一种具有亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物的制备方法

具体实施方式

本发明公开了一种制备具有亲水性外壳、疏水性内核结构的荧光聚合物的方法。其制备方法包括以下步骤：(1)将含荧光生色团的双炔单体通过环三聚反应制得超支化荧光聚合物，该超支化荧光聚合物的外围带未反应的炔基；将带单官能团的亲水性聚合物链段通过取代反应得到可加成或可偶合的亲水性聚合物链段，或将亲水性单体进行聚合反应得到可加成或可偶合的亲水性聚合物链段；(2)将所述超支化荧光聚合物与可加成或可偶合的亲水性聚合物链段相应地通过加成或偶合反应得到亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物。

本发明得到的荧光聚合物具有核-壳两部分：内核由含荧光生色团的超支化聚合物构成，外壳由亲水性的聚合物链段构成。

以下结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：

步骤1)：一方面，在100mL烧瓶中加入36mL N，N’-二甲基甲酰胺(DMF)。在0℃的冰浴下，将46mL三氯氧磷逐滴加入烧瓶并不断搅拌。待三氯氧磷加入完毕后，称取4.9g三苯胺加入，移走冰浴，并升温至95℃。回流反应4小时后，萃取处理，柱层析进行分离提纯后得中间产物1。在干燥的250mL两口烧瓶加入1.2g中间产物1，保证无水无氧条件，加入40mL除水的四氢呋喃溶液。冰浴下，逐滴加入20mL 0.5M的乙炔溴化镁的四氢呋喃溶液。在室温下反应过夜，用饱和氯化铵水溶液终止反应。反应液经萃取后，将有机相浓缩。将浓缩液溶于100mL二氯甲烷溶液中，加入7.08g 85％活化的二氧化锰。室温下反应过夜，过滤浓缩后，用柱层析进行分离提纯，最终得到含三苯胺生色团的双炔单体。

含三苯胺生色团的双炔单体的结构式如式(1)所示：

将140mg含三苯胺生色团的双炔单体加入聚合管中，抽真空充氮气3次后，加入3.5mL二氧六环作为溶剂，再加入0.45mL的哌啶作为催化剂。在100℃下反应24小时。该反应即环三聚反应。待反应结束后，将反应液稀释后逐滴加入大量甲醇中沉淀。静置24小时，过滤干燥至恒重，得到含三苯胺生色团的疏水性超支化荧光聚合物，以“hb-TPA”表示。由式(2)可见，hb-TPA的外围带未反应的炔基。反应式如式(2)所示：

另一方面，在250mL双口烧瓶中加入将7g分子量为350的带单羟基的聚乙二醇(PEG₃₅₀-OH)，再加入20mL四氢呋喃和20mL 0.5g/mL NaOH水溶液，充分搅拌并冰浴冷却。将2g对甲苯磺酰氯溶于60mL四氢呋喃中，逐滴加入到烧瓶中。滴加完毕后，移走冰浴，使反应温度升至室温。待反应18小时后，将反应液萃取浓缩，用柱层析进行分离提纯，得到带单磺酸基的聚乙二醇(PEG₃₅₀-OTs)。在100mL单口烧瓶中加入3.5g PEG₃₅₀-OTs、0.78g NaN₃和15mL二甲基亚砜(DMSO)，室温下反应24小时。反应结束后，加入30mL水终止反应。将反应液用乙醚萃取，有机相经无水MgSO₄干燥后过滤浓缩，得到可进行加成反应的带单叠氮基的聚乙二醇(PEG₃₅₀-N₃)。

步骤2)：称取34mg hb-TPA和PEG₃₅₀-N₃130mg于聚合管中，加入DMF和甲苯各0.5mL作为溶剂，90℃下反应5小时，使hb-TPA的外围带未反应的炔基与PEG₃₅₀-N₃的叠氮基之间进行1，3-偶极环加成反应。反应完毕后，反应液稀释后在大量正己烷中沉淀，静置24小时，过滤干燥至恒重，得到两亲性超支化荧光聚合物，即亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物。反应式如式(3)所示：

静态接触角测试表明：未与PEG₃₅₀结合的hb-TPA的接触角为118.2°，而本实施例得到的亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物的接触角为81.4°，接触角值的降低表明亲水性得到改善。

实施例2：

步骤1)：按实施例1的方法制备hb-TPA。

并将实施例1中的分子量为350的带单羟基的聚乙二醇(PEG₃₅₀-OH)换成分子量为1900的聚乙二醇(PEG₁₉₀₀-OH)，其他制备条件与实施例1相同，制备分子量为1900的带单叠氮端基的聚乙二醇(PEG₁₉₀₀-N₃)。

步骤2)：称取40mg hb-TPA和800mg PEG₁₉₀₀-N₃于聚合管中，加入DMF与甲苯各1mL作为溶剂，100℃下反应4小时，使hb-TPA的外围带未反应的炔基与PEG₁₉₀₀-N₃的叠氮基之间进行1，3-偶极环加成反应。反应完毕后，反应液稀释后在大量正己烷中沉淀，静置24小时，过滤干燥至恒重，得到两亲性超支化荧光聚合物，即亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物。

静态接触角测试表明：未与PEG₁₉₀₀结合的hb-TPA的接触角为118.2°，而本实施例得到的亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物的接触角为58.5°，亲水性得到显著提高。与传统的荧光材料相比，具有优良的亲水性。

