朱 晴, 孫星宇, 王霞弟, 呂小兵

(大連理工大學(xué) 精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連 116024)

隨著全球限塑、禁塑法律法規(guī)的實(shí)施,可生物降解高分子材料作為商品塑料的替代品,越來越多地用于生物醫(yī)學(xué)、食品包裝和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。其中,聚丙交酯(聚乳酸)由于良好的生物相容性、原料來源廣泛等特點(diǎn),被認(rèn)為是最具前途的生物基聚合物材料之一[1-4]。主鏈立體結(jié)構(gòu)不同的聚丙交酯,具有不同的化學(xué)、物理和降解性能。制備聚乳酸的丙交酯單體存在L型、D型和內(nèi)消旋等異構(gòu)體。使用不同催化劑、改變丙交酯單體異構(gòu)體比例,可以得到不同微觀結(jié)構(gòu)、不同用途的聚合物[5-6]。因此,精準(zhǔn)歸屬聚合物立體化學(xué)信息,對聚合機(jī)理理解以及設(shè)計(jì)高活性和高立構(gòu)規(guī)整性催化體系具有重要意義。

以具有確定分子量和精確立體結(jié)構(gòu)的寡聚物作為模型,是歸屬聚合物微結(jié)構(gòu)最常見的研究方法之一[7-9]。2013年,本課題組分析了多種聚碳酸苯乙烯酯二聚體的13C NMR信息[10],發(fā)現(xiàn)其與先前研究的立構(gòu)規(guī)整聚合物的微結(jié)構(gòu)相匹配[11]。2015年,課題組進(jìn)一步分析了聚碳酸環(huán)戊烯酯二聚體的13C NMR信息,歸屬δ153.85和 153.78處的核磁信號分別為全同和間同立構(gòu)序列的羰基碳[12]。采用類似方法,本課題組對聚(碳酸-2,3-丁烯酯)的模型化合物進(jìn)行了全同和間同序列的微結(jié)構(gòu)歸屬[13]。最近,本課題組通過分析不同單元數(shù)1,4-環(huán)己二烯碳酸酯寡聚物的核磁碳譜,發(fā)現(xiàn)全同立構(gòu)序列聚(1,4-環(huán)己二烯碳酸酯)的羰基、次甲基和亞甲基區(qū)域的碳出峰位置分別在δ154.04、 73.83和29.91處,而間同立構(gòu)序列出峰位置依次出現(xiàn)在δ153.72、 72.97和28.98處[14]。

2008年,HAWKER課題組利用指數(shù)增長合成法,制備了不同單元數(shù)的聚丙交酯模型化合物,同時研究了低聚物的熱性能和物理性能,并與商用聚丙交酯進(jìn)行對比,證明了其分子結(jié)構(gòu)和物理性能之間的密切關(guān)系[15]。2011年,沈玉梅課題組以聚丙交酯的六聚體為原料,首次制備了羥基封端的分子量可控的聚丙交酯-聚乙二醇化合物[16]。2018年,YOSHIZAWA課題組合成了一系列聚丙交酯寡聚物,發(fā)現(xiàn)親水性聚乳酸寡聚物可以在水中被疏水的多芳香腔捕獲[17]。2019年,MEIJER課題組合成了等規(guī)聚乳酸寡聚物與低聚二甲基硅氧烷的嵌段共聚物,并系統(tǒng)研究了它們形成立體復(fù)合物的結(jié)晶行為[18]。同年,DONG課題組利用類似的方法設(shè)計(jì)合成了具有精確分子量的聚丙交酯模型化合物,并利用這些離散大分子的精確重組,制備了具有不同分子量分布的樣品,研究了分子量分布對聚合物結(jié)構(gòu)和性能的影響[19]。

本文以L-丙交酯為原料,采用迭代發(fā)散/收斂(IDC)方法[20],選擇叔丁基二甲基硅基為羥基保護(hù)基,芐基為羧基保護(hù)基,設(shè)計(jì)并合成了丙交酯的八聚體、十聚體和十二聚體化合物(圖1)。通過13C NMR光譜分析,期望實(shí)現(xiàn)聚丙交酯立體微結(jié)構(gòu)信息的歸屬。

