具末端巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)合成

游 丹，林 峰，陈 冕，钱杨杨，岳文哲，毕韵梅

(云南师范大学化学化工学院，云南 昆明 650500)



具末端巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)合成

游 丹，林 峰，陈 冕，钱杨杨，岳文哲，毕韵梅

(云南师范大学化学化工学院，云南 昆明 650500)

以二乙胺、二硫化碳和丙酮为原料制备硫代氨基甲酸酯，再用硫代氨基甲酸酯和N-叔丁氧羰基-1,2-乙二胺反应，合成用于可逆加成-断裂链转移自由基(RAFT)聚合的链转移剂，接着进行N-乙烯基己内酰胺(NVCL)的RAFT聚合得到聚合物3，再氨解得具末端巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)。用核磁共振氢谱(1H NMR)与红外光谱(IR)证明目标产物已成功合成。

硫代氨基甲酸酯；可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合；N-乙烯基己内酰胺；末端；巯基

聚(N-乙烯基己内酰胺)(PNVCL)是具有低临界溶液温度(LCST)的温度响应性聚合物，它的LCST在30～40 ℃，接近于人体温度。PNVCL无毒，且具有较好的生物相容性，水解后不产生有毒小分子胺[1]。因此，在药物控制释放和组织工程等方面有广阔的应用前景。

采用可逆加成—断裂链转移自由基(RAFT)聚合技术聚合N-乙烯基己内酰胺(NVCL)不仅可以得到分子量可控的(N-乙烯基己内酰胺)(PNVCL)，而且PNVCL末端带有的二硫代酯基可以在一些弱还原剂(锌粉的醋酸溶液、三丁基膦等)的作用下转化为巯基，这将为RAFT聚合和巯基“Click”化学的结合提供了可能。目前，文献报道的多为将聚合物末端的二硫代酸酯和三硫代酸酯基团转化为巯基[2]，而将聚合物末端的硫代氨基甲酸酯基转化巯基尚未见文献报道。基于以上分析，本文拟用具有硫代氨基甲酸酯末端的PNVCL合成末端具巯基的PNVCL，该目标聚合物的成功合成，可为后续通过均聚物偶合制备嵌段共聚物提供一简单方法。

1 实 验

1.1 仪器与试剂

Bruker DRX-500核磁共振仪(Bruker，瑞士)，TMS做内标，CDCl3为溶剂； AVATAR 360型傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet，美国)，KBr压片。

甲基三辛基氯化铵(Aliquat336)，Alfa公司； NVCL(98%)，sigma公司，使用前减压蒸馏；4-二甲氨基吡啶(DMAP，99%)，Aladdin公司；偶氮二异丁腈(AIBN)(C.P.，国产)使用前经甲醇重结晶2次后，置于冰箱冷藏备用；石油醚(A.R.)、乙酸乙酯(A.R.)、正丁胺(A.R.)、三丁基膦(A.R.)透析袋(molecular weight 3500 g/mol, cut off, Spectrum Laboratories Inc)；乙二胺(A.R.，国产)使用前减压蒸馏；四氢呋喃(THF)(C.P.，国产)用CaSO4干燥至少2周后，加入钠-二苯甲酮回流干燥至蓝色后蒸馏后使用。其余均为国产分析纯试剂。

1.2 硫代氨基甲酸酯(化合物1)的合成

按文献[4]方法合成，产率为78%。

1.3 RAFT链转移剂(化合物2)的合成

将0.6 g(2.4 mmol)硫代氨基甲酸酯和0.55 g(2.4 mmol)二环己基碳二亚胺(DCC)溶于20 mL CH2Cl2中，冰水浴中滴加10 mL溶有0.7 g(4.8 mmol)N-叔丁氧羰基-1, 2-乙二胺的CH2Cl2溶液和10 mL溶有30 mg(0.24 mmol)DMAP的CH2Cl2溶液。滴加完毕，继续反应1 h，再室温反应一天。过滤，蒸去溶剂后，加入过量乙醚沉淀，过滤，除去溶剂得粗产物。用柱色谱(石油醚和乙酸乙酯体积比为2:1)纯化得白色固体(化合物2)，产率为48%。