实施例3：

步骤1)：首先，将3.17g 4-溴二苯甲酮加入到充分干燥的250mL两口烧瓶中，无水无氧条件下加入60mL新蒸的四氢呋喃。以丙酮/液氮混合液为冰浴，温度在-78℃左右，逐滴加入10mL 1.6M的正丁基锂正己烷溶液。将反应体系温度保持在-78℃左右两小时，随后逐滴加入2.4mL除过水的DMF。加入完毕后，回到室温，反应24小时。反应液经过萃取，柱层析分离后得到中间产物1。在干燥的250mL两口烧瓶加入1.2g中间产物1，无水无氧环境下，加入40mL新蒸的四氢呋喃溶液。冰浴下，逐滴加入15mL 0.5M的乙炔溴化镁四氢呋喃溶液。在室温下反应过夜，用饱和氯化铵水溶液终止反应，反应液经二氯甲烷萃取后浓缩。将浓缩液溶于100mL丙酮中，加入三氧化二铬溶液与浓硫酸配制的Jones试剂将其氧化。反应完全后，用异丙醇中和，后将反应液浓缩，柱层析进行分离提纯，最终得到含四苯基乙烯生色团的双炔单体。

含四苯基乙烯生色团的双炔单体的结构式如式(4)所示：

将200mg含四苯基乙烯生色团的双炔单体加入聚合管中，抽真空充氮气3次后，加入3.5mL二氧六环作为溶剂，再加入0.45mL的哌啶作为催化剂。在100℃下反应24小时。该反应即环三聚反应。待反应结束后，将反应液稀释后逐滴加入大量甲醇中沉淀。静置24小时，过滤干燥至恒重，得到含四苯基乙烯生色团的疏水性超支化荧光聚合物，以“hb-TPE”表示，同样hb-TPE的外围带未反应的炔基。

其次，将实施例1中的分子量为350的带单羟基的聚乙二醇(PEG₃₅₀-OH)换成分子量为6000的聚乙二醇(PEG₆₀₀₀-OH)，其他制备条件与实施例1相同，制备分子量为6000的带单叠氮端基的聚乙二醇(PEG₆₀₀₀-N₃)。

步骤2)：称取40mg hb-TPE和1g PEG₆₀₀₀-N₃于聚合管中，加入DMF与甲苯各1mL作为溶剂，80℃下反应7小时，使hb-TPA的外围带未反应的炔基与PEG₆₀₀₀-N₃的叠氮基之间进行1，3-偶极环加成反应。反应完毕后，反应液稀释后在大量正己烷中沉淀，静置24小时，过滤干燥至恒重，得到两亲性超支化荧光聚合物，即亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物。

静态接触角测试表明：未与PEG₆₀₀₀结合的hb-TPE的接触角为124.4°，而本实施例得到的亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物的接触角为45.7°，亲水性大大提高，亲水性能十分良好。

实施例4：

步骤1)：按实施例3的方法制备hb-TPE。

另外，在20mL聚合管中加入异丙基丙烯酰胺单体，无水无氧条件下，加入除水的DMF作为溶剂，异丙苯基二硫代苯甲酸酯作为RAFT试剂，偶氮二异丁腈作为引发剂。其中，RAFT试剂与单体的摩尔比为1∶135，RAFT试剂与引发剂的摩尔比为5∶1。聚合反应在70℃下进行18小时。反应完毕后，将反应液稀释后在大量乙醚中沉淀，静置24小时，过滤干燥至恒重，得到聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)聚合物。将该聚合物在硼氢化钠溶液中水解，通过透析法提纯即可得到一边末端带巯基的聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM-SH)，可以进一步与三键进行加成反应。通过凝胶色谱分析，PNIPAM-SH的分子量约1万。

步骤2)：称取30mg hb-TPE和800mg PNIPAM-SH于聚合管中，无水无氧条件下加入2.5mL DMF作为溶剂，加入0.5g二苯基胺作为催化剂，室温下反应24小时，使hb-TPE的外围带未反应的炔基与PNIPAM-SH的巯基之间进行加成反应。反应完毕后，反应液稀释后在大量正己烷中沉淀，静置24小时，过滤干燥至恒重，得到两亲性超支化荧光聚合物，即亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物。

静态接触角测试表明：未与PNIPAM结合的hb-TPE的接触角为124.4°，而本实施例得到的亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物的接触角为33.6°，亲水性大大提高。

实施例5：

步骤1)：按实施例1的方法制备hb-TPA。

另外，称取6g分子量为3000的带单羟基的聚乙二醇(PEG₃₀₀₀-OH)和600mg对碘苯甲酸加入到250mL的烧瓶中，再加入450mg N，N’-二环己基碳化二亚胺(DCC)作为缩合剂，147mg 4-二甲氨基吡啶(DMAP)作为催化剂，500mg对甲基苯磺酰氯作为脱水剂，以新蒸的四氢呋喃为溶剂，室温下反应10小时。反应结束后，过滤，滤液浓缩后再次溶解到四氢呋喃中，通过透析法提纯，得到带有卞碘基团的聚乙二醇亲水链段(PEG₃₀₀₀-Ph-I)，可进一步与三键进行偶合反应。

步骤2)：称取40mg hb-TPA和600mg PEG₃₀₀₀-Ph-I加入250mL的圆底烧瓶中，无水无氧条件下加入100mL三乙胺作为溶剂，加入20mg二三苯基膦氯化钯，16mg碘化亚铜和10mg三苯基膦作为催化剂，30℃下反应10小时，使hb-TPA的外围带未反应的炔基与PEG₃₀₀₀-Ph-I的卞苯基团之间进行偶合反应。反应完毕后，反应液稀释后在乙醚中沉淀，静置24小时，过滤得到的聚合物再通过透析法进行提纯，得到两亲性超支化荧光聚合物，即亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物。

静态接触角测试表明：未与PEG₃₀₀₀结合的hb-TPA的接触角为118.2°，而本实施例得到的亲水外壳疏水内核结构的荧光聚合物的接触角为52.3°，亲水性提高。