圖1 離散型全同乳酸寡聚物的合成路線

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

JASCO P1010型旋光儀;Bruker Avance II 400 MHz/Varian DLG 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo));Bruker 600 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo));Bruker ultrafleXtreme MALDI-TOF/TOF型質(zhì)譜儀;Agilent 6230B TOF型液質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)。

L-丙交酯(L-LA)、D(+)-10-樟腦磺酸(CSA)、咪唑(Imidazole)、叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMSCl)、鈀碳催化劑(10%Pd)、 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(EDCl)和三氟化硼乙醚溶液(BF3·Et2O)等購于安耐吉公司;芐醇(BnOH)、 4-二甲氨基吡啶(DMAP)和4-二甲氨基吡啶對甲苯磺酸鹽(DPTS)等購于阿達(dá)瑪斯試劑有限公司。其余所用試劑均為化學(xué)純或分析純。

1.2 合成

oLLA-2-III的合成:氮?dú)獗Ｗo(hù)下,將L-丙交酯(35.0 g, 242.8 mmol)和芐醇(39.4 g, 364.5 mmol)溶于60.0 mL甲苯,而后加入D(+)-10-樟腦磺酸(0.1 g, 0.5 mmol),攪拌下于80 ℃反應(yīng)12 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液停止反應(yīng),用乙酸乙酯萃取,有機(jī)相依次用飽和氯化鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶15,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-2-III40.4 g,收率65.9%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 7.42～7.29(m, 5H), 5.28～5.12(m, 3H), 4.34(qd,J=6.9 Hz, 5.9 Hz, 1H), 2.69(d,J=5.9 Hz, 1H), 1.54(d,J=7.1 Hz, 3H), 1.44(d,J=7.0 Hz, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.22, 170.13, 135.22, 128.76, 128.67, 128.37, 69.51, 67.38, 66.85, 20.54, 16.95; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C13H16O5{[M+Na]+}275.0890, found 275.0891。

oLLA-2-I的合成:氮?dú)獗Ｗo(hù)下,將oLLA-2-III(22.4 g, 88.8 mmol)和咪唑(27.2 g, 399.5 mmol)溶于75.0 mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF),而后加入叔丁基二甲基氯硅烷(33.5 g, 222.3 mmol),攪拌下于室溫反應(yīng)12 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液停止反應(yīng),用乙酸乙酯萃取,有機(jī)相依次用飽和氯化鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶30,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-2-I29.7 g,收率91.3%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.45～7.30(m, 5H), 5.23～5.13(m, 3H), 4.38(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.52(s, 3H), 1.41(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.10(s, 3H), 0.07(s, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.56, 170.45, 135.41, 128.70, 128.53, 128.32, 68.93, 68.20, 67.14, 25.82, 21.29, 18.39, 17.00, -4.80, -5.18; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C19H30O5Si{[M+Na]+}389.1755, found 389.1759。

oLLA-2-II的合成:氮?dú)獗Ｗo(hù)下,將oLLA-2-I(29.2 g, 79.7 mmol)溶于乙酸乙酯,加入鈀碳催化劑(10% Pd, 3.4 g),而后通入H2,攪拌下于室溫反應(yīng)12 h。停止反應(yīng),用硅藻土過濾,減壓蒸除溶劑,得無色油狀液體oLLA-2-II21.4 g,收率97.2%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.13(q,J=7.1 Hz, 1H), 4.40(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.55(d,J=7.2 Hz, 3H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.11(s, 3H), 0.08(s, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 176.14, 173.70, 68.60, 68.23, 25.81, 25.69, 25.60, 21.27, 18.40, 16.87, -4.84, -5.20; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C12H24O5Si{[M+Na]+}299.1285, found 299.1288。

