一种具有酸降解、还原性敏感功能的单体及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种具有酸降解、还原性敏感功能的单体及其制备方法和应用 (Monomer with acid degradation and reducibility sensitive functions and preparation method and application thereof ) 是由 李智慧 李大爱 赵琳 李钟玉 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有酸降解、还原性敏感功能的单体制备及其在高分子中的应用,其制备方法是：将2,2’-二硫二乙醇的衍生物、2-(乙烯氧基)乙基丙烯酸酯在室温条件下,用二氯甲烷作溶剂,对甲苯磺酸作催化剂,催化得到。该方法制备过程简单,在功能性高分子合成领域内有广泛的应用前景。(The invention discloses a preparation method of a monomer with acid degradation and reducibility sensitive functions and application thereof in macromolecules, wherein the preparation method comprises the following steps: the catalyst is prepared by catalyzing a derivative of 2, 2' -dithiodiethanol and 2- (ethyleneoxy) ethyl acrylate at room temperature by using dichloromethane as a solvent and p-toluenesulfonic acid as a catalyst. The method has simple preparation process and wide application prospect in the field of functional polymer synthesis.)
技术领域
本发明属于有机合成和聚合物合成领域，特别涉及一种具有酸降解、还原性敏感功能的单体制备及其在高分子中的应用。
背景技术
具有酸降解、还原性敏感功能的单体是设计合成功能聚合物材料的重要组成部分，尤其在设计智能响应高分子药物载体领域更是十分重要。
通常来说，两亲性的嵌段聚合物因为可以在水中自组装形成聚合物胶束，所以常作为药物载体使用，受到越来越多的关注和广泛的应用，但是非功能性的嵌段聚合物通常比较稳定，往往不能完全释放药物。这样带来的益处是：药物在一定程度上实现了缓释，避免了被肾脏的快速清除和从网状内皮系统中的逃逸；但同样存在着弊端，如：残留的药物不仅降低了药物利用率，而且增加了副作用。
后续的研究学者，为了改善这一状况，实现药物的靶向释放，以提高药物疗效，采取结合病灶部位的特有性质，设计出功能性的聚合物药物载体，如：相比较人的正常生理组织的pH(约为7.4)，肿瘤部位的环境偏酸性，pH值约6.75，肿瘤内部的pH值在6.0左右，细胞内溶酶体的pH值更低，为4.0-5.0，肿瘤组织这些地方的弱酸性环境，为设计酸性条件下发生分解或降解的分子链段提供了理论依据，如：设计出含有腙键、缩醛或者缩酮键的链段；同时，在肿瘤细胞内有高浓度的谷胱甘肽(简称：GSH)，使其呈现出还原环境，这为设计还原敏感型药物传递系统提供了依据，目前还原敏感链段研究较多的为二硫键(S-S)，二硫键的键能有较高的稳定性，但在肿瘤细胞的还原环境下易被降解断裂，也容易被二硫苏糖醇有效的还原二硫键，基于二硫键的聚合物药物载体已得到研制并显示了良好的应用前景。