1.4 聚合物3的合成

取0.127 g(0.35 mmol)RAFT链转移剂、4.85 g(35 mmol)NVCL和15 mg(0.09 mmol)AIBN加入到干燥的反应瓶中，充氮气、抽真空多次， 70 ℃下聚合反应14 h。THF溶解，石油醚共沉淀3次，沉淀用水溶解后透析3天，室温干燥得白色固体聚合物3，产率为81%。

1.5 末端具有巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)(聚合物4)的合成

将0.07 g聚合物3溶于1.2 mL CH2Cl2中，氮气保护下，加入0.25 mL(0.025 mol)正丁胺和1滴三丁基膦。搅拌2 h后，用少量CH2Cl2溶解，石油醚共沉淀3次，沉淀经水溶解后，透析3天，干燥得淡黄色产物(聚合物4)，产率为67%。

2 结果与讨论

2.1 具末端巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)的合成

图1 具末端巯基的PNVCL的合成路线

具末端巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)按图1的路线合成，先在二乙胺、二硫化碳和丙酮为原材料的基础上合成硫代氨基甲酸酯(化合物1)，然后用化合物1与N-叔丁氧羰基-1,2-乙二胺在二环己基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)催化下反应，生成可逆加成—断裂链转移自由基(RAFT)链转移剂(化合物2)，再用化合物2调控N-乙烯基己内酰胺(NVCL)的RAFT聚合得到具有硫代氨基甲酸酯末端的PNVCL(聚合物3)，最后在正丁胺和三丁基膦存在下脱掉硫代氨基甲酰基得目标产物—具末端巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)(聚合物4)。

2.2 硫代氨基甲酸酯(化合物1)的结构表征

化合物1的1H NMR：δ12.44 (s, 1H, COOH), 3.84～3.69 (q, J=6.9 Hz, 4H, 2CH2), 1.63 (s, 6H, 2CH3), 1.18 (t, J=6.9 Hz, 6H, 2CH3)。与文献[4]报道一致，表明所得产物为预期结构。

2.3 RAFT链转移剂(化合物2)的结构表征

化合物2的1H NMR：δ 6.88 (2s, 1H, NH), 3.82～3.72 (q, J=6.9 Hz, 4H, 2CH2), 3.34 (s, 4H, 2CH2), 1.67 (s, 6H, 2CH3), 1.44 (s, 9H, 3CH3), 1.18 (t, J=6.9 Hz, 6H, 2CH3)。化合物2的1H NMR谱中，在δ 3.82～3.72及δ 1.44处出现了N-叔丁氧羰基(Boc)的特征信号，说明硫代氨基甲酸酯与N-叔丁氧羰基-1, 2-乙二胺的反应已发生，所得产物为预期结构。

2.4 聚合物3的结构表征

聚合物3的1H NMR: δ 4.21～4.56(br, NCH), 3.12～3.34 (br, NCH2), 2.30～2.62 (br, COCH2), 1.57～1.76 (br, CH2), 1.43 (s, CH3)。其中在δ 4.21～ 4.56(br, NCH), 3.12～3.34 (br, NCH2), 2.30～2.62 (br, COCH2), 1.57～1.76 (br, CH2) 处出现了NVCL相关结构的宽峰，与文献[4]报道一致，表明聚合物3为预期产物结构。

2.5 末端具有巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)(聚合物4)的结构表征

聚合物4的1H NMR: δ 4.21～4.55 (br, NCH), 3.12～3.35 (br, NCH2), 2.30～2.62 (br, NCOCH2), 1.57～1.76 (br, CH2), 1.43 (s, CH3)。与聚合物3比较，目标产物的结构只是末端基团有变化，其1H NMR谱图变化并不是很明显，需要结合其红外光谱(IR)进行综合比较判断。