oLLA-4-I的合成:氮?dú)獗Ｗo(hù)下,將oLLA-2-III(16.0 g, 63.4 mmol)和oLLA-2-II(18.6 g, 67.2 mmol)溶于107.0 mL二氯甲烷,而后加入4-二甲氨基吡啶對甲苯磺酸鹽(3.7 g, 12.6 mmol),冰浴下緩慢加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(15.8 g, 82.4 mmol),攪拌下于室溫反應(yīng)12 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液停止反應(yīng),用二氯甲烷萃取,有機(jī)相依次用水洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶20,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-4-I27.8 g,收率85.8%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.40～7.29(m, 5H), 5.24～5.10(m, 5H), 4.39(d,J=6.8 Hz, 1H), 1.57(d,J=7.1 Hz, 3H), 1.52(dd,J=7.1 Hz, 2.9 Hz, 6H), 1.44(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.11(s, 3H), 0.08(s, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.65, 170.11, 170.08, 169.79, 135.27, 128.76, 128.64, 128.38, 69.39, 68.97, 68.68, 68.15, 67.32, 25.83, 21.34, 18.40, 16.89, 16.87, 16.73, -4.77, -5.16; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C25H38O9Si{[M+Na]+}533.2177, found 533.2183。

oLLA-4-II的合成:以oLLA-4-I(11.5 g, 22.6 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-4-II9.5 g,收率99.0%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.23～5.10(m, 3H), 4.40(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.62～1.52(m, 9H), 1.45(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.11(s, 3H), 0.08(s, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.39, 173.75, 170.17, 169.82, 68.98, 68.97, 68.73, 68.16, 25.83, 21.34, 18.41, 16.86, 16.79, 16.74, -4.78, -5.16; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H32O9Si{[M+Na]+}443.1708, found 443.1710。

oLLA-4-III的合成:氮?dú)獗Ｗo(hù)下,將oLLA-4-I(15.9 g, 31.1 mmol)溶于120.0 mL二氯甲烷,冰浴下緩慢滴加三氟化硼乙醚(22.2 g, 156.1 mmol),攪拌下于室溫反應(yīng)4 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液停止反應(yīng),用二氯甲烷萃取,有機(jī)相依次用飽和氯化鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶6,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-4-III11.0 g,收率89.1%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.42～7.29(m, 5H), 5.31～5.09(m, 5H), 4.35(p,J=6.8 Hz, 1H), 2.67(d,J=5.9 Hz, 1H), 1.60(d,J=7.2 Hz, 3H), 1.53(dd,J=9.0 Hz, 7.0 Hz, 6H), 1.49(d,J=6.9 Hz, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.22, 170.02, 169.79, 169.65, 135.21, 128.74, 128.64, 128.36, 69.42, 69.19, 67.34, 66.84, 20.60, 16.86, 16.84, 16.70; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C19H24O9{[M+Na]+}419.1313, found 419.1316。

oLLA-8-I的合成:以oLLA-4-II(8.8 g, 20.9 mmol)和oLLA-4-III(7.8 g, 19.7 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶6,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-8-I14.0 g,收率89.1%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.41～7.30(m, 5H), 5.23～5.10(m, 9H), 4.39(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.58(d,J=4.5 Hz, 15H), 1.51(dd,J=7.1 Hz, 2.4 Hz, 6H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.09(d,J=14.1 Hz, 6H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.62, 170.10, 170.01, 169.83, 169.75, 169.72, 169.64, 135.23, 128.74, 128.65, 128.37, 69.41, 69.14, 69.11, 68.94, 68.66, 68.14, 67.33, 25.82, 21.33, 18.39, 16.87, 16.79, 16.76, 16.69, -4.78, -5.17; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C37H54O17Si{[M+Na]+}821.3022, found 821.3025。