当前赋予聚合物药物载体功能性的方法有：(1)可以通过聚合物后修饰法使其具有一定的功能性，如：含有羟基的聚合物可以通过与乙烯基醚反应，赋予聚合物酸降解的性质；含有羧基的聚合物可以通过与2-硝基苯甲醇反应，赋予聚合物光降解的性质。(2)设计功能性单体，然后用于聚合，得到功能性的聚合物。其中，后者是较为常用的方法。就目前来看，已经设计出的可用于聚合的功能性单体，功能性相对比较单一，如：设计出的功能性单体只有酸敏感或者只有光敏感的性质，具有多重敏感性的单体并不多。因此，设计出具有多重敏感的功能性单体具有重要的价值和意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有酸降解、还原性敏感功能的单体制备
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
1、一种具有酸降解、还原性敏感功能的单体，其特征在于：
该物质的结构如下式：
其中R为：
作为本发明的另一发明目的，提供一种具有酸降解、还原性敏感功能的单体的制备方法，
包括以下步骤：。
步骤一：将2，2′-二硫二乙醇加入到装有第一溶剂的反应容器中搅拌混合形成第一混合物，加入有机碱，置于冰浴中，采用磁力搅拌；
步骤二：取第一溶剂，将酰卤物质溶于第一溶剂中，将含有第一溶剂的酰卤物质缓慢滴加到上述第一混合物中，在室温反应3-5h，然后过滤除去三乙胺盐酸盐，萃取一次，收集有机相，干燥，减压旋蒸，得到2，2′-二硫二乙醇的衍生物的粗产物，进一步纯化采用柱层析的方法，得到纯化的2，2′-二硫二乙醇的衍生物；
步骤三：取纯化的2，2′-二硫二乙醇的衍生物适量于第一溶剂中，加入催化剂，室温搅拌1-2min，然后将2-(乙烯氧基)乙基丙烯酸酯加入体系中，反应2-3h，然后向体系中加入有机碱，调节体系的pH值在8-9之间，得到粗产物，进一步纯化采用柱层析法，即可制得具有酸降解、还原性敏感功能的单体。
作为本发明的进一步改进，
所述第一溶剂为二氯甲烷。
作为本发明的进一步改进，
所述有机碱为三乙胺。
作为本发明的进一步改进，
所述催化剂是对甲苯磺酸。
作为本发明的进一步改进，
所述酰卤物质为：
丙烯酰氯或溴代异丁酰溴或4-溴丁酰溴或溴乙酰溴或4-溴丁酰氯。
作为本发明的进一步改进，
第一混合物中2，2’-二硫二乙醇的质量分数是10％-20％；
2，2’-二硫二乙醇与酰卤物质的摩尔投料比为：2∶1.1-1.3。
作为本发明的进一步改进，
有机碱与酰卤的投料摩尔量比为：1-1.2∶1；
2，2’-二硫二乙醇的衍生物与2-(乙烯氧基)乙基丙烯酸酯的摩尔投料比为：1∶1-1.2。
作为本发明的进一步改进，
步骤一中，第一溶剂的加入质量是2，2’-二硫二乙醇质量的4-9倍；
步骤二中，第一溶剂的加入质量是酰卤物质的1-3倍；
步骤三中，第一溶剂质量是2，2’-二硫二乙醇的衍生物的3-10倍；
催化剂的加入质量是步骤三体系中第一溶剂质量的0.04％-0.08％。作为本发明的另一发明目的，提供一种具有酸降解、还原性敏感功能的单体的应用，其特征在于：利用其制备具有酸降解、还原性敏感功能的聚合物药物载体。
本发明的原理：将2，2’-二硫二乙醇与酰卤物质反应生成2，2’-二硫二乙醇的衍生物，再将其与2-(乙烯氧基)乙基丙烯酸酯，在室温反应，当酰卤物质是丙烯酰氯时，反应路线如下：
换用其他酰卤试剂，反应与之类似，本发明可选用的酰卤物质详见说明书。
本发明的有益效果：1、本发明所使用的各种原料廉价易得，反应速率快，反应条件温和、操作简单易行；
2、本发明得到的单体物质，在酸性条件下，可以降解成相应的醛和醇，在二硫苏糖醇存在时，可以发生二硫键断裂，降解路线分别为：
附图说明
图1为本发明实施例1提供的2-(乙烯氧基)乙基丙烯酸酯和2，2’-二硫二乙醇单丙烯酸酯的核磁氢谱图；
