表现出很高的聚合活性；另一方面，脲/硫脲阴离子与增长链末端通过氢键结合后降低了增长链末端官能团的碱性，增大了增长链末端的空间位阻，从而降低了酯交换和链末端回咬的可能性，提高了聚合反应的可控性，利于制备得到线性高分子量的聚(γ-丁内酯)。具体而言，四丁基氢氧化铵是一种强电子给体，在催化体系中很容易夺取脲/硫脲基团中的质子氢，使其成为脲/硫脲阴离子。

对条目5-18而言，当催化体系中缺乏引发剂时，主要制得不同分子量和分子量宽度的环状聚(γ-丁内酯)，当加入引发剂后，主要制得线性聚(γ-丁内酯)，例如，当溶剂为四氢呋喃时，制得不同分子量的环状或线性聚(γ-丁内酯)的催化体系中，给氢电子体(例如TU-1)和强碱制得的催化体系(为第(2)或第(4)个催化体系)所得的中间体的结构的测定相关参数如图5所示，给氢电子体(例如TU-3)和强碱的所得催化剂的结构的确证相关参数如图6所示。

对于第(1)、第(2)和第(3)个催化体系而言，四丁基氢氧化铵本身呈现强碱性，可以活化脂肪族醇类引发剂，可以得到不同分子量的环状聚(γ-丁内酯)，环状聚(γ-丁内酯)为主要产物，线性聚(γ-丁内酯)为副产物。

根据本发明的一些实施例，相对于直接将γ-丁内酯单体与引发剂、四丁基氢氧化铵或给氢电子体的一种或多种混合进行反应，通过在上述条件下首先制得多种催化体系，再加入γ-丁内酯单体，可以进一步提高γ-丁内酯的转化率和所得聚(γ-丁内酯)的分子量。从条目8和条目18可以看出，随着γ-丁内酯摩尔比例的增大，可以进一步提高γ-丁内酯的转化率和所得聚(γ-丁内酯)的分子量，条目8制得的线性聚(γ-丁内酯)的相关参数如图7所示，条目18制得的线性聚(γ-丁内酯)的相关参数如图8所示。

从条目15-16可以看出，相比较已报道的催化体系，本发明的催化体系在温度较高条件下也可以进行γ-丁内酯聚合。从条目3和条目4可以看出，温度较高时，反应时间过短，则γ-丁内酯的转化率较低，所得聚(γ-丁内酯)的分子量较低，延长反应时间，可有效地提高γ-丁内酯的转化率和产物的分子量。

采用本发明提出的方法制备的高分子量线性聚(γ-丁内酯)产品中的四丁基氢氧化铵、给氢电子体的残留量极低或无残留，能够满足生物医药领域的应用要求，且分子量高、具有良好的机械性能。

表2第(2)个催化体系催化γ-丁内酯的相关参数以及测试结果。

表2中，^a表示以甲苯作为溶剂。

表2中，主要对上述第(2)个催化体系进行相关参数的筛选和相关结构的测试和确证。具体而言，表2对不同结构的给氢电子体进行试验，在缺乏苄醇和催化剂作用的反应条件下，主要生产不同分子量以及分子量分布宽度的环状聚(γ-丁内酯)，例如，TU-2和强碱所得中间体的结构相关参数如图9所示，TU-3和强碱所得中间体的结构相关参数如图10所示，TU-6和强碱所得中间体的结构相关参数如图11所示，TU-7和强碱所得中间体的结构相关参数如图12所示，TBD和强碱所得中间体的结构相关参数如图13所示。

表3第(4)个催化体系催化γ-丁内酯的相关参数以及测试结果。

表3中的反应条件：丁内酯浓度=10M(0.52g，6mmol)。反应步骤为强碱与给氢电子体反应后，加入引发剂，其中苄醇的效果最好，然后加入溶剂和γ-丁内酯，甲苯作为溶剂，反应时间为4h。

在表3中，主要对上述第(4)个催化体系进行相关参数的筛选和相关结构的测试和确证。在本发明中使用不同的给氢电子体结构，对γ-丁内酯开环聚合的活性以及制备聚γ-丁内酯的分子量有较大影响。具体而言，TU-3、TU-4和TU-5所对应的结构对第(4)个催化体系而言缺乏活性，因此当给氢电子体为TU-3、TU-4或TU-5时均无法得到线性聚(γ-丁内酯)，TU-2、TU-6和TU-7可以得到不同分子量的线性聚(γ-丁内酯)。

表4实施例1-8制备聚(γ-丁内酯)的相关参数。

从实施例1-8、表1、表2、表3和表4中可以看出，通过在溶剂中加入给氢电子体、强碱或引发剂的一种或多种以制得多种催化体系，每种催化体系可控制催化γ-丁内酯发生聚合反应得到不同分子量的环状或者线性聚(γ-丁内酯)，多种催化体系包含如下所示的四种：（1）强碱；（2）强碱+给氢电子体；（3）强碱+引发剂；（4）强碱+引发剂+给氢电子体。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。