oLLA-8-II的合成:以oLLA-8-I(5.1 g, 6.4 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-8-II4.5 g,收率99.5%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 5.15(dq,J=22.8 Hz, 6.6 Hz, 7H), 4.39(q,J=6.6 Hz, 1H), 1.57(t,J=6.8 Hz, 21H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.09(d,J=13.9 Hz, 6H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.71, 170.13, 169.87, 169.77, 169.67, 69.15, 69.11, 68.97, 68.70, 68.15, 25.82, 21.33, 18.40, 16.86, 16.79, 16.76, 16.70, -4.79, -5.17; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H48O17Si{[M+Na]+}731.2553, found 731.2554。

oLLA-8-III的合成:以oLLA-8-I(8.2 g, 10.3 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-III,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶2,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-8-III6.4 g,收率91.1%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.39～7.29(m, 5H), 5.26～5.10(m, 9H), 4.35(p,J=6.8 Hz, 1H), 2.66(d,J=6.0 Hz, 1H), 1.60～1.47(m, 24H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.20, 170.00, 169.77, 169.69, 169.63, 135.21, 128.73, 128.63, 128.35, 69.40, 69.18, 69.13, 67.32, 66.82, 20.60, 16.84, 16.77, 16.75, 16.67; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C31H40O17{[M+Na]+}707.2158, found 707.2161。

oLLA-8-IV的合成:氮?dú)獗Ｗo(hù)下,將oLLA-8-III(500.0 mg, 0.7 mmol)溶于2.0 mL二氯甲烷,冰浴下加入4-二甲氨基吡啶(9.0 mg, 0.1 mmol),而后加入乙酸酐(0.1 mL, 1.1 mmol),攪拌下于室溫反應(yīng)12 h。加入水停止反應(yīng),用二氯甲烷萃取,有機(jī)相依次用飽和氯化鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶5,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-8-IV514.0 mg,收率96.9%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.39～7.30(m, 5H), 5.20～5.08(m, 10H), 2.12(s, 3H), 1.58～1.50(m, 24H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.56, 170.49, 170.05, 169.91, 169.76, 169.68, 135.21, 128.77, 128.68, 128.40, 69.42, 69.16, 69.14, 69.09, 69.02, 68.46, 67.37, 20.77, 16.92, 16.90, 16.81, 16.79, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C33H42O18{[M+Na]+}749.2263, found 749.2279。

oLLA-8-V的合成:以oLLA-8-IV(484.0 mg, 0.7 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-8-V408.0 mg,收率96.2%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.29～5.04(m, 8H), 2.12(s, 3H), 1.72～1.46(m, 24H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.05, 170.64, 170.50, 169.91, 169.78, 169.68, 69.14, 69.13, 69.09, 69.03, 68.93, 68.47, 20.75, 16.89, 16.79, 16.76, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C26H36O18{[M+Na]+}659.1794, found 659.1785。

oLLA-8的合成:以oLLA-8-V(378.0 mg, 0.6 mmol)和甲醇(0.1 mL, 1.5 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶4,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-8300.0 mg,收率77.7%; [α]20D=-138.08(c=0.2, CH2Cl2);1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 5.21～5.07(m, 8H), 3.74(s, 3H), 2.12(s, 3H), 1.58～1.50(m, 24H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.69, 170.55, 170.49, 169.91, 169.78, 169.76, 169.73, 69.35, 69.19, 69.14, 69.09, 69.02, 68.46, 52.58, 20.77, 16.92, 16.81, 16.79, 16.76; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C27H38O18{[M+Na]+}673.1950, found 673.1969。

oLLA-10-I的合成:以oLLA-8-II(1.2 g, 1.7 mmol)和oLLA-2-III(0.4 g, 1.6 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶3,V∶V)純化得白色固體oLLA-10-I1.1 g,收率69.1%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.40～7.29(m, 5H), 5.23～5.09(m, 11H), 4.39(q,J=6.7 Hz, 1H), 1.61～1.54(m, 21H), 1.52(dd,J=7.1 Hz, 2.2 Hz, 6H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.09(d,J=14.0 Hz, 6H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.69, 170.14, 170.06, 169.88, 169.80, 169.76, 169.74, 169.68, 135.21, 128.77, 128.68, 128.40, 69.43, 69.16, 69.11, 68.96, 68.68, 68.15, 67.37, 25.84, 21.36, 18.42, 16.90, 16.82, 16.79, 16.72, -4.77, -5.16; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C43H62O21Si{[M+Na]+}965.3445, found 965.3441。