图2为本发明实施例1提供的具有酸降解、还原性敏感功能的单体加酸后产物的核磁氢谱图；
图3为本发明实施例1提供的具有酸降解、还原性敏感功能的单体加入二硫苏糖醇后产物的核磁氢谱图；
图4为本发明实施例1提供的制备聚合物的反应路线；
图5为本发明实施例1提供的聚合物酸降解前后和二硫苏糖醇还原聚合物双硫键前后的凝胶渗透色谱图；
图6为本发明实施例1提供的用具有酸降解、还原性敏感功能的单体物质制得的聚合物酸降解前后的核磁氢谱图；
图7为本发明实施例1提供的聚合物组装胶束粒径；
图8为本发明实施例1提供的聚合物胶束的电镜图；
图9为本发明实施例1提供的聚合物包裹尼罗红的胶束在pH5.4环境中的荧光变化曲线；
图10为本发明实施例1提供的聚合物包裹尼罗红的胶束在二硫苏糖醇环境中的荧光变化曲线。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
实施例1
步骤一：将6.16g的2，2’-二硫二乙醇溶于30g的二氯甲烷中，搅拌2min左右；加入三乙胺4.24g，将其置于冰浴中，采用磁力搅拌。
步骤二：向含有10g二氯甲烷的恒压滴液漏斗中加入丙烯酰卤3.8g，缓慢滴加到步骤一的混合体系中，滴加完毕，再在室温反应4h，将体系过滤，用二氯甲烷萃取1次，收集有机层，干燥，浓缩，得到粗产物；
将得到的粗产物采用柱层析的方法，进行纯化，采用乙酸乙酯石油醚(体积比1∶4)做展开剂，得到纯的2，2’-二硫二乙醇单丙烯酸酯，取20mg用氘代氯仿溶解，打核磁，如图1的B图所示：核磁信息为：
1H NMR(500MHz，CDCl3)δ6.44(d，J＝17.3Hz，1H)，6.14(dd，J＝17.3，10.5Hz，1H)，5.87(d，J＝10.4Hz，1H)，4.44(t，J＝6.7Hz，2H)，3.89(t，J＝5.8Hz，2H)，2.98(t，J＝6.7Hz，2H)，2.89(t，J＝5.8Hz，2H).
同样的取原料2-(乙烯氧基)乙基丙烯酸酯20mg于0.65mL的氘代氯仿中溶解，转移到核磁管中，打核磁，核磁氢谱信息为：1H NMR(400MHz，CDCl3)1H NMR(400MHz，CDCl3)δ6.54-6.43(m，2H)，6.18(dd，J＝17.3，10.4Hz，1H)，5.88(dd，J＝10.4，1.4Hz，1H)，4.44-4.40(m，2H)，4.23(dd，J＝14.3，2.3Hz，1H)，4.07(dd，J＝6.8，2.3Hz，1H)，3.97-3.93(m，2H)，核磁图谱如图1A。
作为对比，可以很明显的看到，在6.5-5.5ppm之间，两种物质均有丙烯酸酯活泼双键上的氢出现，同时还可以看到在4.44ppm处与酯键相连接的亚甲基上的氢出峰，经过各部分积分数据，确认生成物的物质结构是图1中B图所示结构。
步骤三：取步骤二中的2，2’-二硫二乙醇单丙烯酸酯1.54g于10g的二氯甲烷中，采用磁力搅拌，在向体系中加入对甲苯磺酸5mg，搅拌1-2min，将1.2g的2-(乙烯氧基)乙基丙烯酸酯加入体系中去，反应3h后，向体系中加入三乙胺，调节体系成弱碱性，减压旋、浓缩，得到粗产物，采用柱层析方法进一步纯化，得到具有酸降解、还原性敏感功能的单体。
步骤四：取40mg步骤三中的具有酸降解、还原性敏感功能的单体于氘代氯仿中，二等分，分别第一份不加酸，打核磁，如图2的A图所示，得到的核磁信息为：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ6.43(t，J＝13.2Hz，2H)，6.16(dt，J＝17.4，8.8Hz，2H)，5.91-5.79(m，2H)，4.88-4.73(m，1H)，4.50-4.38(m，2H)，4.32(s，2H)，3.83(s，2H)，3.72(s，2H)，3.03-2.85(m，4H)，1.35(d，J＝5.0Hz，3H).