图2 聚合物3的红外光谱

图3 聚合物4的红外光谱

对比聚合物3(图2)和聚合物4(图3)的IR谱可以看出，在聚合物4(图3)的IR谱中，原来出现在聚合物3(图2) 的IR谱中1050～1200 cm-1处-C=S键的峰消失；而在2500～2700 cm-1处出现了S-H峰，表明聚合物3末端的硫代氨基甲酸酯基已成功转化为巯基，目标产物——末端具有巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)已成功合成。

文献[5]报道，在正丁胺和三丁基膦存在下，聚合物末端的二硫代酸酯和三硫代酸酯基团可以转化为巯基，在本文中，目标产物—末端具有巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)(聚合物4)的成功合成，说明在同样条件下，聚合物3末端的硫代氨基甲酸酯基也能转化为巯基。

3 结 论

以二乙胺、二硫化碳和丙酮为原料制备硫代氨基甲酸酯的基础上，再将新合成的硫代氨基甲酸酯与单Boc保护的乙二胺反应，合成用于RAFT聚合的链转移剂，接着进行N-乙烯基己内酰胺(NVCL)的RAFT聚合得聚合物3，在正丁胺及三丁基膦的存在下，聚合物3氨解得末端具有巯基的聚(N-乙烯基己内酰胺)目标产物。利用1H NMR谱和IR谱对产物结构进行了表征。由于该目标产物末端带有特殊的巯基基团，可结合巯基“Click”化学进行一系列后续反应。因此该产物的成功合成将会为后续通过均聚物偶合制备嵌段共聚物等提供一定的参考。

[1] 何福喜, 唐刚, 闵晓燕,等. N-乙烯基己内酰胺的活性可控自由基聚合[J]. 化学进展, 2016, 28(2/3): 328-336.

[2] Willcock H,O’Reilly K. End group removal and modification of RAFT polymers[J]. Polym. Chem., 2010, 1(2): 149-157.

[3] Lai J T, Shea R. Controlled radical polymerization by carboxyl- and hydroxyl-terminated dithiocarbamates and xanthates[J]. J. Polym. Part A: Polym. Chem., 2006, 44(14):4298-4316.

[4] Shao L D, Hu M Q, Chen L, et al.RAFT polymerization of N-vinylcaprolactam and effects of the end group on the thermal response of poly(N-vinyl caprolactam)[J]. React. Funct. Polym., 2012, 72(6): 407-413.

[5] Whittaker M R, Goh Y K, Gemici H, et al. Synthesis of monocyclic and linear polystyrene using the reversible coupling/cleavage of thiol/disulfide Groups[J]. Macromolecules, 2006, 39(26): 9028-9034.

Synthesis of Mercapto-terminated Poly(N-vinyl caprolactam)*

YOUDan,LINFeng,CHENMian,QIANYang-yang,YUEWen-zhe,BIYun-mei

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Yunnan Normal University, Yunnan Kunming 650500, China)

Thiocarbamate was synthesized by the reaction diethylamine with carbon disulfide and acetone. The thiocarbamate reacted with N-Boc-ethylenediamine to yield a chain transfer agent used to mediate reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) free radical polymerization. Then polymer 3 was prepared by RAFT polymerization of N-vinylcaprolactam (NVCL), which was mediated by the synthesized chain transfer agent. Finally, mercapto-terminated poly(N-vinylcaprolactam) was synthesized by ammonolysis of polymer 3. The structures of the products were verified by1H NMR and IR spectra.

thiocarbamates; reversible-addition fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization; poly(N-vinylcaprolactam); terminus; mercapto

国家自然科学基金项目(21264017)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201410681002)；云南省大学生创新创业训练计划项目。

游丹(1990-)，女，硕士研究生，主要研究方向为生物医用高分子材料。

毕韵梅，教授，主要从事生物医用高分子材料研究。

O63

A

1001-9677(2016)021-0068-03