oLLA-10-III的合成:以oLLA-10-I(1.0 g, 1.1 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-III,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶2,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-10-III786.0 mg,收率89.4%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ: 7.39～7.30(m, 5H), 5.24～5.12(m, 11H), 4.35(p,J=6.8 Hz, 1H), 2.68(d,J=6.0 Hz, 1H), 1.60～1.57(m, 21H), 1.52(dd,J=7.1 Hz, 2.4 Hz, 6H), 1.49(d,J=6.9 Hz, 3H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.29, 170.04, 169.79, 169.74, 169.68, 135.21, 128.77, 128.68, 128.39, 69.43, 69.25, 69.19, 69.16, 67.37, 66.85, 20.67, 16.89, 16.82, 16.79, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C37H48O21{[M+Na]+}851.2580, found 851.2581。

oLLA-10-IV的合成:以oLLA-10-III(736.0 mg, 0.9 mmol)為原料,合成方法同oLLA-8-IV,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶4,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-10-IV738.0 mg,收率95.4%;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ： 7.40～7.29(m, 5H), 5.23～5.06(m, 12H), 2.13(s, 3H), 1.57～1.52(m, 30H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.56, 170.49, 170.05, 169.91, 169.79, 169.76, 169.68, 135.20, 128.77, 128.68, 128.40, 69.43, 69.15, 69.09, 69.02, 68.46, 67.37, 20.77, 16.92, 16.90, 16.81, 16.79, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C39H50O22{[M+Na]+}893.2686, found 893.2689。

oLLA-10-V的合成:以oLLA-10-IV(650.0 mg, 0.7 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-10-V577.0 mg,收率99.0%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.25～5.05(m, 10H), 2.12(s, 3H), 1.57(dd,J=10.7 Hz, 7.1 Hz, 30H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 174.78, 170.63, 170.50, 169.91, 169.77, 169.67, 69.14, 69.09, 69.02, 68.93, 68.47, 20.76, 16.90, 16.80, 16.78, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C32H44O22{[M+Na]+}803.2216, found 803.2202。

oLLA-10的合成:以oLLA-10-V(487.0 mg, 0.6 mmol)和甲醇(0.1 mL, 3.2 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶3,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-10310.0 mg,收率62.5%; [α]20D=-142.75(c=0.2, CH2Cl2);1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.25～5.02(m, 10H), 3.74(s, 3H), 2.13(s, 3H), 1.59(dd,J=7.2 Hz, 2.9 Hz, 30H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.68, 170.54, 170.48, 169.90, 169.77, 169.74, 169.71, 69.34, 69.19, 69.14, 69.08, 69.02, 68.45, 52.57, 20.76, 16.91, 16.81, 16.78, 16.76; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C33H46O22{[M+Na]+}817.2373, found 817.2396。

oLLA-12-I的合成:以oLLA-4-II(0.9 g, 2.1 mmol)和oLLA-8-III(1.5 g, 2.2 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶4,V∶V)純化得白色固體oLLA-12-I1.6 g,收率67.2%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 7.42～7.29(m, 5H), 5.23～5.12(m, 13H), 4.39(q,J=6.8 Hz, 1H), 1.61～1.55(m, 27H), 1.52(dd,J=7.1 Hz, 1.5 Hz, 6H), 1.44(d,J=6.7 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.09(d,J=9.3 Hz, 6H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 173.68, 170.14, 170.05, 169.87, 169.79, 169.75, 169.67, 135.20, 128.77, 128.68, 128.39, 69.42, 69.14, 68.95, 68.67, 68.13, 67.36, 25.83, 21.35, 18.41, 16.89, 16.81, 16.78, 16.71, -4.78, -5.17; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C49H70O25Si{[M+Na]+}1109.3868, found 1109.3834。