第二份加入5μL的浓盐酸迅速密封核磁管，上下震荡2-3次，打核磁，得到的核磁图谱如图2中的B图，可以很明显的看到，加入酸后，在9.80ppm处，出现了乙醛的醛基上的氢出峰，同时在2.19ppm处，出现了乙醛上与醛基相连的甲基上的氢出峰，通过积分可以发现两处的比例为1∶3，是酸降解产生的乙醛，同时，还可以发现，4.88-4.73ppm处缩醛键上的氢出峰明显的减弱，减弱到几乎可以忽略，缩醛键上的甲基上的氢出峰也完全消失，这充分说明缩醛键确实在酸性条件下发生了降解。积分得到乙醛的核磁为：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ9.80(s，1H)，2.19(s，3H).缩醛键降解，产生的醇类的物质经过比对积分比例和出峰位置，也都有明显的归属。
步骤五：取15mg步骤三中的具有酸降解、还原性敏感功能的单体于氘代甲醇中，向其中加入适量的二硫苏糖醇，上下震荡2-3次，打核磁。得到的核磁图谱，如图3中的B图，从核磁图谱上看，二硫键断裂前后，物质结构上的氢原子出峰基本上没有大的变化，从核磁图谱判断不出是否降解，但是，采用乙酸乙酯石油醚(体积比是：1∶4)作展开剂得到，点板，在功能单体的上方确实有新点产生，通过结合高分辨质谱仪测质谱，得到了对应物质的分子量，这说明加二硫苏糖醇后，产物确实有图3的B图对应的巯基试剂产生。
图3A在此处的作用是对比，关于图3A的物质结构，本质上已经在图2A中解释清楚，此处对比的是图3B，因为图3B是加了二硫苏糖醇，使物质里面的双硫键发生降解，得到降解物质的核磁图谱。
步骤六：取0.23g步骤四中的具有酸降解、还原性敏感功能的单体和92mg的3，6-氧杂辛二硫醇于1mL的二氯甲烷中，向其中加入3μL的四甲基胍催化剂，反应10min后，向其中加入巯基聚乙二醇单甲醚(2000)0.5g和1.5mL的二氯甲烷，补加四甲基挂催化剂3μL，室温反应1h，反应路线如图4。之后将体系缓慢滴加到大量的无水乙醚中，得到沉淀物，收集沉淀物，置于真空干燥箱中，干燥24h，备用。
步骤七：取步骤六中的聚合物30mg于色谱纯的四氢呋喃中，三等分，第一份不添加其他试剂，第二份加入盐酸，第三份加入二硫苏糖醇(DTT)，第四份取巯基聚乙二醇单甲醚(2000)，用凝胶渗透色谱测其出峰时间的变化，得到的凝胶渗透色谱图如图5所示。通过对比保留时间可以知道，无论是加酸还是加二硫苏糖醇，都会使聚合物产生明显的出峰滞后现象，这说明聚合物无论在加酸条件下还是加二硫苏糖醇都会使聚合物降解，通过积分发现，聚合物的数均分子量为：5337，加酸后，测得的数均分子量为：2654；加二硫苏糖醇后，测得的数均分子量为：1902，这些信息进一步说明了物质具有酸降解、还原性敏感的功能性。其中巯基聚乙二醇单甲醚(2000)作为反应的原料，对比降解前后和原料的分子量差异，聚合物降解后基本上降解到与巯基聚乙二醇单甲醚(2000)出峰位置基本一致，表明降解彻底。