oLLA-12-III的合成:以oLLA-12-I(700.0 mg, 0.6 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-III,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶2,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-12-III521.0 mg,收率83.2%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 7.34(q,J=8.3 Hz, 7.7 Hz, 5H), 5.17(td,J=8.5 Hz, 7.7 Hz, 4.9 Hz, 13H), 4.35(q,J=6.7 Hz, 1H), 2.69(d,J=6.0 Hz, 1H), 1.59～1.53(m, 36H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 175.30, 170.05, 169.79, 169.75, 169.68, 135.21, 128.77, 128.68, 128.39, 69.43, 69.25, 69.19, 69.16, 67.37, 66.85, 31.07, 20.67, 16.89, 16.82, 16.79, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C43H56O25{[M+Na]+}995.3003, found 995.3004。

oLLA-12-IV的合成:以oLLA-12-III(490.0 mg, 0.5 mmol)為原料,合成方法同oLLA-8-IV,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶2,V∶V)純化得無色油狀液體oLLA-12-IV505.0 mg,收率98.8%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 7.39～7.30(m, 5H), 5.26～5.05(m, 14H), 2.12(s, 3H), 1.59～1.52(m, 36H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.55, 170.49, 170.05, 169.90, 169.78, 169.75, 169.67, 135.20, 128.76, 128.68, 128.39, 69.42, 69.14, 69.08, 69.02, 68.45, 67.36, 20.76, 16.91, 16.89, 16.81, 16.78, 16.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C45H58O26{[M+Na]+}1037.3109, found 1037.3109。

oLLA-12-V的合成:以oLLA-12-IV(500.0 mg, 0.5 mmol)為原料,合成方法同oLLA-2-II,得無色油狀液體oLLA-12-V450.0 mg,收率98.8%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.26～5.06(m, 12H), 2.13(s, 3H), 1.61～1.53(m, 36H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 174.20, 170.61, 170.50, 169.91, 169.79, 169.77, 169.66, 69.15, 69.09, 69.03, 68.91, 68.47, 20.77, 16.91, 16.81, 16.78, 16.72; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C38H52O26{[M+Na]+}947.2639, found 947.2638。

oLLA-12的合成:以oLLA-12-V(370.0 mg, 0.4 mmol)和甲醇(0.2 mL, 4.2 mmol)為原料,合成方法同oLLA-4-I,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1∶3,V∶V)純化得白色固體oLLA-12279.0 mg,收率74.3%; [α]20D=-146.91(c=0.2, CH2Cl2);1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ： 5.25～5.04(m, 12H), 3.74(s, 3H), 2.13(s, 3H), 1.60～1.50(m, 36H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ： 170.68, 170.54, 170.48, 169.90, 169.78, 169.74, 169.71, 69.35, 69.20, 69.15, 69.09, 69.02, 68.46, 52.57, 20.76, 16.92, 16.81, 16.79, 16.76; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C39H54O26{[M+Na]+}961.2796, found 961.2797。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

聚丙交酯的全同立構(gòu)寡聚物合成方法如圖1所示。IDC方法是實(shí)現(xiàn)鏈長快速增長的關(guān)鍵,即分別對不同保護(hù)基保護(hù)的兩個鏈端進(jìn)行選擇性正交脫保護(hù),并進(jìn)一步偶聯(lián)單保護(hù)物種,以在每個脫保護(hù)-偶聯(lián)循環(huán)中使鏈長翻倍。同時,長度非2n的序列也可以通過合并平行重復(fù)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)。以L-丙交酯為起始原料,通過開環(huán)反應(yīng)得到一端為Bn,另一端為羥基的oLLA-2-III二聚體,隨后對羥基端進(jìn)行TBS保護(hù),得到兩端分別為Bn和TBS保護(hù)的全同二聚體oLLA-2-I。隨后,oLLA-2-I脫去Bn,得到oLLA-2-II。oLLA-2-II的羧基與oLLA-2-III的羥基發(fā)生酯化反應(yīng),得到全同四聚體oLLA-4-I。將oLLA-4-I分成兩部分,分別脫去Bn和TBS,形成oLLA-4-II和oLLA-4-III。oLLA-4-II與oLLA-4-III發(fā)生酯化反應(yīng),得到全同八聚體oLLA-8-I。同理,oLLA-8-I分成兩部分,分別脫去保護(hù)基,得到oLLA-8-II與oLLA-8-III。以此類推,oLLA-8-II與oLLA-2-III反應(yīng)得到十聚體oLLA-10-I;oLLA-8-III與oLLA-4-II反應(yīng)得到十二聚體oLLA-12-I。將oLLA-8-I先脫去TBS保護(hù)基,得到oLLA-8-III,再用乙酸酐對羥基端進(jìn)行封端,即可得到oLLA-8-IV,隨后脫去芐基,得到一端為羧基,另一端為乙?；膐LLA-8-V。最后,利用甲醇對羧基端封端,得到與聚合物結(jié)構(gòu)相似的模型全同八聚體oLLA-8;十聚體、十二聚體的合成以此類推,最終得到具有精確分子量和聚合度的全同立構(gòu)聚丙交酯模型化合物oLLA-8/10/12。

2.2 表征

圖2為oLLA-8/10/12的質(zhì)譜圖。由圖2可知,合成的一系列全同立構(gòu)聚丙交酯的模型化合物,無論是八聚體、十聚體還是十二聚體,其分子量都是呈單一分布的。圖3為全同立構(gòu)聚丙交酯模型化合物oLLA-8/10/12,以及全同結(jié)構(gòu)的左旋聚丙交酯(PLLA)和外消旋聚丙交酯(PDLLA)的核磁碳譜。由圖3可知,oLLA-8/10/12的羰基碳化學(xué)位移δ分別為169.76, 169.74和169.74,與全同PLLA的羰基碳出峰位置(δ169.74)基本對應(yīng);次甲基碳的化學(xué)位移δ分別為 69.15, 69.14和69.15,與全同聚合物的次甲基碳(δ69.15)基本相同;側(cè)鏈甲基碳在δ16.79, 16.78和16.79處出峰,與全同聚丙交酯的甲基碳出峰位置(δ16.78)也基本匹配。對比oLLA-8/10/12發(fā)現(xiàn),隨著重復(fù)單元數(shù)的增加,端位基團(tuán)對寡聚物結(jié)構(gòu)的影響逐漸變小,無論是羰基碳、次甲基碳還是側(cè)鏈甲基碳,其化學(xué)位移都向聚合物更加接近。對比oLLA-8/10/12、 PLLA與外消旋聚丙交酯(PDLLA),發(fā)現(xiàn)PDLLA的碳譜信號與全同結(jié)構(gòu)的寡聚物和聚合物都有較大的差別。此外,δ170.68～170.48處的信號對應(yīng)寡聚物端基的羰基碳,δ52.57和δ20.76附近的信號分別對應(yīng)寡聚物2個不同端基的甲基碳。

m/z

δ

本文以L-丙交酯為原料,合成了全同立構(gòu)丙交酯八聚體、十聚體和十二聚體模型化合物。采用IDC方法以及選擇合適的正交保護(hù)基實(shí)現(xiàn)了寡聚物快速鏈增長。通過分析全同立構(gòu)寡聚物的核磁碳譜,實(shí)現(xiàn)了聚丙交酯微結(jié)構(gòu)信息的精確歸屬。全同立構(gòu)序列的羰基、次甲基和側(cè)鏈甲基的碳原子化學(xué)位移δ分別位于 169.74、 69.15和16.78處。后續(xù)研究將側(cè)重探索相反構(gòu)型聚丙交酯寡聚物的立體相互作用模式和驅(qū)動力。