步骤八：取步骤六中的聚合物40mg于氘代氯仿中，二等分，第一份不加酸，第二份加入盐酸，分别打核磁，得到的核磁图谱如图6。在图6的A图，可以很明显的观察到在6.43ppm，6.16ppm，5.91-5.79ppm之间没有看到有氢出峰，这说明单体中的不饱和丙烯酸酯键参与了反应，同时可以看到有其他饱和烃链上的氢出峰的保留，这说明双键完全参与反应，形成聚合物，而加了酸后的核磁图谱如图6中的B图，从中可以很明显的看到，加入酸后在4.82ppm处的缩醛键上的氢出峰完全消失，缩醛键上1.36ppm处的甲基的氢出峰也完全消失，同时可以看到在9.83ppm处，出现了乙醛上的醛基的氢出峰，在2.23ppm处，出现了乙醛上的甲基的氢出峰，积分两处的比例，为1∶3，正是降解产生的乙醛物质，核磁信息为：1HNMR(400MHz，CDCl3)δ9.83(s，1H)，2.23(s，3H).同时可以看到，缩醛键断裂后，除了产生乙醛物质氢出峰位置变动比较大之外，产生的对应的醇类的物质，氢出峰位置变动不大。
取步骤六中的聚合物20mg于氘代氯仿中，加入浓盐酸5μL，快速的密封好核磁管，上下震荡2-3次，静止2h，打核磁，得到的核磁图谱如图6中的B图，对比未加酸的聚合物核磁氢谱图，从B图中可以很明显的看到，加入酸后，原来在4.82ppm处的缩醛键上的氢出峰完全消失，缩醛键上1.36ppm处的甲基的氢出峰也完全消失，同时可以看到在9.83ppm处，出现了乙醛上的醛基的氢出峰，在2.23ppm处，出现了乙醛上的甲基的氢出峰，积分两处的比例，为1∶3，正是降解产生的乙醛物质，核磁信息为：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ9.83(s，1H)，2.23(s，3H).同时可以看到，缩醛键断裂后，除了产生乙醛物质氢出峰位置变动比较大之外，产生的对应的醇类的物质，氢出峰位置变动不大。
步骤九：取20mg步骤六中的聚合物于0.5mL的四氢呋喃中，缓慢滴加到20mL的蒸馏水中，搅拌24h，取出少许，测粒径，结果如图7；另取少量的样品滴加到硅片上，晾干后，喷金，测电镜，测得的电镜结果如图8，可以看出胶束基本上是球状。
步骤十：取20mg步骤六中的聚合物，2mg的尼罗红于0.5mL的四氢呋喃中，缓慢滴加到20mL的蒸馏水中，搅拌24h，然后取出2mL胶束溶液加入一定量的乙酸乙酸钠缓冲液，调节体系的pH值在5.4，另取一份2mL胶束溶液加入一定浓度的二硫苏糖醇溶液，最终体系的二硫苏糖醇浓度为500mM，经过0h、2h、4h、8h、12h、24h、36h、48h分别测荧光强度的变化，如图9和10。可以明显的看到，随着时间的延长，荧光强度依次减弱，说明包裹的尼罗红被释放出来，胶束中的尼罗红减少所致，这说明，合成的聚合物可以作为高分子药物载体使用。(图9和图10从上到下的曲线依次为0h、2h、4h、8h、12h、24h、36h、48h)。
本发明的原理：将2，2’-二硫二乙醇与酰卤物质反应生成2，2’-二硫二乙醇的衍生物，再将其与2-(乙烯氧基)乙基丙烯酸酯，在室温反应，当酰卤物质是丙烯酰氯时，反应路线如下：
换用其他酰卤试剂，反应与之类似，本发明可选用的酰卤物质详见说明书。
本发明的有益效果：1、本发明所使用的各种原料廉价易得，反应速率快，反应条件温和、操作简单易行；
2、本发明得到的单体物质，在酸性条件下，可以降解成相应的醛和醇，在二硫苏糖醇存在时，可以发生二硫键断裂，降解路线分别为：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。